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技術 分散型電源システム

出願人 アイシン精機株式会社
発明者 鈴木一成
出願日 2017年1月16日 (3年11ヶ月経過) 出願番号 2017-005412
公開日 2017年4月13日 (3年8ヶ月経過) 公開番号 2017-073974
状態 特許登録済
技術分野 予備電源装置 交流の給配電 燃料電池(本体)
主要キーワード 付随装置 電源切替器 温度センサ群 着火用ヒータ 自立発電 各可燃性ガス 計画運転 燃料電池発電機
関連する未来課題
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図面 (6)

課題

分散型電源システムにおいて、大型化・コストアップを招くことなく、自立発電を確実に実施できる。

解決手段

分散型電源システムの発電装置制御装置19は、検出装置からの検出信号に基づき、系統電源から給電されているか否かを判定し(給電判定部:ステップS106)、付随装置制御装置との間の通信状態が正常であるか否かを判定し(通信状態判定部:ステップS108)、ステップS108にて付随装置制御装置との間の通信状態が異常であると判定し、かつ、ステップS106にて系統電源から給電されていないと判定した場合に、切替装置を、発電装置からの電力供給を第2負荷装置切り替えるように制御する(切替制御部:ステップS110)。

概要

背景

分散型電源システムの一形式として、特許文献1に示されているものが知られている。分散型電源システムにおいては、分電盤2の上流側に設けられた系統との接続/解列切り替え系統連系切替部4のさらに上流側に電圧検出部5を設け、この電圧検出部5で停電が検知されると、発電装置起動制御を行う起動制御部3は系統連系切替部4を解列状態にして発電ステムを系統から電気的に切り離された状態にするようになっている。そして、その後に起動制御部3に設けられた蓄電池に保存された電力を用いて発電装置を起動させて自立発電を開始させる。

概要

分散型電源システムにおいて、大型化・コストアップを招くことなく、自立発電を確実に実施できる。分散型電源システムの発電装置制御装置19は、検出装置からの検出信号に基づき、系統電源から給電されているか否かを判定し(給電判定部:ステップS106)、付随装置制御装置との間の通信状態が正常であるか否かを判定し(通信状態判定部:ステップS108)、ステップS108にて付随装置制御装置との間の通信状態が異常であると判定し、かつ、ステップS106にて系統電源から給電されていないと判定した場合に、切替装置を、発電装置からの電力供給を第2負荷装置に切り替えるように制御する(切替制御部:ステップS110)。

目的

本発明は、上述した問題を解消するためになされたもので、分散型電源システムにおいて、大型化・コストアップを招くことなく、自立発電を確実に実施できることを目的とする

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

電力を発生させる発電装置と、系統電源送電が正常である場合に、前記発電装置からの電力および前記系統電源からの電力が供給可能である第1負荷装置と、前記系統電源の送電が停止された場合に、前記発電装置からの電力のみを供給する自立発電運転中において、前記発電装置からの電力のみが供給可能である第2負荷装置と、前記発電装置からの電力供給を、前記第1負荷装置または前記第2負荷装置に切り替えるように構成された切替装置と、前記発電装置と前記第1負荷装置との間に配設されて、その配設された位置の電圧及び電流の少なくとも一方を検出する検出装置と、前記発電装置の制御を少なくとも行う発電装置制御装置と、前記発電装置に付随して稼働する付随装置を制御し、前記系統電源から供給された電力により作動し、前記発電装置制御装置と互いに通信可能に接続されている付随装置制御装置と、を備え、前記発電装置制御装置は、前記検出装置からの検出信号に基づき、前記系統電源から給電されているか否かを判定する給電判定部と、前記付随装置制御装置との間の通信状態が正常であるか否かを判定する通信状態判定部と、前記通信状態判定部が前記付随装置制御装置との間の通信状態が異常であると判定し、かつ、前記給電判定部が前記系統電源から給電されていないと判定した場合に、前記切替装置を、前記発電装置からの電力供給を前記第2負荷装置に切り替えるように制御する切替制御部と、を備えた分散型電源システム

請求項2

前記切替装置は、前記発電装置と前記第1負荷装置との間に設けられて前記発電装置と前記第1負荷装置とを連通・遮断する第1開閉器と、前記発電装置と前記第2負荷装置との間に設けられて前記発電装置と前記第2負荷装置とを連通・遮断する第2開閉器と、を含んで構成され、前記切替制御部は、前記通信状態判定部が前記付随装置制御装置との間の通信状態が異常であると判定し、かつ、前記給電判定部が前記系統電源から給電されていないと判定した場合に、前記第1開閉器を開路とするとともに前記第2開閉器を閉路とする請求項1の分散型電源システム。

請求項3

前記切替制御部は、前記通信状態判定部が前記付随装置制御装置との間の通信状態が異常であると判定し、かつ、前記給電判定部が前記系統電源から給電されていないと判定した場合に、前記第1開閉器を開路とするとともに前記第2開閉器を閉路とした後であって、前記給電判定部が前記系統電源から給電されていると判定した場合に、前記第1開閉器を閉路とするとともに前記第2開閉器を開路とする請求項2の分散型電源システム。

請求項4

前記系統電源と前記切替装置との間に配設されたブレーカをさらに備え、前記検出装置は、前記ブレーカと前記切替装置との間に配設されている請求項1から請求項3の何れか一項の分散型電源システム。

請求項5

前記発電装置は、燃料酸化剤ガスとにより発電する燃料電池を含んで構成されている請求項1から請求項4の何れか一項の分散型電源システム。

技術分野

0001

本発明は、分散型電源システムに関する。

背景技術

0002

分散型電源システムの一形式として、特許文献1に示されているものが知られている。分散型電源システムにおいては、分電盤2の上流側に設けられた系統との接続/解列切り替え系統連系切替部4のさらに上流側に電圧検出部5を設け、この電圧検出部5で停電が検知されると、発電装置起動制御を行う起動制御部3は系統連系切替部4を解列状態にして発電ステムを系統から電気的に切り離された状態にするようになっている。そして、その後に起動制御部3に設けられた蓄電池に保存された電力を用いて発電装置を起動させて自立発電を開始させる。

先行技術

0003

特開2009−207325号公報

発明が解決しようとする課題

0004

しかしながら、上述した分散型電源システムにおいては、電圧検出部5の追加により、停電を判定し自立発電を開始させることができるものの、システムが大型化し、また余分な部品の追加によるコストアップを招くという問題があった。
本発明は、上述した問題を解消するためになされたもので、分散型電源システムにおいて、大型化・コストアップを招くことなく、自立発電を確実に実施できることを目的とする。

課題を解決するための手段

0005

上記の課題を解決するため、請求項1に係る分散型電源システムは、電力を発生させる発電装置と、系統電源送電が正常である場合に、発電装置からの電力および系統電源からの電力が供給可能である第1負荷装置と、系統電源の送電が停止された場合に、発電装置からの電力のみを供給する自立発電運転中において、発電装置からの電力のみが供給可能である第2負荷装置と、発電装置からの電力供給を、第1負荷装置または第2負荷装置に切り替えるように構成された切替装置と、発電装置と第1負荷装置との間に配設されて、その配設された位置の電圧及び電流の少なくとも一方を検出する検出装置と、発電装置の制御を少なくとも行う発電装置制御装置と、発電装置に付随して稼働する付随装置を制御し、系統電源から供給された電力により作動し、発電装置制御装置と互いに通信可能に接続されている付随装置制御装置と、を備え、発電装置制御装置は、検出装置からの検出信号に基づき、系統電源から給電されているか否かを判定する給電判定部と、付随装置制御装置との間の通信状態が正常であるか否かを判定する通信状態判定部と、通信状態判定部が付随装置制御装置との間の通信状態が異常であると判定し、かつ、給電判定部が系統電源から給電されていないと判定した場合に、切替装置を、発電装置からの電力供給を第2負荷装置に切り替えるように制御する切替制御部と、を備えている。

0006

また請求項2に係る発明は、請求項1に係る分散型電源システムにおいて、切替装置は、発電装置と第1負荷装置との間に設けられて発電装置と第1負荷装置とを連通・遮断する第1開閉器と、発電装置と第2負荷装置との間に設けられて発電装置と第2負荷装置とを連通・遮断する第2開閉器と、を含んで構成され、切替制御部は、通信状態判定部が付随装置制御装置との間の通信状態が異常であると判定し、かつ、給電判定部が系統電源から給電されていないと判定した場合に、第1開閉器を開路とするとともに第2開閉器を閉路とする。

0007

また請求項3に係る発明は、請求項2に係る分散型電源システムにおいて、切替制御部は、通信状態判定部が付随装置制御装置との間の通信状態が異常であると判定し、かつ、給電判定部が系統電源から給電されていないと判定した場合に、第1開閉器を開路とするとともに第2開閉器を閉路とした後であって、給電判定部が系統電源から給電されていると判定した場合に、第1開閉器を閉路とするとともに第2開閉器を開路とする。

0008

また請求項4に係る発明は、請求項1から請求項3の何れか一項に係る分散型電源システムにおいて、系統電源と切替装置との間に配設されたブレーカをさらに備え、検出装置は、ブレーカと切替装置との間に配設されている。

0009

また請求項5に係る発明は、請求項1から請求項4の何れか一項に係る分散型電源システムにおいて、発電装置は、燃料酸化剤ガスとにより発電する燃料電池を含んで構成されている。

発明の効果

0010

上記のように構成した請求項1に係る発明においては、付随装置制御装置は、系統電源から電力の供給を受けて作動しているので、系統電源に停電等の異常が発生した場合には、付随装置制御装置は作動しないため発電装置制御装置との間で正常に通信を行うことができない。この場合には、通信状態判定部は付随装置制御装置との通信状態が不良と判定する。さらに、給電判定部が系統電源から給電されていないと判定する。したがって、切替制御部は、切替装置を、発電装置からの電力供給を第2負荷装置に切り替えるように制御する。これにより、大型化・コストアップを招くことなく、系統電源が停電しても自立発電運転を確実に実施できる分散型電源システムを提供することができる。

0011

上記のように構成した請求項2に係る発明においては、請求項1に係る分散型電源システムにおいて、切替装置は、発電装置と第1負荷装置との間に設けられて発電装置と第1負荷装置とを連通・遮断する第1開閉器と、発電装置と第2負荷装置との間に設けられて発電装置と第2負荷装置とを連通・遮断する第2開閉器と、を含んで構成され、切替制御部は、通信状態判定部が付随装置制御装置との間の通信状態が異常であると判定し、かつ、給電判定部が系統電源から給電されていないと判定した場合に、第1開閉器を開路とするとともに第2開閉器を閉路とする。これにより、簡単な構成により、系統電源が停電しても自立発電運転を確実に実施できる分散型電源システムを提供することができる。

0012

上記のように構成した請求項3に係る発明においては、請求項2に係る分散型電源システムにおいて、切替制御部は、通信状態判定部が付随装置制御装置との間の通信状態が異常であると判定し、かつ、給電判定部が系統電源から給電されていないと判定した場合に、第1開閉器を開路とするとともに第2開閉器を閉路とした後であって、給電判定部が系統電源から給電されていると判定した場合に、第1開閉器を閉路とするとともに第2開閉器を開路とする。これにより、系統電源からの電力供給が復帰した場合、発電装置からの電力供給を第1負荷装置から第2負荷装置へと確実に切り替えることができる。

0013

上記のように構成した請求項4に係る発明においては、請求項1から請求項3の何れか一項に係る分散型電源システムにおいて、系統電源と切替装置との間に配設されたブレーカをさらに備え、検出装置は、ブレーカと切替装置との間に配設されている。これにより、新たな部品を追加することなく簡単な構成により停電を検知することができる。

0014

上記のように構成した請求項5に係る発明においては、請求項1から請求項4の何れか一項に係る分散型電源システムにおいて、発電装置は、燃料と酸化剤ガスとにより発電する燃料電池を含んで構成されている。これにより、発電装置が燃料電池により構成されている場合にも、大型化・コストアップを招くことなく、系統電源が停電しても自立発電運転を確実に実施することができる。

図面の簡単な説明

0015

本発明による分散型電源システムの実施形態を示す概要図である。
図1に示す発電機の概要図である。
本発明による分散型電源システムの停電が発生した場合における動作のフローチャートである。
本発明による分散型電源システムの他の実施形態における燃料電池の概要図である。
本発明による分散型電源システムの他の実施形態における発電機の概要図である。

実施例

0016

以下、本発明による分散型電源システムの実施形態の一つである実施例について説明する。図1はこの分散型電源システムの概要を示す概要図である。この分散型電源システムは、発電ユニット10および貯湯ユニット20を備えている。

0017

発電ユニット10は、発電装置11、電源基板13および発電装置制御装置19を備えている。発電装置11は、電力(本実施形態では交流電力)を発生させるものであり、直流電力を発電する発電機11aおよび電力変換装置11bから構成されている。図2に示すように、発電機11aは、燃料電池11a1、蒸発部11a2および改質部11a3を備えている。

0018

蒸発部11a2は、後述する燃焼ガスにより加熱されて、供給された改質水を蒸発させて水蒸気を生成するとともに、供給された改質用原料予熱するものである。蒸発部11a2は、このように生成された水蒸気と予熱された改質用原料を混合して混合ガスを改質部11a3に供給するものである。改質用原料としては天然ガスLPGなどの改質用気体燃料、灯油ガソリンメタノールなどの改質用液体燃料がある。

0019

改質部11a3は、後述する燃焼ガスにより加熱されて水蒸気改質反応に必要な熱が供給されることで、蒸発部11a2から供給された混合ガス(改質用原料および水蒸気)から改質ガスを生成して導出するものである。混合ガスが触媒によって反応し、改質されて水素ガス一酸化炭素ガスが生成されている(いわゆる水蒸気改質反応)。これと同時に、水蒸気改質反応にて生成された一酸化炭素水素が反応して水素ガスと二酸化炭素とに変成するいわゆる一酸化炭素シフト反応が生じている。これら生成されたガス(いわゆる改質ガス)は燃料電池11a1の燃料極に導出されるようになっている。

0020

燃料電池11a1は、燃料と酸化剤ガスとにより発電するものである。燃料電池11a1は、燃料極、空気極酸化剤極)、および両極の間に介装された電解質からなる複数のセル11a1aが図2の左右方向に積層されて構成されている。本実施形態の燃料電池11a1は、固体酸化物燃料電池であり、電解質として固体酸化物一種である酸化ジルコニウムを使用している。燃料電池11a1の燃料極には、燃料としての水素、一酸化炭素、メタンガスなどが供給される。セル11a1aの燃料極側には、燃料である改質ガスが流通する燃料流路11a1bが形成されている。セル11a1aの空気極側には、酸化剤ガスである空気(カソードエア)が流通する空気流路11a1cが形成されている。空気流路11a1cには、カソードエアがカソードエアブロワ10a(またはカソードエアポンプ)によって供給されている。

0021

燃料電池11a1においては、燃料極に供給された燃料と空気極に供給された酸化剤ガスによって発電が行われる。すなわち、燃料極では、下記化1および化2に示す反応が生じ、空気極では、下記化3に示す反応が生じている。すなわち、空気極で生成した酸化物イオン(O2−)が電解質を通過し、燃料極で水素と反応することにより電気エネルギーを発生させている。
(化1)
H2+O2−→H2O+2e−
(化2)
CO+O2−→CO2+2e−
(化3)
1/2O2+2e−→O2−

0022

燃焼ガスは、燃料流路11a1bから導出した発電に使用されなかった改質ガスが、空気流路11a1cから導出した発電に使用されなかった酸化剤ガス(空気)によって燃焼されたものである。

0023

電力変換装置11bは、図1に示すように、燃料電池11a1から供給された直流電流交流電流に変換するものである。また、電力変換装置11bは、変換した交流電流を出力する機能を備えている。電力変換装置11bには、電線14の一端が接続されており、電力変換装置11bの交流電力が電線14に出力されるようになっている。電線14の他端には、第1負荷装置15が接続されている。電力変換装置11bが出力する電力は、必要に応じて電線14を介して第1負荷装置15に供給されるようになっている。第1負荷装置15は、電灯アイロンテレビ洗濯機電気コタツ電気カーペットエアコン冷蔵庫などの電気器具である。

0024

電線14上であって電力変換装置11bと第1負荷装置15の間には、一端が系統電源30に接続された電源ライン31の他端が接続部14aで接続されている。また、電源ライン31上には、配電盤32が配設されている。発電ユニット10が発電する電力より第1負荷装置15の消費電力が上回った場合、その不足電力は、電源ライン31から配電盤32を介して系統電源30からの電力が供給されるようになっている。このように、第1負荷装置15は、系統電源30からの電力および電力変換装置11bからの電力が供給されるようになっている。

0025

電線14上であって電力変換装置11bと接続部14aの間には、一端が自立用出力端子16に接続された電線17の他端が接続部14bで接続されている。自立用出力端子16には、第2負荷装置18が着脱可能に接続されている。

0026

自立用出力端子16は、系統電源30からの電力供給が停止(以下、停電とする)された場合に発電装置11(燃料電池11a1)を発電させて電力変換装置11bからの電力のみを第2負荷装置18に供給する発電運転(以下、自立発電運転とする)中のみに使用されるものである。すなわち、自立用出力端子16は、停電の場合における自立発電運転中に燃料電池11a1が発電する電力のみが出力されるようになっている。

0027

第2負荷装置18は、自立発電運転中において、電力変換装置11bに接続されて、電力変換装置11bからの電力のみが供給されるものである。第2負荷装置18は、第1負荷装置15と同様の電気器具であるが、停電の場合における自立発電運転中に、使用者が使用したい電気器具について、自立用出力端子16に接続して使用されるものである。

0028

また、電力変換装置11bは、電源ライン31および電線14を介して供給される系統電源30からの交流電力を直流電力に変換して出力する機能も備えている。電力変換装置11bが出力する直流電力は、電源基板13に出力される。電源基板13は、供給された直流電力を所定の直流電力に変換して発電装置制御装置19、補機10bなどに供給している。補機10bは、図示のない改質水ポンプ原料ポンプや各部位の温度センサなどの発電ユニット10を作動させるのに必要であって直流電流で作動するものから構成されている。

0029

また、電源ライン31上であって系統電源30と配電盤32の間には、電圧センサ31aが配設されている。電圧センサ31aは、系統電源30から電力変換装置11bへ供給される電力の電圧を検出するものである。なお、本実施形態においては、系統電源30の電圧を検出するために電圧センサ31aを配設しているが、系統電源30から電力変換装置11bへ供給される電力を検出する電力センサを配設するようにしても良い。

0030

さらに、発電ユニット10は、第1開閉器14c、第2開閉器17a、センサ11b1および発電装置制御装置19を備えている。
第1開閉器14cは、電線14上であって接続部14aと接続部14bとの間に配設され、開路または閉路することにより電力変換装置11bと系統電源30とを電気的に遮断または接続するものである。第2開閉器17aは、電力変換装置11bと第2負荷装置18との間に配設され、開路または閉路することにより、電力変換装置11bと第2負荷装置18とを電気的に遮断または接続する開閉装置である。より具体的には、第2開閉器17aは、電線17上であって接続部14bと自立用出力端子16との間に配設されている。

0031

センサ11b1は、電力変換装置11bとブレーカ14dの間に配設されている。より詳しくは、センサ11b1は、第1開閉器14cとブレーカ14dの間に配設されている。センサ11b1は、その配設された位置の電圧及び電流の少なくとも一方を検出して、発電装置11が系統電源30から給電されているか否かを検出するものである。本実施形態では、センサ11b1は、その配設された位置の電圧を検出する。センサ11b1で検出された電圧の検出信号は、発電装置制御装置19に出力される。センサ11b1は、発電装置11と第1負荷装置15との間に配設されて、その配設された位置の電圧及び電流の少なくとも一方を検出する検出装置である。

0032

また、電線14上であって第1開閉器14cと接続部14aの間(すなわち系統電源30と切替装置Rとの間)には、ブレーカ14dが配設されている。系統電源30からの送電が行われている場合であって、何らかの原因により電線14に異常な電流(例えば過電流)が流れたときに、ブレーカ14dは自動で電線14を開路とするようになっている。これにより発電ユニット10は異常な電流による損傷などから回避される。

0033

発電装置制御装置19は、発電装置11(燃料電池11a1)の制御を少なくとも行うものである。具体的には、系統電源30から電力供給があるときは、第1負荷装置15の消費電力となるように燃料電池11a1の発電量の制御を行う。このとき、燃料電池11a1の発電する電力より第1負荷装置15の消費電力が上回る場合は、その不足電力を系統電源30から受電して補うようになっている。停電の場合は、燃料電池11a1の発電量が一定の出力電力(例えば定格の半分(350W))となるように制御している。なお、第2負荷装置18の消費電力となるように燃料電池11a1の発電量の制御を行ってもよい。
また、第1開閉器14cおよび第2開閉器17aは、発電装置制御装置19からの指示に従って、開閉制御されるようになっている。

0034

発電装置制御装置19は、センサ11b1の検出信号が入力されるようになっている。発電装置制御装置19はセンサ11b1の検出信号に基づいて、系統電源30の停電を検出することができる。具体的には、センサ11b1によって検出された系統電源30の電圧が所定電圧以下(例えば定格の1/10以下)である場合は、系統電源30は停電であると検出される。また、発電装置制御装置19は、電圧センサ31aの検出信号が入力されるようになっている。

0035

貯湯ユニット20は、貯湯槽21、貯湯槽制御装置22および電源基板23を備えている。この貯湯ユニット20は、発電装置11に付随して稼働する付随装置である。
貯湯槽21は、発電装置11(燃料電池11a1)の排熱熱交換により回収した湯水を貯めるものである。貯湯槽21には、貯湯槽21内の湯水(貯湯水)を循環させるための湯水循環回路24が接続されている。湯水循環回路24上には、熱交換器25が配設されている。熱交換器25には、一端が発電機11aの排熱が排出される発電機11aの排出口に接続された流路25aの他端が接続されている。熱交換器25は、流路25aを介して供給される排熱と湯水循環回路24を循環する湯水との間で熱交換を行うものである。すなわち、発電ユニット10の発電中に図示しないポンプの駆動によって湯水循環回路24を湯水が循環すると、湯水が流路25aを介して排出された発電ユニット10の排熱を熱交換器25を介して回収することで、湯水が加熱されるようになっている。
なお、発電機11aの排熱とは、例えば、発電ユニット10の場合、燃料電池11a1の排熱や改質部11a3の排熱などをいう。しかし、それに限定せず発電ユニット10それ自体の熱など回収可能な排熱なら何でも利用できる。

0036

貯湯槽21は、1つの柱状容器を備えており、その内部に温水が層状に、すなわち上部の温水が最も高温であり下部にいくにしたがって低温となり下部の温水が最も低温であるように貯留されるようになっている。貯湯槽21に貯留されている高温の温水が貯湯槽21の柱状容器の上部から導出され、その導出された分を補給するように水道水などの水(低温の水)が貯湯槽21の柱状容器の下部から導入されるようになっている。このような貯湯槽21は、発電ユニット10の近くに設置されている。

0037

貯湯槽21の内部には残湯量検出センサである温度センサ群21aが設けられている。温度センサ群21aは複数(本実施形態においては5個)の温度センサ21a−1,21a−2,・・・,21a−5から構成されており、上下方向(鉛直方向)に沿って等間隔(貯湯槽21内の上下方向高さの4分の1の距離)にて配設されている。温度センサ21a−1は貯湯槽21の内部上面位置に配置されている。各温度センサ21a−1,21a−2,・・・,21a−5はその位置の貯湯槽21内の液体(温水または水)の温度をそれぞれ検出するものである。この温度センサ群21aによる各位置での湯温の検出結果に基づいて貯湯槽21内の残湯量が、この温度センサ群21aの検出結果が送信される貯湯槽制御装置22によって導出されるようになっている。残湯量は、貯湯槽21内に蓄えられた熱量を表している。

0038

貯湯槽21には、給湯管26が接続されている。給湯管26には、上流から順番補助加熱装置であるガス湯沸かし器(図示省略)、温度センサ26aおよび流量センサ26bが配設されている。ガス湯沸かし器は、給湯管26を通過する貯湯槽21からの湯水を加熱して給湯するようになっている。温度センサ26aはガス湯沸かし器を通過した後の湯水の温度を検出するものであり、その検出信号は貯湯槽制御装置22に送信されるようになっている。すなわち、温度センサ26aで検出した湯水の温度が設定された給湯温度となるように、ガス湯沸かし器で加熱している。また、流量センサ26bは、貯湯槽21から供給されている単位時間あたりの湯水消費量給湯量)を検出するものである。流量センサ26bの検出信号は貯湯槽制御装置22に送信されるようになっている。また、図示していないが、給湯管26には貯湯槽21の導出口と温度センサ26aとの間に水道水が合流するようになっている。これにより、貯湯槽21からの湯水を降温している。

0039

給湯管26には、貯湯槽21に貯留している湯水を給湯として利用する湯水使用場所A2に設置されている複数の湯利用機器A2aが接続されている。この湯利用機器としては、浴槽シャワキッチン(キッチンの蛇口)、洗面所(洗面所の蛇口)などがある。また、給湯管26には、貯湯槽21の湯水を熱源として利用する湯水使用場所A2に設置されている熱利用機器A2bが接続されている。この熱利用機器としては、浴室暖房床暖房、浴槽の湯の追い炊き機構などがある。

0040

貯湯槽制御装置22は、貯湯槽21の残湯量を少なくとも制御するものである。この貯湯槽制御装置22は、系統電源30から供給された電力により作動し、発電装置制御装置19と互いに通信可能に接続されている付随装置制御装置である。貯湯槽制御装置22は、温度センサ群21aの検出結果に基づいて、図示しないポンプを作動させて湯水を循環させ加熱することにより貯湯槽21の残湯量の制御をする。また、貯湯槽制御装置22は、温度センサ26aおよび流量センサ26bなどの検出結果に基づいて図示しないガス湯沸かし器などを作動させ、給湯温度の制御をする。

0041

貯湯槽制御装置22は、電源基板23から電力供給を受けて作動している。電源基板23は、系統電源30からの交流電力が配電盤32で分配されて電線33を介して供給されている。電線33上には、電源切替器34が配設されている。電源切替器34は、電線35を介して自立用出力端子16に接続されている。電源切替器34は、発電装置制御装置19から指令を受けて、電源基板23に対する、配電盤32からの電力供給または自立用出力端子16からの電力供給を切り替える。電源基板23は、供給された交流電力を所定の直流電力に変換して貯湯槽制御装置22へ供給している。

0042

さらに、貯湯ユニット20は、貯湯槽制御リモコン27を備えている。貯湯槽制御リモコン27は、貯湯槽制御装置22と互いに通信可能に接続されて、貯湯槽21の貯湯状況を少なくとも表示して貯湯槽21の遠隔操作を行うリモコンである。このリモコン27には、貯湯槽21内の湯水の残湯量、給湯温度および湯水消費量などの貯湯槽21の貯湯状況が表示される。また、このリモコン27には、発電機11aの発電する電力や使用電力量などの発電ユニット10の運転状況が表示できるようになっている。

0043

次に、上述した分散型電源システムの系統電源30から送電がある場合の基本的動作の一例について説明する。発電装置制御装置19は、図示しないスタートスイッチが押されて運転が開始される場合、または計画運転にしたがって運転が開始される場合には、起動運転を開始する。ここで、系統電源30から電力の供給がある場合は、第1開閉器14cは閉路に、第2開閉器17aは開路となるように発電装置制御装置19によって制御されている。このように、系統電源30からの電力供給が正常である場合、すなわち発電機11aが系統電源30と系統連系されている場合、発電機11aが発電を行うことを系統連系発電という。

0044

起動運転が開始されるときは、発電装置制御装置19は、図示しないモータ駆動のポンプなどの補機10bを作動させ、発電機11aの蒸発部11a2に燃料および改質水の供給を開始する。上述したように、蒸発部11a2では混合ガスが生成されて、混合ガスは改質部11a3に供給される。改質部11a3では、供給された混合ガスから改質ガスが生成されて、改質ガスが燃料電池11a1に供給される。改質部11a3が所定温度以上となれば、起動運転は終了し、定常運転(発電運転)が開始される。

0045

発電運転中では、発電装置制御装置19は、発電機11aの発電する電力が、センサ11b1からの検出信号に基づいて算出される第1負荷装置15の電力となるように補機10bを制御して、改質ガスおよびカソードエアを発電機11aに供給する。上述したように、発電機11aの発電する電力より第1負荷装置15の電力が上回った場合、その不足電力を系統電源30から受電して補うようになっている。

0046

このような発電運転中に、図示しないストップスイッチが押されて発電運転が停止される場合、または運転計画にしたがって運転が停止される場合には、発電装置制御装置19は、分散型電源システムの停止運転停止処理)を実施する。

0047

発電装置制御装置19は、燃料および水の蒸発部11a2への供給を停止し、改質ガスおよび空気の燃料電池11a1への供給を停止する。このとき、発電機11aが残燃料によって発電している場合には、その出力電力は補機10bなどへ供給されて消費される。残燃料による発電機11aの発電が終了すれば、停止運転は終了する。

0048

このような停止運転が終了すると、分散型電源システムは待機状態待機時)となる。待機時は、分散型電源システムの発電停止状態(すなわち、起動運転、発電運転、停止運転のいずれの運転中でない状態である。)のことであり、発電指示(スタートスイッチのオンなど)を待っている状態のことである。すなわち、停止運転状態終了時点の状態が維持される。

0049

次に、系統電源30が停電した場合の分散型電源システムの動作の一例について、図3に示すフローチャートに沿って説明する。
発電装置制御装置19は、ステップS102において、分散型電源システムの発電ユニット10が上述した系統連系発電を行っているか否かを判定する。この場合、発電装置制御装置19は、発電ユニット10の運転状態から系統連系発電であるか否かを判定できる。例えば、系統電源30からの電力供給が正常である場合には、すなわち第1開閉器14cが閉路され第2開閉器17aが開路されて発電機11aが系統電源30と系統連系されている場合には、発電ユニット10が系統連系発電であると判定する。一方、系統電源30からの電力供給が異常である(例えば停電である)場合には、すなわち第1開閉器14cが開路され第2開閉器17aが閉路されて発電機11aが第2負荷装置18と接続されている場合には、発電ユニット10が系統連系発電でないと判定する。

0050

発電装置制御装置19は、ステップS104において、貯湯槽制御装置22との間の通信状態が正常であるか否かを判定する。系統電源30が停電等の異常により、電源ライン31に電力が供給されていない状態では、貯湯槽制御装置22に電力が供給されないので、貯湯槽制御装置22は作動せず(停止し)、発電装置制御装置19は貯湯槽制御装置22と通信を行うことができない。この場合には、発電装置制御装置19は、貯湯槽制御装置22との間において通信状態が異常な状態であると判定し(ステップS104で「NO」と判定)、プログラムをステップS116に進める。

0051

なお、発電機11aが発電(自立発電)している際には、発電装置制御装置19には、発電装置11(発電機11a)から電力が供給される。このため、例え系統電源30の異常により、系統電源30から発電ユニット10に給電されていない状態であっても、発電装置制御装置19は作動し、発電装置制御装置19は貯湯槽制御装置22との間においての通信状態が異常であるか否かを判定することができる。

0052

一方、系統電源30が正常で、電源ライン31に電力が供給されている状態では、貯湯槽制御装置22には電力が供給されているので、貯湯槽制御装置22は作動し、発電装置制御装置19は貯湯槽制御装置22と通信可能な状態にある。この場合には、発電装置制御装置19は、貯湯槽制御装置22との通信状態が正常であると判定し(ステップS104で「YES」と判定)、プログラムをステップS106に進める。

0053

発電装置制御装置19は、ステップS106において、センサ11b1から入力された検出信号に基づき、系統電源30から給電されていない状態であるか否かを判定する(給電判定部)。具体的には、発電装置制御装置19は、センサ11b1によって検出された系統電源30からの電圧(ブレーカ14dよりも電力変換装置11b側の電圧)が、所定電圧以下(例えば、定格の1/10以下)であるか否かによって判定する。発電装置制御装置19は、系統電源30からの電圧が所定電圧以下であると判定した場合には、系統電源30から給電されていない状態にあると判定する。

0054

発電装置制御装置19が、系統電源30から給電されていない状態にあると判定した場合には(ステップS106で「NO」と判定)、プログラムをステップS108に進める。一方で、発電装置制御装置19が、系統電源30から給電されている状態にあると判定した場合には(ステップS106で「YES」と判定)、プログラムをステップS102の処理に戻す。

0055

発電装置制御装置19は、ステップS108において、貯湯槽制御装置22との間の通信状態が正常であるか否かを判定する(通信状態判定部)。ステップS104と同様に、系統電源30が停電等の異常により、電源ライン31に電力が供給されていない状態では、発電装置制御装置19は、貯湯槽制御装置22との間において通信状態が異常な状態であると判定し(ステップS108で「NO」と判定)、プログラムをステップS110に進める。一方、系統電源30が正常で、電源ライン31に電力が供給されている状態では、発電装置制御装置19は、貯湯槽制御装置22との通信状態が正常であると判定し(ステップS108で「YES」と判定)、プログラムをステップS116に進める。

0056

発電装置制御装置19は、ステップS110において、発電装置11の出力電力を系統ライン(電源ライン31:発電装置11(または第1負荷装置15)を系統電源30に接続する電線である。)から自立ライン(電線17:発電装置11を第2負荷装置18に接続する電線である。)に切り替える。具体的には、発電装置制御装置19は、第1開閉器14cを開路するとともに第2開閉器17aを閉路することで、発電装置11を系統電源30から切り離す(解列)とともに発電装置11を第2負荷装置18に接続する。このとき、発電装置11は発電を単独で行っている(自立発電)。
また、発電装置制御装置19は、ステップS110において、電源切替器34を、自立用出力端子16と電源基板23とを接続するように切り替えるのが好ましい。なお、系統連系されているときは、発電装置制御装置19は、電源切替器34を、配電盤32と電源基板23とを接続するように切り替えている。

0057

発電装置制御装置19は、ステップS112において、系統電源30の異常が解消したか否かを判定する。
具体的には、発電装置制御装置19は、上述したステップS106と同様に、発電装置制御装置19は、センサ11b1から入力された検出信号に基づき、系統電源30からの電圧が所定電圧以下であると判定した場合には、系統電源30から給電されていない状態にあると判定する。系統電源30が正常に回復し、系統電源30から電線14への電力の供給が回復した場合には、発電装置制御装置19は、系統電源30から給電されている状態にあると判定し、すなわち、系統電源30の異常が解消したと判定し(ステップS112で「YES」と判定)、プログラムをステップS114に進める。

0058

一方、発電装置制御装置19が、系統電源30が正常に回復していない場合には、系統電源30から給電されていない状態にあると判定し、すなわち、系統電源30の異常が解消していないと判定し(ステップS112で「NO」と判定)、ステップS112の処理を繰り返す。なお、ステップS112において、発電装置制御装置19が、電圧センサ31aからの検出信号に基づき、系統電源30から給電されているか否かを判定することにより、系統電源30の異常が解消したか否かを判定することにしてもよい。

0059

発電装置制御装置19は、ステップS114において、発電装置11の出力電力を自立ライン(電線17)から系統ライン(電源ライン31)に切り替える。具体的には、発電装置制御装置19は、第1開閉器14cを閉路するとともに第2開閉器17aを開路することで、発電装置11を第2負荷装置18から切り離すとともに発電装置11を系統電源30に再連系する。その後、発電装置制御装置19はプログラムをステップS102に戻す。
なお、発電装置制御装置19は、ステップS114において、電源切替器34を、配電盤32と電源基板23とを接続するように切り替えるのが好ましい。

0060

発電装置制御装置19は、ステップS116において、発電装置11(発電機11a)の発電運転を停止させて、図3に示すフローチャートを終了させる。具体的には、発電装置制御装置19は、補機10bに指令を出力し、燃料等の供給を停止させ、発電機11aを停止させる。

0061

なお、ステップS106で系統電源電圧が異常であると判定し、かつ、ステップS108で発電装置制御装置19と貯湯槽制御装置22とが通信可能な状態であると判定した場合には、発電装置制御装置19は、ブレーカ14dが作動して電線14を遮断したと判定する。つまり、発電装置制御装置19と貯湯槽制御装置22とが通信可能な状態であるということは、上述のように、貯湯槽制御装置22に系統電源30から電力が供給されているからであり、この状態において、電力変換装置11bが系統電源30から給電されていない状態にある原因は、ブレーカ14dが作動して電線14を遮断しているからである。なお、ブレーカ14dの作動の原因には、図示しないヒータ(例えば燃料電池の着火用ヒータ)や発電ユニット10内で短絡漏電等の異常により電線14に過電流が流れる場合が含まれる。

0062

なお、第1開閉器14cおよび第2開閉器17aにより特許請求の範囲に記載の、発電装置11からの電力供給を第1負荷装置15または第2負荷装置18に切り替えるように(発電装置11と第1負荷装置15との接続または発電装置11と第2負荷装置18との接続を切り替えるように)構成された切替装置Rが構成されている。また、切替装置Rは、一つの入力接点と二つの出力接点を備えた一つの切替器接続点14bに設けるように構成してもよい。この場合、入力接点は発電装置11に接続され、各出力接点にそれぞれ第1負荷装置15および第2負荷装置18が接続されるようにすればよい。

0063

本実施形態によれば、貯湯槽制御装置22(付随装置制御装置)は、系統電源30から電力の供給を受けて作動しているので、系統電源30に停電等の異常が発生した場合には、貯湯槽制御装置22は作動しないため発電装置制御装置19との間で正常に通信を行うことができない。この場合には、発電装置制御装置19(通信状態判定部:ステップS108)は貯湯槽制御装置22との通信状態が不良と判定する。さらに、発電装置制御装置19(給電判定部:ステップS106)が系統電源30から給電されていないと判定する。したがって、発電装置制御装置19(切替制御部:ステップS110)は、切替装置Rを、発電装置11からの電力供給を第2負荷装置18に切り替えるように制御する。これにより、大型化・コストアップを招くことなく、系統電源30が停電しても自立発電運転を確実に実施できる分散型電源システムを提供することができる。また、自立発電運転中において、第2負荷装置18に対する発電装置11からの電力供給を確実に実施することができる。

0064

また、切替装置Rは、発電装置11と第1負荷装置15との間に設けられて発電装置11と第1負荷装置15とを連通・遮断する第1開閉器14cと、発電装置11と第2負荷装置18との間に設けられて発電装置11と第2負荷装置18とを連通・遮断する第2開閉器17aと、を含んで構成され、発電装置制御装置19(切替制御部:ステップS110)は、上記通信状態判定部が貯湯槽制御装置22との間の通信状態が異常であると判定し、かつ、上記給電判定部が系統電源30から給電されていないと判定した場合に、第1開閉器14cを開路とするとともに第2開閉器17aを閉路とする。これにより、簡単な構成により、系統電源30が停電しても自立発電運転を確実に実施できる分散型電源システムを提供することができる。

0065

また、上記切替制御部は、上記通信状態判定部が貯湯槽制御装置22との間の通信状態が異常であると判定し、かつ、上記給電判定部が系統電源30から給電されていないと判定した場合に、第1開閉器14cを開路とするとともに第2開閉器17aを閉路とした後であって、給電判定部(ステップS112)が系統電源30から給電されている(復電)と判定した場合に、第1開閉器14cを閉路とするとともに第2開閉器17aを開路とする。これにより、系統電源30からの電力供給が復帰した場合、発電装置11からの電力供給を第1負荷装置15から第2負荷装置18へと確実に切り替えることができる。

0066

また、系統電源30と切替装置Rとの間に配設されたブレーカ14dをさらに備え、上記検出装置は、ブレーカ14dと切替装置Rとの間に配設されている。これにより、新たな部品を追加することなく簡単な構成により停電を検知することができる。

0067

また、発電装置11は、燃料と酸化剤ガスとにより発電する燃料電池11a1を含んで構成されている。これにより、発電装置11が燃料電池11a1により構成されている場合にも、大型化・コストアップを招くことなく、系統電源が停電しても自立発電運転を確実に実施することができる。

0068

なお、上述した実施形態における燃料電池11a1は固体酸化物燃料電池であったが、本発明を高分子電解質形燃料電池に適用するようにしても良い。この場合、発電機11aは、図4に示すように、主として燃料電池51aおよび改質器51bから構成されている。

0069

燃料電池51aは、燃料ガス(水素ガス)および酸化剤ガス(酸素を含む空気)が供給されて水素と酸素の化学反応により発電して直流電流(例えば40V)を出力するものである。

0070

改質器51bは、燃料(改質用燃料)を水蒸気改質し、水素リッチな改質ガスを燃料電池51aに供給するものであり、バーナ燃焼部)51b1、改質部51b2、一酸化炭素シフト反応部(以下、COシフト部という)51b3および一酸化炭素選択酸化反応部(以下、CO選択酸化部という)51b4から構成されている。燃料としては、天然ガス、LPG、灯油、ガソリンおよびメタノールなどがある。

0071

バーナ51b1は、起動運転時に外部から燃焼用燃料および燃焼用空気が供給され、または定常運転時に燃料電池51aの燃料極からアノードオフガス(燃料電池51aに供給されずに排出された改質ガス)が供給され、供給された各可燃性ガスを燃焼して燃焼ガスを改質部51b2に導出するものである。

0072

改質部51b2は、外部から供給された燃料に蒸発器からの水蒸気(改質水)を混合した混合ガスを改質部51b2に充填された触媒により改質して水素ガスと一酸化炭素ガスを生成している(いわゆる水蒸気改質反応)。これと同時に、水蒸気改質反応にて生成された一酸化炭素と水蒸気を水素ガスと二酸化炭素とに変成している(いわゆる一酸化炭素シフト反応)。これら生成されたガス(いわゆる改質ガス)はCOシフト部51b3に導出される。

0073

COシフト部51b3は、この改質ガスに含まれる一酸化炭素と水蒸気をその内部に充填された触媒により反応させて水素ガスと二酸化炭素とに変成している。これにより改質ガスは一酸化炭素濃度が低減されてCO選択酸化部51b4に導出される。

0074

CO選択酸化部51b4は、改質ガスに残留している一酸化炭素と外部からさらに供給されたCO浄化用の空気とをその内部に充填された触媒により反応させて二酸化炭素を生成している。これにより、改質ガスは一酸化炭素濃度がさらに低減されて(10ppm以下)燃料電池51aの燃料極に導出される。

0075

また、上述した実施形態においては、発電機11aは、天然ガス、LPG、灯油、ガソリン、メタノール等の燃料を用いて発電する燃料電池発電機の代わりに、エンジン発電機等、或いは、自然エネルギーによって発電する太陽光発電機や、風力発電機等、又は、これらの組み合わせが含まれる。

0076

発電機11aがエンジン発電機である場合の構成について、図5を用いて説明する。エンジン発電機は、燃料供給装置(図示省略)から供給される燃料と空気との燃焼による熱エネルギー回転エネルギー運動エネルギー)に変換するエンジン52aと、この回転エネルギーから電気エネルギーである電流を生成する発電機本体52bを備えている。エンジン52aには、ガスタービンエンジンレシプロエンジン等の内燃機関蒸気タービンエンジン等の外燃機関が含まれる。

0077

また、上述した実施形態では、発電装置11に付随して稼働する付随装置の一例として、貯湯ユニット20を挙げて本発明の分散型電源システムを説明した。しかし、付随装置は貯湯ユニット20に限定されず、系統電源30から供給される電力で作動する付随装置制御装置を有し、当該付随装置制御装置が発電装置制御装置19と通信するような付随装置であればよく、このような付随装置を有する分散型電源システムであれば、本発明の技術的思想は適用可能である。

0078

さらに、本発明による分散型電源システムの他の実施形態として、自立用出力端子16が省略されている実施形態も考えられる。この場合、系統電源30の送電がある場合または停電の場合であっても常に第2負荷装置18が第2開閉器17aに直接接続されている。系統電源30からの送電があるときは、第2開閉器17aを開路とするため、第2負荷装置18には電力供給はされない。一方、停電の場合における自立発電運転中には、第2開閉器17aを閉路とするため、使用者によらず、自動的に第2負荷装置18へ発電機11aからの電力のみが供給されることになる。
さらに、上述した実施形態においては、電源基板23への電力供給は、電源切替器34を介しているが、電源切替器34を介さずに分電盤32から直接供給するようにしてもよい。

0079

10…発電ユニット、11…発電装置、11a…発電機、11a1…燃料電池、11b…電力変換装置、11b1…センサ、14…電線、14c…第1開閉器、15…第1負荷装置、17…電線、17a…第2開閉器、18…第2負荷装置、19…発電装置制御装置(給電判定部、通信状態判定部、切替制御部)、20…貯湯ユニット、21…貯湯槽、22…貯湯槽制御装置(付随装置制御装置)、24…湯水循環回路、25…熱交換器、25a…流路、27…貯湯槽制御リモコン、27a…表示部、30…系統電源、31…電源ライン、31a…電圧センサ、R…切替装置。

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