JP2008219975A - コジェネレーション装置と該コジェネレーション装置における電流検出手段の配線確認方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単、安価な構成で、電流センサの配線状態を正確に確認することを可能とすると共に、余剰電力をその電力量に対応させて消費することが可能なコジェネレーション装置と該コジェネレーション装置における電流センサの配線確認方法を提供する。
【解決手段】余剰電力消費ヒータ２２の消費電力をＰＷＭ制御で変化させる消費電力可変手段を有し、消費電力可変手段に外部電源周波数よりも小さな周波数で余剰電力消費ヒータ２２をＯＮ／ＯＦＦさせると共に、電流センサ１６におけるＵ相、Ｖ相との配線状態確認状況に応じ、余剰電力消費ヒータ２２のＯＮ／ＯＦＦ周波数を変化させ、電流センサ１６の検出した電流量から電流センサ１６における前記Ｕ相、Ｖ相の配線状態を確認するようにした。
【選択図】図３

Description

本発明は、コジェネレーション装置と該コジェネレーション装置における電流検出手段の配線確認方法に係り、特に、外部電源と電力使用装置とに接続されて、発電手段と、該発電手段の余剰電力を消費する余剰電力消費手段と、外部電源の電流量を検出して発電手段の余剰電力を余剰電力消費手段で消費させ、逆潮流を防止するための電流検出手段とを備え、該電流検出手段の配線接続状況を正確に確認できるようにした、コジェネレーション装置と該コジェネレーション装置における電流検出手段の配線確認方法に関するものである。

最近のコジェネレーション装置は、天然ガスなどの比較的クリーンなエネルギーを用いるエンジンを用いて発電機を駆動し、低出力で運転すると効率が低下するため、稼働時には例えば１ＫＷなどの定格で運転すると共に、家庭内の電力使用装置の負荷の時間的な変動に対応させ、商用系統と連系しながら給電と給湯を行えるようにしている。

このようなコジェネレーション装置は例えば特許文献１に、商用系統に電流センサを、電力使用装置側に蓄電手段と余剰電力消費ヒータとを設け、電流センサで商用系統の電流量を検出し、家庭内の電力使用装置の使用電力が小さいときに発電機の余剰電力が商用系統に逆潮流しないよう、蓄電手段に電力を蓄電すると共に余剰電力消費ヒータを動作させるように制御しながら通電し、給湯用加熱が行えるようにしたコジェネレーション装置が示されている。

これを図４に基づいて簡単に説明すると、図中５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ、……は一般家庭等の電力消費箇所に設けられ電力消費機器、５２は発電手段として熱と電力を発生し、複数の電力消費機器５０に電力を供給する熱電併給装置で、発電機５２ｇとその発電機５２ｇを駆動するガスエンジン５２ｅとを備えて交流電力を発電するように構成されている。５３はコジェネレーションシステムの運転を制御する運転制御部、５４は発電機５２ｇの出力電力を商用系統６０から供給される電力と同じ電圧と周波数にするためのインバータ、５５は複数の電力消費機器５０のうちの一部の電力消費機器５０に設けられ、発電機５２ｇが発電して余った余剰電力を商用系統６０へ逆潮流させないためと、自己が消費する電力を蓄えるための蓄電池、５６は余剰電力を蓄電池５５に蓄えたり蓄電池５５から放電させたりする制御を行う充放電制御部である。

５７は熱電併給装置５２が発生した電気を、電力消費機器５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ、……や蓄電池５５への充電によっても使い切れないとき、この余剰電力を使って水を温めたりする電気ヒータで、例えば発電機５２ｇの出力電力１ＫＷと同程度の電力を消費するヒータを用いる。５８は余剰電力を蓄電池５５に蓄えるために交流を直流に変換する直流電源部、５９は蓄電池５５への充電状態と蓄電した電力を消費する運転状態とを切り換える充電断続用スイッチ、６０は外部電源としての商用系統、６１は家庭内に設けられた分電盤、６２は商用ライン、６３は給電線、６４は商用ライン６２を流れる電流を計測し、逆潮流が発生するか否かを検出する電流センサ、６５はヒータ用分配線、６６は電気ヒータ５７に供給される電力を調節するためのスイッチング回路、６７は冷却水循環路、６８は冷却水循環ポンプである。なお、図示はしていないが、冷却水循環路６７を通ってガスエンジン５２ｅや電気ヒータ５７で温められた温水は、貯湯タンクなどに蓄えられ、暖房端末などに供給されて屋内暖房などに使用される。

そしてこのコジェネレーションシステムでは、ガスエンジン５２ｅによって駆動される発電機５２ｇにより発電された電力は、系統連系用のインバータ５４によって電圧と周波数が商用系統６０と同じになるよう揃えられ、給電線６３に送り出される。一方、ガスエンジン５２ｅの排熱は、冷却水循環ポンプ６８から冷却水循環路６７を通して送られてくる冷却水を温め、また、発電機５２ｇで発電されて、電力消費機器５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ、……で使い切れなかった余剰電力で駆動される電気ヒータ５７により温められ、図示していない貯湯タンクに蓄えられたり、暖房端末などに供給されて屋内暖房などに使用される。

そして余剰電力による電気ヒータ５７の駆動は、発電機５２ｇの発電電力が商用系統６０側に逆潮流しないよう、商用ライン６２に流れる電流を測定した電流センサ６４からの信号を受けた運転制御部５３が、スイッチング回路６６を制御して供給電力を調節して行う。

すなわち熱電併給装置５２に余剰電力が無いとき、電流センサ６４を通して商用系統６０からの電流（以下、正方向電流と称する）が検出されるが、熱電併給装置５２に余剰電力が生じると、電流センサ６４の正方向電流値は検出されなくなる。そのため運転制御部５３は、電流センサ６４にて検出される正方向電流値が低下する傾向のとき、その正方向電流値が逆潮流防止用の設定下限電流値となるよう、スイッチング回路６６を制御するように構成されている。

そしてこのようなコジェネレーションシステムは、一般的に例えば炊事場回りの外に、熱電併給装置５２とエンジンの廃熱を利用する給湯ユニット、及びこれら熱電併給装置５２や給湯ユニットを制御する運転制御部５３などを含む発電・給湯ユニットを設けて行われるが、商用系統６０からの電流を検出する電流センサ６４は、家庭内の配電盤６１のところに設置する関係上、電流センサ６４から炊事場回りの外に設置される運転制御部５３までの配線が必要になる。

現在一般的に、家庭で用いられる高出力のルームエアコンや伝熱利用の乾燥機、クッキングヒータなどには２００Ｖの機器が使われていることが多いが、こういったコジェネレーション装置に用いる商用系統も、一般的に単相３線２００Ｖが使用される。そのため、この電流センサ６４から発電・給湯ユニットにおける運転制御部５３での配線は、Ｕ相、Ｎ相、Ｖ相の３線に対応させて３本の配線が必要になるが、この配線を間違え、余剰電力がないにもかかわらず逆潮流を誤検出し、発電ができない不具合が起きることがある。

特開２００６−１５８１４８号公報

このような問題に対しては、例えばコジェネレーション装置設置時、例えば前記図４に示した特許文献１のコジェネレーション装置に設けられた、商用系統６０との連系を行うブレーカ（図示せず）をＯＮし、３線を接続した状態で余剰電力消費用の電気ヒータ５７をＯＮすると、Ｕ相、Ｖ相に接続した電流センサ６４の電流が増減することでＵ相、Ｖ相の正逆を確認することができる。また、Ｕ相のみ、またはＶ相のみを接続し、電気ヒータ５７をＯＮすることでＵ相、Ｖ相のそれぞれに接続した電流センサ６４の電流値の増減により、相順が正しく接続されているかどうかも判断することができる。

しかしながら、このようにして電流センサ６４の配線状態を確認する方法でも、誤検出が発生することが判明した。すなわち家庭内には、いろいろな負荷が動いていて、その負荷をＯＮ／ＯＦＦするタイミングと電流センサ６４の配線状態を確認するタイミングが一致すると、本来増加するはずの電流が減少したり、減少するはずの電流が増加したりして正しい判定ができなくなるケースが生じる。

例えば洗浄トイレの便座用ヒータは、前記した余剰電力用の電気ヒータ５７と同じ１ＫＷ程度のものがあるが、この便座用ヒータは半導体により、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）スイッチングを行って便座温度を一定としている。また、エアコンもインバータを用いてＰＷＭ制御しており、冷蔵庫のコンプレッサが稼動したり停止すると、その都度、大きな電流が流れたり止まったりする。そのため、これらの負荷のスイッチング周期と、配線状態確認のための余剰電力消費用の電気ヒータ５７のＯＮ／ＯＦＦタイミングが一致する、あるいは余剰電力消費用の電気ヒータ５７のＯＮ後にこういった負荷がＯＮしたりＯＦＦすると、前記したように本来増加するはずの電流が減少したり、減少するはずの電流が増加する、あるいは増減を繰り返すなどの現象が生じ、正しい判定ができなくなる。

また、前記特許文献１に示されたコジェネレーション装置では、余剰電力消費用のヒータ５７は交流側に設けられているが、この場合、余剰電力消費用のヒータ５７をＵ相、Ｖ相それぞれに設ける必要があり、また、余剰電力を細かく消費するためには、例えば１００Ｗ刻みに段階的に複数の電気ヒータ５７を設け、余剰電力量に応じて対応する電気ヒータ５７に通電するなどの処理が必要になる。しかしこのようにした場合でも、１００Ｗ以下の細かい制御はできないし、それをするためには、さらに細かく段階的にヒータを設ける必要があって、部品数の増大、ひいてはコストの増大に繋がってしまう。

そのため本発明においては、簡単、安価な構成で、商用系統の電流を検出する電流センサの配線状態を正確に確認することを可能とすると共に、余剰電力をその電力量に対応させて消費することが可能なコジェネレーション装置と該コジェネレーション装置における電流検出手段の配線確認方法を提供することが課題である。

上記課題を解決するため本発明になるコジェネレーション装置は、
外部電源と電力使用装置とに接続された発電ユニットを備え、該発電ユニットは発電手段と、該発電手段の余剰電力を消費する余剰電力消費手段と、前記発電手段と余剰電力消費手段とを制御する制御手段とで構成され、前記外部電源はＵ相、Ｎ相、Ｖ相からなってＵ相とＶ相の電流を測定する電流検知手段が設けられ、前記制御手段は、前記電流検知手段出力に基づいて前記発電手段の発電した余剰電力を前記余剰電力消費手段に消費させるよう制御するコジェネレーション装置において、
前記発電ユニットは、前記余剰電力消費手段の消費電力をＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御でデューティ比を変化させる消費電力可変手段を有し、前記制御手段は、該消費電力可変手段に外部電源周波数よりも小さな周波数で前記余剰電力消費手段をＯＮ／ＯＦＦさせると共に、前記外部電源のＵ相、Ｖ相に設けた電流検知手段の配線状態確認状況に応じて前記余剰電力消費手段のＯＮ／ＯＦＦ周波数を変化させるよう構成され、
前記電流検知手段の検出した電流量から前記Ｕ相、Ｖ相に設けた電流検知手段と前記発電ユニットとの配線状態を確認する機能を有していることを特徴とする。

そして、前記発電ユニットは、前記発電手段出力を直流に変換する交流直流変換手段と、該交流直流変換手段出力を交流に変換する直流交流変換手段とを有し、前記余剰電力消費手段は、前記交流直流変換手段と直流交流変換手段との間に設けられている。

さらに、前記発電ユニットは、前記直流交流変換手段出力におけるＵ相、Ｎ相、Ｖ相の出力を同時に外部電源と連系させる第１のスイッチ手段と、前記Ｕ相を前記外部電源と連系させる第２のスイッチ手段と、前記Ｖ相を前記外部電源と連系させる第３のスイッチ手段とを有し、前記制御手段は、前記第１のスイッチ手段の投入でＵ相、Ｖ相の配線の正逆確認を、前記第２と第３のスイッチ手段のそれぞれの投入でＵ相とＶ相の配線状態確認をおこなう。

また、このコジェネレーション装置における電流検出手段の接続確認方法は、
電力使用装置と外部電源とに接続された発電ユニットを備え、Ｕ相、Ｎ相、Ｖ相からなる前記外部電源におけるＵ相とＶ相とに設けた電流検知手段の前記発電ユニットとの配線状態を、前記発電ユニットを構成する発電手段の余剰電力を消費する余剰電力消費手段に通電することで確認する、コジェネレーション装置における電流検出手段の配線確認方法であって、
前記発電ユニットと外部電源におけるＵ相、Ｎ相、Ｖ相を連系させた状態で前記余剰電力消費手段を前記外部電源周波数より小さな周波数でＯＮ／ＯＦＦし、前記電流検知手段により検知した電流の増減でＵ相、Ｖ相の配線方向を判断する第１のステップと、前記発電ユニットと外部電源におけるＵ相とＶ相とを順次連系させて前記余剰電力消費手段を前記外部電源周波数よりも小さな周波数でＯＮ／ＯＦＦし、対応する電流検知手段により検知した電流の増減により配線相順の正誤を判断する第２のステップと、前記第１のステップと第２のステップで配線方向と相順正誤のいずれか、または両方の確認ができなかった場合、前記前記余剰電力消費手段をＯＮ／ＯＦＦする周波数を前記外部電源周波数よりも小さなまま変化させ、前記第１、第２のステップを実施する第３のステップとからなり、
前記余剰電力消費手段をＯＮ／ＯＦＦする周波数を変化させることで前記電流検知手段の前記発電ユニットとの配線状態確認を行うことを特徴とする。

このように、余剰電力消費手段をＰＷＭ制御でデューティ比を変化させて消費電力を変化させる消費電力可変手段を設け、この消費電力可変手段により、外部電源周波数よりも小さな周波数で余剰電力消費手段をＯＮ／ＯＦＦさせると共に、発電ユニットとＵ相、Ｖ相に設けた電流検知手段との配線状態確認状況に応じ、余剰電力消費手段のＯＮ／ＯＦＦ周期を変化させるようにしたことで、例え家庭内の電力使用装置がＯＮ／ＯＦＦして配線状態確認がうまく行えない事態が生じても、余剰電力消費手段のＯＮ／ＯＦＦ周期を変化させることで、電力使用装置のＯＮ／ＯＦＦと余剰電力消費手段のＯＮ／ＯＦＦを区別することができ、簡単、安価な構成で電流検知手段の発電ユニットとの配線状態確認を、誤検出を起こすことなく正確に実施することができる。また、余剰電力消費手段の消費電力をＰＷＭ制御で変化できるようにしたことで、外部電源（商用系統）への逆潮流を起こさないぎりぎりのところで余剰電力を消費するようにすることができ、発電電力を有効利用できる。

そして余剰電力消費手段を、発電ユニットを構成する交流直流変換手段と直流交流変換手段との間の直流部分に設置することで、発電ユニットとＵ相、Ｖ相に設けた電流検知手段との配線状態確認時、外部電源を整流して余剰電力消費手段に接続する必要はあるが、前記した従来のコジェネレーション装置のように、余剰電力消費手段をＵ相、Ｖ相それぞれに設けたり、また、余剰電力を細かく消費するため、例えば１００Ｗ刻みに段階的に複数の電気ヒータを設けるなどのことが不要となり、電流検知手段の発電ユニットとの配線状態確認と、外部電源（商用系統）への逆潮流防止を簡単、安価な構成で実施できる。

また、前記電流検知手段におけるＵ相とＶ相の前記発電ユニットとの配線を、それぞれの相におけるプラスとマイナスを同一色とすると共に、Ｕ相とＶ相とで異なった色とすることで、通常こういった配線は、例えばプラスを赤、マイナスを白といった具合の配色をするが、それだとどの線がＵ相でどの線がＶ相かわからなくなるが、そういった不具合が生じなくなる。

さらに、前記消費電力可変手段は、前記制御手段に設けられたＣＰＵによりＰＷＭ制御におけるデューティ比とＯＮ／ＯＦＦの周波数を変化させる半導体スイッチで構成することで、前記したように外部電源（商用系統）への逆潮流を起こさないぎりぎりのところで余剰電力を消費するようにすることができ、発電電力を有効利用できる。

以上記載のごとく本発明になるコジェネレーション装置と該コジェネレーション装置における電流検出手段の配線確認方法は、簡単、安価な構成で、商用系統の電流を検出する電流センサの配線状態を正確に確認することが可能となり、また、余剰電力をその電力量に対応させて消費することが可能であるから、家庭用のコジェネレーション装置として、安価で、効率の良いコジェネレーション装置と、その電流検出手段の確実な配線確認方法を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

図１は、本発明になるコジェネレーション装置における電流検出手段の配線確認方法を実施するコジェネレーション装置のブロック図であり、図２は本発明の電流検出手段の配線確認方法のフロー図、図３はコジェネレーション装置の概略ブロック図である。

最初に図３を用い、コジェネレーション装置の概略を説明する。この図３において１１は発電機１２を駆動する例えばガスエンジンで、発電機１２で発電された電力は、系統連系用のインバータ１３によって外部電源たる商用系統１７の電圧と周波数と同じになるよう揃えられ、給電線４９によって配電盤１５を通して家庭内の電力使用装置４７に送られる。なお、前記したように、このようなコジェネレーション装置においては、エンジンを低出力で運転すると効率が低下するため、稼働時には、例えば１ＫＷなどの定格で運転するようにし、騒音などを押さえるため、この定格運転時に振動などが最も小さくなるようチューニングされている。

また、商用系統１７と配電盤１５との間には電流センサ１６が設けられ、商用系統１７から配電盤１５を通って電力使用装置４７に送られる電力の電流が測定されて、インバータ１３内に設けられた制御装置に送られる。そしてインバータ１３内の制御装置は、電力使用装置４７の使用する電力が少なくなって、商用系統１７から配電盤１５を通って電力使用装置４７に送られる電流が小さくなる、すなわち発電機１２の発電した電力が余ると、余剰電力消費用のヒータ２２に通電し、商用系統１７への逆潮流が起こるのを防止する。

一方エンジン１１には、廃熱を利用するための冷却水配管４８が設けられ、さらに排熱交換器４０からもこの冷却水配管４８内の冷却水に熱が与えられると共に、余剰電力消費用のヒータ２２によってもこの冷却水に熱が与えられる。そして熱せられた冷却水は、熱交換器４１、４３によって貯湯タンク４２に蓄える水や、図示していない家庭内に設けられた屋内暖房用暖房端末などに供給する水を温めたりする。なお、４４、４５は同様に家庭内に給湯したりするための熱交換器であり、４６は熱源が不足した場合の補助熱源器である。

以上がコジェネレーション装置の概略であるが、次に図１、図２を用い、本発明を詳細に説明する。なお、図１において以上説明してきた図３と同一の構成要素には同一番号が付してある。図中、１１はエンジン、１２は発電機、１３は、発電機１２が発電した例えば３００Ｖ、２１３Ｈｚの交流を約３００Ｖの直流に変換するＡＣ／ＤＣコンバータ１８と、この直流３００Ｖを外部電源たる商用系統１７における電圧、周波数と同じ交流にするためのＤＣ／ＡＣインバータ１９と、後述する電流センサ１６の配線状況を確認するための回路を搭載したインバータ基板であり、これらエンジン１１、発電機１２、インバータ基板１３、ＥＣＵ基板１４によってエンジンユニット１０が構成される。なお、ＡＣ／ＤＣコンバータ１８とＤＣ／ＡＣインバータ１９とは、外部電源たる商用系統１７は周波数や電圧が変動することはまずないのに対し、発電機１２で発電した電力はその電力の使用状況によって周波数や電圧が変動しやすいため、発電機１２で発電した電気の電圧と周波数とを外部電源たる商用系統１７と同じになるよう揃えるために設けられるものである。

１４は、スロットル、ガス電磁弁、点火装置、各種センサ等の電子制御を行うＣＰＵ２９を搭載してエンジン１１を制御するＥＣＵ基板、２０はインバータ基板１３に搭載され、このＥＣＵ基板１４に電源を供給する制御電源、２１はＡＣ／ＤＣコンバータ１８やＤＣ／ＡＣインバータ１９を制御すると共に、インバータ基板１３外に設けられた余剰電力消費ヒータ２２の消費電力を、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｏｌａｔｉｏｎ）制御によってデューティ（Ｄｕｔｙ）比を制御する半導体スイッチ２３に指示を送るＣＰＵ、２４は電解コンデンサ、２５は外部電源１７を整流する整流装置、２６のａの符号を付したのは例えばリレーなどで構成してＣＰＵ２１による制御を可能としたブレーカ、２７の符号ｂを付したのは例えばＵ相の電流を検出する電流センサ１６（以下電流センサ１６Ｕとする）の配線状態を確認するためにＵ相とＮ相をＯＮするリレー、２８の符号ｃを付したのは同じくＶ相の電流を検出する電流センサ１６（以下電流センサ１６Ｖとする）の配線状態を確認するためにＶ相とＮ相をＯＮするリレーである。なお、余剰電力消費ヒータ２２は、前記図３で説明したように、余剰電力で給湯用に冷却水を温めるのにも用いる。

通常、こういったコジェネレーション装置では、停電時に商用系統１７に電気が流れると電気系統の保守に支障を来すため、２箇所で解列できるようにすることが定められているが、ブレーカ２６はそのうちの一つであり、もう一方はＤＣ／ＡＣインバータ１９がゲートブロックとしてブレーカの代わりを勤める。１５は商用系統１７とＤＣ／ＡＣインバータ１９の出力を家庭内の電力使用機器に供給するための配電盤、１６は例えばＣＴ（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）等で構成された電流センサで、この電流センサ１６の測定結果はインバータ基板１３のＣＰＵ２９に送られ、図示はしないがＵ相の電流を検出する電流センサ１６ＵとＶ相の電流を検出する電流センサ１６Ｖの２つからなる。なお、通常こういった電流センサ１６の配線は、例えばプラスを赤、マイナスを白といった具合の配色をするが、そうするとどの線がＵ相でどの線がＶ相かわからなくなるから本発明においては、Ｕ相とＶ相のからインバータ基板１３のＣＰＵ２９迄の配線を、それぞれの相におけるプラスとマイナスを同一色とすると共に、Ｕ相とＶ相とで異なった色、例えばＵ相を赤で、Ｖ相を青で配線し、プラス、マイナスは後で判定するようにした。

この図１に示したコジェネレーション装置では、ＥＣＵ基板１４に搭載されたＣＰＵ２９により、スロットル、ガス電磁弁、点火装置、各種センサ等が電子制御されるエンジン１１が、発電機１２を駆動することで発電した例えば３００Ｖ、２１３Ｈｚの交流は、インバータ基板１３に含まれるＡＣ／ＤＣコンバータ１８で約３００Ｖの直流に変換され、その後ＤＣ／ＡＣインバータ１９で、外部電源たる商用系統１７と同じ周波数のＡＣ１００Ｖ／２００Ｖの交流に変換されて、ブレーカａ２６から配電盤１５を介して家庭内の電力使用装置に給電される。

外部電源たる商用系統１７と配電盤１５の間には、電流センサ１６Ｕ、１６Ｖが設けられ、商用系統１７の使用電力が検出される。発電機１２の出力は前記したように例えば１ＫＷと一定であるため、家庭内の電力使用装置の使用電力がこの１ＫＷを越えると、配電盤１５を介して商用系統１７から電力が供給される。

しかし逆に、家庭内の電力使用装置の使用電力がこの１ＫＷより少ないと、そのままでは余った電気が商用系統１７へ逆潮流する。それを防ぐため、商用系統１７と配電盤１５の間に設けられた電流センサ１６の測定結果がインバータ基板１３に搭載した制御用のＣＰＵ２１に常時送られ、このＣＰＵ２１が、送られてきた測定結果から商用系統１７から配電盤１５方向へ流れる電流の減少を検出すると、逆潮流が起きる可能性があるとして、余剰電力消費ヒータ２２の使用電力を制御する半導体スイッチ２３へ、余剰電力に相当する電力を消費するようＰＷＭ制御信号を送る。

そのため半導体スイッチ２３は、例えばトランジスタで構成され、ベースに余剰電力分の電力を消費するデューティ比としたＰＷＭ信号を入力することで、送られた信号に従って余剰電力相当の電力が余剰電力消費ヒータ２２で消費され、商用系統１７への逆潮流が防止される。したがって、前記特許文献１に示されたような従来のコジェネレーション装置のように、余剰電力消費手段（ヒータ）をＵ相、Ｖ相それぞれに設けたり、また、余剰電力を細かく消費するため、例えば１００Ｗ刻みに段階的に複数の電気ヒータを設けるなどのことが不要となり、簡単、安価な構成で商用系統１７への逆潮流を防止することができる。

このように構成したコジェネレーション装置において、前記したようにエンジン１１、発電機１２、インバータ基板１３、ＥＣＵ基板１４を含むエンジンユニット１０と、前記図３に４０で示した排熱交換器、４２で示した給湯タンクなどは一般的に炊事場回りの外に設置されるが、商用系統１７からの電流を検出する電流センサ１６は、家庭内の配電盤１５のところに設置する関係上、電流センサ１６から炊事場回りの外に設置されるコジェネレーション装置のインバータ基板１３までの配線が必要になる。

そしてこの配線は、Ｕ相、Ｎ相、Ｖ相の３線に対応させた３本となるが、この配線を間違え、余剰電力がないにもかかわらず逆潮流を誤検出し、発電ができない不具合が起きることがある。これを検出するため本発明においては、インバータ基板１３内に余剰電力消費ヒータ２２と並列に電解コンデンサ２４、整流装置２５、リレーｂ２７、リレーｃ２８が設けられている。以下、これらを用いた本発明の電流センサ１６の配線確認方法を、図２のフロー図を用いて説明する。なお、この電流センサ１６の配線確認は、コジェネレーション装置設置時の１回行うだけである。

図２におけるステップＳ２０で処理がスタートすると、ステップＳ２１で半導体スイッチ２３で余剰電力消費ヒータ２２をＯＮ／ＯＦＦする周波数ｎ（Ｈｚ）が、例えば商用系統１７の周波数より小さい１（Ｈｚ）に設定される。この余剰電力消費ヒータ２２をＯＮ／ＯＦＦする周波数ｎ（Ｈｚ）は、前記したように家庭内にある、例えば冷蔵庫のコンプレッサの稼動と停止、インバータを用いてＰＷＭ制御している洗浄トイレの便座用ヒータ、エアコンなどの電力使用装置のＯＮ／ＯＦＦのタイミングが、電流センサ１６の配線状態を確認するタイミングと一致することで正しい判定ができなかった場合、余剰電力消費ヒータ２２をＯＮ／ＯＦＦする周波数ｎ（Ｈｚ）を変えることで対処するためのもので、例えばこの他に３（Ｈｚ）、１０（Ｈｚ）等、電力使用装置のＯＮ／ＯＦＦタイミングに影響されにくい周波数を用いる。但しここに記した周波数はあくまでも１例であり、商用系統１７の周波数より小さければ上記した周波数に限定されるものではない。

そして次のステップＳ２２で、余剰電力消費ヒータ２２をＯＮ／ＯＦＦする周波数ｎ（Ｈｚ）が１（Ｈｚ）に設定され、次のステップＳ２３で図１におけるブレーカａ２６が投入される。なお、このブレーカａ２６はリレーで構成し、リレーｂ２７、リレーｃ２８と共にインバータ基板１３のＣＰＵ２１で制御するのが好ましい。

すると配電盤１５とブレーカａ２６とを介して商用系統１７からＵ相、Ｖ相間２００Ｖが流れ込み、整流装置２５で整流された電流が例えば電解コンデンサ２４を充電させる。そのためＣＰＵ２１は、次のステップＳ２４で余剰電力消費ヒータ２２を設定した周波数１ＨｚでＯＮ／ＯＦＦする。すると、その都度、大きな電流が余剰電力消費ヒータ２２に流れたり止まったりし、Ｕ相、Ｖ相が正しく接続されていれば、それに伴って電流センサ１６が測定する電流は余剰電力消費ヒータ２２がＯＮしたときに増加し、その後ＯＦＦされると減少する。またＵ相、Ｖ相が逆接続されている場合、余剰電力消費ヒータ２２がＯＮしたときに電流センサ１６に流れる電流は減少し、その後ＯＦＦされると増加する。もし何も変化が生じない場合は、断線や配線接続がうまく行われていない可能性がある。

そして次のステップＳ２５でＣＰＵ２９は、この電流センサ１６を流れる電流値からＵ相、Ｖ相が正しく接続されているか否かを判定し、結果を記憶すると共に、例えば１Ｈｚの間に電流減少と増加の両方が起こって判定の正確さが疑わしい場合は、判定不可と記憶する。

そして次のステップＳ２６でＣＰＵ２９は、ブレーカａ２６を切断し、Ｕ相、Ｎ相を接続するリレーｂ２７を投入する。すると前記と同様、配電盤１５とブレーカｂ２７とを介して商用系統１７からＵ相、Ｎ相間１００Ｖが流れ込み、整流装置２５で整流された電流が例えば電解コンデンサ２４を充電させる。そのためＣＰＵ２１は、次のステップＳ２７で余剰電力消費ヒータ２２を設定した周波数１ＨｚでＯＮ／ＯＦＦする。

すると、その都度、大きな電流が余剰電力消費ヒータ２２に流れたり止まったりし、Ｕ相、Ｎ相が正しく接続されていれば、それに伴って電流センサ１６Ｕが測定する電流は余剰電力消費ヒータ２２がＯＮしたときに増加し、Ｖ相に接続した電流センサ１６Ｖの電流は変化しない。またＵ相とＶ相が逆接続されている場合、余剰電力消費ヒータ２２がＯＮしたときに電流センサ１６Ｕに流れる電流は変化せず、電流センサ１６Ｖの電流が増加する。もし電流センサ１６Ｕと電流センサ１６Ｖの両方の値が変化しない場合は、断線や配線接続がうまく行われていない可能性がある。

そのため次のステップＳ２８でＣＰＵ２９は、この電流センサ１６Ｕ、Ｖを流れる電流値から現在、Ｕ相、Ｖ相に接続されている電流センサ１６がそれぞれいずれの電流センサ１６Ｕ、電流センサ１６Ｖであるかを判定し、それを記憶すると共に、例えば１Ｈｚの間に電流減少と増加の両方が起こって判定の正確さが疑わしい場合は、前記と同様判定不可と記憶する。

さらに次のステップＳ２９でＣＰＵ２９は、ブレーカｂ２７を切断し、Ｖ相、Ｎ相を接続するリレーｃ２８を投入する。すると前記と同様、配電盤１５とブレーカｃ２８とを介して商用系統１７からＶ相、Ｎ相間１００Ｖが流れ込み、整流装置２５で整流された電流が例えば電解コンデンサ２４を充電させる。そのためＣＰＵ２１は、次のステップＳ３０で余剰電力消費ヒータ２２を設定した周波数１ＨｚでＯＮ／ＯＦＦする。

すると、そのＯＮ／ＯＦＦの都度、大きな電流が余剰電力消費ヒータ２２に流れたり止まったりし、Ｖ相、Ｎ相が正しく接続されていれば、それに伴って電流センサ１６Ｖが測定する電流は余剰電力消費ヒータ２２がＯＮしたときに増加し、Ｕ相に接続した電流センサ１６Ｕの電流は変化しない。またＵ相とＶ相が逆接続されている場合、余剰電力消費ヒータ２２がＯＮしたときに電流センサ１６Ｖに流れる電流は変化せず、電流センサ１６Ｕの電流が増加する。もし電流センサ１６Ｕと電流センサ１６Ｖの両方の値が変化しない場合は、断線や配線接続がうまく行われていない可能性がある。

そのため次のステップＳ３１でＣＰＵ２９は、この電流センサ１６Ｖ、Ｕを流れる電流値から現在、Ｖ相、Ｕ相に接続されている電流センサ１６がそれぞれいずれの電流センサ１６Ｖ、電流センサ１６Ｕであるかを判定し、それを記憶すると共に、例えば１Ｈｚの間に電流減少と増加の両方が起こって判定の正確さが疑わしい場合は、前記と同様判定不可と記憶する。

このようにして処理がなされると次のステップＳ３３でＣＰＵ２９は、各配線の状態が確認できたかどうか判断し、できている場合はステップＳ３９に進んで処理を終了し、判定不可と記憶された項目がある場合はステップＳ３４に進み、現在の周波数ｎが１であるか否かを判定する。現在は前記したようにｎ＝１であるからステップＳ３５に処理が進み、半導体スイッチ２３で余剰電力消費ヒータ２２をＯＮ／ＯＦＦする周波数ｎ（Ｈｚ）を、例えば商用系統１７の周波数より小さい３（Ｈｚ）に設定する。

すなわち前記したように、電力使用装置のＯＮ／ＯＦＦタイミングと配線状態確認のための余剰電力消費ヒータ２２のＯＮ／ＯＦＦタイミングが同期した場合、本来増加するはずの電流が減少したり、減少するはずの電流が増加する、あるいは増減を繰り返すなどの現象が生じ、正しい判定ができなくなるから、ステップＳ３５で余剰電力消費ヒータ２２をＯＮ／ＯＦＦする周波数ｎ（Ｈｚ）を変更し、例えば商用系統１７の周波数より小さい３（Ｈｚ）に設定するわけであり、その後処理はステップＳ２２に戻り、以上説明してきた処理が繰り返される。

そして、この周波数を３（Ｈｚ）に設定した処理でも各配線の状態が確認できない場合、処理がステップＳ３６に進み、現在の周波数ｎが３であるか否かを判定し、現在ｎ＝３であるからステップＳ３７に進み、半導体スイッチ２３で余剰電力消費ヒータ２２をＯＮ／ＯＦＦする周波数ｎ（Ｈｚ）を、例えば商用系統１７の周波数より小さい１０（Ｈｚ）に設定する。そして処理はステップＳ２２に戻り、以上説明してきた処理が繰り返される。

さらにこの周波数を１０（Ｈｚ）に設定した処理でも各配線の状態が確認できない場合、ステップＳ３６から今度はステップＳ３８に進み、周波数ｎを１に戻して同じ処理を各配線の状態が確認できるまで続ける。但し、いつまでも処理がループしていては困るので、ループ回数を計測し、所定数ループしたら処理を強制的に停止するようにすることが好ましい。

このようにして電流センサ１６とインバータ基板１３との間の配線状態が確認され、その結果、例えば電流センサ１６Ｕが実際にはＶ相に接続され、電流センサ１６Ｖが実際にはＵ相に接続されているような場合や、Ｕ相とＶ相が逆に配線されている場合、ＣＰＵ２９はそれぞれの状態を記憶装置に記憶させ、以後の電流センサ１６からの測定結果に対し、記憶した相順を当てはめて余剰電力消費ヒータ２２による余剰電力の消費量を決定して半導体スイッチ２３に制御信号を送る。そのため余剰電力消費ヒータ２２は、余った電力とほぼ等しい電力を供給され、発電機１２の発電した電力は、有効利用されることになる。

なお、この電流センサ１６とインバータ基板１３との間の配線状態の確認結果は、このように記憶させてＣＰＵ２９側で処理するだけでなく、外部に表示して人手により配線を変更するようにしてもよいことは勿論である。

また以上の説明では、半導体スイッチ２３で余剰電力消費ヒータ２２をＯＮ／ＯＦＦする周波数ｎ（Ｈｚ）を１（Ｈｚ）、３（Ｈｚ）、１０（Ｈｚ）の３種類としたが、もっと多くしても少なくしても良いことは勿論であり、また周波数を変化させる順番も、小さい方から大きい方ではなく、大きい方から小さい方に変化させるようにしても良い。また、本方式では、余剰電力消費ヒータの電流の増減を計測して判断しているが、電流ではなく電力を捕らえて判断しても同様に実現できる。

このように、電流センサ１６のインバータ基板１３との配線状態を確認することにより、家庭内の電力使用装置がＯＮ／ＯＦＦしても余剰電力消費ヒータ２２のＯＮ／ＯＦＦ周期を変化させることで、電力使用装置のＯＮ／ＯＦＦなのか余剰電力消費ヒータ２２のＯＮ／ＯＦＦなのかを確認することができ、簡単、安価な構成で電流センサ１６のインバータ基板１３との配線状態確認を、誤検出を起こすことなく正確に実施することができる。また、余剰電力消費ヒータ２２の消費電力をＰＷＭにより変化させるようにしたことで、商用系統１７への逆潮流を起こさないぎりぎりのところで余剰電力を消費するようにすることができ、発電電力を有効利用できる。

また、余剰電力消費ヒータ２２を、エンジンユニット１０を構成するＡＣ／ＤＣコンバータ１８とＤＣ／ＡＣインバータ１９の間の直流部分に設置したから、商用系統１７を整流して余剰電力消費ヒータ２２に接続する必要はあるが、前記した従来のコジェネレーション装置のように、余剰電力消費ヒータ５７（図４）をＵ相、Ｖ相それぞれに設けたり、また、余剰電力を細かく消費するため、例えば１００Ｗ刻みに段階的に複数の電気ヒータ５７を設けるなどのことが不要となり、電流センサ１６のインバータ基板１３との配線状態確認と、商用系統１７への逆潮流防止を簡単、安価な構成で実施できる。

また、電流センサ１６におけるＵ相とＶ相のインバータ基板１３との配線を、それぞれの相におけるプラスとマイナスを同一色とすると共に、Ｕ相とＶ相とで異なった色としたから、どの線がＵ相でどの線がＶ相かわからなくなるといった不具合が生じなくなる。

本発明によれば、コジェネレーション装置設置時の電流センサ１６の配線確認を、簡単、安価な構成で正確におこなうことが可能となり、また、余剰電力をその電力量に対応させて消費することが可能となるから、家庭用のコジェネレーション装置として、安価で、効率の良いコジェネレーション装置と、その電流センサ１６の配線確認方法を提供することができる。

本発明になるコジェネレーション装置における電流検出手段の配線確認方法を実施するコジェネレーション装置のブロック図である。 本発明の電流検出手段の配線確認方法のフロー図である。 コジェネレーション装置の概略ブロック図である。 従来のコジェネレーション装置のブロック図である。

符号の説明

１０ エンジンユニット
１１ エンジン
１２ 発電機
１３ インバータ基板
１４ ＥＣＵ基板
１５ 配電盤
１６ 電流センサ
１７ 商用系統
１８ ＡＣ／ＤＣコンバータ
１９ ＤＣ／ＡＣインバータ
２０ 制御電源
２１ ＣＰＵ
２２ 余剰電力消費ヒータ
２３ 半導体スイッチ
２４ 電解コンデンサ
２５ 整流装置
２６ ブレーカ
２７ リレー
２８ リレー
２９ ＣＰＵ

Claims (7)

1. 外部電源と電力使用装置とに接続された発電ユニットを備え、該発電ユニットは発電手段と、該発電手段の余剰電力を消費する余剰電力消費手段と、前記発電手段と余剰電力消費手段とを制御する制御手段とで構成され、前記外部電源はＵ相、Ｎ相、Ｖ相からなってＵ相とＶ相の電流を測定する電流検知手段が設けられ、前記制御手段は、前記電流検知手段出力に基づいて前記発電手段の発電した余剰電力を前記余剰電力消費手段に消費させるよう制御するコジェネレーション装置において、
   前記発電ユニットは、前記余剰電力消費手段の消費電力をＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御でデューティ比を変化させる消費電力可変手段を有し、前記制御手段は、該消費電力可変手段に外部電源周波数よりも小さな周波数で前記余剰電力消費手段をＯＮ／ＯＦＦさせると共に、前記外部電源のＵ相、Ｖ相に設けた電流検知手段の配線状態確認状況に応じて前記余剰電力消費手段のＯＮ／ＯＦＦ周波数を変化させるよう構成され、
   前記電流検知手段の検出した電流量から前記Ｕ相、Ｖ相に設けた電流検知手段と前記発電ユニットとの配線状態を確認する機能を有していることを特徴とするコジェネレーション装置。
2. 前記発電ユニットは、前記発電手段出力を直流に変換する交流直流変換手段と、該交流直流変換手段出力を交流に変換する直流交流変換手段とを有し、前記余剰電力消費手段は、前記交流直流変換手段と直流交流変換手段との間に設けられていることを特徴とする請求項１に記載したコジェネレーション装置。
3. 前記発電ユニットは、前記直流交流変換手段出力におけるＵ相、Ｎ相、Ｖ相の出力を同時に外部電源と連系させる第１のスイッチ手段と、前記Ｕ相を前記外部電源と連系させる第２のスイッチ手段と、前記Ｖ相を前記外部電源と連系させる第３のスイッチ手段とを有し、前記制御手段は、前記第１のスイッチ手段の投入でＵ相、Ｖ相の配線の正逆確認を、前記第２と第３のスイッチ手段のそれぞれの投入でＵ相とＶ相の配線状態確認をおこなうことを特徴とする請求項１または２に記載したコジェネレーション装置。
4. 前記電流検知手段におけるＵ相とＶ相の前記発電ユニットとの配線を、それぞれの相におけるプラスとマイナスを同一色とすると共に、Ｕ相とＶ相とで異なった色としたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載したコジェネレーション装置。
5. 前記消費電力可変手段は、前記制御手段に設けられたＣＰＵによりＰＷＭ制御におけるデューティ比とＯＮ／ＯＦＦの周波数を変化させる半導体スイッチで構成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載したコジェネレーション装置。
6. 電力使用装置と外部電源とに接続された発電ユニットを備え、Ｕ相、Ｎ相、Ｖ相からなる前記外部電源におけるＵ相とＶ相とに設けた電流検知手段の前記発電ユニットとの配線状態を、前記発電ユニットを構成する発電手段の余剰電力を消費する余剰電力消費手段に通電することで確認する、コジェネレーション装置における電流検出手段の配線確認方法であって、
   前記発電ユニットと外部電源におけるＵ相、Ｎ相、Ｖ相を連系させた状態で前記余剰電力消費手段を前記外部電源周波数より小さな周波数でＯＮ／ＯＦＦし、前記電流検知手段により検知した電流の増減でＵ相、Ｖ相の配線方向を判断する第１のステップと、前記発電ユニットと外部電源におけるＵ相とＶ相とを順次連系させて前記余剰電力消費手段を前記外部電源周波数よりも小さな周波数でＯＮ／ＯＦＦし、対応する電流検知手段により検知した電流の増減により配線相順の正誤を判断する第２のステップと、前記第１のステップと第２のステップで配線方向と相順正誤のいずれか、または両方の確認ができなかった場合、前記前記余剰電力消費手段をＯＮ／ＯＦＦする周波数を前記外部電源周波数よりも小さなまま変化させ、前記第１、第２のステップを実施する第３のステップとからなり、
   前記余剰電力消費手段をＯＮ／ＯＦＦする周波数を変化させることで前記電流検知手段の前記発電ユニットとの配線状態確認を行うことを特徴とするコジェネレーション装置における電流検出手段の配線確認方法。
7. 前記余剰電力消費手段を前記発電ユニットにおける直流部分に接続して前記電流検知手段の配線状態確認を行うことを特徴とする請求項６に記載したコジェネレーション装置における電流検出手段の配線確認方法。

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