(57)【要約】【課題】建築時の現地施工工数を低減し、工期短縮が可能であると共に、設置スペースが省スペースで納まるコジェネレーションシステムを提供する。【解決手段】電気と熱を出力するコジェネレーション装置１０と、該コジェネレーション装置１０からの前記熱を蓄熱する蓄熱装置２０と、を備えたコジェネレーションシステム１であって、前記コジェネレーション装置１０及び前記蓄熱装置２０は、並置して一ユニットとし、該ユニット１を建物７０に設置する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気と熱を出力するコジェネレーション装置と、該コジェネレーション装置からの前記熱を蓄熱する蓄熱装置と、を備えたコジェネレーションシステムであって、
前記コジェネレーション装置及び前記蓄熱装置は、並置して一ユニットとし、該ユニットを建物に設置することを特徴とするコジェネレーションシステム。
【請求項２】
前記コジェネレーション装置及び前記蓄熱装置は、動作可能にユニット化されることを特徴とする請求項１に記載のコジェネレーションシステム。
【請求項３】
前記建物は、ユニット工法により製造された複数の建物ユニットから構成され、前記ユニットは、前記建物ユニット内に設置されることを特徴とする請求項１又は２に記載のコ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、燃料電池ユニット等のコジェネレーション装置から発生する電気と熱とを利用するコジェネレーションシステムに係り、特に、コジェネレーション装置と蓄熱装置とをユニットとしてユニット化することで運搬及び現地での設置・施工を容易にしたコジェネレーションシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電気と熱を供給するコジェネレーションシステムは、一般的に、コジェネレーション装置本体と、熱を貯める蓄熱装置（温水を貯める場合は貯湯装置）と、からなる。そして、コジェネレーションシステムを建物に設置する際には、たとえ建物を新設する場合であっても、建物の建築後にシステム据付け等の現地施工が行なわれる。また、このようなコジェネレーションシステムは、その装置が大きいため、屋外に設置されることが多い。
【０００３】
そこで、原燃料タンクの少なくとも一部を蓄熱槽とすることで、従来の蓄熱槽が小型化または不要となり、システムの小型化が図れるコジェネレーションシステムの開示がされている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−２７３９１６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このようなコジェネレーションシステムを設置するには、この他にも以下の課題がある。まず、コジェネレーションシステムは、蓄熱装置を小型化したとしても、それ自体は大きいため、広い設置スペースが必要である。特に、屋内に設置する場合は、住宅建築後にコジェネレーションシステムが搬入されるので、このシステムを屋内搬入するための搬入スペースと、このシステムの据付け及び配管及び配線することを考慮した施工スペースと、を確保する必要がある。よって、屋内に設置されるよりも、屋外に設置される場合が多く、このような場合には、風雨などの耐環境性を考慮して防水対策などを施さなければならない。
【０００６】
また、コジェネレーションシステムを現地に運搬及び設置する場合は、必ずしも作業環境が良いわけではないため、特に、システムの設置及び配管及び配線するための現地の施工工数は多い。また、従来は、建物の建築後にシステムを運搬及び設置されるが、工期短縮が必要な場合に、このような運搬及び設置の作業と住宅の建築の作業とを輻輳させたとしても、それほど工期は短くならない。
【０００７】
この他にも、住宅がある程度完成した時点で、配線及び配管するので、配管及び配線するためのルートは、必然的に制限を受け、最短のルート、完成後の美観を考慮したルートなど、最適なルート選定は、困難となる。さらに、配線及び配管後にシステムのテスト運転を行って、仮にテスト運転で不具合が発生した場合には、修復が煩雑となってしまう。
【０００８】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、コジェネレーションシステムをユニット化することによって、コンパクトな機器配置が可能となり、現地で運搬及び設置等の施工工数を低減すると共に現地施工日数を短縮できるコジェネレーションシステムを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成すべく、本発明に係るコジェネレーションシステムは、電気と熱を出力するコジェネレーション装置と、該コジェネレーション装置からの前記熱を蓄熱する蓄熱装置と、を備えたコジェネレーションシステムであって、前記コジェネレーション装置及び前記蓄熱装置は、並置して一ユニットとし、該ユニットを建物に設置する。
【００１０】
前記のごとく構成された本発明のコジェネレーションシステムは、コジェネレーション装置及び蓄熱装置が、一ユニットとして、並置されてユニット化されるので、コンパクトな機器配置が可能となる。また、現地での施工スペースをあまり必要としないので、現地設置場所の省スペース化が実現される。また、このコジェネレーションシステムは、予め工場で、ユニット化されて一ユニットとされるので、運搬及び設置が容易となる。このことより、現地の施工工数が大幅に削減されるばかりでなく、工事期間の短縮も可能となる。
【００１１】
本発明に係るコジェネレーションシステムは、前記コジェネレーション装置及び前記蓄熱装置が、動作可能にユニット化される。前記のごとく構成された本発明のコジェネレーションシステムは、現地施工前に工場内で、動作可能となるように、各装置に配管及び配線するので、工場においてシステム単体の試運転調整ができる。さらに、配管及び配線後に調整した状態を保持して現地に設置されるので、現地設置後のシステム調整及び施工箇所のチェックなどの現地作業負荷が大幅に軽減される。また、従来の現地施工では敷設が困難な箇所にも、事前に、配管及び配線することが可能である。
【００１２】
本発明に係るコジェネレーションシステムは、前記建物が、ユニット工法により製造された複数の建物ユニットから構成され、前記ユニットは、前記建物ユニット内に設置される。
【００１３】
前記のごとく構成された本発明のコジェネレーションシステムは、建物の一部である建物ユニット内に、ユニットを予め工場で設置するので、現地でユニットを建物内に搬入及び設置する作業は不要となり、現地では、ユニットが設置された建物ユニットを従来通りに組込めばよい。また、既にユニット工法で製造された１つの建物ユニット内にユニットを納めるので、各建物ユニットの大幅な設計変更は必要とならない。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るコジェネレーションシステムの一実施形態を図面に基づき詳細に説明する。図１は、本実施形態に係るコジェネレーションシステムのシステムブロック図である。
【００１５】
図１において、コジェネレーションシステム（ユニット）１は、コジェネレーション装置（以下燃料電池ユニット）１０及び貯湯装置２０を備えたシステム（場合によっては、補助熱源６０を含む）であり、コジェネレーションシステム１は、後述するように、これら機器を並置し、ユニット１としてユニット化されている。本実施形態では、図１の太点線で囲んだ部分で構成される。そして、燃料電池ユニット１０は、燃料ガス２が供給され、供給される燃料ガス２を用いて、燃料電池ユニット１０内で電気と熱とを生成し、蓄湯装置２０は、燃料電池ユニット１０の熱を回収する。
【００１６】
この燃料電池ユニット１０は、改質装置１１、燃料電池スタック１２、インバータ１３、及び熱交換器１４などを主に備え、これらの機器は、制御装置１５により制御される。都市ガスあるいはＬＰガス等の燃料ガス２は、ガス調整弁１７で調整後、改質装置１１で水素に変換され、燃料電池スタック１２に送られる。燃料電池スタック１２内では、水素と酸素を反応させて、直流の電気と熱を発生させる。出力される直流電力は、インバータ１３を用いて交流電力に変換され、電気制御装置１６及び分電盤３０を介して商用電源３４の幹線ラインに供給される。
【００１７】
分電盤３０は主幹ブレーカ３１、個別ブレーカ３２を備えており、電気制御装置１６では電気負荷３３に見合った電気を燃料電池ユニット１０から出力するように制御装置１５に指令を出す。この時、電気負荷３３が燃料電池ユニット１０の定格出力以上であるならば、燃料電池ユニット１０は定格で発電し、電気負荷３３が燃料電池ユニット１０の定格出力以下ならば、燃料電池ユニット１０は、電気負荷３３と同等の出力を発電するような電気負荷追従運転を行う。
【００１８】
一方、燃料電池ユニット１０の各部には、上水５が供給されている。改質装置１１と、燃料電池スタック１２で発生する熱は熱交換器１４を介して温水循環路１９Ａ、１９Ｂから、温水として貯湯装置２０に溜められる。熱交換器１４に入る温水循環路１９Ａには温度センサ１８Ａが設置され、熱交換器１４から出る温水循環路１９Ｂには温度センサ１８Ｂが設置されている。温度センサ１８Ａ，１８Ｂは、それぞれ貯湯装置２０から出る温度と、貯湯装置２０に入る温度を計測する。ここでは、貯湯装置２０の貯湯タンク２１の水をポンプＰで引き、熱交換器１４との水循環により発生熱を回収し、貯湯タンク２１内の水温を高めることができる。このようにして貯湯タンク２１に蓄えられた温水は、貯湯タンク２１上部の給湯管から出湯される。このとき必要に応じて上水５と混合され、給湯負荷６１に利用される。ここで、貯湯装置２０と給湯負荷６１との間に、補助熱源６０を入れても良い。
【００１９】
燃料電池ユニット１０の運転には燃料電池ユニット用リモコン４０を用いる。燃料電池ユニット用リモコン４０には、設定装置４１、演算装置４２、記憶装置４３、及び表示装置４４が備えてある。ここで、設定装置４１は日付や、演算させる各種の情報、数値を入力するものであり、入力された情報や数値は記憶装置４３にデータベース化して記憶される。そして、演算装置４２は記憶された情報や数値を基に、発電量、発熱量、及び発電効率等の各種演算を行うと共に、表示装置４４で表示する。
【００２０】
熱関連部（「貯湯装置２０」または「貯湯装置２０＋補助熱源６０」）に関しては、熱関連部用リモコンとして、台所設置のリモコン５０Ａと、浴室設置のリモコン５０Ｂが設置され、それぞれ台所用給湯の温度設定と、浴室給湯の温度設定や湯量設定等を行う。ここでは２つのリモコンを用いたが、これらのリモコンは、設置場所に合わせて３つ以上設置するようにしてもよい。
【００２１】
図２は、図１のコジェネレーションシステム（以下ユニット）１が、建物である住宅７０に設置された第一の実施形態を示した斜視図である。このユニット１は予め工場などで、燃料電池ユニット１０及び貯湯装置２０などを並置し、ユニット化されており、燃料電池ユニット１０及び貯湯装置２０にはシステム１の動作確認が可能なように、予め配管及び配線されている。そして、ユニット１は、該ユニット１を設置するための住宅７０の凹所７１となる設置スペースに設置され、住宅７０に敷設された管、設置された分電盤などに接続される。
【００２２】
このように、ユニット１は、ユニット化をして、住宅７０の凹所７１に設置することで、施工スペースなどを考慮する必要がなく、コンパクトな機器配置が可能となり、設置箇所の省スペース化が実現される。そして、このコンパクト化及びユニット化により屋内に設置することが容易になるので、屋外設置時の風雨などの環境対策などは必要性がなくなる。以上より、現地の施工工数が大幅に削減されるばかりでなく、工事期間の短縮も可能となる。さらに、現地施工前に工場内で、該システム単体を試運転調整することが可能であり、現地据付け後のシステム調整及び施工箇所のチェックなどの現地作業負荷が軽減される。また、従来では現地施工では敷設が困難な箇所にも、事前に配管及び配線することが可能である。
【００２３】
図３は、図１のユニット１を、ユニット住宅８０の建物ユニット８１の１つに設置した第二の実施形態を示す斜視図である。ユニット住宅８０は、複数の建物ユニット８１を水平方向に並べると共に上部に重ねて構成され、各々の建物ユニット８１は、例えば柱及び梁を溶接して直方体状にした鉄骨ラーメン構造体である。ユニット１は、複数の建物ユニット８１の１つに設置されている。この建物ユニット８１には、室内空間８１ａと、ユニット１のための空間８１ｂと、を仕切るための間仕切り８２が、設けられている。また、間仕切り８２がなく、建物ユニット８１にユニット１のみが配設されるような形態であってもよい。そして、ユニット１が配設された建物ユニット８１の空間８１ｂの床面には、燃料電池ユニット１０、貯湯装置２０、及び必要に応じて設けられた補助熱源６０（図示していない）を接続するための熱交換用の管、及び燃料ガス管等が、工場内で予め敷設されている（図示していない）。また、燃料電池ユニット１０からの電力を出力する電気線なども同様に敷設されており、これら電気線は、屋内の分電盤３０に接続される。また、この分電盤３０は、燃料電池ユニット１０の近傍に設置されていることが好ましい。
【００２４】
このように、ユニット工法を用いてユニット１を工場などで予め、住宅の一部である建物ユニット８１に設置しているため、現地でユニット１を住宅に搬入及び設置する作業は不要となり、現地の作業は、ユニット１が設置された建物ユニット８１を組込むのみでよい。また、第一の実施形態と同様に、工場で予めシステム１の動作は確認済みなので、現地の施工負荷が軽減される。この他にも、既にユニット工法として製造された１つの建物ユニット８１内にユニット１を納めるので、各建物ユニット８１の大幅な設計変更は必要とならない。
【００２５】
以上、本発明の一実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。
【００２６】
例えば、実施形態では、コジェネレーションシステムは、住宅に設置したが、住宅に限られるものではなく、ユニットが設置可能な建物であれば、特に限定されない。また、ユニットを屋内に設置するようにしたが、このユニットを、屋外に設置してもよい。さらに、第一の実施形態のごとく、ユニット１を建物の凹所に設置した場合は、風雨に曝されることを考慮して、屋外とシャッタ等で区切ってもよい。また、ユニットは、直方体状の枠組み、又は鋼材を溶接して形成したベース上にコジェネレーション装置と貯湯装置を載置して固定してもよく、建物ユニットそのものにこれら機器を載置して、ユニット化してもよい。
【００２７】
この他にも、コジェネレーション装置として燃料電池ユニットの例を示したが、ディーゼルエンジンやガスタービンエンジン等の原動機により発電機を駆動し、排熱を利用する形式のものでもよい。また、燃料電池ユニットはリン酸型、溶融炭酸塩型、固体電解質型等、適宜のものを使用することができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上の説明から理解できるように、本発明のコジェネレーションシステムは、予め工場でユニット化するので、機器配置をコンパクトにできると共に、屋内に搬入するためのスペース及び施工するためのスペースをあまり必要としないので、システム設置場所の省スペース化が実現される。
【００２９】
また、ユニット化することで運搬が容易になり、現地で、建築作業と同時にコジェネレーションシステムを据付けられるので、現地施工工数の大幅な削減が可能となる。さらに、事前に工場でコジェネレーションシステム単体の試運転調整をすることができ、現地作業負荷が軽減される。そして、このような現地工数の削減により、建物自体の工期短縮も図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態のコジェネレーションシステムのシステム概要図。
【図２】図１のコジェネレーションシステムを備えたユニットを、住宅に設置した状態を表わす第一の実施形態を示す斜視図。
【図３】本発明を、ユニット工法で建築されたユニット住宅の建物ユニットの１つに設置した第二の実施形態を示す斜視図。
【符号の説明】
１…コジェネレーションシステム（ユニット）、１０…燃料電池ユニット（コジェネレーション装置）、２０…貯湯装置（蓄熱装置）、４０…燃料電池ユニット用リモコン、６０…熱補助源、７０…住宅、７１…凹所、８０…ユニット住宅、８１…建物ユニット、８１ａ、８１ｂ…空間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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