(発明が解決しようとする課題)
特許文献1に記載の系統連系装置に自家発電装置を接続させてなる電力供給装置において、自家発電装置の発電停止時に、DC/DCコンバータ及びインバータの動作を停止させるとともに出力コンデンサをコンデンサ放電部に放電させることができる。このように自家発電装置の発電停止時に出力コンデンサを放電することで、自家発電装置の発電停止後に電力供給装置を点検する際における感電が防止される。しかしながら、このような電力供給装置は、出力コンデンサを放電させるためのコンデンサ放電部を装置内に組み込まなければならないことから装置構成が複雑化し、且つ、装置コストが高くなるという問題を有する。また、特許文献1に記載の系統連系装置には、DC/DCコンバータとインバータとの間に中間コンデンサが設けられているが、この中間コンデンサに蓄積された電荷は放電されない。従って、自家発電装置の発電停止後の点検時に中間コンデンサに蓄電された電力によって、作業者が感電する虞がある。
本発明は、自家発電装置、DC/DCコンバータ、及びインバータを備える電力供給装置において、装置コストを増加させることなく、自家発電装置の発電が停止した場合にDC/DCコンバータとインバータとの間に設けられる中間コンデンサに蓄電された電力を速やかに放電することができるように構成された電力供給装置を提供することを目的とする。
(課題を解決するための手段)
本発明は、自家発電装置(10)と、自家発電装置に電気的に接続され、自家発電装置にて発電された電力に基づいて生成される直流電力を昇圧するDC/DCコンバータ(22)と、DC/DCコンバータに電気的に接続され、DC/DCコンバータにて昇圧された直流電力を交流電力に変換するインバータ(23)と、DC/DCコンバータとインバータとの間に設けられ、DC/DCコンバータから出力される電力を蓄電する中間コンデンサ(25)と、中間コンデンサに継電部材(27,28)を介して接続される補機用内部電力負荷(30,31)と、自家発電装置、DC/DCコンバータ及びインバータの各動作を制御する制御装置(26)と、を備え、制御装置は、自家発電装置の発電が停止した場合に、DC/DCコンバータ及びインバータの動作を停止させるとともに、中間コンデンサが補機用内部電力負荷に電気的に接続されるように継電部材を制御する停止処理部(261)を備える、電力供給装置(100,100A)を提供する。
本発明によれば、DC/DCコンバータとインバータとの間に、DC/DCコンバータから出力される電力を蓄電する中間コンデンサが設けられる。この中間コンデンサは、継電部材を介して装置内の補機用内部電力負荷に接続される。そして、自家発電装置の発電が停止した場合には、DC/DCコンバータ及びインバータの動作が停止されるとともに、中間コンデンサと補機用内部電力負荷が電気的に接続されるように継電部材が制御される。このため、自家発電装置の発電停止時に中間コンデンサに蓄電されていた電力は、補機用内部電力負荷で消費されることにより放電される。このように補機用内部電力負荷が中間コンデンサの放電に利用されるため、コンデンサ放電部のようなコンデンサを放電させるための専用部品を別途設ける必要がない。また、マイコン等の制御装置と比較して、補機用内部電力負荷の消費電力は大きいため、中間コンデンサに蓄電された電力を補機用内部電力負荷に流すことによって、速やかに中間コンデンサに蓄電された電力が放電される。よって、装置コストを増加させることなく、自家発電装置の発電停止時に中間コンデンサに蓄電された電力を速やかに放電することができる。
本発明において、補機用内部電力負荷とは、電力供給装置の内部に配設され、電力供給装置の機能を実現するための必須構成部品の動作を補助する部品であって、電力により駆動するものを言う。例えば、制御装置の加熱を防止するために制御装置を冷却する冷却ファンを駆動させるための冷却ファンモータ等が、補機用内部電力負荷に相当する。また、継電部材は、典型的にはリレーであるが、中間コンデンサと補機用内部電力負荷との電気的な接続を許可し或いは遮断することができるものであれば、どのようなものでもよい。また、継電部材が補機用内部電力負荷内に組み込まれていてもよい。
また、本発明において、制御装置は、電力を蓄える内部コンデンサ(26a)を備える。そして、制御装置は、自家発電装置の発電が停止しているときであって中間コンデンサの放電電圧(端子電圧)が制御装置の駆動電圧(最低動作電圧)よりも大きいときには中間コンデンサに蓄電された電力により駆動され、中間コンデンサの放電電圧が制御装置の駆動電圧以下であるときには内部コンデンサに蓄電された電力により駆動されるように構成される。これによれば、制御装置に電力を供給する中間コンデンサの放電電圧が制御装置の駆動電圧以下に低下した場合に制御装置が遮断(リセット)されることが防止される。よって、制御装置の遮断により中間コンデンサの放電に支障を来すことが防止される。
また、本発明に係る電力供給装置は、インバータの出力電圧又は出力電流の異常を検出する異常検出装置(34)を備えるのがよい。そして、制御装置は、異常検出装置がインバータの出力電圧又は出力電流の異常を検出したときに、自家発電装置の発電を停止するように構成されるのがよい。これによれば、電力供給装置内にて過電圧或いは過電流等の異常が発生すると、自家発電装置の発電が停止される。自家発電装置の発電が停止すると、制御装置の停止処理部は、DC/DCコンバータ及びインバータの動作を停止させるとともに、中間コンデンサが補機用内部電力負荷に電気的に接続されるように継電部材を制御する。従って、過電圧や過電流等の異常が発生した際の点検時には中間コンデンサに蓄電された電力が補機用内部電力負荷に消費されることにより完全に放電されているため、作業者の感電を確実に防止することができる。
また、インバータが商用電源(C)に接続可能に構成されており、異常検出装置は、商用電源の停電を検知するように構成されているとよい。この場合、電力供給装置は、外部の電力負荷(E)に直接接続することができるように構成された自立電源出力部(29)と、インバータに接続され、インバータが商用電源に電気的に接続される連系状態と、インバータが自立電源出力部に電気的に接続される自立状態とを選択的に実現することができるように構成された切換装置(24)と、を備えるのがよい。そして、制御装置は、異常検出装置が商用電源の停電を検知していないときに連系状態が実現され、異常検出装置が商用電源の停電を検知しているときに自立状態が実現されるように、切換装置を制御するのがよい。これによれば、商用電源が停電しているときに、インバータが自立電源出力部に電気的に接続されるため、自立電源出力部を介してインバータから出力される電力を外部の電力負荷に供給することができる。このため、商用電源の停電時に自立して(すなわち商用電源とは独立に)、外部の電力負荷に電力を供給することができる。
また、本発明に係る電力供給装置は、自家発電装置の発電を停止させるための停止信号を制御装置に出力するシステム停止手段(33)を備えるのがよい。そして、制御装置は、停止信号を入力したときに、自家発電装置の発電を停止するように構成されるのがよい。これによれば、ユーザ或いは作業者がシステム停止手段を操作することにより停止信号が制御装置に出力された場合、自家発電装置の発電が停止される。このため制御装置の停止処理部は、DC/DCコンバータ及びインバータの動作を停止させるとともに、中間コンデンサが補機用内部電力負荷に電気的に接続されるように継電部材を制御する。従って、異常時ではない通常時においても自家発電装置の発電が停止したときには中間コンデンサに蓄電された電力が補機用内部電力負荷に消費されることにより完全に放電されているため、その後にユーザ或いは作業者が装置内を点検する際の感電を確実に防止することができる。
(第1実施形態)
以下、本発明の第1実施形態について図面を参照して説明する。図1は、第1実施形態に係る電力供給装置であるコージェネレーションシステムの構成を示すブロック図である。図1に示すように、本実施形態に係るコージェネレーションシステム100は、自家発電装置10と、系統連系装置20と、床暖房装置50を備える。
自家発電装置10は、気体燃料、液体燃料或いは固体燃料により駆動するエンジン11と、エンジン11の駆動により駆動して発電する発電機12とを備える。また、エンジン11は、冷却水回路13を介して床暖房装置50に熱的に接続されている。従って、エンジン11の熱が床暖房装置50に伝達されることにより、床暖房が実施される。
系統連系装置20は、整流器21、DC/DCコンバータ22、インバータ23、開閉器241、切換装置24、中間コンデンサ25、制御装置26、第1リレー27(継電部材)、第2リレー28(継電部材)、自立電源出力部29、及び、補機用内部電力負荷としての廃熱ヒータ30及び冷却ファンモータ31を備える。
整流器21は、発電機12に電気的に接続されており、発電機12にて発電された電力(交流電力)を整流して直流電力を生成する。DC/DCコンバータ22は整流器21に電気的に接続されており、整流器21にて生成された直流電力を必要な電圧に昇圧する。インバータ23はDC/DCコンバータ22に電気的に接続されており、DC/DCコンバータ22から出力される昇圧された直流電力を交流電力に変換する。
開閉器241は、インバータ23の出力側に接続される。開閉器241は、インバータ23と商用電源Cとの開閉(接続・切断)を行う部品である。この開閉器241は、例えば、発電機12の駆動が開始されたときに接続され、発電機12の駆動が停止されたときに切断されるように、制御装置26により開閉制御される。
切換装置24は開閉器241を介してインバータ23の出力側に接続される。切換装置24は、インバータ23の出力側がブレーカーBRを介して商用電源Cに接続される連系状態と、インバータ23の出力側が自立電源出力部29に接続される自立状態とを、選択的に実現することができるように構成される。自立電源出力部29は、例えば系統連系装置20の筐体に備え付けられた端子台であり、外部の電力負荷Eに直接接続することができるように構成される。
また、中間コンデンサ25は、DC/DCコンバータ22とインバータ23との間に設けられる。中間コンデンサ25は、DC/DCコンバータ22の出力電力(電圧)を平滑化するための部品である。また、中間コンデンサ25は、DC/DCコンバータ22の出力電力を蓄電することもでき、且つ、蓄電した電力をインバータ23に供給することができるように、DC/DCコンバータ22とインバータ23とに接続されている。
廃熱ヒータ30は、冷却水回路13内の冷却水を加熱するための電気ヒータである。冷却ファンモータ31は、系統連系装置20内の構成部品、例えば制御装置26を冷却するための冷却ファンを駆動するための駆動部品である。廃熱ヒータ30は、第1リレー27を介して中間コンデンサ25に接続されており、冷却ファンモータ31は、第2リレー28を介して中間コンデンサ25に接続されている。従って、第1リレー27のリレー接点が閉じているときには、中間コンデンサ25と廃熱ヒータ30が電気的に接続される。このため中間コンデンサ25に蓄電された電力が廃熱ヒータ30に供給される。また、第2リレー28のリレー接点が閉じているときには、中間コンデンサ25と冷却ファンモータ31が電気的に接続される。このため、中間コンデンサ25に蓄電された電力が冷却ファンモータ31に供給される。一方、第1リレー27のリレー接点が開放しているときには、中間コンデンサ25と廃熱ヒータ30が電気的に遮断され、第2リレー28のリレー接点が開放しているときには、中間コンデンサ25と冷却ファンモータ31が電気的に遮断される。
制御装置26は、CPU,ROM,RAM等からなるマイクロコンピュータを主要構成とし、自家発電装置10(エンジン11、発電機12)、DC/DCコンバータ22、インバータ23の各動作、切換装置24の切換動作、及び、第1リレー27及び第2リレー28の開閉動作を制御する。この制御装置26は、基本的には自家発電装置10により発電された電力によって駆動される。また、制御装置26は、内部コンデンサ26aを備える。内部コンデンサ26aは、制御装置26に供給される電力の一部を蓄電する。制御装置26は、この内部コンデンサ26aに蓄電された電力により駆動することもできるように構成されている。さらに、制御装置26は、中間コンデンサ25にも接続されており、中間コンデンサ25に蓄電された電力により駆動することもできるように構成されている。さらに、制御装置26は、商用電源Cにも接続されている。自家発電装置10を始動させるときには、制御装置26は商用電源Cから電力を供給する。
また、系統連系装置20は、システム起動/停止スイッチ32、及び、メンテナンススイッチ33を備える。システム起動/停止スイッチ32は、起動ボタン32aと停止ボタン32bとを有する。ユーザが起動ボタン32aを押下すると、エンジン11が始動する。一方、ユーザが停止ボタン32bを押下すると、システム起動/停止スイッチ32は停止信号を制御装置26に出力する。メンテナンススイッチ33はメンテナンスボタン33aを有する。メンテナンスボタン33aが押下された場合、メンテナンススイッチ33はメンテナンス信号を制御装置26に出力する。
さらに、系統連系装置20は、異常検出装置34を備える。異常検出装置34は、インバータ23から商用電源C側に出力される電力の電圧及び電流の異常、例えば過電圧或いは過電流が発生しているかいないかを検出する。異常検出装置34がインバータ23から出力される電力の異常を検出した場合、異常検出装置34は、異常信号を制御装置26に出力する。また、異常検出装置34は、商用電源Cの停電を検知することができるように構成されている。異常検出装置34が商用電源Cの停電を検知した場合、異常検出装置34は、停電信号を制御装置26に出力する。
上記構成のコージェネレーションシステム100において、ユーザがシステム起動/停止スイッチ32の起動ボタン32aを押下した場合、エンジン11が始動する。なお、エンジン11の始動に際し、商用電源Cからエンジン11に電力が供給される。
エンジン11が始動すると、エンジン11の回転が発電機12に伝達される。これにより発電機12が発電する。発電機12により発電された電力が整流器21を通ることにより直流電力が生成される。整流器21にて生成された直流電力は、DC/DCコンバータ22により所望の電圧まで昇圧される。昇圧された直流電力はインバータ23に入力される。このときDC/DCコンバータ22から出力された電力の一部が中間コンデンサ25に蓄電される。中間コンデンサ25に蓄電された電力は、必要に応じてインバータ23に入力される。このような中間コンデンサ25の平滑作用により、インバータ23の出力電圧が安定する。
インバータ23は、入力した直流電力を交流電力に変換する。インバータ23にて変換された交流電力は、開閉器241を介して切換装置24に入力される。切換装置24は、商用電源Cが停電していないとき(異常検出装置34が停電信号を出力していないとき)は、インバータ23の出力側がブレーカーBRを介して商用電源Cに接続される連系状態を実現するように、制御装置26によりその切換動作が制御されている。従って、商用電源Cが停電していない場合、インバータ23から出力される交流電力は、切換装置24及びブレーカーBRを介して商用電源Cに系統連系される。商用電源Cに系統連系された発電電力は、必要な時に、家庭内の電力負荷E、例えば冷蔵庫等に供給される。コージェネレーションシステム100がこうして商用電源Cと系統連系することにより、商用電力の使用量を削減することができる。
また、エンジン11の駆動により生じた熱は、上述したように冷却水回路13を介して床暖房装置50に供給される。これにより床暖房が実施される。
コージェネレーションシステム100の運転中、制御装置26は、DC/DCコンバータ22及びインバータ23に動作制御信号を出力する。DC/DCコンバータ22及びインバータ23は動作制御信号に基づいて動作する。これにより、インバータ23の出力電圧、周波数が、商用電源から供給される電力の電圧、周波数に合わせられる。
また、コージェネレーションシステム100の運転中、廃熱ヒータ30の駆動が必要であると制御装置26が判断した場合、制御装置26は、第1リレー27に接続信号を出力する。これにより第1リレー27のリレー接点が閉じる。このためDC/DCコンバータ22から出力された電力の一部、或いは中間コンデンサ25に蓄電された電力が、第1リレー27を経由して廃熱ヒータ30に供給される。これにより廃熱ヒータ30が駆動する。一方、廃熱ヒータ30の駆動が不必要であると制御装置26が判断した場合、制御装置26は、第1リレー27に遮断信号を出力する。これにより第1リレー27のリレー接点が開放する。このため、DC/DCコンバータ22から出力された電力及び中間コンデンサ25の蓄電電力は、廃熱ヒータ30に供給されない。よって、廃熱ヒータ30の駆動は停止される。
また、コージェネレーションシステム100の運転中、冷却ファンの駆動が必要であると制御装置26が判断した場合、制御装置26は、第2リレー28に接続信号を出力する。これにより第2リレー28のリレー接点が閉じる。このためDC/DCコンバータ22から出力された電力の一部、或いは中間コンデンサ25に蓄電された電力が、第2リレー28を経由して冷却ファンモータ31に供給される。これにより冷却ファンが駆動する。一方、冷却ファンの駆動が不必要であると制御装置26が判断した場合、制御装置26は、第2リレー28に遮断信号を出力する。これにより第2リレー28のリレー接点が開放する。このため、DC/DCコンバータ22から出力された電力及び中間コンデンサ25の蓄電電力は、冷却ファンモータ31に供給されない。よって、冷却ファンの駆動は停止される。
コージェネレーションシステム100の運転中、ユーザがシステム起動/停止スイッチ32の停止ボタン32bを押下すると、システム起動/停止スイッチ32は、制御装置26に停止信号を出力する。制御装置26は停止信号を入力した場合、自家発電装置10に発電停止信号を出力する。自家発電装置10は、発電停止信号を入力した場合、発電機12による発電を停止する。この場合において、エンジン11の駆動を停止させることによって発電機12の発電を停止しても良いし、エンジン11と発電機12とを切り離すことによって発電機12の発電を停止しても良い。
コージェネレーションシステム100の運転中、異常検出装置34がインバータ23の出力電力の異常を検出した場合、異常検出装置34は異常信号を制御装置26に出力する。制御装置26は異常信号を入力した場合、自家発電装置10に発電停止信号を出力する。自家発電装置10は、発電停止信号を入力した場合、発電機12による発電を停止する。
コージェネレーションシステム100の運転中、ユーザ或いはメンテナンス業者が、装置の点検をするために、メンテナンススイッチ33のメンテナンスボタン33aを押下した場合、メンテナンススイッチ33はメンテナンス信号を制御装置26に出力する。制御装置26はメンテナンス信号を入力した場合、自家発電装置10に発電停止信号を出力する。自家発電装置10は、発電停止信号を入力した場合、発電機12による発電を停止する。
以上の説明からわかるように、コージェネレーションシステム100の運転中、システム起動/停止スイッチ32の停止ボタン32bが押下された場合、異常検出装置34がインバータ23の出力電力の異常を検出した場合、及び、メンテナンススイッチ33のメンテナンスボタン33aが押下された場合、制御装置26は発電停止信号を出力する。これにより、発電が停止される。ここで、制御装置26は、図1に示すように、停止処理部261を備えている。そして、制御装置26は、発電停止信号を出力した場合、停止処理部261に停止処理を実行させる。この場合において、制御装置26は、商用電源Cが停電していない場合に発電停止信号を出力したときには、商用電源Cからの電力により駆動して、停止処理部261に停止処理を実行させている。
図2は、停止処理部261が実行する停止処理ルーチンを示すフローチャートである。このルーチンが起動すると、停止処理部261は、まず、図2のステップ(以下、ステップをSと略記する)1にて、DC/DCコンバータ22の動作が停止されるように、DC/DCコンバータ22を制御する。次いで、S2にて、インバータ23の動作が停止されるように、インバータ23を制御する。
続いて停止処理部261は、S3にて、第1リレー27のリレー接点が開放されているか否かを判断する。この判断は、例えば制御装置26が第1リレー27に直近に出力した信号が遮断信号であるか否かに基づいて判断することができる。S3にて第1リレー27のリレー接点が開放されていると判断した場合(S3:Yes)、停止処理部261は第1リレー27に接続信号を出力する(S4)。これにより第1リレー27のリレー接点が閉じる。その後、停止処理部261はS5に処理を進める。一方、S3にて第1リレー27のリレー接点が閉じていると判断した場合(S3:No)、停止処理部261はS4の処理を飛ばしてS5に処理を進める。
S5では、停止処理部261は、第2リレー28のリレー接点が開放されているか否かを判断する。この判断は、例えば制御装置26が第2リレー28に直近に出力した信号が遮断信号であるか否かに基づいて判断することができる。S5にて第2リレー28のリレー接点が開放されていると判断した場合(S5:Yes)、停止処理部261は第2リレー28に接続信号を出力する(S6)。これにより第2リレー28のリレー接点が閉じる。その後、停止処理部261はこのルーチンを終了する。一方、S5にて第2リレー28のリレー接点が閉じていると判断した場合(S5:No)、停止処理部261はこのルーチンを終了する。
上記の説明及び図2に示すフローチャートからわかるように、停止処理部261が実行する停止処理により、第1リレー27が開いている場合には第1リレー27が閉じ、第1リレー27が閉じている場合は第1リレー27はその状態を維持する。また、第2リレー28が開いている場合には第2リレー28が閉じ、第2リレー28が閉じている場合は第2リレー28はその状態を維持する。
停止処理部261が上記した停止処理を実行する結果、中間コンデンサ25が第1リレー27を介して廃熱ヒータ30に電気的に接続され、且つ、中間コンデンサ25が第2リレー28を介して冷却ファンモータ31に電気的に接続される。このため、中間コンデンサ25に蓄電された電力が、廃熱ヒータ30及び冷却ファンモータ31に供給される。これにより廃熱ヒータ30及び冷却ファンモータ31が駆動される。すなわち、中間コンデンサ25に蓄電された電力が廃熱ヒータ30及び冷却ファンモータ31に消費される。廃熱ヒータ30及び冷却ファンモータ31の電力消費量は大きいので、中間コンデンサ25が速やかに放電される。
このようにして、本実施形態においては、自家発電装置10の発電が停止されたときに中間コンデンサ25の蓄電電力が補機用内部電力負荷(廃熱ヒータ30及び冷却ファンモータ31)に消費されることによって、中間コンデンサ25が速やかに完全に放電される。従って、ユーザがシステム起動/停止スイッチ32の停止ボタン32bを押下して自家発電装置10の発電を停止させ、その後に系統連系装置20を点検するために系統連系装置20の構成部品に触れた場合、中間コンデンサ25に蓄電された電力によってユーザが感電することはない。また、異常検出装置34が異常を検出したことにより自家発電装置10の発電が停止した後に、修理業者等が異常を確認するために系統連系装置20の構成部品に触れた場合でも、中間コンデンサ25に蓄電された電力によって修理業者等が感電することはない。さらに、メンテナンス業者がメンテナンススイッチ33のメンテナンスボタン33aを押下して自家発電装置10の発電を停止させ、その後に系統連系装置20をメンテナンスするために系統連系装置20の構成部品に触れた場合でも、中間コンデンサ25に蓄電された電力によってメンテナンス業者が感電することはない。
コージェネレーションシステム100の運転中、商用電源Cが停電し、異常検出装置34が停電信号を制御装置26に出力した場合、制御装置26は、インバータ23の出力側が自立電源出力部29に接続される自立状態が実現されるように、切換装置24を制御する。従って、商用電源Cの停電時には、コージェネレーションシステム100が商用電源Cから切り離される。図3は、切換装置24によってインバータ23の出力側が自立電源出力部29に接続されたコージェネレーションシステム100の構成を示すブロック図である。
商用電源Cの停電時には、図3に示すように、インバータ23の出力側が切換装置24を介して自立電源出力部29に接続されているため、家庭内の電力負荷Eを自立電源出力部29に直接接続することにより、電力負荷Eが駆動される。このように、本実施形態に係るコージェネレーションシステム100は、商用電源Cの停電時に商用電源Cと切り離されて自立運転することにより外部の電力負荷Eに電力を供給することができる。よって、停電が発生した場合であっても、冷蔵庫等の常に駆動していなければならない重要な電力負荷への電力の供給が遮断されることを効果的に防止することができる。
また、商用電源Cの停電時であって且つコージェネレーションシステム100の運転中であるとき、すなわちコージェネレーションシステム100の自立運転時に、例えばユーザがシステム起動/停止スイッチ32の停止ボタン32bを押下して、システム起動/停止スイッチ32が制御装置26に停止信号を出力した場合、制御装置26は自家発電装置10に発電停止信号を出力する。これにより自家発電装置10による発電が停止される。また、この場合においても、制御装置26の停止処理部261が停止処理を実行する。ここで、商用電源Cが停電し且つ自家発電装置10による発電が停止している場合、制御装置26はこれらの電源から電力供給を受けることができない。よって、制御装置26は、このような場合においては、中間コンデンサ25及び内部コンデンサ26aに蓄電されている電力の供給を受けて駆動して、停止処理部261に停止処理を実行させる。
図4は、商用電源Cの停電時であって且つコージェネレーションシステム100の運転中に、制御装置26が発電停止信号を出力した場合における、制御装置26、発電機12、廃熱ヒータ30、冷却ファンモータ31の駆動状態の変化の一例及び、第1リレー27及び第2リレー28の開閉状態の変化の一例を表すタイムチャートである。なお、図4において、ON状態は駆動している状態を表し、OFF状態は駆動が停止している状態を表す。
図4に示すように、時点t0にて、制御装置26が発電停止信号を出力した場合、その時点以降、発電機12の駆動(発電)が停止される。また、図4に示す例では、時点t0の直前まで第1リレー27が開いており、このため廃熱ヒータ30の駆動は停止している。このような状態であるときに時点t0にて制御装置26が発電停止信号を出力した場合、停止処理部261が停止処理を実行することにより第1リレー27が閉じる。このため廃熱ヒータ30が駆動される。また、図4に示す例では、時点t0の直前まで第2リレー28は閉じており、このため冷却ファンモータ31は駆動している。このような状態であるときに時点t0にて制御装置26が発電停止信号を出力した場合、第2リレー28の状態(閉状態)及び冷却ファンモータ31の駆動状態が維持される。また、制御装置26は、発電停止信号を出力した時点t0の前後において、駆動している。
制御装置26が発電停止信号を出力した後、制御装置26、廃熱ヒータ30、及び冷却ファンモータ31は、中間コンデンサ25に蓄電された電力により駆動される。このため中間コンデンサ25の電力が消費されていくとともに、中間コンデンサ25の放電電圧(端子電圧)が低下していく。そして、中間コンデンサ25の放電が完了した時点t1にて、廃熱ヒータ30及び冷却ファンモータ31に供給される電力が絶たれる。このため時点t1にて廃熱ヒータ30及び冷却ファンモータ31の駆動は停止する。
ここで、もし仮に、中間コンデンサ25の放電電圧(端子電圧)が制御装置26の駆動電圧(最低作動電圧)以下にまで低下した場合においても依然として制御装置26が中間コンデンサ25の蓄電電力のみにより駆動されている場合、電圧低下によって制御装置26が遮断されるため、第1リレー27及び第2リレー28が開いてしまう。すると、中間コンデンサ25と廃熱ヒータ30との電気的接続及び中間コンデンサ25と冷却ファンモータ31との電気的接続がともに遮断される。このとき未だ中間コンデンサ25に蓄電された電力が残っていると、中間コンデンサ25内の蓄電電力を完全に放電することができない。中間コンデンサ25内に蓄電電力が残っている場合、その後に点検等によって系統連系装置20の各部品にユーザ等が触れたときに感電する虞がある。こうした不具合を防止するため、制御装置26は、自立運転中の発電停止時には中間コンデンサ25及び内部コンデンサ26aにより電力供給されるように構成される。そして、中間コンデンサ25の放電電圧が制御装置26の駆動電圧以下にまで低下する前に、例えば図4の時点t1よりも前の時点t*にて、内部コンデンサ26aに蓄電された電力により駆動される。つまり、制御装置26は、商用電源Cの停電中(自立運転中)に自家発電装置10の発電が停止された場合であって、中間コンデンサ25の放電電圧が制御装置26の駆動電圧よりも大きいときには中間コンデンサ25に蓄電された電力により駆動され、中間コンデンサ25の放電電圧が制御装置26の駆動電圧以下であるときには内部コンデンサ26aに蓄電された電力により駆動されるように構成される。制御装置26の電力供給がこのように行われるため、制御装置26は、中間コンデンサ25の放電電圧が制御装置26の駆動電圧以下となった場合でも正常に駆動する。
制御装置26により内部コンデンサ26aの蓄電電力が消費されていくと、内部コンデンサ26aの放電電圧が徐々に低下する。そして、内部コンデンサ26aの放電電圧が制御装置26の駆動電圧を下回った時点t2にて、制御装置26が遮断(リセット)される。この場合において、制御装置26が遮断される時点t2よりも前に、中間コンデンサ25の放電が完了するように、内部コンデンサ26aの容量が定められている。従って、中間コンデンサ25の放電が完了した時点t1において、制御装置26は正常に駆動しており、それ故に、時点t1にて第1リレー27の閉状態及び第2リレー28の閉状態が維持される。つまり、時点t1にて中間コンデンサ25が完全に放電するまで、中間コンデンサ25と廃熱ヒータ30との電気的な接続及び中間コンデンサ25と冷却ファンモータ31の電気的な接続が維持される。
時点t1よりも後の時点t2にて制御装置26が遮断すると、第1リレー27及び第2リレー28が開く。これにより中間コンデンサ25と廃熱ヒータ30との電気的接続及び中間コンデンサ25と冷却ファンモータ31との電気的接続が遮断されるが、時点t2では中間コンデンサ25の放電がすでに完了している。従って、時点t2にて第1リレー27及び第2リレー28が開いても、中間コンデンサ25の放電に関して影響を及ぼさない。よって、その後に点検等によって系統連系装置20の各部品にユーザ等が触れたとしても、中間コンデンサ25が完全に放電しているために、感電の虞がない。
このように、本実施形態によれば、自家発電装置10の発電停止時には、中間コンデンサ25に蓄電されていた電力が、廃熱ヒータ30及び冷却ファンモータ31により消費されることにより放電される。このため、コンデンサを放電させるための専用部品を別途設ける必要がない。また、廃熱ヒータ30や冷却ファンモータ31等の補機用内部電力負荷の消費電力は大きいため、中間コンデンサ25に蓄電された電力が速やかに放電される。よって、装置コストを増加させることなく、自家発電装置10の発電停止時に中間コンデンサ25に蓄電された電力を速やかに放電することができる。さらに、商用電源Cの停電中(すなわちコージェネレーションシステム100の自立運転中)に自家発電装置10の発電が停止された場合に、制御装置26は中間コンデンサ25及び内部コンデンサ26aの蓄電電力により駆動される。具体的には、自立運転による発電が停止された場合、制御装置26は、中間コンデンサ25の放電電圧が制御装置26の駆動電圧よりも大きいときには中間コンデンサ25に蓄電された電力により駆動され、中間コンデンサ25の放電電圧が制御装置26の駆動電圧以下であるときには内部コンデンサ26aに蓄電された電力により駆動される。このため、中間コンデンサ25の放電の途中で制御装置26が遮断されることによって中間コンデンサ25の放電が十分になされないことが防止される。
(第2実施形態)
図5は、第2実施形態に係るコージェネレーションシステム(電力供給装置)100Aの構成を示すブロック図である。本実施形態に係るコージェネレーションシステム100Aには、第1実施形態に係るコージェネレーションシステム100にて示した切換装置24及び自立電源出力部29が設けられていない。その他の構成は、第1実施形態に係るコージェネレーションシステム100の構成と同一であるため、同一の構成については同一の符号で示す。
本実施形態に係るコージェネレーションシステム100Aにおいては、切換装置24及び自立電源出力部29が設けられていないため、商用電源Cの停電時には、自立運転をすることができない。しかしながら、本実施形態に係るコージェネレーションシステム100Aにおいても上記第1実施形態に係るコージェネレーションシステム100と同様に、自家発電装置10の発電が停止した際には、中間コンデンサ25の蓄電電力が補機用内部電力負荷(廃熱ヒータ30、冷却ファンモータ31)により消費されるため、中間コンデンサ25を速やかに放電させることができる。
以上のように、上記各実施形態に係る電力供給装置としてのコージェネレーションシステム100,100Aは、自家発電装置10と、自家発電装置10に電気的に接続され、自家発電装置10にて発電された電力に基づいて生成される直流電力を昇圧するDC/DCコンバータ22と、DC/DCコンバータ22に電気的に接続され、DC/DCコンバータ22にて昇圧された直流電力を交流電力に変換するインバータ23と、DC/DCコンバータ22とインバータ23との間に設けられ、DC/DCコンバータ22から出力される電力を蓄電する中間コンデンサ25と、中間コンデンサ25に第1リレー27を介して接続される廃熱ヒータ30及び中間コンデンサ25に第2リレー28を介して接続される冷却ファンモータ31と、自家発電装置10、DC/DCコンバータ22及びインバータ23の各動作を制御する制御装置26と、を備える。そして、制御装置26は、自家発電装置10が停止した場合に、DC/DCコンバータ22及びインバータ23の動作を停止させるとともに、中間コンデンサ25が廃熱ヒータ30及び冷却ファンモータ31に電気的に接続されるように第1リレー27及び第2リレー28を制御する停止処理部261を備える。
上記各実施形態によれば、自家発電装置10の動作停止時に中間コンデンサ25に蓄電されていた電力は、補機用内部電力負荷としての廃熱ヒータ30及び冷却ファンモータ31により消費されることにより放電される。このため、コンデンサを放電させるための専用部品を別途設ける必要がない。また、マイコン等の制御装置と比較して、廃熱ヒータ30及び冷却ファンモータ31の消費電力は大きいため、中間コンデンサ25に蓄電された電力が速やかに放電される。よって、装置コストを増加させることなく、自家発電装置10の発電停止時に中間コンデンサ25に蓄電された電力を速やかに放電することができる。
また、制御装置26は、電力を蓄える内部コンデンサ26aをその内部に備えている。そして、自家発電装置10の発電動作が停止した場合、特に商用電源Cの停電時の自立運転中に自家発電装置10の発電動作が停止した場合には、制御装置26は中間コンデンサ25の蓄電電力及び内部コンデンサ26aの蓄電電力により駆動される。具体的には、制御装置26は、停電時の自立発電中に自家発電装置10の発電が停止された場合であって、中間コンデンサ25の放電電圧が制御装置26の駆動電圧よりも大きいときに中間コンデンサ25に蓄電された電力により駆動し、中間コンデンサ25の放電電圧が制御装置26の駆動電圧以下であるときに内部コンデンサ26aに蓄電された電力により駆動する。このように、制御装置26が中間コンデンサ25のみならず内部コンデンサ26aからも電力供給されるため、中間コンデンサ25の放電電圧が制御装置26の駆動電圧以下にまで低下した場合に制御装置26が遮断されることによって中間コンデンサ25の放電が阻害されることを防止することができる。
また、上記各実施形態に係るコージェネレーションシステム100,100Aは、インバータ23の出力電圧又は出力電流の異常を検出する異常検出装置34を備える。そして、制御装置26は、異常検出装置34がインバータ23の出力電圧又は出力電流の異常を検出したときに、自家発電装置10の発電を停止するとともに、中間コンデンサ25が廃熱ヒータ30及び冷却ファンモータ31に電気的に接続されるように第1リレー27及び第2リレー28を制御する。従って、過電圧や過電流等の異常が発生した際の点検時には中間コンデンサ25に蓄電された電力が完全に放電されているため、作業者の感電を確実に防止することができる。
また、第1実施形態に係るコージェネレーションシステム100によれば、インバータ23が商用電源(C)に接続可能に構成されており、異常検出装置34は、商用電源Cの停電を検知するように構成されている。また、コージェネレーションシステム100は、外部の電力負荷(E)に直接接続することができるように構成された自立電源出力部29と、インバータ23に接続され、インバータ23が商用電源Cに電気的に接続される連系状態と、インバータ23が自立電源出力部29に電気的に接続される自立状態とを選択的に実現することができるように構成された切換装置24とを備える。そして、制御装置26は、異常検出装置34が商用電源Cの停電を検知していないときに連系状態が実現され、異常検出装置34が商用電源Cの停電を検知しているときに自立状態が実現されるように、切換装置24を制御する。これによれば、商用電源Cが停電したときに、インバータ23が自立電源出力部29に電気的に接続されるため、自立電源出力部29を介してインバータ23から出力される電力を外部の電力負荷Eに供給することができる。このため、商用電源Cの停電時であっても外部の電力負荷に電力を供給することができる。
また、上記各実施形態に係るコージェネレーションシステム100,100Aは、自家発電装置10の発電を停止させるための停止信号を制御装置26に出力するシステム起動/停止スイッチ32を備える。そして、制御装置26は、停止信号を入力したときに、自家発電装置10の発電を停止するとともに、中間コンデンサ25が廃熱ヒータ30及び冷却ファンモータ31に電気的に接続されるように第1リレー27及び第2リレー28を制御する。従って、異常時ではない通常時においても自家発電装置の発電が停止したときには中間コンデンサ25に蓄電された電力が完全に放電されるため、ユーザ或いは作業者の感電を確実に防止することができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるべきものではない。例えば、上記各実施形態においては、自家発電装置として、エンジンにより駆動される発電機を示したが、太陽光発電装置、燃料電池発電装置等、それ以外の発電装置を用いることもできる。また、上記各実施形態においては、自家発電装置を商用電源に系統連系させる例について説明したが、本発明に係る電力供給装置を商用電源に系統連系させることなく直接電力負荷に接続するように構成してもよい。さらに、上記各実施形態においては、電力供給装置としてコージェネレーションシステムを例示したが、発電のみを行うように構成してもよい。このように、本発明は、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、変形可能である。