专利名称：船舶电力系统节能装置的制作方法
技术领域：
本发明是有关于节能装置，特别是有关于一种应用于船舶上之节能装置。
背景技术：
近来因石化能源价格节节高涨，对于以石油为主要动力源的船舶而言，其航运成本亦随之大幅增加。而于节省燃油的议题上，不论学界或业界无不戮力研究各种省能源的方法。例如设计改变船体结构或开发轻量化材料、使用特殊船体涂料、改善推进器效率、使用高效率柴油主机、废热回收、使用替代能源等；但是，藉由改善船电系统的功率因数以提升能源使用效率之议题却较没有受到重视。在岸电系统中，为节省电能及减少电力耗损，其用电系统之功率因数一般均需设计高于0. 8以上，以减少无效功率与提升系统容量。然而，根据调查数据显示，我国各型渔船中大多配备有电动机等电感性设备，诸如甲板机械包括舵机、锚机、绞盘机等装置，又如机舱设备如滑油泵、海水泵、淡水泵、冷却泵、燃油输送泵、 鼓风机、空压机、消防泵、压载泵、舱底泵等辅机设备。由于上述电感性负载会在船电系统中产生许多滞后的无效电力，此无效电力亦是一种电力损失。大部分船电系统之功率因数约为0.3 0.7落后，此数值算相当低，且会无形中造成系统容量之减少、线路损失或系统稳定度降低等问题。是以，要如何解决上述习用之问题与缺失，即为本发明之发明人与从事此行业之相关厂商所亟欲研究改善之方向所在者。
发明内容
故，本发明之发明人有鉴于上述缺失，乃搜集相关资料，经由多方评估及考虑，并以从事于此行业累积之多年经验，经由不断试作及修改，始设计出此种可连接于船舶电力系统之主汇流排，藉以改善船舶电力系统之功率因数，进一步达到节能效果之船舶电力系统节能装置发明专利者。本发明之主要目的在于提供一种可以有效改善船舶电力系统之功率因数的船舶电力系统节能改善装置。为了达到上述之目的，本发明船舶电力系统节能装置系与一船舶电力系统之主汇流排连接，包括有至少一电容器、至少一控制开关以及功率因数调整器。该控制开关系对应于该电容器设置，该控制开关控制该各电容器与主汇流排连通或断开；该功率因数调整器系连接于该控制开关，该功率因数调整器根据该主汇流排之电压讯号、电流讯号两者间角度差异判断目前之功率因数，若未达预定之功率因数时，则令该控制开关连通该电容器至该主汇流排，若已达预定之功率因数时，则令该控制开关断开该电容器至该主汇流排。由于本发明之功率因数调整器可根据该主汇流排之电压讯号、电流讯号两者间角度差异判断目前之功率因数，若未达预定之功率因数时，则令该控制开关连通该电容器至该主汇流排，若已达预定之功率因数时，则令该控制开关断开该电容器至该主汇流排。俾藉由上述结构与作动，本发明可以有效提升船舶电力系统之功率因数，将可减少发电机输出功率之损失，进而提升系统容量、减少线路损失与增进系统稳定度，意即可减少燃油、发电机设置容量与线路等成本。因此，功率因数之改善实为现代渔船节能减碳与环保绿能中不可轻忽的方法之一，本发明针对船舶电力系统功率因数不佳之问题进行突破，并于渔船上实际装设虚功补偿器，可用以验证功率因数提升后之效益，确实可以达到节能减碳之效果，并可进一步分析节能之成本效益与回收年限。
图I系为本发明较佳实施例之方块图。图2系为本发明较佳实施例之电路图。图3系为本发明较佳实施例之测试曲线图。主要组件符号说明
I船舶电力系统，11发电机，12主汇流排，13负载，2船舶电力系统节能装置，21电容器，22控制开关，23功率因数调整器，24风扇，25日光灯。
具体实施例方式为达成上述目的及功效，本发明所采用之技术手段及构造，兹绘图就本发明较佳实施例详加说明其特征与功能如下，俾利完全了解。请参阅图I所示，系为本发明较佳实施例之方块图，由图中可清楚看出，本发明船舶电力系统节能装置2系连接于船舶电力系统I之主汇流排12，该船舶电力系统I包括有一发电机11，该发电机11系电性连接主汇流排12上的至少一负载13，该船舶电力系统节能装置2包括有至少一电容器21，该电容器21为低压防爆型电容器21，且该各电容器21分别连接一高速启断熔丝，当该船舶电力系统节能装置2发生故障或过电流时用以保护该电容器21，该各电容器21可视电力系统谐波量大小需要分别串联一电抗器(图中未示)，用以抑制谐波以保护该电容器21 ；至少一控制开关22，该控制开关22系对应于该电容器21设置，该各控制开关22控制该各电容器21与该主汇流排12连通或断开；功率因数调整器23，该功率因数调整器23系连接于该控制开关22，该功率因数调整器23可根据该主汇流排12之电压讯号、电流讯号两者间角度差异判断目前之功率因数，若未达预定之功率因数时，则令该控制开关22连接适当数量之该电容器21至该主汇流排12，若已达预定之功率因数时，则令该控制开关22断开适当数量之该电容器21至该主汇流排12，该功率因数调整器23为六至十二段调整，而该电容器21数量对应设置为六至十二个；自动温控散热装置(图中未示)，该自动温控散热装置为本发明船舶电力系统节能装置2自动进行温度控制之用途，可避免船舶电力系统节能装置2工作温度过高，可为气冷、水冷系统，实务上可为散热鳍片或是风扇；显示器(图中未示)，该显示器可供显示目前电容器21投入、切离之状态，以供操作者判别，并可监看功因改善量及系统电压、电流。再者，该各电容器21分别连接一切换选择开关(图中未示)，可供操作者依需求切换手动或自动控制方式，使该控制开关22连接或切离该电容器21至该主汇流排12 ;而该控制开关22可为静态切换开关，配合该功率因数调整器23控制该电容器21于零点电压投入及零点电流切离，以抑制电弧、突波电压与电流。请参阅图I与图2所示，系为本发明较佳实施例之方块图与电路图，而本发明之具体实施例系可实施于一冷冻船舶之船舶电力系统I主汇流排12(例如总配电盘汇流铜排处)接引增设一容量为60kVAR之船舶电力系统节能装置2，藉以改善该船舶电力系统I电力系统功率因数。兹将图2中船舶电力系统节能装置2之电路图相关组件说明如下电容器21、控制开关22、功率因数调整器23、风扇24、日光灯25、T变压器、CT比流器、NFB断路器、As电流切换开关、Vs电压切换开关、Am电流表、Vm电压表、HRC高启断熔丝或快速熔丝、L电抗器、SW开关、TSW温控开关。船舶电力系统节能装置2系包括有6支防爆型电容器21 (IOkVAR);三相电容器 21专用静态控制开关22 (50A) 6组；6段自动功率因数调整器23 (Automatic Power FactorRegulator ；APFR) 一只，该功率因数调整器23可根据该主汇流排12之电压讯号、电流讯号两者间角度差异判断目前之功率因数，若未达预定之功率因数时，则令该控制开关22连通适当数量之该电容器21至该主汇流排12，若已达预定之功率因数时，则令该控制开关22断开适当数量之该电容器21至该主汇流排12 ;并以HRC快速熔丝或高启断熔丝、L电抗器以及控制开关22来做到电容器21之三重前后保护；同时可藉由As电流切换开关、Vs电压切换开关、Am电流表、Vm电压表透过显示器(图中未示)显示得知目前电压、电流状态与数值；NFB断路器可达到节能装置2保护；TSW温控开关与风扇24可用来控制节能装置2之工作温度；SW开关与日光灯25可令使用者维修该船舶电力系统节能装置2时之照明使用。再者，由于船舱狭小空间及安全需求，本船舶电力系统节能装置2以专用开关箱与总配电盘分开独立设置，并具风扇24以保持电容器21通风散热，且配置灭火器以供紧急灭火之用。由于发电机11的供电工程并联电容器21应注意电容器21需求量，为避免损害发电机11电压器及发电机11头或过功因造成过电压致使设备损坏。本船舶电力系统节能装置2其可自动侦测该船电力系统电压、电流及相位，自动实时计算电力系统功率因数并依所设定之目标功率因数改善值进行补偿。电容器21以三相电容器21专用静态控制开关22于电压零点投入、电流零点切离，避免突入(inrush)电压与电流有效避免暂态(transient)。请同时参阅图I、图2与图3所示，系为本发明较佳实施例之方块图、电路图以及测试曲线图，图3所示为船舶电力系统I功因改善后之量测时间内的有效功率、无效功率、视在功率及功率因数测试曲线图，由图中可清楚看出，该船舶电力系统I具有#1冷冻机、#2冷冻机以及#3冷冻机三具负载13，当装设本发明之船舶电力系统节能装置2后，于下午时间(13:20:00)至(16:30:00)，其时间单位为(时分秒)进行测量。当#1冷冻机、#2冷冻机以及#3冷冻机分别启动时，可以清楚看出有效功率、无效功率以及视在功率明显的呈现上升态样，表示目前负载13正在消耗功率，此时功率因数约在0.82。而于时间(14:40:04)时将电容器21投入，即可以清楚看出视在功率以及无效功率有着明显的下降，并且功率因数有着明显的改善，约达0.9。最后，于时间(16:18:24)时将电容器21卸载，即可以很清楚看到无效功率有着明显的上升，而功率因数约下降回到0. 82。接着进一步讨论视在功率与无效功率之变化，由图3中可清楚看出，其视在功率与无效功率因60kVAR电容器21依序投入后有明显下降。无效功率由135kVAR降至90kVAR(降幅为45kVAR);视在功率也就是实际发电机11所提供之功率由233kVA降至211kVA，可节省22kVA。藉由上述之说明，即可以证明功因改善对节省发电机11之输出有贡献。请参阅全部附图所示，相较于习用技术，本发明具有以下优点一、本发明操作简单，由于功率因数调整器23可根据该主汇流排12之电压讯号、电流讯号两者间角度差异判断目前之功率因数，并依照设定的目标功率因数值来自动的投入与卸载适当数量之电容器21。
二、本发明安全可靠，由于本发明之节能装置2包括有三重保护装置，有效避免电容器21爆炸、过载、过电压、过电流、过温等问题。三、本发明建置成本低，节省燃油效益高，回收快速，由于本发明主要组件为至少一电容器21、至少一控制开关22以及功率因数调整器23，其结构简单且成本低廉，且确实可以达到节能效果。四、本发明维护成本低,本发明之电容器21寿命长达150，000小时(大于15年)，
一般仅会更换熔丝，维护费用极低。五、本发明包括有显示器，可供显示目前电容器21投入、切离之状态，以供操作者判别，并可监看功因改善量及系统电压、电流。透过上述之详细说明，即可充分显示本发明之目的及功效上均具有实施之进步性，极具产业之利用性价值，且为目前市面上前所未见之新发明，完全符合发明专利要件，爰依法提出申请。唯以上所述着仅为本发明之较佳实施例而已，当不能用以限定本发明所实施之范围。即凡依本发明专利范围所作之均等变化与修饰，皆应属于本发明专利涵盖之范围内。
权利要求
1.一种船舶电力系统节能装置，系与一船舶电力系统之一主汇流排连接，该船舶电力系统节能装置包括 至少一电容器； 至少一控制开关，系对应于该电容器设置，该控制开关控制该电容器与该主汇流排连通或断开；以及 一功率因数调整器，系连接于该控制开关，该功率因数调整器根据该主汇流排之电压讯号、电流讯号两者间角度差异判断目前之功率因数，若未达预定之功率因数时，则令该控制开关连通该电容器至该主汇流排，若已达预定之功率因数时，则令该控制开关断开该电容器至该主汇流排。
2.如权利要求I所述之船舶电力系统节能装置，其中该船舶电力系统更包括一发电机，电性连接该主汇流排上的至少一负载。
3.如权利要求I所述之船舶电力系统节能装置，其中该电容器为低压防爆型电容器。
4.如权利要求I所述之船舶电力系统节能装置，其中该电容器连接一高速启断熔丝，用以保护该电容器。
5.如权利要求I所述之船舶电力系统节能装置，其中该电容器串联一电抗器，用以抑制谐波并保护该电容器。
6.如权利要求I所述之船舶电力系统节能装置，其中该控制开关为静态切换开关，配合该功率因数调整器控制该电容器于零点电压投入及零点电流切离，用以抑制电弧、突波电压与电流。
7.如权利要求I所述之船舶电力系统节能装置，其中该电容器连接一切换选择开关，供一操作者切换手动或自动控制方式，使该控制开关连接或切离该电容器至该主汇流排。
8.如权利要求I所述之船舶电力系统节能装置，更包括 一自动温控散热装置，用以自动进行温度控制。
9.如权利要求I所述之船舶电力系统节能装置，其中该功率因数调整器为六至十二段调整，而该电容器数量对应设置为六至十二个。
10.如权利要求I所述之船舶电力系统节能装置，更包括 一显示器，显示目前该电容器投入、切离之状态，供操作者判别。
全文摘要
本发明为一种船舶电力系统节能装置，包括有至少一电容器、至少一控制开关以及功率因数调整器。其中该功率因数调整器系连接于该控制开关，该功率因数调整器可根据该主汇流排之电压讯号、电流讯号两者间角度差异判断目前之功率因数，若未达预定之功率因数时，则令该控制开关连接适当数量之该电容器至该主汇流排，若已达预定之功率因数时，则令该控制开关断开适当数量之该电容器至该主汇流排。藉此，本发明可连接于船舶电力系统之主汇流排，藉以改善船舶电力系统之功率因数，进一步达到节能效果。
文档编号B63H21/17GK102810868SQ20111014377
公开日2012年12月5日 申请日期2011年5月31日 优先权日2011年5月31日
发明者李建兴, 张维仁, 李健豪, 张育涵, 徐士贤, 萧舜文 申请人:李建兴