(57)【要約】【課題】  一般家庭において各需要家の消費電力量と消費熱量に適し、かつ故障時に簡便な対応が可能な家庭内コージェネレーションシステムを提供する。【解決手段】  コージェネレーションシステムを、電気エネルギーおよび熱エネルギーを送るジャケットを有する複数の電気・熱エネルギー発生モジュールと、機械動力発生装置とヒートポンプ装置からなり熱エネルギーを送るジャケットを有する複数の熱エネルギー発生モジュールと、該複数個のエネルギー発生モジュールを電気エネルギーおよび熱エネルギーを受けるジャケットを有し各モジュールからのエネルギーを集約させて需要側に供給させるベースとからエネルギー発生装置を構成する。【選択図】図１
2006009713.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気エネルギー及び熱エネルギーを供給するコージェネレーションシステムにおいて、ベース内に電気エネルギーを発生する電気エネルギー発生源及び電気エネルギー発生源から発生した熱を用いて熱エネルギーを発生する熱エネルギー発生源を有する電気・熱エネルギー発生モジュールを備え、
前記電気・熱発生モジュールは前記電気・熱エネルギー発生モジュールの電気エネルギー発生源が発生した熱を当該電気・熱エネルギー発生モジュール外部に送るための電気エネルギー送出部及び前記電気・熱エネルギー発生モジュールの熱エネルギー発生源が発生した熱を当該電気・熱エネルギー発生モジュール外部に送るための熱エネルギー送出部を有し、
前記ベースは前記電気・熱エネルギー発生モジュールの電気エネルギー送出部から電気エネルギーが送り込まれる電気エネルギー入力部及び前記電気・熱エネルギー発生モジュールの熱エネルギー送出部から熱エネルギーが送り込まれる熱エネルギー入力部を有することを特徴とするコージェネレーションシステム。
【請求項２】
請求項１において、前記電気・熱エネルギー発生モジュールの熱エネルギー発生源はヒートポンプと外部から水を取り入れる水取入部を有し、
前記電気・熱エネルギー発生モジュールの熱エネルギー発生源が発生する熱エネルギーは冷水又は温水であることを特徴とするコージェネレーションシステム。
【請求項３】
請求項１において、前記電気・熱エネルギー発生モジュールの熱エネルギー発生源はヒートポンプと外気を取り入れる外気取入部を有し、
前記電気・熱エネルギー発生モジュールの熱エネルギー発生源が発生する熱エネルギーは冷却空気又は暖房空気であることを特徴とするコージェネレーションシステム。
【請求項４】
請求項１において、前記電気・熱エネルギー発生モジュールは前記電気・熱エネルギー発生モジュールの前記電気エネルギー発生源が用いる燃料を供給するための燃料入力部を有し、
前記ベースは前記電気・熱エネルギー発生モジュールの燃料入力部に燃料を送り込むための燃料供給部を有することを特徴とするコージェネレーションシステム。
【請求項５】
請求項１において、熱エネルギーを発生する熱エネルギー発生源を有する熱エネルギー発生モジュールを備え、
前記熱エネルギー発生モジュールは前記熱エネルギー発生源により発生する熱エネルギーをモジュール外部に送るための熱エネルギー送出部を有し、
前記ベースが前記熱エネルギー発生源の熱エネルギー送出部から熱エネルギーが送り込まれる熱エネルギー入力部を有することを特徴とするコージェネレーションシステム。
【請求項６】
請求項１から請求項５において、前記ベースが前記電気・熱エネルギー発生モジュール又は前記熱エネルギー発生モジュールの運転を制御するモジュール運転制御部を備えることを特徴とするコージェネレーションシステム。
【請求項７】
請求項６において、エネルギー供給対象設備の負荷情報を取得する負荷情報取得機能を備え、
前記モジュール運転制御部は前記負荷情報取得機能により取得した負荷情報に基づいて前記電気・熱エネルギー発生モジュール又前記熱エネルギー発生モジュールの運転台数を調整することを特徴とするコージェネレーションシステム。
【請求項８】
請求項６において、前記電気・熱エネルギー発生モジュール又は前記熱エネルギー発生モジュールの運転時間に関する情報を記憶するモジュール運転情報記憶部を備え、
前記モジュール運転制御部は前記運転情報記憶部が記憶した各モジュールの運転時間に関する情報に基づいて運転時間の少ないモジュールを優先的に運転させることを特徴とするコージェネレーションシステム。
【請求項９】
請求項１から請求項８において、前記電気・熱エネルギーモジュール又は熱エネルギー発生モジュールに不具合が生じた場合に、各モジュール毎に当該モジュールの不具合に関する情報を表示することを特徴とするコージェネレーションシステム。
【請求項１０】
請求項１から請求項９において、前記電気・熱エネルギーモジュール又は、前記熱エネルギー発生モジュールを複数有することを特徴とするコージェネレーションシステム。
【請求項１１】
熱エネルギーを発生する熱エネルギー発生源を有する複数の熱エネルギー発生モジュールと、
前記複数の熱エネルギー発生源が内部に配置されたベースを備え、
前記熱エネルギー発生源は発生する熱をモジュール外部に送るためのエネルギー送出部を有し、
前記ベース内に前記熱エネルギー発生モジュールのエネルギー送出部から送り出された熱エネルギーが送り込まれる熱エネルギー入力部を備えることを特徴とするエネルギー供給システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コージェネレーションシステム及びエネルギー供給システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
発電装置を一般家庭に設置し、家庭で消費される電力と熱の一部をこの装置によって賄うようにしたコージェネレーションシステムが、従来から知られている（例えば、非特許文献１）。
【０００３】
ここで、コージェネレーションシステムとは、発電装置から電力を得ると共に、発電装置の排熱を回収して熱源として利用するようにしたエネルギー供給装置のことである。ここで、発電装置としては燃料電池やガスエンジンなどが一般的である。
【０００４】
【非特許文献１】田畑  健，家庭用燃料電池，自動車技術，Vol58,No3,P.83
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、一般家庭を含む個人需要家では、各需要家が消費する消費電力量と消費熱量の形態は様々であり、需要家ごとにその最大値が異なる他、消費電力量と消費熱量の比率も千差万別である。このため、一般家庭にコージェネレーションシステムを導入する場合、システムの発電量と排熱量の最大値及び発電量と排熱量の比率が決まっているため、各需要家に適した電力量と熱量を供給できるシステムを導入することは難しい。
【０００６】
また、一般家庭にコージェネレーションシステムを導入した場合、その所有者は専門知識を持たないため、故障時の修理は専門業者に任せるしかない。このため、システムが故障した際には、所有者は専門の修理業者に連絡した後、修理業者による修理作業が終了するまでそのシステムを使用することができない。
【０００７】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は一般家庭において各需要家の消費電力量と消費熱量に適し、かつ故障時に簡便な対応が可能な家庭内コージェネレーションシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一つの特徴は、電気エネルギー及び熱エネルギーを供給するコージェネレーションシステムを、電気エネルギーを発生する電気エネルギー発生源及び電気エネルギー発生源から発生した熱を用いて熱エネルギーを発生する熱エネルギー発生源を有する電気・熱エネルギー発生モジュールを備え、電気・熱発生モジュールは電気・熱エネルギー発生モジュールの電気エネルギー発生源が発生した電気を当該電気・熱エネルギー発生モジュール外部に送るための電気エネルギー送出部及び前記コージェネモジュールの熱エネルギー発生源が発生した熱を当該電気・熱エネルギー発生モジュール外部に送るための熱エネルギー送出部を有し、電気・熱エネルギー発生モジュールの電気エネルギー送出部から電気エネルギーが送り込まれる電気エネルギー入力部及び電気・熱エネルギー発生モジュールの熱エネルギー送出部から熱エネルギーが送り込まれる熱エネルギー入力部を有するベースを備えるものとした点である。
【０００９】
また、本発明の他の特徴は、エネルギー供給システムを、熱エネルギーを発生する熱エネルギー発生源を有する複数の熱エネルギー発生モジュールと、複数の熱エネルギー発生源が内部に配置されたベースを備え、熱エネルギー発生源が発生する熱をモジュール外部に送るためのエネルギー送出部を有し、ベース内に前記熱エネルギー発生モジュールのエネルギー送出部から送り出された熱エネルギーが送り込まれる熱エネルギー入力部を備える点である。
【００１０】
なお、本発明のその他の特徴は、以下の記載で説明する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、コージェネレーションシステムを構成するベースに、電気・熱エネルギー発生モジュールと熱エネルギー発生モジュールを自由に組み合わせることができるため、各需要家の消費電力量と消費熱量に適したコージェネレーションシステムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に、本発明による家庭内コージェネレーションシステムについて、図示の実施形態に基づき詳細を説明する。
【実施例１】
【００１３】
図１は、本発明の第一の実施形態で、これは、ケースの役割を果たすベース２と、複数のコージェネレーションモジュール３Ａ，３Ｂ，・・・と、複数のヒートポンプモジュール４Ａ，４Ｂ，・・・と、で構成されるコージェネレーションユニット１を一般家庭に設置したものである。ここで、コージェネレーションモジュール３は、例えばガスエンジンと発電機で構成される発電装置を備えており、発電装置によって発電する電力を供給するとともに、発電装置の排熱を回収して熱交換器などの排熱利用装置を介して温水を供給することができる。また、ヒートポンプモジュール４は、例えばガスエンジンとヒートポンプを備えており、温水を供給することができる。さらに、システム全体としては、コージェネレーションユニット１の他に、コージェネレーションユニットで生成された温水を蓄える貯湯槽５と、コージェネレーションユニットで使用する燃料を蓄える燃料タンク６を備えている。図１では、燃料タンクが設置されているが、都市ガスなどのようにインフラから燃料を直接取り入れてもよい。
【００１４】
図２は、この実施例のコージェネレーションユニットの具体的な構成を示したものである。コージェネレーションユニット１は、ケースの役割を果たすベース２と、複数のコージェネレーションモジュール３Ａ，３Ｂ，・・・と、複数のヒートポンプモジュール４Ａ，４Ｂ，・・・と、で構成される。ベース２には、システムを制御するメインユニット
１１と、発電電力を送る電力配線７と、冷水を受ける冷水配管９と、温水を送る温水配管８，燃料を取り入れる燃料配管１０を備えている。このうち、電力配線７，冷水配管９，温水配管８，燃料配管１０は、各々外部の配管に接続されている。
【００１５】
ベースと各モジュールは、着脱可能なジャケット式取付部を介して接続される。コージェネレーションモジュール側の接続部は、発電電力を送るモジュール電力ジャケット１２と、冷水を受けるモジュール冷水ジャケット１４と、温水を送るモジュール温水ジャケット１３，燃料を受けるモジュール燃料ジャケット１５と、で構成されている。一方、ベース側の接続部も、これに対応して発電電力を受けるベース電力ジャケット１６と、冷水を送るベース冷水ジャケット１８と、温水を受けるベース温水ジャケット１７と、燃料を送るベース燃料ジャケット１９と、で構成されている。また、ヒートポンプモジュールの場合、モジュール側の接続部は、冷水を受けるモジュール冷水ジャケットと、温水を送るモジュール温水ジャケットと、燃料を受けるモジュール燃料ジャケットと、で構成されており、ベースユニットとヒートポンプモジュールを接続する際には、ベース側のベース電力ジャケットは使用されない。このように、コージェネレーションモジュール及びヒートポンプモジュールのどちらのモジュールでもベースに自由に取りはずしをすることができる。なお、図２では、各配管のジャケットが分かれているが、これらを一つのジャケットにまとめてもよい。
【００１６】
このような構成とすることにより、各家庭における消費電力量と温水の消費熱量に応じて、各モジュールの個数を調整することできるため、コージェネレーションシステムの供給電力量と供給熱量を自由に設定することができる。例えば、コージェネレーションモジュールの定格電力を２５０Ｗ、定格熱量を２５０Ｗ、ヒートポンプモジュールの定格熱量を１０００Ｗとする。この際、家庭Ａで必要となる電力量が１ｋＷ、熱量が４ｋＷの場合、コージェネレーションモジュールを４台、ヒートポンプモジュールを３台とすればよい。一方、家庭Ｂで必要となる電力量が１ｋＷ、熱量が６ｋＷの場合、コージェネレーションモジュールを４台、ヒートポンプモジュールを５台とすればよい。従来例のコージェネレーションシステムでは、発電装置１台で構成されているため、システムが供給する電力量と熱量の比率は一定で調整できなかったが、本実施例では、コージェネレーションモジュールの個数とヒートポンプモジュールの個数を調整することにより、システムが供給する電力量と熱量の比率を自由に設定することができる。
【００１７】
メインユニット１１は、制御基盤を備えており、各モジュールを運転するための指令はすべてここから出される。ベースに設置されているモジュールの位置と種類は、ジャケット接続の有無とジャケット接続の種類で判定される。制御基盤の記憶チップには、各時刻の電力使用量，給湯使用量，貯湯槽水位，貯湯槽水温，燃料使用量，燃料タンク残量，排気温度，各モジュールの電力供給量と温水供給量，各モジュールの運転時間などの運転データが蓄積される。一方、各モジュールには、記憶チップのみが備えられており、各モジュールの運転データが保存される。各モジュールは制御基盤を持たないため、各モジュールの価格を抑えることができる他、モジュールの重量と体格を最小限にすることができる。また、故障時に該当モジュールを修理する際に必要となるモジュールの運転データはモジュールの記憶チップから取り出すことができる。
【００１８】
モジュールの運転方法について説明する。例として、図３のように時間的に変動する消費電力を考える。図３に示すように、時間的に変動する消費電力に対して、消費電力量の範囲内で最大の電力を供給できるようにモジュールの運転台数を制御する。例えば、モジュールの定格電力を２５０Ｗとした場合、消費電力が２５０ＷになるＡ点で１台目のモジュールの運転を開始し、消費電力が５００ＷになるＢ点で２台目のモジュールの運転を開始、消費電力が７５０ＷになるＢ点で３台目のモジュールの運転を開始、・・・という形で運転台数を制御する。この際、消費電力量とコージェネレーションユニットで発電した電力量の差分は、系統電力によって補完する。従来のコージェネレーションシステムでは、発電装置１台で構成されているため、時間的に変動する消費電力に対して、部分負荷運転で対応することになり、定格運転に比べて低い効率で運転せざるを得ないが、本実施例では、時間的に変動する消費電力に対して、各モジュールは常に定格出力で運転されるために効率が低下しない。また、消費熱量に対しても同様の運転を行うが、一般家庭の熱量の消費量は、夕食の準備・片付けや入浴を行う夕方から夜に集中するため、日中に各モジュールで生成した温水を貯湯槽に蓄えておき、消費熱量とコージェネレーションユニットで生成した熱量との差分を補完する。
【００１９】
この際、各モジュールの運転時間を参照して、運転時間の短いモジュールから選択的に運転を行う。この結果、各モジュールの運転時間を平均化し、特定のモジュールの使用期間が短くなることを防止することができる。
【００２０】
モジュールの点検方法について説明する。図４にコージェネレーションユニットの点検画面を示す。通常運転時にメインユニットの指令に対して、各モジュールが正常な反応を示した場合にはメイン正常ランプ２２が点灯し、正常な反応を示さなかった場合にはメイン異常表示ランプ２３が点灯する。また、通常の点検時には、メイン点検起動スイッチ
２１を押すことにより、各モジュールの点検を実施する。この点検により正常が確認された場合にはメイン正常ランプ２２が点灯し、異常が確認された場合にはメイン異常表示ランプ２３が点灯する。メイン異常表示ランプ２３が点灯した場合には、各モジュールのモジュール点検起動スイッチ２４を押すことにより、該当モジュールの点検を独立に実施することができる。この点検により正常が確認された場合にはモジュール正常表示ランプが点灯する。このようにモジュール単独での検査が可能であるため、モジュールの製造後や交換前などにコージェネレーションユニットに組み込まない状態でもモジュール単独の検査が可能となる。
【００２１】
図５に点検画面の表示ランプが表す機器の状態と対応について例示する。メイン点検起動スイッチ使用時にメイン正常表示ランプが点灯している場合には、モジュールの状態は正常である。メイン点検起動スイッチ使用時にメイン異常表示ランプが点灯し、かつモジュール点検起動スイッチ使用時にモジュール正常表示ランプが点灯している場合には、メインユニットが不良であり、メインユニットの交換が必要となる。一方、メイン点検起動スイッチ使用時にメイン異常表示ランプが点灯し、かつモジュール点検起動スイッチ使用時にモジュール正常表示ランプが点灯しない場合には、該当モジュールが不良であり、該当モジュールの交換が必要となる。
【００２２】
故障時には、従来のコージェネレーションシステムでは、発電装置１台で構成されているため、その装置が故障した時点でシステム全体を停止せざるを得ない。一方、本実施例では、モジュール１台が故障した場合でも、故障したモジュール以外のモジュールは運転が継続できるため、システム全体を停止する必要がない。また、故障したモジュールだけを新しいモジュールと交換すればいいので、専門知識がない所有者でも故障時の修理に簡単に対処することができる。本実施例では、システムが複数のモジュールから構成されていることから個々のモジュールの重量が小さくなり、例えば、コージェネレーションモジュールの定格電気出力が２５０Ｗの場合、その重量は概略１０kg以下となるので、大人一人で十分交換が可能となる。
【００２３】
故障時の対応手順は、（１）モジュールの故障を検知→（２）故障モジュールを停止
（他のモジュールは運転）→（３）サービスセンタに連絡→（４）サービスセンタから新規モジュールを郵便または宅配便で送付→（５）需要家がモジュールを交換→（６）故障モジュールをサービスセンタに郵便または宅配便で送付、となる。この場合、保守員を派遣してもらう必要がなく、専門知識を持たない各需要家でも簡単に対応することが可能である。また、（１）モジュールの故障を検知→（２）故障モジュールを停止（他のモジュールは運転）→（３）サービスセンタに連絡→（４）近隣の保守メーカから保守員を派遣→（５）モジュールを交換、という手順で対応してもよく、この場合、保守員は一人で十分な上に、専門知識を持たない者でも対応が可能である。
【００２４】
なお、本実施例では、コージェネレーションモジュールの発電装置がガスエンジンと発電機により構成されていたが、燃料電池で構成される発電装置を用いても同様の効果が期待できる。
【００２５】
また、本実施例では、ベースユニットに複数のコージェネレーションモジュールと、複数のヒートポンプモジュールが設置されていたが、ベースユニットに複数のコージェネレーションモジュールのみ、または複数のヒートポンプモジュールのみを設置してもよい。
【実施例２】
【００２６】
図６は、本発明の第二の実施形態で、これは、ケースの役割を果たすベース２と、複数のコージェネレーションモジュール３Ａ，３Ｂ，・・・と、複数のヒートポンプモジュール４Ａ，４Ｂ，・・・と、で構成されるコージェネレーションユニット１を一般家庭に設置したものである。ここで、コージェネレーションモジュール３は、例えばガスエンジンと発電機で構成される発電装置を備えており、発電装置によって発電する電力を供給するとともに、発電装置の排熱を回収して吸着式冷凍機や熱交換器などの排熱利用装置を介して冷却空気または暖房空気を供給することができる。また、ヒートポンプモジュール４は、例えばガスエンジンとヒートポンプを備えており、冷却または暖房空気を供給することができる。さらに、全体システムとしては、コージェネレーションユニット１の他に、コージェネレーションユニットで使用する燃料を蓄える燃料タンク６を備えている。第一の実施例との違いは、コージェネレーションモジュールで発生する排熱及びヒートポンプモジュールで生成する熱を冷暖房に使用する点にある。本実施例では、各家庭における消費電力量と冷暖房の消費熱量に応じて、コージェネレーションシステムの供給電力量と供給熱量を自由に設定することができるコージェネレーションシステムを提供することができる。
【００２７】
第一の実施例では排熱利用として温水を、第二の実施例では排熱利用として冷暖房を採用したが、両者を組み合わせても同様の効果が期待できる。
【００２８】
上記本発明の実施例によれば、コージェネレーションシステムを構成するベースに、電気・熱エネルギー発生モジュールと熱エネルギー発生モジュールを自由に組み合わせることができるため、各需要家の消費電力量と消費熱量に適したコージェネレーションシステムを提供することができる。
【００２９】
また、ベースに設置されたモジュールのうちの一つが故障したとしても、他のモジュールは運転を継続することができるため、故障時にシステム全体を停止する必要がない。さらに、故障したモジュールは新しいモジュールと交換するだけでよいため、所有者に専門知識がなくても故障時の修理に簡単に対処することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係わる家庭内コージェネレーションシステムの第一の実施形態を示す構成図である。
【図２】本発明の第一の実施形態におけるコージェネレーションユニットの構成を説明する透視鳥瞰図である。
【図３】本発明の第一の実施形態におけるコージェネレーションユニットの運転方法を説明する特性図である。
【図４】本発明の第一の実施形態におけるコージェネレーションユニットの点検画面を示す構成図である。
【図５】本発明の第一の実施形態におけるコージェネレーションユニットの点検画面における表示ボタンの説明表である。
【図６】本発明に係わる家庭内コージェネレーションシステムの第二の実施形態を示す構成図である。
【符号の説明】
【００３１】
１…コージェネレーションユニット、２…ベース、３Ａ，３Ｂ…コージェネレーションモジュール、４，４Ａ，４Ｂ…ヒートポンプモジュール、５…貯湯槽、６…燃料タンク、８…温水配管、９…冷水配管、１０…燃料配管、１１…メインユニット、１２…モジュール電力ジャケット、１３…モジュール温水ジャケット、１４…モジュール冷水ジャケット、１５…モジュール燃料ジャケット、１６…ベース電力ジャケット、１７…ベース温水ジャケット、１９…ベース燃料ジャケット、２１…メイン点検起動スイッチ、２２…メイン正常ランプ、２３…メイン異常表示ランプ、２４…モジュール点検起動スイッチ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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