JP2011159409A - 電力供給システム - Google Patents

Abstract

【課題】寒さの厳しい時期でも低温環境による蓄電池の充放電特性低下を十分抑制でき、一年を通じて安定した温度環境を実現する電力供給システムを提供する。
【解決手段】本発明の電力供給システムは、電力供給部２と、電力供給部２から供給される電力を蓄える蓄電池４と、人体または室内を暖める暖房器具と、を備え、蓄電池４は暖房器具の近傍に配置されることを特徴とする。これにより、冬期などの特に気温が低下する時期においても暖房器具から発生する熱により蓄電池が暖められ、充放電特性の低下を抑制することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、家屋や移動体等に電力を供給する電力供給システムに関する。

鉛蓄電池、ニッケル・水素蓄電池、リチウムイオン二次電池、リチウムイオンキャパシタ等に代表される蓄電池（蓄電デバイス）は、従来幅広い分野で利用されている。その利用形態としても、家庭用の大型の蓄電池から、自動車や電車等の移動体に用いられるもの、携帯機器等に用いる小型の蓄電池まで幅広い。

特に、家庭用としては、近年発達している燃料電池や太陽電池等のいわゆるクリーンエネルギーを利用した家庭用電力供給システムやコージェネレーションシステムの一部に蓄電装置として利用されている（例えば、特許文献１参照）。

しかし、主に家庭用電力供給システムや移動体用等に利用される蓄電池は、特に低温環境下での充放電特性の低下が問題となっている。

そこで、電力供給システムにおいて、蓄電装置（蓄電池）を、比較的気温の変動が安定している室内に配置することにより蓄電池の充放電特性低下を抑制することが提案されている（特許文献２参照）。

特開２００６−１６４９６４号公報 特開２００４−４８９７４号公報

しかし単に室内に配置するのみでは、冬期等の特に寒さの厳しい時期には、低温環境による蓄電池の充放電特性の低下を十分に抑制することができない。

本発明は、寒さの厳しい時期でも低温環境による蓄電池の充放電特性低下を十分抑制でき、一年を通じて安定した温度環境を実現する電力供給システムを提供することを目的とする。

本発明の電力供給システムは、電力供給部と、電力供給部から供給される電力を蓄える蓄電池と、人体または室内を暖める暖房器具と、を備え、蓄電池は暖房器具の近傍に配置されることを特徴とする。

本発明により、冬期などの特に気温が低下する時期においても暖房器具から発生する熱により蓄電池が暖められ、充放電特性の低下を抑制することができる。

本発明の実施の形態１にかかる電力供給システムの概略図 本発明の実施の形態２にかかる燃料電池を用いた電力供給システムのブロック図 本発明の実施の形態２にかかる燃料電池を用いた電力供給システムの概略図 本発明の実施の形態２にかかる他の燃料電池を用いた電力供給システムの概略図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本発明は、本明細書に記載された基本的な特徴に基づく限り、以下に記載の内容に限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１にかかる電力供給システムの概略図である。図１において、家屋１に電力を供給する電力供給部２が設けられている。電力供給部２で発電された電力は、インバータ３に送られ家屋１に供給される。また、電力供給部２は、蓄電池４と接続されている。蓄電池４には、例えば家屋１で使用されない余剰電力を蓄えておくことができる。蓄電池４は、電力供給部２の電力供給状況に応じて、蓄えている電力を電力供給部２もしくは家屋１へ供給する。

なお、電力供給部２としては、例えば、電力系統が直接蓄電池に電力が供給される等の構成でもよいが、燃料電池や太陽電池、エンジン発電機、スターリングエンジン等を用いた発電機とすることもできる。また、それ以外にも、発電により電力を供給できるものであればよく、特に限定されない。

蓄電池４は、家屋１内に存在する人体または家屋１の室内を暖める暖房器具、例えば床暖房機５の近傍に配置されている。ここで言う近傍とは、暖房器具から発生する熱６の影響を受けることができる程度の範囲を示す。これにより気温が低い時期においても、暖房器具から発生する熱を利用して蓄電池４を暖めることができるため蓄電池４の充放電特性の低下を抑制することができる。

一方、蓄電池４は、気温が高すぎても性能低下の原因となる。しかしながら、上記したような暖房器具は、蓄電池４の充放電特性低下が激しい冬期にのみ使用され、気温の高い、例えば夏場には使用されない。よって、蓄電池４は、暖める必要の無い夏場には暖房器具からの熱影響を受けることは無いので温度上昇による蓄電池４の性能低下も防止することができる。よって、本実施の形態のように人体または室内を暖める暖房器具の近傍に蓄電池４を配置することにより、年間を通じて、蓄電池４を蓄電池４が安定して動作できる温度帯に置くことができる。よって年間を通じて蓄電池４の安定した充放電特性を実現することができる。また、特別な制御部を設ける事無く、蓄電池４を暖める必要があるときにのみ、蓄電池４を暖めることができる。

また、図１に示すように、蓄電池４を床暖房機５の下部に設けることが好ましい。さらに、蓄電池４を床暖房機５の下部の床下スペースに設けることがより好ましい。このように蓄電池４を配置することでより効果的に暖房器具から発生する熱６を利用して蓄電池４を暖めることができる。また、さらに、蓄電池４の配置場所として、床暖房機５の下部スペースを有効利用することにより、省スペースを実現することができる。

また、床暖房機５は、熱源に温水を利用するものが好ましい。熱源に温水を利用することにより、たとえ床暖房機５の動作を停止した場合でも、動作停止後の一定時間は温水の熱は保持される。よって、床暖房機５の動作停止後においても、なお蓄電池４は、床暖房機５から発生する熱により暖められるため、結果としてより効率的に床暖房機５から発生する熱６を利用することができる。また、例えば、床暖房機５の動作が停止される可能性の高い夜間においても床暖房機５から発生する熱を利用することができるため好ましい。

なお、家屋ではなく自動車や電車等の移動体についても同様に適用が可能である。ただ、本実施の形態のように、電力供給システムを家屋１に設けることが好ましい。これは、年間を通じて安定的に暖房の需用と電力の需要とが見込める家屋で適応させることは、蓄電池を有効に使用できる環境となるので好ましいからである。また、家屋においては、蓄電池への充放電のタイミングと暖房器具の使用のタイミングがおおよそ一致するため効率的に蓄電池を暖めることができる。

なお、本実施の形態では、暖房器具として、床暖房機５を設けているが、人体または室内を暖めるものであれば限定されない。例えば、ファンヒータ、パネルヒータ、ストーブ等でもよい。しかしながら、蓄電池４を効果的に暖めることや蓄電池の配置場所等の観点から床暖房機が好ましい。特に本実施の形態のように、家屋に電力供給システムを設けた場合、家屋の構造上蓄電池を有効に設置でき、設置場所がほぼ確定できるため床暖房機５を用いることが好ましい。

なお、本実施の形態では、蓄電池４の配置場所を暖房器具である床暖房機５の下部としているがこれに限定されない。暖房器具から発生する熱の影響を受けることができる程度の範囲に蓄電池４を配置していれば良い。

なお、図１でのインバータ３、電力供給部２と蓄電池４との接続関係は、電力供給部２から供給される電力が直流か交流かで相異するもので、各機器から供給されるあるいは供給する電力の状況によりインバータ３、電力供給部２、蓄電池４を適宜接続することが好ましい。また、電力供給部２から供給される電力電圧、蓄電池４の設定電圧、家庭に供給する電力電圧等を考慮して、インバータ３、電力供給部２、蓄電池４間に電力電圧を調整するコンバータを設けることが好ましい。また、インバータ３にコンバータ機能を持たせたものを用いることも可能である。

（実施の形態２）
本実施の形態では、実施の形態１において、電力供給部として燃料電池を用いた場合を詳細に説明する。

まず、図２を用いて、燃料電池を用いた電力供給システムを説明する。図２は、本発明の実施の形態２にかかる燃料電池を用いた電力供給システムのブロック図である。図２において、電力供給部２は、燃料電池部１０と水素生成部１１とで構成されている。水素生成部１１は、都市ガス等の原料ガスを改質することで水素を生成する。水素生成部１１で生成された水素は燃料電池部１０へ送られる。燃料電池部１０は、水素生成部１１から送られる水素と空気中の酸素との化学反応によって発電する。燃料電池部１０により発電された電力は、インバータ１２に送られ、そこから電力受給部１３へ送られる。一方、燃料電池部１０により発電された電力の一部は、インバータ１２に送られずに蓄電池１４に送られ、蓄電池１４に蓄えられる。蓄電池１４に蓄えられた電力は、利用時にインバータ１２に放電され、そこから電力受給部１３、燃料電池部１０、水素生成部１１等に送られる。ここで、電力受給部１３とは、例えば、家屋の電力系統や、移動体の電力系統等である。

燃料電池部１０で発電する際に発生する熱は蓄熱部１６に蓄えられる。蓄熱部１６に蓄えられ熱は、熱供給部１７から供給される。蓄熱部１６としては、例えば、燃料電池部１０で発電する際に発生する熱により加熱されて作られる湯を蓄える貯湯槽で構成される。また、熱供給部１７としては、例えば、給湯設備や暖房器具等で構成される。

以上のように、燃料電池を用いた電力供給システムは、燃料電池部１０により発電される電力だけでなく発電の際に発生する熱を利用することにより、高い発電効率を得られるシステムである。また、蓄電池１４を設けることで、電力受給部１３の電力需要量の変動に対応し、安定した電力供給を実現できる。

次に、図３を用いて、燃料電池を用いた電力供給システムを家屋に適用した場合を説明する。図３は、本発明の実施の形態２にかかる燃料電池を用いた電力供給システムの概略図である。

図３において、水素生成部１１から送られる水素と空気中の酸素により燃料電池部１０は発電を行う。燃料電池部１０により発電された電力は、インバータ１２を経て電力受給部である家屋２０に送られる。

一方、燃料電池部１０は、蓄電池１４と接続されている。蓄電池１４には、例えば家屋１で使用されない余剰電力を蓄えておくことができる。蓄電池１４は、燃料電池部１０の電力供給状況に応じて、蓄電している電力を家屋２０や燃料電池部１０等へ供給する。

燃料電池部１０で発電する際に発生する熱は、蓄熱部である貯湯槽２２に蓄熱される。具体的には、燃料電池部１０で発電する際に発生する熱を利用して貯湯槽２２内の貯湯水を加熱することで蓄熱する。貯湯槽２２に蓄えられた貯湯水は、例えば熱供給部である暖房器具に用いられる。図３においては、暖房器具として床暖房機２３を設けている。

蓄電池１４は、家屋２０内に存在する人体または家屋２０の室内を暖める暖房器具である床暖房機２３の近傍に配置されている。ここで言う近傍とは、暖房器具から発生する熱２４の影響を受けることができる程度の範囲を示す。これにより気温が低い時期においても、床暖房機２３から発生する熱２４によって蓄電池１４が温められるため蓄電池１４の充放電特性の低下を抑制することができる。よって、より高い効率で燃料電池部１０から蓄電池１４へ電力を充電することができるとともに、蓄電池１４から家屋２０や燃料電池部１０に電力を供給することができる。

このように、本実施の形態にかかる電力供給システムによれば、燃料電池部１０から発生する熱を利用した人体または室内を暖める暖房器具、例えば床暖房機２３から発生する従来廃棄されていた廃熱をさらに利用して、外気温度が低くなる場合でも蓄電池１４の温度を維持でき、蓄電池１４の充放電特性の低下を抑制することができる。そのため、単に蓄電池１４の充放電時のロスを低下することができるだけでなく、電力供給システム全体としての効率をさらに高めることができる。言い換えれば、本来は廃棄されていた人体または室内を暖める暖房器具から発生する熱（廃熱）２４を利用して蓄電池１４の充放電効率を高めることができるため電力供給システム全体としての効率を高めることができる。

一方、蓄電池１４は、気温が高すぎても性能低下の原因となる。しかしながら、上記したような暖房器具は、蓄電池１４の充放電特性低下が激しい冬期にのみ使用され、気温の高い、例えば夏場には使用されない。よって、蓄電池１４は、暖める必要の無い夏場には暖房器具からの熱影響を受けることは無いので温度上昇による蓄電池１４の性能低下も防止することができる。よって、本実施の形態のように人体または室内を暖める暖房器具の近傍に蓄電池１４を配置することにより、年間を通じて、蓄電池１４を蓄電池１４が安定して動作できる温度帯に置くことができる。よって年間を通じて蓄電池１４の安定した充放電特性を実現することができる。また、特別な制御部を設ける事無く、蓄電池１４を暖める必要があるときにのみ、蓄電池１４を暖めることができる。

また、図３に示すように、貯湯槽２２に蓄えられた貯湯水を利用して暖房を行う暖房器具を設けるのが好ましい。熱源に温水を利用した暖房機具、例えば床暖房機２３を利用することにより、たとえ床暖房機２３の動作を停止した場合でも、動作停止後の一定時間は温水の熱は保持される。よって、床暖房機２３の動作停止後においても、なお蓄電池１４は、床暖房機２３から発生する熱により暖められるため、結果としてより効率的に床暖房機２３から発生する熱を利用することができる。よって、例えば、床暖房機２３の動作が停止され、蓄電池１４の充放電特性が下がる可能性の高い冬期の夜間においても、動作停止後も床暖房機２３から熱２４が発生しているため、夜間における蓄電池１４の充放電特性の低下を抑制することができる。

また、より効果的に冬期の夜間における蓄電池の充放電特性の低下を抑制するために、蓄電池１４への充放電状況に応じて、暖房器具の動作を制御する制御部を電力供給システム内に設けても良い。具体的には、蓄電池１４への充放電が行われる際に、もし暖房器具が停止している場合、暖房器具の動作を開始させるような制御部を設けることが好ましい。

図４は本発明の実施の形態２にかかる他の燃料電池を用いた電力供給システムの概略図である。。図４において電力供給システムは制御部３０をさらに有している。夜間の蓄電池の充放電を考えた場合、電力使用状況から放電が行われることは少ない。そこで、夜間の蓄電池への充電を考える。例えば夜間に蓄電池１４に充電を行う場合、燃料電池部１０が作動され、蓄電池１４へ電力が充電される。その際、燃料電池部１０からは発電による熱が発生するため、蓄熱部１６へ熱が蓄熱される。一方、夜間には、例えばユーザーにより熱供給部である暖房器具の動作が停止されている場合がある。このような場合には、蓄電池１４の周囲の気温が低下しており、充電時の充放電特性が低下する可能性が高い。しかし、蓄電池１４への充放電が行われる際に、暖房器具が停止している場合、暖房器具の動作を開始させるような制御部３０を設けることにより、燃料電池部１０の動作により発生している熱を利用する暖房器具からの熱２４により確実に蓄電池が暖められるので、蓄電池の充放電特性の低下を抑制できる。以上のように、主に夜間等に蓄電池１４の充放電が行われる際に、もし暖房器具が停止している場合、暖房器具の動作を開始させるような制御部を設けることで、昼夜を通じてさらに効率的な蓄電池の充放電特性を得ることができる。

なお、図４において、制御部３０は独立して設けられているが、燃料電池部１０や暖房器具である床暖房機２３等と一体で設けても良い。

また、図３に示すように、蓄電池１４を床暖房機２３の下部に設けることが好ましい。さらに、蓄電池１４を床暖房機２３の下部の床下スペースに設けることがより好ましい。このように蓄電池１４を配置することでより効果的に床暖房機２３から発生する熱２４を利用して蓄電池１４を暖めることができる。さらに、蓄電池１４の配置場所として、床暖房機２３の配置される床の下部スペースを有効利用することにより、省スペースを実現することができる。

なお、本実施の形態では、電力受給部１３として家屋２０を例に挙げているがこれに限るものではない。例えば、電力受給部１３としては、自動車や電車等の移動体でもよい。

なお、家屋ではなく自動車や電車等の移動体についても同様に適用が可能である。ただ、本実施の形態のように、電力供給システムを家屋１に設けることが好ましい。これは、年間を通じて安定的に暖房の需用と電力の需要とが見込める家屋で適応させることは、蓄電池を有効に使用できる環境となり、好ましいからである。また、家屋においては、蓄電池への充放電のタイミングと暖房器具の使用のタイミングがおおよそ一致するため効率的に蓄電池を暖めることができる。

なお、熱供給部１７は、暖房器具に限らず、台所や浴室等の給湯設備でも良い。ただ、充放電特性が低下する冬季に運転されて、蓄電池に熱が供給できるような人体または室内を暖める暖房器具が好ましい。この場合、蓄電池は、暖房器具から発生する熱の影響を受けることができる程度の範囲に配置していれば良い。特に本実施の形態のように、家屋の構造上蓄電池を有効に設置でき、設置場所がほぼ確定できる床暖房機２３を用いることが好ましい。

本発明によれば低温環境による蓄電池の充放電特性の低下を効率的に抑制できるので、燃料電池等を利用した家屋や移動体における電力供給システムに利用可能である。

１，２０ 家屋
２ 電力供給部
３，１２ インバータ
４，１４ 蓄電池
５，２３ 床暖房機
６，２４ 熱
１０ 燃料電池部
１１ 水素生成部
１３ 電力受給部
１６ 蓄熱部
１７ 熱供給部
２２ 貯湯槽
３０ 制御部

Claims (11)

1. 電力供給部と、
   前記電力供給部から供給される電力を蓄える蓄電池と、
   人体または室内を暖める暖房器具と、
   を備え、
   前記蓄電池は前記暖房器具の近傍に配置される
   電力供給システム。
2. 前記暖房器具は床暖房機である
   請求項１に記載の電力供給システム。
3. 前記床暖房機の下部に前記蓄電池を配置する
   請求項２に記載の電力供給システム。
4. 前記床暖房機は温水を熱源とする
   請求項２に記載の電力供給システム。
5. 前記電力供給部は燃料電池発電システムである
   請求項１に記載の電力供給システム。
6. 前記暖房器具は
   前記燃料電池発電システムから発生する熱を利用して暖房を行う
   請求項５に記載の電力供給システム。
7. 貯湯槽を備え、
   前記貯湯槽は前記熱により加熱された貯湯水を貯蔵し、
   前記暖房器具は前記貯湯水を利用して暖房する
   請求項６に記載の電力供給システム。
8. 前記暖房器具は床暖房機である
   請求項６に記載の電力供給システム。
9. 前記床暖房機の下部に前記蓄電池を配置する
   請求項８に記載の電力供給システム。
10. 前記蓄電池の充放電状況に応じて前記暖房器具の動作を制御する制御部を有する
    請求項５に記載の電力供給システム。
11. 前記制御部は、
    前記蓄電池が充放電する際に、前記暖房器具が動作していない場合、
    前記暖房器具の動作を開始させる
    請求項１０に記載の電力供給システム。

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