(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電と、対象地域における複数の需要体への熱供給とを併行して実行可能な地域熱電併給システムであって、
第１発電装置と、
熱媒体を圧縮するよう構成された圧縮機と、
前記圧縮機を駆動するよう構成された駆動装置と、
前記圧縮機の吐出側に接続され、前記圧縮機で圧縮された前記熱媒体を流すための第１共用流路と、
前記第１共用流路から分岐した第２、第３共用流路と、
前記第２共用流路に設けられ、前記第２共用流路を流れる前記熱媒体を冷却するよう構成された放熱装置と、
前記放熱装置よりも下流側で前記第２共用流路に接続され、前記第２共用流路を流れる前記熱媒体を前記複数の需要体の各々が備える第１熱交換器に対してそれぞれ供給するための複数の第１供給流路と、
前記第２共用流路又は前記複数の第１供給流路の各々に設けられ、前記放熱装置で冷却された前記熱媒体を減圧するよう構成された少なくとも一つの第１膨張装置と、
前記第３共用流路に接続され、前記第３共用流路を流れる前記熱媒体を前記複数の需要体の各々が備える第２熱交換器に対してそれぞれ供給するための複数の第２供給流路と、
前記複数の需要体から回収した前記熱媒体を前記圧縮機に供給するための第４共用流路と、
を備える地域熱電併給システム。
【請求項２】
前記複数の第２供給流路の各々から分岐し、前記第２供給流路の各々を流れる前記熱媒体を前記複数の需要体の各々が備える前記第１熱交換器に対してそれぞれ供給するための複数の第３供給流路を更に備える請求項１に記載の地域熱電併給システム。
【請求項３】
前記第１共用流路に設けられ、前記熱媒体を貯めるための蓄圧断熱貯槽を更に備える請求項１に記載の地域熱電併給システム。
【請求項４】
前記放熱装置は、地中に埋設され、前記第２共用流路を流れる前記熱媒体を地中熱により冷却するよう構成される請求項１乃至３の何れか１項に記載の地域熱電併給システム。
【請求項５】
前記第１膨張装置は、前記第２共用流路に設けられた第１膨張タービンと、前記第１膨張タービンに連結された発電機と、を備える請求項１乃至４の何れか１項に記載の地域熱電併給システム。
【請求項６】
前記第４共用流路に設けられ、前記第４共用流路を流れる前記熱媒体を地中熱により昇温するよう構成された第３熱交換器を更に備える請求項１乃至５の何れか１項に記載の地域熱電併給システム。
【請求項７】
前記第１共用流路における前記蓄圧断熱貯槽の下流側から分岐して設けられ、前記第１共用流路を流れる前記熱媒体の一部を前記第４共用流路に供給可能に構成された第５共用流路と、
前記第５共用流路を流れる熱媒体のエネルギーを利用して発電を行うよう構成された第２発電装置と、
を更に備える請求項３に記載の地域熱電併給システム。
【請求項８】
前記第４共用流路に設けられた第２膨張タービンと、
前記第２膨張タービンに連結された発電機と、
を更に備える請求項１乃至７の何れか１項に記載の地域熱電併給システム。
【請求項９】
前記第２共用流路における前記放熱装置と前記第１膨張装置との間に接続され、前記複数の需要体の各々における前記第２熱交換器から回収した前記熱媒体を前記第１膨張装置に供給するための第６共用流路を更に備える請求項１乃至７の何れか１項に記載の地域熱電併給システム。
【請求項１０】
第４共用流路は、前記第１供給流路を介して前記第１熱交換器に供給された熱媒体を前記圧縮機に供給するための第１流路部と、前記第１膨張装置の下流側で前記第２共用流路に接続され、前記第１膨張装置で減圧された前記熱媒体を前記圧縮機に供給するための第２流路部と、を含み、
前記第３熱交換器は、前記第２流路部に設けられる請求項６に記載の地域熱電併給システム。
【請求項１１】
前記駆動装置は、原動機と、原動機によって得られる動力を前記圧縮機及び前記第１発電装置に分配する動力分配装置とを含む請求項１乃至１０の何れか１項に記載の地域熱電併給システム。
【請求項１２】
過去の実測データ又は天気予報情報に基づいて予測した熱需要予測情報と電力需要予測情報の少なくとも一方を取得する需要予測情報取得部と、
前記需要予測情報取得部によって取得された前記熱需要予測情報と前記電力需要予測情報の少なくとも一方に基づいて、前記圧縮機及び前記第１発電装置への動力の分配比を調節するよう前記動力分配装置を制御可能に構成された動力分配装置制御部と、
前記需要予測情報取得部によって取得された前記熱需要予測情報と前記電力需要予測情報の少なくとも一方に基づいて、前記原動機の出力を調整するよう前記原動機を制御可能に構成された原動機制御部と、
を更に備える請求項１１に記載の地域熱電併給システム。
【請求項１３】
再生可能エネルギーを利用して発電を行う再生可能エネルギー型発電装置と、
前記再生可能エネルギー型発電装置の出力予測情報を取得する出力予測情報取得部と、
前記出力予測情報取得部によって取得された前記出力予測情報における出力予測に応じて前記動力分配装置を制御可能に構成された動力分配装置制御部と、
を更に備える請求項１１に記載の地域熱電併給システム。
【請求項１４】
前記第１発電装置を制御する第１発電装置制御部と、
電気料金情報を取得する電気料金情報取得部と、
前記原動機で使用する燃料の燃料価格情報を取得する燃料価格情報取得部と
を更に備え、
前記第１発電装置制御部は、前記燃料価格情報取得部によって取得した燃料価格が前記電気料金情報取得部によって取得した電気料金と比較して割高である場合に、電力系統又は当該地域熱電併給システムが備える電源からの電力によって前記第１発電装置を電気モーターとして駆動するよう構成され、
前記動力分配装置は、前記第１発電装置が前記電気モーターとして駆動された場合に、前記電気モーターからの動力を前記圧縮機に伝達するよう構成される請求項１１に記載の地域熱電併給システム。
【請求項１５】
再生可能エネルギーを利用して発電を行う再生可能エネルギー型発電装置と、
前記第１発電装置、前記再生可能エネルギー型発電装置、電力系統のうち少なくとも一つからの電力により充電可能な蓄電池と、
前記第１発電装置を制御する第１発電装置制御部と、
を更に備え、
前記第１発電装置制御部は、停電時かつ前記原動機の故障中に、前記再生可能エネルギー型発電装置と前記蓄電池の少なくとも一方からの電力によって前記第１発電装置を電気モーターとして駆動するよう構成され、
前記動力分配装置は、前記第１発電装置が前記電気モーターとして駆動された場合に、前記電気モーターからの動力を前記圧縮機に伝達するよう構成される請求項１１又は１２に記載の地域熱電併給システム。
【請求項１６】
再生可能エネルギーを利用して発電を行う再生可能エネルギー型発電装置と、
前記第１発電装置、前記再生可能エネルギー型発電装置、電力系統のうち少なくとも一つからの電力により充電可能な蓄電池と、
前記第１発電装置を制御する第１発電装置制御部と、
前記第４共用流路に設けられた第２膨張タービンと、
前記第２膨張タービンに連結された発電機と、
を更に備え、
前記駆動装置は、原動機と、原動機によって得られる動力を前記圧縮機及び前記発電装置に分配する動力分配装置とを含み、
前記第４共用流路は、前記複数の需要体から回収した前記熱媒体を前記第２膨張タービンを迂回して前記圧縮機に供給するための迂回流路と、
前記複数の需要体から回収した熱媒が迂回流路を通るか前記第２膨張タービンを通るかを切り替える切り替え装置と、
を更に備え、
前記第１発電装置制御部は、停電時において前記原動機が故障中である場合に、前記再生可能エネルギー型発電装置と前記蓄電池の少なくとも一方からの電力によって前記第１発電装置を電気モーターとして駆動するよう構成され、
前記動力分配装置は、前記第１発電装置が前記電気モーターとして駆動された場合に、前記電気モーターからの動力を前記圧縮機に伝達するよう構成され
前記切り替え装置は、前記複数の需要体から回収した熱媒体が通常時には前記第２膨張タービンを通り、停電時において前記原動機が故障中である場合には前記迂回流路を通るように前記切り替えを行う請求項１に記載の地域熱電併給システム。
【請求項１７】
前記第１発電装置は燃料電池であり、
前記駆動装置は、前記圧縮機に連結されたタービンであり、前記燃料電池の排ガスのエネルギーを利用して駆動するよう構成される請求項１乃至１０の何れか１項に記載の地域熱電併給システム。
【請求項１８】
前記第１発電装置は、燃料電池であり、
前記駆動装置は、前記燃料電池によって得られる電力によって駆動する電気モーターである請求項１乃至１０の何れか１項に記載の地域熱電併給システム。
【請求項１９】
前記原動機の排熱を利用して前記第４共用流路を流れる前記熱媒体を昇温するよう構成された第４熱交換器を更に備える請求項１１乃至１６の何れか１項に記載の地域熱電併給システム。
【請求項２０】
前記原動機の排熱の温度と前記第４共用流路を流れる前記熱媒体の温度との温度差を利用して熱電発電を行うよう構成された熱電発電装置を更に備える請求項１１乃至１６の何れか１項に記載の地域熱電併給システム。
【請求項２１】
前記燃料電池の排熱を利用して前記第４共用流路を流れる前記熱媒体を昇温するよう構成された第４熱交換器を更に備える請求項１７又は１８に記載の地域熱電併給システム。
【請求項２２】
前記燃料電池の排熱の温度と前記第４共用流路を流れる前記熱媒体の温度との温度差を利用して熱電発電を行うよう構成された熱電発電装置を更に備える請求項１７又は１８に記載の地域熱電併給システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、発電と、対象地域における複数の需要体への熱供給とを併行して実行可能な地域熱電併給システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、我が国では、原子力発電所に代表されるような大規模集中型の発電所から電力を供給するエネルギー供給システムが採用されてきた。これに対し、近年、エネルギーの安定供給や省エネルギー等の観点から、比較的小規模なエネルギー変換機器をエネルギー消費地に近い場所に設置してエネルギー供給を行う分散型のエネルギー供給システムが注目されている。
分散型のエネルギー供給システムでは、例えばマイクロガスタービン、ディーゼルエンジンや燃料電池等の比較的小型のエネルギー変換機器から得られる電力と熱を活用することにより、システム全体でのエネルギーの利用効率を高めることが可能である。
特許文献１には、エネルギーロスを低減することを目的とした定置型熱電併給システムが記載されている。この定置型熱電併給システムは、エンジンによって得られる動力を交流モーター発電機及びヒートポンプ用圧縮機に分配するよう構成されており、交流モーター発電機に分配する動力及びヒートポンプ用圧縮機に分配する動力を連続的に変化させる動力分配機構を備えている。ヒートポンプは、投入エネルギーに対する冷却又は加熱能力の比を示す成績係数（ＣＯＰ，  Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  Ｏｆ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）が１以上の大きな値となるため、一般に省エネルギー効果が高いことが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１３６９７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した特許文献１に記載される熱電併給システムでは、エンジン、動力分配機構、交流モーター発電機及びヒートポンプ用圧縮機からなる熱電併給ユニットが各住宅に設置されており、各住宅における熱電併給用の設備構成が複雑である。このため、各住宅において、熱電併給用の設備の設置スペースや騒音が問題となりやすい。
【０００５】
上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、発電と、対象地域における複数の需要体への熱供給とを併行して実行可能な地域熱電併給システムにおいて、需要側の設備構成の簡素化と地域全体での最適なエネルギーマネジメントを可能とする地域熱電併給システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る地域熱電併給システムは、発電と、対象地域における複数の需要体への熱供給とを併行して実行可能な地域熱電併給システムであって、第１発電装置と、熱媒体を圧縮するよう構成された圧縮機と、前記圧縮機を駆動するよう構成された駆動装置と、前記圧縮機の吐出側に接続され、前記圧縮機で圧縮された前記熱媒体を流すための第１共用流路と、前記第１共用流路から分岐した第２、第３共用流路と、前記第２共用流路に設けられ、前記第２共用流路を流れる前記熱媒体を冷却するよう構成された放熱装置と、前記放熱装置よりも下流側で前記第２共用流路に接続され、前記第２共用流路を流れる前記熱媒体を前記複数の需要体の各々が備える第１熱交換器に対してそれぞれ供給するための複数の第１供給流路と、前記第２共用流路又は前記複数の第１供給流路の各々に設けられ、前記放熱装置で冷却された前記熱媒体を減圧するよう構成された少なくとも一つの第１膨張装置と、前記第３共用流路に接続され、前記第３共用流路を流れる前記熱媒体を前記複数の需要体の各々が備える第２熱交換器に対してそれぞれ供給するための複数の第２供給流路と、前記複数の需要体から回収した前記熱媒体を前記圧縮機に供給するための第４共用流路と、を備える。
【０００７】
上記（１）に記載の地域熱電併給システムによれば、圧縮機、放熱装置、第１膨張装置及び第１熱交換器（又は第２熱交換器）が設けられた熱媒体の循環流路によって、対象地域の複数の需要体を対象とした大規模なヒートポンプサイクルを構築することができるため、少ない投入エネルギーで効率的に対象地域の冷暖房及び給湯需要を満たすことができる。また、少なくとも圧縮機と放熱装置とを複数の需要体に対する共用設備として熱媒体の共用流路に設けることにより、これらの設備を各需要体側に設置する場合と比較して、各需要体側の設備構成を簡素化することができる。これにより、各需要体側における熱電併給用の設備の設置スペース及び騒音の問題を軽減又は解消することが可能となる。
【０００８】
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）に記載の地域熱電併給システムにおいて、前記複数の第２供給流路の各々から分岐し、前記第２供給流路の各々を流れる前記熱媒体を前記複数の需要体の各々が備える前記第１熱交換器に対してそれぞれ供給するための複数の第３供給流路を更に備える。
【０００９】
上記（２）に記載の地域熱電併給システムによれば、第１熱交換器に対して、第１供給流路から低温低圧の熱媒体を供給することも、第２供給流路から高温高圧の熱媒体を供給することも可能となる。これにより、第１熱交換器に冷房機器と暖房機器の両方の機能を持たせることが可能となる。
【００１０】
（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）に記載の地域熱電併給システムにおいて、
前記第１共用流路に設けられ、前記熱媒体を貯めるための蓄圧断熱貯槽を更に備える。
【００１１】
上記（３）に記載の地域熱電併給システムによれば、例えば、需要体の熱需要量が小さいときに蓄圧断熱貯槽に高温高圧の熱媒体を充填し、熱需要量が大きいときにその熱媒体を放出することにより、圧縮機や駆動装置のピークカット運転が可能となる。このため、圧縮機や駆動装置の容量を小さくすることができる。また、災害時等においても蓄圧断熱貯槽に貯めた熱媒体を利用することができるため、対象地域の防災能力を向上することができる。
【００１２】
（４）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（３）に記載の地域熱電併給システムにおいて、前記放熱装置は、地中に埋設され、前記第２共用流路を流れる前記熱媒体を地中熱により冷却するよう構成される。
【００１３】
上記（４）に記載の地域熱電併給システムによれば、地中の温度は年間を通して比較的安定しているため、特に夏期において、地中熱を利用することにより熱媒体を効率的に冷却することが可能である。
【００１４】
（５）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（４）に記載の地域熱電併給システムにおいて、前記第１膨張装置は前記第２共用流路に設けられた第１膨張タービンと、前記第１膨張タービンに連結された発電機と、を備える。
【００１５】
上記（５）に記載の地域熱電併給システムによれば、第１膨張タービンにおける熱媒体の減圧とともに発電機から電力を得ることが可能となり、地域熱電併給システム全体の発電量を増加させることができる。また、第１膨張タービンが複数の需要体に対する共用設備として第２共用流路に設けられているため、第１膨張タービンを需要体毎に設置する場合と比較して、需要側における機器の設置に要するスペースを削減するとともに、需要側での騒音を低減することが可能となる。
【００１６】
（６）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（５）に記載の地域熱電併給システムにおいて、前記第４共用流路に設けられ、前記第４共用流路を流れる前記熱媒体を地中熱により昇温するよう構成された第３熱交換器を更に備える。
【００１７】
上記（６）に記載の地域熱電併給システムによれば、第４共用流路を流れる熱媒体を地中熱によって昇温することにより、該システムのＣＯＰを上げることができる。
【００１８】
（７）幾つかの実施形態では、上記（３）に記載の地域熱電併給システムにおいて、前記第１共用流路における前記蓄圧断熱貯槽の下流側から分岐して設けられ、前記第１共用流路を流れる前記熱媒体の一部を前記第４共用流路に供給可能に構成された第５共用流路と、前記第５共用流路を流れる熱媒体のエネルギーを利用して発電を行うよう構成された第２発電装置と、を更に備える。
【００１９】
上記（７）に記載の地域熱電併給システムによれば、第５共用流路及び第２発電装置を設けることにより、地域熱電併給システムの発電量を増加させることができる。また、第５共用流路を蓄圧断熱貯槽の下流側に設けることにより、蓄圧断熱貯槽内には、常時、圧縮機で圧縮されたばかりの高温高圧な熱媒体が貯槽されるため、蓄圧断熱貯槽の断熱性（放熱性）の影響を軽減できる。また、蓄圧断熱貯槽に貯めた高温高圧の熱媒体を利用して発電を行うことができるため、停電等が発生をした場合であっても、一定期間電力を確保することができる。
【００２０】
（８）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（７）に記載の地域熱電併給システムにおいて、前記第４共用流路に設けられた第２膨張タービンと、前記第２膨張タービンに連結された発電機と、を更に備える。
【００２１】
上記（８）に記載の地域熱電併給システムによれば、第１熱交換器及び第２熱交換器から回収された熱媒体に残存する圧力エネルギーを利用して電力を得ることが可能となる。したがって、地域熱電併給システム全体の発電量を増加させることができる。
【００２２】
（９）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（７）に記載の地域熱電併給システムにおいて、前記第２共用流路における前記放熱装置と前記第１膨張装置との間に接続され、前記複数の需要体の各々における前記第２熱交換器から回収した前記熱媒体を前記第１膨張装置に供給するための第６共用流路を更に備える。
【００２３】
上記（９）に記載の地域熱電併給システムによれば、第２熱交換器から回収した比較的温度及び圧力の高い熱媒体を再利用することができる。例えば、回収した熱媒体を第１膨張装置で減圧してから第１供給流路を介して第１熱交換器に供給することもできるし、第１膨張装置が第１膨張タービンと第１膨張タービンに連結された発電機とを含む場合には、回収した熱媒体を利用して第１膨張タービンを駆動して、発電機から電力を得ることも可能である。
【００２４】
（１０）幾つかの実施形態では、上記（６）に記載の地域熱電併給システムにおいて、第４共用流路は、前記第１供給流路を介して前記第１熱交換器に供給された熱媒体を前記圧縮機に供給するための第１流路部と、前記第１膨張装置の下流側で前記第２共用流路に接続され、前記第１膨張装置で減圧された前記熱媒体を前記圧縮機に供給するための第２流路部と、を含み、前記第３熱交換器は、前記第２流路部に設けられる。
【００２５】
上記（１０）に記載の地域熱電併給システムによれば、第１流路部と第２流路部のうち、流れる熱媒体の温度が比較的低い第２流路部に第３熱交換器を設けることにより、該第２流路部の熱媒体が地中熱によって昇温され、該システムのＣＯＰを効果的に上げることができる。
【００２６】
（１１）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（１０）に記載の地域熱電併給システムにおいて、前記駆動装置は、原動機と、原動機によって得られる動力を前記圧縮機及び前記第１発電装置に分配する動力分配装置とを含む。
【００２７】
上記（１１）に記載の地域熱電併給システムによれば、原動機の出力と動力分配装置による動力の分配比とをそれぞれ調節することができるため、第１発電装置と圧縮機の各々への動力の入力を柔軟かつ細かく変化させることが可能となる。
【００２８】
（１２）幾つかの実施形態では、上記（１１）に記載の地域熱電併給システムにおいて、過去の実測データ又は天気予報情報に基づいて予測した熱需要予測情報と電力需要予測情報の少なくとも一方を取得する需要予測情報取得部と、前記需要予測情報取得部によって取得された前記熱需要予測情報と前記電力需要予測情報の少なくとも一方に基づいて、前記圧縮機及び前記第１発電装置への動力の分配比を調節するよう前記動力分配装置を制御可能に構成された動力分配装置制御部と、前記需要予測情報取得部によって取得された前記熱需要予測情報と前記電力需要予測情報の少なくとも一方に基づいて、前記原動機の出力を調整するよう前記原動機を制御可能に構成された原動機制御部と、を更に備える。
【００２９】
上記（１２）に記載の地域熱電併給システムによれば、圧縮機及び第１発電装置への動力の分配比と原動機の出力とを、過去の実測データ（例えば時間別、日別、季節別等の熱と電力の少なくとも一方の使用量データ）や天気予報情報を考慮した最適な分配比に調節することができる。
【００３０】
（１３）幾つかの実施形態では、上記（１１）に記載の地域熱電併給システムにおいて、再生可能エネルギーを利用して発電を行う再生可能エネルギー型発電装置と、前記再生可能エネルギー型発電装置の出力予測情報を取得する出力予測情報取得部と、前記出力予測情報取得部によって取得された前記出力予測情報における出力予測に応じて前記動力分配装置を制御可能に構成された動力分配装置制御部と、を更に備える。
【００３１】
上記（１３）に記載の地域熱電併給システムによれば、これにより、圧縮機及び第１発電装置への動力の分配比を、再生可能エネルギー型発電装置の出力変動や他地域の同様システムの状況を考慮した最適な分配比に調節することができる。
【００３２】
（１４）幾つかの実施形態では、上記（１１）に記載の地域熱電併給システムにおいて、前記第１発電装置を制御する第１発電装置制御部と、電気料金情報を取得する電気料金情報取得部と、前記原動機で使用する燃料の燃料価格情報を取得する燃料価格情報取得部とを更に備え、前記第１発電装置制御部は、前記燃料価格情報取得部によって取得した燃料価格が前記電気料金情報取得部によって取得した電気料金と比較して割高である場合等に、電力系統又は当該地域熱電併給システムが備える電源からの電力によって前記第１発電装置を電気モーターとして駆動するよう構成され、前記動力分配装置は、前記第１発電装置が前記電気モーターとして駆動された場合に、前記電気モーターからの動力を前記圧縮機に伝達するよう構成される。
【００３３】
上記（１４）に記載の地域熱電併給システムによれば、地域熱電併給システムの運転コストを低減することができる。なお、ここでの「当該地域熱電併給システムが備える電源」とは、例えば、再生可能エネルギーを利用して発電を行う再生可能エネルギー型発電装置であってもよいし、前記第１発電装置であってもよいし、前記第１発電装置・前記再生可能エネルギー型発電装置・電力系統のうち少なくとも一つからの電力により充電可能な蓄電池であってもよい。また、これらの電源の組み合わせで合っても良いし、他の電源であってもよい。また、一実施形態では、燃料価格情報取得部によって取得した燃料価格が電気料金情報取得部によって取得した電気料金と比較して割高である場合の他に、例えば当該システムが有する風力発電装置の電気が余った場合にその余剰電力によって第１発電装置を電気モーターとして駆動してもよい。
【００３４】
（１５）幾つかの実施形態に係る地域熱電併給システムは、上記（１１）又は（１２）に記載の地域熱電併給システムにおいて、再生可能エネルギーを利用して発電を行う再生可能エネルギー型発電装置と、前記第１発電装置、前記再生可能エネルギー型発電装置、電力系統のうち少なくとも一つからの電力により充電可能な蓄電池と、前記第１発電装置を制御する第１発電装置制御部と、を更に備え、前記第１発電装置制御部は、停電時かつ前記原動機の故障中に、前記再生可能エネルギー型発電装置と前記蓄電池の少なくとも一方からの電力によって前記第１発電装置を電気モーターとして駆動するよう構成され、前記動力分配装置は、前記第１発電装置が前記電気モーターとして駆動された場合に、前記電気モーターからの動力を前記圧縮機に伝達するよう構成される。
【００３５】
上記（１５）に記載の地域熱電併給システムによれば、停電時かつ原動機が故障中であっても、圧縮機を駆動して高温高圧の熱媒体を確保することができる。
【００３６】
（１６）幾つかの実施形態に係る地域熱電併給システムは、上記（１）に記載の地域熱電併給システムにおいて、再生可能エネルギーを利用して発電を行う再生可能エネルギー型発電装置と、前記第１発電装置、前記再生可能エネルギー型発電装置、電力系統のうち少なくとも一つからの電力により充電可能な蓄電池と、前記第１発電装置を制御する第１発電装置制御部と、前記第４共用流路に設けられた第２膨張タービンと、前記第２膨張タービンに連結された発電機と、を更に備え、前記駆動装置は、原動機と、原動機によって得られる動力を前記圧縮機及び前記発電装置に分配する動力分配装置とを含み、前記第４共用流路は、前記複数の需要体から回収した前記熱媒体を前記第２膨張タービンを迂回して前記圧縮機に供給するための迂回流路と、前記複数の需要体から回収した熱媒が迂回流路を通るか前記第２膨張タービンを通るかを切り替える切り替え装置と、を更に備え、前記第１発電装置制御部は、停電時において前記原動機が故障中である場合に、前記再生可能エネルギー型発電装置と前記蓄電池の少なくとも一方からの電力によって前記第１発電装置を電気モーターとして駆動するよう構成され、前記動力分配装置は、前記第１発電装置が前記電気モーターとして駆動された場合に、前記電気モーターからの動力を前記圧縮機に伝達するよう構成され、前記切り替え装置は、前記複数の需要体から回収した熱媒体が通常時には前記第２膨張タービンを通り、停電時において前記原動機が故障中である場合には前記迂回流路を通るように前記切り替えを行う。
【００３７】
上記（１６）に記載の地域熱電併給システムによれば、停電時において原動機が故障中である場合であっても、圧縮機を駆動して高温高圧の熱媒体を確保することができ、さらに圧縮機の駆動に要する動力を低減することができる。
【００３８】
（１７）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（１０）に記載の地域熱電併給システムにおいて、前記第１発電装置は燃料電池であり、前記駆動装置は、前記圧縮機に連結されたタービンであり、前記燃料電池の排ガスのエネルギーを利用して駆動するよう構成される。
【００３９】
上記（１７）に記載の地域熱電併給システムによれば、燃料電池の排ガスのエネルギーを利用して圧縮機が駆動されるため、地域熱電併給システム全体でのエネルギーの利用効率を向上することができる。
【００４０】
（１８）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（１０）に記載の地域熱電併給システムにおいて、前記第１発電装置は、燃料電池であり、前記駆動装置は、前記燃料電池によって得られる電力によって駆動する電気モーターである。
【００４１】
このように、燃料電池から得られる電力によって圧縮機を駆動することも可能である。この場合、下記（１９）に記載するように燃料電池からの排熱を別途利用することが望ましい。
【００４２】
（１９）幾つかの実施形態では、上記（１１）乃至（１８）に記載の地域熱電併給システムにおいて、前記原動機又は前記燃料電池の排熱を利用して前記第４共用流路を流れる前記熱媒体を昇温するよう構成された第４熱交換器を更に備える。
【００４３】
上記（１９）に記載の地域熱電併給システムによれば、該システムのＣＯＰを上げるとともに、地域熱電併給システム全体におけるエネルギーの利用効率を高めることができる。また、原動機又は燃料電池の排熱温度が圧縮機から吐出された熱媒体温度よりも高い場合、第４熱交換器は圧縮機と蓄圧断熱貯槽の間に設けてもよい。この場合、蓄圧断熱貯槽により高温の熱媒体を貯めることができる。
【００４４】
（２０）幾つかの実施形態では、上記（１１）乃至（１９）に記載の地域熱電併給システムにおいて、前記原動機又は前記燃料電池の排熱の温度と前記第４共用流路を流れる前記熱媒体の温度との温度差を利用して熱電発電を行うよう構成された熱電発電装置を更に備える
【００４５】
上記（２０）に記載の地域熱電併給システムによれば、地域熱電併給システム全体における発電量を増加させ、エネルギーの利用効率を高めることができる。
【発明の効果】
【００４６】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、発電と、対象地域における複数の需要体への熱供給とを併行して実行可能な地域熱電併給システムにおいて、需要側の設備構成の簡素化と地域全体での最適なエネルギーマネジメントを可能とする地域熱電併給システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の一実施形態に係る地域熱電併給システムの全体構成を示す模式図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る地域熱電併給システムの全体構成を示す模式図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る給湯装置の構成を示す模式図である。
【図４Ａ】本発明の一実施形態に係る第１膨張装置の構成を示す模式図である。
【図４Ｂ】本発明の一実施形態に係る第１膨張装置の構成を示す模式図である。
【図４Ｃ】本発明の一実施形態に係る第１膨張装置の構成を示す模式図である。
【図５】本発明の一実施形態に係るエジェクタの構成を示す模式的な断面図である。
【図６Ａ】本発明の一実施形態に係る第５共用流路及び第２発電装置の構成を示す模式図である。
【図６Ｂ】本発明の一実施形態に係る第５共用流路及び第２発電装置の構成を示す模式図である。
【図７Ａ】本発明の一実施形態に係る第１発電装置及び駆動装置の構成を示す模式図である。
【図７Ｂ】本発明の一実施形態に係る第１発電装置及び駆動装置の構成を示す模式図である。
【図７Ｃ】本発明の一実施形態に係る第１発電装置及び駆動装置の構成を示す模式図である。
【図７Ｄ】本発明の一実施形態に係る第１発電装置及び駆動装置の構成を示す模式図である。
【図８Ａ】本発明の一実施形態に係る第４熱交換器の配置を示す模式図である。
【図８Ｂ】本発明の一実施形態に係る熱電発電装置の配置を示す模式図である。
【図９Ａ】図７Ａに示した動力分配装置（無段変速機）の構成例を示す模式図であり、第１発電装置の回転数よりも圧縮機の回転数が大きい状態を示している。
【図９Ｂ】図７Ａに示した動力分配装置（無段変速機）の構成例を示す模式図であり、第１発電装置の回転数よりも圧縮機の回転数が小さい状態を示している。
【図１０】図７Ａに示した動力分配装置（無段変速機）の他の構成例を示す模式図である。
【図１１】図７Ａに示した動力分配装置（無段変速機）から第１発電装置及び圧縮機への動力の分配比Ｘ，Ｙを最適な値に制御するための構成を示す模式図である。
【図１２】再生可能エネルギー型発電装置の出力予測の時間変化に対する、分配比Ｘ及びＹの時間変化を示す図である。
【図１３】本発明の一実施形態に係る迂回流路及び切り替え装置の配置を示す模式図である。
【図１４】図１に示す地域熱電併給システムにおいて第１熱交換器を冷房機器として使用する場合の熱媒体の流れを示す模式図である。
【図１５】図１に示す地域熱電併給システムにおいて第１熱交換器を暖房機器として使用する場合の熱媒体の流れを示す模式図である。
【図１６】図２に示す地域熱電併給システムにおいて第１熱交換器を冷房機器として使用する場合の熱媒体の流れを示す模式図である。
【図１７】図２に示す地域熱電併給システムにおいて第１熱交換器を暖房機器として使用する場合の熱媒体の流れを示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」「一致」等の相対的な配置関係を表す表現は、厳密にそのような相対的配置関係を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
また、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
【００４９】
図１は、本発明の一実施形態に係る地域熱電併給システムの全体構成を示す模式図ある。図２は、本発明の一実施形態に係る地域熱電併給システムの全体構成を示す模式図ある。
【００５０】
図１及び図２に示す地域熱電併給システム１００（１００ａ，１００ｂ）は、発電と、対象地域における複数の需要体２への熱供給とを併行して実行可能に構築されるシステムである。地域熱電併給システム１００は、対象地域における複数の建物に対して熱供給を行うよう構成されている。対象地域の規模は、例えば直径３００〜５００ｍ程度の地域であってもよいし、それより広くとも狭くともよい。需要体２は、各建物において熱及び電力を利用する主体であり、例えば住居、テナント、事務所、工場、病院の内の少なくとも一種からなる。
住居とは、１世帯が生活するマンションの一部屋や戸建て家屋などを指す。テナントは、商業施設の一区画において一般顧客に対してサービスを提供する店舗などを指す。業種としては、例えば、服飾店、雑貨店、ドラッグストア、酒屋、等々の小売業や、レストラン、カフェ、寿司屋、居酒屋、等々の飲食業などを含む。事務所は、オフィスビルの一部分などにおいて、そこで働く勤務者が一定の目的のために事務を行う場所を指す。なお、図１及び図２においては、説明を平易なものとするために、建物Ａ、建物Ｂに対してそれぞれ１つの需要体が対応するよう記載しているが、マンションやオフィスビル等の大規模な建物であれば、一つの建物に対して複数の需要体が存在することは言うまでもない。
【００５１】
幾つかの実施形態に係る地域熱電併給システム１００（１００ａ，１００ｂ）は、例えば図１及び図２に示すように、第１発電装置４、再生可能エネルギー型発電装置５、圧縮機６、駆動装置８、蓄圧断熱貯槽１０、蓄電池１１、放熱装置１２、第１膨張装置１４、第１共用流路１６、第２共用流路１８、第３共用流路２０、第４共用流路２２、複数の第１供給流路２４、複数の第２供給流路２６、複数の第３供給流路２８、複数の第１回収流路３０、及び複数の回収流路３２等を備えている。なお、図１及び図２では、熱、電力及び動力の伝達経路がそれぞれ実線、破線及び点線で記載されている。
【００５２】
圧縮機６は、駆動装置８によって駆動されて熱媒体を圧縮するよう構成されている。熱媒体は、ヒートポンプサイクルに使用可能な熱媒体であれば特に限定されず、例えばＣＯ２、アンモニア、プロパン、ブタン、代替フロン等を用いることができる。なお、ＣＯ２は、地域熱電併給システム１００における熱媒体として用いる場合、低圧力下でも流動性が失われにくく長距離移送が可能であり、各需要体２に供給しても無害であるというメリットを有する。
【００５３】
第１共用流路１６は、圧縮機６の吐出側に接続され、圧縮機６で圧縮された高温高圧の熱媒体を流すよう構成されている。第１共用流路１６には、高温高圧の熱媒体を貯めるための蓄圧断熱貯槽１０が設けられている。第２共用流路１８及び第３共用流路２０は、蓄圧断熱貯槽１０よりも下流側において第１共用流路１６から分岐しており、熱媒体を流すよう構成されている。一実施形態では、蓄圧断熱貯槽１０が満杯である場合には、バルブ４９を開放して第１共用流路１６から地中へ捨熱してもよい。或いは、地中へ捨熱するのではなく、余剰となった熱媒体のエネルギーを利用して、後述する第２発電装置５７で発電してもよい。このように、蓄圧断熱貯槽１０よりも下流側にバルブ４９を設け、蓄圧断熱貯槽１０の満杯時に該バルブ４９を開放することで、蓄圧断熱貯槽１０には常時、圧縮機６で圧縮されたばかりの高温高圧の熱媒体が貯槽される。つまり、蓄圧断熱貯槽１０の断熱性（放熱性）の影響を軽減可能となる。なお、通常は、バルブ４９は閉鎖しており、蓄圧断熱貯槽１０から放出された高温高圧の熱媒体は分配器５２により第２共用流路１８及び第３共用流路２０へ分配される。
【００５４】
放熱装置１２は、第２共用流路１８に設けられており、第２共用流路１８を流れる高温高圧の熱媒体を冷却してその一部を凝縮させる凝縮器として構成されている。
【００５５】
第１膨張装置１４は、放熱装置１２で冷却された熱媒体を減圧して低温低圧状態（後述する第１熱交換器３４によって蒸発させることが可能な状態）とするよう構成されている。
【００５６】
複数の第１供給流路２４は、放熱装置１２よりも下流側で第２共用流路１８に接続され、第２共用流路１８を流れる低温低圧の熱媒体を複数の需要体２の各々が備える第１熱交換器３４（空調装置）に対してそれぞれ供給可能に構成されている。また、第１供給流路２４の各々には第１熱交換器３４への熱媒体の供給量を調節可能なバルブ５４が設けられている。
【００５７】
複数の第２供給流路２６は、第３共用流路２０に接続され、第３共用流路２０を流れる高温高圧の熱媒体を複数の需要体２の各々が備える第２熱交換器３６（給湯装置）に対してそれぞれ供給可能に構成されている。第２熱交換器３６は、給湯装置として使用され、例えば図３に示すように、貯湯槽３７に貯められた水を第２供給流路２６から供給された熱媒体により加熱するよう構成されている。給湯装置の用途としては、例えば風呂、洗面台及び厨房設備等が含まれる。
【００５８】
複数の第３供給流路２８の各々は、複数の第２供給流路２６の各々から分岐し、第２供給流路２６の各々を流れる高温高圧の熱媒体を複数の需要体２の各々が備える第１熱交換器３４に対してそれぞれ供給可能に構成されている。
【００５９】
第２供給流路２６と第３供給流路２８との分岐位置には分配器５６が設けられており、第２供給流路２６を流れる熱媒体は、分配器５６によって第１熱交換器３４及び第２熱交換器３６へ分配可能となっている。したがって、第１熱交換器３４に対して供給する熱媒体をバルブ５４及び分配器５６によって切り替えることにより、第１熱交換器３４を冷房機器として使用するか暖房機器として使用するかを切り替えることができる。例えば、夏期においては、第３供給流路２８から第１熱交換器３４への高温高圧の熱媒体の供給を分配器５６によって止めつつ、バルブ５４を開放して第１供給流路２４から第１熱交換器３４に低温低圧の熱媒体を供給することにより、第１熱交換器３４を冷房機器として使用することができる。また、冬期においては、バルブ５４を閉鎖して第１供給流路２４から第１熱交換器３４への低温低圧の熱媒体の供給を止めつつ、第３供給流路２８から第１熱交換器３４へ分配器５６を介して高温高圧の熱媒体を供給することにより、第１熱交換器３４を暖房機器として使用することができる。
【００６０】
複数の第１回収流路３０は、複数の需要体２の各々が備える第１熱交換器３４から熱媒体を回収するよう構成されている。複数の第２回収流路３２は、複数の需要体２の各々が備える第２熱交換器３６から熱媒体を回収するよう構成されている。
【００６１】
第４共用流路２２は、第１回収流路３０及び第２回収流路３２を介して複数の需要体２から回収した熱媒体を圧縮機６に供給するよう構成されている。
【００６２】
第１発電装置４は、後述するように発電機又は燃料電池である。再生可能エネルギー型発電装置５は、風力、太陽光、太陽熱、波力、潮力等の再生可能エネルギーの少なくとも一つを利用して発電を行うよう構成されている。第１発電装置４及び再生可能エネルギー型発電装置５で得られた電力は、電力ライン１５を介して複数の需要体２へ供給してもよいし、受・送電設備１７を介して電力系統へ供給して売電を行ってもよい。
【００６３】
蓄電池１１は、第１発電装置４、再生可能エネルギー型発電装置５、電力系統のうち少なくとも一つからの電力により充電可能に構成されている。
【００６４】
このように、圧縮機６、放熱装置１２、第１膨張装置１４及び第１熱交換器３４（又は第２熱交換器３６）が設けられた熱媒体の循環流路によって、対象地域の複数の需要体２を対象とした大規模なヒートポンプサイクルを構築することができるため、少ない投入エネルギーで効率的に対象地域の冷暖房及び給湯需要を満たすことができる。また、少なくとも圧縮機６と放熱装置１２とを地域熱電併給システム１００における共用設備として熱媒体の共用流路に設けることにより、これらの設備を各需要体２毎に設置する場合と比較して、各需要体２側の設備構成を簡素化することができる。これにより、各需要体２側における熱電併給用の設備の設置スペース及び騒音の問題を軽減又は解消することが可能となる。
【００６５】
幾つかの実施形態では、図１及び図２に示す放熱装置１２は、地中に埋設され、第２共用流路１８を流れる熱媒体を地中熱により冷却するよう構成されてもよい。地中の温度は年間を通して比較的安定しているため、特に夏期において、地中熱を利用することにより熱媒体を効率的に冷却することが可能である。
【００６６】
幾つかの実施形態では、図１及び図２に示す第１膨張装置１４は、例えば図４Ａに示すように、第２共用流路１８における放熱装置１２の下流側に設けられた第１膨張タービン１４ａと、第１膨張タービン１４ａに連結された発電機１４ｂと、を備えていてもよい。これにより、熱媒体の減圧とともに発電機１４ｂから電力を得ることが可能となり、地域熱電併給システム１００全体の発電量を増加させることができる。また、第１膨張タービン１４ａが地域熱電併給システム１００の共用設備として第２共用流路１８に設けられているため、第１膨張タービン１４ａを需要体２毎に設置する場合と比較して、各需要体２側の設備構成を簡素化することができる。これにより、各需要体２側における熱電併給用の設備の設置スペース及び騒音の問題を軽減又は解消することが可能となる。
【００６７】
幾つかの実施形態では、図１及び図２に示す第１膨張装置１４は、例えば図４Ｂに示すように、第２共用流路１８における放熱装置１２の下流側に設けられた膨張弁１４ｃであってもよい。これにより、第１膨張タービン弁１４ｃを需要体２毎に設置する場合と比較して、各需要体２側の設備構成を簡素化することができる。これにより、各需要体２側における熱電併給用の設備の設置スペース及び騒音の問題を軽減又は解消することが可能となる。
【００６８】
幾つかの実施形態では、図１に示す地域熱電併給システム１００ａにおいて、第１膨張装置１４の位置を変更してもよい。例えば、図４Ｃに示すように、第１膨張装置１４としての膨張弁１４ｃを第１供給流路２４における第１熱交換器３４の上流側に設けてもよい。ただし、需要側の設備構成の簡素化の観点からは、第１膨張装置１４の位置は、図１及び図２に示すように第２共用流路１８における放熱装置１２の下流側に設けた方が望ましい。
【００６９】
幾つかの実施形態では、例えば図１に示すように、地域熱電併給システム１００ａは、第４共用流路２２に設けられた第２膨張タービン３８と、第２膨張タービン３８に連結された発電機４０とを備えていてもよい。これにより、第１熱交換器３４及び第２熱交換器３６から回収された熱媒体に残存する圧力エネルギーを利用して電力を得ることが可能となる。したがって、地域熱電併給システム１００ａ全体の発電量を増加させることができる。
【００７０】
幾つかの実施形態では、例えば図１に示すように、地域熱電併給システム１００ａは、第１回収流路３０と第２回収流路３２との合流部に設けられた逆流防止用のエジェクタ４２を備えていてもよい。エジェクタ４２は、例えば図５に示すように、第２回収流路３２に接続されるノズル４４と、第１回収流路３０に接続される吸込部４６と、第３回収流路４１に接続されるディフューザ４８とを含む。エジェクタ４２は、ノズル４４から流入する高圧の熱媒体Ｊを駆動流体として吸込部４６から低圧の熱媒体Ｋを吸い込むことにより、該熱媒体Ｊ及びＫを混合可能に構成されている。したがって、第１熱交換器３４を冷房機器として使用すると同時に第２熱交換器３６を給湯装置として使用する場合（第１供給流路２４から第１熱交換器３４に低温低圧の熱媒体を供給するとともに第２供給流路２６から第２熱交換器３６に高温高圧の熱媒体を供給する場合）であっても、第２回収流路３２から第１回収流路３０への逆流を抑制することができる。
【００７１】
幾つかの実施形態では、図１及び図２に示す地域熱電併給システム１００（１００ａ，１００ｂ）は、例えば図６Ａ及び図６Ｂに示すように、第５共用流路５０及び第２発電装置５７を備えていてもよい。第５共用流路５０は、第１共用流路１６（図１及び図２参照）における蓄圧断熱貯槽１０の下流側から分岐して設けられ、第１共用流路１６を流れる熱媒体の一部を第４共用流路２２に供給可能に構成される。第２発電装置５７は、第５共用流路５０を流れる熱媒体のエネルギーを利用して発電を行うよう構成される。
【００７２】
一実施形態では、図６Ａに示すように、第２発電装置５７は、蒸発器５８、膨張タービン５９、発電機６１及び凝縮器６３を備えるバイナリー発電装置であってもよい。この場合、蒸発器５８は、水の標準沸点よりも低い標準沸点を有する熱媒体（例えばノルマルペンタン、イソペンタン、アンモニア又は代替フロン等）を第５共用流路５０を流れる熱媒体との熱交換により蒸発させるよう構成される。また、膨張タービン５９は、蒸発器５８で蒸発した熱媒体により駆動し、該膨張タービン５９に連結された発電機６１を駆動する。凝縮器６３は、膨張タービン５９から排出された熱媒体を地中熱により冷却して凝縮させるよう構成される。
【００７３】
一実施形態では、図６Ｂに示すように、第２発電装置５７は、第５共用流路５０を流れる熱媒体を利用して駆動するよう構成されたスターリングエンジン６５（または膨張タービン）と、それに連結された発電機６１と、を備えていてもよい。
【００７４】
図６Ａ及び図６Ｂに示すように、第５共用流路５０及び第２発電装置５７を設けることにより、地域熱電併給システム１００（１００ａ，１００ｂ）の発電量を増加させることができる。また、蓄圧断熱貯槽１０に貯めた高温高圧の熱媒体を利用して発電を行うことができるため、停電等が発生をした場合であっても、一定期間電力を確保することができる。
【００７５】
幾つかの実施形態では、例えば図２に示すように、地域熱電併給システム１００ｂは、第６共用流路５５を備えていてもよい。第６共用流路５５は、第２共用流路１８における放熱装置１２と第１膨張装置１４との間に接続され、複数の需要体２の各々における少なくとも第２熱交換器３６から第２回収流路３２及び第３回収流路４１を介して回収した熱媒体を第１膨張装置１４に供給するよう構成されている。これにより、第２熱交換器３６から回収した比較的温度及び圧力の高い熱媒体を再利用することができる。例えば、回収した熱媒体を第１膨張装置１４で減圧してから第１供給流路２４を介して第１熱交換器３４に供給することもできるし、図４Ａを用いて上述したように第１膨張装置１４が第１膨張タービン１４ａと第１膨張タービン１４ａに連結された発電機１４ｂとを含む場合には、回収した熱媒体を利用して第１膨張タービン１４ａを回転させて、発電機１４ｂから電力を得ることも可能である。
【００７６】
幾つかの実施形態では、例えば図２に示すように、地域熱電併給システム１００ｂにおける第４共用流路２２は、第１供給流路２４を介して第１熱交換器３４に供給された熱媒体を回収して圧縮機６に供給するための第１流路部２２ａと、第１膨張装置１４の下流側で第２共用流路１８に接続され、第１膨張装置１４で減圧された熱媒体を圧縮機６に供給するための第２流路部２２ｂと、を備えていてもよい。
【００７７】
図２に示す地域熱電併給システム１００ｂにおいて、第１熱交換器３４を冷房機器として使用する場合（第１供給流路２４を介して第１熱交換器３４へ低温低圧の熱媒体を供給する場合）には、第２共用流路１８に設けられた切換弁５３によって矢印ｐ方向へ熱媒体が流れるよう流路調節が行われる。この場合、第１熱交換器３４に供給された熱媒体はすでに第１膨張装置１４で減圧されているため、第１回収流路３０から回収される熱媒体のエネルギーをそれ以上利用することは困難である。したがって、第１熱交換器３４を冷房機器として使用する場合には、第１回収流路３０から回収される熱媒体が、第６共用流路５５へ流れずに第４回収流路４７を介して第４共用流路２２の第１流路部２２ａへ流れて圧縮機６へ供給されるように、切換弁５１によって矢印ｑ方向へ熱媒体が流れるよう流路調節が行われる。
【００７８】
一方、第１熱交換器３４を暖房機器として使用する場合（第３供給流路２８を介して第１熱交換器３４へ高温高圧の熱媒体を供給する場合）には、第１膨張装置１４を通った熱媒体が第１供給流路２４へ流れずに第４共用流路２２の第２流路部２２ｂへ流れるように（矢印ｒ方向へ熱媒体が流れるように）、切換弁５３による流路調節が行われる。この場合、第１回収流路３０から回収される熱媒体は比較的温度も圧力も高いため、そのエネルギーを再利用することができる。例えば、図２に示す地域熱電併給システム１００ｂにおける第１膨張装置１４を、図４Ａを用いて上述したように第１膨張タービン１４ａと第１膨張タービン１４ａに連結された発電機１４ｂとを含むよう構成すれば、第１熱交換器３４を暖房機器として使用した場合に第１回収流路３０から回収される熱媒体の残存エネルギーを利用して電力を得ることができる。この場合、第１回収流路３０から回収される熱媒体が、第１流路部２２ａへ流れずに第３回収流路４１及び第６共用流路５５を介して第１膨張装置１４の第１膨張タービン１４ａに流れるように、切換弁５１によって矢印ｓ方向へ熱媒体が流れるよう流路調節が行われる。なお、図２に示すように、第２流路部２２ｂに、該第２流路部２２ｂを流れる熱媒体を地中熱により昇温するよう構成された第３熱交換器３９を設けてもよい。このように、第１流路部２２ａと第２流路部２２ｂのうち、流れる熱媒体の温度が比較的低い第２流路部２２ｂに第３熱交換器３９を設けることにより、第２流路部２２ｂの熱媒体が地中熱によって昇温され、地域熱電併給システム１００ｂのＣＯＰを効果的に上げることができる。
【００７９】
幾つかの実施形態では、図１及び図２に示す駆動装置８は、例えば図７Ａに示すように、原動機６０と、原動機６０によって得られる動力を圧縮機６及び第１発電装置４に分配する動力分配装置６２とを含んでもよい。この場合、第１発電装置４は、後述するように発電機又は電気モーターとして作動する。原動機６０としては、例えばマイクロガスタービンやディーゼルエンジン等の種々の原動機を利用することができる。
【００８０】
幾つかの実施形態では、図１及び図２に示す第１発電装置４は、例えば図７Ｂ〜図７Ｄに示すように燃料電池であってもよい。この場合、駆動装置８は、図７Ｂに示すように、燃料電池によって得られる電力によって駆動する電気モーターであってもよいし、図７Ｃ又は図７Ｄに示すように、燃料電池の排ガスのエネルギーを利用して駆動するよう構成され圧縮機６に連結されたタービンであってもよい。図７Ｃに示す駆動装置８は、燃料電池の排ガス自体によって駆動するタービンであり、排ガスに含まれる未燃分を図示しない燃焼器で燃焼し駆動するガスタービンであってもよい。また、図７Ｄに示す駆動装置８は、燃料電池の排ガスを利用して蒸気を生成する排熱回収ボイラ８ａと該蒸気によって駆動する蒸気タービン８ｂとから構成される。なお、燃料電池としては、例えば固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ，  Ｓｏｌｉｄ  Ｏｘｉｄｅ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ）、溶融炭酸塩形燃料電池（ＭＣＦＣ,  Ｍｏｌｔｅｎ  Ｃａｒｂｏｎａｔｅ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ）、りん酸形燃料電池（ＰＡＦＣ,  Ｐｈｏｓｐｈｏｒｉｃ  Ａｃｉｄ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ）、固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ，  Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ）等の種々の燃料電池を利用することができる。
【００８１】
幾つかの実施形態では、図１及び図２に示す地域熱電併給システム１００（１００ａ，１００ｂ）において、図８Ａに示すように、上述した原動機６０又は燃料電池の排熱を利用して第４共用流路２２を流れる熱媒体を昇温するよう構成された第４熱交換器６４を更に備えていてもよい。これにより、該システム１００（１００ａ，１００ｂ）のＣＯＰを上げるとともに、地域熱電併給システム１００全体におけるエネルギーの利用効率を高めることができる。
【００８２】
幾つかの実施形態では、図１及び図２に示す地域熱電併給システム１００（１００ａ，１００ｂ）において、図８Ｂに示すように、原動機６０又は燃料電池の排熱の温度と第４共用流路２２を流れる熱媒体の温度との温度差を利用して熱電発電を行うよう構成された熱電発電装置６６を更に備えていてもよい。熱電発電装置６６としては、例えばペルチェ素子等の熱電素子を用いることができる。これにより、地域熱電併給システム１００全体における発電量を増加させ、エネルギーの利用効率を高めることができる。
【００８３】
図９Ａ及び図９Ｂは、図７Ａに示した動力分配装置６２の構成例としての無段変速機を示す模式図である。図９Ａは、第１発電装置４の回転数よりも圧縮機６の回転数が大きい状態を示しており、図９Ｂは、第１発電装置４の回転数よりも圧縮機６の回転数が小さい状態を示している。
【００８４】
図９Ａ及び図９Ｂに示すように、動力分配装置６２は、プーリー６７〜７４、ベルト７５，７６及びクラッチ７７を備えている。第１発電装置４を発電機として使用する場合にはクラッチ７７が接続され、第１発電装置４を後述するように電気モーターとして使用する場合にはクラッチ７７が切り離される。プーリー６７〜７０は軸方向位置が固定されている。プーリー７１は軸方向における可動範囲Ａを有し、プーリー７２及び７３からなるプーリー対は軸方向における可動範囲Ｂを有し、プーリー７４は軸方向における可動範囲Ｃを有する。図９Ａ及び図９Ｂにおいて、プーリー７１〜７４が各可動範囲を軸方向に移動することにより、ベルト７５，７６を支持する各プーリーのプーリー径が変化し、原動機６０から第１発電装置４及び圧縮機６への動力の分配比が調節される。
【００８５】
なお、図９Ａ及び図９Ｂでは、プーリー６７〜７０とプーリー７１〜７４をそれぞれ直列に配置した構成を例示したが、図１０に示すように、それぞれ並列に配置してもよい。この場合も同様に、プーリー７１〜７４がそれぞれ可動範囲Ｄ〜Ｇにおいて軸方向に移動することにより、ベルト７５，７６を支持するプーリーのプーリー径が変化し、原動機６０から第１発電装置４及び圧縮機６への動力の分配比が調節される。
【００８６】
幾つかの実施形態では、図１又は図２に示す地域熱電併給システム１００（１００ａ，１００ｂ）は、例えば図１１に示すように、動力分配装置６２から第１発電装置４及び圧縮機６への動力の分配比Ｘ，Ｙを決定するための情報を取得する情報取得部７９と、動力分配装置６２を制御する動力分配装置制御部７８と、第１発電装置４を制御する第１発電装置制御部８０と、原動機を制御する原動機制御部９８とを備えていてもよい。情報取得部７９、動力分配装置制御部７８、第１発電装置制御部８０及び原動機制御部９８は、中央処理装置（ＣＰＵ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、およびＩ／Ｏインターフェイスなどからなるマイクロコンピュータとして構成されている。
【００８７】
一実施形態では、図１１に示すように、情報取得部７９は、過去の実測データ（例えば時間別、日別、季節別等の熱と電力の少なくとも一方の使用量データ）と天気予報情報の少なくとも一方に基づいて予測した熱需要予測情報と電力需要予測情報の少なくとも一方を取得する需要予測情報取得部８２を備えていてもよい。この場合、動力分配装置制御部７８は、需要予測情報取得部８２によって取得された熱需要予測情報と電力需要予測情報の少なくとも一方に基づいて、圧縮機６及び第１発電装置４への動力の分配比Ｘ，Ｙを調節するよう動力分配装置６２を制御可能に構成される。また、原動機制御部９８は、需要予測情報取得部８２によって取得された熱需要予測情報と電力需要予測情報の少なくとも一方に基づいて、原動機６０の出力を調整するよう原動機６０を制御可能に構成される。なお、ここでの熱需要予測情報は、冷房需要、暖房需要及び給湯需要についての予測情報が含まれる。例えば、夏期は冷房需要が大きく、冬期は暖房需要が大きいため、夏期と冬期にはＸ＝０．２５、Ｙ＝０．７５とし、春期と秋期にはＸ＝０．７５、Ｙ＝０．２５に設定してもよい。これにより、動力の分配比Ｘ，Ｙ及び原動機の出力を、過去の傾向や天気予報を考慮した最適な分配比及び出力に調節することができる。
【００８８】
一実施形態では、図１１に示すように、情報取得部７９は、再生可能エネルギー型発電装置５の出力予測情報を取得する出力予測情報取得部８４を備えていてもよい。この場合、動力分配装置制御部７８は、例えば図１２に示すように、出力予測情報取得部８４によって取得された出力予測情報における出力予測が小さいほど、第１発電装置４への動力の分配比Ｘを大きくするよう動力分配装置６２を制御可能に構成される。これにより、動力の分配比Ｘ，Ｙを、再生可能エネルギー型発電装置５の出力を考慮した最適な分配比に調節することができる。
【００８９】
一実施形態では、図１１に示すように、情報取得部７９は、電気料金情報を取得する電気料金情報取得部８６と、原動機６０で使用する燃料価格情報を取得する燃料価格情報取得部８８とを備えていてもよい。この場合、図１１に示す第１発電装置制御部８０は、燃料価格情報取得部８８によって取得した燃料価格が電気料金情報取得部８６によって取得した電気料金と比較して割高である場合に、蓄電池１１又は電力系統からの電力によって第１発電装置４を電気モーターとして駆動するよう構成される。また、動力分配装置６２は、第１発電装置４が電気モーターとして駆動された場合には、図９を用いて説明したようにクラッチ７７を切り離すことにより、電気モーターからの動力を圧縮機６に伝達する。これにより、地域熱電併給システム１００の運転コストを低減することができる。
【００９０】
一実施形態では、図１１に示すように、情報取得部７９は、蓄電池１１に蓄電されている電気の残量情報を取得する第１残量情報取得部９０と、蓄圧断熱貯槽１０に蓄熱されている熱の残量情報を取得する第２残量情報取得部９２と、を備えていてもよい。この場合、動力分配装置制御部７８は、蓄電池１１の残量と蓄圧断熱貯槽１０の残量の何れか一方が基準蓄電量又は基準蓄熱量に対して不足している場合に、蓄電池１１と蓄圧断熱貯槽１０のうち残量が不足している方へのエネルギー充填を優先するように圧縮機６及び第１発電装置４への動力の分配比Ｘ，Ｙを調節する。また、動力分配装置制御部７８は、蓄電池１１の残量と蓄圧断熱貯槽１０の残量の両方が基準蓄電量と基準蓄熱量に対してそれぞれ不足している場合に、蓄電池１１と蓄圧断熱貯槽１０のうち残量の不足レベルが大きい方へのエネルギー充填を優先するように圧縮機６及び第１発電装置４への動力の分配比Ｘ，Ｙを調節する。これにより、蓄電池１１と蓄圧断熱貯槽１０の残量がそれぞれ一定レベル以上に維持されるため、非常時（例えば系統電力が停電し、原動機６０が故障するような状況）においても、蓄電池１１及び蓄圧断熱貯槽１０に貯めた電気及び熱によって一定期間は安定した熱電併給を行うことができる。
【００９１】
一実施形態では、図１又は図２に示す地域熱電併給システム１００（１００ａ，１００ｂ）において、停電時において原動機６０が故障中である場合に、再生可能エネルギー型発電装置５によって蓄電池１１を充電してもよい。再生可能エネルギー型発電装置５によって蓄電池１１を充電しても、蓄電池１１の電気の残量が基準蓄電量に満たない場合には、蓄圧断熱貯槽１０から熱媒体を放出して、図６に示した第２発電装置５７に熱媒体を供給して発電を行い、得られた電力により蓄電池１１を充電し、基準蓄電量に対する不足分を補ってもよい。これにより、速やかに効率的に蓄電池１１を充電し、電気を確保することができる。
【００９２】
一実施形態では、図１に示す地域熱電併給システム１００ａの第４共用流路２２は、図１３に示すように、複数の需要体２から回収した熱媒体を第２膨張タービン３８を迂回して圧縮機６に供給するための迂回流路９４と、複数の需要体２から回収した熱媒が迂回流路９４を通るか第２膨張タービン３８を通るかを切り替える切り替え装置９６と、を備えていてもよい。この場合、切り替え装置９６は、通常時には熱媒体に残存する圧力エネルギーを利用して発電を行うため、熱媒体が第２膨張タービン３８を通るように、停電時において原動機６０が故障中である場合には圧縮機６に圧力を保持したままの熱媒体を供給するため、熱媒体が迂回流路９４を通るように上記切り替えを行う。また、停電時において原動機６０が故障中である場合には、第１発電装置制御部８０（図１１参照）は、再生可能エネルギー型発電装置５と蓄電池１１の少なくとも一方からの電力によって第１発電装置４を電気モーターとして駆動する。動力分配装置６２（図１１参照）は、第１発電装置４が電気モーターとして駆動された場合に、上述したように電気モーターからの動力を圧縮機６に伝達する。これにより、停電時において原動機６０が故障中である場合であっても、圧縮機６を駆動して高温高圧の熱媒体を確保することができ、圧縮機６の駆動に要する動力を低減することができる。
【００９３】
以上に説明した地域熱電併給システム１００（１００ａ，１００ｂ）における熱媒体の流れの典型例を図１４〜図１７を用いて説明する。
図１４は、地域熱電併給システム１００ａにおいて第１熱交換器３４を冷房機器として使用する場合の熱媒体の流れを示す図である。
図１４に示す地域熱電併給システム１００ａにおいて、まず、圧縮機６で圧縮された高温高圧の熱媒体が第１共用流路１６を通って蓄圧断熱貯槽１０に供給される。蓄圧断熱貯槽１０から放出された高温高圧の熱媒体は分配器５２により第２共用流路１８及び第３共用流路２０へ分配される。
【００９４】
第２共用流路１８へ分配された熱媒体は、放熱装置１２によって冷却されてその一部が凝縮する。放熱装置１２によって冷却された熱媒体は、第１膨張装置１４へ供給され減圧されて低温低圧の熱媒体となり、複数の第１供給流路２４へ流入する。
【００９５】
第１供給流路２４へ流入した熱媒体は、各需要体２が有する第１熱交換器３４へ供給されて冷房のために使用される。
【００９６】
一方、第３共用流路２０へ分配された高温高圧の熱媒体は、複数の第２供給流路２６へ流入する。第２供給流路２６に流入した熱媒体は、分配器５６を介して第２熱交換器３６へ供給されて給湯のために使用される。
【００９７】
第１熱交換器３４及び第２熱交換器３６から第１回収流路３０及び第２回収流路３２を介して回収した熱媒体は、エジェクタ４２によって合流した後、第３回収流路４１を介して第４共用流路２２に流入する。
【００９８】
第４共用流路２２に流入した熱媒体は、第４共用流路２２に設けられた第２膨張タービン３８を駆動し、これにより第２膨張タービン３８に連結された発電機４０から電力が得られる。
【００９９】
第２膨張タービン３８から排出された熱媒体は、第４共用流路２２を通って圧縮機６に供給され、再び圧縮されて上述の流れを繰り返す。
【０１００】
図１５は、地域熱電併給システム１００ａにおいて第１熱交換器３４を暖房機器として使用する場合の熱媒体の流れを示す図である。
図１５に示す地域熱電併給システム１００ａにおいて、まず、圧縮機６で圧縮された高温高圧の熱媒体が第１共用流路１６を通って蓄圧断熱貯槽１０に供給される。蓄圧断熱貯槽１０から放出された高温高圧の熱媒体は分配器５２を介して第３共用流路２０へのみ供給される（第２共用流路１８へは分配されない）。
【０１０１】
第３共用流路２０へ供給された高温高圧の熱媒体は、複数の第２供給流路２６へ流入する。第２供給流路２６に流入した熱媒体は分配器５６を介して第１熱交換器３４と第２熱交換器３６とに分配される。すなわち、第２供給流路２６を流れる熱媒体は、第３供給流路２８を介して第１熱交換器３４へ供給されて暖房のために使用されるか、第２熱交換器３６へ供給されて給湯のために使用される。
【０１０２】
第１熱交換器３４及び第２熱交換器３６から第１回収流路３０及び第２回収流路３２を介して回収した熱媒体は、エジェクタ４２によって合流した後、第３回収流路４１を介して第４共用流路２２に流入する。
【０１０３】
第４共用流路２２に流入した熱媒体は、第４共用流路２２に設けられた第２膨張タービン３８を駆動し、これにより第２膨張タービン３８に連結された発電機４０から電力が得られる。
【０１０４】
第２膨張タービン３８から排出された熱媒体は、第４共用流路２２を通って圧縮機６に供給され、再び圧縮されて上述の流れを繰り返す。
【０１０５】
図１６は、地域熱電併給システム１００ｂにおいて第１熱交換器３４を冷房機器として使用する場合の熱媒体の流れを示す図である。
図１６に示す地域熱電併給システム１００ｂにおいて、まず、圧縮機６で圧縮された高温高圧の熱媒体が第１共用流路１６を通って蓄圧断熱貯槽１０に供給される。蓄圧断熱貯槽１０から放出された高温高圧の熱媒体は分配器５２により第２共用流路１８及び第３共用流路２０へ分配される。
【０１０６】
第２共用流路１８へ分配された熱媒体は、放熱装置１２によって冷却されてその一部が凝縮する。放熱装置１２によって冷却された熱媒体は、第１膨張装置１４へ供給され減圧されて低温低圧の熱媒体となり、複数の第１供給流路２４へ流入する。
【０１０７】
第１供給流路２４へ流入した熱媒体は、各需要体２が有する第１熱交換器３４へ供給されて冷房のために使用される。
【０１０８】
第１熱交換器３４から第１回収流路３０を介して回収した熱媒体は、第４回収流路４７を介して第４共用流路２２の第１流路部２２ａに流入する。第１流路部２２ａに流入した熱媒体は、そのまま圧縮機６へ供給され、再び圧縮されて上述の流れを繰り返す。
【０１０９】
一方、第３共用流路２０へ分配された高温高圧の熱媒体は、複数の第２供給流路２６へ流入する。第２供給流路２６に流入した熱媒体は、分配器５６を介して第２熱交換器３６へ供給されて給湯のために使用される。
【０１１０】
第２熱交換器３６から第２回収流路３２を介して回収した熱媒体は、第３回収流路４１を介して第６共用流路５５に流入する。
【０１１１】
第６共用流路５５に流入した熱媒体は、第２共用流路１８における放熱装置１２と第１膨張装置１４との間で第２共用流路１８を流れる熱媒体と合流し、第１膨張装置１４で減圧されて上述したように冷房のために使用される。
【０１１２】
図１７は、地域熱電併給システム１００ｂにおいて第１熱交換器３４を暖房機器として使用する場合の熱媒体の流れを示す図である。
図１７に示す地域熱電併給システム１００ｂにおいて、まず、圧縮機６で圧縮された高温高圧の熱媒体が第１共用流路１６を通って蓄圧断熱貯槽１０に供給される。蓄圧断熱貯槽１０から放出された高温高圧の熱媒体は分配器５２を介して第３共用流路２０へのみ供給される（第２共用流路１８へは分配されない）。
【０１１３】
第３共用流路２０へ流入した高温高圧の熱媒体は、複数の第２供給流路２６へ流入する。第２供給流路２６に流入した熱媒体は分配器５６を介して第１熱交換器３４と第２熱交換器３６とに分配される。すなわち、第２供給流路２６を流れる熱媒体は、第３供給流路２８を介して第１熱交換器３４へ供給されて暖房のために使用されるか、第２熱交換器３６へ供給されて給湯のために使用される。
【０１１４】
第１熱交換器３４及び第２熱交換器３６から第１回収流路３０及び第２回収流路３２を介して回収した熱媒体は、第３回収流路４１を介して第６共用流路５５に流入する。
【０１１５】
第６共用流路５５に流入した熱媒体は、第２共用流路１８における放熱装置１２と第１膨張装置１４との間で第２共用流路１８へ流入し、第１膨張装置１４で減圧された後、第４共用流路２２の第２流路部２２ｂへ流入する。第２流路部２２ｂに流入した熱媒体は、第３熱交換器３９で例えば地中熱を利用して昇温されてから圧縮機６へ供給され、再び圧縮されて上述の流れを繰り返す。
【０１１６】
なお、図１及び図２に示した地域熱電併給システム１００では、第１発電装置４、圧縮機６、駆動装置８等の共用設備は１つずつ設けているが、これらの共用設備の数はこれに限らない。すなわち、対象地域の熱需要量や電力需要量に応じて適切な数を設ければよい。例えば第１発電装置４や第２発電装置５７を多数設けて地域熱電併給システム１００における発電設備の設備容量を増加させることで、系統電力への依存度の低い分散型のエネルギーシステムを構築することができる。
【０１１７】
本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
【符号の説明】
【０１１８】
２  需要体
４  第１発電装置
５  再生可能エネルギー型発電装置
６  圧縮機
８  駆動装置
１０  蓄圧断熱貯槽
１１  蓄電池
１２  放熱装置
１４  第１膨張装置
１４ａ  第１膨張タービン
１４ｂ  発電機
１４ｃ  膨張弁
１５  電力ライン
１６  第１共用流路
１７  高圧受変電設備
１８  第２共用流路
２０  第３共用流路
２２  第４共用流路
２２ａ  第１流路部
２２ｂ  第２流路部
２４  第１供給流路
２６  第２供給流路
２８  第３供給流路
３０  第１回収流路
３２  第２回収流路
３４  第１熱交換器
３６  第２熱交換器
３７  貯湯槽
３８  第２膨張タービン
３９  第３熱交換器
４０  発電機
４１  第３回収流路
４２  エジェクタ
４４  ノズル
４６  吸込部
４７  第４回収流路
４８  ディフューザ
４９  バルブ
５０  第５共用流路
５１  切換弁
５２  分配器
５３  切換弁
５４  バルブ
５５  第６共用流路
５６  分配器
５７  第２発電装置
５８  蒸発器
５９  膨張タービン
６０  原動機
６１  発電機
６２  動力分配装置
６３  凝縮器
６４  第４熱交換器
６５  スターリングエンジン
６６  熱電発電装置
６７〜７４  プーリー
７５，７６  ベルト
７７  クラッチ
７８  動力分配装置制御部
７９  情報取得部
８０  第１発電装置制御部
８２  需要予測情報取得部
８４  出力予測情報取得部
８６  電気料金情報取得部
８８  燃料価格情報取得部
９０  第１残量情報取得部
９２  第２残量情報取得部
９４  迂回流路
９６  切り替え装置
９８  原動機制御部
１００  地域熱電併給システム
【図１】
0006408315.tif 000002
【図２】
0006408315.tif 000003
【図３】
0006408315.tif 000004
【図４Ａ】
0006408315.tif 000005
【図４Ｂ】
0006408315.tif 000006
【図４Ｃ】
0006408315.tif 000007
【図５】
0006408315.tif 000008
【図６Ａ】
0006408315.tif 000009
【図６Ｂ】
0006408315.tif 000010
【図７Ａ】
0006408315.tif 000011
【図７Ｂ】
0006408315.tif 000012
【図７Ｃ】
0006408315.tif 000013
【図７Ｄ】
0006408315.tif 000014
【図８Ａ】
0006408315.tif 000015
【図８Ｂ】
0006408315.tif 000016
【図９Ａ】
0006408315.tif 000017
【図９Ｂ】
0006408315.tif 000018
【図１０】
0006408315.tif 000019
【図１１】
0006408315.tif 000020
【図１２】
0006408315.tif 000021
【図１３】
0006408315.tif 000022
【図１４】
0006408315.tif 000023
【図１５】
0006408315.tif 000024
【図１６】
0006408315.tif 000025
【図１７】
0006408315.tif 000026