JP6521800B2 - 熱電併給システム - Google Patents
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Description
つまり、例えば、一対の電流検出部の夫々が、商用電源側から負荷側に向けて流れる電流をプラスとして検出し、発電部側から商用電源側に流れる電流をマイナスとして検出する状態を適正とする場合において、一対の電流検出部の取付け向きが反転していると、プラスとマイナスとが逆転することになるため、一対の電流検出部の取付け向きが適正通り取付けられているか否かを診断し、また、一対の電流検出部が適正通りU相線及びV相線に設置されて、U相線の電流を検出する電流検出部が、適正通りU相線の電流を検出し、かつ、V相線の電流を検出する電流検出部が、適正通りV相線の電流を検出しているか否かを診断できるようにしたものである。
そして、特許文献1には、U相ヒータ手段及びV相ヒータ手段は、夫々3個のヒータから構成されていることが記載され、診断処理において、U相ヒータ手段及びV相ヒータ手段をU相側電気負荷やV相側電気負荷として用いる場合には、少なくとも1個又は2個以上のヒータを作動させることが記載されている。
そして、電力使用量は、U相線の電圧とU相線の電流との積の積算値と、V相線の電圧とV相線の電流との積の積算値とを加えた値として求められるから、U相線の電流を検出する電流検出部が、適正通りU相線の電流を検出し、かつ、V相線の電流を検出する電流検出部が、適正通りV相線の電流を検出する必要がある。
ちなみに、特許文献2においても、特許文献1と同様に、余剰電力消費用のヒータ手段として、電気ヒータを設けることが記載されている。
単相3線式の商用電源と系統連系される発電部と、
前記商用電源のU相線及びV相線の夫々に各別に設置される一対の電流検出部と、
運転を制御する運転制御部とが設けられ、
前記運転制御部が、前記発電部の運転を停止した状態で、前記U相線から電力が供給されるU相側電気負荷及び前記V相線から電力が供給されるV相側電気負荷を選択的に作用させて、一対の前記電流検出部の設置状態を診断する診断処理を実行するように構成されている熱電併給システムであって、その特徴構成は、
前記運転制御部が、前記診断処理において、
前記U相側電気負荷及び前記V相側電気負荷を選択的に作用させる前に、一対の前記電流検出部の夫々により検出された電流値に基づいて、前記商用電源からの電力の供給量に対応する電力供給指標値を求め、当該電力供給指標値が大きいほど、前記U相側電気負荷及び前記V相側電気負荷を大きく設定するように構成されている点にある。
そして、U相側電気負荷及びV相側電気負荷を、電力供給指標値が大きいほど大きくする形態で、選択的に作用させて、一対の電流検出部の設置状態を診断することになる。
前記運転制御部が、前記診断処理において、前記U相側電気負荷及び前記V相側電気負荷を選択的に作用させる前に、一対の前記電流検出部の夫々により検出される電流値を積算した積算電流値を求め、当該積算電流値に基づいて、前記電力供給指標値を求めるように構成されている点にある。
よって、診断処理において作用させるU相側電気負荷及びV相側電気負荷の大きさを決定する指標となる電力供給指標値を、外乱の影響を除外しながら適切に検出した積算電流値に基づいて求めることができる。
前記運転制御部が、前記診断処理において、前記U相側電気負荷及び前記V相側電気負荷を選択的に作用させたときに、一対の前記電流検出部の夫々により検出される電流値を積算した積算電流値を求め、当該積算電流値に基づいて、一対の前記電流検出部の設置状態を診断するように構成されている点にある。
よって、U相側電気負荷及びV相側電気負荷を選択的に作用させたときに発生する電流値の変化を、例えば、一対の電流検出部の夫々により検出された電流値の瞬時値により検出する場合よりも、外乱の影響を除外しながら適切に検出することができる。
前記運転制御部が、前記診断処理において、前記U相側電気負荷及び前記V相側電気負荷を選択的に作用させたときに、一対の前記電流検出部のいずれかにて電流値の変化が検出されない場合には、異常状態であると判定するように構成されている点にある。
これにより、例えば、異常状態であると判定された時に警報等により使用者に知らせることができる。そして、使用者は、商用電源に接続されている電気機器として、診断処理を行うのに不適な消費電力が大きな電気機器が接続されていないかを確認する等の処置を行うことができる。
以下、本発明に係る第1実施形態の熱電併給システムを図面に基づいて説明する。
(熱電併給部の全体構成)
図1に示すように、熱電併給システムには、発電部Ha及び排熱回収消費部としての熱源部Hbを備える熱電併給部Hが備えられ、熱源部Hbには、発電部Haの排熱を回収した湯水を貯湯する貯湯タンク1や、都市ガス等の燃料ガスを用いて燃焼する補助熱源機2が備えられている。
燃料電池4は、燃料極4n及び酸素極4sを備えるセルを積層して構成されるものであって、隣接するセルの燃料極4nと酸素極4sとの間には、冷却水が通流する通流部4dが設けられている。
冷却水循環路5Aには、冷却水循環ポンプPa及び冷却水貯留タンクQが設けられ、湯水循環路5Bには、湯水循環ポンプPbと、燃料電池4による発電電力の余剰電力を熱に換えて回収する余剰電力ヒータ部Gとが設けられている。
運転制御部6は、系統連系用のインバータを装備して、燃料電池4の発電電力を商用電源7から受電する受電電力と同じ電圧及び同じ周波数にするように構成されている。
また、詳しくは後述するが、運転制御部6は、逆潮流が生じないように、燃料電池4による発電電力の余剰電力を余剰電力ヒータ部Gにて消費すべく、余剰電力ヒータ部Gの消費電力を調整するように構成されている。
運転制御部6と端末側制御部11とは、通信ラインLにて接続されて、各種の情報を通信自在に構成され、また、運転制御部6と端末側制御部11とに対して運転開始指令や運転停止指令等の各種の情報を指令するリモコンRが、通信ラインLに接続される形態で設けられている。
図2に示すように、分電盤8には、商用電源7のU相線U、V相線V、中性線Oが引き込まれている。
分電盤8の内部には、負荷電流を契約した設定値以下に制限するリミッタ(電流制限器)12、主幹ブレーカ(漏電ブレーカ)13、上述した受電電力供給ライン9を接続する複数の分岐ブレーカ14、及び、運転制御部6を接続する連係ブレーカ15が装備されている。
尚、図2においては、電気負荷10に対して100Vの電力を供給する形態を例示するが、必要に応じて、電気負荷10に対して200Vの電力を供給するようにしてもよい。
内部配線Nには、U相用内線Nu、V相用内線Nv及び中性用内線Noが備えられ、外部配線Mには、U相用外線Mu、V相用外線Mv及び中性用外線Moが備えられている。
ちなみに、本実施形態においては、第1電流検出部D1及び第2電流検出部D2が、主幹ブレーカ13と分岐ブレーカ14との間に設置されているが、例えば、第1電流検出部D1及び第2電流検出部D2を、リミッタ12よりも商用電源7側に設置する等、第1電流検出部D1及び第2電流検出部D2の設置箇所は変更できる。
そして、第1電流検出部D1がU相用信号線Suに接続され、第2電流検出部D2がV相用信号線Svに接続されている。
したがって、第1電流検出部D1をU相線Uに流れる電流を検出するように設置し、第2電流検出部D2をV相線Vに流れる電流を検出するように設置することになる。
尚、第1電流検出部D1及び第2電流検出部D2を総称して、一対の電流検出部Dと呼称する。
そして、運転制御部6に設けた演算処理部(CPU)が、U相側電圧検出部及びV相側電圧検出部の検出情報、並びに、一対の電流検出部Dの検出情報に基づいて、上述した電力使用量を求めて、求めた電力使用量をリモコンRに表示するように構成されている。
図1に示すように、熱源部Hbには、上述した貯湯タンク1及び補助熱源機2に加えて、多機能循環ポンプ20、暖房用循環ポンプ21、風呂追焚用循環ポンプ22、排熱回収熱交換器23、暖房用熱交換器24、及び、風呂追焚用熱交換器25が備えられている。
また、熱源部Hbには、給湯用混合弁26、湯張弁27、暖房回路補給弁28、蓄熱切換弁29、循環開閉弁30、三方弁31、及び、循環量調整弁32が設けられている。
水道水等の給水源からの湯水を供給する給水路35が、給湯用混合弁26に接続される第1給水路35aと、貯湯タンク1の底部に接続される第2給水路35bとに分岐されている。
排熱回収熱交換器23には、発電部Haと熱源部Hbとの間で湯水を循環する湯水循環路5Bが接続され、排熱回収熱交換器23により、発電部Haの排熱により多機能循環路36を循環する湯水を加熱するように構成されている。
多機能循環路36における補助熱源機2の下流側箇所とタンク上部路33とを接続する蓄熱路37が設けられ、この蓄熱路37に、蓄熱切換弁29が設けられている。
暖房用循環路38には、暖房用熱媒を短絡流動させるための短絡路38aや膨張タンク39が設けられている。また、給水路35からの湯水を膨張タンク39に補給する補給路40が設けられ、この補給路40に、暖房回路補給弁28が設けられている。
給湯用混合弁26から延出される給湯路43が、一般給湯栓(図示せず)に接続される状態で設けられ、給湯路43の途中箇所と風呂用循環路42の途中箇所とを接続する湯張路44が設けられ、この湯張路44に、湯張弁27が設けられている。
熱源部Hbは、循環開閉弁30を閉じ、蓄熱切換弁29を開き、かつ、三方弁31をタンク下部路34と多機能循環路36とを連通する状態に切換えた状態で、多機能循環ポンプ20を作動させることにより、貯湯運転を行うように構成されている。
尚、このとき、循環量調整弁32による湯水通流量の調節により、貯湯される湯水の温度を適正温度(例えば、70℃)に調節するように構成されている。
つまり、多機能循環ポンプ20を作動させた状態で、タンク下部路34から三方弁31を経由して多機能循環路36に流動させた湯水を補助熱源機2にて加熱し、加熱した湯水を、蓄熱路37を経由してタンク上部路33に流動させることができるように構成されている。
補助熱源機2は、図1に示すように、湯水が通流するフィンチューブ式熱交換部2A、当該フィンチューブ式熱交換部2Aを加熱する加熱用バーナ2B、及び、加熱用バーナ2Bに燃焼用空気を供給する送風ファン2Cを備えるように構成されている。
そして、補助熱源機2の運転を制御する熱源機制御部2D(図2参照)が、加熱用バーナ2B及び送風ファン2Cの作動を制御するように構成されている。
図1に示すように、発電部Haには、冷却水循環路5Aを加熱する第1電気ヒータ46、及び、湯水循環路5Bを加熱する複数の第2電気ヒータ47が備えられている。
そして、冷却水循環路5A及び湯水循環路5Bの温度を検出する複数の温度検出センサ(図示せず)の検出温度のいずれかが凍結防止温度(例えば、5℃)以下になると、運転制御部6が、冷却水循環ポンプPa及び湯水循環ポンプPbを作動させ、且つ、第1電気ヒータ46及び第2電気ヒータ47を作動させることによって、冷却水循環路5Aや湯水循環路5Bを昇温させるように構成されている。
図1に示すように、熱源部Hbには、給水路35、第1給水路35a、第2給水路35b、多機能循環路36、補給路40及び給湯路43の夫々を加熱する複数の第3電気ヒータ48が設けられている。
また、補助熱源機2には、フィンチューブ式熱交換部2Aの近くの管路を加熱する第4電気ヒータ49が設けられている。
図2に示すように、発電部Haには、冷却水循環ポンプPaを駆動するための第1駆動回路部51、湯水循環ポンプPbを駆動するための第2駆動回路部52、第1電気ヒータ46を駆動するための第3駆動回路部53、及び、第2電気ヒータ47を駆動するための第4駆動回路部54が設けられている。
そして、第1端子台55Aが、内部配線NにおけるU相用内線Nuと中性用内線Noとに接続されることにより、U相線Uからの電力を外部に出力するU相側接続部として構成され、また、第2端子台55Bが、内部配線NにおけるV相用内線Nvと中性用内線Noとに接続されることにより、V相線Vからの電力を外部に出力するV相側接続部として構成されている。
つまり、U相側接続部としての第1端子台55Aが、U相側スイッチ56Aにより、出力作用状態と出力停止状態とに切換え自在に構成され、同様に、V相側接続部としての第2端子台55Bが、V相側スイッチ56Bにより、出力作用状態と出力停止状態とに切換え自在に構成されている。
ちなみに、端末側制御部11及び熱源機制御部2Dは、第1中継線57A及び第2中継線57Bを介して第1端子台55A及び第2端子台55Bに接続されることになる。
熱源部Hbが、図2に示すように、多機能循環ポンプ20、暖房用循環ポンプ21、風呂追焚用循環ポンプ22、及び、第3電気ヒータ48を本体側電気機器E1として備える本体処理部B1と、送風ファン2C及び第4電気ヒータ49とを補助側電気機器E2として備える補助熱源機2を補助処理部B2として備える形態に構成されている。
尚、本体側電気機器E1と補助側電気機器E2とを総称して、熱源部Hbが備える電気機器Ebと呼称する。
さらに、補助処理部B2が、第1端子台55A及び第2端子台55Bのいずれかとの接続による電力供給状態において、運転制御部6との間で通信線58を介して通信する熱源機制御部2Dを備える形態に構成されている。
また、熱源部Hbの補助処理部B2が、第1端子台55A及び第2端子台55Bの他方に接続しかつ電気負荷として補助側電気機器E2を備え、加えて、電力供給状態において、運転制御部6との間で通信する熱源機制御部2Dを備えるように構成されている。
運転制御部6は、燃料電池4の発電を停止させた状態で、U相線Uに接続されるU相側電気負荷Eu及びV相線Vに接続されるV相側電気負荷Evを選択的に作用させて、一対の電流検出部Dの設置状態を診断する診断処理を実行するように構成されている。
すなわち、運転制御部6が、第1余剰電力ヒータF1〜第3余剰電力ヒータF3を駆動する第1余剰電力ヒータ駆動部61〜第3余剰電力ヒータ駆動部63を、U相線Uに接続されるU相側電気負荷Euとして用い、第4余剰電力ヒータF4〜第6余剰電力ヒータF6を駆動する第4余剰電力ヒータ駆動部64〜第6余剰電力ヒータ駆動部66をV相線Vに接続されるV相側電気負荷Evとして用いる形態で、上記診断処理を実行するように構成されている。
つまり、第1U相側電気負荷Eu1、第2U相側電気負荷Eu2及び第3U相側電気負荷Eu3を投入する前の電流値や、それらの負荷を投入した後の電流値としては、瞬時値を用いることもできるが、本実施形態においては、設定時間(例えば、1秒)の積算値を用いることにより、外乱の影響を除外しながら、第1U相側電気負荷Eu1、第2U相側電気負荷Eu2及び第3U相側電気負荷Eu3を投入することによる電流値の変化を適切に検出することができる。
次に、運転制御部6が実行する診断処理を、図4及び図5のフローチャートに基づいて説明する。
先ず、一対の電流検出部Dの夫々の電流値を検出する(#20)。そして、一対の電流検出部Dの夫々により検出された電流値の大きい方の電流値の絶対値を電力供給指標値Wとして求める(#21)。
続いて、電流値が正値であるか否かを判別し(#33)、電流値が正値でない(負値である)場合には、電流値を反転させることに設定する(#34)。
続いて、電流値が正値であるか否かを判別し(#33)、電流値が正値でない(負値である)場合には、電流値を反転させることに設定する(#34)。
そして、#35〜#42までの処理を3回繰り返しても、#42において電流値の変化が検出されない場合には、例えば、投入したV相側電気負荷Evの大きさが不十分であったと判定し、リモコンRにて異常状態であることを表示する等の警報処理を実行する(#44)。つまり、V相側電気負荷Evを選択的に作用させたときに、一対の電流検出部Dのいずれかにて電流値の変化が検出されない場合には、異常状態であると判定するように構成されている。
続いて、電流値が正値であるか否かを判別し(#48)、電流値が正値でない(負値である)場合には、電流値を反転させることに設定する(#49)。
続いて、電流値が正値であるか否かを判別し(#48)、電流値が正値でない(負値である)場合には、電流値を反転させることに設定する(#49)。
第1実施形態においては、診断処理において、U相側電気負荷Eu及びV相側電気負荷Evを選択的に作用させる前に、一対の電流検出部Dの夫々により検出された電流値に基づいて、商用電源7からの電力の供給量に対応する電力供給指標値Wを求める。そして、U相側電気負荷Eu及びV相側電気負荷Evを、電力供給指標値Wが大きいほど大きくする形態で、選択的に作用させて、一対の電流検出部Dの設置状態を診断することになる。
次に、第2実施形態を説明するが、この第2実施形態は、運転制御部6が、U相側電気負荷Eu及びV相側電気負荷Evとして、熱源部Hbが備える電気機器Ebを用いる形態で診断処理を行うように構成されている点において第1実施形態と異なるものであって、その他の構成は第1実施形態と同様であるので、第1実施形態と異なる部分についてのみ説明して、第1実施形態と同様な構成については、詳細な説明を省略する。
次に、運転制御部6が実行するテスト処理を、図6のフローチャートに基づいて説明する。
先ず、U相側スイッチ56AをONにし、かつ、V相側スイッチ56BをOFFにするスイッチ操作処理を行い(#51)、続いて、端末側制御部11との間でテスト通信を実行し(#52)、その後、端末側制御部11との間でのテスト通信が適正であるか否かを判断する(#53)。
#57にて、テスト通信が適正でないと判断した場合には、熱源部Hbの本体処理部B1及び補助処理部B2が発電部Haに接続されていない等の異常であるため、リモコンRにて異常状態であることを表示する等の警報処理を実行する(#60)。
第2実施形態においては、第1実施形態と同様に、電力消費の低減化を図りながら、一対の電流検出部Dの設置状態を診断する診断処理を行うことができる。
また、第2実施形態においては、熱源部Hbが装備する電気機器Ebとしての、本体側電気機器E1及び補助側電気機器E2のうちの一方を、U相側電気負荷Euとして使用し、且つ、本体側電気機器E1及び補助側電気機器E2のうちの他方を、V相側電気負荷Evとして使用しながら、診断処理を行うものであるから、熱源部Hbに装備する電気機器Ebを利用しながら、診断処理を行うことができる。
よって、例えば、発電部Haが装備する余剰電力ヒータ部Gが省略された場合にも、診断処理を実施することができる。つまり、発電部Haが逆潮流可能に商用電源7に接続された場合には、余剰電力ヒータ部Gが省略されることとなるが、そのような場合においても診断処理を実施することができる。
次に、第3実施形態を説明するが、この第3実施形態は、運転制御部6が、U相側電気負荷Euとして、熱源部Hbの本体処理部B1が備える本体側電気機器E1を用い、V相側電気負荷Evとして、発電部Haが備える電気機器を用いる形態で診断処理を行うように構成されている点において第1実施形態と異なるものであって、その他の構成は第1実施形態と同様であるので、第1実施形態と異なる部分についてのみ説明して、第1実施形態と同様な構成については、詳細な説明を省略する。
第3実施形態においては、第1実施形態と同様に、電力消費の低減化を図りながら、一対の電流検出部Dの設置状態を診断する診断処理を行うことができる。
また、第3実施形態においては、熱源部Hbが装備する電気機器Ebとしての本体側電気機器E1を、U相側電気負荷Euとして使用し、かつ、発電部Haが装備する第2駆動回路部52及び第4駆動回路部54を、V相側電気負荷Evとして使用しながら、診断処理を良好に行うことができる。
よって、例えば、発電部Haが装備する余剰電力ヒータ部Gが省略された場合にも、診断処理を行うことができる。つまり、発電部Haが商用電源7に逆潮流可能に接続された場合には、余剰電力ヒータ部Gが省略されることとなるが、そのような場合においても診断処理を実施することができる。
次に、その他の別実施形態を列記する。
(1)上記第1〜第3実施形態においては、診断処理において、U相側電気負荷Eu及びV相側電気負荷Evの夫々を、電力供給指標値Wに大きさに応じて、小負荷側から大負荷側に向けて、3段階にて段階的に増大させるように構成したが、これに限らず、U相側電気負荷Eu及びV相側電気負荷Evを、電力供給指標値Wの大きさに応じて、小負荷側から大負荷側に向けて、2段階にて段階的に増大させるように構成してもよく、4段階以上にて段階的に増大させるように構成してもよい。
7 商用電源
D 電流検出部
Eu U相側電気負荷
Ev V相側電気負荷
Ha 発電部
U U相線
V V相線
W 電力供給指標値
Claims (4)
- 単相3線式の商用電源と系統連系される発電部と、
前記商用電源のU相線及びV相線の夫々に各別に設置される一対の電流検出部と、
運転を制御する運転制御部とが設けられ、
前記運転制御部が、前記発電部の運転を停止した状態で、前記U相線から電力が供給されるU相側電気負荷及び前記V相線から電力が供給されるV相側電気負荷を選択的に作用させて、一対の前記電流検出部の設置状態を診断する診断処理を実行するように構成されている熱電併給システムであって、
前記運転制御部が、前記診断処理において、
前記U相側電気負荷及び前記V相側電気負荷を選択的に作用させる前に、一対の前記電流検出部の夫々により検出された電流値に基づいて、前記商用電源からの電力の供給量に対応する電力供給指標値を求め、当該電力供給指標値が大きいほど、前記U相側電気負荷及び前記V相側電気負荷を大きく設定するように構成されている熱電併給システム。 - 前記運転制御部が、前記診断処理において、前記U相側電気負荷及び前記V相側電気負荷を選択的に作用させる前に、一対の前記電流検出部の夫々により検出される電流値を積算した積算電流値を求め、当該積算電流値に基づいて、前記電力供給指標値を求めるように構成されている請求項1に記載の熱電併給システム。
- 前記運転制御部が、前記診断処理において、前記U相側電気負荷及び前記V相側電気負荷を選択的に作用させたときに、一対の前記電流検出部の夫々により検出される電流値を積算した積算電流値を求め、当該積算電流値に基づいて、一対の前記電流検出部の設置状態を診断するように構成されている請求項1又は請求項2に記載の熱電併給システム。
- 前記運転制御部が、前記診断処理において、前記U相側電気負荷及び前記V相側電気負荷を選択的に作用させたときに、一対の前記電流検出部のいずれかにて電流値の変化が検出されない場合には、異常状態であると判定するように構成されている請求項1から3の何れか1項に記載の熱電併給システム。
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