(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力消費機器への送電ラインに外部商用電源からの受電ラインと発電手段の電力出力ラインを接続し、
発電に伴い前記発電手段で生じる排熱を回収して、その回収熱により貯湯槽内の水を加熱する排熱利用加熱手段を設けてあるコージェネレーション装置であって、
前記電力消費機器への送電ラインと前記外部商用電源からの受電ラインと前記発電手段の電力出力ラインとの接続系統から分岐送電ラインを通じて電力供給を受ける電気ヒータを設けるとともに、この電気ヒータに対する前記分岐送電ラインからの供給電力を調整するヒータ調整手段を設け、
前記電力消費機器の需要電力と前記発電手段の発電出力とのバランス状態を検出して、その検出結果に基づき、前記発電手段の発電出力が前記電力消費機器の需要電力に対し過剰の状況ではその過剰電力を前記電気ヒータで消費させ、かつ、前記発電手段の発電出力が前記電力消費機器の需要電力に対し不足の状況では前記電気ヒータへの供給電力を所定の最小電力に制限するように前記ヒータ調整手段を制御する逆潮流防止制御手段を設けてあるコージェネレーション装置。
【請求項２】
前記電気ヒータを前記排熱利用加熱手段とともに前記貯湯槽内の水に対して加熱作用させる構成にしてある請求項１記載のコジェネレーション装置。
【請求項３】
前記電気ヒータを複数設け、前記ヒータ調整手段を、これら複数の電気ヒータに対する前記分岐送電ラインからの電力供給を選択的に断続して、これら複数の電気ヒータへの総供給電力を調整する構成にしてある請求項１又は２記載のコージェネレーション装置。
【請求項４】
前記逆潮流防止制御手段を、前記外部商用電源からの受電ラインに付設の電力検出手段により検出する前記外部商用電源からの受電電力に基づき前記電力消費機器の需要電力と前記発電手段の発電出力とのバランス状態を検出する構成にしてある請求項１〜３のいずれか１項に記載のコージェネレーション装置。
【請求項５】
前記発電手段を一定の発電出力で運転する構成にしてある請求項１〜４のいずれか１項に記載のコージェネレーション装置。
【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装置に関し、詳しくは、電力消費機器への送電ラインに外部商用電源からの受電ラインと発電手段の電力出力ラインを接続し、発電に伴い発電手段で生じる排熱を回収して、その回収熱により貯湯槽内の水を加熱する排熱利用加熱手段を設けるコージェネレーション装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のコージェンレーション装置では、電力消費機器の需要電力の低下で発電手段の発電出力が電力消費機器の需要電力を上回る状態になって、外部商用電源の側への電力の逆潮流が生じる状況になると、外部商用電源からの受電ラインを切断することで、外部商用電源の側への電力の逆潮流を防止するが、外部商用電源からの受電ラインを切断すると、その切断が発電手段に悪影響を及ぼす（例えばエンジン駆動発電機ではエンジン回転数が急激な負荷低下のために急上昇する）ことで、発電手段の耐用年数の大幅な低下を招く問題がある。
【０００３】
また、このような事態を防止するには、電力消費機器の需要電力の変動に対し発電出力が電力消費機器の需要電力を上回る状況が頻繁に生じることの無いように、定格の発電出力が小さい小能力の発電手段を用いることが必要になり、そのことでコージェネレーション装置としての電力の自給率が低く制限されてしまう問題もある。
【０００４】
これらのことから、従来、この種のコージェンレーション装置では、発電手段の発電出力を電力消費機器の需要電力の変動に応じ調整（例えばエンジン駆動発電機ではエンジン出力を調整）することで、外部商用電源の側への電力の逆潮流を防止して、外部商用電源からの受電ラインの切断に至る事態を回避するようにしていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、電力消費機器の需要電力の変動に応じて発電手段の発電出力を調整する方式にしても、頻繁な出力調整のために発電手段の耐用年数が低下する問題があり、また、図６に実線で示す如く、電力消費機器の需要電力Ｗｚの急激な低下に対し発電出力Ｗｇ´の調整が追従できずに外部商用電源の側への電力の逆潮流を招いて外部商用電源からの受電ラインの切断に至る危険性があることから、破線で示す如く発電出力Ｗｇを電力消費機器の需要電力Ｗｚに比べ予め低く制限しておくことが必要になり、このことで、やはりコージェネレーション装置としての電力の自給率が低く制限されてしまう問題があった。
【０００６】
これらの実情に鑑み、本発明の主たる課題は、合理的な改良により、発電手段の耐用年数を長く確保し、また、高い電力自給率を確保しながら、外部商用電源の側への電力の逆潮流を確実に防止する点にある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
〔１〕請求項１に係る発明では、電力消費機器への送電ラインに外部商用電源からの受電ラインと発電手段の電力出力ラインを接続し、
発電に伴い前記発電手段で生じる排熱を回収して、その回収熱により貯湯槽内の水を加熱する排熱利用加熱手段を設けるコージェネレーション装置において、
前記電力消費機器への送電ラインと前記外部商用電源からの受電ラインと前記発電手段の電力出力ラインとの接続系統から分岐送電ラインを通じて電力供給を受ける電気ヒータを設けるとともに、この電気ヒータに対する前記分岐送電ラインからの供給電力を調整するヒータ調整手段を設け、
前記電力消費機器の需要電力と前記発電手段の発電出力とのバランス状態を検出して、その検出結果に基づき、前記発電手段の発電出力が前記電力消費機器の需要電力に対し過剰の状況ではその過剰電力を前記電気ヒータで消費させ、かつ、前記発電手段の発電出力が前記電力消費機器の需要電力に対し不足の状況では前記電気ヒータへの供給電力を所定の最小電力に制限するように前記ヒータ調整手段を制御する逆潮流防止制御手段を設ける。
【０００８】
つまり、この構成では、電力消費機器の需要電力に対し発電手段の発電出力が過剰となる状況が生じると、上記の逆潮流防止制御手段によるヒータ調整手段の制御（すなわち、電気ヒータへの供給電力の調整）により発電電力の過剰分を分岐送電ラインを通じて電気ヒータで消費させ、これにより、外部商用電源の側への電力の逆潮流を防止する。
【０００９】
また、電力消費機器の需要電力に対し発電手段の発電出力が不足となる状況では、上記の逆潮流防止制御手段によるヒータ調整手段の制御により分岐送電ラインからの電気ヒータへの供給電力を所定の最小電力に制限し、これにより、外部商用電源からの受電電力を電気ヒータで不必要に消費することを回避ないし抑制した状態で、電力消費機器の需要電力に対する発電出力の不足分を外部商用電源からの受電電力で賄うようにする。
【００１０】
すなわち、この構成によれば、電力消費機器への送電ラインと外部商用電源からの受電ラインと発電手段の電力出力ラインとの接続系統から電気ヒータに供給して電気ヒータで消費させる電力の調整により外部商用電源の側への電力の逆潮流を防止するから、外部商用電源からの受電ラインの切断を不要にしてその切断に原因する発電手段への悪影響を回避するとともに、発電手段の頻繁な出力調整も抑止ないし不要にすることができ、これにより、発電手段の耐用年数ひいてはコージェネレーション装置の耐用年数を長くすることができる。
【００１１】
また、電力消費機器の需要電力の変動に対し発電出力が電力消費機器の需要電力を上回る状況が頻繁に生じることの無いように、定格発電出力の小さい小能力の発電手段を用いたり、発電出力を電力消費機器の需要電力に比べ予め低く制限した状態で電力消費機器の需要電力の変動に応じ発電出力を調整するといったことも不要になり、これにより、コージェネレーション装置としての電力の自給率も高く確保することができて、コージェネレーション装置の省エネ効果を高めることができる。
【００１２】
そしてまた、電力消費機器の需要電力に対し発電出力が不足となる状況では、電気ヒータへの供給電力を所定の最小電力に制限して、外部商用電源からの受電電力を電気ヒータで不必要に消費することを回避ないし抑制することからも、コージェネレーション装置の省エネ効果を高めることができ、さらに、電力消費機器の需要電力と発電手段の発電出力とのバランス状態の検出結果に基づき電気ヒータへの供給電力を調整することから、電力消費機器の需要電力と発電手段の発電出力とのバランス状態に応じた電気ヒータに対する供給電力の調整を的確にして、上記の如き外部商用電源の側への電力の逆潮流の防止、及び、外部商用電源からの受電電力を電気ヒータで不必要に消費することの回避ないし抑制を確実にすることができる。
【００１３】
〔２〕請求項２に係る発明では、請求項１に係る発明の実施にあたり、前記電気ヒータを前記排熱利用加熱手段とともに前記貯湯槽内の水に対して加熱作用させる構成にする。
【００１４】
この構成によれば、前記電気ヒータの発生熱、すなわち、電力消費機器の需要電力に対する発電電力の過剰分による発生熱を貯湯槽内の水の加熱に回収利用するから、発電手段で生じる排熱を用いて排熱利用加熱手段により貯湯槽内の水を加熱することによるコージェネレーション装置の本来の省エネ効果と相俟って、より高い省エネ効果を得ることができる。
【００１５】
なお、電気ヒータを貯湯槽内の水に対して加熱作用させるには、電気ヒータを貯湯槽内の水に対して直接的に加熱作用させる方式、あるいは、適当な熱媒体を介して電気ヒータを貯湯槽内の水に対し加熱作用させる方式のいずれを採用してもよい。
【００１６】
〔３〕請求項３に係る発明では、請求項１又は２に係る発明の実施にあたり、前記電気ヒータを複数設け、前記ヒータ調整手段を、これら複数の電気ヒータに対する前記分岐送電ラインからの電力供給を選択的に断続して、これら複数の電気ヒータへの総供給電力を調整する構成にする。
【００１７】
この構成によれば、交流電力であるか直流電力であるかを問わず、各電気ヒータへの電力供給を選択的に断続するリレー等の単純なスイッチ構造で前記ヒータ調整手段を構成できるから、電気ヒータへの供給電力の調整面で装置構成を簡易にすることができる。
【００１８】
なお、複数の電気ヒータに互いの定格消費電力が相違する電気ヒータを用いれば、電気ヒータの数を少数にしながらも上記の選択的電力供給により電気ヒータへの総供給電力を多様に調整することができて、外部商用電源の側への電力の逆潮流を防止すること、及び、外部商用電源からの受電電力を電気ヒータで不必要に消費するのを回避ないし抑制することの対応性を高めることができる。
【００１９】
〔４〕請求項４に係る発明では、請求項１〜３のいずれか１項に係る発明の実施にあたり、前記逆潮流防止制御手段を、前記外部商用電源からの受電ラインに付設の電力検出手段により検出する前記外部商用電源からの受電電力に基づき前記電力消費機器の需要電力と前記発電手段の発電出力とのバランス状態を検出する構成にする。
【００２０】
この構成によれば、例えば電力消費機器の需要電力及び発電手段の発電出力（発電電力）を検出して、それらの差を演算する形態で電力消費機器の需要電力と発電手段の発電出力とのバランス状態を検出するに比べ、それらのバランス状態を外部商用電源からの受電電力の直接的検出だけで簡易に検出することができ、これにより、装置構成を簡略にすることができる。
【００２１】
〔５〕請求項５に係る発明では、請求項１〜４のいずれか１項に係る発明の実施にあたり、前記発電手段を一定の発電出力で運転する構成にする。
【００２２】
この構成によれば、発電手段の出力調整に原因する耐用年数の低下をより一層効果的に防止できて、発電手段の耐用年数ひいてはコージェネレーション装置の耐用年数をさらに効果的に長くすることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図１はエンジン駆動発電機を用いたコージェネレーション装置を示し、発電手段１として発電機１ａとこの発電機１ａを駆動するガスエンジン１ｂを設け、この発電手段１の電力出力ライン２と外部商用電源３からの受電ライン４とを電力消費機器５への送電ライン６に接続してある。
【００２４】
７は給湯用の貯湯槽、８は発電に伴い発電手段１で生じる排熱を回収してその回収熱により貯湯槽７内の水を加熱する排熱利用加熱手段であり、この排熱利用加熱手段８は、具体的には、貯湯槽７内に設けた水加熱用の熱交換器８ａと、エンジン１ｂの排熱（エンジン排ガスの保有熱やエンジン冷却での奪取熱）により加熱した熱媒Ｒを熱交換器８ａに循環させる循環路８ｂとで構成してある。
【００２５】
また、貯湯槽７内には上記の熱交換器８ａとともに貯湯槽７内の水に対して加熱作用させる電気ヒータ９を設けてあり、この電気ヒータ９へは発電手段１の電力出力ライン２から分岐した分岐送電ライン１０を通じて電力供給を行うようにしてある。
【００２６】
１１は電力消費機器５の需要電力Ｗｚと発電手段１の発電出力Ｗｇとのバランス状態に応じて電気ヒータ９への供給電力Ｗｈを調整する制御ユニットであり、この制御ユニット１１には、電気ヒータ９への供給電力Ｗｈを調整するヒータ調整手段として電気ヒータ９への分岐送電ライン１０に介装するサイリスタ等のゲート素子１２と、外部商用電源３からの受電電力Ｗｉｎ（買電電力）を検出する電力検出手段として外部商用電源３からの受電ライン４に付設する電力検出器１３と、逆潮流防止用の制御手段として電力検出器１３の検出情報に基づきゲート素子１２を制御する制御器１４とを装備してある。
【００２７】
そして、この制御器１４は、Ｗｉｎ＝Ｗｚ＋Ｗｈ−Ｗｇとなる電力関係において、電力検出器１３により検出される外部商用電源３からの受電電力Ｗｉｎが０未満に低下する傾向を示すと、外部商用電源３からの受電電力Ｗｉｎを０に保つように電気ヒータ９への供給電力Ｗｈを増加側に調整し、一方、電気ヒータ９への供給電力Ｗｈが調整下限のＷｈ＝所定の正の最小値まで未だ減少していない状況で、電力検出器１３により検出される外部商用電源３からの受電電力Ｗｉｎが増加傾向を示すと、電気ヒータ９への供給電力Ｗｈを減少側に調整するように、ゲート素子１２を制御（例えば位相角制御）する構成にしてあり、これにより、発電手段１の発電出力Ｗｇが電力消費機器５の需要電力Ｗｚに対し過剰の状況では、その過剰電力（＝Ｗｇ−Ｗｚ）を電気ヒータ９で消費させて、外部商用電源３の側への電力の逆潮流を防止し、また、発電手段１の発電出力Ｗｇが電力消費機器５の需要電力Ｗｚに対し不足の状況では電気ヒータ９への供給電力Ｗｈを所定の最小電力に制限して、外部商用電源３からの受電電力Ｗｉｎを電気ヒータ９で不必要に消費することを抑止する。
【００２８】
発電手段１は、図２において破線で示す如く、その運転開始から貯湯槽７内の水が所定温度に上昇するまでの間、定格出力で一定出力運転するようにしてあり、この定格運転において同図２に示す如く、発電手段１の発電出力Ｗｇが電力消費機器５の需要電力Ｗｚを上回る状況では、上記制御器１４による電気ヒータ９への供給電力Ｗｈ（換言すれば電気ヒータ９の消費電力）の調整により発電手段１の発電出力Ｗｇの過剰分（＝Ｗｇ−Ｗｚ）が電気ヒータ９で消費されて貯湯槽７内の水の加熱に利用され、逆に、電力消費機器５の需要電力Ｗｚが発電手段１の発電出力Ｗｇを上回る状況では、上記制御器１４による電気ヒータ９への供給電力Ｗｈの調整により電気ヒータ９への電力供給が断たれた状態で電力不足分（＝Ｗｚ−Ｗｇ）が外部商用電源３からの受電（買電）により賄われる。
【００２９】
〔別実施形態〕
次に別の実施形態を列記する。
【００３０】
前述の実施形態では、ヒータ調整手段をサイリスタ等のゲート素子１２で構成したが、電気ヒータ９への供給電力Ｗｈを調整するヒータ調整手段には種々の形式のものを採用でき、例えば図３に示す如く、複数の電気ヒータ９ａ〜９ｅを設ける構成にして、各電気ヒータ９ａ〜９ｅへの分岐送電ライン１０からの電力供給を選択的に断続するリレー等のスイッチ１２ａ〜１２ｅによりヒータ調整手段を構成し、これらスイッチ１２ａ〜１２ｅを電力検出器１３による検出受電電力Ｗｉｎに基づき制御器１４により選択的に開閉して複数の電気ヒータ９ａ〜９ｅへの総供給電力Ｗｈを調整するようにしてもよい。
【００３１】
なお、図３に示す装置構成において複数の電気ヒータ９ａ〜９ｅに互いの定格消費電力が相違する電気ヒータを用いれば、電気ヒータ９ａ〜９ｅの数を少数にしながらも、それら電気ヒータ９ａ〜９ｅに対する選択的電力供給により電気ヒータ９ａ〜９ｅへの総供給電力Ｗｈを多様に調整することができる。
【００３２】
図３において、１５は発電手段１に燃料電池などの直流発電手段を用いることに対し、その直流の発電出力Ｗｇを交流に変換するインバータであり、また、図３に示す装置構成において、発電手段１に交流発電手段を用いる場合には図中破線で示す如き整流器１６をインバータ１５の上流側に介装する。
【００３３】
電気ヒータ９を排熱利用加熱手段８とともに貯湯槽７内の水に対して加熱作用させる場合、前述の実施形態の如く電気ヒータ９を貯湯槽７内の水に対し直接に加熱作用させるに代え、図４に示す如く、水加熱用の熱交換器８ａと発電手段１との間で循環させる熱媒Ｒに対して電気ヒータ９を加熱作用させる構成にしてもよい。
【００３４】
電気ヒータ９，９ａ〜９ｅの発生熱は貯湯槽７内の水の加熱に限らず種々の温熱用途に有効利用することができ、また場合によっては、図５に示す如く電気ヒータ９の発生熱を外部へ放熱するようにしてもよい。
【００３５】
前述の実施形態では電気ヒータ９への分岐送電ライン１０を発電手段１の電力出力ライン２から分岐したが、これに限らず、電気ヒータ９への分岐送電ライン１０は、発電手段１の電力出力ライン２と外部商用電源３からの受電ライン４と電力消費機器５への送電ライン６との接続系統におけるいずれの箇所から分岐してもよい。
【００３６】
前述の実施形態では、外部商用電源３からの受電ライン４に付設の電力検出手段１３により外部商用電源３からの受電電力Ｗｉｎを検出して、その検出受電電力Ｗｉｎに基づき電力消費機器５の需要電力Ｗｚと発電手段１の発電出力Ｗｇとのバランス状態を検出するようにしたが、電力消費機器５の需要電力Ｗｚと発電手段１の発電出力Ｗｇとのバランス状態を検出する具体的検出手段は種々の構成変更が可能であり、例えば、電力消費機器５の需要電力Ｗｚと発電手段１の発電出力Ｗｇとの差を演算する形態で両者のバランス状態を検出するようにしてもよい。
【００３７】
発電手段１は、エンジンをもって発電機を駆動するエンジン駆動式のものや燃料電池、あるいは、ガスタービン形式のものなど、発電に伴い排熱を生じるものであればどのような形式のものであってもよい。
【００３８】
また、前述の実施形態では、発電手段１を一定出力で運転するようにしたが、発電手段１を電力消費機器５の需要電力Ｗｚの変動に応じ段階的に又は緩やかに出力調整する構成にして、その段階的ないし緩やかな出力調整で電力消費機器５の需要電力Ｗｚの変動に対し追従し切れずに生じる発電出力Ｗｇの過剰分を電気ヒータ９で消費するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態を示すコージェネレーション装置の装置構成図
【図２】装置の運転形態を示すグラフ
【図３】別実施形態を示す装置構成図
【図４】他の別実施形態を示す装置構成図
【図５】他の別実施形態を示す装置構成図
【図６】従来の発電出力調整形態を示すグラフ
【符号の説明】
１              発電手段
２              電力出力ライン
３              外部商用電源
４              受電ライン
５              電力消費機器
６              送電ライン
７              貯湯槽
８              排熱利用加熱手段
９              電気ヒータ
９ａ〜９ｅ      電気ヒータ
１０            分岐送電ライン
１２            ヒータ調整手段
１２ａ〜１２ｅ  ヒータ調整手段
１３            電力検出手段
１４            逆潮流防止制御手段
Ｗｇ            発電手段の発電出力
Ｗｈ            電気ヒータへの供給電力
Ｗｉｎ          外部商用電源からの受電電力
Ｗｚ            電力消費機器の需要電力
【図１】
0004485616.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
0004485616.tif 000006
【図６】
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