JP2009278759A - 直流電力発電消費システム - Google Patents

Abstract

【課題】 電力負荷に対する追随速度の遅い又は排熱を利用する直流電力発電装置と直流電気機器とを結合した直流電力発電消費システムであって、エネルギー効率を向上可能なものを提供する。
【解決手段】 直流電力を発電する発電装置１と、発電装置１ら直流電力を供給されて動作する電気機器８，１１と、発電装置１の発電計画を作成し、該発電計画に基づいて発電装置１の発電を制御する全体制御器６と、を備え、全体制御器６は、電気機器８，１１の運転情報に基づいて発電装置１の発電を制御し又は発電計画に基づいて電気機器の消費電力を制御するよう構成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、直流電力発電装置と直流電気機器とを結合した直流電力発電消費システムに関する。

近年、分散型電源装置やコージェネレーション装置の性能向上および小型化が進み、工場や商業施設など比較的大きな施設だけでなく集合住宅や戸建住宅など一般家庭への普及が拡大しつつある。これらの分散型電源装置やコージェネレーション装置の発電装置は、燃料電池、内燃機関を駆動源とする直流発電機、太陽電池など直流電力を発電するものであるが、商用電源配線を共用すること、使用機器が交流仕様であることなどから直流電力を交流電力へ変換して供給している。

これに対して、一般家庭で使用される家電製品や電気製品（電気機器）の多くは交流電源仕様にはなっているが、本体（動作部）を駆動する電源は直流電源であるため、商用電源から交流−直流変換器を介して本体に電力を供給している。そのため、複数の電力変換を経ていて、エネルギー損失が大きなものとなる。

また、例えば、燃料電池では、電気機器の電力要求に従って発電制御を行ったり、電力要求パターンを学習してある程度予測した発電制御を行ったりするが、基本は電力要求の実測値からの応答に依存するので電力供給の追従が遅く、最適な発電を行うことが難しい。

このような発電システムは、直流電源からの直流電力をインバータによって交流電力変換し、商用交流電源と連携して運転される。この発電システムは専用の操作部を有し、電気機器の電力要求を電力供給配線の電流量を電流センサで測定して発電量が制御される。またユーザの電力利用パターンを解析し予測発電することも行われる。

また、特許文献１には、直流駆動機器に対しては燃料電池からの直流電力を電圧調整のみ行って供給し、現行の交流駆動機器に対してはインバータで交流変換した電力を供給することが開示されている。

また、特許文献２には、直流電力供給用のコンセントを設置して、そこから直流電気機器に対して電力供給を行うことが開示されている。

また、特許文献３には、仮設住宅などに直流電源配線を配設し、直流電気機器に対して電力を供給し、かつ直流電力配線を利用して通信することが開示されている。
特開平１０−３３６８９０号公報 特開２００２−１０１５５２号公報 特開２００３−９４２１号公報

しかし、上記従来の発電システムでは直流−交流―直流と電気機器にいたるまでに複数の電力変換を行っているため、各変換におけるエネルギーロスが大きいという問題がある。 また、商用電源との連係運転が前提となっている。

特許文献１に記載されている発電システムでは、直流から交流への電力変換ロスは削減されている。しかし、電気機器を燃料電池のみで駆動するということは、いわゆる自立運転を行うことを意味している。改質ガスを燃料として用いる燃料電池は電力負荷（電気機器の電力消費）に対する追随速度が遅く、このような燃料電池を自立運転する場合には、電力負荷の大きさに関わらず電力負荷の全てを燃料電池が負担することによるエネルギー効率の低下等、種々の問題が発生する。また、発電機（燃料電池）がコージェネレーションシステムを構成する場合には、電力負荷を負担するために、排熱を捨ててでも発電する必要がある等の問題が発生する。

しかし、特許文献１では、燃料として水素吸蔵合金から供給される水素を用いた、電力負荷に対する追随速度の速い燃料電池が用いられており、また、コージェネレーションシステムでもないため、これらの問題について一切言及していない。特許文献２及び３も同様に、これらの問題については、一切言及していない。

本発明は、以上の課題に鑑みてなされたものであり、電力負荷に対する追随速度の遅い又は排熱を利用する直流電力発電装置と直流電気機器とを結合した直流電力発電消費システムであって、エネルギー効率を向上可能なものを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る直流電力発電消費システムは、直流電力を発電する発電装置と、前記発電装置から前記直流電力を供給されて動作する電気機器と、前記発電装置の発電計画を作成し、該発電計画に基づいて前記発電装置の発電を制御する全体制御器と、を備え、前記全体制御器は、前記電気機器の運転情報に基づいて前記発電装置の発電を制御し又は前記発電計画に基づいて前記電気機器の消費電力を制御するよう構成されている。このような構成すると、発電装置が、電力負荷に対する追随速度が遅いが故に発電計画に基づいて発電する発電装置においては、電気機器の運転情報に基づいて発電装置の発電を制御することにより、電気機器による負荷電量の予測制度が向上するのでエネルギー効率が向上する。あるいは、発電計画に基づいて電気機器の消費電力を制御するので、例えば、発電計画において負荷電力が平準化するよう電気機器の消費電力を制御すると、発電機のエネルギー効率を向上することができる。また、発電装置がコージェネレ−ションシステムである場合には、例えば、発電計画において、特定の時間帯に熱利用が見込まれるがそれに見合う電力需要が見込めない場合に、電気機器にいずれ発生する電力需要が潜在する場合には、予め電気機器の消費電力を増加させることにより、これを発電装置において排熱を有効利用できるときに発生させて、結果的にエネルギー効率を向上することができる。

前記電気機器が予約によって動作する第１型の電気機器であり、前記全体制御器は、前記第１型の電気機器の予約に関する情報（以下、予約情報）を利用して前記発電装置の発電計画を作成し、該発電計画に基づいて前記発電装置の発電を制御するよう構成されていてもよい。

前記電気器がその消費電力が増加する動作モードを有する第２型の電気機器であり、前記全体制御器は、前記発電計画の必要に応じて前記第２型の電気機器の動作を前記消費電力が増加する動作モードに切り替えるよう構成されていてもよい。

前記発電装置が燃料電池であってもよい。

前記発電装置が直流電力の発電に伴う排熱を利用するコージェネレーションシステムであってもよい。

前記第１型の電気機器がエアコンであってもよい。

前記第２型の電気機器が冷蔵庫であってもよい。

前記電気機器が定常的に電力を消費するものであってもよい。

本発明は以上のように構成され、電力負荷に対する追随速度の遅い又は排熱を利用する直流電力発電装置と直流電気機器とを結合した直流電力発電消費システムであって、エネルギー効率を向上可能なものを提供できるという効果を奏する。

以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では、全ての図を通じて同一又は相当する構成要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。

本発明の実施の形態は、電力負荷たる電気機器の運転情報に基づいて発電装置の発電を制御する形態と、発電装置の発電計画に基づいて電力負荷たる電気機器の動作を制御する形態とを含む。

（実施の形態１）
本発明の実施の形態１は、電力負荷たる電気機器の運転情報に基づいて発電装置の発電を制御する形態を例示するものである。

［構成］
図１は本発明の実施の形態１に係る直流電力発電消費システムの構成を模式的に示すブロック図である。図２は図１の発電装置の全体制御器の構成を模式的に示すブロック図である。

図１において、直流電力発電消費システム１００は、発電装置１と直流電気機器（以下、単に電気器と呼ぶ場合がある）８，１１とが結合されたものである。ここで「結合」とは、発電装置１と直流電気機器８，１１とが、発電装置１から直流電気機器８，１１へ直流電力を供給する電気配線を通じて接続されるとともに少なくとも電気機器８，１１の運転情報が発電装置１に送信されかつ発電装置１から少なくとも１つの電気機器８へ動作指令が送信されるよう通信回線を通じて接続されていることをいう。なお、本実施の形態では、後述するように直流電気配線７が直流電力を供給する電気配線と通信回線との双方の役割を果たしているが、直流電気配線７とは別に専用の通信回線を設けてもよい。また、直流電気配線７は、電力損失が少なければ途中にコンセントのような中継部を設けてもよい。

発電装置１は、発電機２と、ＤＣ／ＤＣコンバータ５と、全体制御器６とを備えている。発電機２は、電力負荷に対する追随速度が遅く、そのため発電計画に基づいて運転される発電機で構成されている。「発電計画」は、発電に関する計画であればよく、ある計画期間毎に、当該計画期間内における時間経過に対する発電量を計画する一般的な発電計画の他に、簡単なものとして、起動及び／又は停止時刻の設定、発電目標値（発電指令値）に従った発電制御等をも含む。

発電機２は、ここでは、原料から改質ガスを生成する水素生成装置とその改質ガスを燃料として用いる燃料電池とを備える燃料電池システムで構成される。発電機２は、発電部３と補機部４とを備えている。発電部２は、直流電力を発生する部分であり、ここでは、燃料電池のセルスタックで構成される。補機部４は、例えば、酸化剤ガス（空気）をセルスタックに供給する酸化剤ガス供給器、改質ガスを生成してこれをセルスタックに供給する水素生成装置等を含んで構成される。

ＤＣ／ＤＣコンバータ５は発電機２の発電部３で発生した直流電力を所定の電圧を有する直流電力に変換して出力する。

全体制御器６は、発電装置１全体の動作を制御する。図２に示すように、全体制御器６は、演算処理部２１と、記憶部２２と、通信部２３と備えている。演算処理部２１及び記憶部２２は、例えばマイクロコンピュータのＣＰＵ及び内部メモリで構成されている。通信部２３は、モデム等の変復調器等で構成されている。また、全体制御器６は、図示されない操作部（入力部）及び表示部を備えている。記憶部２２には所定のプログラムが格納されている。演算処理部２１には発電装置１の所要のセンサからその検出出力が入力されている。操作部からの指令は演算処理部２１に入力される。演算処理部２１は、記憶部２２から、適宜、プログラムを読み出して実行し、それにより、これらの入力に基づいて発電装置１の動作を制御する。

特に、演算処理部２１は、以下のようにして、発電機２の発電計画を作成しこれに基づいて発電機２の発電を制御する。すなわち、発電装置１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ５の出力電力（出力電流）を検知する負荷電力検知器（図示せず）を備えている。演算処理部２１は、この負荷電力検知器で検出される負荷電力に基づいて発電目標値を設定し、この発電目標値に基づいて発電機２の全体の動作を制御して発電を行う。また、発電機２は、その動作モードとして、起動動作と発電動作と停止動作とを有していて、演算処理部２１は、これらの動作モードを制御する。また、本実施の形態では、演算処理部２１は、負荷電力検知器で検出される負荷電力がゼロである場合（電気機器８，１１の消費電力がゼロである場合）には、発電目標値をゼロに設定して、発電機２をいつでも発電できるよう制御するので、発電機２は負荷電力がゼロになっても自動的に停止することはない。なお、演算処理部２１は、電気機器８，１１からの停止指令を受け取った場合に、発電機２を停止するよう制御する。

さらに、この全体制御器（正確には通信部２３）６と、第１型の電気機器８の操作部１０及び一般の電気機器１１の操作部１２との間には、直流電気配線７を利用したいわゆるＰＬＣ(Power Line Communications)が構築されていて、これらは、直流電気配線７によって互いに通信可能に接続されている。演算処理部２１は、通信部２３を及び直流電気配線７通じて、第１型の電気機器８の操作部１０及び一般の電気機器１１の操作部１２から各々の運転情報を取得し、これらの運転情報を利用して発電機２の発電を制御する。これについては後で詳しく説明する。なお、全体制御器６は、発電機２と一体的に設けてもよく、電気機器８，１１と一体的に設けてもよく、あるいは発電機２及び電気機器８，１１と離れて単独で設けてもよい。

図１に示すように、第１型の電気機器８は、本発明においては、その起動及び停止を予約可能な直流電気機器と定義される。直流電気機器とは、その本体部（動作部）が直流によって動作する機器をいう。その起動及び停止を予約可能な機能とは、いわゆるその起動及び停止の時刻を設定可能なタイマのことを意味する。典型例として、エアコン(air conditioner)が挙げられる。この他、テレビ、ビデオ及びＨＤＤレコーダー等のオーディオ機器、炊飯器及びホームベーカリー等の調理器、並びに、洗濯機等が挙げられる。

第１型の電気機器８は、制御部９と操作部１０とを備えている。制御部９は、例えばマイクロコンピュータで構成されていて、第１型の電気機器８の動作を制御する。操作部１０は、第１の電気機器８に対する操作指令を入力する入力装置（典型的にはリモートコントローラ）であり、例えばマイクロコンピュータで構成されたデータ処理部（図示せず）と操作指令を入力するための入力部とモデム等の変復調器で構成された通信部とを備えている。操作部１０の入力部から入力された操作指令はデータ処理部によって通信部を介して制御部９に送信され、制御部９は受信した操作指令に応じて第１型の電気機器８の動作を制御する。操作部１０からは、少なくとも第１の電気機器８の起動（ＯＮ）、停止（ＯＦＦ）、起動時刻の設定、及び停止時刻の設定に関する指令を入力することができる。第１型の電気機器８の本体部（動作部：図示せず）は直流電気配線７を通じて発電装置１のＤＣ／ＤＣコンバータ５の出力端子に接続されている。また、上述のように、操作部１０は直流電気配線７を利用したＰＬＣによって発電装置１の全体制御器６と通信可能に接続されている。操作部１０は、上述の第１の電気機器８の起動、停止、起動時刻の設定、及び停止時刻の設定に関する指令を運転情報として発電装置１の全体制御器６に送信する。

一般の電気機器１１は、直流電気機器で構成されている。但し、本発明における一般の電気機器１１は、通信可能な操作部１２を備えている。操作部１２は、例えばマイクロコンピュータで構成されたデータ処理部（図示せず）とモデム等の変復調器で構成された通信部とを備えている。一般の電気機器１１の本体は直流電気配線７を介して発電装置１のＤＣ／ＤＣコンバータ５の出力端子に接続され、一般の電気機器１１の操作部１２は、上述のように、直流電気配線７を利用したＰＬＣによって発電装置１の全体制御器６と接続されている。操作部１１は、電機機器１１を起動（ＯＮ）及び停止（ＯＦＦ）するとともに、この起動及び停止をデータ処理部が検知して起動情報及び停止情報を生成し、これを通信部及び直流電気配線７を通じて発電装置１の全体制御器６に送信する。

［動作］
次に、以上のように構成された直流電力発電消費システム１００の動作を説明する。発電装置１及び電気機器８，１１の一般的な動作は周知であるので、以下では、これらの説明は省略し、本発明の特徴的動作のみ説明する
図３は図１の発電装置の全体制御器６の発電制御を簡略化して示すフローチャートである。この発電制御は、全体制御器６の記憶部２２に格納された所定の制御プログラムを全体制御器６の演算処理部２１が読み出して実行することにより、遂行される。

図１及び図３を参照すると、全体制御器６（演算処理部２１）は、第１型の電気機器８が起動（ＯＮ）された又は起動（ＯＮ）されるか否か判定する。具体的には、全体制御器６は、第１の電気機器８の操作部１０から第１の電気機器８の起動指令を受け取ると、第１型の電気機器８が起動されたと判定する。また、全体制御器６は、第１の電気機器８の操作部１０から第１の電気機器８の起動時刻設定指令を受け取りかつ当該起動時刻の所定時間（発電機２の起動に要する時間）前の時刻が到来すると、第１型の電気機器８が起動されると判定する。そして、これらのケース(case)に該当しない場合には、第１型の電気機器８が起動されていない又は起動されないと判定する。

全体制御器６は、第１型の電気機器８が起動された又は起動されると判定すると、発電機２を起動する（起動動作を開始させる）（ステップＳ３）。

一方、全体制御器６は、第１型の電気機器８が起動されていない又は起動されないと判定すると、一般の電気機器１１が起動されたか否か判定する。具体的には、全体制御器６は、一般の電気機器１１の操作部１２から起動情報を受け取ると、一般の電気機器１１が起動されたと判定し、そうでない場合には、一般の電気機器１１が起動されていないと判定する。

全体制御器６は、一般の電気機器１１が起動されたと判定すると、発電機２を起動する（ステップＳ３）。

一方、全体制御器６は、一般の電気機器１１が起動されていないと判定すると、ステップＳ１に戻る。

ここで、発電機２を自立運転する場合には、発電機２が停止している状態では負荷（電気機器８，１１）に電力が供給されないので、負荷電力の発生に基づいて発電機２を起動することはできない。一方、発電機２を負荷と無関係にユーザの起動指令の入力により起動すると、負荷電力が発生していない状態で発電できる状態（発電目標値がゼロである状態）を維持する場合があり、それによりエネルギー効率が低下する。そこで、このように構成すると、電気機器８，１１の起動を監視し（ステップＳ１，Ｓ２）、電気器８，１１が起動された又は起動される旨の情報を取得することによって自動的に発電機２を起動することができ、かつ、負荷電力が発生していないのに発電できる状態を維持することによるエネルギー効率の低下を防止することができる。

ステップＳ３において、全体制御器６は、発電機２に起動動作を遂行させ、起動動作が完了すると発電を開始させる（ステップＳ４）。詳しく説明すると、発電装置１には、発電機２から電気機器８，１１に至る電路上に図示されない開閉機構が設けられていて、全体制御器６は、発電機２の起動動作が完了するまでは、この開閉機構によって当該電路を開放して発電器２を電気機器８，１１と遮断し、発電機２の起動動作が完了すると、この開閉機構によって当該電路を閉成して発電器２を電気機器８，１１と接続する。このとき、本実施の形態では、第１型の電気器８及び一般の電気機器１１の少なくともいずれかが起動されているので、これにより、発電機２の発電が可能になり、発電機２が発電を開始する。ここで、全体制御器６が、第１型の電気機器８の起動時刻設定指令に基づいて発電機２を起動した場合には、上述のように起動時間を見込んで発電機２が起動されるので、第１型の電気機器８の起動と同時に発電機２が発電を開始してその電力が第1型の電気機器８に供給される。一方、全体制御器６が、第１型の電気機器８の起動指令又は一般の電気器１１の起動情報に基づいて発電機２を起動した場合には、これらの電気機器８，１１の起動から発電機２の起動時間が経過した時点で発電機２が発電を開始してその電力がこれらの電気機器８，１１に供給される。つまり、電気機器８，１１は、ＯＮ操作してから発電機２の起動が完了するまで待たされた後、動作を開始する。

ステップＳ４の発電においては、全体制御器６は、電気機器８，１１の消費電力の変動に追従して、発電機２の発電目標を設定し、これに応じて発電機２を制御して所要の発電を行う。そして、その電力が電気機器８，１１に供給されてそこで消費される。また、この過程で、例えば、第１型の電気機器８の起動時刻又は停止時刻が到来する場合には、全体制御器６は、第１型の電気機器８の起動又は停止を予測して発電機２の発電目標値を設定するので、その分、エネルギー効率の良い発電を行うことができる。具体的には、例えば、一般の電気機器１１の消費電力が減少しつつある場合には、本来であれば、水素生成装置での水素生成量を減少するために、水素生成用の原料ガス量及び水素生成装置の改質温度を維持するためにバーナーへ供給される原料ガス量を減少する。本実施の形態では、例えば、一般の電気機器１１の消費電力が減少しつつあり、かつ、第１型の電気機器８の起動時刻が近い場合には、水素生成量はあまり減少しないよう制御を行う。これにより、発電に利用されずに燃料電池から排出される未使用水素の量が本来よりも増加する。この増加した未使用水素をバーナーへ供給し、増加した未使用水素の熱量分に相当する量のバーナーへ供給される原料ガスを減少することができる。このため、改質部の水素生成量の変動を抑制し、エネルギーロスを低減することができる。また、これとは逆に、例えば、電気機器８，１１の消費電力が増大しつつある場合には、その水素生成装置での水素生成量を本来であれば増加するところ、本実施の形態では、例えば、一般の電気機器１１の消費電力が増大しつつあり、第１型の電気機器８の停止時刻が近い場合には、水素生成量をあまり増加せずに、バーナーへの原料ガス量を増加することにより、水素生成装置での水素生成量の変動を抑制し、エネルギーロスを低減することができる。

次に、全体制御器６は、第１型の電気機器８が停止（ＯＦＦ）された又は停止（ＯＦＦ）されるか否か判定する。具体的には、全体制御器６は、第１の電気機器８の操作部１０から第１の電気機器８の停止指令を受け取ると、第１型の電気機器８が停止されたと判定する。また、全体制御器６は、第１の電気機器８の操作部１０から第１の電気機器８の停止時刻設定指令を受け取りかつ当該停止時刻が到来すると、第１型の電気機器８が停止されると判定する。そして、これらのケースに該当しない場合には、第１型の電気機器８が停止されていない又は停止されないと判定する。

全体制御器６は、第１型の電気機器８が停止されていない又は停止されないと判定すると、ステップＳ４に戻り、発電を継続する。

一方、全体制御器６は、第１型の電気機器８が停止された又は停止されると判定すると、
一般の電気機器１１が停止されたか否か判定する。具体的には、全体制御器６は、一般の電気機器１１の操作部１２から停止情報を受け取ると、一般の電気機器１１が停止されたと判定し、そうでない場合には、一般の電気機器１１が停止されていないと判定する。

全体制御器６は、一般の電気機器１１が停止されていないと判定すると、ステップＳ４に戻り、発電を継続する。

一方、全体制御器６は、一般の電気機器１１が停止されたと判定すると、発電装置２の停止動作を開始させる（ステップＳ７）。これにより、その停止動作が完了すると、発電機２は停止する。

その後、全体制御器６は、ステップＳ１に戻る。

［作用効果］
以上に説明した本実施の形態の直流電力発電消費システム１００によれば、第１型の電気機器８の運転情報を利用して発電機２の発電計画を作成し、その発電計画に基づいて発電を行うので、発電機２の発電のエネルギー効率を向上することができる。また、直流発電機２で発電した直流電力を、直流と交流との相互変換（ＤＣ−ＡＣ相互変換）することなく電気機器８，１１に供給するので、ＤＣ−ＡＣ相互変換に伴うエネルギーロスを低減し、それによりエネルギー効率を向上することができる。

［典型的な用途］
本実施の形態の直流電力発電消費システム１００の典型的な用途としては、多数のエアコンを備える邸宅、店舗、工場等が挙げられる。もちろん一般的な家庭において用いることもできる。

また、直流電力発電消費システム１００を、発電装置１に第１型の電気器８のみが接続されるように構成し、第１型の電気器８の起動及び停止を予約のみによって行うようにして用いると、発電機２の発電計画における負荷電力の予測精度が向上し、よりエネルギー効率が向上する。

［変形例］
なお、上記では、第１型の電気機器８及び一般の電気機器１１をそれぞれ１台備える構成を説明したが、これらをそれぞれ複数備えてよいことは言うまでもない。この場合、図３のフローチャートにおいて、ステップＳ１ではいずれかの第１型の電気機器８が起動された又は起動されるか否かを判定し、ステップＳ２ではいずれかの一般の電気機器１１が起動された否かを判定し、ステップＳ５では全ての第１型の電気機器８が停止された又は停止されるか否かを判定し、ステップＳ６では全ての一般の電気機器１１が停止されたか否かを判定すればよい。

また、上記では、直流電力発電消費システム１００を、発電機２が電気機器８，１１のＯＮにより起動されるように構成したが、全体制御器６が操作部を備えていてその操作部への操作入力により発電機２が起動されるように構成してもよい。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２は、発電装置の発電計画に基づいて電力負荷たる電気機器の動作を制御する形態を例示するものである。

図４は本発明の実施の形態２に係る直流電力発電消費システムの構成を模式的に示すブロック図である。図５は図４の発電装置の全体制御器の構成を模式的に示すブロック図である。

本実施の形態では、発電装置１が排熱回収装置１６を備えており、この排熱回収装置１６に回収された排熱を利用する熱利用機器１７が接続されている。また、直流電力負荷として、実施の形態１の第１型の電気機器８に代えて第２型の電気機器１３がＤＣ／ＤＣコンバータ５の出力端子に接続されており、実施の形態１の一般の電気機器１１に代えて一般の電気機器１５がＤＣ／ＤＣコンバータ５の出力端子に接続されている。その他の点は実施の形態１と同じである。

排熱回収装置１６は、発電機２で発電に伴って発生する排熱を回収する装置であり、本実施の形態では、燃料電池を冷却水で冷却する冷却システムで構成されている。また、熱利用機器１７は、ここでは、この冷却システムの排熱を回収した冷却水と貯湯水とを熱交換させてその貯湯水を貯湯タンク（蓄熱器）に貯える貯湯システムと貯湯タンクに貯えられた貯湯水を利用する給湯システムとで構成されている。熱利用機器としては、この他に、冷却システムの排熱を回収した冷却水と熱交換させた水を利用する床暖房システム等が挙げられる。

本発明において、第２型の電気機器１３とは、その消費電力が増加する動作モードを有する直流電気機器と定義される。第２の電気機器１３は、ここでは、霜取りを行う冷蔵庫で構成されており、霜取りが、その消費電力が増加する動作モードに相当する。第２型の電気機器１３は、制御部１４を備えている。制御部１４は、図２の全体制御器６と同様に構成されていて、演算処理部と記憶部と通信部とを備えている。演算処理部及び記憶部は、例えばマイクロコンピュータのＣＰＵ及び内部メモリで構成されている。通信部は、モデム等の変復調器等で構成されている。記憶部には所定のプログラムが格納されている。演算処理部は記憶部から、適宜、プログラムを読み出して実行し、それにより、第２型の電気機器１３の動作を制御する。

第２型の電気機器１３の本体部（動作部：図示せず）は直流電気配線７を通じて発電装置１のＤＣ／ＤＣコンバータ５の出力端子に接続されている。また、制御部（正確にはその通信部）１４は直流電気配線７を利用したＰＬＣによって発電装置１の全体制御器６と通信可能に接続されている。制御部１４は、後述するように、全体制御器６からの指令(command)を通信部を介して受け取ると、霜取りを行う。

また、図５に示すように、本実施の形態では、全体制御器６は、発電装置１に対する起動及び停止を含む操作指令を入力するための操作部２４を備えている。演算処理部２２は、操作部２４から入力された操作指令に応じて発電装置１の動作を制御する。全体制御器６は、本実施の形態では、学習機能を有していて、その学習に基づいて発電機２の発電計画を作成し、その発電計画に基づいて発電機２の発電を制御する。また、全体制御器６は、負荷電力がゼロである場合には、発電目標値をゼロに設定する発電計画を作成して、発電機２をいつでも発電できるよう制御するので、発電機２は負荷電力がゼロになっても自動的に停止することはない。なお、全体制御器６は、電気機器１３，１５からの停止指令を受け取った場合に、発電機２を停止するよう制御する。但し、ここでは、第２型の電気機器１３が冷蔵庫で構成されていて定常的に負荷電力が発生するので、全体制御器６が、発電目標値をゼロに設定する発電計画を作成することはない。また、発電装置１は図示されない放熱器を備えていて、全体制御器６は、発電を熱利用機器７で排熱を利用しきれない場合には、この放熱器で排熱を捨てながら発電する。つまり、全体制御器６は、負荷（電気機器１３，１５）から要求される限り、負荷へ電力を供給する。なお、全体制御器６は、発電機２と一体的に設けてもよく、電気機器１３，１５と一体的に設けてもよく、あるいは発電機２及び電気機器１３，１５と離れて単独で設けてもよい。

次に、以上のように構成された本実施の形態の直流電力発電消費システム１００の動作を説明する。以下では、本発明の特徴的動作のみ説明する
図６は図４の発電装置の全体制御器６の発電制御を簡略化して示すフローチャートである。この発電制御は、全体制御器６の記憶部２２に格納された所定の制御プログラムを全体制御器６の演算処理部２１が読み出して実行することにより、遂行される。

図６を参照すると、全体制御器６は、操作部２４から起動（ＯＮ）指令が入力されるのを待機する（ステップＳ１１）。そして、操作部２４から起動指令が入力されると、発電機２を起動する（ステップＳ１２）。そして、起動動作が完了すると発電動作(運転モード)に移行する（ステップＳ１３）。

発電動作においては、全体制御器６は、電気機器１３，１５の消費電力の変動に追従して、発電機２の発電目標を設定し、これに応じて発電機２を制御して所要の発電を行う。そして、その電力が電気機器１３，１５に供給されてそこで消費される。また、発電機２で発生する排熱が排熱回収装置１６によって回収されて熱利用機器１７を通じてユーザに利用されるので、エネルギー効率が向上する。

さらに、全体制御器６は、発電計画の必要に応じて第２型の電気機器１３の動作を前記消費電力が増加する動作モードに切り替える（ステップＳ１４）。このようなケースとして以下の２つの類型が想定される。第１の類型として、発電計画において負荷電力が大きく変動することが見込まれる場合、そのまま発電量を増減すると、燃料電池システムの場合には水素生成量の変動によるエネルギーロスが生じる。そこで、電気機器１３，１５の負荷電力が平準化するようなタイミングで第２型の電気機器１３の消費電力を増減させると、発電機２のエネルギー効率を向上することができる。具体的には、全体制御器６は、所要のタイミングで、第２型の電気機器１３の制御部１４に、消費電力が増加する動作モードに切り替える指令を送信する。すると、制御器１４は、この指令に基づいて第２型の電気機器１３を消費電力が増加する動作モードに切り替える。ここでは、冷蔵庫が霜取りを行う。これにより、第２型の電気機器１３を消費電力が増加する。その後、第２型の電気機器１３の制御装置１４は、所定時間が経過すると動作モードを通常のモードに戻す。ここでは霜取りを終了する。これにより、負荷電力が平準化されてエネルギー効率が向上する。

第２の類型として、発電計画において、特定の時間帯に熱利用が見込まれるがそれに見合う電力需要が見込めない場合には、予め排熱を意図的に発生させて熱利用機器１７の蓄熱器（貯湯タンク）に蓄熱させる。これにより、第２型の電気機器１３でいずれ発生する電力需要を、その発生時期をずらして、発電機２において排熱を有効利用できるときに発生させることとなり、結果的に、排熱が有効に利用されてエネルギー効率が向上する。具体的には、全体制御器６は、上記のような場合には、第２型の電気機器１３の制御部１４に、消費電力が増加する動作モードに切り替える指令を送信する。すると、上述のように制御器１４は、第２型の電気機器１３を消費電力が増加する動作モードに切り替える。これにより、第２型の電気機器１３を消費電力が増加し、発電機２において意図した量の排熱が発生しそれが熱利用機器１７に蓄えられる。また、排熱回収装置１６の蓄熱量検知器（図示せず）から蓄熱量が不足する旨の信号が入力された場合にも、全体制御器６は、上記のように第２型の電気機器１３の消費電力を増加させる。これにより、結果的に、排熱が有効に利用されてエネルギー効率が向上する。

そして、全体制御器６は、操作部２４から停止（ＯＦＦ）指令が入力さるまで発電を継続し（ステップＳ１５でＮＯ，ステップＳ１３、Ｓ１４）、操作部２４から停止指令が入力されると（ステップＳ１５でＹＥＳ）、発電機２を停止する（ステップＳ１６）。

その後、全体制御器６は、ステップＳ１に戻る。

［作用効果］
以上に説明した本実施の形態の直流電力発電消費システム１００によれば、第１に、発電計画において負荷電力が平準化するよう第２型の電気機器１３の消費電力を制御することにより、発電機２のエネルギー効率を向上することができる。第２に、発電計画において、特定の時間帯に熱利用が見込まれるがそれに見合う電力需要が見込めない場合に、予め第２型の電気機器１３の消費電力を増加させることにより、第２型の電気機器１３でいずれ発生する電力需要を、発電機２において排熱を有効利用できるときに発生させることができ、結果的に排熱が有効に利用されてエネルギー効率が向上する。

また、発電機２で発生する排熱を有効利用することができ、その分、エネルギー効率が向上する。また、実施の形態１と同様に、ＤＣ−ＡＣ相互変換に伴うエネルギーロスを低減してエネルギー効率を向上することができる。

［典型的な用途］
本実施の形態の直流電力発電消費システム１００の典型的な用途としては、多数の冷蔵庫を備えかつ熱需要の多い邸宅、店舗、工場等が挙げられる。もちろん一般的な家庭において用いることもできる。

また、直流電力発電消費システム１００を、発電装置１に第２型の電気器１３のみが接続されるように構成すると、熱需要に対応して意図的に増加できる電力消費能力（負荷電力容量）が増大し、よりエネルギー効率が向上する。

また、第２型の電気器１３が霜取り可能な電気冷蔵庫で構成されていると、定常的に負荷電力が発生するため、発電機２を停止する必要がないので、さらにネエルギー効率が向上する。

［変形例］
なお、上記では、発電装置１をコージェネレーションシステムで構成したが、電力のみを利用する発電システムで構成してもよい。この場合でも負荷電力を平準化することによって発電機２のエネルギー効率を向上する効果が得られる。

また、上記では、第１型の電気機器１３及び一般の電気機器１５をそれぞれ１台備える構成を説明したが、これらをそれぞれ複数備えてよいことは言うまでもない。

なお、実施の形態１と実施の形態２とを組み合わせてもよいことは言うまでもない。

本発明の直流電力発電消費システムは、エネルギー効率を向上可能な分散型電源装置等として有用である。

本発明の実施の形態１に係る直流電力発電消費システムの構成を模式的に示すブロック図である。 図１の発電装置の全体制御器の構成を模式的に示すブロック図である。 図１の発電装置の全体制御器の発電制御を簡略化して示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２に係る直流電力発電消費システムの構成を模式的に示すブロック図である。 図４の発電装置の全体制御器の構成を模式的に示すブロック図である。 図４の発電装置の全体制御器の発電制御を簡略化して示すフローチャートである。

符号の説明

１ 発電装置
２ 発電機
３ 発電部
４ 補機部
５ ＤＣ／ＤＣコンバータ
６ 全体制御器
７ 直流電気配線
８ 第１型の電気機器
９ 制御部
１０，１２，１４ 操作部
１１，１５ 一般の電気機器
１２ インバータ
１３ 第２型の電気機器
１６ 排熱回収装置
１７ 熱利用機器
２１ 演算処理部
２２ 記憶部
２３ 通信部
１００ 直流電力発電消費システム

Claims (8)

1. 直流電力を発電する発電装置と、前記発電装置から前記直流電力を供給されて動作する電気機器と、前記発電装置の発電計画を作成し、該発電計画に基づいて前記発電装置の発電を制御する全体制御器と、を備え、
   前記全体制御器は、前記電気機器の運転情報に基づいて前記発電装置の発電を制御し又は前記発電計画に基づいて前記電気機器の消費電力を制御するよう構成されている、直流電力発電消費システム。
2. 前記電気機器が予約によって動作する第１型の電気機器であり、前記全体制御器は、前記第１型の電気機器の予約に関する情報（以下、予約情報）を利用して前記発電装置の発電計画を作成し、該発電計画に基づいて前記発電装置の発電を制御するよう構成されている、直流電力発電消費システム。
3. 前記電気器がその消費電力が増加する動作モードを有する第２型の電気機器であり、前記全体制御器は、前記発電計画の必要に応じて前記第２型の電気機器の動作を前記消費電力が増加する動作モードに切り替えるよう構成されている、請求項１に記載の直流電力発電消費システム。
4. 前記発電装置が燃料電池である、請求項１に記載の直流電力発電消費システム。
5. 前記発電装置が直流電力の発電に伴う排熱を利用するコージェネレーションシステムである、請求項１に記載の直流電力発電消費システム。
6. 前記第１型の電気機器がエアコンである、請求項２に記載の直流電力発電消費システム。
7. 前記第２型の電気機器が冷蔵庫である、請求項３に記載の直流電力発電消費システム。
8. 前記電気機器が定常的に電力を消費するものである、請求項１に記載の直流電力発電消費システム。

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