(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力負荷に電力を供給する発電機と、発電機を駆動する熱機関と、熱機関で発生する排熱を回収する排熱回収手段とを有する自己完結型熱電併給装置において、
複数の蓄電池セルを直列に接続した蓄電池ユニットと、
蓄電池ユニットの温度を検出するユニット温度センサと、
蓄電池セルを複数のグループに分け、各グループ毎の温度を検出するグループ温度センサと、
蓄電池ユニットを冷却するユニット冷却手段と、
前記各グループ毎に蓄電池セルを冷却するグループ冷却手段と、
蓄電池ユニットを充電する充電電力が可変である充電手段と、
蓄電池ユニットと負荷との間に介在され、蓄電池ユニットの放電電力が可変である放電手段と、
充電手段、放電手段およびユニット温度センサの出力に応答し、ユニット冷却手段によって蓄電池ユニットを冷却するとともに、各グループ温度センサの出力に応答し、前記出力が定める値以上のグループを検出し、グループ冷却手段によって該グループを冷却する制御手段と、
電力負荷の消費電力が発電機の特定出力未満のとき、発電機からの余剰電力を蓄電池ユニットに蓄え、電力負荷の消費電力が発電機の特定出力を超えるとき、不足電力を蓄電池ユニットから供給するもう１つの制御手段とを含むことを特徴とする自己完結型熱電併給装置。
【請求項２】
電力負荷に電力を供給する燃料電池と、燃料電池で発生する排熱を回収する排熱回収手段とを有する自己完結型熱電併給装置において、
複数の蓄電池セルを直列に接続した蓄電池ユニットと、
蓄電池ユニットの温度を検出するユニット温度センサと、
蓄電池セルを複数のグループに分け、各グループ毎の温度を検出するグループ温度センサと、
蓄電池ユニットを冷却するユニット冷却手段と、
前記各グループ毎に蓄電池セルを冷却するグループ冷却手段と、
蓄電池ユニットを充電する充電電力が可変である充電手段と、
蓄電池ユニットと負荷との間に介在され、蓄電池ユニットの放電電力が可変である放電手段と、
充電手段、放電手段およびユニット温度センサの出力に応答し、ユニット冷却手段によって蓄電池ユニットを冷却するとともに、各グループ温度センサの出力に応答し、前記出力が定める値以上のグループを検出し、グループ冷却手段によって該グループを冷却する制御手段と、
電力負荷の消費電力が燃料電池の特定出力未満のとき、燃料電池からの余剰電力を蓄電池ユニットに蓄え、電力負荷の消費電力が燃料電池の特定出力を超えるとき、不足電力を蓄電池ユニットから供給するもう１つの制御手段とを含むことを特徴とする自己完結型熱電併給装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蓄電池ユニットの充電装置または放電装置を用いた自己完結型熱電併給システム（一般にはコージェネシステムともいう）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近注目されている熱電併給システムは、発電に際して発生する排熱を有効に利用するシステムである。熱電併給システムにおいては、発電機を駆動する熱機関から排出される排ガスの保有する熱エネルギが排熱として回収されて有効に利用されるので、エネルギの利用効率が高い。
【０００３】
従来用いられている熱電併給システムは、電力負荷の消費電力に応じて発電機を稼動しているため、最大の消費電力に対応した大容量発電機を設けている。そして消費電力が少ないときには、発電機は少ない負荷で運転される。発電機を駆動する熱機関、たとえば燃料ガスを利用するガスタービンは、特定出力で運転されるとき最も効率がよく、低負荷運転では効率が低下する。さらに極端な低負荷では運転はできない。そのため電力負荷の消費電力が一定量を超えたときは買電を併用し、また電力負荷の消費電力が極端に低い深夜などは、発電機を停止し買電に切替えている。
【０００４】
また、近年、独立形態の電力供給システムの導入が検討されている。これは、電気事業法の規制緩和に伴い、一般電気事業者以外のものの電気事業への参入が認められたことによる。このような電気事業への参入形態として、たとえば、電気を供給する地域を限定した特定地点供給が挙げられる。このような場合には、電気を供給する供給業者は、事故または定期点検などのバックアップのとき以外は一般電気事業者からの電気供給を受けることはできない。それゆえに、その特定地域の電気供給業者は、電気需要に応じて全て供給する義務があり、したがってこのようなシステムを提供しようとする業者は、故障等の特別な場合を除いて商用電源からの電力を受けなくて運転される形態の電源供給システム、すなわち自己完結型のシステムを採用する必要がある。
【０００５】
このような自己完結型システムの場合、一定の発電能力の機器を備え電力負荷の消費電力が少ない場合に余剰電力を貯蔵し、電力負荷の消費電力が多い場合、貯蔵した電力で不足電力を補うことが必要となる。電力の貯蔵に用いる蓄電池ユニットは、充電容量（単位重量または容量当りの蓄電量）が大きいことと、蓄電池ユニットに充電する充電電力または蓄電池ユニットから電力負荷に供給する放電電力が大きいときは速やかに、また前記電力が小さいときはそれに見合った早さで充電／放電することが要求される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、全体の効率がよく、かつ設備容量を低減して、コンパクトにすることができる自己完結型熱電併給システムを提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、電力負荷に電力を供給する発電機と、発電機を駆動する熱機関と、熱機関で発生する排熱を回収する排熱回収手段とを有する自己完結型熱電併給装置において、
複数の蓄電池セルを直列に接続した蓄電池ユニットと、
蓄電池ユニットの温度を検出するユニット温度センサと、
蓄電池セルを複数のグループに分け、各グループ毎の温度を検出するグループ温度センサと、
蓄電池ユニットを冷却するユニット冷却手段と、
前記各グループ毎に蓄電池セルを冷却するグループ冷却手段と、
蓄電池ユニットを充電する充電電力が可変である充電手段と、
蓄電池ユニットと負荷との間に介在され、蓄電池ユニットの放電電力が可変である放電手段と、
充電手段、放電手段およびユニット温度センサの出力に応答し、ユニット冷却手段によって蓄電池ユニットを冷却するとともに、各グループ温度センサの出力に応答し、前記出力が定める値以上のグループを検出し、グループ冷却手段によって該グループを冷却する制御手段と、
電力負荷の消費電力が発電機の特定出力未満のとき、発電機からの余剰電力を蓄電池ユニットに蓄え、電力負荷の消費電力が発電機の特定出力を超えるとき、不足電力を蓄電池ユニットから供給するもう１つの制御手段とを含むことを特徴とする自己完結型熱電併給装置である。
【００１２】
ここで用いる特定出力とは、一般に最大出力未満であって最も効率のよい定格出力を云うが、これに限るものではない。また特定出力は時間とともに変化しない一定値に設定する場合が多いが、これに限らず特定出力が時間とともに変化するように設定することもできる。
【００１３】
本発明に従う自己完結型熱電併給システムには前記充電装置と放電装置とを有する蓄電池ユニットが設けられる。このため発電機は、常に特定出力で運転され、余剰電力が生じたときは、その余剰電力に見合った温度に蓄電池ユニットの温度が調整され、かつ温度の高いグループの蓄電池セルが、グループ冷却手段によって冷却されて蓄電池ユニットに蓄えられ、電力が不足したときはその不足電力に見合った温度で蓄電池ユニットに蓄えられた電力が電力負荷に補給される。このため蓄電池ユニットおよび各蓄電池セルが最適の温度で充電／放電される。これによって最大消費電力を賄う大容量の発電機およびこれを駆動する大容量の熱機関を必要とせず、設備容量を低減できる。また常に特定出力で発電機が運転されるので、熱機関および発電機の効率を高くすることができ、排熱回収手段を含めて高効率でエネルギが変換される。また本システムを用いれば電力負荷が極端に少ない深夜などは、発電機を停止して、蓄電池ユニットのみの電力供給も可能である。
【００１４】
本発明に用いる発電機は、交流発電機、直流発電機のいずれであってもよい。交流発電機を用いた場合は、蓄電池に電力を備えるためにコンバータで交流を直流に変換する必要がある。電力負荷は、市販の電気機器を用いるならば、蓄電池からの直流をインバータで交流に変換する必要がある。直流発電機を用いれば、コンバータは不要となり、また直流の電力負荷を用いるならばインバータも不要となる。
【００１５】
本発明に用いる熱機関は、特に限定されるものではないが、燃料が安定して供給される都市ガスを用いたガスタービンが構成が簡単で取扱いやすく好ましい。
【００１６】
また本発明は、電力負荷に電力を供給する燃料電池と、燃料電池で発生する排熱を回収する排熱回収手段とを有する自己完結型熱電併給装置において、
複数の蓄電池セルを直列に接続した蓄電池ユニットと、
蓄電池ユニットの温度を検出するユニット温度センサと、
蓄電池セルを複数のグループに分け、各グループ毎の温度を検出するグループ温度センサと、
蓄電池ユニットを冷却するユニット冷却手段と、
前記各グループ毎に蓄電池セルを冷却するグループ冷却手段と、
蓄電池ユニットを充電する充電電力が可変である充電手段と、
蓄電池ユニットと負荷との間に介在され、蓄電池ユニットの放電電力が可変である放電手段と、
充電手段、放電手段およびユニット温度センサの出力に応答し、ユニット冷却手段によって蓄電池ユニットを冷却するとともに、各グループ温度センサの出力に応答し、前記出力が定める値以上のグループを検出し、グループ冷却手段によって該グループを冷却する制御手段と、
電力負荷の消費電力が燃料電池の特定出力未満のとき、燃料電池からの余剰電力を蓄電池ユニットに蓄え、電力負荷の消費電力が燃料電池の特定出力を超えるとき、不足電力を蓄電池ユニットから供給するもう１つの制御手段とを含むことを特徴とする自己完結型熱電併給装置である。
【００１７】
本発明に従えば、電力負荷に供給される電力は燃料電池によって発電される。燃料電池も特定出力で運転される。余剰電力が充電手段によって検出され、それに見合った温度に蓄電池ユニットの温度がユニット冷却手段によって、かつ温度の高いグループの蓄電池セルがグループ冷却手段によって冷却されて蓄電池に蓄えられ、不足電力が放電手段によって検出され、それに見合った温度に蓄電池ユニットおよび各蓄電池セルの温度が冷却手段によって冷却されて電力負荷に供給される。燃料電池による発電は、ガスタービンなどの熱機関で発電機を駆動する発電に比し、可動部分が少なく騒音の発生が少ない。またエネルギの変換効率も高い。なお燃料電池で発生する電力は直流電力であるので、コンバータは不要である。直流の電力負荷に対しては、インバータも不要である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施の形態である自己完結型の熱電併給システム１のブロック図である。本システム１は、電力負荷１０にライン８２を介して電力を供給する交流発電機２と、交流発電機２を駆動するガスタービン３と、蓄電池ユニット４と排熱回収手段２２とを含む。交流発電機２で発電された電力は、商用電力と実質上同一の電圧、周波数でよく、たとえば１００Ｖ，６０Ｈｚである。燃料ガスは、燃料ガス供給源５から管路８４を介して供給され、流量制御装置６でその流量が制御され、燃焼器７で燃焼される。高温の燃焼ガスはタービン８を駆動する。タービン８には、交流発電機２と圧縮機９とが直結され、圧縮機９では空気が加圧され、燃焼器７に送られ燃焼用空気となる。交流発電機２は、回転数を一定にすることによって一定の周波数の交流を発電する。このためガスタービン３は、回転数を一定にし、出力トルクに応じて燃料ガスの流量が流量制御装置６で制御される。タービン８の排ガスは、管路８６を介して排熱回収手段２２で排熱が回収される。
【００１９】
蓄電池ユニット４は、図２に示すように複数の矩形板状の蓄電池セル１０１−１，１０１−２，１０１−３，１０１−４…（総称するときは１０１）を両端の電圧が約１００Ｖになるように直列に接続し、各セル１０１が、鉛直方向に向くように直方体状の電池ケース４５に収納したものである。
【００２０】
また蓄電池セル１０１は、電池ケース４５内の位置、たとえば周辺部、中央部によって複数のグループ（図２では５つのグループ）１０２−１，１０２−２，…，１０２−５（総称するときは１０２）にグループ分けされ、電池ケース４５の天板５０にはグループ毎にダンパ１０４−１，１０４−２，…，１０４−５（総称するときは１０４）が設けられる。さらに電池ケース４５には、グループ１０２毎に温度計５２−１，５２−２，…，５２−５（総称するときは５２）が設けられ、各グループ１０２の温度が計測される。また中央部の温度計５２−３は電池ユニット４全体の温度としても計測される。電池ケース４５の下部には、送風機５６、熱交換器５８を含む冷却手段５４が設けられる。一般に送風機５６からの冷風は、中央部に多く周辺部では少なくなるので、たとえばダンパ１０４−１，１０４−５は全開、ダンパ１０４−２，１０４−４は２／３開、ダンパ１０４−３は１／３開に調整された状態で各電池セルは均等に冷却される。この状態は温度計５２でチェックされ、各ダンパ１０４の開度が微調整される。
【００２１】
蓄電池ユニット４と電力負荷１０との間にコンバータ１２およびインバータ１４が配設されている。コンバータ１２は、交流電力を直流電力に変換するものであり、電力負荷１０に供給される交流電力の一部を蓄電池ユニット４に蓄えるときに作動される。また、インバータ１４は、直流電力を交流電力に変換するものであり、蓄電池ユニット４に蓄えた電力を電力負荷１０に供給するときに作動される。
【００２２】
発電機２と電力負荷１０との間には、同期投入装置１６によって投入される第１の開閉スイッチ１８が設けられる。またインバータ１４と電力負荷１０との間には、同期投入装置１６によって投入される第２の開閉スイッチ２０が配設されている。同期投入装置１６は、交流発電機２から電力負荷１０に電力を供給しているときにさらにインバータ１４からの交流電力を負荷１０に供給するとき、あるいはインバータ１４から電力負荷１０に電力を供給しているときにさらに交流発電機２からの交流電力を負荷１０に供給するときに作動される。この同期投入装置１６は、交流発電機２からの交流電力とインバータ１４からの交流電力の電圧、周波数および位相を検出してそれらがほぼ一致したときに第１の開閉スイッチ１８（インバータ１４からの電力に加えて交流発電機２からの電力を供給するとき）または第２の開閉スイッチ２０（交流発電機２からの電力に加えてインバータ１４からの電力を供給するとき）を閉（ＯＮ）にする。
【００２３】
図３は、制御手段４２のブロック図である。電力負荷１０の消費電力Ｌが電力計４４によって検出され、制御手段４２に送給される。また各グループ１０２の温度が各グループ温度計５２によって計測され、制御手段４２に送給される。制御手段４２は、この電力計４４および温度計５２からの信号に応じて、交流発電機２、流量制御装置６、コンバータ１２、インバータ１４、同期投入装置１６、冷却手段５４，ダンパ１０４および開閉スイッチ１８，２０，２４を作動制御する。すなわち、制御手段４２は、交流発電機２に関連して、これを作動させるときには作動信号を生成し、また流量制御装置６に関連し、交流発電機２の出力を大きくするときには増加信号を、交流発電機２の出力を小さくするときには減少信号をそれぞれ生成する。また、この制御手段４２は、コンバータ１２に関連して、発電機２からの交流電力を蓄電池ユニット４に蓄えるときには貯蔵信号を生成し、蓄電池ユニット４とコンバータ１２との間にある接点２５が可動片２３によって蓄電池ユニット４に接続され、インバータ１４に関連して、蓄電池ユニット４に蓄えられた電力を電力負荷１０に送給するときには送給信号を生成し、蓄電池ユニット４とインバータとの間にある接点２１が可動片２３によって蓄電池ユニット４に接続され、発電機２からの電力に加えて蓄電池ユニット４からの電力を電力負荷１０に供給するとき、または蓄電池ユニット４からの電力に加えて発電機２からの電力を負荷１０に供給するときには、制御手段４２は投入信号を生成し、同期投入装置１６に送給する。
【００２４】
さらに制御手段４２は、電力計４４からの信号に応じて、交流発電機２の特定出力と電力負荷２の消費電力Ｌとの差を演算し、これを充電電力または放電電力とし、この電力に見合った電池ケース４５の温度を演算し、この演算した温度に電池ケース４５内の温度がなるように、冷却信号を生成し、冷却手段５４に送給する。また各グループ温度計５２の出力に応じて、各グループ１０２の温度が均一になるようにダンパ１０４を微調整する。
【００２５】
かくのとおり本システム１は、自己完結型システムとして用いられるが、システムの点検、故障等の通常運転が不可能な場合には、図示していないが、一般の商用電源に電気的に接続され、商用電源からの電力が電力負荷１０に供給されることも考えられる。
【００２６】
次に、図４に示すフローチャートに従って、制御手段４２による本発明の自己完結型熱電併給システム１の制御について説明する。本実施の形態では、交流発電機２は通常は特定出力で運転され、電力負荷１０の消費電力が交流発電機２の特定出力より小さいとき、交流発電機２からの余剰電力が蓄電池ユニット４に蓄えられ、電力負荷１０の消費電力が特定出力を超えると蓄電池ユニット４からの電力が負荷１０に供給される。したがって、通常、第１の開閉スイッチ１８は閉状態に維持される。
【００２７】
詳述すると、ステップａ２で電力負荷１０の電力消費Ｌが交流発電機２の特定出力Ｗと等しい場合には、交流発電機２にて発生する電力と電力負荷１０の電力消費とが等しいので、発電機２からの電力は全て電力負荷１０に供給され、電力負荷１０にて消費される。それゆえに、制御手段４２は貯蔵信号および送給信号を生成することなく、ステップａ３で第１の開閉スイッチ１８が閉状態となり、第２、第３の開閉スイッチ２０，２４が開状態となり、コンバータ１２およびインバータ１４は非作動状態にある。
【００２８】
ステップａ２でＬ≠Ｗの場合、ステップａ５でＬ＜ＷかＬ＞Ｗかが判断され、Ｌ＜Ｗのときステップａ６でＬ≦Ｗ０かＬ＞Ｗ０かが判断される。Ｌ＜Ｗは夜間の電力小使用期間であり、Ｌ≦Ｗ０は深夜の電力極小使用期間に相当する。Ｗ＞Ｌ＞Ｗ０のとき、ステップａ７に進み、第３の開閉スイッチ２４を閉じ、ステップａ８に進み、制御手段４２は貯蔵信号を生成してコンバータ１２に送給する。かくすると、コンバータ１２が作動し、発電機２からの電力のうち余剰の交流電力が直流電力に変換され、変換された電力が蓄電池ユニット４に充電される。ステップａ９で蓄電池ユニット４が充電完了か否かが電池ケース４５の温度などで判断され、充電が完了すると、蓄電池ユニット４から充満電信号が制御手段４２に送給され、この充満電信号に基づいて制御手段４２は貯蔵信号の生成を終了し、これによって蓄電池ユニット４への充電が停止する。蓄電池ユニット４への充電が完了した後は、ステップａ１０に進み、第２の開閉スイッチ２４が開き、ステップａ１１に進み、電力負荷１０の増減に応じて（この増減は発電機２の特定出力より小さい範囲内における増減である）制御手段４２は増加信号、減少信号を生成する。増加信号（または減少信号）が生成されると、流量制御装置６によるガスの送給量が増加（または減少）し、交流発電機２の発電量が増大（または減少）し、交流発電機２は負荷１０の電力消費量に対応した電力発生する。
【００２９】
ステップａ５でＬ＞Ｗと判断される。すなわち電力負荷１０の消費電力が交流発電機２の特定出力より大きくなる（たとえば昼間の電力大使用期間になる）と、ステップａ１２に進み、制御手段４２は、送給信号を生成してインバータ１４に送給する。かくすると、インバータ１４が作動され、蓄電池ユニット４からの直流電力が交流電力に変換され、ステップａ１３に進み、制御手段４２は、投入信号を生成し、この投入信号を同期投入装置１６に送給する。かくすると、同期投入装置１６が作動し、交流発電機２からの交流電力とインバータ１４からの交流電力の電圧、周波数および位相を検出してこれらが一致すると第２の開閉スイッチ２０を閉にする（この第２の開閉スイッチ２０は、インバータ１４からの電力の供給が停止すると開（ＯＦＦ）になる）。第２の開閉スイッチ２０が閉になると、交流発電機２からの電気回路とインバータ１４からの電気回路とが電気的に接続され、交流発電機２からの交流電力に加えてインバータ１４からの交流電力が電力負荷１０に送給され、発電機２の不足電力が蓄電池ユニット４からの電力によって補充される。かくして、発電機２と蓄電池ユニット４を組合わせて発電機２の能力不足分を蓄電池ユニット４によって補充するようにしているので、発電機２自体の能力、すなわち発電機およびそれに関連する設備を小さくすることができ、システム全体のコストダウンを図ることができる。
【００３０】
システムをより効率的に運用するには、次のとおりにするのが好ましい。すなわち、ステップａ６でＬ≦Ｗ０と判断されたとき（たとえば深夜の電力極小使用期間になる）には、交流発電機２を停止して蓄電池ユニット４から電力を供給する。ステップａ１５では、交流発電機２からの交流電力が第１および第３の開閉スイッチ１８，２４が閉じて、電力負荷１０とコンバータ１２を介して蓄電池ユニット４に供給されていることが確認される。ステップａ１６では制御手段４２は、貯蔵信号の生成を停止し、送給信号を生成してインバータ１４に送給する。これによってインバータ１４が作動され、蓄電池ユニット４からの直流電力が交流電力に変換される。ステップａ１７に進み、制御手段４２は投入信号を生成し、この投入信号を同期投入装置１６に送給する。かくすると同期投入装置１６が作動し、これによって同期投入装置１６は、交流発電機２からの交流電力とインバータ１４からの交流電力の電圧、周波数および位相がほぼ一致したとき、第２開閉スイッチが閉じ、ステップａ１８で第１および第３開閉スイッチ１８，２４が開く。これで瞬間停電を生じることなく、電力負荷１０に供給される電力が交流発電機２の電力から蓄電池ユニット４からインバータ１４を介した電力に切換わる。次にステップａ１９で制御手段４２は、作動信号の生成を停止する。作動信号が生成されなくなると、交流発電機２の作動が停止し、燃料ガスの供給が流量制御装置６で停止される。この状態はステップａ２０でＬ≦Ｗ０の間継続される。
【００３１】
前記の状態から電力負荷１０の消費電力が増大して、ステップａ２０でＬ≦Ｗ０が否定されると、ステップａ２１に進み、制御手段４２は作動信号を生成し、これによって流量制御装置６はガス供給源５から燃料ガスを交流発電機２の駆動のために燃焼器７に供給し、交流発電機２が作動して交流電力を生成する。次にステップａ２２に進み投入信号が生成される。これによって同期投入装置１６は、交流発電機２からの交流電力とインバータ１４からの交流電力の電圧、周波数および位相がほぼ一致したとき第１の開閉スイッチ１８を閉にし、交流発電機２にて発生した交流電力が負荷１０に送給される。次にステップａ２３に進み送給信号を停止する。これによってインバータ１４が非作動状態となり、これに伴って第２の開閉スイッチ２０が開（ＯＦＦ）になり、蓄電池ユニット４からの電力の供給が終了する。次にステップａ２４に進み制御手段２２で貯蔵信号が生成され、コンバータ１２が作動され、発電機２からの交流電力の一部が蓄電池ユニット４に蓄えられる。したがって電力負荷１０の消費電力が極小から小に増大すると、蓄電池ユニット４に代えて交流発電機２により電力が供給される。
【００３２】
本実施の形態における交流発電機２の特定出力は、一般に最も効率のよい運転が可能となる定格出力である。これは交流発電機２の最大出力の７０〜８０％のことが多い。したがって電力負荷１０の消費電力と交流発電機２の特定出力とが等しい場合として、定格出力と最大出力との間の消費電力としてもよい。この場合は、電力負荷の増減に応じて（この増減は発電機２の特定出力と最大出力との間における増減である）制御手段４２は増加信号または減少信号を生成し、流量制御装置６による燃料ガスの送給量が増加または減少し、交流発電機２は負荷１０の電力消費量に対応した電力を発生する。
【００３３】
図５は、充電電力（または放電電力、以下同じ）と蓄電池の温度との関係を示すグラフである。充電電力が大きくなると充電抵抗が増えるため蓄電池の温度が上昇し、充電速さが低下する。充電抵抗（蓄電池の内部抵抗）は、図６に示すように温度を低くすると小さくなる。したがって充電電力に見合った温度に蓄電池を冷却することによって、充電を効率よく行うことができる。蓄電池の冷却は、蓄電池ユニット４全体の冷却と、各グループ１０２間の温度が均一になるように行われる。制御手段４２によって蓄電池ユニット４全体の温度、すなわち電池ケース４５中央部の温度を充電電力に見合った温度に冷却するとともに、グループ１０２間の温度が均一になるように各ダンパ１０４の開度を微調整することによって行われる。冷却手段５４は、たとえば電池ケース４５に空気を送る送風機５６と、送風機５６からの空気をさらに冷媒、たとえば冷水で冷却する熱交換器５８とを含む。
【００３４】
次に、図７に示すフローチャートによって、制御手段４２による冷却手段５４の制御について説明する。ステップｂ２でまず電力負荷１０の消費電力Ｌと交流発電機２の特定出力Ｗとが比較され、Ｌ＞ＷのときはＬ−Ｗが演算されてこれが放電電力とされ、Ｗ＞Ｌ＞Ｗ０のときは、Ｗ−Ｌが演算されてこれが充電電力とされ、Ｗ０＞ＬのときはＬが放電電力とされ、これらの充電電力または放電電力に見合った蓄電池４の温度Ｔが決定される。なお、Ｗ＝Ｌのときは充電／放電は行われないので、冷却信号は生成しない。ステップｂ３では、この温度Ｔが温度計５２−３の温度ｔと比較され、Ｔ≦ｔになると、ステップｂ４で冷却信号を生成し、送風機５６が運転され、蓄電池ユニット４が冷却される。ステップｂ５で、Ｔ＋ΔＴ≧ｔが否定される、たとえば夏期などで気温が高く、送風機５６から送られる空気では、蓄電池４が規定温度Ｔまで冷却されず、さらに電池ケース４５内の温度が上昇してＴ＋ΔＴになると、ステップｂ６に進み熱交換器５８に冷水が流され、送風機５６からの空気が冷やされ、冷やされた空気によって蓄電池ユニット４が冷却される。ΔＴはたとえば２℃に設定される。
【００３５】
次に図８に示すフローチャートによって、制御手段４２による各ダンパ１０４の制御について説明する。ステップｃ１でダンパ１０４−１，１０４−５が全開、ダンパ１０４−２，１０４−４が２／３開、ダンパ１０４−３が１／３開の状態でスタートし、ステップｃ２で冷却手段５４が運転されるか否かが判断される。冷却手段５４が運転されると、ステップｃ３に進み、温度計５２のうち最高温度ＴＨと最低温度ＴＬとが検出され、ステップｃ４でＴＨ−ＴＬが予め定める温度差Ｔ１、たとえば５ｄｅｇより大きいか否かが判断され、これが否定される、すなわちＴＨ−ＴＬ≦Ｔ１ならばステップｃ５で一連の制御は終了する。ＴＨ−ＴＬ＞Ｔ１が肯定されれば、ステップｃ６に進み、ＴＨを検出する温度計５２の属するグループ１０２、たとえばグループ１０２−２の直上にあるダンパ１０４−２が開方向に、またＴＬを検出する温度計５２の属するグループ１０２、たとえばグループ１０２−４の直上にあるダンパ１０４−４が開方向に僅かに動くダンパ微調整が行われ、ステップｃ４に戻る。
【００３６】
排熱回収手段２２は、ガスタービン３の排ガスを管路８６を介して受入れ、その排熱を回収するものであり、吸収式冷凍機１９、温水ボイラ２６、給湯器２８などから成る。タービン８の排ガスは、冷房を必要とするときは、バルブＶ１から吸収式冷凍機１９の再生器に供給され、冷水を発生する。暖房を必要とするときは、バルブＶ２から温水ボイラ２６に供給され温水を発生する。これらで発生した冷温水は、バルブＶ３〜Ｖ６を切換えることによって管路８８を介して空調装置３０に送られ、空調装置３０からの冷温水は管路９０を介して吸収式冷凍機１９または温水ボイラ２６に戻される。なお、吸収式冷凍機１９で発生した冷水の一部は、熱交換器５８に送水される。冷温水が排熱回収手段２２から供給されるので、空調装置３０の電力負荷は、吸収式冷凍機２４の運転に必要なものおよび冷温水の送水ポンプ、換気ファンなど僅かである。吸収式冷凍機１９または温水ボイラ２６から排ガスは給湯器２８に導かれ、さらに排熱を回収されて大気中へ放出される。冷暖房を必要としないときは、タービン８からの排ガスは直接バルブＶ７から給湯器２８に導かれる。給湯器２８で得られた温水は、風呂などの給湯負荷３２に供給される。
【００３７】
本発明の第２の実施の形態の自己完結型熱電併給システムとして先の実施の形態の交流発電機を直流発電機に替えたものがある。本実施の形態では、直流発電機で直流電力が得られるので、コンバータ１２は不要である。また直流発電機で得られた直流電力と蓄電池４から得られた直流電力は、併せてインバータ１４で交流電力に変換されるので同期投入装置１６も不要である。
【００３８】
図９は、本発明の第３の実施の形態の自己完結型熱電併給システム６１のブロック図である。本実施の形態では先の実施の形態の交流発電機２およびガスタービン３の代わりに燃料電池６２が用いられている。燃料ガスは改質装置６３で触媒によって水素に改質され、燃料電池６２ではこの水素と空気中の酸素とが反応して水ができ、この際に直流電力が発生する。この直流電力は、直接蓄電池ユニット４に蓄えられ、また単独でまたは蓄電池ユニット４からの直流電力と併せてインバータ１４で交流に変換されて電力負荷に供給されるので同期投入装置１６も不要である。先の実施例の第１〜第３開閉スイッチ１８，２０，２４は、開閉スイッチ１８ａ，２０ａ，２４ａの位置に配置され、緊急遮断用スイッチ５４が設けられる。その他の構成は先の実施の形態と類似しており、同一の機器には同一の符号を付す。
【００３９】
本実施の形態の蓄電池ユニット４を、本実施の形態の自己完結型熱電併給システム１，６１に用いることによって、交流発電機または燃料電池は効率のよい特定出力で運転され、電力に余剰があるときは余剰電力が蓄電池ユニット４に蓄えられ、電力が不足するときは不足電力が蓄電池ユニット４から補給され、さらに電力負荷の極端に少ないときは、蓄電池ユニット４に蓄えられた電力だけが供給される。
【００４１】
【発明の効果】
以上のように請求項１および２に記載の本発明によれば自己完結型熱電併給システムに用いる蓄電池ユニットが前記充電装置と放電装置とを有するので、発電機または燃料電池は特定出力で運転され、電力の使用が少なく、電力に余剰があるときには、余剰電力に見合った温度に蓄電池ユニットが冷却され、特に温度の高い蓄電池セルのグループは余分に冷却されて蓄電池に蓄えられ、電力の使用量が多く不足しているときには、不足電力に見合った温度に蓄電池ユニットが冷却され、特に温度の高い蓄電池セルのグループは余分に冷却されて蓄電池から負荷に供給されるため、充電／放電が速やかに行われ、最大消費電力を賄う大型の発電機または燃料電池を必要とせず、設備容量を低減し、全体の熱電併給システムをコンパクト化するとともに発電機または燃料電池を最も効率のよい状態で運転できる。また発電機を駆動する熱機関または燃料電池の排熱も有効に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の自己完結型熱電併給システム１のブロック図である。
【図２】蓄電池４を収納した電池ケース４５の側面図である。
【図３】制御手段４２のブロック図である。
【図４】制御手段４２による自己完結型熱電併給システム１の制御のフローチャートである。
【図５】蓄電池の充電／放電電力と温度との関係を示すグラフである。
【図６】蓄電池の内部抵抗と温度との関係を示すグラフである。
【図７】制御手段４２による冷却手段５４の制御のフローチャートである。
【図８】制御手段４２によるダンパ１０４の制御のフローチャートである。
【図９】本発明の他の実施の形態の自己完結型熱電併給システム６１のブロック図である。
【符号の説明】
１，６１  自己完結型熱電併給システム
２  交流発電機
３  ガスタービン
４  蓄電池ユニット
６  流量制御装置
１０  電力負荷
１２  コンバータ
１４  インバータ
１６  同期投入装置
１９  吸収式冷凍機
２２  排熱回収手段
２６  温水ボイラ
２８  給湯器
３０  空調装置
３２  給湯負荷
４２  制御手段
４４  電力計
４５  電池ケース
５２  ユニット温度計
５４  冷却手段
５６  送風機
５８  熱交換器
１０１  蓄電池セル
１０２  グループ
１０３  グループ温度計
１０４  ダンパ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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