(57)【要約】【課題】燃料電池発電部の発電を停止させずに自立運転を安定的に行うことができるコージェネレーション装置を提供する。【解決手段】燃料電池発電部４の発電電力の余剰電力を電気ヒータ７で消費するコージェネレーション装置１において、自立運転機能を、燃料電池発電部４の出力電力を定格最大出力電力として、その電力を電源コンセント１４および電気ヒータ７に供給する第１動作と、この第１動作中に、貯湯タンク１７の温水の温度が所定温度以上になると、燃料電池発電部４の出力電力を定格最小出力電力として、電気ヒータ７への発電電力の供給を停止する第２動作と、この第２動作中に、消費電力が燃料電池発電部４の発電電力を超えると、燃料電池発電部４の出力電力を再び定格最大出力電力とする第３動作とで構成する。【選択図】図１
2014191949.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池発電部を備えた燃料電池ユニットと、前記燃料電池発電部で発電される電力で動作する電気ヒータにより加熱される温水を貯留する貯湯タンクを備えた貯湯ユニットとを有してなり、電力系統との連系を解列した状態で前記燃料電池発電部で発電された電力を所定の電源コンセントに供給する自立運転機能を備えたコージェネレーション装置において、
前記自立運転機能は、
前記燃料電池発電部の出力電力を所定の第１電力とし、当該発電電力を前記電源コンセントおよび前記電気ヒータに供給する第１動作と、
前記第１動作中において、前記貯湯タンクの温水の温度が所定温度以上になると、前記燃料電池発電部の出力電力を前記第１電力より低い所定の第２電力とし、前記電気ヒータへの発電電力の供給を停止する第２動作と、
前記第２動作中において、消費電力が前記燃料電池発電部の発電電力を超えるときは、前記燃料電池発電部の出力電力をその定格最大出力電力またはその近傍に設定された所定の第３電力とする第３動作と、
を有していることを特徴とするコージェネレーション装置。
【請求項２】
前記第１電力は、少なくとも前記貯湯ユニットの定格消費電力以上に設定されることを特徴とする請求項１に記載のコージェネレーション装置。
【請求項３】
前記第１電力は、前記燃料電池発電部の定格最大出力電力またはその近傍に設定されることを特徴とする請求項１に記載のコージェネレーション装置。
【請求項４】
前記第２電力は、少なくとも前記燃料電池発電部の定格最小出力電力またはその近傍に設定されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のコージェネレーション装置。
【請求項５】
前記燃料電池ユニットと前記貯湯ユニットとが通信接続されてなり、
前記燃料電池発電部は、前記貯湯ユニットとの通信成立を条件に前記第３電力で発電することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のコージェネレーション装置。
【請求項６】
前記燃料電池発電部は、固体酸化物型燃料電池で構成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のコージェネレーション装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はコージェネレーション装置に関し、より詳細には、発電部として燃料電池を備えたコージェネレーション装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近時、商用電源などの電力系統に連系可能な分散型電源としての燃料電池を利用したコージェネレーション装置が提供されている。
【０００３】
この種のコージェネレーション装置は、周知のとおり、燃料電池の発電時に発生する排熱を利用して温水を生成するものであり、燃料電池発電部を備えた燃料電池ユニットと、排熱を利用して生成される温水を貯留する貯湯タンクを備えた貯湯ユニットとを主要部として構成されている。
【０００４】
そして、このような燃料電池を用いたコージェネレーション装置では、燃料電池発電部の発電電力を消費しないと燃料電池が高温になりすぎることから、燃料電池発電部の余剰電力を消費して貯湯タンク内の湯水を加熱する電気ヒータを備えたものが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２２６５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、このようなコージェネレーション装置には以下の問題があり、その改善が望まれていた。
【０００７】
この種のコージェネレーション装置では、電力系統が停電した場合に、燃料電池発電部を電力系統から切り離した（解列した）状態で発電を行う自立運転機能を備えたものがある。自立運転機能は、燃料電池発電部で発電された電力を所定の電源コンセント（自立運転用の電源コンセント）に供給し、当該電源コンセントで電力を消費できるようにするものであるが、この種のコージェネレーション装置において、貯湯ユニットは、通常、電力系統から電力供給を受けるように構成されているので、電力系統が停電すると、貯湯ユニットの電動部品（たとえば、貯湯タンク内の湯水を電気ヒータに強制循環させる電動ポンプや貯湯タンクの湯水の温度が所定温度を超える場合に冷却するラジエター用の電動ファンなど）が動作しなくなる。そのため、自立運転に伴って燃料電池発電部の余剰電力を電気ヒータで消費させると、貯湯タンク内の湯水の温度が高温になりすぎるという問題がある。
【０００８】
この点に関して、貯湯タンク内の温水の温度上昇を回避するために燃料電池発電部の発電を停止させることも考えられるが、発電を停止させると自立運転用の電源コンセントが使用不能になる一方、電力系統からの電力供給がない状態では燃料電池発電部を再起動する（具体的には、燃料電池発電部を起動する補機を動作させる）ことができないため、自立運転を再開することができない。なお、補機の動作用に蓄電池などを備える場合であっても、燃料電池発電部はその起動に時間が掛かることから、発電を一旦停止させると再起動に時間が掛かり、その間自立運転ができないという問題もある。
【０００９】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、燃料電池発電部の発電を停止させずに自立運転を安定的に行うことができるコージェネレーション装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明の請求項１に記載のコージェネレーション装置は、燃料電池発電部を備えた燃料電池ユニットと、上記燃料電池発電部で発電される電力で動作する電気ヒータにより加熱される温水を貯留する貯湯タンクを備えた貯湯ユニットとを有してなり、電力系統との連系を解列した状態で上記燃料電池発電部で発電された電力を所定の電源コンセントに供給する自立運転機能を備えたコージェネレーション装置において、上記自立運転機能は、上記燃料電池発電部の出力電力を所定の第１電力とし、当該発電電力を上記電源コンセントおよび上記電気ヒータに供給する第１動作と、上記第１動作中において、上記貯湯タンクの温水の温度が所定温度以上になると、上記燃料電池発電部の出力電力を上記第１電力より低い所定の第２電力とし、上記電気ヒータへの発電電力の供給を停止する第２動作と、上記第２動作中において、消費電力が上記燃料電池発電部の発電電力を超えるときは、上記燃料電池発電部の出力電力をその定格最大出力電力またはその近傍に設定された所定の第３電力とする第３動作と、を有していることを特徴とする。
【００１１】
この請求項１に記載のコージェネレーション装置では、電力系統の停電などによって自立運転機能が開始されると、燃料電池発電部は所定の第１電力で発電するとともに、その発電電力が電源コンセントおよび電気ヒータに供給される（第１動作）。これにより、電源コンセントが使用可能になるとともに、燃料電池発電部で発電された電力の余剰電力が電気ヒータで消費され、貯湯タンク内の湯水が加熱される。
【００１２】
そして、この第１動作により、貯湯タンク内の湯水の温度が所定温度以上になると、燃料電池発電部は上記第１電力より低い所定の第２電力で発電を行い、電気ヒータへの電力供給を停止する（第２動作）。すなわち、貯湯ユニットが自立運転用の電源コンセントに接続されない場合、貯湯タンク内の湯水の温度が上昇するので、その場合はこの第２動作によって、燃料電池発電部の余剰電力が抑制されるとともに、貯湯タンク内の湯水の温度上昇が抑制される。なお、この第２動作では、燃料電池発電部は発電を停止することなく発電を継続する。
【００１３】
そして、この第２動作中において、消費電力が燃料電池発電部の発電電力を超えるときは、燃料電池発電部はその定格最大出力電力またはその近傍に設定される所定の第３電力で発電を行う（第３動作）。すなわち、第２動作中において消費電力が発電電力を超える場合には貯湯ユニットが自立運転用の電源コンセントに接続されているとみなせるので、燃料電池発電部を能力最大（または最大付近）で発電させる。
【００１４】
このように、請求項１に記載のコージェネレーション装置では、自立運転にあたり、貯湯タンク内の湯水の温度や電気負荷による消費電力の多寡などの状況に応じて燃料電池発電部の発電電力を制御するので、可能な限り燃料電池発電部を停止させることなく自立運転を継続させることができる。
【００１５】
本発明の請求項２に記載のコージェネレーション装置は、請求項１に記載のコージェネレーション装置において、上記第１電力は、少なくとも上記貯湯ユニットの定格消費電力以上に設定されることを特徴とする。
【００１６】
すなわち、この請求項２に記載のコージェネレーション装置では、自立運転機能の開始当初に、自立運転用の電源コンセントには少なくとも貯湯ユニットの定格消費電力以上の電力が供給されるので、この自立運転用の電源コンセントに貯湯ユニットの電源プラグを接続することで、貯湯ユニットを確実に動作させることができる。
【００１７】
本発明の請求項３に記載のコージェネレーション装置は、請求項１に記載のコージェネレーション装置において、上記第１電力は、上記燃料電池発電部の定格最大出力電力またはその近傍に設定されることを特徴とする。
【００１８】
すなわち、この請求項３に記載のコージェネレーション装置では、自立運転機能の開始当初から燃料電池発電部は定格最大出力電力またはそれに近い電力を発電するので、燃料電池発電部の発電を安定させることができる。また、定格最大出力電力またはそれに近い電力を発電するので、自立運転用の電源コンセントに多くの電気負荷を接続することができる。
【００１９】
本発明の請求項４に記載のコージェネレーション装置は、請求項１から３のいずれかに記載のコージェネレーション装置において、上記第２電力は、少なくとも上記燃料電池発電部の定格最小出力電力またはその近傍に設定されることを特徴とする。
【００２０】
すなわち、この請求項４に記載のコージェネレーション装置では、上記第１動作中に貯湯タンクの温水の温度が所定温度以上になると、燃料電池発電部は定格最小出力電力またはその近傍で発電を行うので、余剰電力を可及的に少なくした状態で燃料電池発電部の発電を継続することができる。
【００２１】
本発明の請求項５に記載のコージェネレーション装置は、請求項１から４のいずれかに記載のコージェネレーション装置において、上記燃料電池ユニットと上記貯湯ユニットとが通信接続されてなり、上記燃料電池発電部は、上記貯湯ユニットとの通信成立を条件に上記第３電力で発電することを特徴とする。
【００２２】
すなわち、この請求項５に記載のコージェネレーション装置では、貯湯ユニットとの通信成立を条件として燃料電池発電部が第３電力で発電するので、自立運転用の電源コンセントへの貯湯ユニットの接続を確実に検出して燃料電池発電部を能力最大（または最大付近）で発電させることができる。
【００２３】
本発明の請求項６に記載のコージェネレーション装置は、請求項１から５のいずれかに記載のコージェネレーション装置において、上記燃料電池発電部は、固体酸化物型燃料電池で構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、貯湯タンク内の湯水の温度や電気負荷による消費電力の多寡などの状況に応じて燃料電池発電部の発電電力が制御されるので、可能な限り燃料電池発電部を停止させることなく自立運転を継続させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明に係るコージェネレーション装置の概略構成の一例を示すブロック図である。
【図２】同コージェネレーション装置における自立運転の手順の一例を示すフローチャートである。
【図３】同コージェネレーション装置の他の実施形態の概略構成の一例を示すブロック図である。
【図４】同他の実施形態に示すコージェネレーション装置における自立運転の手順の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
実施形態１
図１は、本発明に係るコージェネレーション装置の概略構成を示している。この図１に示すコージェネレーション装置１は、燃料電池（ＦＣ：fuel cell）の発電時に発生する排熱を利用して温水を生成する熱電併給装置であって、図示しない燃料電池により発電を行う燃料電池発電部（以下、「ＦＣ発電部」と称する。）４を備えた燃料電池ユニット（以下、「ＦＣユニット」と称する）２と、燃料電池の排熱を利用して生成される温水を貯留する貯湯タンク１７を備えた貯湯ユニット３とを主要部として備えている。
【００２７】
ＦＣユニット２は、ＦＣ発電部４およびその周辺機器などを収容してなる装置であって、このＦＣユニット２には、ＦＣ発電部４と、ＦＣ発電部４で発電された直流電力を商用電源などの電力系統ＣＰに連系可能な交流電力に変換するパワーコンディショナ５と、ＦＣ発電部４を制御するＦＣ制御部６とが備えられる他、本実施形態では、ＦＣ発電部５で発電された電力の余剰電力を利用して貯湯タンク１７内の湯水を加熱する電気ヒータ７が備えられている。
【００２８】
ＦＣ発電部４は、図示しない燃料電池を備えた発電部である。本実施形態では、このＦＣ発電部４には固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）が用いられる。ここで、燃料電池の構造は周知であるのでその詳細な説明は省略するが、このＦＣ発電部４には燃料電池本体（燃料電池スタック）の他、その周辺機器（たとえば、燃料ガスから水素を取り出す改質器や空気中の酸素を燃料電池スタックに供給する空気供給装置などの補機類）が備えられている。ＦＣ発電部４に備えられる補機類は、燃料電池を起動する際（すなわち、燃料電池が非発電中のとき）は電力系統ＣＰから電力供給を受けて動作するように構成され、、燃料電池起動後（すなわち、燃料電池が発電中のとき）は燃料電池で発電された電力で動作するように構成されている。
【００２９】
パワーコンディショナ５は、ＦＣ発電部４で発電される直流電力を電力系統ＣＰに連系可能な交流電力に変換する系統連系インバータ装置であって、ＦＣ発電部４で発電された直流電力を昇圧するＤＣ／ＤＣコンバータ９と、ＤＣ／ＤＣコンバータ９で昇圧された直流電力を電力系統ＣＰに連系可能な交流電力（たとえば、単相交流１００Ｖ／２００Ｖ）に変換するＤＣ／ＡＣインバータ１０と、これらコンバータ９およびインバータ１０を制御するパワコン制御部１１とを主要部として構成されている。
【００３０】
ここで、ＤＣ／ＤＣコンバータ９およびＤＣ／ＡＣインバータ１０は、いずれも公知のコンバータ回路、インバータ回路で構成されている。また、パワコン制御部１１は、制御中枢として図示しないマイコンを備えており、このマイコンの制御プログラムに従ってパワーコンディショナ５の各部の動作制御を行うようになっている。なお、これらパワーコンディショナ５も上述したＦＣ発電部４と同様に、燃料電池が非発電中のときは電力系統ＣＰから電力供給を受け、燃料電池発電中は燃料電池で発電された電力で動作するように構成されている。
【００３１】
１２は系統連系リレーを示している。この系統連系リレー１２は、パワコン制御部１１によって開閉制御が行われるリレー接点で構成されており、電力系統ＣＰが非停電の状態であり、かつ、ＦＣ発電部４が正常に発電しているとき（換言すれば、ＦＣ発電部４を電力系統ＣＰに連系させてよいとき）には、パワコン制御部１１が系統連系リレー１２を閉成（短絡）させてＦＣ発電部４を系統に連系させるようになっている。すなわち、系統連系時には、ＦＣ発電部４で発電される電力は、系統連系リレー１２と電力系統ＣＰとの間に接続される図示しない電気負荷によって消費されるようになっており、電気負荷で消費しきれない余剰電力が生じないように発電電力が調整される。
【００３２】
そして、ＦＣ発電部４が正常に発電している状態で、電力系統ＣＰが停電した場合には、パワコン制御部１１はこの停電を検知して系統連系リレー１２を開成（開放）させて、ＦＣ発電部４を電力系統ＣＰから解列し、ＦＣ発電部４で発電された電力を自立運転用の電源コンセント１４に供給する。すなわち、ＦＣ発電部４で発電された直流電力をパワーコンディショナ５で電力系統ＣＰと同様の交流電力に変換して電源コンセント１４に供給するようになっている（自立運転機能）。なお、この電源コンセント１４は、後述する貯湯ユニット３の電源プラグ２０の差込接続が可能な配線用差込接続器で構成されている。１３は、この自立運転機能の作動時に閉成される自立運転リレーを示しており、この自立運転リレー１３もパワコン制御部１１によって開閉制御が行われるように構成されている。
【００３３】
ＦＣ制御部６は、ＦＣ発電部４の動作を制御する制御装置であって、制御中枢として図示しないマイコンを備えており、このマイコンの制御プログラムに従ってＦＣ発電部４を制御するように構成されている。すなわち、ＦＣ発電部４の発電量（発電電力）はこのＦＣ制御部６によって制御されるようになっている。そして、このＦＣ制御部６は、上記パワコン制御部１１と通信線１５によって通信接続され、パワコン制御部１１と相互に情報のやり取りができるように構成されている。
【００３４】
電気ヒータ７は、ＦＣ発電部５で発電された電力の余剰電力を利用して貯湯タンク１７内の湯水を加熱する加熱手段を構成するものであって、パワーコンディショナ５のＤＣ／ＤＣコンバータ９の出力側に接続され、ＤＣ／ＤＣコンバータ９から出力される直流電力によって動作するようになっている。この電気ヒータ７には、図示しないスイッチが備えられており、このスイッチを後述するパワコン制御部１１がオン／オフ制御することによって電気ヒータ７の作動／停止が制御されるように構成されている。そして、この電気ヒータ７は、貯湯タンク１７の下部と上部との間に配設される湯水の循環配管１６に備えられて配管内の湯水を加熱できるように配設されており、電気ヒータ７を作動させることで、貯湯タンク１７の下部から取り出した湯水を加熱して貯湯タンク１７の上部に戻すことができるようになっている。なお、循環配管１６には、特に図示しないが、燃料電池（ＦＣ発電部４）の排熱を利用して貯湯タンク１７内の湯水を加熱する熱交換器も備えられている。
【００３５】
符号８は、貯湯タンク１７内の湯水の温度を検出する温度検出手段を構成するサーミスタであって、このサーミスタ８で検出される温度情報はＦＣ制御部６に入力されるように構成されている。本実施形態では、このサーミスタ８は電気ヒータ７の下流側、すなわち、電気ヒータ７で加熱後の温水の温度を検出する位置に設けた場合を図示しているが、このサーミスタ８は、貯湯タンク１７内の湯水の温度を直接または間接的に測定可能に配設されていればよく、たとえば、循環配管１６における電気ヒータ７の上流側、さらには貯湯タンク１７自体に備えられていてもよい。
【００３６】
一方、貯湯ユニット３は、貯湯タンク１７およびその周辺機器などを収容してなる装置であって、貯湯タンク１７と、循環ポンプ１８と、貯湯ユニット制御部１９とを主要部として備えている。
【００３７】
貯湯タンク１７は、上述したように、ＦＣ発電部４の排熱を利用して生成される温水を貯留するタンクであるが、本実施形態では、循環配管１６を流れる湯水は電気ヒータ７によっても加熱されるようになっているので、電気ヒータ７により加熱された温水を貯留するタンクとしても機能するようになっている。
【００３８】
循環ポンプ１８は、貯湯タンク１７内の湯水を循環配管１６に強制循環させる電動ポンプであって、この循環ポンプ１８が動作することにより、貯湯タンク１７内の湯水は同タンクの下部から吸い出されて電気ヒータ７を介してタンク上部に循環するようになっている。貯湯ユニット制御部１９は、貯湯ユニット３の各部を制御する制御装置であって、制御中枢として図示しないマイコンを備えており、このマイコンの制御プログラムに従って貯湯ユニット３の各部（たとえば、循環ポンプ１８）を制御するように構成されている。なお、この貯湯ユニット３は、これらの他にも、たとえば、特に図示しないが、循環配管１６内の湯水を冷却するラジエタ（冷却手段）やその空冷手段となる電動ファンを備えており、貯湯タンク１７内の湯水が所定の上限温度以上にならないように構成されている。
【００３９】
そして、このように構成される貯湯ユニット３には、貯湯ユニット用の電源プラグ２０が備えられており、電力系統ＣＰが非停電の状態にあるときには、この電源プラグ２０を電力系統ＣＰから電力供給を受ける配線用差込接続器（図示せず）に差込接続するようになっている。すなわち、この貯湯ユニット３は、電力系統ＣＰが非停電のときには、電力系統ＣＰからの電力によって動作するようになっている。なお、電力系統ＣＰの停電時には、後述するように、電源プラグ２０を上記電源コンセント１４に接続することで、ＦＣ発電部４で発電された電力で貯湯ユニット３を動作させることができるようになっている。
【００４０】
次に、このように構成されたコージェネレーション装置１における自立運転機能について図２に基づいて説明する。
【００４１】
図２は、コージェネレーション装置１における自立運転の手順を示している。
このコージェネレーション装置１では、電力系統ＣＰが停電しておらず（非停電）、かつ、ＦＣ発電部４が正常に発電を行っている通常の状態にあるときには、上述したように、パワコン制御部１１は系統連系リレー１２を閉成させて、ＦＣ発電部４で発電された電力を電力系統ＣＰに連系させる通常運転を行う（図２ステップＳ１参照）。
【００４２】
この通常運転にあるとき、パワコン制御部１１は、電力系統ＣＰの停電の有無を常時（または定期的）に監視する（図２ステップＳ２参照）。この停電監視は、たとえば、電力系統ＣＰからの入力電圧を監視する電圧センサ（図示せず）を用いて、当該入力電圧をパワコン制御部１１で監視することなどにより行う。
【００４３】
この停電監視において、パワコン制御部１１が電力系統ＣＰの停電を検出すると（図２ステップＳ２でＹｅｓ）、自立運転機能が開始される。すなわち、まず、パワコン制御部１１が系統連系リレー１２を開成させて、ＦＣ発電部４を電力系統ＣＰから解列させる（図２ステップＳ３参照）。この解列により、ＦＣ発電部４は電力系統ＣＰと切り離された状態で発電（自立発電）を行うことになるので、パワコン制御部１１は、系統連系リレー１２を開成させるのと併せて、ＦＣ発電部４が自立発電となる旨をＦＣ制御部６に送信する。
【００４４】
ここで、電力系統ＣＰが停電すると、電力系統ＣＰから電力供給を受ける貯湯ユニット３は動作不能となるので、電力系統ＣＰの停電中に貯湯ユニット３を動作させるには、電源プラグ２０を自立運転用の電源コンセント１４に差し替える必要がある（詳細は後述する）。これに対して、ＦＣユニット２には、上述したように、ＦＣ発電部４で発電される電力が供給されるので、電力系統ＣＰが停電してもＦＣユニット２は動作を継続する。
【００４５】
ＦＣ制御部６は、パワコン制御部１１からＦＣ発電部４が自立発電となる旨の通知を受け付けると、ＦＣ発電部４の発電電力（すなわち、ＦＣ発電部４の出力電力）を所定の第１電力（本実施形態では、この第１電力は、ＦＣ発電部の定格最大出力電力またはその近傍に設定される）となるようにＦＣ発電部４を制御する。これにより、ＦＣ発電部４では、定格最大出力電力（または、その近傍）で発電運転（ＦＣ最大運転）が行われる（図２ステップＳ４参照）。
【００４６】
ＦＣ発電部４がＦＣ最大運転を行うと、パワコン制御部１１は、ＦＣ制御部６との通信またはパワーコンディショナ５への入力電力からそれを検知し、自立運転リレー１３を閉成させて自立運転用の電源コンセント１４にＦＣ発電部４で発電された電力を供給し、自立運転を開始させる（図２ステップＳ５参照）。この自立運転中、パワコン制御部１１は電源コンセント１４で消費されない余剰電力を電気ヒータ７に供給し、余剰電力が電気ヒータ７で消費されるようにする（図２ステップＳ６参照）。
【００４７】
このとき、貯湯ユニット３の電源プラグ２０が自立運転用の電源コンセント１４に接続されると、ＦＣ発電部４で発電された電力が貯湯ユニット３に供給されるようになる。つまり、循環ポンプ１８が動作可能となり、電気ヒータ７で加熱される湯水が循環配管１６を介して貯湯タンク１７との間で強制循環される。このとき加熱後の温水（つまり、貯湯タンク１７内の温水）が所定の上限温度付近まで上昇すると、貯湯ユニット制御部１９はラジエタの電動ファンを動作させて貯湯タンク１７内の温水が上限温度を超えないように冷却する。つまり、貯湯ユニット３を動作させることによって、ＦＣユニット２は、ＦＣ発電部４で発電された電力の余剰電力を電気ヒータ７で消費しながら自立発電を継続することができるようになる。
【００４８】
これに対して、貯湯ユニット３の電源プラグ２０が自立運転用の電源コンセント１４に接続されない場合、貯湯ユニット３は動作しないので、サーミスタ８の検出温度が徐々に上昇する。すなわち、電気ヒータ７で加熱された湯水は貯湯タンク１７との間で強制循環されることなく滞留するので、サーミスタ８の検出温度が上昇する。そして、このサーミスタ８の検出温度があらかじめ設定された所定温度Ｔ１以上になると（図２ステップＳ７でＹｅｓになると）、ＦＣ制御部６は、ＦＣ発電部４の出力電力を上記第１電力よりも低い所定の第２電力（本実施形態では、この第２電力は、ＦＣ発電部４の定格最小出力電力またはその近傍に設定される）となるようにＦＣ発電部４を制御する。これにより、ＦＣ発電部４は定格最小出力電力（または、その近傍）で発電運転（ＦＣ最小運転）を行う（図２ステップＳ８参照）。
【００４９】
ＦＣ発電部４がＦＣ最小運転を行うと、パワコン制御部１１は、ＦＣ制御部６との通信またはパワーコンディショナ５への入力電力からそれを検知し、電気ヒータ７への電力供給を停止させる。具体的には、パワコン制御部１１は電気ヒータ７のスイッチをオフにして、電気ヒータ７への電力供給を停止させる（図２ステップＳ９参照）。これにより、貯湯タンク１７内の湯水の温度上昇は抑制される。
【００５０】
このように、本実施形態に示すコージェネレーション装置１では、電力系統ＣＰが停電してＦＣ発電部４が自立発電を行う場合、はじめはＦＣ発電部４を最大電力（またはその近傍）で発電させて自立運転を開始し、自立運転開始後一定時間が経過しても（サーミスタ８の検出温度がＴ１以上になっても）自立運転用の電源コンセント１４に貯湯ユニット３の電源プラグ２０が接続されなければ、ＦＣ発電部４を最小電力（またはその近傍）で発電するようにして、ＦＣ発電部４での発電を継続しながら貯湯タンク１７内の温水の温度上昇を抑制する。
【００５１】
そして、ＦＣ発電部４がＦＣ最小運転のときに自立運転用の電源コンセント１４に貯湯ユニット３の電源コンセント２０が接続された場合の対応として、ＦＣ最小運転中はパワコン制御部１１が電源コンセント１４で消費される負荷電力を監視し、この負荷電力（消費電力）がＦＣ発電部４の発電電力を超えるか否かを常時（または定期的に）判断するようにしている（図２ステップＳ１０参照）。
【００５２】
そして、自立運転用の電源コンセント１４に貯湯ユニット３の電源プラグ２０が接続されることによって負荷電力がＦＣ発電部４の発電電力を超える場合には（図２ステップＳ１０でＹｅｓ）、パワコン制御部１１は自立運転リレー１３を開成させて自立運転を一旦停止させ（図２ステップＳ１１参照）、ＦＣ制御部６に対してＦＣ発電部４を所定の第３電力（この第３電力は、ＦＣ発電部４の定格最大出力電力またはその近傍に設定される）で発電させる旨の指示を行う。
【００５３】
これにより、ＦＣ制御部６はＦＣ発電部４を定格最大出力電力（またはその近傍）で発電するように制御し、ＦＣ発電部４による定格最大出力電力（または、その近傍）での発電運転（ＦＣ最大運転）が行われ（図２ステップＳ４参照）、自立運転が再開される（図２ステップＳ５参照）。
【００５４】
なお、ＦＣ発電部４がＦＣ最小運転の状態で自立運転用の電源コンセント１４に貯湯ユニット３以外の電気負荷の電源コンセントが接続された場合にも負荷電力がＦＣ発電部４の発電電力を超えることになり（図２ステップＳ１０でＹｅｓ）、ＦＣ発電部４がＦＣ最大運転を行うことになるが（図２ステップＳ４参照）、その場合には、電気ヒータ７の動作に伴ってサーミスタ８の検出温度が所定温度Ｔ１以上になるので（図２ステップＳ７でＹｅｓ）、ＦＣ発電部４はＦＣ最小運転を行うことになる（図２ステップＳ８参照）。
【００５５】
一方、ＦＣ発電部４がＦＣ最小運転のときに自立運転用の電源コンセント１４に貯湯ユニット３の電源コンセント２０が接続されないままのときの対応としては、この場合、負荷電力はＦＣ発電部４の発電電力以下となるので（図２ステップＳ１０でＮｏ）、ＦＣ制御部６は、サーミスタ８の検出温度を監視し、この検出温度が上記所定温度Ｔ１よりも高く設定される第２所定温度Ｔ２以上となるか否かを判断し（図２ステップＳ１２参照）、第２所定温度以上である場合には、ＦＣ発電部４での発電を停止させる（図２ステップＳ１３参照）。つまり、電気ヒータ７を停止させてもなお貯湯タンク１７内の湯水の温度上昇が止まらない場合には、ＦＣ発電部４の発電そのものを停止させるようにしている。
【００５６】
このように、本実施形態に示すコージェネレーション装置１では、電力系統ＣＰの停電に伴って実行される自立運転において、貯湯タンク１７内の湯水の温度や電気負荷による消費電力の多寡などの状況に応じて、ＦＣ発電部４の発電電力を調整しながら、可能な限りＦＣ発電部４の発電を停止させることなく継続するので、自立運転を安定的に行うことができる。
【００５７】
実施形態２
次に、本発明の第２の実施形態について図３および図４に基づいて説明する。
ここで、図３は、本実施形態のコージェネレーション装置１の概略構成を示しており、図４は、同コージェネレーション装置１における自立運転の手順を示している。
【００５８】
この第２の実施形態に示すコージェネレーション装置１は、ＦＣ制御部６と貯湯ユニット制御部１９とを通信線２１で通信接続するとともに、自立運転機能の動作手順の一部を変更した改変例であって、その他の構成は上述した実施形態１に示すコージェネレーション装置１と同様である。したがって、構成が共通する部分には同一の符号を付して説明は省略する。
【００５９】
本実施形態に示すコージェネレーション装置１は、上述したように、ＦＣユニット２のＦＣ制御部６と貯湯ユニット３の貯湯ユニット制御部１９とが通信線２１によって通信接続され、両制御部６，１９の間で通信が行えるように構成される。
【００６０】
そして、本実施形態のコージェネレーション装置１では、自立運転が以下の手順で行われる。
【００６１】
すなわち、このコージェネレーション装置１においても電力系統ＣＰが非停電で、かつ、ＦＣ発電部４が正常に発電を行っている通常状態のときは、パワコン制御部１１は系統連系リレー１２を閉成させて、ＦＣ発電部４を電力系統ＣＰに連系させる通常運転を行うとともに（図４ステップＳ１参照）、電力系統ＣＰの停電監視を行うように構成されている（図４ステップＳ２参照）。
【００６２】
そして、この停電監視においてパワコン制御部１１が電力系統ＣＰの停電を検出すると（図４ステップＳ２でＹｅｓ）、パワコン制御部１１はＦＣ発電部４を電力系統ＣＰから解列させ（図４ステップＳ３参照）、ＦＣ制御部６に対してＦＣ発電部４が自立発電となる旨を送信する。
【００６３】
そして、パワコン制御部１１からこの通知を受け付けたＦＣ制御部６は、ＦＣ発電部４の発電電力（すなわち、ＦＣ発電部４の出力電力）を所定の第１電力（本実施形態における第１電力は、少なくとも貯湯ユニット３の定格消費電力以上に設定される。具体的には、たとえば、貯湯ユニット３の定格消費電力値が第１電力とされる。）となるようにＦＣ発電部４を制御する。これにより、ＦＣ発電部４では、最低限、貯湯ユニット３の動作が可能な電力での発電運転（ＦＣ貯湯運転）が行われる（図４ステップＳ４参照）。
【００６４】
ＦＣ発電部４がＦＣ貯湯運転を行うと、パワコン制御部１１は、ＦＣ制御部６との通信またはパワーコンディショナ５への入力電力からそれを検知し、自立運転リレー１３を閉成させて自立運転用の電源コンセント１４にＦＣ発電部４で発電された電力を供給し、自立運転を開始させる（図４ステップＳ５参照）。そして、この自立運転中、余剰電力を電気ヒータ７に供給する（図４ステップＳ６参照）。
【００６５】
そして、この状態で貯湯ユニット３の電源プラグ２０が自立運転用の電源コンセント１４に接続され、貯湯ユニット３が動作を開始し、ＦＣ制御部６と貯湯ユニット制御部１９との間の通信が開始されると（図４ステップＳ７でＹｅｓ）、ＦＣ制御部６は、この通信開始を検知して、ＦＣ発電部４を定格最大出力電力（またはその近傍）で発電するように制御し、ＦＣ発電部４に定格最大出力電力（または、その近傍）で発電運転（ＦＣ最大運転）を行わせる（図４ステップＳ８参照）。
【００６６】
つまり、本実施形態に示すコージェネレーション装置１では、自立運転の開始当初はＦＣ発電部４を貯湯ユニット３の動作に必要な最低限の電力で発電させておき、貯湯ユニット制御部１９との通信検知によって貯湯ユニット３の動作開始を確認してから、ＦＣ発電部４を最大電力（またはその近傍）で発電させるようにしている。
【００６７】
これに対して、ＦＣ制御部６が貯湯ユニット制御部１９との通信を検知しない場合には（図４ステップＳ７でＮｏ）、自立運転用の電源コンセント１４に貯湯ユニット３の電源プラグ２０が接続されていないとみなして、ＦＣ制御部６は、サーミスタ８の検出温度が所定温度Ｔ１以上であるか否かを判断し（図４ステップＳ９参照）、所定温度Ｔ１以上であれば（図４ステップＳ９でＹｅｓ）、ＦＣ発電部４の出力電力を上記第１電力よりも低い所定の第２電力（本実施形態では、この第２電力は、ＦＣ発電部４の定格最小出力電力またはその近傍に設定される）となるようにＦＣ発電部４を制御し、ＦＣ発電部４を定格最小出力電力（または、その近傍）で発電運転（ＦＣ最小運転）を行わせる（図４ステップＳ１０参照）。
【００６８】
そして、ＦＣ発電部４がＦＣ最小運転になると、パワコン制御部１１は、ＦＣ制御部６との通信またはパワーコンディショナ５への入力電力からそれを検知し、電気ヒータ７への電力供給を停止させて（図４ステップＳ１１参照）、貯湯タンク１７内の湯水の温度上昇を抑制する。
【００６９】
そして、ＦＣ発電部４がＦＣ最小運転の状態で自立運転用の電源コンセント１４に貯湯ユニット３の電源コンセント２０が接続された場合の対応は、上述した実施形態１と略同様である。すなわち、ＦＣ最小運転中に負荷電力がＦＣ発電部４の発電電力を超えると（図４ステップＳ１２でＹｅｓ）、パワコン制御部１１は自立運転を一旦停止させて（図４ステップＳ１３参照）、ＦＣ発電部４を上記第１電力で発電させ（図４ステップＳ４参照）、第１電力での自立運転を開始する（図４ステップＳ５参照）。
【００７０】
これに対して、ＦＣ発電部４がＦＣ最小運転のときに自立運転用の電源コンセント１４に貯湯ユニット３の電源コンセント２０が接続されないときは（図４ステップＳ１２でＮｏ）、ＦＣ制御部６は、サーミスタ８の検出温度が上記第２所定温度Ｔ２以上であるか否かを判断し（図４ステップＳ１４参照）、第２所定温度Ｔ２以上である場合には、ＦＣ発電部４での発電を停止させる（図４ステップＳ１５参照）。
【００７１】
このように、本実施形態に示すコージェネレーション装置１においても、電力系統ＣＰの停電に伴って実行される自立運転において、貯湯タンク１７内の湯水の温度や電気負荷による消費電力の多寡などの状況に応じて、ＦＣ発電部４の発電電力を調整しながら、可能な限りＦＣ発電部４の発電を停止させることなく継続させるので、自立運転を安定的に行うことができる。
【００７２】
なお、上述した実施形態は本発明の好適な実施態様を示すものであって、本発明はこれに限定されることなく発明の範囲内で種々の設計変更が可能である。
【００７３】
たとえば、上述した実施形態では、循環配管１６内の湯水を強制循環させる循環ポンプ１８を貯湯ユニット３側に設ける構成を示したが、循環ポンプ８は循環配管１６に備えられていればよく、ＦＣユニット２側に備えられていてもよい。
【００７４】
また、上述した実施形態ではＦＣ発電部４に備えられる燃料電池が固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）である場合を示したが、他の態様の燃料電池（たとえば、固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ））で構成されていてもよい。
【００７５】
さらに、上述した実施形態では、自立運転用の電源コンセント１４をＦＣユニット２側に備える構成を示したが、この電源コンセント１４は貯湯ユニット３側に設けられていてもよい。
【符号の説明】
【００７６】
１            コージェネレーション装置
２            燃料電池ユニット（ＦＣユニット）
３            貯湯ユニット
４            燃料電池発電部（ＦＣ発電部）
５            パワーコンディショナ
６            ＦＣ制御部
７            電気ヒータ
８            サーミスタ
９            ＤＣ／ＤＣコンバータ
１０          ＤＣ／ＡＣインバータ
１１          パワコン制御部
１２          系統連系リレー
１３          自立運転リレー
１４          自立運転用の電源コンセント
１７          貯湯タンク
１８          循環ポンプ
１９          貯湯ユニット制御部
２０          電源プラグ
ＣＰ          電力系統
【図１】
2014191949.tif 000003
【図２】
2014191949.tif 000004
【図３】
2014191949.tif 000005
【図４】
2014191949.tif 000006