JP6445351B2 - コジェネレーション装置 - Google Patents
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Description
以下、本発明によるコジェネレーション装置の第一実施形態について説明する。このコジェネレーション装置1は、発電ユニット10および貯湯ユニット20を備えている。また、コジェネレーション装置1は、燃料電池タイプのコジェネレーション装置である。
蒸発部11a2は、後述する燃焼ガスにより加熱されて、供給された改質水を蒸発させて水蒸気を生成するとともに、供給された改質用原料を予熱するものである。蒸発部11a2は、このように生成された水蒸気と予熱された改質用原料を混合して混合ガスを改質部11a3に供給するものである。改質用原料としては天然ガス、LPGなどの改質用気体燃料、灯油、ガソリン、メタノールなどの改質用液体燃料がある。
(化1)
H2+O2−→H2O+2e−
(化2)
CO+O2−→CO2+2e−
(化3)
1/2O2+2e−→O2−
第三開閉器15eは、制御装置13の指令にしたがって閉路または開路されることにより、電力変換装置11bと第二電気負荷34とを、より具体的には分岐点15b1と自立負荷電力供給端子10a2とを電気的に連通または遮断する開閉装置である。
第五開閉器17dは、制御装置13の指令にしたがって閉路または開路されることにより、分岐点14b3と電源基板23とを電気的に連通または遮断する開閉装置である。
故障検出装置19bは、第六開閉器19aが故障であるか否かを検出するために設置部位の電圧および電流のうち少なくとも何れか一方を検出するものである(制御装置13とともに故障検出部を構成する)。故障検出装置19bは、シャント抵抗の電圧を測定して設置部位の電圧および電流のうち少なくとも何れか一方を検出する。例えば、系統電源30から電力が供給されている場合、故障検出装置19bは、所定周期(50/60Hz)の方形(または波形)パルスを制御装置13に出力する。
また、第一〜第六開閉器14c〜19aおよび電源切替器17cは、制御装置13からの指示に従って、開閉制御されるようになっている。
貯湯槽21は、発電装置11(燃料電池11a1)の排熱を熱交換により回収した湯水を貯めるものである。貯湯槽21には、貯湯槽21内の湯水(貯湯水)を循環させるための湯水循環回路24が接続されている。湯水循環回路24上には、熱交換器25が配設されている。熱交換器25には、一端が発電機11aの排熱が排出される発電機11aの排出口に接続された流路25aの他端が接続されている。熱交換器25は、流路25aを介して供給される排熱と湯水循環回路24を循環する湯水との間で熱交換を行うものである。すなわち、発電ユニット10の発電中に図示しないポンプの駆動によって湯水循環回路24を湯水が循環すると、湯水が流路25aを介して排出された発電ユニット10の排熱を熱交換器25を介して回収することで、湯水が加熱されるようになっている。
なお、発電機11aの排熱とは、例えば、発電ユニット10の場合、燃料電池11a1の排熱や改質部11a3の排熱などをいう。しかし、それに限定せず発電ユニット10それ自体の熱など回収可能な排熱なら何でも利用できる。
最初に、系統電源30が正常である場合について図4を参照して説明する。第一〜第三遮断器31a,31b,31cは、全て閉路状態(オン状態:連通状態)である。第一開閉器14cは、閉路状態である。これにより、発電装置11は系統電源30と連系されており、発電装置11からの電力および系統電源30からの電力の両方が第一電気負荷32に供給可能である。
第二開閉器15cは、開路状態(オフ状態:遮断状態)である。第三開閉器15eは、開路状態である。これにより、自立コンセント33は、発電装置11と電気的に遮断されており、発電装置11からの電力は供給されていない。
第四開閉器16aは、必要に応じて開路状態または閉路状態である。
第五開閉器17dは、閉路状態である。電源切替器17cは、a接点側に切替接続されている。これにより、貯湯ユニット20は、発電装置11および系統電源30と電気的に連通されており、発電装置11からの電力および系統電源30からの電力の両方が貯湯ユニット20に供給可能である。
第六開閉器19aは、開路状態である。
第二開閉器15cは、閉路状態である。第三開閉器15eは、閉路状態である。これにより、自立コンセント33は、発電装置11と電気的に連通されており、発電装置11からの電力が供給可能である。
第四開閉器16aは、開路状態である。
第五開閉器17dは、開路状態である。電源切替器17cは、b接点側に切替接続されている。これにより、貯湯ユニット20は、発電装置11と電気的に連通されており、発電装置11からの電力が貯湯ユニット20に供給可能である。このとき、発電装置11からの電力は、自立コンセント33または貯湯ユニット20のいずれかに選択的に供給されるように制御してもよい。自立コンセント33のみに供給する場合には、電源切替器17cは、a接点側に切替接続される。貯湯ユニット20のみに供給する場合には、第三開閉器15eを開路状態にすればよい。
第六開閉器19aは、開路状態である。
上述した各配線施工後、各配線施工が正しく行われたか否かを確認する配線施工確認が行われる。作業者は、確認作業を開始する際に、入力部13aの確認スイッチ13a1を押す(入力部13aはタッチパネルにより構成するようにしてもよい。)。制御装置13は、図7に示すフローチャートに沿って配線施工確認を実行する。この確認スイッチ13a1は、第六開閉器19a(切替スイッチ)のオン・オフ操作ができる操作装置の一形態である。操作装置として、確認スイッチ13a1とは別に第六開閉器19aをオン・オフ操作ができる専用のスイッチを設けるようにしてもよい。
制御装置13は、ステップS110において、熱源機電力供給経路17の配線施工が正しく行われた旨(正常である旨)の報知を行う。例えば、表示部13bに正常である旨が表示される。
制御装置13は、ステップS202において、第六開閉器19aを系統電源30に連通させる。具体的には、制御装置13は、第四開閉器16aを閉路状態(オン状態)にする。例えば、燃焼部11a4を着火するために着火ヒータをオンする場合、水タンクを加熱するために凍結防止ヒータをオンする場合である。
これによれば、自立コンセントチェックモードにおいて、第六開閉器19aが連通されると、系統電源30は、系統連系出力外部経路14a、系統連系出力内部経路14b、内部負荷電力供給経路16、第二接続用経路19、自立負荷電力供給内部経路15b、および自立負荷電力供給外部経路15aを通って自立コンセント33に接続される。よって、内部負荷35に電力を供給する内部負荷電力供給経路16を備えたコジェネレーション装置1においても、前述と同様に、自立コンセント33の出力チェックを確実に実施することができる。
これによれば、第六開閉器19aを自動で切り替えることで、自立コンセント33の出力チェックを簡便に実施することができる。
これによれば、第六開閉器19aの故障を早期かつ確実に検出することができ、ひいては、自立コンセント33の出力チェックの要否を確実に実施することができる。
これによれば、暖機運転が比較的長時間である燃料電池コジェネレーション装置において、暖機・発電させなくても自立コンセント33の出力チェックを短時間に実施することができるため、本番の発電運転を開始するまでの時間を短縮することができる。
次に、本発明によるコジェネレーション装置の第二実施形態について図9を参照して説明する。本第二実施形態のコジェネレーション装置は、上述した第二接続用経路19に代えて、第二接続用経路49を設けている。その他構成は、上記第一実施形態と同一符号を付してその説明を省略する。
これによれば、筐体10aの外部に配設されている貯湯ユニット20に電力を供給する熱源機電力供給経路17を備えたコジェネレーション装置1においても、自立コンセント33の出力チェックを確実に実施することができる。
これによれば、ブレーカ14eが遮断されているか否かの影響を受けることなく、自立コンセント33の出力チェックを確実に実施することができる。
この変形例においては、図10に示すように、分電盤131は、電気経路を開路または閉路する第一〜第四遮断器31a,31b,31c,31dを備えている。第一遮断器31aは、系統連系出力外部経路14aのうち接続経路32aとの接続点14a1と系統電源30との間に設けられている。第二遮断器31bは、系統連系出力外部経路14aのうち接続経路32aとの接続点14a1と系統連系出力端子10a1との間に設けられている。第三遮断器31cは、接続経路32aに設けられている。第四遮断器31dは、筐体10a外に設けられている熱源機電力供給外部経路17aに設けられている。熱源機電力供給外部経路17aの一端は、熱源機電力供給端子10a4に接続されており、熱源機電力供給外部経路17aの他端は、系統連系出力外部経路14aの分岐点14a3に接続されている。なお、熱源機電力供給内部経路17bの他端は、熱源機電力供給端子10a4に接続されている。熱源機電力供給端子10a4は、筐体10aに設けられている。
また、上述した各実施形態において、第二開閉器15cと電力変換装置11b側に位置する第一開閉器14cとを合わせて1つの切替スイッチ(電源切替器17cと同様な構成のもの)で構成するようにしてもよい。
また、上述した各実施形態において、第六開閉器19aを手動で切り替えるスイッチに代えてもよい。この場合、故障検出装置19bを省略することができ、コジェネレーション装置1を低コスト化することができる。
また、上述した各実施形態において、コジェネレーション装置1は燃料電池タイプのコジェネレーション装置であったが、ガスエンジンタイプのコジェネレーション装置でもよい。発電機11aがエンジン発電機である場合の構成について、図11を用いて説明する。エンジン発電機は、燃料供給装置(図示省略)から供給される燃料と空気との燃焼による熱エネルギーを回転エネルギー(運動エネルギー)に変換するエンジン52aと、この回転エネルギーから電気エネルギーである電流を生成する発電機本体52bを備えている。エンジン52aには、ガスタービンエンジン、レシプロエンジン等の内燃機関、蒸気タービンエンジン等の外燃機関が含まれる。
また、上述した各実施形態において、熱源機は貯湯槽を含まない給湯器から構成されるものでもよい。
Claims (7)
- 発電装置を系統電源に連系させるとともに、前記発電装置の発電に伴って発生する排熱を回収するコジェネレーション装置であって、
筐体と、
前記発電装置と前記系統電源とを電気的に接続する系統連系出力経路のうち、前記筐体内に設けられている系統連系出力内部経路、および前記筐体外に設けられている系統連系出力外部経路と、
前記筐体に設けられ、前記系統連系出力内部経路と前記系統連系出力外部経路とを接続するための系統連系出力端子と、
前記筐体外に設けられ、前記系統電源が異常である場合のみに前記発電装置の電力が供給される自立コンセントと、
前記自立コンセントと前記系統連系出力内部経路の分岐点とを電気的に接続する自立負荷電力供給経路のうち、前記筐体内に設けられている自立負荷電力供給内部経路、および前記筐体外に設けられている自立負荷電力供給外部経路と、
前記筐体に設けられ、前記自立負荷電力供給内部経路と前記自立負荷電力供給外部経路とを接続するための自立負荷電力供給端子と、
前記系統連系出力内部経路と前記自立負荷電力供給内部経路との間に設けられ、前記両内部経路を電気的に接続可能である接続用経路と、
前記接続用経路に設けられ、前記接続用経路を連通・遮断する切替スイッチと、
前記切替スイッチが前記自立コンセントへの電力供給のチェック時のみに連通され、前記系統電源からの出力が前記自立コンセントに供給されているか否かを検出できる検出器を使用して前記自立コンセントへの電力供給のチェックを行うことが可能である自立コンセントチェックモードと、
を備えているコジェネレーション装置。 - 前記コジェネレーション装置は、前記系統連系出力内部経路の分岐点から分岐され、内部負荷に電力を供給する内部負荷電力供給経路をさらに備え、
前記接続用経路は、前記内部負荷電力供給経路と前記自立負荷電力供給内部経路との間に設けられ、前記両経路を電気的に接続可能である請求項1記載のコジェネレーション装置。 - 前記コジェネレーション装置は、前記系統連系出力内部経路の分岐点から分岐され、前記筐体の外部に配設されている熱源機に電力を供給する熱源機電力供給経路をさらに備え、
前記接続用経路は、前記熱源機電力供給経路と前記自立負荷電力供給内部経路との間に設けられ、前記両経路を電気的に接続可能である請求項1記載のコジェネレーション装置。 - 前記系統連系出力内部経路には、前記系統連系出力内部経路を遮断する遮断装置が設けられ、
前記接続用経路の一端は、前記遮断装置の一次側に接続されている請求項3記載のコジェネレーション装置。 - 前記コジェネレーション装置は、
前記切替スイッチのオン・オフ操作ができる操作装置をさらに備え、
前記切替スイッチは、前記操作装置のオン・オフ操作に応じて自動で切り替えられる請求項1乃至請求項4のいずれか一項記載のコジェネレーション装置。 - 前記切替スイッチが故障であるか否かを検出する故障検出部を備えている請求項1乃至請求項5のいずれか一項記載のコジェネレーション装置。
- 前記発電装置は、燃料と酸化剤ガスとにより発電する燃料電池を含んで構成されている請求項1乃至請求項6のいずれか一項記載のコジェネレーション装置。
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