JP2014229549A - コージェネレーションシステム - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、停電が発生した場合に、ユーザに熱回収装置の電源復帰作業を促すことが可能なコージェネレーションシステムを提供することを課題とする。【解決手段】コージェネレーションシステムは、商用電源の電力系統が停電を起こした場合、発電ユニットと電力系統とを解列すると共に、発電側制御装置と熱回収側制御装置とを電気的に繋ぎ、さらに発電側制御装置から熱回収側制御装置に対して停電検知信号を送信し、停電検知信号を受信した熱回収側制御装置は、リモコンに報知信号を発信し、リモコンに、「電源プラグを自立運転用コンセントに接続する」ことを促す報知動作を行う。【選択図】図７

Description

本発明は、発電設備として燃料電池を備えた発電ユニットと、燃料電池で発生する熱を回収する熱回収装置を備えたコージェネレーションシステムに関するものである。

近年、環境に対する関心の高まりや、政府のエネルギー政策を受けて、太陽光エネルギーや風力等の所謂再生可能エネルギー、並びに、燃料電池等の化学反応によって生じるエネルギーを用いた発電システムが急速に普及している。そして、そのような発電システムを取り入れたシステムとして、コージェネレーションシステムが注目を浴びている。このコージェネレーションシステムは、発電ユニットと熱回収装置を、主たる構成として備えており、それらを連係させたシステムである（例えば特許文献１）。

ここで、特許文献１を例にコージェネレーションシステムについて説明しておくと、当該コージェネレーションシステムでは、発電ユニットが、発電設備と、熱回収装置に接続される冷却流路と、電力変換装置（所謂パワーコンディショナ）と、その他の付属機器たる補機とを備えた構成となっている。

発電ユニット内の発電設備は、燃料電池により構成されている。冷却流路は、湯水が流れる流路であり、燃料電池において発生した熱を回収する部分である。
パワーコンディショナは、燃料電池で発生した電力を、所定の周波数の交流電力に変換するものである。すなわち、燃料電池で発生した電力は直流であるが、これを商用電源に同期する６０Ｈｚ又は５０Ｈｚの交流に変換する。
補機は、主に燃料電池の各種動作を制御する補機制御装置を備えた構成である。

そして、この種の発電ユニットでは、パワーコンディショナで変換された交流電力を、商用電源の電力系統に連系する方式が一般的に採用されている。一方、パワーコンディショナ及び補機の作動電力は、発電中においては発電設備から、発電開始前においては、電力系統などの外部の電力源から、それぞれ供給される。

コージェネレーションシステムの熱回収装置は、湯水が貯留されるタンクと、そのタンクと発電設備との間を繋ぐ循環流路と、その循環流路内に水流を形成するポンプと、各種動作を制御する熱回収側制御装置と、その他給湯運転等に関連する流路等を備えた構成となっている。すなわち、熱回収装置では、循環流路内に水流を形成し、発電設備に発生した熱を湯水を媒体として回収し、その昇温した湯をタンク内に溜めおくことを可能としている。そして、熱回収装置では、タンク内の湯が給湯等のために使用される。また、この熱回収装置内の各種機器に対する作動電力は、商用電源から供給される。

このように、コージェネレーションシステムでは、発電設備で電力を生成しつつ、電力の生成に伴って生じる排熱を熱回収ユニット側に回収させる仕組みにすることで、エネルギー効率の向上を図っている。

ところで、発電設備による発電電力は、パワーコンディショナを介して、商用電源の電力系統に連系させる構成としており、電力系統に異常が生じた場合は、安全の観点から、パワーコンディショナによって、発電設備と電力系統とを解列する構成とされている。そのため、電力系統に停電が生じた場合は、パワーコンディショナから外部の電気機器への電力供給が行えなくなる。
なお、現在においては、自然エネルギー以外のエネルギーを利用した発電設備（例えば燃料電池等）は、商用電源の電力系統に連系させることはできても、その発電電力の売電は許可されていない。

つまり、この発電ユニットでは、万一、商用電源が遮断された状態（停電）となれば、発電設備を備えているにも関わらず、その停電と同時に、外部への電力供給が途絶えてしまう。また、特許文献１のように、発電設備に燃料電池が採用されている場合は、停電に連動するように熱回収装置のポンプも停止するため、循環流路内に水流が形成されなくなり、燃料電池の冷却効果が期待できなくなる。その結果、燃料電池が過度に高温となってしまい、安全の観点から、発電動作を強制的に停止せざるを得なくなってしまう。そして、停電中に発電設備の動作が停止してしまうと、商用電源が復帰するまで発電設備自体を再起動できないという不具合に陥ってしまう。

このように、コージェネレーションシステムでは、一旦停電が起きると、熱回収装置側への電力供給が途絶え、最終的に、そのシステム全体の機能がほぼ停止状態となってしまうおそれがある。そのため、このような不測の事態を回避するためには、発電ユニット側から熱回収装置側への電力供給が必要となる。そこで、この種の発電ユニットには、商用電源の電力系統に依存することなく、外部の電気機器に直接的に電力供給可能な自立運転用コンセントが備え付けられている。すなわち、発電ユニット、具体的にはパワーコンディショナに設けられた自立運転用コンセントに、電気機器の電源プラグを差し込めば、発電設備の電力を直接的にその電気機器に供給することができる。

したがって、停電が起こった場合には、パワーコンディショナの自立運転用コンセントに、電気機器たる熱回収装置の電源プラグを差し込めば、当該熱回収装置の電源を復帰させることができるため、発電設備が強制停止してしまうといった不具合は防止することができる。

特開２０１３−１２３８１号公報

しかしながら、この種の発電ユニットでは、ユーザが自ら自立運転用コンセントに電源プラグを差し替えなければならず、また停電が発生してから電源プラグの差し替えまでに与えられる時間は、かなり短い（例えば１０分程度）。さらに、落雷や地震発生といった有事の状況下で停電が発生した場合、そのような短時間の間に、ユーザが電源プラグの差し替えをとっさに判断できるという保証もない。

そこで、本発明では、従来技術の問題点に鑑み、停電が発生した場合に、ユーザに熱回収装置の電源復帰作業を促すことが可能なコージェネレーションシステムを提供することを課題とする。

上記課題を解決するべく提供される請求項１に記載の発明は、燃料電池と、燃料電池で生成される電力を所定の周波数の交流に変換する電力変換装置とを備えた発電ユニットと、前記発電ユニットと配管接続され、発電ユニット内で発生する熱を液体を媒体として回収する熱回収装置とで構成されるコージェネレーションシステムであって、発電ユニットは、既存の電力供給系統に連系されて使用されるもので、発電ユニット側のいずれかの機器を制御する発電側制御装置と、電力変換装置から直接的に外部に電力を供給することが可能な自立運転用コンセントを備えており、発電側制御装置は、燃料電池の発電中は燃料電池が発生する電力を、燃料電池の発電前は外部の電力源から供給される電力を、それぞれ発電ユニットの内部又は外部で変換した所定の直流電力で作動するものであり、熱回収装置は、熱回収装置側の機器を制御する熱回収側制御装置と、当該熱回収側制御装置とリモコン通信手段で通信されるリモコンと、内部の機器を作動させるための電力を導入する電源プラグを備えたコージェネレーションシステムにおいて、発電側制御装置と熱回収側制御装置との間で通信を行う主通信手段と、前記電力供給系統が停電したことを検知する停電検知手段と、発電ユニットと電力供給系統との連系を遮断する解列手段と、発電側制御装置の内部又は外部で変換された前記所定の直流電力を、スイッチ手段を介して、熱回収側制御装置及びリモコンに供給可能な直流電力供給ラインを備え、停電検知手段が停電を検知したことを条件として、発電側制御装置は、発電ユニットと電力供給系統とを解列すると共に、前記スイッチ手段を閉状態にし、さらに前記主通信手段を介して、熱回収側制御装置に停電の事実に基づく停電検知信号を送信し、停電検知信号を受信した熱回収側制御装置は、前記リモコン通信手段を介して、リモコンに所定の信号を発信し、当該リモコンに、電源プラグを自立運転用コンセントに接続することを促す所定の報知を行う機能を備えたことを特徴とするコージェネレーションシステムである。
なお、請求項１に記載の「発電ユニット側のいずれかの機器を制御する発電側制御装置」は、通常、発電ユニットには２つの制御装置（電力変換装置の制御装置と、主に燃料電池を制御する制御装置）が備えられるため、そのいずれであっても構わない。また、スイッチ手段の閉状態とは、接点が接続された状態（スイッチオン）を指し、逆に、開状態と言えば、接点が開放された状態（スイッチオフ）を指す。

本発明のコージェネレーションシステムは、発電ユニットが連系される電力供給系統が停電した場合に、燃料電池の作動停止を阻止するべく、ユーザに対して、発電ユニット側から熱回収装置側へ電力供給させるために要する作業の実施を促す報知機能が付与されている。具体的には、本発明では、停電検知手段によって、電力供給系統の停電が検知されたことを条件に、ユーザに対する報知機能が実行される。

そして、本発明では、その機能を発揮させるべく、発電側制御装置と熱回収側制御装置とを主通信手段で繋ぐと共に、発電側制御装置と、熱回収側制御装置及びリモコンとを直流電力供給ラインで繋いでいる。また、本発明では、スイッチ手段により、直流電力供給ラインを流れる電流を制限している。つまり、本発明は、発電側制御装置で熱回収装置における電力供給状態を監視し、必要に応じて、燃料電池で生成された電力を、熱回収側制御装置とリモコンに対して供給し、報知機能が発揮される構成となっている。

より具体的に説明すると、停電検知手段によって停電が検知されると、まず、発電ユニットと電力供給系統とを解列すると共に、スイッチ手段を閉状態に制御し、熱回収側制御装置とリモコンに対して電力供給を行う。これにより、燃料電池で生成された電力が、熱回収装置の熱回収側制御装置とリモコンに供給されるため、それらの電源が復帰する。
一方、従来技術のコージェネレーションシステムであれば、商用電源等が停電すると熱回収側制御装置は電源を失い、熱回収側制御装置内のポンプや電磁弁等の駆動機器の他、熱回収側制御装置及びリモコン等の電子機器についても機能を停止する。

これに対して、本発明のコージェネレーションシステムでは、発電ユニットから直接的に熱回収側制御装置とリモコンに対して電力が供給されるから、熱回収側制御装置及びリモコンの機能は回復する（ポンプ等は復帰しない）。
また、熱回収装置の熱回収側制御装置やリモコンは電子機器であり、直流電力で作動する。発電ユニットの発電側制御装置についても電子機器であり、直流電力で作動する。
そこで本発明では、発電ユニット側の発電側制御装置の内部又は外部で変換された所定の直流電力を、直流電力供給ラインを利用して熱回収装置の熱回収側制御装置に送電することとした。かかる構成により、熱回収装置側で整流する必要がなくなり、部品点数の増加を抑制できる。
なお、「変換された所定の直流電力」は、燃料電池が発生する直流電力を電圧変換して低圧の直流を得る場合の他、燃料電池が発生する直流電力をインバータ等で交流に変換し、さらにこれを直流に変換する場合の双方を含む。

そして、発電ユニットから直接的に熱回収側制御装置とリモコンに対して電力が供給される状態となれば、発電側制御装置と熱回収側制御装置との間で通信が可能となり、発電側制御装置から熱回収側制御装置に対して、停電の事実に基づく停電検知信号が送信される。その停電検知信号を受信した熱回収側制御装置は、リモコン通信手段を介して、リモコン側に所定の信号を発信する。そして、前記所定の信号を受信したリモコンにおいて、「電源プラグを自立運転用コンセントに接続する」ことを促す所定の報知が行われる。

このように、本発明では、電力供給系統が停電した場合、本来、停電の影響で作動しない熱回収側制御装置とリモコンに対して、燃料電池で生成した電力を供給して作動するようにする。そして、電源が復帰したリモコンを用いて、「電源プラグを自立運転用コンセントに接続する」ための所定の報知を行うことを可能にしている。つまり、本発明では、停電時における報知機能を、ユーザのリマインダーとして作用させることが可能である。したがって、本発明では、停電が発生してから電源プラグの差し替えまでに与えられた時間がかなり短い場合であっても、熱回収装置への電力供給を確実なものとすることができる。その結果、停電時に、燃料電池の作動が停止してしまうといった不具合を防止することができる。

請求項２に記載の発明は、熱回収装置の電源プラグが自立運転用コンセントに接続され、熱回収装置における熱回収側制御装置及びリモコン以外のいずれかの機器に通電が確認されたこと、あるいは、熱回収装置の電源プラグへの電力の導入が確認されたことを条件として、前記スイッチ手段を開状態にすることを特徴とする請求項１に記載のコージェネレーションシステムである。

本発明のコージェネレーションシステムは、熱回収装置の電源プラグが自立運転用コンセントに接続された後は、メイン電源が復帰して熱回収側制御装置とリモコンが復帰する。その結果、直流電力供給ラインによる直流送電は役目を終えて不要となる。そこで本発明では、熱回収装置の電源プラグへの電力の導入が確認されたことを条件として、前記スイッチ手段を開状態にし、直流送電を停止することとした。

請求項３に記載の発明は、前記既存の電力供給系統は、交流電源たる商用電源から電力供給を受ける供給系統であり、前記熱回収側制御装置及び前記リモコンは、直流電力によって作動し、熱回収装置には、商用電源から供給される交流を直流に変換する１又は複数の整流回路が設けられ、前記直流電力供給ラインは、整流素子を介して、前記整流回路の出力側に接続されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のコージェネレーションシステムである。

本発明のコージェネレーションシステムは、直流電力供給ラインを、整流素子を介して、熱回収装置の整流回路に接続しているため、商用電源側から電流が逆流するような不具合が発生することがない。

本発明のコージェネレーションシステムは、電力供給系統に停電が発生した場合に、発電ユニット側から熱回収側制御装置及びリモコンに電力を供給し、電源が復帰したリモコンを用いて、「電源プラグを自立運転用コンセントに接続する」ことを促す所定の報知が行われるため、停電が発生してから電源プラグの差し替えまでに与えられた時間がかなり短い場合であっても、熱回収装置への電力供給を確実なものとすることができる。その結果、停電時に、燃料電池の作動が停止してしまうといった不具合を防止することができる。

本発明の実施形態に係るコージェネレーションシステムを示す作動原理図である。 発電ユニットと熱回収装置との電気的関係を概念的に示す回路図である。 図１のコージェネレーションシステムの作動原理図であり、熱回収系統を黒塗りした図である。 図１のコージェネレーションシステムの作動原理図であり、給湯・給水系統を黒塗りした図である。 熱回収装置の整流回路に注目した概念的な回路図である。 リモコンの表示部における報知動作の一例を示す説明図である。 図１のコージェネレーションシステムの停電時報知動作を主に示すフローチャートである。 図１のコージェネレーションシステムの復帰時報知動作を主に示すフローチャートである。 商用電源の電力系統の停電後、熱回収装置の電源プラグが自立運転用スイッチに差し替えられるまでの電気的動作を概念的に示す回路図であり、（ａ）は解列した状態を示し、（ｂ）は自立運転用スイッチ及び補助側スイッチが閉止した状態を示し、（ｃ）は自立運転用コンセントから熱回収装置に電力供給が行われている状態を示す。 コージェネレーションシステムの変形例を示す回路図である。

以下に、本発明の実施形態に係るコージェネレーションシステムについて説明する。
本実施形態のコージェネレーションシステム１は、その基本構造が公知のものとほぼ同様であり、図１に示すように、発電ユニット２と、熱回収装置３とを組み合わせた構成となっている。
そこでまず、コージェネレーションシステム１の基本構造について説明する。

発電ユニット２は、主たる構成として、燃料電池モジュール５とパワーコンディショナ（電力変換装置）７とを備えている。
燃料電池モジュール５は、燃料電池を中心とした構成となっており、その他主要構成として、電子機器たる補機側制御装置８と機械装置たる冷却手段１０を備えている。
燃料電池モジュール５の燃料電池は、高温で作動する固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ：Solid Oxide Fuel Cell）が採用されている。
なお、燃料電池には、ＳＯＦＣに替えて、固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ：Polymer
Electrolyte Fuel Cell）によって構成されたものを採用しても構わない。

補機側制御装置（発電側制御装置）８は、燃料電池モジュール５内の各構成部材を制御する電子機器である。より具体的には、補機側制御装置８は、燃料電池モジュール５内に設けられた各種センサ（後記する温度検知センサ４０、４１等）から検知情報を取得したり、その取得した情報に基づいて発電に関連する動作を制御する機能を有する。

冷却手段１０は、機械的装置であり、燃料電池を冷却するための湯水（液体）が流れる流路であり、発電側流路３０と、その発電側流路３０に配された発電側熱交換器３１とで構成されている。なお、発電側熱交換器３１の前後には、湯水の温度を検知する温度検知センサ４０、４１が設けられている。

パワーコンディショナ７は、燃料電池モジュール５の燃料電池で生成された直流電力を、商用電源の電力系統に連系させる機能を有する。すなわち、パワーコンディショナ７は、その主たる構成が、公知のそれと同様であり、図２に示すように、コンバータ回路２０と、インバータ回路２１と、パワコン側制御装置（発電側制御装置）９を備えている。

コンバータ回路２０は、ＤＣ／ＤＣコンバータであり、燃料電池モジュール５から供給される直流電力を所定の電圧に昇圧する回路である。すなわち、コンバータ回路２０は、主電源線２２ａを介して、燃料電池モジュール５と直接的に接続されている。

インバータ回路２１は、図示しないスイッチング素子を複数有した、公知のＤＣ／ＡＣインバータであり、コンバータ回路２０から供給された直流電力を所定の周波数の交流電力に変換する回路である。すなわち、インバータ回路２１は、主電源線２２ｂを介して、コンバータ回路２０と接続されている。また、インバータ回路２１から出力された交流電力は、商用電源の電力系統に連系されるため、当該インバータ回路２１と当該電力系統との間には、主電源線２２ｃが介在している。そして、この主電源線２２ｃには、当該電力系統との連系を解列するための解列用スイッチ（解列手段）２６が設けられている。
なお、解列用スイッチ２６は、公知のリレースイッチである。

パワコン側制御装置９は、パワーコンディショナ７から出力される電力の周波数や電圧調整、並びに、当該制御装置９内の各種スイッチ等の制御を行う部分である。そして、このパワコン側制御装置９は、補機側制御装置８と相互通信可能にするべく、ユニット内通信線２５を介して接続されると共に、インバータ回路２１と並列状に並べられて、当該インバータ回路２１と副電源線２３を介して接続されている。すなわち、パワコン側制御装置９は、燃料電池モジュール５で生成された直流電力が供給されて駆動する。

なお、パワーコンディショナ７から出力される直流電圧は、相当に高圧であるから、コンバータ回路２０からパワコン側制御装置９に至る間、あるいはパワコン側制御装置９内に図示しない降圧回路が設けられ、例えば、ＤＣ１５Ｖといった電子機器の動作に適する電圧に変換される。すなわちパワコン側制御装置９は、燃料電池モジュール５内の燃料電池が発生する電力をパワコン側制御装置９の内部又は外部で変換された所定の直流電力で作動するものである。

また、パワーコンディショナ７には、前記機器に加えて、外部の電気機器に対して、燃料電池モジュール５で生成された電力を直接的に供給することが可能な自立運転用コンセント１９が設けられている。この自立運転用コンセント１９は、商用電源の電力系統が停電を起こした場合等に使用されるものであり、自立側電源線２４を介して、インバータ回路２１に接続されている。すなわち、自立運転用コンセント１９には、インバータ回路２１によって変換された交流電力が供給される。また、自立側電源線２４には、自立運転用コンセント１９への電力供給を断続する自立運転用スイッチ２７が設けられており、自立運転用スイッチ２７はリレー又はトランジスタ等を利用したスイッチング回路である。自立運転用スイッチ２７は、所定の条件が満たされない限り開状態を維持する。

このように、発電ユニット２は、外部に設けられた電気機器（電力負荷）に対して、電力を供給するための発電デバイスとしての機能と、その電力供給に伴って発生する熱によって、発電側熱交換器３１を通過する湯水を加熱する熱源デバイスとしての機能も備えた構成である。

なお、本実施形態の発電ユニット２には、燃料電池において生成された電力のうち、電気機器等への使用に供さない電力（余剰電力）を消費するための余剰電力加熱ヒータ（図示しない）が備えられており、必要に応じて、当該余剰電力加熱ヒータに電力が供給される機能が備えられている。

一方、熱回収装置３は、図１に示すように、湯水を貯留するための貯留タンク１１を中心として構成されており、貯留タンク１１の頂部に設けられた頂部接続部５１、並びに、底部に設けられた底部接続部５２に対して、熱回収系統Ｃ及び給湯・給水系統Ｈを構成する配管が接続された構成である。

熱回収系統Ｃは、図１、３に示すように、発電ユニット２の発電側熱交換器３１と、貯留タンク１１とを環状に繋ぐ流路である。すなわち、熱回収系統Ｃは、貯留タンク１１の底部接続部５２を始点とし、三方弁３３、ラジエター３５、熱回収側循環ポンプ１２を経て、発電ユニットの発電側熱交換器３１に至り、さらに発電側熱交換器３１から貯留タンク１１の頂部側に繋がる循環流路である。

熱回収系統Ｃでは、熱回収側循環ポンプ１２を駆動して循環流路内に水流を発生させ、発電側熱交換器３１内に湯水を流通させる。そして、発電側熱交換器３１を流れる湯水に、燃料電池モジュール５の燃料電池で発生した熱を回収させて燃料電池を冷却する。これにより、発電側熱交換器３１を通過する湯水は昇温する。そして、発電側熱交換器３１で昇温した湯水は、貯留タンク１１の頂部接続部５１から貯留タンク１１内に流れ込み、貯留タンク１１内に貯留される。

また、給湯・給水系統Ｈは、図４に示すように、貯留タンク１１の頂部接続部５１に接続された給湯流路５３と、外部から給湯流路５３側や熱回収系統Ｃ側に湯水を供給するための給水流路５５により構成された流路である。

給湯流路５３は、貯留タンク１１から補助熱源機３６を経て、カラン３７に至るまでの一連の流路である。
給水流路５５は、外部の給水源から供給された水を貯留タンク１１の底側から導入する流路である。

給湯・給水系統Ｈでは、給水流路５５を介して、貯留タンク１１の底部から貯留タンク１１内に水が導入される。すると、貯留タンク１１の頂部側に溜まっている高温の湯が押し上げられ、給湯流路５３内に押し出される。そして、押し出された高温の湯は、給湯流路５３を介して、カラン３７側に供給される。また、給湯・給水系統Ｈには、給湯流路５３の中途に混合用給水流路５７が接続されており、外部の給水源から供給される水を合流させることが可能な構成となっている。すなわち、貯留タンク１１の頂部接続部５１から排出された高温の湯は、給湯流路５３の中途において給水源からの水が混合され、所望の温度の湯に調整されてカラン３７から排出される。

また、熱回収装置３には、前記熱回収系統Ｃ及び給湯・給水系統Ｈに加えて、図１、２に示すように、電子機器として熱回収側制御装置１５及びリモコン１６が備えられている。

熱回収側制御装置１５は、熱回収装置３内の各構成部材を制御する部位である。より具体的には、熱回収側制御装置１５は、図示しないマイクロコンピュータ（マイコン）を備え、熱回収装置３に設けられた各種センサ（貯留タンク１１内の湯水の温度を検知する温度検知センサ等）からの検知情報を取得したり、その取得した情報に基づいて熱回収側循環ポンプ１２や三方弁３３等の動作を制御する機能を有する。また、熱回収側制御装置１５は、パワーコンディショナ７のパワコン側制御装置９と相互通信可能にするべく、内外通信線（主通信手段）４３で接続されている。

リモコン１６は、主たる構成は公知のそれと同様であり、リモコン制御装置３４、並びに、表示部３８やスピーカ３９等を備えている（図１、２）。すなわち、リモコン１６は、熱回収装置３における各種情報（例えば運転状態や給湯温度等）を表示部３８に表示したり、熱回収装置３の各種運転（給湯運転や暖房運転等）を制御するための信号を発信する機能を有する。また、リモコン１６は、そのリモコン制御装置３４が、リモコン通信線４５及びリモコン電源線４６を介して、熱回収側制御装置１５と接続されている。
なお、リモコン電源線４６に通信信号を重畳する構成とすれば、リモコン通信線４５を省略することができる。

なお、熱回収装置３は、図２に示すように、装置全体の電源を確保するための電源プラグ１８を備えており、当該熱回収装置３は、電源プラグ１８から導入された電力によって作動する。

ここで、熱回収系統Ｃ及び給湯・給水系統Ｈに取り付けられた機械機器たる熱回収側循環ポンプ１２等は、電源プラグ１８から導入された交流電源で駆動する（直流を使用するものもある）。これに対して電子機器たる熱回収側制御装置１５及びリモコン１６は、ＡＣ１００Ｖをトランスで降圧し、整流された直流電力で駆動する。
整流回路は、熱回収装置３で消費される全ての直流電源を賄うものであってもよく、熱回収側制御装置１５等に専用の整流回路を有していてもよい。

例えば、熱回収側制御装置１５等に専用の整流回路を有している場合の回路は、図５のようなものとなる。
すなわち、熱回収側制御装置１５は、整流回路６０と、制御回路６１を有し、整流回路６０で例えばＤＣ１５Ｖが作られる。そして整流回路６０で作られた直流が制御回路６１に供給され、所望の制御を実行する。

次に、本実施形態のコージェネレーションシステムにおける特徴的な構成について説明する。
コージェネレーションシステム１は、原則として連続運転させて使用される。そして、運転中は、発電ユニット２によって電力が生成され、その電力はパワーコンディショナ７を介して、一部が発電ユニット２の各種機器に供給され、残りが商用電源の電力系統に連系される。また同時に、発電ユニット２において発生した熱は、発電側熱交換器３１を通過する湯水の加熱に消費される。

一方、熱回収装置３は、通常、その電源プラグ１８を商用電源に接続して使用するものであり、熱回収装置３の各種機器の電力は、当該商用電源の電力系統から供給される。つまり、この通常状態において、熱回収装置３は、発電ユニット２で生成された電力が当該熱回収装置３の各種機器に直接的に供給されない構成となっている。

そのため、このようなコージェネレーションシステム１では、商用電源の電力系統が停電を起こすと、熱回収装置３に電力が供給されなくなる。その結果、熱回収装置３における熱回収側循環ポンプ１２の動作が停止する。そしてそれに連動して、発電ユニット２で発生する熱が、熱回収装置３側に回収されなくなるため、発電ユニット２が強制停止してしまう場合がある。

そこで、この種のコージェネレーションシステム１には、発電ユニット２の電力を、商用電源の電力系統に経由させることなく、外部に供給可能な自立運転用コンセント１９が備えられている。すなわち、商用電源の電力系統が停電を起こした場合は、発電ユニット２の自立運転用コンセント１９に熱回収装置３の電源プラグ１８を差し込めば、熱回収装置３の電源を復帰させることができる。

ところが、先にも説明したように、商用電源の電力系統が停電した状況下において、ユーザが、熱回収装置３の電源プラグ１８を自立運転用コンセント１９に差し替えるために与えられる時間はごく僅かである。また、そのような短時間の間に、ユーザがとっさにそのような判断ができる保証は一切ない。

そこで、本実施形態では、商用電源の電力系統が停電した状況下において、電源プラグ１８の差し替え作業を促すための報知を行う機能（以下、報知機能という）が付加されている。

まず、報知機能を発揮するための特徴的構成について説明する。
図１及び図２に示すように、本実施形態のコージェネレーションシステム１では、上記基本構成に加えて、停電検知手段６と、補助電源供給手段１３と、報知手段１７が備えられている。

停電検知手段６は、商用電源の電力系統における停電を検知するものであり、公知の電圧検出器が採用されている。この停電検知手段６は、パワーコンディショナ７内部の主電源線２２ｃに接続されており、商用電源の電力系統の電圧を常時監視する。

補助電源供給手段１３は、停電時に熱回収装置３の熱回収側制御装置１５及びリモコン１６の電源を復帰させるものであり、補助側電源線（直流電力供給ライン）４４と、補助側スイッチ（スイッチ手段）４７により構成されている。
なお、補助側スイッチ４７は、公知のリレースイッチである。

ここで、前記したように、パワコン側制御装置９内には図示しない降圧回路があり、例えば、ＤＣ１５Ｖといった電子機器の動作に適する電圧に変換され、この直流電力によってパワコン側制御装置９の制御回路を駆動している。
そして、本実施形態では、パワコン側制御装置９の制御回路に供給される低圧の直流電源に補助側電源線４４の一端が接続されている。
そして、補助側電源線４４の他端は、図５に示すように、熱回収装置３の熱回収側制御装置１５に内蔵された整流回路６０の出力側に整流素子６３を介して接続されている。
すなわち、補助側電源線４４は、発電ユニット２側のパワコン側制御装置９を駆動する低圧の直流電源回路と、熱回収装置３側の熱回収側制御装置１５を駆動する低圧の直流電源回路を並列に接続するものである。
なお、本実施形態では、発電ユニット２側のパワコン側制御装置９を駆動する直流電力の電圧と、熱回収装置３側の熱回収側制御装置１５を駆動する直流電源回路の出力電圧が共に１５Ｖであるから、発電ユニット２側から直流電力によって熱回収装置３側の熱回収側制御装置１５を駆動することができる。
仮に、両者の電圧が相違する場合には、抵抗等を介在させて電圧調整を行うこととなる。 また、本実施形態では、整流素子６３を介して発電ユニット２側の直流電流が、熱回収側制御装置１５に供給されるので、電流の逆流が発生することはない。
またさらに、本実施形態では、熱回収装置３において、既存の電力系統が停電しているときに、発電ユニット２から補助電源線４４を介して、熱回収側制御装置１５に供給される電力が、既存の電力系統に逆流することを防止する逆流防止機構（図示しない）も備えられている。

報知手段１７は、リモコン１６の表示部３８やスピーカ３９であり、ユーザに「電源プラグ１８の差し替え作業」を促すための部分である。具体的には、報知手段１７では、図６に示すように、表示部３８に「プラグ差替要」といった文言を表示したり、「電源プラグを差し替えて下さい」等の文言や警報音をスピーカ３９を通じて外部に伝えるような動作を実行する。

続いて、報知機能における具体的動作について説明する。
前記したように、本実施形態のコージェネレーションシステム１では、停電が確認されると、ユーザに対して、「電源プラグの差し替え作業」を促す報知が行われる。

具体的には、まず、図７のフローチャートのステップ１に従って、商用電源の電力系統が停電であるか否かが確認される。すなわち、パワーコンディショナ７に搭載された停電検知手段６によって、商用電源の電圧が監視され、その検知電圧が０〔Ｖ〕であるか否かが確認される。パワコン側制御装置９によって、検知電圧が０〔Ｖ〕であると判定されると、図示しないタイマーが起動し、その状態の継続時間が計測される。そして、前記タイマーの計測時間が一定時間継続し、停電であると判定されれば、ステップ２に移行する。

ステップ２に移行すると、発電ユニット２と商用電源の電力系統との連系が絶たれる。すなわち、図９（ａ）に示すように、パワコン側制御装置９によって、パワーコンディショナ７に搭載された解列用スイッチ２６を開成し、発電ユニット２と商用電源の電力系統を解列する。そして、発電ユニット２の解列後、ステップ３に移行する。

ステップ３では、パワコン側制御装置９によって、パワーコンディショナ７に搭載された補助側スイッチ４７及び自立運転用スイッチ２７が閉止される。すなわち、図９（ｂ）に示すように、パワコン側制御装置９と熱回収装置３における熱回収側制御装置１５とを、補助側電源線４４を介して、通電可能な状態とし、またインバータ回路２１と自立運転用コンセント１９とを、自立側電源線２４を介して、通電可能な状態とする。これにより、熱回収側制御装置１５には、補助側電源線４４を介して、直流電力が供給される。また同時に、熱回収側制御装置１５とリモコン電源線４６で接続されたリモコン１６に対しても、直流電力が供給される。つまり、停電時において、補助側スイッチ４７を閉止すれば、熱回収装置３における熱回収側制御装置１５及びリモコン１６の電源が復帰する。すなわち熱回収側制御装置１５の熱回収側循環ポンプ１２等を駆動させることはできないものの、熱回収側制御装置１５及びリモコン１６に限って電源が復帰する。
そして、ステップ４に移行する。

ステップ４に移行すると、熱回収装置３の電源プラグ１８に電力供給があるか否かが確認される。電源プラグ１８への電力供給が行われる場合としては、以下の２通りが挙げられる。
（１）電源復帰ケース１
電源プラグ１８が商用電源のコンセントに差し込まれた状態で、商用電源が復帰し、電源プラグ１８への電力供給が行われる場合（以下 商用電源復活による電源復帰）。
（２）電源復帰ケース２
電源プラグ１８が自立運転用コンセント１９に差し込まれることで、電源プラグ１８への電力供給が行われる場合（以下 コンセント差し替えによる電源復帰）。

そして、電源プラグ１８における電力供給の有無の判定は、以下の３つの方法によって確認できる。
（ａ）停電検知手段６からの検知電圧に基づいて行う方法。
（ｂ）停電検知手段６からの検知電圧と、熱回収装置３の各種センサや熱回収側循環ポンプ１２等への通電の有無に関する情報の双方に基づいて行う方法。
（ｃ）停電検知手段６からの検知電圧と、パワーコンディショナ７に新たに設ける電流検知器の検知電流の双方に基づいて行う方法。
なお、判定方法（ａ）を用いた場合、前記した電源復帰ケース１たる「商用電源復活による電源復帰」の場合のみは確認できるが、前記した電源復帰ケース２たる「コンセント差し替えによる電源復帰」の場合が確認できないため、実際には、判定方法（ｂ）のみ、あるいは、判定方法（ｃ）のみが採用される。

すなわち、ステップ４では、このいずれかの判定方法によって、電源プラグ１８への電力供給が確認される。そして、これらの方法によって電力供給が確認されなかった場合には、ステップ５でフラグＡが確認され、フラグＡがオンでなければ（ただし初期状態ではオフ）、ステップ６に移行する。なお、ステップ５でフラグＡがオンであると判定されれば、ステップ８に移行する。

ステップ６では、発電ユニット２側から、電源復帰した熱回収側制御装置１５に停電検知信号が送信される。具体的には、パワーコンディショナ７のパワコン側制御装置９で生成された停電検知信号が、内外通信線４３を介して、熱回収側制御装置１５に送信される。そして、熱回収側制御装置１５が停電検知信号を受信すれば、ステップ７に移行する。

ステップ７では、熱回収側制御装置１５において、受信した停電検知信号に基づいて、報知信号（以下、停電時報知信号という）が生成され、その停電時報知信号が、リモコン通信線４５を介して、リモコン制御装置３４に送信される。そして、リモコン制御装置３４が停電時報知信号を受信すれば、リモコン１６により報知動作（以下、停電時報知動作という）が実施される（ステップ８）。具体的には、この停電時報知動作は、前記したように、リモコン１６の表示部３８やスピーカ３９を用いて、熱回収装置３の電源プラグ１８の差し替え作業を促す動作である。そして、この停電時報知動作は、商用電源の停電が確認されてから一定時間、具体的には、燃料電池モジュール５が安全に稼働できる範囲内であって、概ね５〜１５分程度の間継続する。

停電時報知動作が実施されると、ステップ９に移行し、フラグＡをオンにする。そして、再びステップ４に戻り、熱回収装置３の電源プラグ１８における電力供給の有無が確認される。このとき、図９（ｃ）に示す状態、つまり前記した電源復帰ケース２たる「コンセント差し替えによる電源復帰」によって、電源プラグ１８に電力供給が行われ、当該電源プラグ１８に電力が導入されていることが確認されれば、ステップ１０に移行する。また、前記した電源復帰ケース１たる「商用電源復活による電源復帰」によって、電源プラグ１８に電力供給が行われた場合も同様である。
なお、ステップ３からステップ４に移行して、電源プラグ１８に電力が導入されていることが確認された場合も、ステップ１０に移行する。

ステップ１０では、商用電源の電力系統が復帰したか否かが確認される。すなわち、停電検知手段６によって、商用電源の電圧が０〔Ｖ〕か否かが確認される。そして未だ、商用電源の復帰が確認されなければ、ステップ１１でフラグＢが確認され、フラグＢの初期状態がオフであるため、ステップ１２において補助側スイッチ４７が開成される。そして、ステップ１３に移行して、フラグＢがオンにされる。その後、商用電源の復帰を待機する状態となる。すなわち、この待機状態では、ステップ４とステップ１０が、ステップ１１を経由するようにして繰り返される。

一方、ステップ１０において、商用電源の復帰が確認された場合は、図８のステップ３１に移行する。ステップ３１では、発電ユニット２側から、熱回収側制御装置１５に電源復帰信号が送信される。そして、熱回収側制御装置１５が、電源復帰信号を受信すれば、ステップ３２に移行する。

ステップ３２では、熱回収側制御装置１５において、受信した電源復帰信号に基づいて、報知信号（以下、復帰時報知信号という）が生成され、その復帰時報知信号がリモコン制御装置３４に送信される。そして、リモコン制御装置３４が復帰時報知信号を受信すれば、リモコン１６により報知動作（以下、復帰時報知動作という）が実施される（ステップ３３）。具体的には、この復帰時報知動作は、リモコン１６の表示部３８やスピーカ３９を用いて、熱回収装置３の電源プラグ１８を再び商用電源に差し替える作業を促す動作である。例えば、表示部３８において、「電源復帰プラグ差替要」等の文言を表示したり、スピーカ３９で同様の内容の文言等を発する動作である。

復帰時報知動作が実施されると、ステップ３４に移行して、熱回収装置３の電源プラグ１８が、商用電源に差し替えられたか否かが確認される。この電源プラグ１８の商用電源への差し替えの有無は、例えば、パワコン側制御装置９において、熱回収側制御装置１５からの通信が一時的に途絶えたこと等を根拠に判定することができる。

そして、ステップ３４において、電源プラグ１８が、商用電源に差し替えられたことが確認されれば、補助側スイッチ４７及び自立運転用スイッチ２７を開成する（ステップ３５）。なお、このとき、既に補助側スイッチ４７は開成されている場合（図７のステップ１２の動作が行われている場合）があるが、その場合は、当該補助側スイッチ４７を開成する信号は維持される。
そして、ステップ３６に移行して、全てのフラグ（フラグＡ、Ｂ）をリセットし、再びステップ１から同様の動作を実行する。

以上のように、本実施形態では、商用電源の電力系統が停電を起こした場合に、停電時報知動作を行う機能が付加されているため、停電が発生してから電源プラグ１８の差し替えまでに与えられた時間がかなり短い場合であっても、熱回収装置３への電力供給を確実なものとすることができる。その結果、停電時に、燃料電池の作動が停止してしまうといった不具合を防止することができる。

上記実施形態では、パワーコンディショナ７に内蔵されたパワコン側制御装置９から熱回収側制御装置１５に直流電力を供給する構成を示したが、本発明はこれに限定されず、燃料電池モジュール５に備えられた補機側制御装置８から熱回収側制御装置１５に直流電力を供給する構成であっても構わない。すなわち、図１０に示すように、補機側制御装置８と熱回収側制御装置１５との間に、補助電源供給手段１３を介在させた構成である。

上記実施形態では、停電検知信号を、パワーコンディショナ７で生成し、パワコン側制御装置９から熱回収側制御装置１５に発信して報知動作を実施させる構成を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、パワーコンディショナ７で生成した停電検知信号を、直接リモコン１６に発信して、リモコン制御装置３４で処理して報知動作を実施させる構成であったり、補機側制御装置８で停電検知信号を生成し、補機側制御装置８から熱回収側制御装置１５又はリモコン制御装置３４に送信して、リモコン１６において報知動作を実施させる構成であっても構わない。

上記実施形態では、自立運転用スイッチ２７として、公知のリレースイッチを採用した構成を示したが、本発明はこれに限定されず、手動のスイッチを採用した構成であっても構わない。

上記実施形態では、熱回収装置３に熱回収側循環ポンプ１２が配された構成を示したが、本発明はこれに限定されず、発電ユニット２側に同様の循環ポンプが配された構成であっても構わない。

１ コージェネレーションシステム
２ 発電ユニット
３ 熱回収装置
５ 燃料電池モジュール
６ 停電検知手段
７ パワーコンディショナ（電力変換装置）
８ 補機側制御装置（発電側制御装置）
９ パワコン側制御装置（発電側制御装置）
１１ 貯留タンク
１２ 熱回収側循環ポンプ
１３ 補助電源供給手段
１５ 熱回収側制御装置
１６ リモコン
１７ 報知手段
１８ 電源プラグ
１９ 自立運転用コンセント
２４ 自立側電源線
２５ ユニット内通信線
２６ 解列用スイッチ
２７ 自立運転用スイッチ
３４ リモコン制御装置
３８ 表示部
３９ スピーカ
４３ 内外通信線（主通信手段）
４４ 補助側電源線（直流電力供給ライン）
４５ リモコン通信線
４６ リモコン電源線（直流電力供給ライン）
４７ 補助側スイッチ（スイッチ手段）

Claims (3)

1. 燃料電池と、燃料電池で生成される電力を所定の周波数の交流に変換する電力変換装置とを備えた発電ユニットと、前記発電ユニットと配管接続され、発電ユニット内で発生する熱を液体を媒体として回収する熱回収装置とで構成されるコージェネレーションシステムであって、
   発電ユニットは、既存の電力供給系統に連系されて使用されるもので、発電ユニット側のいずれかの機器を制御する発電側制御装置と、電力変換装置から直接的に外部に電力を供給することが可能な自立運転用コンセントを備えており、
   発電側制御装置は、燃料電池の発電中は燃料電池が発生する電力を、燃料電池の発電前は外部の電力源から供給される電力を、それぞれ発電ユニットの内部又は外部で変換した所定の直流電力で作動するものであり、
   熱回収装置は、熱回収装置側の機器を制御する熱回収側制御装置と、当該熱回収側制御装置とリモコン通信手段で通信されるリモコンと、内部の機器を作動させるための電力を導入する電源プラグを備えたコージェネレーションシステムにおいて、
   発電側制御装置と熱回収側制御装置との間で通信を行う主通信手段と、
   前記電力供給系統が停電したことを検知する停電検知手段と、
   発電ユニットと電力供給系統との連系を遮断する解列手段と、
   発電側制御装置の内部又は外部で変換された前記所定の直流電力を、スイッチ手段を介して、熱回収側制御装置及びリモコンに供給可能な直流電力供給ラインを備え、
   停電検知手段が停電を検知したことを条件として、発電側制御装置は、発電ユニットと電力供給系統とを解列すると共に、前記スイッチ手段を閉状態にし、さらに前記主通信手段を介して、熱回収側制御装置に停電の事実に基づく停電検知信号を送信し、停電検知信号を受信した熱回収側制御装置は、前記リモコン通信手段を介して、リモコンに所定の信号を発信し、当該リモコンに、電源プラグを自立運転用コンセントに接続することを促す所定の報知を行う機能を備えたことを特徴とするコージェネレーションシステム。
2. 熱回収装置の電源プラグが自立運転用コンセントに接続され、熱回収装置における熱回収側制御装置及びリモコン以外のいずれかの機器に通電が確認されたこと、あるいは、熱回収装置の電源プラグへの電力の導入が確認されたことを条件として、前記スイッチ手段を開状態にすることを特徴とする請求項１に記載のコージェネレーションシステム。
3. 前記既存の電力供給系統は、交流電源たる商用電源から電力供給を受ける供給系統であり、前記熱回収側制御装置及び前記リモコンは、直流電力によって作動し、熱回収装置には、商用電源から供給される交流を直流に変換する１又は複数の整流回路が設けられ、前記直流電力供給ラインは、整流素子を介して、前記整流回路の出力側に接続されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のコージェネレーションシステム。

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