(57)【要約】【課題】停電が生じた場合であって外部熱負荷との間に配管された外部排熱運搬回路が故障したときにも自立運転をすることができるコジェネレーション装置を提供。【解決手段】エンジン２と、エンジン２で駆動される電動発電機５と、エンジンの排熱を回収し外部排熱運搬回路に排熱を伝達する排熱回収回路７と、排熱回収回路７から分岐し再び排熱回収回路７に合流する分岐路１０と、分岐路上に設けられた放熱ラジエータ１１と、排熱回収回路７上における分岐点１０３に設けられ自立運転時に分岐路１０へ切り替わる切替弁１５とをもつ。本装置は、自立運転時電力入力用の接続端子８１０と昇圧コントローラ８１３と自立運転時電力出力用の非常用コンセント８８をもつポータブルユニットを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと、該エンジンで駆動される電動発電機と、前記エンジンの排熱を回収し外部排熱搬送回路へ排熱を伝達する排熱回収回路と、前記電動発電機の発電出力を商用電力系統に連系させる連系運転と前記電動発電機を前記商用電力系統から切り離して該電動発電機を自立させる自立運転とを切替え制御する運転切替制御部と、前記自立運転時に必要な電力を取り込む自立時電力入力ポートと、前記自立運転時に前記電動発電機により発電した電力を外部に出力する自立時電力出力ポートと、を有するコジェネレーション装置において、
前記排熱回収回路から分岐し再度該排熱回収回路に合流する分岐路と、該分岐路上に設けられた放熱器と、前記排熱回収回路上における前記分岐路に分岐する分岐点に設けられ前記自立運転時に前記分岐路へ切り替わる切替弁とをもつことを特徴とするコジェネレーション装置。
【請求項２】
前記分岐路上の前記放熱器の出口側に、前記連系運転時には閉弁し前記自立運転時には開弁する開閉弁を設けたことを特徴とする請求項１記載のコジェネレーション装置。
【請求項３】
前記開閉弁は、分岐路上における前記放熱器の入口側及び出口側に設けたことを特徴とする請求項２に記載のコジェネレーション装置。
【請求項４】
前記エンジンの燃料の種類を選択可能な燃料種切替装置をもつことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のコジェネレーション装置。
【請求項５】
前記エンジン、前記電動発電機、前記排熱回収回路、前記運転切替制御部及び前記切替弁は第一ユニットを構成し、
前記分岐路、前記放熱器、前記自立時電力入力ポート及び前記自立時電力出力ポートは第二ユニットを構成しており、
該第二ユニットは前記第一ユニットから着脱可能な接続ポートをもつことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のコジェネレーション装置。
【請求項６】
前記第二ユニットは、前記第一ユニットの上に配設されていることを特徴とする請求項５に記載のコジェネレーション装置。
【請求項７】
前記自立時電力入力ポートは、外部電力源を着脱可能に接続する接続端子であることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のコジェネレーション装置。
【請求項８】
エンジンと、該エンジンで駆動される電動発電機と、前記エンジンの排熱を回収し外部排熱搬送回路へ排熱を伝達する排熱回収回路と、前記電動発電機の発電出力を商用電力系統に連系させる連系運転と前記電動発電機を前記商用電力系統から切り離して該電動発電機を自立させる自立運転とを切替え制御する運転切替制御部と、前記自立運転時に必要な電力を取り込む自立時電力入力ポートと、該自立時電力入力ポートより供給された入力電圧を昇圧させる昇圧コントローラと、前記自立運転時に前記電動発電機により発電した電力を外部に出力する自立時電力出力ポートと、を有するコジェネレーション装置において、
前記自立時電力入力ポート及び前記昇圧コントローラは、前記コジェネレーション装置の中の他の装置とは別個のユニットを構成しており、該ユニットは、前記コジェネレーション装置の中の他の装置との間がケーブルにより連結されていることを特徴とするコジェネレーション装置。
【請求項９】
前記ユニットは、更に、前記自立時電力出力ポートを含むことを特徴とする請求項８記載のコジェネレーション装置。
【請求項１０】
前記ユニットは、前記連系運転と前記自立運転とを切り替える操作パネルを含むことを特徴とする請求項８または請求項９に記載のコジェネレーション装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンを動力源として電力エネルギと熱エネルギを出力するコジェネレーション装置に関し、特に商用電力系統が停電し給湯系統に故障が生じた非常時に自立運転を行うことができるコジェネレーション装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
コジェネレーションシステムは、エンジンの駆動力を電動発電機にて電力に変換することにより発電を行うとともに、その発電で発生する排熱を回収して熱エネルギとして有効に利用するシステムである。このコジェネレーションシステムは、エネルギの有効利用の点から近年注目されている。
【０００３】
コジェネレーション装置を作動させるにあたっては、まず、商用電力系統から供給された電気でエンジンを回転させる必要がある。このため、商用電力系統で停電が生じるとエンジンを始動させることができず、コジェネレーション装置による電力と熱を出力させることができない。
【０００４】
そこで、特許文献１には、貯湯タンク内の温水温度が所定値以下になったときに、つまり熱需要が生じたときにエンジンが駆動される。そして、貯湯タンク内の温水温度が所定値以上になったときに、強制的にタンク内の温水を排水したり低温の水を給水したりして水温を下げる。これにより強制的に熱需要を発生させて、エンジンを始動させる。
【０００５】
また、特許文献２には、停電時の自立運転時に、不足電力をバッテリから補給する。また、特許文献２のコジェネレーション装置は、外部熱負荷に連絡している外部排熱運搬回路上に分岐路を設け、分岐路上に放熱器を設けている。自立運転時には、この放熱器から、エンジンから排出される不要な排熱が放出される。
【特許文献１】特開２００６−８３７２０号公報
【特許文献２】特開２００６−２２００６６号公報
【特許文献３】特開２００６−２１７７６７号公報
【特許文献４】特開２００６−１２１８８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１では、自立運転時にエンジンを駆動させる際に、排熱を放出するにあたって貯湯タンクが正常に作動していることが必要である。このため、地震などの災害時に、貯湯タンクへの給水が絶たれたり、貯湯タンクが破損、あるいは貯湯タンクへの連絡管が破損したときには、自立発電ができない可能性が高い。
【０００７】
また、特許文献２では、自立運転時にエンジンの排熱を放熱させる放熱器が、コジェネレーション装置と外部熱負荷との間を連絡する外部排熱運搬回路に設置されている。このため、外部排熱運搬回路、または貯湯ユニットの中の配管やポンプが破損したときには、自立運転ができない可能性が高い。
【０００８】
また、特許文献１、３，４では、発電装置の起動用電源としてバッテリを用いているため、常にバッテリのメンテナンスを行う必要がある。停電は近年頻度が低下しており、自立電動発電機能は製品寿命期間内に使用されない場合も想定される。そのため、バッテリを常にメンテナンスすることは維持費の増加を招く。そこで、起動用電源として、各家庭に普及している自動車用バッテリを用いることが考えられる。しかし、この場合、自動車が駐車されている屋外駐車場まで数十ｍの距離があるため、コジェネレーション装置と自動車用バッテリとを接続するのに、数十ｍの長さ分の延長コードが必要となる。このような長い延長コードが家庭で用意されていない場合もある。
【０００９】
また、特許文献３，４には、連系運転時の電気出力ポートとは別個に、自立運転時に電気を出力する自立時出力ポートが設けられている。しかし、自立時出力ポートは装置に固定されているため、実際に使用したい機器まで延長コードで接続する必要がある。かかる延長コードは家庭で用意されていない場合もある。
【００１０】
本発明は上記した事情に鑑みてなされたものであり、停電が生じた場合であって、外部熱負荷との間に配管された外部排熱運搬回路が故障したときにも自立運転をすることができるコジェネレーション装置を提供することを第一の課題とするものである。
【００１１】
また、第二の課題は、自立運転用の起動時電源の維持費の増加を抑制し、自立運転時の電気の入出力の利便性の高いコジェネレーション装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
（１−１）第一の課題を解決する発明は、エンジンと、エンジンで駆動される電動発電機と、エンジンの排熱を回収し外部排熱搬送回路へ排熱を伝達する排熱回収回路と、電動発電機の発電出力を商用電力系統に連系させる連系運転と電動発電機を商用電力系統から切り離して電動発電機を自立させる自立運転とを切替え制御する運転切替制御部と、自立運転時に必要な電力を取り込む自立時電力入力ポートと、自立運転時に電動発電機により発電した電力を外部に出力する自立時電力出力ポートと、を有するコジェネレーション装置において、排熱回収回路から分岐し再度排熱回収回路に合流する分岐路と、分岐路上に設けられた放熱器と、排熱回収回路上における分岐路に分岐する分岐点に設けられ自立運転時に分岐路へ切り替わる切替弁とをもつことを特徴とするコジェネレーション装置である。
【００１３】
コジェネレーション装置が自立運転をするときには、運転切替制御部で、商用電力系統から電動発電機を切り離して電動発電機を自立させる。また、排熱回収回路上に設けた切替弁を分岐路へ切り替える。これにより、排熱回収回路を流れる冷媒が分岐路に流れて、分岐路上に設けた放熱器から冷媒の熱が放熱される。したがって、自立運転時には、外部熱負荷のかわりに放熱器により、エンジンからの排熱を放熱させることができる。ゆえに、停電や外部熱負荷への配管が故障した場合にもエンジンを駆動させて電動発電機より電力を出力することができる。
【００１４】
（１−２）分岐路上の前記放熱器の出口側には、連系運転時には閉弁し自立運転時には開弁する開閉弁を設けることが好ましい。ここで、放熱器の出口側には開閉弁を設けているため、連系運転時に放熱器に分岐路の排熱回収回路との合流点から冷媒が流れ込むことを防止できる。それゆえ、放熱器から冷媒の熱が放出されることを防止する。したがって、分岐路上の放熱器から排熱回収回路の熱が外部に放出されることを防止し、排熱回収回路の排熱回収率を向上させることができる。
【００１５】
（１−３）また、開閉弁は、分岐路上における放熱器の入口側及び出口側に設けることが好ましい。この場合には、分岐路中の冷媒が放熱器の入口側だけでなく出口側から放熱器へ流れることが防止される。このため、放熱器からの放熱を更に抑制でき、排熱回収回路の排熱回収率を更に向上させることができる。
【００１６】
（１−４）また、エンジンの燃料の種類を選択可能な燃料種切替装置をもつことが好ましい。災害時には、停電や外部熱負荷への配管が故障するだけでなく、都市ガスなどの外部燃料供給管が故障する場合がある。この場合にも、調達可能な種類の燃料（例えばプロパンガス）に切り替えてエンジンを駆動させることができる。たとえば、燃料種切替装置は、数種類の燃料ガスから所望の燃料を選択する燃料切替スイッチと、燃料源と接続している燃料通路に配置された燃料弁と、燃料スイッチにて選択された種類の燃料ガスが適切に燃焼する空気との混合比となるように燃料弁にその開度を調整するように指示する燃料種切替制御部とから構成されている。
【００１７】
（１−５）また、エンジン、電動発電機、排熱回収回路、運転切替制御部及び切替弁は第一ユニットを構成し、分岐路、放熱器、自立時電力入力ポート及び自立時電力出力ポートは第二ユニットを構成しており、第二ユニットは第一ユニットから着脱可能な接続ポートをもつことが好ましい。第二ユニットは、自立運転に必要なユニットである。例えば、コジェネレーション装置の使用者は自立運転を必要としていない場合もある。自立運転を不要とする使用者は自立運転に必要な第二ユニットを第一ユニットから取り外しておくことができる。このため、第二ユニットの要否を選択でき、使用者の選択の幅が広がる。
【００１８】
（１−６）また、第二ユニットは、第一ユニットの上に配設されていることが好ましい。これにより、第二ユニットの占有床面積が不要となり、コジェネレーション装置をコンパクトに設置することができる。
【００１９】
（１−７）また、自立時電力入力ポートは、外部電力源を着脱可能に接続する接続端子であることが好ましい。自立運転をするのは、災害時など非常時に限られている。このため、自立運転に必要な電力源はコジェネレーション装置に常設するのではなく、自立運転時にだけ、車両用のバッテリなどの外部電力源を調達し接続端子に接続する。これにより、バッテリを常時搭載する必要がなくなり、装置のコンパクト化及びコスト低下をもたらすことができる。また、バッテリのメンテナンスが不要となり維持費を抑制できる。
【００２０】
（２−１）第二の課題を解決する発明は、エンジンと、エンジンで駆動される電動発電機と、エンジンの排熱を回収し外部排熱搬送回路へ排熱を伝達する排熱回収回路と、電動発電機の発電出力を商用電力系統に連系させる連系運転と電動発電機を商用電力系統から切り離して電動発電機を自立させる自立運転とを切替え制御する運転切替制御部と、自立運転時に必要な電力を取り込む自立時電力入力ポートと、自立時電力入力ポートより供給された入力電圧を昇圧させる昇圧コントローラと、自立運転時に電動発電機により発電した電力を外部に出力する自立時電力出力ポートと、を有するコジェネレーション装置において、自立時電力入力ポート及び昇圧コントローラは、コジェネレーション装置の中の他の装置とは別個のユニットを構成しており、ユニットは、コジェネレーション装置の中の他の装置との間がケーブルにより連結されていることを特徴とするコジェネレーション装置である。
【００２１】
上記構成においては、自立時電力入力ポートが、他の装置とは別個のユニットに設けられている。このため、起動用電源が装置の遠方にある場合にも、ユニットを起動用電源の位置まで運ぶことができ、自立時電力入力ポートを容易に遠方の起動用電源に接続することができる。また、ユニットには昇圧コントローラを設けている。このため、自立時電力入力ポートから入力された電力は、昇圧された後に、ケーブルを通じて他の装置に効率よく送電することができる。
【００２２】
（２−２）ユニットは、更に、自立時電力出力ポートを含むことが好ましい。この場合、遠方の電気負荷までユニットを運ぶことで、容易に自立時電力を電気負荷と接続することができる。この場合、ユニットは、自立運転時に電動発電機により発電された高電圧の発電電力を降圧させる降圧コントローラを含むことが好ましい。これにより、電動発電機にて発電された発電電力を高電圧のままケーブルを通じてユニットに効率よく送電することができる。
【００２３】
（２−３）ユニットは、連系運転と自立運転とを切り替える操作パネルを含むことが好ましい。この場合、ユニットが装置から離れた位置に設置されていても、ユニットに対して自立運転に必要な起動用電源の接続を行うとともに自立運転に切り替える操作を行えばよい。このため、自立運転時の起動用電源の接続を行った後に、遠方の他のユニットまで移動しなくてもよい。ゆえに、自立運転の切替操作を容易に行うことができる。
【００２４】
（２−４）第二の課題を解決するコジェネレーション装置は、さらに、排熱回収回路から分岐し再度排熱回収回路に合流する分岐路と、分岐路上に設けられた放熱器と、排熱回収回路上における分岐路と分岐する分岐点に設けられ自立運転時に分岐路へ切り替わる切替弁とをもつことが好ましい。
【発明の効果】
【００２５】
本発明のコジェネレーション装置によれば、自立運転時に、排熱回収回路上に設けた切替弁を分岐路へ切り替えることにより、放熱器から冷媒を放熱させている。このため、停電が生じた場合であって、コジェネレーション装置と外部熱負荷との間の外部排熱運搬回路が故障したときにも、自立運転をすることができる。
【００２６】
また、自立時電力入力ポートが、他の装置とは別個のユニットに設けられているため、起動用電源が装置の遠方にある場合にも、自立時電力入力ポートを容易に遠方の起動用電源に接続することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。
【００２８】
（１）実施形態例１
本例のコジェネレーション装置は、図１、図２に示すように、エンジン２と、エンジン２で駆動される電動発電機５と、エンジン２の排熱を回収し外部排熱運搬回路９４に排熱を伝達する排熱回収回路７と、電動発電機５の発電出力を商用電力系統８６４に連系させる連系運転と電動発電機５を商用電力系統８６４から切り離して電動発電機５を自立させる自立運転とを切り替え制御する運転切替制御部８１１とを有する。
【００２９】
また、コジェネレーション装置は、自立運転時に必要な電力を取り込む自立時電力入力ポートとしての接続端子８１０と、自立運転時に電動発電機５により発電された電力を外部負荷に出力する自立時電力出力ポートとしての非常用コンセント８８と、排熱回収回路７から分岐し再び排熱回収回路７に合流する分岐路１０と、分岐路１０上に設けられた放熱器としての放熱ラジエータ１１と、排熱回収回路７上における分岐路１０と分岐する分岐点１０３に設けられ自立運転時に分岐路１０へ切り替わる切替弁１５と、エンジンの燃料の種類を選択可能な燃料種切替スイッチ１３２及び燃料種切替制御部８１２とをもつ。
【００３０】
分岐路１０上の放熱ラジエータ１１の出口側には、連系運転時には閉弁し自立運転時には開弁する開閉弁１０１を設けている。
【００３１】
接続端子８１０には、外部電力源８２が接続される。外部電力源８２は、自立運転時に接続端子８１０に接続し、連系運転時には取り外しておくことができる。
【００３２】
運転切替制御部８１１は、制御基板８１に形成されている。制御基板８１は、運転切替制御部８１１の他に、燃料種切替制御部８１２と、接続端子８１０から供給された電気の電圧を昇圧させる昇圧コントローラ８１２とをもつ。
【００３３】
エンジン２、電動発電機５、排熱回収回路７及び切替弁１５は、連系ユニット６を構成している。連系ユニット６は、制御基板８６をもつ。制御基板８６は、連系ユニット６の中の機器を制御する連系制御部８６１と、電動発電機５により発電された交流電流を商用電力系統８６４及び電気負荷８６５の電圧、周波数などに適応させるように変換させる変換部８６２と、電力をコジェネレーション装置の中の各機器や外部の電気負荷８６５に配電する配電部８６３とをもつ。連径ユニット６は、商用電力系統８６４と連系して発電するとともに発電により発生する排熱を回収して熱エネルギを出力する。
【００３４】
分岐路１０、放熱ラジエータ１１、自立時電力出力用の接続端子８１０及び制御基板８１は、自立ユニット１を構成している。自立ユニット１は、自立運転時に連系ユニット６を商用電力系統から切り離して自立して発電させるとともに発電により発生する排熱を外部に放出する。
【００３５】
図２に示すように、連系ユニット６と自立ユニット１とは、分岐路１０及び電気配線８０により接続されている。分岐路１０及び電気配線８０には、図示しない継手及びコネクタが形成されていて、これらの部分を接続、切り離しすることにより、連系ユニット６００と自立ユニット１００とを着脱できる。
【００３６】
図４に示すように、連系ユニット６、自立ユニット１は、それぞれ別個のケース６００，１００に収容されている。自立ユニット１を収容するケース１００は、連系ユニット６を収容するケース６００の上に配設されている。ケース１００，６００の正面には、各ユニットの点検、操作用の開閉扉１０１，６０１が形成されている。また、ケース１００の開閉扉１０１には、放熱ラジエータ１１から排出される熱を外部に放出させる放熱ファン１４のファンガード１９０が設けられている。
【００３７】
図１，図２に示すように、電動発電機５は、エンジン２に連結されており、エンジン２から受けた駆動力により発電する。また、電動発電機５は、エンジン始動時には、供給された電力によりエンジンを回転させる機能をもつ。電動発電機５は、変換部８６２を介して配電部８６３と接続されている。変換部８６２は、電動発電機５から発電された３相交流電流を直流電流に変換し、更に外部の電気負荷８６５の周波数、電圧に合った交流電流に変換する。変換された交流電流は、配電部８６３を介して、家庭内の電気負荷８６５に供給される。また、コジェネレーション装置では通常は電動発電機５により発電される電力で各種装置を作動させることができるが、電力不足の場合には商用電力系統８６４から不足電力が供給される。
【００３８】
図５に示すように、エンジン２は、吸気通路３から燃焼室２０に供給された燃料及び空気を含む混合気体の燃焼により回転駆動する。燃焼室２０内の混合気体は点火プラグ２４により発生させる火花により燃焼する。燃焼室２０から排出される排ガスは排気通路４に排出される。また、エンジン２には、冷却水が流れて燃焼室２０を冷却するウォータジャケット２７が設けられている。
【００３９】
吸気通路３は、エンジン２の燃焼室２０に空気と燃料を含む混合気体を供給する通路である。吸気通路３は、空気を供給する空気通路３２と、燃料を供給する燃料通路３４と、空気通路３２と燃料通路３４とを合流させて空気と燃料との混合気体が流通する混合気体通路３０とをもつ。混合気体通路３０には、混合気体を燃焼室２０に供給する量を調整するスロットル弁３１が設けられている。
【００４０】
スロットル弁３１は、混合気体通路３０内に開閉可能に設けられた弁体であり、連系制御部８６１から受けた電気信号により作動するステッピングモータにより開閉度が調整される。
【００４１】
空気通路３２には、空気に含まれる埃などを除去するエアクリーナ３３が設けられている。燃料通路３４の上流側は、燃料ガスを供給する燃料供給源３５と接続されている。燃料供給源３５は、燃料ガスの取込み口である。燃料ガスは、都市ガスまたはＬＰガスである。燃料通路３４の途中には、上流側から順に、ガス電磁弁３６１，３６２、ガバナ３７、バッファタンク３８、燃料弁３９が設けられている。ガス電磁弁３６１，３６２は、燃料供給源３５からの燃料の供給の開始、停止を行う。ガバナ３７は、圧力調整弁であり、燃料ガスの圧力が大気圧になるように、燃料の供給量を調整する。バッファタンク３８には、燃料の一部が貯留されており、始動時の燃料通路３４内の波動をタンク内の燃料に吸収させて抑制する。燃料弁３９は、連系制御部８６１からの電気信号により作動するステッピングモータにより開閉量が調整される。燃料弁３９は、空気通路３２との合流点３２０の近傍に設けられており、使用する燃料の種類に応じて燃焼に最適な濃度になるように空気との混合比を調整する。
【００４２】
排気通路４上には、上流側から順に、ガス熱交換器４１１と、排気サイレンサ４１２と、ドレントラッパ４１３とが設けられている。ガス熱交換器４１１は、排気通路４を通過する排ガスの熱を、排熱回収回路７を流れる冷却水と熱交換する。排気サイレンサ４１２は、排ガスの圧力と温度を外気の状態近くまで徐々に下げて、排気騒音を低減させる。ドレントラッパ４１３は、排ガスに含まれている液体を回収する。ガス熱交換器４１１と排気サイレンサ４１２とドレントラッパ４１３には、ドレン通路４２が接続されていて、排ガスから生成したドレンを回収する。ドレン通路４２には、ドレンを中和させる中和器４２１が設けられている。回収されたドレンは中和器４２１で中和されて外部に排出される。
【００４３】
図１に示すように、排熱回収回路７は、燃焼室冷却用の冷却水が流れる冷却水通路である。排熱回収回路７は、冷却水を循環させるポンプ７１と、排熱回収回路７を流れる冷却水と外部排熱搬送回路９４を流れる湯水との間で熱交換を行う水熱交換器７２とをもつ。ポンプ７１は、冷却水を、エンジン２のウォータジャケット２７、ガス熱交換器４１１及び水熱交換器７２に循環させる。
【００４４】
排熱回収回路７におけるエンジン２への入口近傍及びガス熱交換器７１の出口近傍には、それぞれサーミスタ７０１，７０２が装着されている。サーミスタ７０１，７０２は、冷却水の温度を検知し、その検知信号を連系制御部８６１に送る。連系制御部８６１は、冷却水が所定温度範囲になるようにポンプに回転数を指示して、冷却水の流速度を調整する。
【００４５】
また、排熱回収回路７は、水熱交換器７２を設けている熱交換通路７７と、水熱交換器７２を設けていない迂回通路７８とをもつ。熱交換通路７７と迂回通路７８との分岐点にはサーモバルブ７９が設けられている。サーモバルブ７９は、エンジン始動時の冷却水が低温のときには、熱交換通路７７を閉弁し迂回通路７８を開弁する。この場合、冷却水が熱交換通路７７を通過することなく迂回通路７８を通過する。これにより、水熱交換器７２による冷却水の温度降下を防止し、早期にエンジン２が暖機される。そして、エンジン駆動により冷却水が温度上昇し所定温度以上に到達したとき（通常運転時）には、サーモバルブ７９は、熱交換通路７７を開弁し迂回通路７８を閉弁する。この場合、冷却水が熱交換通路７７を通過する。これにより、エンジン２で発生した排熱が、排熱回収回路７及び水熱交換器７２を介して外部熱運搬回路９４に出力される。
【００４６】
排熱回収回路７は水熱交換器７２により外部排熱運搬回路９４に排熱を伝達する。外部排熱運搬回路９４は、温水が流れる通路であり、連系ユニット６と外部熱負荷である貯湯ユニット９との間を接続している。外部排熱運搬回路９４には、温水を搬送するポンプ９４１が設けられている。ポンプ９４１は、連系ユニット６の中に配設されている。
【００４７】
貯湯ユニット９の中の外部熱運搬回路９４には、貯湯タンク９４２と接続されているタンク通路９４３と、貯湯タンク９４２とは接続されていない迂回通路９４４とをもつ。タンク通路９４３と迂回通路９４４との分岐点には三方切替バルブ９４５が設けられている。三方切替バルブ９４５は、エンジン始動時の湯水が要求温度よりも低温の場合に迂回通路９４４に湯水を流して貯湯タンク９４２に低温の水が流入することを停止し、要求温度以上に高温になったときにタンク通路９４３に湯水を流入させるように切り替わる。また、貯湯ユニット９は、貯湯タンク９４２の湯温を要求温度にするためのタンク湯温制御部８９１が設けられている。貯湯タンク９４２の湯温は、エンジン２の作動により上昇するが、要求温度よりも低い場合には貯湯ユニット９に設けたガス燃焼器（図示略）により加熱されて温度上昇される。貯湯タンク９４２に貯留された湯水は、風呂、台所などで利用される。
【００４８】
また、図１，図３に示すように、排熱回収回路７は、分岐路１０への分岐点１０３に三方切替弁１５を設けている。三方切替弁１５は、操作パネル１３のダイアル１３１を自立モードに切り替えると、冷却水が分岐路１０へ流れるように切り替わる。切替弁１５は三方切替弁である。
【００４９】
分岐路１０上には冷却水を放熱させる放熱ラジエータ１１が設けられている。放熱ラジエータ１１を流れる冷却水は、更に放熱ファン１４により放熱される。
【００５０】
分岐路１０の放熱ラジエータ１１の下流側は、第一余剰水通路１７１または第二余剰水通路１７２と接続している。第一余剰水通路１７１及び第二余剰水通路１７２のいずれも、運転中に冷却水が膨張してあふれ出た分を貯留するリザーブタンク１３と、冷却水の水圧を調整するラジエータキャップ１２とをもつ。第一余剰水通路１７１は連系ユニット６に配置され、第二余剰水通路１７２は自立ユニット１に収容される。第一余剰水通路１７１と第二余剰水通路１７２はいずれか１つを配置すればよい。たとえば、自立ユニット１を用いていない場合には、連系ユニット６に第一余剰水通路１７１を配置する。自立ユニット１を用いる場合には、自立ユニット１に第二余剰水通路１７２を配置する。
【００５１】
分岐路１０は、排熱回収回路７上のガス熱交換器４１１の下流側ｄの分岐点１０３で排熱回収回路７から分岐し、排熱回収回路７のポンプ７１の上流側の合流点１０４で合流している。合流点１０４は分岐点１０３よりもポンプ７１近傍の上流側に近い位置に配置されていることが好ましい。この場合、ポンプ８１の吸引力により排熱回収回路７の中の冷却水が分岐路１０へ流れ込み易くなる。また、排熱回収回路７の排熱を効率よく取り出すには、エンジン２の下流側、更にはガス熱交換器４１１の下流側に分岐路１０３を配置することが好ましい。
【００５２】
自立ユニット１は、自立運転時に自立ユニット１内の機器に作動信号を送る制御基板８１を設けている。また、制御基板８１は、自立運転時に外部電力源８２を着脱可能に接続する接続端子８１０を有している。外部電力源８２としては、車両に搭載されているバッテリを用いることができる。
【００５３】
図２に示すように、自立ユニット１は、自立時電力出力ポートとしての非常用コンセント８８が設けられている。非常用コンセント８８は、降圧コントローラとしてのトランス８７を介して、連系ユニット６の配電部８６３に接続されている。トランス８７は配電部８６３から送られた電気を非常用の低電圧の交流に変換している。
【００５４】
連系ユニット６に設けた連系制御部８６１、自立ユニット１に設けた運転切替制御部８１１、及び貯湯ユニット９に設けたタンク湯温制御部８９１は、遠隔に設置されている風呂リモコン８３、台所リモコン８４のいずれかの操作により指示を受ける。連系制御部８６１、運転切替制御部８１１、タンク湯温制御部８９１は、電子制御回路をもち、各ユニット内の検出器から検出信号を受け、検出信号に基づいて作動機器の運転を制御する制御信号を作成し、作動機器に制御信号を送る。
【００５５】
次に、本例のコジェネレーション装置の作動について説明する。
【００５６】
図３に示すように、連系運転の際には、操作パネル１３のダイアル１３１を「連系」にあわせる。また、操作パネル１３の燃料種切替スイッチ１３２を都市ガスの一種である「１３Ａ」にあわせる。すると、連系運転モードとなる。このとき、風呂リモコン８３または台所リモコン８４のいずれかの操作により運転開始の指示が出されると、自立ユニット１は停止したままで、連系ユニット６と貯湯ユニット９は作動を開始する。作動を開始すると、まず、商用電力系統８６４から電力が供給されて連系ユニット６の機器に供給される。また、排熱回収回路７上の切替弁１５は、冷却水が排熱回収回路７を流れて分岐路１０へは流れないようにする。これにより、連系ユニット６の中の電動発電機５が商用電力系統８６４から供給された電力で回転を開始し、エンジン２に回転トルクを供給し始める。そして、吸気通路３を通じて燃料及び空気を含む混合気体が燃焼室２０に供給されて燃焼室内の混合気体が燃焼を開始する。やがて、エンジン自身が回転駆動して通常運転を行うようになると、電動発電機５がエンジン２の回転駆動により発電する。そして、発電した電力を、変換部８６２に送り、ここで所望の電圧、周波数に変換されて、連系ユニット６及び貯湯ユニット９，更には家庭内の電気負荷８６５に電力が供給される。
【００５７】
また、通常運転時のエンジン２は、ウォータジャケット２７及び排気通路４上のガス熱交換器４１１を通る冷却水を温める。温められた冷却水は、排熱回収回路７を通り、水熱交換器７２により外部排熱運搬回路９４を流れる湯水を暖める。
【００５８】
連系運転では、排熱回収回路７上に設けた切替弁１５は、分岐路１０への流路を閉止し排熱回収回路７への流路を開く。また、分岐路１０上に設けた開閉弁１０１は閉止する。これにより、排熱回収回路７の中の冷却水は、分岐路１０には流れず、排熱回収回路７の中を循環する。また、分岐路１０上の開閉弁１０１も閉止しているため、分岐路１０の合流点１０４から冷却水が放熱ラジエータ１１に流れ込むことが防止され、放熱ラジエータ１１からの排熱放出が抑制される。
【００５９】
一方、地震、火災などの非常時には、停電で商用電力系統８６４が停止し、外部排熱運搬回路９４が故障し、更には都市ガスの供給が停止する場合がある。この場合には、自立時外部電力源としての車両用のバッテリ８２を接続端子８１０に接続する。また、都市ガスの代わりにＬＰガスを燃料通路３４の燃料取込口に接続する。そして、図３に示すように、燃料種切替スイッチ１３２を「ＬＰＧ」に切り替える。これにより、燃料種切替制御部８１２においてＬＰガスの場合に最適な燃料濃度が算出され、その濃度となるように燃料弁３９の開度が調整される。なお、ガス供給源が故障していないときには、燃料種切替スイッチ１３２は切り替えなくてもよい。
【００６０】
また、操作パネル１３のダイアル１３１を「自立」に切り替える。すると、自立ユニット１と連系ユニット６は自立運転モードとなる。運転切替制御部８１１は、連系ユニット６及び自立ユニット１も作動を開始するように、これらを制御する。作動を開始すると、連系ユニット６の制御基板８６を経由する商用電力系統８６４及び電気負荷８６５との電力の需給は停止される。その一方で、エンジン始動時などの電力不足時に外部電力源８２から自立ユニット１の接続端子８１０を通じて不足電力が供給される。エンジン回転数が上がり発電機５が発電を開始すると、自立ユニット１に設けた非常用コンセント８８から家庭内の電力負荷へ電力が出力される。
【００６１】
また、運転切替制御部８１１は、排熱回収回路７上に設けた切替弁１５を分岐路１０側に切り替え、また分岐路１０上に設けた開閉弁１０１を開く。これにより、排熱回収回路７を流れている冷却水が分岐路１０に流れる。そして、分岐路１０上の放熱ラジエータ１１及び放熱ファン１４により冷却水が冷却されて、再度、排熱回収回路７に戻る。
【００６２】
本例においては、自立運転モードのときに、連系ユニット６内の排熱回収回路を流れる冷却水を分岐路１０に流し、分岐路１０上の放熱ラジエータ１１及び放熱ファン１４により冷却水を放熱している。このため、外部排熱運搬回路９４が故障して熱需要がなくたった場合にも、排熱回収回路７を流れる冷却水を分岐路１０で放熱させることができる。ゆえに、冷却水の放熱によりエンジン２を冷却することができ、エンジン２を正常に作動させることができる。したがって、自立運転時には、エンジン２の駆動により電動発電機５で発電させることができる。
【００６３】
また、本例においては、排熱回収回路７上の切替弁１５として三方切替弁を用いているが、排熱回収回路を流れる冷却水の温度が設定温度以上になったときに分岐路１０へ冷却水を流すサーモバルブを用いても良い。
【００６４】
また、図１に示すように、分岐路１０の放熱ラジエータ１１の出口側に開閉弁１０１を設けている。放熱ラジエータ１１の出口側は排熱回収回路７の合流点１０４に接続している。このため、合流点１０４から放熱ラジエータ１１へ冷却水がゆっくりではあるが徐々に流入することがある。この合流点１０４から放熱ラジエータ１１への冷却水の流入を防止するため、放熱ラジエータ１１の出口側に開閉弁１０１を設けている。一方、放熱ラジエータ１１の入口側の分岐路１０には切替弁１５が配設されているため、連系運転時には切替弁１５により放熱ラジエータ１１への冷却水の流入を抑制できる。
【００６５】
また、図６に示すように放熱ラジエータ１１の入口側にも開閉弁１０２を設けても良い。この場合には、連系運転時に、分岐路１０内の冷却水が放熱ラジエータ１１に流入することを止めることができ、放熱ラジエータ１１からの放熱を更に抑制することができる。このため、連系運転時の排熱回収効率が向上する。
【００６６】
ここで、切替弁１５として用いている三方切替弁は、非接続回路への液漏れを完全に阻止できる。しかし、切替弁１５としてサーモバルブなどのように非接続回路への液漏れが生じることがある弁を用いる場合には、放熱ラジエータ１１の入口側にも開閉弁１０２を設けることが好ましい。この場合には、連系運転時に放熱ラジエータ１１への冷却水の流入を完全に阻止でき、放熱ラジエータ１１からの放熱をより効果的に抑制できる。また、バッテリを常設する必要がないため、バッテリのメンテナンスが不要となり、維持費を抑制できる。また、バッテリを装置に組み込む必要がないため、装置全体のコンパクト化及びコスト低下をもたらすことができる。
【００６７】
（２）実施形態例２
本例のコジェネレーション装置は、図７に示すように、自立ユニット１及び連系ユニット６とは別個のポータブルユニット８をもつ点が、実施形態例１と相違する。
【００６８】
ポータブルユニット８は、自立時電力入力用の接続端子８１０と、接続端子８１０から入力された電力の電圧を上昇させる昇圧コントローラ８１３とをもち、また、電力出力用の非常用コンセント８８と、非常用コンセント８８へ出力する電気の電圧を降下させるトランス８７とをもつ。接続端子８１０は、バッテリケーブル８１５が接続されている。ポータブルユニット８は、小型ケース８００に収容されている。
【００６９】
ポータブルユニット８は、自立ユニット１との間がケーブル８１により連結されている。ケーブル８１は、数十ｍの長さの延長コードである。自立ユニット１の中には、自立運転時の電気の入出力を制御するコントローラ８５が設けられている。コントローラ８５は、連系ユニット６の中の変換部８６２と接続されている。
【００７０】
本装置を自立運転で始動させるにあたっては、まず、ポータブルユニット８を自動車の停車している駐車場まで移動させて、自動車、バイク等のバッテリ８２（外部電力源）にバッテリケーブル８１５を接続する。操作パネル１３のダイアル１３１を「自立」に切り替えて、自立ユニット１と連系ユニット６を自立運転モードにする。すると、バッテリ８２から直流電流が自立ユニット１の接続端子８１０に入力され、昇圧コントローラ８１３により電圧を所定値（例えば１００Ｖ）まで上昇させる。電圧上昇された直流電圧は、自立ユニット１の中のコントローラ８５を経て、連系ユニット６の中の変換部８６２に送られる。変換部８６２では、直流電流から３相交流電流に変換された後に、電動発電機５に送られる。電動発電機５は、電力供給により回転し、エンジン２に回転トルクを与える。エンジン２は、着火により燃焼を開始する。
【００７１】
やがて、エンジンが回転駆動し始めて、回転トルクを出力できるようになる。このとき、コントローラ８７によりバッテリ８２からの電力供給が停止される。この場合、バッテリ８２からバッテリケーブル８１５を離しても良い。また、エンジンが回転駆動することにより電動発電機５は発電を開始する。電動発電機５から発電された電気は３相交流電流であり、変換器８６２にて一旦直流電流に変換された後に交流電流（１００／２００Ｖ）に変換される。そして、交流電流は、トランス８７にて電圧が降下された後に、非常用コンセント８８から外部の電力負荷に電力が出力される。このとき、バッテリ８１０とは接続が絶たれている。このため、ポータブルユニット８はバッテリから遠方にある電力負荷の場所まで移動させることができる。
【００７２】
以上のように、本例では、自立時電力入力用の接続端子８１０が、自立ユニット１及び連系ユニット６とは別個のポータブルユニット８に設けられている。このため、起動用のバッテリ８２が遠方にある場合にも、ポータブルユニット８をバッテリ８２の位置まで容易に運ぶことができる。また、ポータブルユニット８は、更に、自立時電力出力用の非常用コンセント８８を含んでいる。このため、遠方の電気負荷までポータブルユニット８を運ぶことで、容易に自立時電力を電気負荷と接続することができる。
【００７３】
なお、本例においては、ポータブルユニット８を自立ユニット１とケーブル８１により接続しているが、連系ユニット６に接続してもよい。この場合、コントローラは連系ユニット６に配置する。また、自立ユニット１と連系ユニット６とは別個のケース１００，６００に収容されているが、両ユニットが一体のケースに収容されていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】実施形態例１のコジェネレーション装置の模式的構成図である。
【図２】実施形態例１のコジェネレーション装置の電気系統を示す説明図である。
【図３】実施形態例１の操作パネルの説明図である。
【図４】実施形態例１のコジェネレーション装置の正面図（ａ）、自立ユニットの正面図（ｂ）、及び連系ユニットの正面図（ｃ）である。
【図５】実施形態例１のエンジン、吸気通路及び排気通路の説明図である。
【図６】変形例としての、入口側及び出口側に開閉弁を設けた放熱ラジエータの説明図である。
【図７】実施形態例２のコジェネレーション装置の模式的構成図である。
【符号の説明】
【００７５】
１は自立ユニット、２は電動発電機、３は吸気通路、４は排気通路、５は電動発電機、６は連系ユニット、７は排熱回収回路、８はポータブルユニット、９は貯湯ユニット、１０は分岐路、１１は放熱ラジエータ、１３は操作パネル、１４は放熱ファン、１５は切替弁、８１はケーブル、８２はバッテリ、８７はトランス、８８は非常用コンセント、９４は外部排熱運搬回路、１０１，１０２は開閉弁、８１０は接続端子、８１３は昇圧コントローラである。
【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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【図７】
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