(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の負荷に電力を供給する電力供給システムであって、
分散して設けられ、対応する負荷に電力を供給する複数の燃料電池と、
複数の前記燃料電池の各々の近傍に設けられ、対応する燃料電池により生成された熱量を貯蓄し、対応する熱負荷に前記熱量を供給する複数の熱蓄積装置と、
前記負荷およびそれぞれの前記燃料電池と接続可能な主電力ネットワークと、
前記熱負荷に供給する熱需要がより大きな前記熱蓄積装置に対応する前記燃料電池から順に、前記複数の負荷の総需要電力を発電することのできる数の前記燃料電池を選択して発電をさせ、それぞれの前記燃料電池が生成した熱量を当該燃料電池の近傍の前記熱蓄積装置に貯蓄させ、前記複数の燃料電池が発電した電力を、前記主電力ネットワークを介してそれぞれの前記負荷の需用電力に応じて供給させる電源制御部と、
を備えた電力供給システム。
【請求項２】
複数の負荷に電力を供給する電力供給システムであって、
分散して設けられ、対応する負荷に電力を供給する複数の燃料電池と、
複数の前記燃料電池の各々の近傍に設けられ、対応する燃料電池により生成された熱量を貯蓄し、対応する熱負荷に前記熱量を供給する複数の熱蓄積装置と、
前記複数の負荷およびそれぞれの前記燃料電池と接続可能な主電力ネットワークと、
蓄積をしている熱量がより小さな前記熱蓄積装置に対応する燃料電池から順に、前記複数の負荷の総需要電力を発電することのできる数の前記燃料電池を選択して発電をさせ、それぞれの前記燃料電池が生成した熱量を、当該燃料電池の近傍の前記熱蓄積装置に貯蓄させ、前記複数の燃料電池が発電した電力を、前記主電力ネットワークを介してそれぞれの前記負荷の需用電力に応じて供給させる電源制御部と、
を備えた電力供給システム。
【請求項３】
前記電源制御部は、前記複数の負荷の前記総需要電力を、前記燃料電池一つ当たりの最大効率発電力で割った場合の商と同数の前記燃料電池を選択して発電させ、
前記電力供給システムは、前記複数の負荷の前記総需要電力を、前記燃料電池一つ当たりの最大効率発電力で割った場合の余りの電力を外部から受け取る
請求項１または２に記載の電力供給システム。
【請求項４】
外部の電力源から電力を受け取る補助電力ネットワークと、
前記外部の電力源から前記補助電力ネットワークに供給される電力に基づいて、前記外部の電力源が正常に動作しているか否かを判定する判定部と、
前記判定部が前記外部の電力源の動作が正常であると判定した場合に、前記複数の燃料電池及びそれぞれの前記負荷を前記補助電力ネットワークに接続し、前記外部の電力源及び前記複数の燃料電池から前記複数の負荷に電力を供給させ、前記判定部が前記外部の電力源の動作が異常であると判定した場合に、前記複数の燃料電池及びそれぞれの前記負荷を前記主電力ネットワークに接続し、前記複数の燃料電池から前記複数の負荷に電力を供給させる切替部と
を更に備え、
前記主電力ネットワークは前記補助電力ネットワークから独立しており、
前記切替部は、前記判定部が前記外部の電力源の動作が異常であると判定した場合に優先して電力を供給するべき負荷を、予め与えられた優先度に応じて選択し、選択した前記負荷を前記主電力ネットワークに接続する請求項１または２に記載の電力供給システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の負荷に電力を供給する電力供給システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電力供給システムが多数の負荷に対して電力を供給する場合がある。この場合に、電力及び熱量を生成してエネルギー効率を高めることができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、主電源が電力及び熱量を生成しエネルギー効率を高める、コージェネレーションシステムを構築する。この場合に、複数の主電源が発電する総発電量に対して、熱蓄積装置が蓄積する熱量の効率を向上する、という課題を解決する。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の第１の形態においては、複数の負荷に電力を供給する電力供給システムであって、分散して設けられ、対応する負荷に電力を供給する複数の燃料電池と、複数の燃料電池の各々の近傍に設けられ、対応する燃料電池により生成された熱量を貯蓄し、対応する熱負荷に熱量を供給する複数の熱蓄積装置と、負荷およびそれぞれの燃料電池と接続可能な主電力ネットワークと、熱負荷に供給する熱需要がより大きな熱蓄積装置に対応する燃料電池から順に、複数の負荷の総需要電力を発電することのできる数の燃料電池を選択して発電をさせ、それぞれの燃料電池が生成した熱量を当該燃料電池の近傍の熱蓄積装置に貯蓄させ、複数の燃料電池が発電した電力を、主電力ネットワークを介してそれぞれの負荷の需用電力に応じて供給させる電源制御部とを備えた電力供給システムを提供する。
【０００５】
本発明の第２の形態においては、複数の負荷に電力を供給する電力供給システムであって、分散して設けられ、対応する負荷に電力を供給する複数の燃料電池と、複数の燃料電池の各々の近傍に設けられ、対応する燃料電池により生成された熱量を貯蓄し、対応する熱負荷に熱量を供給する複数の熱蓄積装置と、複数の負荷およびそれぞれの燃料電池と接続可能な主電力ネットワークと、蓄積をしている熱量がより小さな熱蓄積装置に対応する燃料電池から順に、複数の負荷の総需要電力を発電することのできる数の燃料電池を選択して発電をさせ、それぞれの燃料電池が生成した熱量を、当該燃料電池の近傍の熱蓄積装置に貯蓄させ、複数の燃料電池が発電した電力を、主電力ネットワークを介してそれぞれの負荷の需用電力に応じて供給させる電源制御部とを備えた電力供給システムを提供する。
【０００６】
尚、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションも又、発明となりうる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではなく、又実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【０００８】
図１は、本発明の実施形態に係る電力供給システム１００の構成の一例を示す。電力供給システム１００は、例えば病院等の施設において、複数の負荷２１０に安定して電力を供給する。電力供給システム１００は、主ネットワーク２０、補助ネットワーク１０、判定部３０、切替部４０、複数の主電源６０、複数の熱蓄積装置７０を備える。
【０００９】
補助電力ネットワーク１０は、外部の電力源から電力を受け取る。外部の電力源は、外部から補助電力ネットワーク１０に電力を供給する電力源である。例えば、外部の電力源は他の電力供給システム１００であり、また商用電源等であってもよい。また、主電力ネットワーク２０は、補助電力ネットワーク１０から独立して設けられた電力ネットワークであり、主電源６０と接続可能に設けられる。
【００１０】
複数の主電源６０は、例えば燃料電池であって、複数の負荷２１０に対応して設けられる。ここで、負荷２１０は、電力によって駆動する装置、又は装置の集合である。つまり、負荷２１０は、一つの装置であってよく、また病院等の施設においてそれぞれの階に設置された装置の集合であってもよく、またそれぞれの部屋に設置された装置の集合であってもよい。
【００１１】
また、それぞれの主電源６０は、電力ネットワークを介して、対応する負荷２１０及び他の負荷２１０に対して電力を供給する。例えば、それぞれの主電源６０は、余剰発電力を用いて他の負荷２１０に電力を供給する。これにより、いずれかの主電源６０が故障又はメンテナンス等により発電が出来ない場合であっても、他の主電源６０から負荷２１０に電力を供給することができる。このため、電力供給の信頼性を向上することができる。
【００１２】
判定部３０は、外部の電力源から補助電力ネットワーク１０に供給される電力に基づいて、外部の電力源が正常に動作しているか否かを判定する。切替部４０は、判定部３０が外部の電力源の動作が正常であると判定した場合に、複数の主電源６０及びそれぞれの負荷２１０を補助電力ネットワーク１０に接続し、外部の電力源及び複数の主電源６０から複数の負荷２１０に電力を供給させる。
【００１３】
また、切替部４０は、判定部３０が外部の電力源の動作が異常であると判定した場合に、複数の主電源６０及びそれぞれの負荷２１０を主電力ネットワーク２０に接続し、複数の主電源６０から複数の負荷２１０に電力を供給させる。切替部４０は、それ複数の負荷２１０及び複数の主電源６０の接続をそれぞれ切り替えるためのスイッチ４２を有する。
【００１４】
つまり、複数の主電源６０は、負荷２１０に電力を常時供給する。このため、それぞれの主電源６０の故障を容易に発見することができ、非常時における電力供給の信頼性を向上することができる。また、このような制御により、異常時に外部の電力源と主電源６０とを別のネットワークに接続することができる。このため、外部の電力源の異常時に、主電源６０から外部の電力源への電力の逆潮流を防ぎ、主電源６０を常時稼働することができる。
【００１５】
また、切替部４０は、外部の電力源の電力ネットワークに対する接続を切り替えることにより、外部の電力源の動作が正常である場合に、負荷２１０、外部の電力源、及び主電源６０を同一の電力ネットワークに接続し、外部の電力源の動作が異常である場合に、外部の電力源と複数の主電源２１０とを異なる電力ネットワークに接続し、主電源６０及び負荷２１０を同一の電力ネットワークに接続してもよい。
【００１６】
また、切替部４０は、判定部３０が外部の電力源の動作が異常であると判定した場合に優先して電力を供給するべき負荷２１０を、予め与えられた優先度に応じて選択し、選択した負荷２１０を主電力ネットワーク２０に接続する。これにより、複数の主電源６０が発電することのできる総電力が不足する場合であっても、重要な負荷２１０に対して安定して電力を供給することができる。
【００１７】
熱蓄積装置７０は、複数の主電源６０のうちの少なくとも一部の主電源６０に対応して設けられ、対応する主電源６０の発電により生じる熱量を蓄積する。電力供給システム１００は、複数の熱蓄積装置７０を備えてよい。それぞれの熱蓄積装置７０は、近傍にある一又は複数の主電源６０が生じる熱量を蓄積する。熱蓄積装置７０は、例えば温水を生成するための装置である。この場合、熱蓄積装置７０は、対応する主電源６０の周囲に配水管を配置することにより、熱量を蓄積する。
【００１８】
電力供給システム１００は、主電源６０を複数有するため、熱蓄積装置７０の熱源を分散して配置することができる。このため、複数の熱蓄積装置７０の近傍に容易に熱源を配置することができ、例えば配水管等の設置コストを低減することができる。また、主電源６０が常時稼働しているため、熱蓄積装置７０は常時熱量を蓄積することができる。
【００１９】
以上説明したように、本例における電力供給システム１００によれば、負荷に対する電力供給の信頼性を向上させることができる。また、主電源６０から電力及び熱量を生成しエネルギー変換率を高める、コージェネレーションシステムを低コストで構築することができる。また、本例における電力供給システム１００によれば、複数の負荷２１０に対応して主電源６０を設けることができるため、主電源６０から負荷２１０までの電力の伝送ロスを低減することができる。また、それぞれの負荷２１０に対して複数の主電源６０が電力を供給することができるため、それぞれの主電源６０は、対応する負荷２１０に供給するべき電力のピーク値までの発電能力を有さなくともよい。これにより、複数の主電源６０全体の必要な発電能力を低減することができる。
【００２０】
また、外部の電力源は、電力供給システム１００と同一の機能及び構成を有する他の電力供給システムであってよい。この場合、補助電力ネットワーク１０は、他の電力供給システムの補助電力ネットワークと接続され、互いに電力を受け渡しする。このような形態によれば、商用電源等の系統に接続することが困難な場所においても、安価で信頼性の高い電力供給システムを提供することができる。
【００２１】
図２は、主電源６０の一例としての燃料電池の発電効率の一例を示す。図２において、横軸は燃料電池の発電量を示し、縦軸は燃料電池の発電効率を示す。図２に示すように、発電効率は発電量に応じて上昇する。このため、それぞれの主電源６０は、所定の発電量より大きい電力を発電するように制御されることが好ましい。
【００２２】
図３は、電力供給システム１００の構成の他の例を示す。本例における電力供給システム１００は、図１において説明した電力供給システム１００の構成に加え、電源制御部８０を更に備える。図３において図１と同一の符号を附した構成要素は、図１において説明した構成要素と同一の機能及び構成を有する。
【００２３】
電源制御部８０は、複数の主電源６０を制御する。例えば、電源制御部８０は、主電源６０が対応する負荷２１０に供給するべき電力を供給した場合に、当該主電源６０の発電効率が所定の値より小さくなるとき、当該主電源６０の発電を停止し、他の主電源６０から当該負荷２１０に電力を供給させる。これにより、主電源６０が低発電効率の領域で動作することを防ぎ、複数の主電源６０全体における発電効率を向上させることができる。
【００２４】
また、電源制御部８０は、複数の主電源６０にそれぞれ発電効率が略最大となる電力を発電させた場合の総発電電力が、複数の負荷２１０に供給するべき総需要電力より小さい場合に、複数の主電源６０に当該総発電電力を発電させてもよい。この場合、外部の電力源が正常に動作している場合、補助電力ネットワーク１０は、総需要電力と総発電電力の差分の電力を外部の電力源２１０から受け取る。また、外部の電力源が正常に動作していない場合、切替部４０は、総発電電力、それぞれの負荷２１０の需要電力、及びそれぞれの負荷２１０の優先度に基づいて、主電力ネットワーク２０に接続するべき負荷２１０を選択する。これにより、重要な負荷２１０に対して安定して電力を供給することができる。
【００２５】
また、電源制御部８０は、複数の主電源６０の総発電電力が、複数の負荷２１０に供給するべき総需要電力より大きい場合に、総需要電力を発電することのできる数の主電源６０を選択し、選択した主電源６０に総需要電力を発電させてもよい。これにより、稼働する主電源６０の平均発電効率を向上させることができる。また、電源制御部８０は、総需要電力を主電源６０一つ当たりの最大効率発電力で割った場合の商と同数の主電源６０を選択して発電させ、余りの電力を外部の電力源から受け取ってもよい。
【００２６】
また、電源制御部８０は、熱蓄積装置７０が対応して設けられた主電源６０に、熱蓄積装置７０が対応して設けられていない主電源６０が発電する電力より大きい電力を発電させてよい。また、電源制御部８０は、前述したように主電源６０を選択して発電させる場合に、熱蓄積装置７０が対応して設けられた主電源６０を優先して選択してもよい。また、電源制御部８０は、対応する熱蓄積装置７０の熱蓄積量が小さい主電源６０から順に選択して発電させてもよい。また、電源制御部８０は、対応する熱蓄積装置７０が熱量を供給するべき熱負荷における熱需要が大きいものから順に主電源６０を選択して発電させてもよい。これらにより、複数の主電源６０が発電する総発電量に対する、熱蓄積装置７０が蓄積する熱量の効率を向上させることができる。
【００２７】
以上説明したように、本例における電力供給システム１００によれば、複数の主電源６０における発電効率を向上させることができる。また、効率よく熱量を蓄積することができる。
【００２８】
図４は、電力供給システム１００を制御するためのコンピュータ３００の構成の一例を示す。本例において、コンピュータ３００は、電力供給システム１００を図１から図３において説明したように機能させるプログラムを格納する。コンピュータ３００は、ＣＰＵ７００と、ＲＯＭ７０２と、ＲＡＭ７０４と、通信インターフェース７０６と、ハードディスクドライブ７１０と、ＦＤディスクドライブ７１２と、ＣＤ−ＲＯＭドライブ７１６とを備える。ＣＰＵ７００は、ＲＯＭ７０２、ＲＡＭ７０４、ハードディスク７１０、ＦＤディスク７１４、及び／又はＣＤ−ＲＯＭ７１８に格納されたプログラムに基づいて動作する。
【００２９】
例えば、電力供給システム１００を機能させるプログラムは、電力供給システム１００を、図１から図３において説明した補助電力ネットワーク１０、主電力ネットワーク２０、判定部３０、切替部４０、複数の主電源６０、熱蓄積装置７０、及び電源制御部８０として機能させる。また、コンピュータ３００は、当該プログラムに基づいて、判定部３０、及び電源制御部８０として機能してもよい。
【００３０】
通信インターフェース７０６は、例えば電力供給システム１００と通信する。格納装置の一例としてのハードディスクドライブ７１０は、設定情報、ＣＰＵ７００を動作させるプログラムを格納する。ＲＯＭ７０２、ＲＡＭ７０４、及び／又はハードディスクドライブ７１０は、電力供給システム１００を図１から図３に関連して説明した電力供給システム１００として機能させるためのプログラムを格納する。また、当該プログラムは、フレキシブルディスク７２０、ＣＤ−ＲＯＭ７２２、ハードディスクドライブ７１０等に格納されていてもよい。
【００３１】
ＦＤドライブ７１２はフレキシブルディスク７１４からプログラムを読み取りＣＰＵ７００に提供する。ＣＤ−ＲＯＭドライブ７１６はＣＤ−ＲＯＭ７１８からプログラムを読み取りＣＰＵ７００に提供する。
【００３２】
また、プログラムは記録媒体から直接ＲＡＭに読み出されて実行されても、一旦ハードディスクドライブにインストールされた後にＲＡＭに読み出されて実行されても良い。更に、上記プログラムは単一の記録媒体に格納されても複数の記録媒体に格納されても良い。また記録媒体に格納されるプログラムは、オペレーティングシステムとの共同によってそれぞれの機能を提供してもよい。例えば、プログラムは、機能の一部または全部を行うことをオペレーティングシステムに依頼し、オペレーティングシステムからの応答に基づいて機能を提供するものであってもよい。
【００３３】
プログラムを格納する記録媒体としては、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭの他にも、ＤＶＤ、ＰＤ等の光学記録媒体、ＭＤ等の光磁気記録媒体、テープ媒体、磁気記録媒体、ＩＣカードやミニチュアーカードなどの半導体メモリー等を用いることができる。又、専用通信ネットワークやインターネットに接続されたサーバシステムに設けたハードディスクまたはＲＡＭ等の格納装置を記録媒体として使用してもよい。
【００３４】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更又は改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本例における電力供給システム１００によれば、負荷に対する電力供給の信頼性を向上させることができる。また、主電源６０から電力及び熱量を生成しエネルギー変換率を高める、コージェネレーションシステムを低コストで構築することができる。この場合に、複数の主電源が発電する総発電量に対して、効率よく熱量を蓄積することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態に係る電力供給システム１００の構成の一例を示す図である。
【図２】  主電源６０としての燃料電池の発電効率の一例を示す図である。
【図３】  電力供給システム１００の構成の他の例を示す図である。
【図４】  電力供給システム１００を制御するコンピュータ３００の構成の一例を示す図である。
【符号の説明】
１０・・・補助電力ネットワーク、２０・・・主電力ネットワーク、３０・・・判定部、４０・・・切替部、４２・・・スイッチ、６０・・・主電源、７０・・・熱蓄積装置、８０・・・電源制御部、１００・・・電力供給システム、２１０・・・負荷、３００・・・コンピュータ、７００・・・ＣＰＵ、７０２・・・ＲＯＭ、７０４・・・ＲＡＭ、７０６・・・通信Ｉ／Ｆ、７１０・・・ハードディスクドライブ、７１２・・・ＦＤドライブ、７１４・・・ＣＤ−ＲＯＭドライブ、７２０・・・フレキシブルディスク、７２２・・・ＣＤ−ＲＯＭ
【図１】
0003869800.tif 000002
【図２】
0003869800.tif 000003
【図３】
0003869800.tif 000004
【図４】
0003869800.tif 000005