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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自家用エネルギ生成システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、自家用エネルギ生成システムとしては、改質器で都市ガスを水素に変換し、その水素と空気中の酸素とを燃料電池に供給して両者を反応させることにより電力を発生させ、その電力を自家用負荷に供給する一方、燃料電池を冷却すること等により得られる排熱を水に回収させてお湯として給湯器に供給するシステムが知られている。このような自家用エネルギ生成システムでは、自家用負荷の消費電力が変動するのに応じて燃料電池の発電量を追従させる負荷追従制御を行うことが考えられる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、負荷追従制御を行うとシステムに与える負担が大きくなるため好ましくない。一方、負荷追従制御を行わないようにすればシステムに与える負担は軽くなるものの、自家用負荷の消費電力は1日の時間帯によって大きく変動するため、時として発電電力が消費電力を上回り電力を無駄にしてしまうことがある。
【0004】
本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、余剰エネルギを無駄にすることなくシステムに与える負担を軽くすることができる自家用エネルギ生成システムを提供することを目的とする。
【0005】
なお、例えば特開2002−83607には、自家用エネルギ生成システムにおける燃料電池の発電電力を略一定の小電力(0.4kW)に設定しておき、賄いきれない電力については大電力(2kW)を発電する電気自動車の燃料電池から供給することが提案されているが、この場合には電気自動車の燃料電池が大型化してしまい車両搭載性に難があるという新たな問題が生じるため好ましくない。
【0006】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
本発明の第1の自家用エネルギ生成システムは、
自家用負荷に供給するエネルギを生成するエネルギ生成手段と、
前記エネルギ生成手段が予め定められた大きさのエネルギを生成するよう制御するエネルギ生成制御手段と、
前記エネルギ生成手段が生成するエネルギと前記自家用負荷の消費分との差分のエネルギを車両に供給する差分エネルギ供給手段と
を備えたものである。
【0007】
この自家用エネルギ生成システムでは、エネルギ生成手段が予め定められた大きさのエネルギを生成するよう制御するため、自家用負荷に追従するよう制御する場合に比べてエネルギ生成手段の負担を軽くすることができる。また、エネルギ生成手段が生成するエネルギが自家用負荷の消費分に対して過剰なときにはその過剰なエネルギを車両に供給するため、その過剰なエネルギを無駄にすることなく有効に利用することができる。
【0008】
なお、このシステムにおいて、エネルギ生成手段が生成するエネルギが自家用負荷の消費分に対して不足するときには不足するエネルギを車両から受け取るようにしてもよい。こうすれば、エネルギ生成手段が自家用負荷の消費分を賄いきれない場合があったとしても、エネルギ生成手段に負担をかけずに容易に対処することができる。
【0009】
この自家用エネルギ生成システムにおいて、前記車両は、エネルギ蓄積手段を備えており、前記エネルギ供給手段は、前記車両のエネルギ蓄積手段に前記差分のエネルギを供給してもよい。こうすれば、車両は過剰なエネルギを一旦エネルギ蓄積手段に蓄積しておき、必要が生じたときに利用することができる。
【0010】
この自家用エネルギ生成システムにおいて、前記エネルギは、特にどのようなエネルギであってもよいが、熱エネルギ、電気エネルギ、又は熱及び電気エネルギが好ましい。
【0011】
この自家用エネルギ生成システムにおいて、前記車両は、動力源の一つとしてモータを有するものであり、前記エネルギ蓄積手段は、前記モータに電気エネルギを供給するバッテリであってもよい。ここで、「車両」は、例えば、モータのみを動力源として有するものでもよいし、エンジンとモータの両方を動力源として有するものでもよい。
【0012】
この自家用エネルギ生成システムにおいて、前記エネルギ生成手段は、燃料電池、マイクロタービン又は太陽電池であってもよい。これらは自家用負荷にエネルギを供給するのに適しているからである。
【0013】
本発明の第2の自家用エネルギ生成システムは、
所定のエネルギ源を基にして自家用負荷に供給するエネルギを生成するエネルギ生成手段と、
前記エネルギ生成手段が予め定められた大きさのエネルギを生成するよう制御するエネルギ生成制御手段と、
前記エネルギ生成手段が生成するエネルギと前記自家用負荷の消費分との差分のエネルギを生成するのに必要となる前記エネルギ源を車両に供給する差分エネルギ源供給手段と
を備えたものである。
【0014】
この自家用エネルギ生成システムでは、エネルギ生成手段が予め定められた大きさのエネルギを生成するよう制御するため、自家用負荷に追従するよう制御する場合に比べてエネルギ生成手段の負担を軽くすることができる。また、エネルギ生成手段が生成するエネルギが自家用負荷の消費分に対して過剰なときにはその過剰なエネルギを生成するのに必要となるエネルギ源を車両に供給するため、その過剰なエネルギ源を無駄にすることなく有効に利用することができる。
【0015】
なお、このシステムにおいて、エネルギ生成手段が生成するエネルギが自家用負荷の消費分に対して不足するときには不足するエネルギを生成するのに必要となるエネルギ源を車両から受け取るようにしてもよい。こうすれば、自家用負荷の消費分を賄いきれない場合があったとしても、エネルギ生成手段に負担をかけずに容易に対処することができる。
【0016】
この自家用エネルギ生成システムにおいて、前記エネルギ生成手段は、燃料電池、マイクロタービン又は太陽電池であってもよい。これらは自家用負荷にエネルギを供給するのに適しているからである。
【0017】
この自家用エネルギ生成システムにおいて、前記エネルギ生成手段は、炭化水素系燃料を原料として水素を生成する改質器からの水素を基にして自家用負荷に供給するエネルギを生成する定置型燃料電池であり、前記エネルギ生成制御手段は、前記エネルギ生成手段が予め定められた大きさのエネルギを生成するよう前記改質器から前記エネルギ生成手段に供給される水素量を制御し、前記差分エネルギ源供給手段は、前記差分エネルギを生成するのに必要となる水素量を、前記車両に搭載された燃料電池へ水素を供給可能な水素蓄積手段に供給してもよい。こうすれば、負荷追従する場合に比べて改質器の負担を軽くすることができ、また、過剰な水素が生じたとしても車両の水素蓄積手段に供給するため、車両において必要なときに有効に利用することができる。
【0018】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図1は本実施形態の自家用エネルギ生成システム10の全体構成の概略を表す説明図、図2は定置型発電装置20の概略構成を表すブロック図、図3は車載発電装置60の概略構成を表すブロック図である。
【0019】
本実施形態の自家用エネルギ生成システム10は、図1に示すように、戸建て住宅の自家用負荷90に電力を供給したり給湯器92にお湯を供給したりする定置型発電装置20と、電気自動車50に搭載され定置型発電装置20との間で電力の授受を行う車載発電装置60とを備えている。なお、電気自動車50は停車した状態で定置型発電装置20に接続されているが、定置型発電装置20との接続を解除すれば走行可能となる。
【0020】
定置型発電装置20は、図2に示すように、ガス配管21から都市ガス(13A)の供給を受けて都市ガスを水素リッチな改質ガスに改質する改質器26と、改質ガス中の一酸化炭素を低減して燃料ガスとするCO選択酸化部27と、燃料ガスと空気との供給を受けて電気化学反応により発電する燃料電池30と、燃料電池30の冷却水と貯湯槽31の低温水との熱交換を行う熱交換器32と、燃料電池30からの直流電力の電圧および電流を調整して所望の直流電力に変換するDC/DCコンバータ35と、変換された直流電力を交流電力に変換して自家用負荷90へ電力を供給するインバータ37と、自家用負荷90で消費する消費電力を検出する電力計38と、システム全体をコントロールする電子制御ユニット40とを備えている。
【0021】
改質器26は、ガス配管21から調節弁22と昇圧ポンプ23と硫黄分を除く脱硫器24とを介して供給される都市ガスと図示しない配管により供給される水蒸気とによる次式(1)および次式(2)の水蒸気改質反応およびシフト反応により水素リッチな改質ガスを生成する。改質器26には、こうした反応に必要な熱を供給する燃焼部28が設けられており、燃焼部28にはガス配管21から調節弁22と昇圧ポンプ25とを介して都市ガスが供給されるようになっている。また、燃焼部28には、燃料電池30のアノード側の排出ガスが供給され、アノードオフガス中の未反応の水素を燃料として用いることができるようになっている。
【0022】
【数1】
CH4+H2O→CO+3H2 (1)
CO+H2O→CO2+H2 (2)
【0023】
CO選択酸化部27は、図示しない配管による空気の供給を受けて水素の存在下で一酸化炭素を選択して酸化する一酸化炭素選択酸化触媒(例えば白金とルテニウムの合金による触媒)により、改質ガス中の一酸化炭素を選択酸化して一酸化炭素濃度が極めて低い(実施例では数ppm程度)水素リッチな燃料ガスとする。
【0024】
燃料電池30は、電解質膜とこの電解質膜を狭持するアノードおよびカソードとこのアノードおよびカソードに燃料ガスと空気とを供給すると共にセル間の隔壁をなすセパレータとからなる単セルを複数積層してなる固体高分子型の燃料電池として構成されており、CO選択酸化部27からの燃料ガス中の水素とブロア29からの空気中の酸素とによる電気化学反応によって発電する。燃料電池30には循環する冷却水の流路が形成されており、冷却水を循環させることによって適温(80〜90℃程度)に保持される。この冷却水の循環流路には、熱交換器32が設けられており、燃料電池30の冷却水との熱交換により貯湯槽31からポンプ34により供給される低温水が加温されて貯湯槽31に貯湯されるようになっている。つまり、貯湯槽31には燃料電池30の排熱を回収した熱交換媒体としてのお湯が貯留される。この貯湯槽31に貯留されたお湯は給湯器92に供給され、適時、戸建て住宅の蛇口から吐出される。
【0025】
燃料電池30の図示しない出力端子は、DC/DCコンバータ35,分配器36,インバータ52を介して自家用負荷90に接続されており、燃料電池30からの直流電力が分配器36を経由したあと交流電力に変換されて自家用負荷90へ供給されたり直流電力のまま車載発電装置60のバッテリ70へ供給されたりするようになっている。ここで、車載発電装置60のバッテリ70はコネクタ39にて定置型発電装置20に着脱自在に接続されている。また、車載発電装置60のバッテリ70からの直流電力が分配器36を経由したあとインバータ52で交流電力に変換されて自家用負荷90へ供給されるようにもなっている。なお、DC/DCコンバータ35やインバータ37は一般的なDC/DCコンバータ回路やインバータ回路として構成され、分配器36も一般的なスイッチング回路として構成されているから、その詳細な説明は省略する。
【0026】
電子制御ユニット40は、CPU41を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、各種制御プログラムを記憶するROM42と、データを一時的に記憶するRAM43と、図示しない入出力ポートおよび通信ポートとを備えている。電子制御ユニット40には、インバータ37内の図示しない電流センサや電圧センサからの出力電流や出力電圧、電力計38からの消費電力Po、改質器26やCO選択酸化部27、燃料電池30に取り付けられた図示しない温度センサからの各温度などが入力ポートを介して入力される。また、電子制御ユニット40からは、調節弁22のアクチュエータや昇圧ポンプ23,25、ブロア29、循環ポンプ33、ポンプ34などへの駆動信号や燃焼部28への点火信号、DC/DCコンバータ35や分配器36への制御信号,インバータ37へのスイッチング制御信号などが出力ポートを介して出力される。
【0027】
電気自動車50は、図3に示すように、車輪Wの駆動源としての走行用モータ51と、この走行用モータ51に電力を供給したりバッテリ70を充電したりする車載発電装置60とを備えている。
【0028】
走行用モータ51は、三相同期モータであり、図3に示すように、燃料電池61やバッテリ70の出力する直流電流が分配器72を経てインバータ52を介して三相交流に変換されたあと供給される。走行用モータ11は、このような電力の供給を受けて回転駆動力を発生する。この回転駆動力は、デファレンシャルギヤ53を介して車輪Wの車軸54に伝えられ電気自動車50を走行させる動力となる。
【0029】
車載発電装置60は、上述した燃料電池30と同様の固体高分子電解質型の燃料電池61と、周知の二次電池を複数個直列に接続したバッテリ70と、電力の分配を行う分配器72と、各種の制御を行うパワーコントロールユニット(PCU)74とを備えている。
【0030】
燃料電池61は、燃料電池30と同様、構成単位である単セルを複数積層したスタック構造を有している。燃料電池61を構成する各単セルでは、図3に示すように、水素タンク62から水素ガス(燃料ガス)がマスフロコントローラ63で圧力・流量が調節されたあと加湿されてアノードに供給され、エアコンプレッサ64から圧力が調節された圧縮空気(酸化ガス)がカソードに供給され、所定の電気化学反応が進行することにより発電し、その発電電力が分配器72に供給される。また、燃料電池61の周囲には、燃料電池61から未反応のまま排出された水素ガスを再び燃料電池61に供給する水素ガス循環ポンプ65や、燃料電池61を冷却するために燃料電池61に冷却水を循環させるウォータポンプ66や、ウォータポンプ66によって循環される冷却水を放熱させる放熱器67などが設けられている。
【0031】
バッテリ70は、PCU74の制御によって、車両の始動時に走行用モータ51を駆動したり、減速回生時に回生電力を回収したり、加速時に走行用モータ51をアシストしたり、負荷に応じて燃料電池61によって充電されたりする。このバッテリ70は、コネクタ39を介して定置型発電装置20の分配器39に着脱自在に接続されている。なお、このバッテリ70は充放電可能な電池であればよく、ニッケル水素二次電池に限らず例えばニッカド二次電池やリチウム水素二次電池や鉛蓄電池などであってもよい。
【0032】
分配器72は、走行用モータ51への電力供給を燃料電池61及びバッテリ70のいずれか一方又は両方で行ったり燃料電池61によるバッテリ70の充電を行ったりするためのスイッチング回路である。
【0033】
PCU74は、走行用モータ51の駆動力を制御するものであり、マイクロコンピュータを中心とした論理回路として構成され、図示しないが周知のCPU、ROM、RAM及び入出力ポートから構成されている。このPCU74は、アクセルペダルセンサのペダル位置やインバータ52の出力電流/出力電圧やバッテリ70の残留容量値や図示しない各種センサの検出値を入力し、入力した各値に基づいて、マスフロコントローラ63及びエアコンプレッサ64に供給ガス量を制御するための制御信号を出力したりインバータ52や分配器72への制御信号を出力したりする。
【0034】
次に、こうして構成された自家用エネルギ生成システム10の動作について説明する。自家用エネルギ生成システム10における定置型発電装置20の電子制御ユニット40は、メイン制御として定常運転制御を実行している。即ち、電子制御ユニット40のCPU41は、このシステムの図示しないメインスイッチがオンされると、ROM42から図4に示す定常運転制御プログラムを読み出してこれを実行する。まず、CPU41は、各種初期設定を実行する(ステップS110)。この各種初期設定の中には、予め定められた1日の消費電力パターンを参照し、その消費電力パターンのピーク値に基づいて燃料電池30の発電電力の目標値(一定値)を設定する処理や、分配器36と車載発電装置60のバッテリ70との電力の授受を遮断する処理などが含まれる。各種初期設定を実行後、定常運転を開始する(ステップS120)。具体的には、燃料電池30からの発電電力が目標値となるように、改質器26から燃料電池30へ供給する水素ガス量を改質器26へ供給する都市ガス量によって制御する。その後、運転停止の指令がなされたか否か、即ちこのシステムの図示しないメインスイッチがオンからオフにされたか否かを判定し(ステップS130)、メインスイッチがオンのままのときには再びステップS120に戻って定常運転を継続する。一方、メインスイッチがオンからオフにされたときには燃料電池30の運転を停止し(ステップS140)、このプログラムを終了する。
【0035】
次に、メイン制御とは別に所定の割込タイミング(例えば数msecごとのタイミング)で開始される割込処理としての余剰電力対応処理について説明する。電子制御ユニット40のCPU41は、この割込処理が開始されると、まず、コネクタ39を介して車載発電装置60が接続されているか否かを判定し(ステップS200)、接続されていないときにはそのままこのプログラムを終了し、接続されているときには電力計38からの現在の消費電力Poを読み込む(ステップS210)。続いて、燃料電池30の発電電力が消費電力Poに対して過剰か不足かを判定し(ステップS220)、燃料電池30の発電電力が消費電力Poに対して過剰なときには、分配器36を制御してその過剰分が分配器36から車載発電装置60のバッテリ70に蓄積されるようにつまりバッテリ70が充電されるようにし(ステップS230)、このプログラムを終了する。また、ステップS220で燃料電池30の発電電力が消費電力Poに対して不足しているときには、分配器36を制御してその不足分が車載発電装置60のバッテリ70から分配器36を介して自家用負荷90へ供給されるようにし(ステップS240)、このプログラムを終了する。なお、電子制御ユニット40はコネクタ39を介してバッテリ70の充電状態をチェックしたり充電を行ったりできるよう電気的に接続されている。更に、ステップS220で過不足が生じないときには、そのままこのプログラムを終了する。
【0036】
上述した余剰電力対応処理において、例えば燃料電池30が500Wの電力を生成するよう制御されている場合、自家用負荷90の消費電力が400Wだったとすると、差分の100Wが車載発電装置60のバッテリ70に蓄積される。逆に、自家用負荷90の消費分が600Wだったとすると、差分の−100Wを車両に供給する、つまり車両から100Wが供給される。
【0037】
ここで、本実施形態の構成要素と本発明の構成要素との対応関係を明らかにする。本実施形態の定置型発電装置20の燃料電池30が本発明のエネルギ生成手段に相当し、電子制御ユニット40のCPU41がエネルギ生成制御手段及び差分エネルギ供給手段に相当し、車載発電装置60のバッテリ70がエネルギ蓄積手段に相当する。
【0038】
以上説明した本実施形態の自家用エネルギ生成システム10では、定置型発電装置20における燃料電池30が予め定められた目標電力を生成するよう制御するため、自家用負荷に追従するよう制御する場合に比べて定置型発電装置20の負担を軽くすることができる。また、定置型発電装置20が生成する電力が自家用負荷の消費分に対して過剰なときにはその過剰な電力を電気自動車50に搭載されたバッテリ70に供給するため、その過剰な電力を無駄にすることなく有効に利用することができる。逆に、定置型発電装置20が生成する電力が自家用負荷の消費分に対して不足しているときにはその不足分を電気自動車50に搭載されたバッテリ70で補充するため、定置型発電装置20に負担をかけることなく容易に対処することができる。
【0039】
なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。
【0040】
例えば、上述した実施形態を図6のように変形してもよい。即ち、上述した実施形態において、熱エネルギを電気エネルギに変換して車載発電装置60のバッテリ70へ供給可能な熱変換器46を定置型発電装置20の貯湯槽31に電磁弁45を介して接続し、電子制御ユニット40が貯湯槽31に取り付けたセンサ31aから貯留量及び湯温を検出しその検出結果に応じて電磁弁45の開閉を制御するようにしてもよい。具体的には、電子制御ユニット40は、貯留量及び湯温が共に上限に達したときに給湯器92で利用される湯量に対して貯湯槽31に貯留される湯量が過剰であると判断して、電磁弁45を開いて貯湯槽31内のお湯の熱エネルギを熱変換器46で電気エネルギに変換したあとバッテリ70を充電するように制御してもよい。こうすれば、貯湯槽31に貯留される湯量が過剰なときにはお湯が持つ熱エネルギをバッテリ70に蓄積するため、燃料電池30から回収した熱を無駄にすることなく有効に利用することができる。また、上述した実施形態と同様、定置型発電装置20における燃料電池30が予め定められた目標電力を生成するよう制御するため、自家用負荷に追従するよう制御する場合に比べて定置型発電装置20の負担を軽くすることができる。
【0041】
一方、図6において、貯湯槽31の湯温が下限を下回ったときに給湯器92で利用される湯量に対して貯湯槽31に貯留される湯量が不足していると判断して、電磁弁45を開いて車載発電装置60のバッテリ70からの電気エネルギを熱変換器46で熱エネルギに交換してお湯を生成させ、そのお湯を貯湯槽31に供給してもよい。こうすれば、貯湯槽31に貯留されている油量では給湯器92の利用量を賄いきれない場合があったとしても改質器26や燃料電池30に負担をかけることなく容易に対処することができる。
【0042】
ここで、図6の実施形態の構成要素と本発明の構成要素との対応関係を明らかにする。図6では、例えば燃料電池30が500Wの電力を生成するよう制御されている場合、その500Wの電力に応じて熱交換器32で生成する熱量は一義的に決まるため、熱交換器32で予め定められた熱量が生成するよう制御しているともいえる。したがって、熱交換器32がエネルギ生成手段に相当し、電子制御ユニット40のCPU41がエネルギ生成制御手段及び差分エネルギ供給手段に相当し、車載発電装置60のバッテリ70がエネルギ蓄積手段に相当する。
【0043】
なお、ここでは熱変換器46を設けて熱エネルギを電気エネルギに変換してバッテリ70へ蓄積したが、その他の熱エネルギの利用形態として、電気エネルギに変換せず温水のまま電気自動車50の図示しない保温器に供給したり、逆に電気自動車50から定置型発電装置20に供給したりして、装置始動時の暖機(例えば燃料電池30,61の暖機)や電気自動車50の暖房などに利用してもよい。
【0044】
また、上述した実施形態を図7のように変形してもよい。即ち、上述した実施形態において、コネクタ39を介して定置型発電装置20と車載発電装置60とを接続する代わりに、改質器26で発生した水素リッチな燃料ガスをCO選択酸化部27を介して燃料電池30のアノード側に供給する経路の途中から車載発電装置60の水素タンク62に繋がる分岐路47を設け、その分岐路47の途中に電磁弁48を設け、電子制御ユニット40が図5の割込処理のステップS220で燃料電池30の発電電力が過剰と判断したときには電磁弁48を開いてその過剰分に応じた水素ガスを車載発電装置60の水素タンク62へ蓄積するよう制御してもよい。こうすれば、自家用負荷90の消費電力を出力するのに必要な水素量に対して改質器26が生成する水素量が過剰なときにはその過剰の水素を電気自動車50に搭載された水素タンク62に蓄積するため、生成した水素を無駄にすることなく有効に利用することができる。また、自家用負荷に追従するよう制御する場合に比べて改質器26の負担を軽くすることができる。
【0045】
一方、図7において、自家用負荷90の消費電力を出力するのに必要な水素量に対して改質器26での生成水素量が不足しているときには、車載発電装置60の水素タンク62に蓄積された水素を分岐路47を介して定置型発電装置20の燃料電池30のアノード側に供給してもよい。こうすれば、改質器26に負担をかけることなく容易に対処することができる。
【0046】
ここで、図7の実施形態の構成要素と本発明の構成要素との対応関係を明らかにする。本実施形態の燃料電池30が本発明のエネルギ生成手段に相当し、電子制御ユニット40がエネルギ生成制御手段及び差分エネルギ源供給手段に相当し、電気自動車50に搭載された水素タンク62が水素蓄積手段に相当する。
【0047】
更に、上述した実施形態では、燃料電池30,61として固体高分子型の燃料電池を採用したが、例えばリン酸型などの別の型の燃料電池を採用してもよいし、燃料電池に代えて例えばマイクロガスタービンや太陽電池などの別の発電装置を採用してもよい。
【0048】
更にまた、上述した実施形態では、戸建て住宅の自家用負荷90や給湯器92に利用する自家用エネルギ生成システム10について説明したが、マンションなどの集合住宅の各戸、オフィスビルなどの各テナントあるいは事業所などの各建物に取り付けられた自家用負荷や給湯器に利用するものであってもよい。
【0049】
そしてまた、上述した実施形態では、電気自動車50として走行用モータ51のみを動力源とするものを例示したが、走行用モータ51とエンジンとを動力源とし状況に応じていずれか一方又は両方で走行可能なハイブリッド車であってもよい。あるいは、複数台の電気自動車50を定置型発電装置20と接続できるようにしてもよい。
【0050】
そして更に、上述した実施形態において、電子制御ユニット40のCPU41が車載発電装置60のバッテリ70の残留容量値を読み取り、満充電時になったときにはバッテリ70の充電を停止してもよい。
【0051】
そして更にまた、上述した実施形態では、図4に示した燃料電池運転制御では、燃料電池30の発電電力の目標値を常時一定に設定したが、目標値を時間に応じて切り替わるように設定してもよい。この場合も、負荷追従制御を行う場合に比べて負担は軽くなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施形態の自家用エネルギ生成システム10の全体構成の概略を表す説明図である。
【図2】定置型発電装置20の概略構成を表すブロック図である。
【図3】車載発電装置60の概略構成を表すブロック図である。
【図4】定置型発電装置20の電子制御ユニット40が実行する定常運転制御プログラムのフローチャートである。
【図5】定置型発電装置20の電子制御ユニット40が実行する割込処理のフローチャートである。
【図6】別の実施形態の主要な構成の概略を表す説明図である。
【図7】別の実施形態の主要な構成の概略を表す説明図である。
【符号の説明】
10…自家用エネルギ生成システム、11…走行用モータ、20…定置型発電装置、21…ガス配管、22…調節弁、23…昇圧ポンプ、24…脱硫器、25…昇圧ポンプ、26…改質器、27…CO選択酸化部、28…燃焼部、29…ブロア、30…燃料電池、31…貯湯槽、32…熱交換器、33…循環ポンプ、34…ポンプ、35…DC/DCコンバータ、36…分配器、37…インバータ、38…電力計、39…コネクタ、40…電子制御ユニット、41…CPU、42…ROM、43…RAM、44…タイマ、45…電磁弁、46…熱交換器、46…熱変換器、47…分岐路、48…電磁弁、50…電気自動車、51…走行用モータ、52…インバータ、53…デファレンシャルギヤ、54…車軸、58…電力計、60…車載発電装置、60…分配器、61…燃料電池、62…水素タンク、63…マスフロコントローラ、64…エアコンプレッサ、65…水素ガス循環ポンプ、66…ウォータポンプ、67…放熱器、70…バッテリ、72…分配器、90…自家用負荷、92…給湯器。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a private energy generation system.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a private energy generation system, a reformer converts city gas into hydrogen, supplies the hydrogen and oxygen in the air to a fuel cell, and reacts the two to generate electric power. 2. Description of the Related Art There is known a system in which exhaust heat obtained by cooling a fuel cell or the like is supplied to a private load while exhaust heat is recovered in water and supplied to a water heater as hot water. In such a private energy generating system, it is conceivable to perform load following control for following the amount of power generated by the fuel cell as the power consumption of the private load fluctuates.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, it is not preferable to perform the load following control because the load on the system increases. On the other hand, if the load following control is not performed, the load on the system is reduced, but the power consumption of the private load varies greatly depending on the time of day, so the generated power sometimes exceeds the power consumption and wastes power. It may be.
[0004]
The present invention has been made to solve the above-described problem, and an object of the present invention is to provide a private energy generation system that can reduce a burden on a system without wasting surplus energy.
[0005]
In addition, for example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-83607, the power generated by the fuel cell in the private energy generation system is set to a substantially constant low power (0.4 kW), and large power (2 kW) is used for power that cannot be covered. It has been proposed to supply power from a fuel cell of an electric vehicle that generates electric power. However, in this case, the fuel cell of the electric vehicle is increased in size, which causes a new problem that it is difficult to mount the vehicle, which is not preferable.
[0006]
[Means for Solving the Problems and Their Functions and Effects]
The first private energy generation system of the present invention comprises:
Energy generating means for generating energy to be supplied to the private load;
Energy generation control means for controlling the energy generation means to generate energy of a predetermined magnitude;
Differential energy supply means for supplying to the vehicle energy of a difference between the energy generated by the energy generation means and the consumption of the private load;
It is provided with.
[0007]
In this private energy generating system, since the energy generating means controls to generate energy of a predetermined magnitude, the load on the energy generating means can be reduced as compared with the case of controlling to follow the private load. . Further, when the energy generated by the energy generating means is excessive with respect to the consumption of the private load, the excess energy is supplied to the vehicle, so that the excess energy can be effectively used without wasting.
[0008]
In this system, when the energy generated by the energy generating means is insufficient for the consumption of the private load, the insufficient energy may be received from the vehicle. In this way, even if the energy generating means cannot cover the consumption of the private load, it can be easily dealt with without imposing a load on the energy generating means.
[0009]
In this private energy generation system, the vehicle may include an energy storage unit, and the energy supply unit may supply the energy difference to the energy storage unit of the vehicle. In this way, the vehicle can temporarily store excess energy in the energy storage means and use it when needed.
[0010]
In this private energy generation system, the energy may be any energy, but is preferably thermal energy, electric energy, or heat and electric energy.
[0011]
In this private energy generation system, the vehicle may include a motor as one of the power sources, and the energy storage unit may be a battery that supplies electric energy to the motor. Here, the "vehicle" may have, for example, only a motor as a power source, or may have both an engine and a motor as power sources.
[0012]
In this private energy generating system, the energy generating means may be a fuel cell, a micro turbine, or a solar cell. These are suitable for supplying energy to a private load.
[0013]
The second private energy generating system of the present invention comprises:
Energy generating means for generating energy to be supplied to the private load based on a predetermined energy source;
Energy generation control means for controlling the energy generation means to generate energy of a predetermined magnitude;
A differential energy source supply unit that supplies the vehicle with the energy source required to generate the difference energy between the energy generated by the energy generation unit and the consumption of the private load;
It is provided with.
[0014]
In this private energy generating system, since the energy generating means controls to generate energy of a predetermined magnitude, the load on the energy generating means can be reduced as compared with the case of controlling to follow the private load. . Further, when the energy generated by the energy generating means is excessive with respect to the consumption of the private load, the energy source necessary to generate the excessive energy is supplied to the vehicle, so that the excessive energy source is wasted. It can be used effectively without doing.
[0015]
In this system, when the energy generated by the energy generating means is insufficient for the consumption of the private load, an energy source required to generate the insufficient energy may be received from the vehicle. In this way, even if there is a case where the consumption of the private load cannot be covered, it is possible to easily cope with it without imposing a load on the energy generating means.
[0016]
In this private energy generating system, the energy generating means may be a fuel cell, a micro turbine, or a solar cell. These are suitable for supplying energy to a private load.
[0017]
In the private energy generating system, the energy generating means is a stationary fuel cell that generates energy to be supplied to a private load based on hydrogen from a reformer that generates hydrogen using a hydrocarbon-based fuel as a raw material, The energy generation control means controls an amount of hydrogen supplied from the reformer to the energy generation means so that the energy generation means generates energy of a predetermined magnitude, and the difference energy source supply means The amount of hydrogen required to generate the differential energy may be supplied to a hydrogen storage unit that can supply hydrogen to a fuel cell mounted on the vehicle. In this way, the burden on the reformer can be reduced as compared with the case of following the load, and even if excessive hydrogen is generated, it is supplied to the hydrogen storage means of the vehicle, so that it is effective when necessary in the vehicle. Can be used for
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an explanatory diagram showing an outline of the overall configuration of a private energy generation system 10 of the present embodiment, FIG. 2 is a block diagram showing a schematic configuration of a stationary
[0019]
As shown in FIG. 1, a private energy generating system 10 according to the present embodiment includes a stationary
[0020]
As shown in FIG. 2, the stationary
[0021]
The
[0022]
(Equation 1)
CH 4 + H 2 O → CO + 3H 2 (1)
CO + H 2 O → CO 2 + H 2 (2)
[0023]
The CO selective oxidizing
[0024]
The
[0025]
An output terminal (not shown) of the
[0026]
The
[0027]
As shown in FIG. 3, the
[0028]
The traveling
[0029]
The on-
[0030]
Like the
[0031]
Under the control of the
[0032]
The
[0033]
The
[0034]
Next, the operation of the private energy generating system 10 thus configured will be described. The
[0035]
Next, a surplus power handling process as an interrupt process started at a predetermined interrupt timing (for example, a timing every several msec) separately from the main control will be described. When the interrupt process is started, the
[0036]
In the surplus power handling process described above, for example, if the
[0037]
Here, the correspondence between the components of the present embodiment and the components of the present invention will be clarified. The
[0038]
In the private energy generation system 10 of the present embodiment described above, the
[0039]
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment at all, and it goes without saying that the present invention can be implemented in various modes as long as it belongs to the technical scope of the present invention.
[0040]
For example, the above embodiment may be modified as shown in FIG. That is, in the above-described embodiment, the
[0041]
On the other hand, in FIG. 6, when the temperature of hot water in the hot
[0042]
Here, the correspondence between the components of the embodiment of FIG. 6 and the components of the present invention will be clarified. In FIG. 6, for example, when the
[0043]
Here, the
[0044]
Further, the above-described embodiment may be modified as shown in FIG. That is, in the above-described embodiment, instead of connecting the stationary
[0045]
On the other hand, in FIG. 7, when the amount of hydrogen generated in the
[0046]
Here, the correspondence between the components of the embodiment of FIG. 7 and the components of the present invention will be clarified. The
[0047]
Further, in the above-described embodiment, a polymer electrolyte fuel cell is employed as the
[0048]
Furthermore, in the above-described embodiment, the private energy generation system 10 used for the
[0049]
Further, in the above-described embodiment, an example in which the
[0050]
Further, in the above-described embodiment, the
[0051]
Furthermore, in the above-described embodiment, in the fuel cell operation control shown in FIG. 4, the target value of the power generated by the
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating an outline of an overall configuration of a private energy generating system 10 according to an embodiment.
FIG. 2 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a stationary
FIG. 3 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a vehicle-mounted
FIG. 4 is a flowchart of a steady operation control program executed by the
FIG. 5 is a flowchart of an interruption process executed by the
FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating an outline of a main configuration of another embodiment.
FIG. 7 is an explanatory diagram illustrating an outline of a main configuration of another embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Private energy generation system, 11 ... Running motor, 20 ... Stationary power generator, 21 ... Gas piping, 22 ... Regulator valve, 23 ... Boost pump, 24 ... Desulfurizer, 25 ... Booster pump, 26 ... Reformer , 27: CO selective oxidation unit, 28: combustion unit, 29: blower, 30: fuel cell, 31: hot water tank, 32: heat exchanger, 33: circulation pump, 34: pump, 35: DC / DC converter, 36 ... Distributor, 37 ... Inverter, 38 ... Power meter, 39 ... Connector, 40 ... Electronic control unit, 41 ... CPU, 42 ... ROM, 43 ... RAM, 44 ... Timer, 45 ... Solenoid valve, 46 ... Heat exchanger, 46: heat converter, 47: branch road, 48: solenoid valve, 50: electric vehicle, 51: running motor, 52: inverter, 53: differential gear, 54: axle, 58: power meter, 60:
Claims (7)
前記エネルギ生成手段が予め定められた大きさのエネルギを生成するよう制御するエネルギ生成制御手段と、
前記エネルギ生成手段が生成するエネルギと前記自家用負荷の消費分との差分のエネルギを車両に供給する差分エネルギ供給手段と
を備えた自家用エネルギ生成システム。Energy generating means for generating energy to be supplied to the private load;
Energy generation control means for controlling the energy generation means to generate energy of a predetermined magnitude;
A private energy generation system comprising: a difference energy supply unit configured to supply a vehicle with a difference in energy between the energy generated by the energy generation unit and the consumption of the private load.
前記エネルギ供給手段は、前記車両のエネルギ蓄積手段に前記差分のエネルギを供給する
請求項1に記載の自家用エネルギ生成システム。The vehicle includes energy storage means,
The private energy generation system according to claim 1, wherein the energy supply unit supplies the difference energy to an energy storage unit of the vehicle.
請求項1又は2に記載の自家用エネルギ生成システム。The private energy generation system according to claim 1, wherein the energy is heat energy, electric energy, or heat and electric energy.
請求項1〜3のいずれかに記載の自家用エネルギ生成システム。The private energy generating system according to claim 1, wherein the vehicle has a motor as one of power sources, and the energy storage unit is a battery that supplies electric energy to the motor.
前記エネルギ生成手段が予め定められた大きさのエネルギを生成するよう制御するエネルギ生成制御手段と、
前記エネルギ生成手段が生成するエネルギと前記自家用負荷の消費分との差分のエネルギを生成するのに必要となる前記エネルギ源を車両に供給する差分エネルギ源供給手段と
を備えた自家用エネルギ生成システム。Energy generating means for generating energy to be supplied to the private load based on a predetermined energy source;
Energy generation control means for controlling the energy generation means to generate energy of a predetermined magnitude;
A private energy generation system comprising: a difference energy source supply unit that supplies a vehicle with the energy source required to generate energy of a difference between the energy generated by the energy generation unit and the consumption of the private load.
請求項1〜5のいずれかに記載の自家用エネルギ生成システム。The private energy generation system according to claim 1, wherein the energy generation unit is a fuel cell, a micro turbine, or a solar cell.
前記エネルギ生成制御手段は、前記エネルギ生成手段が予め定められた大きさのエネルギを生成するよう前記改質器から前記定置型燃料電池に供給される水素量を制御し、
前記差分エネルギ源供給手段は、前記差分エネルギを生成するのに必要となる水素量を、前記車両に搭載された燃料電池へ水素を供給可能な水素蓄積手段に供給する
請求項5に記載の自家用エネルギ生成システム。The energy generating means is a stationary fuel cell that generates energy to be supplied to a private load based on hydrogen from a reformer that generates hydrogen using a hydrocarbon-based fuel as a raw material,
The energy generation control means controls the amount of hydrogen supplied from the reformer to the stationary fuel cell so that the energy generation means generates energy of a predetermined magnitude,
6. The private use according to claim 5, wherein the differential energy source supply means supplies the amount of hydrogen necessary to generate the differential energy to a hydrogen storage means capable of supplying hydrogen to a fuel cell mounted on the vehicle. Energy generation system.
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