(57)【要約】【課題】商用電力系統が停電したとき、出力する電力が商用電力系統に流れ込む逆潮流を防止すると共に、電気負荷に可能な限り多くの電力を供給するようにしたコージェネレーション装置を提供する。【解決手段】商用電力系統１２から電気負荷１４に至る交流電力の第１の給電路１６に接続される発電機３２と、直流電力を貯留するバッテリ３６と、第１の給電路１６に配置される第１のスイッチ２４とを備えると共に、商用電力系統１２の停電が検出されたとき、第１のスイッチ２４をオフさせて発電機３２から商用電力系統１２への電力供給を遮断する一方、発電機３２から商用電力系統１２への電力供給が遮断された後、バッテリ３６を発電機３２のインバータ回路３４ｃ（正確には、インバータ回路３４ｃの入力側に配置される昇圧回路３４ｂ）に接続し、発電機３２の出力とバッテリ３６の出力を交流電力に変換して電気負荷１４に供給する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用電力系統から電気負荷に至る交流電力の給電路に接続される発電機と前記発電機を駆動する内燃機関とを備えると共に、前記内燃機関の排熱を熱負荷に供給するコージェネレーション装置において、
ａ．直流電力を貯留するバッテリ、
ｂ．前記給電路に配置されるスイッチ、
ｃ．前記商用電力系統の停電が検出されたとき、前記スイッチをオフさせて前記発電機から前記商用電力系統への電力供給を遮断する電力供給遮断手段、
および
ｄ．前記発電機から前記商用電力系統への電力供給が遮断された後、前記バッテリを前記発電機のインバータ回路に接続し、前記発電機の出力と前記バッテリの出力を交流電力に変換して前記電気負荷に供給させるバッテリ接続手段、
を備えたことを特徴とするコージェネレーション装置。
【請求項２】
ｅ．前記インバータ回路の出力電圧を検出する電圧検出手段、
を備えると共に、前記バッテリ接続手段は、前記検出された電圧が所定値未満のとき、前記バッテリを前記インバータ回路に接続することを特徴とする請求項１記載のコージェネレーション装置。
【請求項３】
前記バッテリ接続手段は、前記発電機を始動するとき、前記バッテリを前記内燃機関の始動装置に接続することを特徴とする請求項１または２記載のコージェネレーション装置。
【請求項４】
前記内燃機関の始動装置が、前記発電機とスタータモータの内のいずれかからなることを特徴とする請求項３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、より具体的には商用電力系統が停電したとき、負荷に可能な限り多くの電力を供給するようにしたコージェネレーション装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、商用電力系統から電気負荷に至る交流電力の給電路に内燃機関で駆動される発電機を接続し、商用電力系統と連系させて電気負荷に電力を供給すると共に、内燃機関の排熱を利用して生成した温水などを熱負荷に供給するようにした、いわゆるコージェネレーション装置が提案されており、その例として例えば、特許文献１記載の技術を挙げることができる。
【特許文献１】特開平５−３２８６１５号公報
【０００３】
特許文献１記載の技術においては、自家用エンジン発電設備が自家発側負荷に接続されると共に、他の３個の負荷が商用電源設備（商用電力系統）と自家用エンジン発電設備に切り替え自在に接続される。自家発側負荷の運転負荷量が所定値以上の場合、他の３個の負荷は商用側電源設備に接続される一方、運転負荷量が所定値から低下するにつれて他の３個の負荷は順次自家用エンジン発電設備に接続されるように構成される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、この種のコージェネレーション装置において、商用電力系統が停電したときは、通例、コージェネレーション装置を停止させ、コージェネレーション装置の出力する電力が商用電力系統に流れ込む逆潮流を防止している。他方、停電時にも停止させることなく、コージェネレーション装置を動作させて電気負荷に電力を供給することも考えられるが、その場合、供給できる電力量の上限は当然ながらコージェネレーション装置の本来の最大出力に制限される。
【０００５】
従って、この発明の目的は上記した課題を解決し、商用電力系統が停電したとき、コージェネレーション装置の出力する電力が商用電力系統に流れ込む逆潮流を防止すると共に、電気負荷に可能な限り多くの電力を供給するようにした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】
【０００６】
上記した課題を解決するために、請求項１にあっては、商用電力系統から電気負荷に至る交流電力の給電路に接続される発電機と前記発電機を駆動する内燃機関とを備えると共に、前記内燃機関の排熱を熱負荷に供給するコージェネレーション装置において、直流電力を貯留するバッテリ、前記給電路に配置されるスイッチ、前記商用電力系統の停電が検出されたとき、前記スイッチをオフさせて前記発電機から前記商用電力系統への電力供給を遮断する電力供給遮断手段、および前記発電機から前記商用電力系統への電力供給が遮断された後、前記バッテリを前記発電機のインバータ回路に接続し、前記発電機の出力と前記バッテリの出力を交流電力に変換して前記電気負荷に供給させるバッテリ接続手段を備えるように構成した。
【０００７】
請求項２にあっては、前記インバータ回路の出力電圧を検出する電圧検出手段を備えると共に、前記バッテリ接続手段は、前記検出された電圧が所定値未満のとき、前記バッテリを前記インバータ回路に接続するように構成した。
【０００８】
請求項３にあっては、前記バッテリ接続手段は、前記発電機を始動するとき、前記バッテリを前記内燃機関の始動装置に接続するように構成した。
【０００９】
請求項４にあっては、前記内燃機関の始動装置が、前記発電機とスタータモータの内のいずれかからなるように構成した。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１に係るコージェネレーション装置にあっては、商用電力系統から電気負荷に至る交流電力の給電路に接続される発電機を備えると共に、その給電路に配置されるスイッチを備え、商用電力系統の停電が検出されたとき、スイッチをオフさせて発電機から商用電力系統への電力供給を遮断するように構成したので、商用電力系統が停電したとき、コージェネレーション装置の出力する電力が商用電力系統に流れ込む逆潮流を確実に防止することができる。
【００１１】
また、直流電力を貯留するバッテリを備えると共に、発電機から商用電力系統への電力供給が遮断された後、バッテリを発電機のインバータ回路に接続し、発電機の出力とバッテリの出力を交流電力に変換して電気負荷に供給する如く構成したので、電気負荷に供給されるべき電力をバッテリから出力される電力の分だけ増加させることができる。それにより、電気負荷がコージェネレーション装置の本来の最大出力を超えるときも、超過分がバッテリの出力分の範囲内にあれば、電気負荷に必要な電力を供給することができる。
【００１２】
また、負荷がコージェネレーション装置の本来の最大出力を超えていないときに、突入電流によって瞬時過負荷が生じた場合にも電気負荷に安定して電力を供給することができる。
【００１３】
請求項２に係るコージェネレーション装置にあっては、インバータ回路の出力電圧を検出し、検出された電圧が所定値未満のとき、バッテリをインバータ回路に接続するように構成したので、上記した効果に加え、バッテリは、電気負荷の運転負荷量の増加によってインバータ回路の出力電圧が低下したときに限ってインバータ回路に出力することとなり、バッテリの消費電力を低減させることができる。
【００１４】
請求項３に係るコージェネレーション装置にあっては、発電機を始動するとき、バッテリを内燃機関の始動装置に接続するように構成したので、上記した効果に加え、バッテリによって内燃機関を確実に始動することができる。
【００１５】
請求項４に係るコージェネレーション装置にあっては、内燃機関の始動装置が、発電機（具体的にはスタータジェネレータ）とスタータモータの内のいずれかからなるように構成したので、上記した効果に加え、バッテリによって内燃機関を一層確実に始動することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、添付図面に即してこの発明に係るコージェネレーション装置を実施するための最良の形態について説明する。
【実施例１】
【００１７】
図１は、この発明の第１実施例に係るコージェネレーション装置を全体的に示すブロック図である。
【００１８】
図示の如く、コージェネレーション装置（符号１０で示す）は、商用電力系統（系統電源）１２から電気負荷１４に至る交流電力の給電路（電力線。第１の給電路）１６に、接続点１８を介して接続される発電装置２０を備える。商用電力系統１２は、単相３線からＡＣ１００／２００Ｖで５０Ｈｚ（または６０Ｈｚ）の交流電力を出力する。
【００１９】
発電装置２０は後述する如く比較的小出力であり、個人住宅などを使用対象とする。電気負荷１４は複数個、具体的には４個の交流電気機器１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄからなり、例えば１４ａが照明器具、１４ｂが洗濯機、１４ｃが冷蔵庫、１４ｄがエアコンディショナである。
【００２０】
第１の給電路１６には、商用電力系統１２の側（上流側）から順に、メインブレーカボックス２２と、第１のスイッチ（スイッチ）２４と、配電盤２６とが配置され、その下流に電気負荷１４が接続される。メインブレーカボックス２２の内部には、過電流の通電を防止するメインブレーカ２２ａが設けられる。
【００２１】
第１のスイッチ２４は、図示の如く、第１の給電路１６に発電装置２０の接続点１８よりも上流側（商用電力系統１２の側）の位置に配置され、オンされるとき、商用電力系統１２は電気負荷１４および発電装置２０に接続される一方、オフされるとき、電気負荷１４などとの接続は遮断され、発電装置２０から商用電力系統１２への電力供給（逆潮流）は阻止される。尚、通常時（商用電力系統１２が停電でないとき）には、第１のスイッチ２４はオンされる。
【００２２】
第１の給電路１６は、配電盤２６内において４本の支路１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄに分岐され、対応するブレーカ２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄを介して電気負荷１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄに接続される。ブレーカ２６ａから２６ｄは、前記したメインブレーカ２２ａと同様、過電流が流れるときオフし、接続される電気負荷１４に過電流が流れるのを防止する。尚、図１に示す如く、メインブレーカボックス２２、第１のスイッチ２４あるいは配電盤２６などは端子を介して接続されるが、端子についての説明は省略する。
【００２３】
発電装置２０は、内燃機関（以下「エンジン」という）３０と、エンジン３０で駆動される発電機３２と、発電機３２に接続されるインバータ３４とを備える。
【００２４】
以下、発電装置２０を構成する各要素について説明すると、エンジン３０はガソリンを燃料とする水冷４サイクルの単気筒ＯＨＶ型の火花点火式のエンジンであり、例えば１６３ｃｃの排気量を備える。エンジン３０の冷却水通路（図示せず）は配管３６に接続され、配管３６はエンジン３０のマフラ４０の内部に案内された後、貯湯槽（熱負荷）４２の内部に案内される。配管３６の内部にはエンジン３０の冷却水が流通させられる。
【００２５】
エンジン３０の駆動によって加熱された冷却水はマフラ４０の内部を通過するとき、排気によってさらに加熱されて貯湯槽４２に送られ、熱交換によってそこに貯留された貯留水の温度を上昇させて温水を生成する。熱交換で冷却された冷却水は、冷却水通路に戻されてエンジン３０を冷却する。
【００２６】
このように、エンジン３０の排熱を利用して温水などが生成される。尚、貯湯槽４２に貯留された温水は、例えば台所や風呂の給湯設備（図示せず）などの熱負荷に供給される。
【００２７】
発電機３２は３相の交流発電機からなり、所定の回転数で回転するように制御されるエンジン３０でロータ（図示せず）が駆動され、交流電力を出力する。発電機３２の最大発電出力は、例えば１．０ｋＷに設定される。
【００２８】
また、発電機３２はエンジン３０の始動装置（スタータ）としても機能する。具体的には、発電機３２のステータコイル（図示せず）は通電されるとき、ロータを回転させ、それによりロータに連結されているエンジン３０をクランキングして始動する。このように、発電機３２は、エンジン３０の始動装置としての機能と交流電力を出力するジェネレータ（オルタネータ）としての機能とを備えた、いわゆるスタータジェネレータからなる。
【００２９】
インバータ３４は、図示の如く、発電機３２から出力された交流を直流に整流する３相ブリッジ回路（ドライブ回路）３４ａと、３相ブリッジ回路３４ａで整流された直流を所定の電圧値まで昇圧する昇圧回路３４ｂと、昇圧された直流を交流、より具体的には商用電力系統１２と同一の周波数で単相３線１００／２００Ｖからなる交流に変換するインバータ回路３４ｃとを備える。インバータ回路３４ｃは、ＩＧＢＴ（Insulated-Gate Bipolar Transistor）からなるスイッチング素子を複数個備え、それらのスイッチング作用を通じて直流を交流に変換する。
【００３０】
インバータ３４はさらに、インバータ回路出力のノイズを除去するチョークコイル３４ｄと、第２のスイッチ３４ｅと、第２のスイッチ出力のノイズを除去するコモンコイル３４ｆと、コモンコイル出力の電流値を検出する電流センサ（ＣＴ（Current Transformer））３４ｇを備える。
【００３１】
第２のスイッチ３４ｅは、オンされるとき、インバータ回路出力を電気負荷１４に供給する一方、オフされるとき、その出力を遮断（カット）する。また、チョークコイル３４ｄと第２のスイッチ３４ｅの間には第２の電流センサ３４ｈが接続され、そこを流れる交流電力の電流を示す出力を生じる。
【００３２】
インバータ３４は、第２の給電路４４と接続点１８を介して第１の給電路１６に接続される。これにより、インバータ３４から出力される交流電力は、第２の給電路４４、接続点１８、第１の給電路１６、配電盤２６（ブレーカ２６ａ〜２６ｄ）を介して各電気負荷１４ａ〜１４ｄに供給される。尚、インバータ３４と第２の給電路４４の間にはノイズフィルタ４６が介挿され、インバータ３４の出力からノイズを除去する。
【００３３】
コージェネレーション装置１０はさらに、マイクロコンピュータからなる電子制御ユニット（ＥＣＵ（Electronic Control Unit））５０と、第１の給電路１６に接続された電流・電圧センサ５２とを備える。電流・電圧センサ５２は、第１の給電路１６を流れる交流電力の電圧、電流および位相（正弦波）に応じた信号を出力し、ＥＣＵ５０に送出する。
【００３４】
ＥＣＵ５０は電流・電圧センサ５２の出力に基づき、商用電力系統１２が第１の給電路１６を通じて交流電力を供給しているか（正常か）あるいは交流電力を供給していないか（停電しているか）を検出すると共に、交流電力を供給しているときはその位相などを検出する。ＥＣＵ５０は検出値などに基づき、第１のスイッチ２４、エンジン３０、インバータ回路３４ｃ、および第２のスイッチ３４ｅなどの動作を制御するが、それについては後述する。
【００３５】
コージェネレーション装置１０は、発電装置２０に加え、直流電力を貯留するバッテリ６０と、バッテリ６０に電力線６２を介して接続され、バッテリ６０の出力の昇圧などを行うＤＣ／ＤＣコンバータ部６４とを備える。
【００３６】
バッテリ６０は、ニッケル水素（Ｎｉ−ＭＨ）電池を適宜な個数だけ直列接続してなり、例えば１２Ｖの直流電力を貯留する。ＤＣ／ＤＣコンバータ部６４は、図示しないＩＧＢＴのスイッチング作用によって入力された電力の電圧を所期の電圧値となるまで昇圧・降圧する第１、第２のＤＣ／ＤＣコンバータ６４ａ，６４ｂと、アノード端子がインバータ３４の出力側に、カソード端子が第２のＤＣ／ＤＣコンバータ６４ｂ側に接続されるダイオード６４ｃと、第３のスイッチ６４ｄとを備える。
【００３７】
バッテリ６０の出力は、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ６４ａで所定の電圧に昇圧されて第３のスイッチ６４ｄに送られる。第３のスイッチ６４ｄは、オンされるとき、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ６４ａで昇圧されたバッテリ６０の出力を切替スイッチ（後述）６６に供給する一方、オフされるとき、その出力を遮断（カット）する。
【００３８】
切替スイッチ６６は、３相ブリッジ回路３４ａに接続される第１の端子６６ａと、昇圧回路３４ｂに接続される第２の端子６６ｂの間を切り替え自在に構成される。従って、ＤＣ／ＤＣコンバータ部６４の第３のスイッチ６４ｄがオンされて切替スイッチ６６の第１の端子６６ａが選択されるとき、バッテリ６０はインバータ３４の３相ブリッジ回路３４ａに接続される一方、第２の端子６６ｂが選択されるとき、昇圧回路３４ｂ（別言すれば、インバータ３４のインバータ回路３４ｃ）に接続される。また、第３のスイッチ６４ｄがオフされるときは、切替スイッチ６６の動作（選択）にかかわらず、バッテリ６０とインバータ３４との接続は遮断される。正常時（停電ではないとき）、第３のスイッチ６４ｄはオフされると共に、切替スイッチ６６は第２の端子６６ｂが選択される。
【００３９】
尚、インバータ３４から出力された交流電力は、所定の運転状態でダイオード６４ｃによって直流に変換されて第２のＤＣ／ＤＣコンバータ６４ｂに入力され、そこで適宜な電圧に降下させられた後、バッテリ６０に供給されて充電（チャージ）する。
【００４０】
図２は、コージェネレーション装置１０、より具体的にはＥＣＵ５０の動作を示すフロー・チャートである。
【００４１】
以下説明すると、先ずＳ１０において商用電力系統１２が停電したか否か判断する。これは前記した電流・電圧センサ５２の出力に基づいて判断する。具体的には、電流・電圧センサ５２から所期の交流電力を示す信号が出力されているときは商用電力系統１２が正常と判断する一方、出力されていないときは商用電力系統１２が停電したと判断する。
【００４２】
Ｓ１０で否定されて商用電力系統１２が正常と判断されるときはＳ１２に進み、商用電力系統１２の出力（交流電力）の位相を電流・電圧センサ５２によって検出し、Ｓ１４に進み、所定の運転条件が成立するとき、検出された商用電力系統１２の出力（交流電力）の位相と同じ位相の交流電力を出力する、即ち、同期運転を行うように、エンジン３０を始動して発電装置２０を駆動する。
【００４３】
図３は、発電装置２０の同期運転を説明するタイム・チャートである。
【００４４】
図示の如く、商用電力系統１２が正常であるときは発電装置２０を駆動し、商用電力系統１２の出力の位相と同じ位相の交流電力を出力させる。具体的には、ＥＣＵ５０は、検出した商用電力系統１２の交流電力の出力を信号線を介してインバータ回路３４ｃに入力する。インバータ回路３４ｃは、入力値と位相が一致する交流電力を出力する。
【００４５】
尚、商用電力系統１２が正常であるときのエンジン３０の始動は、商用電力系統１２の電力を発電機３２に動作電源として供給することで行われる。即ち、商用電力系統１２の電力を図示しない給電路（電力線）を介して発電機３２のステータコイルに供給してロータを回転させ、それによってエンジン３０をクランキングして始動する。
【００４６】
インバータ回路３４ｃで商用電力系統１２の交流電力と少なくとも位相で一致させられた交流電力は、第２の給電路４４、接続点１８および第１の給電路１６を介して電気負荷１４に供給される。尚、正常時（停電ではないとき）、第２のスイッチ３４ｅはオンされているものとする。
【００４７】
このように、商用電力系統１２が正常であって所定の運転条件が成立するときは、検出された商用電力系統１２の交流電力の位相と同じ位相の交流電力を出力する同期運転を行うように発電装置２０を駆動し、商用電力系統１２と連系させる。これにより、電気負荷１４には、商用電力系統１２の電力と発電装置２０の電力の両方が供給される。電気負荷１４は発電装置２０の出力で十分なときは発電装置２０の出力で動作すると共に、不足するときは商用電力系統１２の出力を入力して動作する。
【００４８】
図２フロー・チャートの説明に戻ると、Ｓ１０で肯定されて商用電力系統１２の停電と判断されるときはＳ１６に進み、第１のスイッチ２４をオフする。即ち、第１のスイッチ２４をオフして発電装置２０から商用電力系統１２への電力供給を遮断することで、逆潮流を防止する。
【００４９】
次いでＳ１８に進み、発電装置２０が停止しているか否か判断する。これは例えば前記した第２の電流センサ３４ｈなどの出力に基づいて判断する。Ｓ１４の処理において発電装置２０は既に駆動しているためにこの判断は通例否定されるが、何らかの理由から発電装置２０が停止していることも考えられる。そのため、Ｓ１８で肯定される場合、発電装置２０を停電時の非常用電源として用いるべく、Ｓ２０，Ｓ２２に進んで発電装置２０を駆動（始動）する。
【００５０】
具体的には、Ｓ２０においてＤＣ／ＤＣコンバータ部６４の第３のスイッチ６４ｄをオンすると共に、切替スイッチ６６を第１の端子６６ａを選択するように駆動する。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ部６４の出力（換言すれば、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ６４ａで昇圧されたバッテリ６０の出力）は、切替スイッチ６６、３相ブリッジ回路３４ａを介して発電機３２のステータコイルに供給されてロータを回転させ、それによってエンジン３０をクランキングして始動し、発電装置２０が始動（駆動）する。このように、バッテリ６０は、商用電力系統１２が停電の際にエンジン３０を始動させるための動作電源として用いられる。
【００５１】
発電装置２０が始動されると、Ｓ２２に進み、ＤＣ／ＤＣコンバータ部６４の第３のスイッチ６４ｄをオフすると共に、切替スイッチ６６を第２の端子６６ｂを選択するように駆動する。これにより、バッテリ６０から発電機３２に供給される電力を遮断する。尚、Ｓ１８で否定されるときは、Ｓ２０，Ｓ２２の処理をスキップする。
【００５２】
次いでＳ２４に進んでＤＣ／ＤＣコンバータ部６４の第３のスイッチ６４ｄをオンする。切替スイッチ６６は第２の端子６６ｂが選択されているため、Ｓ２４の処理により、ＤＣ／ＤＣコンバータ部６４の出力（即ち、バッテリ６０の出力）は、切替スイッチ６６と昇圧回路３４ｂを介してインバータ回路３４ｃに供給させられる。このように、停電時にはバッテリ６０を発電機３２のインバータ回路３４ｃに接続する。
【００５３】
ここで、昇圧回路３４ｂに供給させられる直流電力、換言すれば、ＤＣ／ＤＣコンバータ部６４の出力電力について説明すると、その電圧値は、発電機３２の出力電圧（正確には、３相ブリッジ回路３４ａの出力電圧）より所定値だけ低くなるように設定される。例えば、３相ブリッジ回路３４ａの出力電圧が約ＤＣ２８０Ｖであるとき、ＤＣ／ＤＣコンバータ部６４の電力は約ＤＣ２７０Ｖの電圧となるように設定される。これについて図４を参照して説明する。
【００５４】
図４は、発電機３２（正確には、３相ブリッジ回路３４ａ）とＤＣ／ＤＣコンバータ部６４の出力電圧を示すタイム・チャートである。
【００５５】
停電時において電気負荷１４の運転負荷量が発電機３２の定格出力（１．０ｋＷ）以下であるとき、発電機３２は３相ブリッジ回路３４ａの出力電圧がＤＣ２８０Ｖ（定格電圧）となるように運転させられる。このとき、３相ブリッジ回路３４ａの出力電圧とＤＣ／ＤＣコンバータ部６４の出力電圧には約１０Ｖの電位差があるため、ＤＣ／ＤＣコンバータ部６４の出力はインバータ３４に供給されない。
【００５６】
次いで電気負荷１４が増加し、１．０ｋＷを超えて過負荷状態になると、発電機３２の出力電圧、即ち、３相ブリッジ回路３４ａの出力電圧は、図４に示す如く、徐々に低下する。その後、３相ブリッジ回路３４ａの出力電圧が時点ｔａで、前記設定されたＤＣ／ＤＣコンバータ部６４の出力電圧（ＤＣ２７０Ｖ）まで低下すると（ＤＣ／ＤＣコンバータ部６４の出力と同電圧になると）、３相ブリッジ回路３４ａの出力とＤＣ／ＤＣコンバータ部６４の出力に電位差がなくなるため、ＤＣ／ＤＣコンバータ部６４の出力が昇圧回路３４ｂに供給される。これにより、インバータ３４の昇圧回路３４ｂには、３相ブリッジ回路３４ａとＤＣ／ＤＣコンバータ部６４の電力、換言すれば、発電機３２とバッテリ６０の電力の両方が供給される。
【００５７】
このようにして昇圧回路３４ｂに入力された直流電力は昇圧させられた後、インバータ回路３４ｃで交流電力に変換されて電気負荷１４に供給される。従って、電気負荷１４には、発電装置２０の電力とバッテリ６０の電力の両方、即ち、発電装置２０の電力にバッテリ６０の電力分だけ増加した電力量が供給される。このように、発電装置２０の出力は、３相ブリッジ回路３４ａの出力電圧がＤＣ／ＤＣコンバータ部６４の出力電圧以下のとき（過負荷状態にあるとき）、バッテリ６０の出力によってバックアップされる。
【００５８】
バッテリ出力によるバックアップによって前記過負荷状態が解消されると、低下していた３相ブリッジ回路３４ａの出力電圧は、前記定格電圧（ＤＣ２８０Ｖ）に向かって徐々に上昇する。そのため、時点ｔｂにおいて３相ブリッジ回路３４ａの出力電圧がＤＣ／ＤＣコンバータ部６４の出力電圧（ＤＣ２７０Ｖ）を超えて電位差が生じると、ＤＣ／ＤＣコンバータ部６４の出力のインバータ３４への供給は停止される。
【００５９】
このように、バッテリ６０の出力は、３相ブリッジ回路３４ａの出力電圧がＤＣ／ＤＣコンバータ部６４の出力電圧以下のときに限ってインバータ３４に供給される。尚、バッテリ６０は、インバータ３４への電力供給などによってその残量が減少すると、インバータ３４から出力される電力で充電（チャージ）される。
【００６０】
図２の説明に戻ると、次いでＳ２６に進み、商用電力系統１２が復旧したか（停電が終了したか）否か判断する。この判断も、電流・電圧センサ５２の出力に基づいて行われる。
【００６１】
Ｓ２６で否定されるときは上記判断を繰り返す一方、肯定されるときはＳ２８に進み、ＤＣ／ＤＣコンバータ部６４の第３のスイッチ６４ｄをオフする。これにより、バッテリ６０からインバータ３４への電力供給を遮断する、即ち、バッテリ６０によるバックアップを終了する。
【００６２】
次いでＳ３０に進み、第２のスイッチ３４ｅをオフし、発電装置２０から電気負荷１４に供給される電力を一旦遮断すると共に、Ｓ３２に進み、第１のスイッチ２４をオンして商用電力系統１２から出力された交流電力を電気負荷１４に供給する。
【００６３】
次いでＳ３４に進み、商用電力系統１２の出力（交流電力）の位相を検出し、Ｓ３６に進み、所定の運転条件が成立するとき、図３に示す如く、検出された商用用電力系統１２の交流電力の位相と同じ位相の交流電力を出力する、即ち、同期運転を行うように発電装置２０を駆動し、Ｓ３８に進んで第２のスイッチ３４ｅをオンする。これにより、電気負荷１４には、商用電力系統１２の電力と発電装置２０の電力の両方が供給される。
【００６４】
このように、第１実施例に係るコージェネレーション装置１０にあっては、商用電力系統１２から電気負荷１４に至る交流電力の第１の給電路１６に接続される発電機３２を備えると共に、その第１の給電路１６に配置される第１のスイッチ２４を備え、商用電力系統１２の停電が検出されたとき、第１のスイッチ２４をオフさせて発電機３２から商用電力系統１２への電力供給を遮断するように構成したので、商用電力系統１２が停電したとき、コージェネレーション装置１０の出力する電力が商用電力系統１２に流れ込む逆潮流を確実に防止することができる。
【００６５】
また、直流電力を貯留するバッテリ６０を備えると共に、発電機３２から商用電力系統１２への電力供給が遮断された後、バッテリ６０を発電機３２のインバータ回路３４ｃ（正確には、インバータ回路３４ｃの入力側に配置される昇圧回路３４ｂ）に接続し、発電機３２の出力とバッテリ６０の出力を交流電力に変換して電気負荷１４に供給する如く構成したので、電気負荷１４に供給されるべき電力をバッテリ６０から出力される電力の分だけ増加させることができる。それにより、電気負荷がコージェネレーション装置１０の本来の最大出力を超えるときも、超過分がバッテリ６０の出力分の範囲内にあれば、電気負荷１４に必要な電力を供給することができる。
【００６６】
また、負荷がコージェネレーション装置１０の本来の最大出力を超えていないときに、突入電流によって瞬時過負荷が生じた場合にも電気負荷１４に安定して電力を供給することができる。
【００６７】
また、停電時に発電機３２を始動するとき、バッテリ６０をエンジン３０の始動装置（発電機３２）に接続するように構成したので、バッテリ６０によってエンジン３０を確実に始動することができる。また、例えばエンジンの始動用としてバッテリを既に備えているコージェネレーション装置にあっては、そのバッテリを停電時にインバータ回路３４ｃに接続するだけで、電気負荷１４に供給されるべき電力を増加させることも可能となる。即ち、バッテリを新たに設けることなく、電気負荷１４に供給されるべき電力を増加させることも可能となる。
【実施例２】
【００６８】
次いで、この発明の第２実施例に係るコージェネレーション装置１０について説明する。
【００６９】
以下、第１実施例と相違する点に焦点をおいて説明すると、第２実施例にあっては、図１に想像線で示す如く、第２の給電路４４に接続された電力線に電圧センサ７０を接続し、第２の給電路４４の電圧、即ち、インバータ回路３４ｃの出力電圧に応じた信号をＥＣＵ５０に出力するように構成した。
【００７０】
図５は第２実施例に係るコージェネレーション装置の動作を部分的に示す、図２フロー・チャートの一部と同様のフロー・チャートである。また、図６は発電機３２（正確には、インバータ回路３４ｃ）とＤＣ／ＤＣコンバータ部６４の出力電圧を示す、図４と同様なタイム・チャートである。
【００７１】
以下説明すると、第２実施例にあっては、Ｓ２２からＳ２３ａに進み、電圧センサ７０の出力値、即ち、インバータ回路３４ｃの出力電圧Ｖｉを読み込む（検出する）。そして、Ｓ２４ａに進み、検出された出力電圧Ｖｉが第１の所定値（所定値）未満か否か判断する。第１の所定値は、電気負荷１４の運転負荷量が増加して過負荷状態となり、発電装置２０がバッテリ６０によるバックアップを必要とする状態を示す値、例えばＡＣ１９０Ｖに設定される。
【００７２】
Ｓ２４ａで肯定され、発電装置２０がバッテリ６０によるバックアップを必要としていると判断されるとき（図６の時点ｔｃ）、Ｓ２５ａに進んでＤＣ／ＤＣコンバータ部６４の第３のスイッチ６４ｄをオンする。これにより、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ６４ａでＤＣ２７０Ｖまで昇圧されたバッテリ６０の出力は、第３のスイッチ６４ｄおよび切替スイッチ６６を介して昇圧回路３４ｂ（換言すれば、インバータ回路３４ｃの入力側）に供給させられる。
【００７３】
このように、検出されたインバータ回路３４ｃの出力電圧Ｖｉが第１の所定値未満のとき、バッテリ６０を発電機３２のインバータ回路３４ｃに接続する。尚、Ｓ２４ａで否定されるときはＳ２５ａの処理をスキップする。
【００７４】
次いでＳ２６ａに進み、インバータ回路３４ｃの出力電圧Ｖｉが第２の所定値を超えたか否か判断する。具体的には、Ｓ２５ａにおいてバッテリ６０によるバックアップを行うことで前記過負荷状態が解消され、発電機３２の出力電圧、即ち、インバータ回路３４ｃの出力電圧Ｖｉが徐々に上昇し、バッテリ６０によるバックアップを必要としない状態を示す電圧値（第２の所定値）を超えたか否か判断する。従って、第２の所定値は、第１の所定値よりも大きい値（例えば、ＡＣ２００Ｖ）に設定される。
【００７５】
Ｓ２６ａで肯定され、発電機３２がバッテリ６０によるバックアップを必要としなくなったとき（図６の時点ｔｄ）、Ｓ２７ａに進み、ＤＣ／ＤＣコンバータ部６４の第３のスイッチ６４ｄをオフする。これにより、バッテリ６０からインバータ３４への電力供給を遮断（バッテリ６０によるバックアップを終了）する。
【００７６】
次いでＳ２８ａに進み、商用電力系統１２が復旧したか（停電が終了したか）否か判断する。Ｓ２８ａで否定されるときはＳ２３ａに戻り、上記処理を繰り返す一方、肯定されるときは前述したＳ２８に進み、ＤＣ／ＤＣコンバータ部６４の第３のスイッチ６４ｄをオフする。これにより、バッテリ６０からインバータ３４への電力供給を完全に遮断する。
【００７７】
このように、第２実施例に係るコージェネレーション装置１０にあっては、インバータ回路３４ｃの出力電圧Ｖｉを検出し、検出された電圧が第１の所定値未満のとき、バッテリ６０をインバータ回路３４ｃに接続するように構成したので、バッテリ６０は電気負荷１４の運転負荷量の増加によってインバータ回路３４ｃの出力電圧が低下したときに限ってインバータ回路３４に出力することとなり、バッテリ６０の消費電力を低減させることができる。
【００７８】
尚、残余の構成および効果は、第１実施例のそれと異ならない。
【実施例３】
【００７９】
次いで、この発明の第３実施例に係るコージェネレーション装置１０について説明する。
【００８０】
図７は、第３実施例に係るコージェネレーション装置を全体的に示す、図１と同様なブロック図である。
【００８１】
以下、第１実施例と相違する点に焦点をおいて説明すると、第３実施例にあっては、図７に示す如く、エンジン３０の始動装置としてスタータモータ８０を備え、発電機３２ａは交流電力を出力するジェネレータ（オルタネータ）としての機能のみを備えるように構成した。また、切替スイッチ６６を除去し、バッテリ６０を図示しない電力線を介してスタータモータ８０に接続すると共に、ＤＣ／ＤＣコンバータ部６４の第３のスイッチ６４ｄをインバータ３４の昇圧回路３４ｂに直接接続するように構成した。
【００８２】
従って、図２フロー・チャートのＳ２０などでエンジン３０を始動して発電装置２０を駆動させる場合、バッテリ６０から出力される直流電圧は電力線を介してスタータモータ８０に供給され、スタータモータ８０の駆動によってエンジン３０をクランキングして始動する。
【００８３】
このように、第３実施例に係るコージェネレーション装置１０にあっては、エンジン３０の始動装置が、第１、第２実施例の発電機３２（具体的にはスタータジェネレータ）に代えてスタータモータ８０からなるように構成したので、バッテリ６０によってエンジン３０を一層確実に始動することができる。
【００８４】
尚、残余の構成および効果は、従前の実施例のそれと異ならない。
【００８５】
以上の如く、この発明の第１から第３実施例にあっては、商用電力系統１２から電気負荷１４に至る交流電力の給電路（第１の給電路）１６に接続される発電機３２，３２ａと前記発電機を駆動する内燃機関（エンジン３０）とを備えると共に、前記内燃機関の排熱を熱負荷（貯湯槽）４２に供給するコージェネレーション装置１０において、直流電力を貯留するバッテリ６０、前記給電路に配置されるスイッチ（第１のスイッチ２４）、前記商用電力系統１２の停電が検出されたとき、前記スイッチをオフさせて前記発電機３２から前記商用電力系統１２への電力供給を遮断する電力供給遮断手段（電流・電圧センサ５２。Ｓ１０，Ｓ１６）、および前記発電機３２から前記商用電力系統１２への電力供給が遮断された後、前記バッテリ６０を前記発電機３２のインバータ回路３４ｃに接続し、前記発電機３２の出力と前記バッテリ６０の出力を交流電力に変換して前記電気負荷１４に供給させるバッテリ接続手段（ＥＣＵ５０。Ｓ２４，Ｓ２５ａ）を備えるように構成した。
【００８６】
また、第２実施例にあっては、前記インバータ回路３４ｃの出力電圧Ｖｉを検出する電圧検出手段（電圧センサ７０。Ｓ２３ａ）を備えると共に、前記バッテリ接続手段は、前記検出された電圧Ｖｉが所定値（第１の所定値）未満のとき、前記バッテリを前記インバータ回路に接続する（Ｓ２４ａ，Ｓ２５ａ）ように構成した。
【００８７】
また、第１から第３実施例にあっては、前記バッテリ接続手段は、前記発電機３２を始動するとき、前記バッテリを前記内燃機関の始動装置に接続する（Ｓ２０）ように構成した。
【００８８】
また、前記内燃機関の始動装置が、前記発電機３２とスタータモータ８０の内のいずれかからなるように構成した。
【００８９】
尚、上記において、商用電力系統１２の停電が検出されないとき、エンジン３０を始動させて発電装置２０を駆動するように構成したが、電気負荷１４や熱負荷（貯湯槽４２）の使用状況に応じて発電装置２０を駆動するように構成しても良い。
【００９０】
また、上記した実施例において商用電力系統１２が出力する交流電力の位相を検出し、検出された位相と同じ位相の交流電力を出力するように発電装置２０を駆動したが、位相のみならず、電圧まで同一となるように発電装置２０を駆動しても良い。
【００９１】
また、上記した実施例において発電装置２０の駆動源（エンジン３０）としてガソリン燃料を使用するエンジンを用いるように構成したが、都市ガス・ＬＰガスを燃料とするガスエンジンなどであっても良い。
【００９２】
また、商用電力系統１２が出力する交流電力を１００／２００Ｖとしたが、商用電力系統が出力する交流電力が１００／２００Ｖを超えるときは、それに相応する電圧を発電装置２０から出力させることはいうまでもない。
【００９３】
また、発電機３２の最大発電出力、あるいはエンジン３０の排気量などを具体的な値で示したが、それらは例示であって限定されるものではないこともいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】この発明の第１実施例に係るコージェネレーション装置を全体的に示すブロック図である。
【図２】図１に示すコージェネレーション装置の動作を表すフロー・チャートである。
【図３】図１に示す発電装置の同期運転を説明するタイム・チャートである。
【図４】図１に示す３相ブリッジ回路とＤＣ／ＤＣコンバータ部の出力電圧を示すタイム・チャートである。
【図５】この発明の第２実施例に係るコージェネレーション装置の動作を部分的に示す、図２フロー・チャートの一部と同様のフロー・チャートである。
【図６】図１に示すインバータ回路とＤＣ／ＤＣコンバータ部の出力電圧を示す、図４と同様なタイム・チャートである。
【図７】この発明の第３実施例に係るコージェネレーション装置を全体的に示す、図１と同様なブロック図である。
【符号の説明】
【００９５】
１０  コージェネレーション装置、１２  商用電力系統、１４  電気負荷、１６  第１の給電路（給電路）、２４  第１のスイッチ（スイッチ）、３０  エンジン（内燃機関）３２，３２ａ  発電機、３４ｃ  インバータ回路、５０  ＥＣＵ（電子制御ユニット）、５２  電流・電圧センサ、６０  バッテリ、７０  電圧センサ、８０  スタータモータ
【図１】
2008206265.tif 000003
【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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【図７】
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