(57)【要約】【課題】電力の逆潮流を確実に阻止可能で、安定性や総合エネルギー効率に優れたコージェネレーションシステムの提供を目的とする。【解決手段】コージェネレーションシステム１は、系内に、発電装置２と、ヒータ３と、発電装置２において発電される電力および外部電源９から系内に流入する電力を制御する制御装置４とを有する。制御手段４には、ヒータ３あるいは外部負荷８と外部電源９との間に流れる電力を検知可能な逆電力継電装置１１が接続されている。制御装置４は、逆電力継電装置１１により検知される電力Ｗが所定の電力Ｘ以下である場合に、外部電源９からヒータ３に向けて電力を供給させ、逆電力継電装置１１の異常を検知する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電手段を含むコージェネレーション系を備え、外部電源と前記発電手段とを併用して外部負荷に対して電力を供給するコージェネレーションシステムにおいて、前記系内に内部負荷と、前記発電手段によって発電される電力および外部電源から系内に流入する電力を制御する制御手段とを有し、当該制御手段には、外部電源と外部負荷あるいは内部負荷との間に流れる電力を検知する検知手段が接続されており、制御手段は、検知手段により検知される電力が所定値以下である場合に、外部電源から内部負荷に向けて電力を供給させることにより検知手段の異常を検知する異常検知動作を行う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】
制御手段は、発電手段が発電動作を開始する以前に異常検知動作を行う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システム。
【請求項３】
制御手段は、異常検知動作時に検知手段が検知する電力が、内部負荷への通電に伴って消費される電力に満たない場合に、発電手段における発電を停止させることを特徴とする請求項１又は２に記載のコージェネレーションシステム。
【請求項４】
制御手段は、異常検知動作を定期的に行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のコージェネレーションシステム。
【請求項５】
制御手段は、前記発電手段において発電された電力が、発電手段に接続された外部負荷における消費電力を越える場合に、余剰分の電力を内部負荷において消費させることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のコージェネレーションシステム。
【請求項６】
外部電源側から内部負荷および外部負荷への電力の流れを許し、系内から外部電源側への電力の流れを阻止する逆電力継電手段を具備していることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のコージェネレーションシステム。
【請求項７】
内部負荷はヒータであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のコージェネレーションシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コージェネレーションシステムに関するものであり、特に系外の外部電源への電力の逆流を防止する構成を具備したものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、環境問題や省エネルギー等の観点から、下記特許文献１に開示されている貯湯式給湯装置のようなコージェネレーションシステムが提供されている。従来のコージェネレーションシステムには、系内のガスエンジン等によって作動する発電手段と、ヒータ等の内部負荷とを具備したものがある。この種のコージェネレーションシステムでは、発電手段において発生した余剰電力を内部負荷において熱等に変換して回収することによって総合エネルギー効率の向上を図っている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−２４８９１３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術のコージェネレーションシステムには、発電手段や系内の内部負荷と外部電源とが電気的に接続された電力系統を備えたものがある。かかる構成の電力系統を具備している場合、内部負荷等のトラブル等の何らかの理由で、発電手段において発生した電力が系内から外部電源側へと流出する、いわゆる電力の逆潮流が発生し、コージェネレーションシステム全体の安定性が損なわれ、総合エネルギー効率が低下するおそれがある。そのため、電力の逆潮流を防止すべく、本発明者らは、発電手段や内部負荷と外部負荷との間に、コージェネレーションシステムの系内から外部電源側への電力の流れを阻止する逆電力継電器を設け、実験を重ねた。
【０００５】
上記したように、発電手段や内部負荷と、外部負荷との間に逆電力継電器を設けることによって電力の逆潮流を防止できることが判明した。しかし、上記した構成によっても、逆電力継電器自身が故障した場合にはコージェネレーションシステム全体の安定性や総合エネルギー効率が低下してしまうという問題が発生した。即ち、コージェネレーションシステムの安定性や総合エネルギー効率をより一層向上させるためには、逆電力継電器の故障を早急に検知し、発電手段等に対して的確な処置を行わねばならないという問題が発生した。
【０００６】
そこで、本発明では、電力の逆潮流を確実に阻止可能で、安定性や総合エネルギー効率に優れたコージェネレーションシステムの提供を目的とした。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記した問題を解決すべく提供される請求項１に記載の発明は、発電手段を含むコージェネレーション系を備え、外部電源と前記発電手段とを併用して外部負荷に対して電力を供給するコージェネレーションシステムにおいて、前記系内に内部負荷と、前記発電手段によって発電される電力および外部電源から系内に流入する電力を制御する制御手段とを有し、当該制御手段には、外部電源と外部負荷あるいは内部負荷との間に流れる電力を検知する検知手段が接続されており、制御手段は、検知手段により検知される電力が所定値以下である場合に、外部電源から内部負荷に向けて電力を供給させることにより検知手段の異常を検知する異常検知動作を行うことを特徴とするコージェネレーションシステムである。
【０００８】
検知手段により検知される電力が所定値以下である場合は、検知手段が故障している可能性があり、外部負荷あるいは内部負荷側から外部電源側への電力の逆潮流を検出できない可能性がある。上記したように、外部電源側に電力が逆流すると、コージェネレーションシステムの総合エネルギー効率が低下するばかりか、安定性が損なわれるおそれがある。
【０００９】
本発明のコージェネレーションシステムでは、検知手段により検知される電力が所定値以下であり、検知手段の故障の疑いがある場合に外部電源から内部負荷に向けて電力を供給させて異常検知動作を行う。即ち、本発明のコージェネレーションシステムは、検知手段の故障の疑いがある場合に、外部電源から内部負荷あるいは外部負荷に向けて強制的に電力を供給することによって、検知手段が故障しているか否かを正確かつ確実に判断することができる。従って、上記した構成によれば、電力の逆潮流を確実に阻止可能であり、安定性や総合エネルギー効率に優れたコージェネレーションシステムを提供できる。
【００１０】
また、上記請求項１に記載のコージェネレーションシステムにおいて、制御手段は、発電手段が発電動作を開始する以前に異常検知動作を行うことを特徴とするものであってもよい。（請求項２）
【００１１】
かかる構成によれば、発電手段が発電動作を開始するのに先だって外部電源から内部負荷に向けて電力を供給させ、これにより検知手段の異常の有無を確認した上で、発電手段における発電動作を開始させることができる。そのため、本発明のコージェネレーションシステムによれば、検知手段の異常に伴う電力の逆潮流を確実に防止できる。
【００１２】
また、請求項１又は２に記載のコージェネレーションシステムにおいて、制御手段は、異常検知動作時に検知手段が検知する電力が、内部負荷への通電に伴って消費される電力に満たない場合に、発電手段における発電を停止させることを特徴とするものであってもよい。（請求項３）
【００１３】
本発明のコージェネレーションシステムでは、異常検知動作時に検知手段が検知する電力が内部負荷への通電に伴って消費される電力に満たない場合、検知手段が故障や接触不良しているものと想定されるため、発電手段における発電を停止させる構成としている。そのため、上記した構成によれば、検知手段の故障や接触不良等の異常に伴う電力の逆潮流を確実に防止できる。
【００１４】
請求項１乃至３のいずれかに記載のコージェネレーションシステムにおいて、制御手段は、異常検知動作を定期的に行うことを特徴とするものであってもよい。（請求項４）
【００１５】
本発明のコージェネレーションシステムは、制御手段が異常検知動作を定期的に行う構成であるため、検知手段の故障や接触不良等の異常を迅速かつ的確に検出可能であり、検知手段の異常に伴う電力の逆潮流を確実に防止できる。
【００１６】
上記請求項１乃至４のいずれかに記載のコージェネレーションシステムにおいて、制御手段は、前記発電手段において発電された電力が、発電手段に接続された外部負荷における消費電力を越える場合に、余剰分の電力を内部負荷において消費させることを特徴とするものであってもよい。（請求項５）
【００１７】
かかる構成によれば、前記発電手段において発電されたものの、発電手段に接続された系外の外部負荷において消費しきれない余剰の電力を内部負荷において消費させることによって有効利用できる。そのため、上記した構成によれば、コージェネレーションシステム全体の総合エネルギー効率をより一層向上させることが可能である。
【００１８】
上記請求項１乃至５のいずれかに記載のコージェネレーションシステムは、外部電源側から内部負荷および外部負荷への電力の流れを許し、系内から外部電源側への電力の流れを阻止する逆電力継電手段を具備していることを特徴とするものであってもよい。（請求項６）
【００１９】
かかる構成によれば、コージェネレーションシステムの系内から外部電源側への電力の流れを確実に阻止することができる。
【００２０】
請求項１乃至６のいずれかに記載のコージェネレーションシステムにおいて、内部負荷はヒータであってもよい。（請求項７）
【００２１】
かかる構成によれば、発電手段において発生した余剰電力を熱エネルギーに変換することができる。従って、上記した構成によれば、総合エネルギー効率に優れたコージェネレーションシステムを提供できる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
続いて、本発明の一実施形態であるコージェネレーションシステムについて図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本実施形態のコージェネレーションシステムにおける電力系統図である。また、図２は、本実施形態のコージェネレーションシステムの作動原理図である。図１および図２において破線によって囲まれた部分は、本実施形態のコージェネレーションシステム１によって構成されるコージェネレーションシステム系を示す。
【００２３】
図１に示すコージェネレーションシステム１は、系内に発電装置２（発電手段）と、ヒータ３（内部負荷）と、制御装置４とを備えている。発電装置２は、ガスエンジン５と、ガスエンジン５の回転動力により発電を行う発電機６と、発電機６において発生した電力を交流電力に変換するインバータ７とを具備している。インバータ７は、コージェネレーションシステム１の系内に設けられたヒータ３および系外にある外部負荷８とに電気的に接続されている。
【００２４】
図２に示すように、ガスエンジン５には湯水が流れる流水回路１５が接続されている。流水回路１５は、ガスエンジン５の排熱によって加熱される湯水が流れ、コージェネレーションシステム系の外部にある例えば床暖房等の熱負荷１６に接続された流路である。流水回路１５の中途には、湯水を循環させるためのポンプ１７と、内部を流れる湯水を加熱するヒータ３とが接続されている。
【００２５】
ヒータ３は、流水回路１５の中途に接続されており、流水回路１５内を流れる湯水を加熱するものである。図１に示すように、ヒータ３は、発電装置２に電気的に接続されている。ヒータ３は、発電装置２において発電されたものの、外部負荷８において消費しきれない余剰電力を供給することにより余剰電力を消費できる。即ち、ヒータ３は、発電装置２において発生した余剰電力を熱として回収する余剰電力回収手段として機能する。また、ヒータ３は、系外から外部負荷８に電力を供給する外部電源９にも接続されている。ヒータ３は、外部電源９と外部負荷８とを繋ぐ電力線１０の中途に設けられた逆電力継電装置１１に接続されている。
【００２６】
逆電力継電装置１１は、外部電源９からヒータ３および外部負荷８への電力の供給を許し、コージェネレーションシステム１の系内、さらに具体的には図１に矢印Ｒで示すヒータ３側から外部電源９方向への電力の流れ、即ち電力の逆潮流を阻止するために設置されたものである。
【００２７】
制御装置４は、コージェネレーションシステム１の系内に出入りする電力および系内の発電装置２における電力に関する制御を行うものである。さらに具体的には、制御装置４は、発電装置２の発電動作を制御すると共に、発電装置２において発生した電力が、外部負荷８における消費電力を越える場合に、その余剰分の電力をヒータ３に供給する。また、制御装置４は、ヒータ３に接続された逆電力継電装置１１によって、外部電源とヒータ３および外部負荷８との間に流れる電力量を監視している。
【００２８】
本実施形態のコージェネレーションシステム１は、逆電力継電装置１１の異常や故障に伴う安定性や総合エネルギー効率の低下を防止すべく、電力制御装置４が逆電力継電装置１１の断線等を検知する異常検知動作を行う構成となっている。以下、この異常検知動作を行う場合におけるコージェネレーションシステム１の動作について詳細に説明する。
【００２９】
コージェネレーションシステム１の発電装置２における発電が停止している場合、外部負荷８において消費される電力Ｂは、全て外部電源９から供給される。即ち、発電装置２の発電動作が停止している場合、外部電源９から供給される電力Ａ、外部負荷８において消費される電力Ｂ、逆電力継電装置１１において検知される電力Ｗの間には、Ｗ＝Ａ＝Ｂという関係が成立している。ここで、Ｗが所定の電力Ｘ以下である場合、即ち外部電源９から外部負荷８に電力が供給されている電力が電力Ｗに満たない場合、制御装置４は、逆電力継電装置１１が断線や接触不良を起こしており、外部電源９から供給された電力Ａを正確に検知できていないものと判断する。さらに具体的には、逆電力継電装置１１が検知する電力Ｗがゼロに近い場合は、逆電力継電装置１１が故障しているおそれがあり、例えば電力Ｗが電力Ａの数割程度である場合には逆電力継電装置１１が接触不良を起こしている疑いがある。
【００３０】
逆電力継電装置１１が故障した状態では、ヒータ３側から外部電源９側への電力の逆潮流を正確に検知することができず、コージェネレーションシステム１の安定性や総合エネルギー効率が損なわれるおそれがある。そのため、発電装置２の発電停止中に逆電力継電装置１１において検知される電力Ｗが所定の電力Ｘ以下である場合には、制御装置４は発電装置２の起動を阻止して電力の逆潮流を未然に防止する。
【００３１】
制御装置４は、発電装置２の発電動作に先立ち、逆電力継電装置１１の故障を検知する異常検知動作を行う。さらに具体的には、制御装置４は、発電装置２の起動前に外部電源９によってヒータ３に電力Ａを印可し、この際に逆電力継電装置１１が検知する電力Ｗがヒータ３によって消費される電力Ａであるかを確認する。ここで、逆電力継電装置１１によって検知される電力がＡである場合、制御装置４は、逆電力継電装置１１が正常に作動しているものと判断し、発電装置２を起動させる。一方、外部電源９からヒータ３に向けて電力Ａを供給しても、逆電力継電装置１１によって検知される電力Ｗが所定の電力Ｘ以下である場合、制御装置４は、逆電力継電装置１１が故障あるいは接触不良を起こしているものと判断し、発電装置２の起動を阻止する。
【００３２】
制御装置４は、発電装置２が発電動作を行っている間も、一定時間毎に異常検知動作を継続する。以下、発電装置２による発電中における異常検知動作について説明する。発電装置２が発電中である場合、発電装置２の発電電力Ｅと外部負荷８において消費される電力Ｂとの兼ね合いで電力の流れが異なる。さらに具体的には、発電電力Ｅが外部負荷８における消費電力Ｂに満たない（Ｅ＜Ｂ）場合、発電装置２の発電電力Ｅは、全て外部負荷８に供給される。そのため、発電機６において発生した電力Ｅは、全てインバータ７から外部負荷８に向けて供給される電力Ｃとなる。また、外部負荷８において消費される電力Ｂのうち、発電装置２による発電では足りない場合、その不足分である電力（Ｂ−Ｃ）は、外部電源９から供給される電力Ａによって補償される。即ち、発電電力Ｅが外部負荷８における消費電力Ｂに満たない（Ｅ＜Ｂ）場合、Ｂ＝Ａ＋Ｃという関係が成立する。
【００３３】
発電電力Ｅが消費電力Ｂ未満である（Ｅ＜Ｂ）場合、逆電力継電装置１１には外部電源９から外部負荷８に供給される電力Ａに相当する電流が流れることとなる。ここで、逆電力継電装置１１によって検知される電力Ｗが電力Ａに満たない場合、制御装置４は、逆電力継電装置１１が故障あるいは接触不良を起こしているものと判断し、電力の逆潮流を防止するために発電装置２における発電を停止させる。
【００３４】
一方、発電電力Ｅが外部負荷８における消費電力Ｂ以上である（Ｅ≧Ｂ）場合、発電装置２の発電電力Ｅの一部である電力Ｃが外部負荷８に供給されると共に、その残部である電力Ｄ（Ｄ＝Ｅ−Ｃ）がヒータ３側に供給される。即ち、発電装置２において発電されたものの、外部負荷８において消費されずに残る余剰電力がヒータ３において消費される。
【００３５】
発電電力Ｅが消費電力Ｂ以上である場合、外部負荷８には消費電力Ｂに相当する電力Ｃ（Ｂ＝Ｃ）が供給される。そのため、外部電源９から外部負荷８には電力が供給されない。そのため、逆電力継電装置１１には電流が流れず、逆電力継電装置１１が正常に作動するか否か判らない。
【００３６】
ここで、逆電力継電装置１１に電流が流れない場合として想定されるのは、外部電源９から外部負荷８に電力が供給されない場合か、逆電力継電装置１１自身が故障や接触不良等を起こしている場合のいずれかが想定される。仮に逆電力継電装置１１が故障や接触不良を起こしている場合、コージェネレーションシステム１側から外部電源９側への電力の逆潮流を検知できず、コージェネレーションシステム１の安定性や総合エネルギー効率が損なわれるおそれがある。そこで、コージェネレーションシステム１では、発電装置２が発電動作を行っているにもかかわらず、逆電力継電装置１１が電流を検知しない場合に、制御装置４が、外部電源９からヒータ３に一定時間毎に電力を供給させて異常検知動作を行う。
【００３７】
上記した異常検知動作において、逆電力継電装置１１が検知する電力Ｗが所定の電力Ｘより小さい場合、制御装置４は、逆電力継電装置１１が故障あるいは接触不良を起こしているものと判断し、発電装置２の駆動を停止させる。一方、上記した異常検知動作中に外部電源からヒータ３に流れる電力がヒータ３に流れる電力と同等である場合、制御装置４は、逆電力継電装置１１が正常に作動しているものと判断し、発電装置２の動作を継続させる。
【００３８】
上記したように、本実施形態のコージェネレーションシステム１では、外部電源９から外部負荷８およびヒータ３に電力が供給されない条件下において、電力制御装置４が外部電源９によってヒータ３に電力を印可させて異常検出動作を行い、これによって逆電力継電装置１１の故障を常時監視している。そのため、本実施形態のコージェネレーションシステム１によれば、発電装置２において発生した電力が外部電源に向けて流れる、いわゆる逆潮流を確実に防止できる。
【００３９】
上記実施形態において、コージェネレーションシステム１は、ガスエンジン５によって発電機６を駆動させて発電を行う発電装置２を備えたものであったが、本発明はこれに限定されるものではなく、燃料電池や太陽熱発電装置等を備えたものであってもよい。
【００４０】
上記実施形態では、コージェネレーションシステム１の系内で発生する余剰電力を熱エネルギーとして回収するために、内部負荷としてヒータ３を採用した例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば系内で発生する余剰電力をポンプ１７等を駆動させることにより回収する構成であってもよい。
【００４１】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、検知手段の異常を確実に検知可能であると共に、電力の逆潮流を確実に阻止できる。
【００４２】
請求項２に記載の発明によれば、検知手段の異常の有無を確認した上で、発電手段における発電動作を開始させることができる。
【００４３】
請求項３に記載の発明によれば、検知手段の故障や接触不良等の異常に伴う電力の逆潮流を確実に防止できる。
【００４４】
請求項４に記載の発明によれば、検知手段の故障や接触不良等の異常を迅速かつ的確に検出でき、検知手段の異常に伴う電力の逆潮流を確実に防止できる
【００４５】
請求項５に記載の発明によれば、発電手段において発生した余剰電力を有効利用し、コージェネレーションシステム全体の総合エネルギー効率をより一層向上させることが可能である。
【００４６】
請求項６に記載の発明によれば、コージェネレーションシステムの系内から外部電源側への電力の逆潮流を確実に阻止することができる。
【００４７】
請求項７に記載の発明によれば、発電手段において発生した余剰電力を熱エネルギーに変換でき、コージェネレーションシステムの総合エネルギー効率をより一層向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態であるコージェネレーションシステムにおける電力系統図である。
【図２】本発明の一実施形態であるコージェネレーションシステムの作動原理図である。
【符号の説明】
１  コージェネレーションシステム
２  発電装置（発電手段）
３  ヒータ（内部負荷）
４  電力制御装置
８  外部負荷
９  外部電源
１１  逆電力継電装置
【図１】
2004260916.tif 000003
【図２】
2004260916.tif 000004