JP5690704B2

JP5690704B2 - コージェネレーション装置

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Publication number: JP5690704B2
Application number: JP2011245978A
Authority: JP
Inventors: 康一津野; 博之江口; 山路　健; 健山路
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2011-11-09
Filing date: 2011-11-09
Publication date: 2015-03-25
Anticipated expiration: 2031-11-09
Also published as: JP2013100792A

Description

この発明はコージェネレーション装置に関し、より具体的には発電機と発電機を駆動する内燃機関とからなる発電ユニットを備えたコージェネレーション装置に関する。

近年、商用電力系統から電気負荷に至る交流電力の給電路に内燃機関で駆動される発電機からなる発電ユニットを接続し、商用電力系統と連系させて電気負荷に電力を供給すると共に、内燃機関の排熱を利用して生成した温水などを熱負荷に供給するようにした、いわゆるコージェネレーション装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。

ところで、商用電力系統に停電が発生した場合、コージェネレーション装置を非常用の電源として機能させる自立運転が開始される。特許文献１記載の技術にあっては、停電したとき、発電機と商用電力系統との電気的な接続を遮断する一方、発電機と自立運転用の出力端子とを接続し、その出力端子に電力を供給することで自立運転を行うように構成される。

特開２００６−１２１８８８号公報（段落００２２，００２７など）

上記の如く、商用電力系統の停電が検知されて自立運転に移行する場合、自立運転を確実に開始させるためには、内燃機関の停止や始動などの動作も連係して行われるのが望ましい。しかしながら、特許文献１に記載の技術は、その点に関して何ら開示するものではなかった。

従って、この発明の目的は上記した課題を解決し、商用電力系統が停電したとき、内燃機関の動作を適切に制御して自立運転を確実に開始させるようにしたコージェネレーション装置を提供することにある。

上記した課題を解決するために、請求項１にあっては、商用電力系統から電気負荷に至る交流電力の給電路に接続可能な発電機と前記発電機を駆動する内燃機関とからなる発電ユニットを少なくとも備えたコージェネレーション装置において、前記商用電力系統が停電したか否か判断する停電判断手段と、前記商用電力系統が停電したと判断される場合、前記内燃機関を一旦停止させ、次いで自立運転が開始されるとき、昇圧電源をバッテリに接続して前記内燃機関を始動させる内燃機関始動手段と、前記内燃機関が始動した後、前記発電機から前記電気負荷への交流電力の供給を開始する電力供給開始手段と、前記発電機に接続されるインバータの出力周波数に基づいて前記インバータの出力に異常が生じたか否か判定するインバータ出力異常判定手段とを備えると共に、前記停電判断手段は、前記商用電力系統の電圧が所定値以下で、かつ前記インバータの出力に異常が生じたと判定されるとき、前記商用電力系統が停電したと判断する如く構成した。

請求項２に係るコージェネレーション装置にあっては、前記インバータ出力異常判定手段は、前記インバータの出力周波数を変動させると共に、前記出力周波数の変動幅が既定値以上のとき、前記インバータの出力に異常が生じたと判定する如く構成した。

請求項３に係るコージェネレーション装置にあっては、前記内燃機関始動手段は、前記商用電力系統が停電したと判断されてから所定時間経過したとき、前記内燃機関を一旦停止させる如く構成した。

請求項４に係るコージェネレーション装置にあっては、前記電力供給開始手段は、前記内燃機関が始動して暖機運転が終了した後、前記発電機から前記電気負荷への交流電力の供給を開始する如く構成した。

請求項１に係るコージェネレーション装置にあっては、商用電力系統が停電したか否か判断し、商用電力系統が停電したと判断される場合、内燃機関を一旦停止させ、次いで自立運転が開始されるとき、昇圧電源をバッテリに接続して内燃機関を始動させると共に、内燃機関が始動した後、発電機から電気負荷への交流電力の供給を開始するように構成したので、商用電力系統に停電が生じて自立運転に移行する際、簡易な構成でありながら内燃機関の動作を適切に制御でき、よって自立運転を確実に開始させることができる。また、発電機に接続されるインバータの出力周波数に基づいてインバータの出力に異常が生じたか否か判定すると共に、停電判断手段は、商用電力系統の電圧が所定値以下で、かつインバータの出力に異常が生じたと判定されるとき、商用電力系統が停電したと判断するように構成、即ち、商用電力系統の電圧とインバータの出力に基づいて停電が生じたか否か判断するように構成したので、商用電力系統の停電の発生を確実かつ正確に検知することができる。

請求項２に係るコージェネレーション装置にあっては、インバータ出力異常判定手段は、インバータの出力周波数を変動させると共に、出力周波数の変動幅が既定値以上のとき、インバータの出力に異常が生じたと判定するように構成したので、上記した効果に加え、インバータの出力の異常の有無を簡易な構成で正確に判定でき、それによって商用電力系統の停電をより一層確実に検知することができる。

具体的には、発電機に接続されるインバータの出力は、商用電力系統と連系させて電気負荷に供給するとき、その出力周波数を意図的に僅かに変動させたとしても、その変動幅は商用電力系統からの電力の影響が大きいため既定値未満に抑えられることとなる。他方、商用電力系統が停電したときにインバータの出力周波数を変動させると、商用電力系統から電力の影響を受けないため変動幅が既定値以上となる。これを利用することで、簡易な構成でありながら、インバータの出力に異常が生じたか否かの判定を正確に行うことができ、それに基づいて商用電力系統の停電発生の有無を判断するため、停電をより一層確実に検知することができる。

請求項３に係るコージェネレーション装置にあっては、内燃機関始動手段は、商用電力系統が停電したと判断されてから所定時間経過したとき、内燃機関を一旦停止させるように構成したので、上記した効果に加え、内燃機関の動作を商用電力系統の状態に応じてより適切に制御でき、よって自立運転をより一層確実に開始させることができる。

請求項４に係るコージェネレーション装置にあっては、電力供給開始手段は、内燃機関が始動して暖機運転が終了した後、発電機から電気負荷への交流電力の供給を開始するように構成したので、上記した効果に加え、内燃機関で駆動される発電機から安定した出力を電気負荷に供給することができる。

この発明の実施例に係るコージェネレーション装置を模式的に示す模式図である。図１に示す発電機や発電制御部などの接続関係を模式的に示すブロック図である。図１に示す発電制御部のＥＣＵの動作を示すフロー・チャートである。図３のフロー・チャートの処理と平行して行われる処理を示すフロー・チャートである。図３のフロー・チャートの処理と平行して行われる処理を示す、図４と同様なフロー・チャートである。図３のフロー・チャートの処理の一部を説明するタイム・チャートである。図１に示す内燃機関の燃料調整マップを示すグラフである。

以下、添付図面に即してこの発明に係るコージェネレーション装置を実施するための形態について説明する。

図１は、この発明の実施例に係るコージェネレーション装置を模式的に示す模式図である。

図１において符号１０はコージェネレーション装置を示す。コージェネレーション装置１０は、商用電源（商用電力系統）１２から電気負荷（例えば家庭内の照明器具など）１４に至る交流電力の給電路（電力線）１６に接続可能な、多極コイルからなる発電機（図１で「ＧＥＮ」と示す）２０、発電機２０を駆動する内燃機関（図１で「ＥＮＧ」と示し、以下「エンジン」という）２２、バッテリ（「Ｂａｔｔ」と示す）２３、発電制御部２４からなる発電ユニット２６と、エンジン２２に接続されてエンジン２２の冷却水を排気熱と熱交換させて昇温する排気熱交換器３０とを備える。

商用電源１２は、単相３線からＡＣ１００／２００Ｖで５０Ｈｚ（または６０Ｈｚ）の交流電力を出力する。発電ユニット２６は一体化され、排気熱交換器３０と共に発電ユニットケース（筐体）３２の内部に収容される。具体的には、発電ユニットケース３２は仕切り３２ａで２つの室に仕切られ、図において下の室３２ｂに発電機２０とエンジン２２が重力方向において上下に配置されると共に、排気熱交換器３０も配置される一方、上の室３２ｃに発電制御部２４やエンジン２２のマフラ３４などが収容される。即ち、発電制御部２４はエンジン２２から隔離され、エンジン２２からの放熱を可能な限り遮断させられるようにエンジン２２とは別室に収容される。

エンジン２２は都市ガス（あるいはＬＰガス。以下、単に「ガス」という）を燃料とする、水冷４サイクルの単気筒ＯＨＶ型の火花点火式のエンジンであり、例えば１６３ｃｃの排気量を備える。図示は省略するが、発電ユニットケース３２においてエンジン２２のシリンダヘッドとシリンダブロックは横（水平）方向に配置され、その内部に１個のピストンが往復動自在に配置される。

供給された吸気とガスはミキサで混合され、生成された混合気は燃焼室に流れ、点火プラグ（図示せず）で点火されるとき燃焼してピストンを駆動し、発電ユニットケース３２において縦（重力）方向にピストンに連結されるクランクシャフトを回転させる。よって生じた排気は、排気熱交換器３０、排気管２２ａおよびマフラ３４を通って発電ユニットケース３２の外（庫外）に排出される。

発電機２０は、クランクシャフトの上端に取り付けられるフライホイール（図示せず）の内側のクランクケース上に固定され、フライホイールとの間で相対回転するとき、交流電力を発電し、その発電量はエンジン回転数に比例する。発電機２０の出力は発電制御部２４に送られる。

図２は、図１に示す発電機２０や発電制御部２４などの接続関係を模式的に示すブロック図である。

図２に示す如く、発電制御部２４は、マイクロコンピュータからなる電子制御ユニット（Electronic Control Unit。以下「ＥＣＵ」という）２４ａと、ＤＣ／ＤＣコンバータ（昇圧電源。「ＤＣ／ＤＣ」と示す）２４ｂと、インバータ（「ＩＮＶ」と示す）２４ｃとを備える。

インバータ２４ｃは、ＤＣ／ＤＣコンバータ２４ｂを介して発電機２０の出力をＡＣ１００／２００Ｖ（単相）に変換する。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ２４ｂには、バッテリ２３が接続され、後述する如く自立運転を開始するとき、バッテリ２３の出力を昇圧する。尚、通常運転時（具体的には商用電源１２が停電していないとき）の発電ユニット２６の発電出力（定格出力）は１．２ｋＷ程度である。

インバータ２４ｃの出力は、インバータ出力用リレー３６を介して配電盤４０に供給され、そこから商用電源１２と連系しつつ給電路１６を介して電気負荷１４に送られる。インバータ出力用リレー３６は、発電制御部２４のＥＣＵ２４ａによってそのオン／オフが制御され、通常運転時はオンされる。尚、インバータ２４ｃの出力はＥＣＵ２４ａにも入力され、ＥＣＵ２４ａにおいてインバータ２４ｃの出力周波数が検出される。

配電盤４０は、商用電源１２と電気負荷１４を結ぶ給電路１６に介挿される。配電盤４０は、商用電源１２側から順に、メインブレーカ４０ａと、ＡＴＳ（Automatic Transfer Switch。電源自動切替スイッチ）４０ｂと、電気負荷用のスイッチ４０ｃとを備える。インバータ２４ｃから延びる電力線は、ＡＴＳ４０ｂとスイッチ４０ｃの間の接続点４０ｄで接続され、その電力線の途中にはコージェネレーション装置用のブレーカ４０ｅが介挿される。

メインブレーカ４０ａとコージェネレーション装置用のブレーカ４０ｅは、過電流が流れるときにオフされて過電流の通電を防止する。電気負荷用のスイッチ４０ｃは、例えば後述するような商用電源１２の停電に伴うエンジン２２の停止時、または自立運転中のエンジン２２がアイドル運転のときなどにオフされ、それ以外のとき（具体的には、通常運転時、および自立運転時の発電機２０の発電出力が安定した後など）はオンされる。

ＡＴＳ４０ｂは、ＡＴＳ接点４０ｂ１と、ＡＴＳ接点４０ｂ１の動作を制御するＡＴＳ制御部（図示せず）とを備える。ＡＴＳ制御部は、通常運転時にＡＴＳ接点４０ｂ１をオンする一方、ＡＴＳ一次側電圧（即ち、商用電源１２の電圧）の低下を検出するとき、接点４０ｂ１をオフして商用電源１２と発電制御部２４のインバータ２４ｃとの接続を遮断する。これにより、インバータ２４ｃから商用電力系統１２への電力供給（逆潮流）が阻止される。さらにＡＴＳ制御部は、ＡＴＳ接点４０ｂ１がオンのとき「ＡＴＳ接点オン信号」を、接点４０ｂ１をオフしてから規定時間（例えば５ｓｅｃ）が経過するとき、「ＡＴＳ接点オフ信号」をＥＣＵ２４ａに出力する。

配電盤４０は、メインブレーカ４０ａとＡＴＳ４０ｂの間の電圧、換言すれば、商用電源１２の電圧を検出する電圧センサ４０ｆを備え、検出された電圧を示す信号を出力する。また、給電路１６の途中、正確には、給電路１６において配電盤４０と電気負荷１４の間には電流センサ４２が配置され、そこを流れる電流（別言すれば、電気負荷１４における電力需要）を示す信号を出力する。上記した各センサ４０ｆ，４２の出力は発電制御部２４のＥＣＵ２４ａに入力される。

図１の説明に戻ると、発電機２０は商用電源１２からインバータ２４ｃを介して通電されるとき、あるいはバッテリ２３からＤＣ／ＤＣコンバータ２４ｂを介して通電されるとき、エンジン２２をクランキングするスタータモータとしても機能する。発電制御部２４のＥＣＵ２４ａは発電機２０の機能をスタータとジェネレータの間で切り換えると共に、エンジン２２などの動作を制御する。

エンジン２２と排気熱交換器３０には、冷却水（不凍液）が循環させられる循環路５０が接続される。循環路５０は、エンジン２２のシリンダブロックなどの発熱部位と排気熱交換器３０を通るように形成される。従って、循環路５０の内部を流れる冷却水は、発熱部位と熱交換してエンジン２２を冷却させつつ昇温すると共に、排気熱交換器３０も通過し、エンジン２２の排気と熱交換してさらに昇温させられる。

循環路５０においてエンジン２２の冷却水出口２２ｂの下流側には、電気ヒータ５２が取り付けられる。電気ヒータ５２は、例えば発電ユニット２６において余剰電力が生じたときに通電されて循環路５０を流れる冷却水を昇温する。尚、この明細書において「上流」「下流」とは、そこを流れる液体（流体）などの流れ方向における上流、下流を意味する。

コージェネレーション装置１０は、発電ユニット２６に加え、貯湯タンクユニット５８を備える。

貯湯タンクユニット５８は、貯湯タンク６０と貯湯タンクユニット制御部６２とを備える。貯湯タンクユニット５８は貯湯タンクユニットケース６４の内部に収容される。貯湯タンクユニットケース６４は仕切り６４ａ，６４ｂ，６４ｃによって４つの室に仕切られる。貯湯タンク６０は図１において中央の貯湯タンク室６４ｄに周囲を断熱（保温）材６０ａで被覆されて収容され、内部に温水を貯留する。

貯湯タンク６０と発電ユニット２６は、前記した冷却水の循環路５０で接続される。即ち、循環路５０はエンジン２２から貯湯タンクユニット５８に向けて延び、貯湯タンク側循環路６０ｂと局部的に接近して排熱熱交換器６０ｃを形成する。排熱熱交換器６０ｃで循環路５０を流れる冷却水は貯湯タンク側循環路６０ｂを流れる温水（循環水）に熱を伝えて冷却する。

排熱熱交換器６０ｃでの熱交換で昇温させられて温水となった貯湯タンク側循環路６０ｂの水は貯湯タンク６０に出入し、貯湯タンク６０との間を循環するように流れる。

また、貯湯タンク６０には流出路６０ｄが設けられる。流出路６０ｄは、例えば台所や風呂の給湯設備（図示せず）などの熱負荷６６に接続される。流出路６０ｄには、水道からの給水路６０ｅが混合弁６８を介して水温調節自在に接続される。

流出路６０ｄの途中には、補助ボイラ７０が設けられる。補助ボイラ７０は、ガス供給源に接続され、温水制御部６２から駆動信号が出力されるとき、ガス供給源からのガスを燃焼させて流出路６０ｄを流れる温水を昇温する。

また、流出路６０ｄには、前記した補助ボイラ７０をバイパスするバイパス路６０ｆと、バイパス路６０ｆの上流側で分岐される分岐流出路６０ｇが接続される。バイパス路６０ｆと分岐流水路６０ｇは局部的に接近して排熱熱交換器６０ｈを形成する。

分岐流出路６０ｇの下流側は例えば家庭内の床暖房設備などの熱負荷７２に接続されると共に、熱負荷７２は還流路６０ｉを介して貯湯タンク６０に接続される。よって分岐流出路６０ｇを流れる温水は、熱負荷７２で各部屋の冷気と熱交換させられた後、還流路６０ｉを通って貯湯タンク６０に戻る。尚、貯湯タンク６０には、給水管６０ｅが接続され、貯湯タンク６０内の水量が低下したとき給水（補給）される。

このように、この実施例に係るコージェネレーション装置１０において、各部屋は貯湯タンク６０から供給される温水で暖房される。

貯湯タンクユニット制御部（以下「貯湯制御部」という）６２は仕切り６４ａで仕切られて隔離された隔離室６４ｅに収容される。貯湯制御部６２も発電制御部２４のＥＣＵ２４ａと同様、マイクロコンピュータからなるＥＣＵ（電子制御ユニット）を備え、ＥＣＵ２４ａと通信自在に接続される。

図１においてＴは温度センサ、Ｖはバルブ、Ｐはポンプを示し、信号線の図示は省略するが、それらは貯湯制御部６２に電気的に接続される。貯湯制御部６２は温度センサＴの出力に基づき、バルブＶとポンプＰの動作を制御して上記した貯湯タンク６０の温水の出入などを制御する。

具体的には、貯湯制御部６２は、排熱ポンプ７４を駆動して循環路５０を流れる冷却水を排熱熱交換器６０ｃに圧送し、貯湯タンク側循環路６０ｂを流れる循環水と熱交換させる。

貯湯タンク側循環路６０ｂを流れる循環水は循環ポンプ７６で循環させられると共に、循環路５０を流れる冷却水との熱交換によって加温され、温度センサ７８で検出される温度が所定温度（例えば７０℃）に達すると、貯湯制御部６２は温度調整弁８０を開閉させ、貯湯タンク６０に上部から供給する。貯湯タンク６０の下部からは温度が低下した水が貯湯タンク側循環路６０ｂに放出され、よって貯湯タンク６０の温水は所定温度に保持される。

貯湯制御部６２は、熱負荷６６への給湯温度を検出する温度センサ８２の出力に基づいて混合弁６８や開閉弁８４を開閉させ、熱負荷６６へ供給される温水の温度を調整する。

同様に、貯湯制御部６２は、熱負荷７２への給湯温度を検出する温度センサ８６の出力に基づき、分岐流出路６０ｇの開閉弁９０や還流路６０ｉの開閉弁９２を開閉させると共に、暖房ポンプ９４の動作を制御して熱負荷７２へ供給される温水の温度を調整する。さらに、貯湯制御部６２は、例えば熱負荷７２に供給される温水の温度が低い場合、水路切り替え弁９６と補助ボイラポンプ９８を作動させて補助ボイラ７０で昇温させられた温水をバイパス路６０ｆに流すようにし、排熱熱交換器６０ｈを利用して分岐流出路６０ｇの温水を昇温させて熱負荷７２に供給する。

以上を前提とし、この実施例に係るコージェネレーション装置の動作、具体的には商用電源１２が停電し、それから復電したときの動作を説明する。

図３は、発電制御部２４のＥＣＵ２４ａの動作を示すフロー・チャートである。尚、図示のプログラムは、コージェネレーション装置１０が起動されるとき実行される。

以下説明すると、先ずＳ（ステップ）１０において、装置１０の起動時に図示しないプログラムによって行われる自己診断の結果が正常であったか否か判断する。Ｓ１０で否定されるときはコージェネレーション装置１０に何らかの故障が発生している可能性があるため、以降の処理を実行せずに本プログラムを終了すると共に、図示しない故障判定用のフロー・チャートに進む。

Ｓ１０で肯定されるときはＳ１２に進み、商用電源１２が停電したか否か判断、即ち、商用電源１２の停電が検知（検出）されたか否か判断する。

図４は、その停電を検知する処理を示すフロー・チャートである。図４のプログラムは、図３のフロー・チャートの処理と平行して行われる。

図４について説明すると、Ｓ１００において、コージェネレーション装置１０が単独運転（換言すれば、停電の発生によって商用電源１２との連系運転を行っていない状態）か否か判断する。Ｓ１００においては具体的に、インバータ２４ｃの出力周波数に基づいてインバータ２４ｃの出力に異常が生じたか否か判定し、異常が生じたと判定されるときに単独運転であると判断する。

詳説すると、インバータ２４ｃの出力は、商用電源１２と連系させて電気負荷１４に供給するとき、その出力周波数を意図的に僅かに変動させたとしても、その変動幅は商用電源１２からの電力の影響が大きいため既定値未満に抑えられることとなる。他方、商用電源１２が停電したときにインバータ２４ｃの出力周波数を変動させると、商用電源１２からの影響を受けないため変動幅が既定値以上となる。Ｓ１００では、これを利用するようにした。即ち、Ｓ１００にあっては、インバータ２４ｃの出力周波数を微変動させると共に、入力される（検出される）インバータ２４ｃの出力の周波数の変動幅が既定値以上のとき、停電に起因してインバータ２４ｃの出力に異常が生じており、よってコージェネレーション装置１０は単独運転であると判定する。

Ｓ１００で否定されるときは以降の処理をスキップする一方、肯定されるときはＳ１０２に進み、インバータ出力リレー３６をオフする。

次いでＳ１０４に進み、電圧センサ４０ｆの出力に基づき、商用電源１２の電圧のＵＮ間またはＶＮ間が第１所定電圧（例えば３６Ｖ）以下の状態が第１所定時間（例えば１００ｍｓｅｃ）以上継続しているか否か判断する。

Ｓ１０４で肯定されるときはＳ１０６に進み、ＡＴＳ４０ｂからＡＴＳ接点オフ信号が出力された状態が第２所定時間（例えば５００ｍｓｅｃ）継続しているか否か判断、即ち、商用電源１２の電圧の低下がＡＴＳ４０ｂ側でも検出され、その状態が第２所定時間継続しているか否か判断する。Ｓ１０６またはＳ１０４で否定されるときはＳ１０４の処理に戻る一方、Ｓ１０６で肯定されるときはＳ１０８に進む。

Ｓ１０８においては、Ｓ１０６で肯定されてから第３所定時間（例えば５ｓｅｃ）経過したか否か判断する（停電カウント）。Ｓ１０８で否定されるときはＳ１０８の処理を繰り返す一方、肯定されるときはＳ１１０に進み、停電検知ＯＮフラグ（初期値０）のフラグのビットを１にセットする。即ち、このフラグは、商用電源１２の停電が検知（検出）されるとき、正確には商用電源１２に停電が生じたと確定されるとき１にセットされる一方、それ以外のとき（具体的には商用電源１２に停電が生じていないとき（例えば後述する如く商用電源１２の復電を検知したとき））０にリセットされる。

図３の説明に戻ると、Ｓ１２で否定されるとき、即ち、前述した停電検知ＯＮフラグのビットが０のときはＳ１４に進み、操作者から熱要求（運転指令）がなされたか否か判断する。Ｓ１４は、例えば熱負荷６６において温水が使用され、貯湯タンク６０の温水の温度が低下した場合などに熱要求がなされたと判断する。

Ｓ１４で否定されるときはＳ１２の処理に戻る一方、肯定されるときはＳ１６に進み、エンジン２２を始動させると共に、Ｓ１８に進んでエンジン２２においてアイドル運転を実行させる。次いでＳ２０に進み、エンジン２２の運転が安定するまで商用電源１２との連系を阻止するため、再連系阻止時間（例えば２ｓｅｃ）が経過するまで待機し、Ｓ２２に進んで発電機２０での発電を開始する。これにより、発電ユニット２６の発電電力が電気負荷１４に商用電源１２と連系して供給されると共に、貯湯タンクユニット５８の温水が熱負荷６６などに供給される。

次いでＳ２４に進み、前述した停電検知ＯＮフラグのビットに基づき、商用電源１２が停電したか否か再度判断する。Ｓ２４で否定されるときはＳ２６に進み、熱要求が依然としてあるか否か判定し、肯定されるときはＳ２４の処理に戻る。

一方、Ｓ２６で否定されるときはＳ２８に進み、発電機２０での発電を停止すると共に、Ｓ３０に進んでエンジン２２の運転も停止してプログラムを終了する。

Ｓ２４で肯定されるとき、即ち、商用電源１２に停電が生じたときはＳ３２に進み、発電機２０での発電を停止させると共に、Ｓ３４に進んで停電が検知されてから第４所定時間（所定時間。例えば２０ｓｅｃ）が経過したか否か判断する。Ｓ３４で否定されるときはＳ３４に戻る一方、肯定されるときはＳ３６に進んでエンジン２２を一旦停止させる。

次いでＳ３８に進み、自立運転を開始するべくＤＣ／ＤＣコンバータ２４ｂをバッテリ２３に接続してバッテリ出力の昇圧を開始すると共に、Ｓ４０に進んでその昇圧されたバッテリ出力でエンジン２２をクランキングして始動させる。尚、Ｓ１２で肯定されるときもＳ３８の処理に進む。

次いでＳ４２に進み、エンジン２２の暖機運転が完了したか否か判断する。Ｓ４２においては、例えば予め設定される暖機運転時間が経過したときに暖機運転が完了したと判断する。Ｓ４２で否定されるときはＳ４２に戻る一方、肯定されるときはＳ４４に進み、インバータ出力リレー３６をオンして発電機２０から電気負荷１４への交流電力の供給を開始する。

上記の如く、自立運転を開始する際、発電機２０での発電を停止させてエンジン２２も一旦停止させた後、エンジン２２を再始動させて発電機２０から発電電力を再び出力するように構成したのは、商用電源１２との連系を確実に切り離す必要があるためであり、また発電機２０の発電能力（定格出力）以上の電気負荷１４が接続されている場合に過度の負担となるのを防止するためである。

次いでＳ４６に進み、停電検知ＯＮフラグに基づき、商用電源１２が復電したか否か判断、即ち、商用電源１２が復旧して停電が終了したか否か判断する。

図５は、その復電を検知する処理を示すフロー・チャートである。図５のプログラムは、図３のフロー・チャートの処理と平行して行われる。

図５に示す如く、先ずＳ２００において、商用電源１２の電圧のＵＮ間かつＶＮ間が第１所定電圧に比して大きい値に設定される第２所定電圧（例えば１０８Ｖ）以上の状態が第５所定時間（例えば１００ｍｓｅｃ）以上継続しているか、またはＡＴＳ４０ｂからＡＴＳ接点オン信号が出力された状態が第６所定時間（例えば１００ｍｓｅｃ）継続しているか否か判断する。

Ｓ２００で否定されるときはＳ２００の処理を繰り返す一方、肯定されるときはＳ２０２に進み、Ｓ２００で肯定されてから第７所定時間（例えば２ｓｅｃ）経過したか否か判断する（復電カウント）。Ｓ２０２で否定されるときはＳ２０２に戻り、肯定されるときはＳ２０４に進んで停電検知ＯＮフラグのビットを０にリセットしてプログラムを終了する。

図３の説明に戻ると、Ｓ４６で否定されるときはＳ４４の処理を繰り返す一方、肯定されるとき、即ち、停電検知ＯＮフラグのビットが０のときはＳ４８に進み、発電機２０での発電を停止し、Ｓ５０に進んでエンジン２２の運転も停止してプログラムを終了する（自立運転を終了する）。尚、商用電源１２が復旧した後は、例えばＳ１２以降の処理を実行し、熱要求などに応じて適宜に商用電源１２との連系運転が実行される。

図６は上記した処理の一部、具体的には商用電源１２の停電から復電までのコージェネレーション装置１０の動作を説明するタイム・チャートである。

図６に示す如く、時刻ｔ１においては操作者から熱要求がなされると（Ｓ１４）、エンジン２２を始動させる（Ｓ１６）。そして時刻ｔ２でインバータ出力リレー３６をオンして発電機２０から電気負荷１４への電力供給を開始する。

時刻ｔ３で商用電源１２に停電が生じると（例えば商用電源１２のＵＶ間が第３所定電圧（例えば１９２Ｖ）以下で第８所定時間（例えば２０ｍｓｅｃ）継続したとき）、バッテリ２３からＡＴＳ４０ｂと排熱ポンプ７４に電力を供給する。これにより、停電時であってもＡＴＳ４０ｂを動作可能にすることができると共に、排熱ポンプ７４も駆動できるためエンジン２２の冷却水温度が過度に上昇することもない。

時刻ｔ３ではさらに、インバータ２４ｃの出力周波数に基づいてコージェネレーション装置１０が単独運転であることが検知されることから、インバータ出力リレー３６をオフする（Ｓ１００，Ｓ１０２）。ＡＴＳ４０ｂ側でも、商用電源１２の電圧の低下が検出されるため、時刻ｔ３直後にＡＴＳ接点４０ｂ１をオフすると共に、接点４０ｂ１をオフして規定時間が経過した時刻ｔ４において、ＡＴＳ接点オフ信号を出力する。

ＡＴＳ接点オフ信号が出力されてから第３所定時間経過した時刻ｔ５では、停電検知ＯＮフラグのビットを１にセットする、即ち、商用電源１２の停電発生を確定する（Ｓ１０６〜Ｓ１１０）。停電が検知されてから第４所定時間が経過した時刻ｔ６では、エンジン２２を一旦停止させる（Ｓ３４，Ｓ３６）。

次いで時刻ｔ７においてＤＣ／ＤＣコンバータ２４ｂをバッテリ２３に接続してバッテリ出力の昇圧を開始して（Ｓ３８）、昇圧されたバッテリ電圧でエンジン２２をクランキングして始動させる（Ｓ４０）。尚、エンジン２２が完爆した後、前記した昇圧を停止する。

時刻ｔ９では排熱ポンプ７４の駆動電源を、バッテリ２３から発電機２０に切り替える。これにより、停電時にバッテリ２３が消耗するのを防止することができる。次いで時刻ｔ１０でエンジン２２の暖機運転が終了すると、インバータ出力リレー３６をオンして発電機２０から電気負荷１４への交流電力の供給を開始する（Ｓ４２，Ｓ４４）。

尚、自立運転時においては、エンジン２２の燃料調整マップを切り替える（変更する）ようにする。図７はその燃料調整マップを示すグラフである。

図７に示す如く、発電ユニット２６においては、商用電源１２と連系運転するとき、出力電圧を一定（定格出力）にするべく、エンジン２２に供給される燃料供給量も一定（別言すれば、スロットル開度も一定）となるように、その動作が制御される。これに対し、商用電源１２に停電が生じて自立運転を実行する場合、電気負荷１４における電力需要を電流センサ４２に基づいて検出し、検出された電力需要（図７で横軸の出力電力に相当）に応じてエンジン２２の燃料供給量を調整する（換言すれば、電力需要に応じてスロットル開度を調整する）ようにする。具体的には、エンジン２２の燃料供給量（換言すればスロットル開度）は、電力需要に比例、詳しくは電力需要が増えるにつれて増加するように設定される。

図６の説明に戻ると、時刻ｔ１１で商用電源１２の電圧やＡＴＳ接点信号に基づいて商用電源１２の復電が検知されると（Ｓ２００）、インバータ出力リレー３６をオフし、第７所定時間が経過した時刻ｔ１２において、停電検知ＯＮフラグのビットを０にリセットすると共に、エンジン２２の運転を停止させる（Ｓ２０２，Ｓ２０４，Ｓ５０）。

ＡＴＳ４０ｂにあっては、時刻ｔ１１で復電が検知されてから既定時間（例えば３ｓｅｃ）経過後の時刻ｔ１３においてＡＴＳ接点４０ｂ１をオンする。その後時刻ｔ１４において、例えば商用電源１２のＵＶ間が第４所定電圧（例えば２１６Ｖ）以上で第９所定時間（例えば１０ｓｅｃ）継続したとき、ＡＴＳ４０ｂの電源をバッテリ２３から商用電源１２に切り替える。

上記の如く、この発明の実施例にあっては、商用電力系統（商用電源）１２から電気負荷１４に至る交流電力の給電路１６に接続可能な発電機２０と前記発電機を駆動する内燃機関（エンジン）２２とからなる発電ユニット２６を少なくとも備えたコージェネレーション装置１０において、前記商用電力系統１２が停電したか否か判断する停電判断手段と（発電制御部２４のＥＣＵ２４ａ。Ｓ１００〜Ｓ１１０）、前記商用電力系統１２が停電したと判断される場合、前記内燃機関２２を一旦停止させ、次いで自立運転が開始されるとき、昇圧電源（ＤＣ／ＤＣコンバータ）２４ｂをバッテリ２３に接続して前記内燃機関を始動させる内燃機関始動手段と（発電制御部２４のＥＣＵ２４ａ。Ｓ２４，Ｓ３６〜Ｓ４０）、前記内燃機関２２が始動した後、前記発電機２０から前記電気負荷１４への交流電力の供給を開始する電力供給開始手段と（発電制御部２４のＥＣＵ２４ａ。Ｓ４４）、前記発電機２０に接続されるインバータ２４ｃの出力周波数に基づいて前記インバータ２４ｃの出力に異常が生じたか否か判定するインバータ出力異常判定手段（発電制御部２４のＥＣＵ２４ａ。Ｓ１００）とを備えると共に、前記停電判断手段は、前記商用電力系統の電圧が所定値（第１所定電圧）以下で、かつ前記インバータ２４ｃの出力に異常が生じたと判定されるとき、前記商用電力系統が停電したと判断する如く構成、即ち、商用電力系統１２の電圧とインバータの出力に基づいて停電が生じたか否か判断する（Ｓ１００，Ｓ１０４，Ｓ１１０）如く構成した。

これにより、商用電力系統１２に停電が生じて自立運転に移行する際、簡易な構成でありながらエンジン２２の動作を適切に制御でき、よって自立運転を確実に開始させることができる。

また、商用電力系統１２の停電の発生を確実かつ正確に検知することができる。

また、前記インバータ出力異常判定手段は、前記インバータ２４ｃの出力周波数を変動させると共に、前記出力周波数の変動幅が既定値以上のとき、前記インバータ２４ｃの出力に異常が生じたと判定する如く構成したので（Ｓ１００）、インバータ２４ｃの出力の異常の有無を簡易な構成で正確に判定でき、それによって商用電力系統１２の停電をより一層確実に検知することができる。

具体的には、発電機２０に接続されるインバータ２４ｃの出力は、商用電力系統１２と連系させて電気負荷１４に供給するとき、その出力周波数を意図的に僅かに変動させたとしても、その変動幅は商用電力系統１２からの電力の影響が大きいため既定値未満に抑えられることとなる。他方、商用電力系統１２が停電したときにインバータ２４ｃの出力周波数を変動させると、商用電力系統１２から電力の影響を受けないため変動幅が既定値以上となる。これを利用することで、簡易な構成でありながら、インバータ２４ｃの出力に異常が生じたか否かの判定を正確に行うことができ、それに基づいて商用電力系統１２の停電発生の有無を判断するため、停電をより一層確実に検知することができる。

また、前記内燃機関始動手段は、前記商用電力系統１２が停電したと判断されてから所定時間経過したとき、前記内燃機関２２を一旦停止させる如く構成したので（Ｓ３４，Ｓ３６）、エンジン２２の動作を商用電力系統１２の状態に応じてより適切に制御でき、よって自立運転をより一層確実に開始させることができる。

また、前記電力供給開始手段は、前記内燃機関２２が始動して暖機運転が終了した後、前記発電機２０から前記電気負荷１４への交流電力の供給を開始する如く構成したので（Ｓ４２，Ｓ４４）、エンジン２２で駆動される発電機２０から安定した出力を電気負荷１４に供給することができる。

尚、上記において、エンジン２２を都市ガス・ＬＰガスを燃料とするガスエンジンとしたが、ガソリン燃料などを使用するエンジンであっても良い。また、各所定電圧、各所定時間、発電ユニット２６の定格出力およびエンジン２２の排気量などを具体的な値で示したが、それらは例示であって限定されるものではない。

また、商用電源１２が出力する交流電力を１００／２００Ｖとしたが、商用電源１２が出力する交流電力が１００／２００Ｖを超えるときは、それに相応する電圧を発電ユニット２６から出力させることはいうまでもない。

１０コージェネレーション装置、１２商用電源（商用電力系統）、１４電気負荷、１６給電路、２０発電機、２２エンジン（内燃機関）、２３バッテリ、２４発電制御部、２４ａＥＣＵ（電子制御ユニット）、２４ｂＤＣ／ＤＣコンバータ（昇圧電源）、２４ｃインバータ、２６発電ユニット

Claims

商用電力系統から電気負荷に至る交流電力の給電路に接続可能な発電機と前記発電機を駆動する内燃機関とからなる発電ユニットを少なくとも備えたコージェネレーション装置において、前記商用電力系統が停電したか否か判断する停電判断手段と、前記商用電力系統が停電したと判断される場合、前記内燃機関を一旦停止させ、次いで自立運転が開始されるとき、昇圧電源をバッテリに接続して前記内燃機関を始動させる内燃機関始動手段と、前記内燃機関が始動した後、前記発電機から前記電気負荷への交流電力の供給を開始する電力供給開始手段と、前記発電機に接続されるインバータの出力周波数に基づいて前記インバータの出力に異常が生じたか否か判定するインバータ出力異常判定手段とを備えると共に、前記停電判断手段は、前記商用電力系統の電圧が所定値以下で、かつ前記インバータの出力に異常が生じたと判定されるとき、前記商用電力系統が停電したと判断することを特徴とするコージェネレーション装置。
前記インバータ出力異常判定手段は、前記インバータの出力周波数を変動させると共に、前記出力周波数の変動幅が既定値以上のとき、前記インバータの出力に異常が生じたと判定することを特徴とする請求項１記載のコージェネレーション装置。
前記内燃機関始動手段は、前記商用電力系統が停電したと判断されてから所定時間経過したとき、前記内燃機関を一旦停止させることを特徴とする請求項１または２記載のコージェネレーション装置。
前記電力供給開始手段は、前記内燃機関が始動して暖機運転が終了した後、前記発電機から前記電気負荷への交流電力の供給を開始することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のコージェネレーション装置。