JP2014017993A - コージェネレーションシステムの接続方法、及び、その接続方法を用いた集合住宅、商業施設又は店舗併用住宅 - Google Patents

Abstract

【課題】低コスト且つ省スペースで簡易なシステムにて発電量を増やすことができるとともに、湯切れの恐れを軽減することができるコージェネレーションシステムの接続方法及びその接続方法を用いた集合住宅を提供する。
【解決手段】 複数の住戸で構成される住戸群２に電力を供給するコージェネレーションシステム１の接続方法であり、次の（１）及び（２）の特徴を有する。（１）住戸群２のうちの１つの第１住戸２１には、家庭用コージェネレーション装置３と、家庭用コージェネレーション装置３と商用電力系統の両方から供給される電力を分配する分電盤４とを備えている。（２）住戸群２のうちの第１住戸２１以外の住戸２２には、分電盤４を経由して分配された電力を第１住戸２１以外の住戸２２に供給する分電盤６と、家庭用コージェネレーション装置以外の給湯器５とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の住戸で構成される住戸群に導入されるコージェネレーションシステムの接続方法、及び、その接続方法を用いた集合住宅、商業施設又は店舗併用住宅に関する。

近年、発電により得られた電力と発電時に発生した排熱を利用するコージェネレーション装置が住宅等に多く導入されてきている。通常、このようなコージェネレーション装置では、住戸での消費電力に応じて発電が行われ、同時に発生した熱が温水として回収されて貯湯タンクへと蓄えられ、給湯や暖房等に利用される。

従来、マンション等の集合住宅においては、大規模なガスエンジン等のコージェネレーション装置を地下室等に設置し、集合住宅全体又は共用部の消費電力に応じて発電を行い、同時に発生した熱を温水として回収するコージェネレーションシステムがある。このようなコージェネレーションシステムでは、温水を集合住宅の各住戸に供給するために、ポンプの動力等が必要となるため、光熱費のメリットが享受しにくく、また設置コスト及び管理コストが高くなる。

また、各住戸に燃料電池等を用いた家庭用コージェネレーション装置を設置し、各家庭の消費電力に応じて、それぞれの家庭用コージェネレーション装置で発電を行い、同時に発生した熱を温水として回収して各家庭で利用する集合住宅もある。しかしながら、各住戸に家庭用コージェネレーション装置を設置した場合には、コストが高くなるとともに、各住戸に設置スペースが必要となる。また、家庭用コージェネレーション装置は、接続されている家庭の消費電力に応じて発電を行うため、電力需要の少ない家庭では、発電できる電力量が小さくなる傾向がある。そのため、共働きの家族等、昼間不在のため昼間の消費電力が小さい家庭では、家庭用コージェネレーション装置の稼動量が少ないため、発電しにくく、また熱の発生も少ないため、コージェネレーションのメリットが活かしきれない。

そこで、発電効率を向上させるために、複数の住戸で構成される集合住宅の１つのフロア等からなる住宅群に独立運転可能な複数の発電モジュールで構成した燃料電池と、該燃料電池の排熱を住宅群の各住戸の給湯にそれぞれ利用するための貯湯タンクとを設置し、住宅群の全住宅の電力負荷にそれぞれ分配させた電力線網を燃料電池の各発電モジュールと電力系統とに連係させた燃料電池コージェネレーションシステムが提案されている（例えば、特許文献１参照）

特開２００４−３２７１６０号公報

しかしながら、特許文献１の燃料電池コージェネレーションシステムでは、住宅群の共有部等に設置スペースを設ける必要があり、且つ住宅群の住戸数に合わせて複数の発電モジュールを備えた燃料電池を用いているので、設置コスト及び管理コストが高くなる。また、複数の発電モジュールを制御して発電した電力を住宅群の各住戸に供給するため、システムが複雑になるとともに、燃料電池の排熱は住戸群の各住戸で利用されるため、湯切れの恐れがある。

本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであって、低コスト且つ省スペースで簡易なシステムにて発電量を増やすことができるとともに、湯切れの恐れを軽減することができるコージェネレーションシステムの接続方法、及び、その接続方法を用いた集合住宅、商業施設又は店舗併用住宅を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１記載のコージェネレーションシステムの接続方法は、複数の住戸で構成される住戸群に電力を供給するコージェネレーションシステムの接続方法であり、次の（１）及び（２）の特徴を有する。
（１）前記住戸群のうちの１つの第１住戸には、家庭用コージェネレーション装置と、前記家庭用コージェネレーション装置と商用電力系統の両方から供給される電力を分配する分電盤とを備えている。
（２）前記住戸群のうちの前記第１住戸以外の住戸には、前記分電盤を経由して分配された電力を前記第１住戸以外の前記住戸に供給する分電盤と、家庭用コージェネレーション装置以外の給湯器とを備えている。尚、ここでの住戸は、マンションやアパート等の住戸の他にテナントビル等のテナント・店舗、事務所等も含む概念である。

請求項２記載のコージェネレーションシステムの接続方法は、前記給湯器が、太陽熱温水器又はヒートポンプ式給湯器であることを特徴としている。

請求項３記載のコージェネレーションシステムは、前記第１住戸以外の前記住戸には、給湯器が設置されていないことを特徴としている。

請求項４記載の集合住宅、商業施設又は店舗併用住宅は、請求項１乃至３のいずれかに記載のコージェネレーションシステムの接続方法を用いた１つ又は複数の住戸群を有していることを特徴としている。尚、ここでの集合住宅は、マンション、アパート等が含まれることは勿論であるが、その他、テナントビル、オフィスビル等のビルや高齢者福祉施設等も含む概念である。

請求項１記載のコージェネレーションシステムの接続方法によれば、家庭用コージェネレーション装置が設置された第１住戸に配置される分電盤を経由して第１住戸以外の住戸に電力を供給する分電盤に分岐させているので、第１住戸及び第１住戸以外の住戸の消費電力に応じて家庭用コージェネレーション装置は稼動するため、発電できる発電量を増やすことができる。そのため、住戸群のいずれかの住戸が昼間に消費電力が少ない家庭であっても、家庭用コージェネレーション装置を有効に活用することができる。また、家庭用コージェネレーション１基で、住戸群の各住戸に対して電力を供給することができるので、システムを簡易化することができるとともにコストを軽減し、省スペース化することができる。また、第１住戸以外の住戸には、それぞれ給湯器を設けているので、湯切れを防ぐことができる。

請求項２記載のコージェネレーションシステムの接続方法によれば、第１住戸以外の住戸に設置される給湯器として太陽熱温水器又はヒートポンプ式給湯器を用いている。太陽熱温水器を用いた場合には、太陽熱を利用して効率的に温水を作るので、更に省エネルギー化を図ることができる。また、ヒートポンプ式給湯器を用いた場合には、高効率に給湯することができるので、更に省エネルギー化を図ることができるとともに、電力需要を更に増やすことができるので、より家庭用コージェネレーション装置での発電量を効率的に増やすことができる。

請求項３記載のコージェネレーションシステムの接続方法によれば、第１住戸以外の住戸には、給湯器が設置されておらず、店舗など給湯器が不要な住戸への設置に適している。

請求項４記載の集合住宅、商業施設又は店舗併用住宅によれば、家庭用コージェネレーション装置１基で、住戸群の各住戸に対して電力を供給することができるので、集合住宅におけるコージェネレーション装置の設置コストや管理コストを軽減し、省スペース化することができる。また、家庭用コージェネレーション装置が、固化酸化物燃料電池など、日々の起動停止ができない場合、本集合住宅では、最低の消費電力が高まるので有効である。

本発明の第１の実施形態に係るコージェネレーションシステムの接続方法の一例を示す概略模式図である。 本発明の第２の実施形態に係るコージェネレーションシステムの接続方法の一例を示す概略模式図である。

以下、本発明に係るコージェネレーションシステムの接続方法の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。本発明の第１の実施形態に係るコージェネレーションシステム１の接続方法は、図１に示すように、集合住宅内の複数の住戸２１（第１住戸）、２２（第２住戸）で構成される住戸群２に導入されるものであり、例えば、マンション等の１フロアや数戸の住戸で構成される小規模なアパート１棟等に導入される。このコージェネレーションシステム１は、図１に示すように、第１住戸２１に設置される家庭用コージェネレーション装置３と、第１分電盤４と、第２住戸２２に設置される給湯器５と、第２分電盤６とを備えている。

住戸群２は、第１住戸２１と第２住戸２２の２つの住戸で構成されており、例えば、第１住戸２１をファミリー世帯が居住する住戸とし、第２住戸２２をシングル世帯の住戸として利用することができる。この住戸群２のコージェネレーションシステム１では、オーナーが電力会社の商用電力系統から供給される電力及びガス事業者から供給されるガスを一括で契約している。商用電力系統から供給される電力は、図１に示すように、電気メーター７を介して第１分電盤４から分配される。また、ガス事業者から供給されるガスは、ガスメーター８を介して、第１住戸２１の家庭用コージェネレーション装置３及び第２住戸２２の給湯器５へと直接分岐されている。尚、図１では、住戸群２は、第１住戸２１と第２住戸２２の２つの住戸で構成されている例を示しているが、第２住戸２２は１戸に限定されるものではなく、複数の第２住戸２２であっても良い。

家庭用コージェネレーション装置３は、消費電力に応じて発電を行い、同時に発生した熱を利用するものであり、第１分電盤４に接続されている。この家庭用コージェネレーション装置３は、詳しくは図示しないが、例えば、従来から家庭用として利用されている１ｋＷ程度の発電モジュールで構成される燃料電池と、該燃料電池で発電された直流電力を交流電力に変換して第１住戸２１に配置される第１分電盤４に供給するインバータと、燃料電池の排熱を温水として回収して第１住戸２１の給湯や暖房等に利用するための２００リットル程度の貯湯タンク等を備えるものである。この家庭用燃料電池コージェネレーションシステムに用いられる燃料電池は、特に限定されるものでなく、例えば、固体高分子形燃料電池、固体酸化物型燃料電池等を用いることができる。また、家庭用コージェネレーション装置３で生成された温水は、第１住戸２１の熱負荷９ａのみで利用されるので、第１住戸２１での湯切れの恐れが軽減される。尚、燃料電池を利用した家庭用コージェネレーション装置３の代わりに、従来から用いられている小型ガスエンジンを利用して発電機を回して発電し、同時にガスエンジンから発生する熱を温水として回収して貯湯タンクに蓄えるもの等を利用しても良い。

第１分電盤４は、図１に示すように、家庭用コージェネレーション装置３によって発電された電力と商用電力系統から供給される電力とを系統連係して分岐出力するものである。第１住戸２１の電力負荷１０ａには、この第１分電盤４を介して家庭用コージェネレーション装置３によって発電された電力及び／又は商用電力系統から供給される電力が分配される。また、第２住戸２２の電力負荷１０ｂにも第１分電盤４を経由して電力が供給されるように、第１分電盤４の分岐ブレーカ（不図示）から第２住戸２２に配置される第２分電盤６に配線１１が接続されており、この第２分電盤６から第２住戸２２の電力負荷１０ｂに電力が供給される。従って、家庭用コージェネレーション装置３は、第１住戸２１での消費電力だけでなく、第２住戸２２での消費電力も合わせた二世帯分の消費電力に応じて稼動するので、稼動時間や出力（ｋｗ）を増やすことにより、発電量（ｋｗｈ）を増やすことができる。

また、コージェネレーションシステム１が導入される集合住宅では、詳しくは図示しないが、エネルギー制御及び電気やガスの使用状況を見える化するためのＨＥＭＳ（ホームエネルギー・マネジメントシステム）を導入している。このコージェネレーションシステム１では、各住戸２１，２２での消費電力量及び家庭用コージェネレーション装置３の発電量等を計測するために、第１分電盤４に多チャンネルのクランプ電力計を接続している。これにより、オーナーは、第１住戸２１、第２住戸２２に居住する店子の消費電力等をモニタリングすることもできるので、例えば、光熱費等を管理費に含めて定額にした際に店子が電気等を無駄に浪費していないか等を発見することができる。尚、店子に対して使用量に応じて請求する従量制の場合には、計量法で定められたメーターを追加し、このメーターによって計測した値に基づいて請求することになる。また、コージェネレーションシステム１では、家庭用コージェネレーション装置３で発電可能な電力が、第１住戸２１及び第２２住戸２２で消費される電力より大きい場合には、その電力を第１住戸２１及び第２住戸２２に供給し、家庭用コージェネレーション装置３で発電可能な電力が、第１住戸２１及び第２２住戸２２で消費される電力より小さい場合には、不足分の電力を商用電力系統から供給するよう制御している。

給湯器５は、図１に示すように、ガス事業者から供給されるガスを用いて温水を生成するものであり、第２住戸２２に設置されている。この給湯器５で生成された温水は、配管を経由して第２住戸２２の熱負荷９ｂに供給される。本発明のコージェネレーションシステム１では、このように第２住戸２２においては、家庭用コージェネレーション装置３で生成された温水ではなく、第２住戸２２に設置される給湯器５で生成された温水を利用するので、湯切れを防ぐことができる。また、第２住戸２２が複数ある場合には、各第２住戸２２にそれぞれ給湯器５を設置する。

尚、図１に示す実施形態では、給湯器５としてガス給湯器を用いた場合を示しているが、ガス給湯器の代わりに、太陽熱温水器やヒートポンプ式給湯器等を用いても良い。給湯器５として太陽熱温水器を用いた場合には、自然エネルギーである太陽熱を利用して温水を作るため、省エネルギー化を図ることができる。給湯器５として、ヒートポンプ式給湯器を用いた場合には、高効率に給湯することができるので、省エネルギー化を図ることができるとともに、電力需要を更に増やすことができるので、より家庭用コージェネレーション装置３での発電量を増やすことができる。また、その他、従来公知の電気給湯器を用いても良い。

以下、本発明に係るコージェネレーションシステム１の動作について説明する。このコージェネレーションシステム１では、第１住戸２１及び第２住戸２２での消費電力に応じて、家庭用コージェネレーション装置３は、発電を行い、同時に発生した熱を温水として回収して貯湯タンクに蓄える。そして、家庭用コージェネレーション装置３で発電された電力は、第１分電盤４を経由して第１住戸２１の電力負荷１０ａと、第１分電盤４を経由して第２分電盤６から第２住戸２２の電力負荷１０ｂへ供給される。また、家庭用コージェネレーション装置３で発電が行われていない場合には、商用電力系統から第１住戸２１の電力負荷１０ａ及び第２住戸２２の電力負荷１０ｂへと電力が供給される。また、家庭用コージェネレーション装置３で発電される電力が、第１住戸２１及び第２住戸２２で消費される電力より小さい場合には、不足分の電力が商用電力系統から供給される。

また、家庭用コージェネレーション装置３の貯湯タンクに蓄えられた温水は、必要に応じて第１住戸２１の熱負荷９ａに供給される。一方、第２住戸２２では、給湯器５で生成した温水が必要に応じて熱負荷９ｂへと供給される。尚、家庭用コージェネレーション装置３では、生成された温水が貯湯タンクの容量を超えると、所謂湯余りの状態になって燃料電池の稼動が止まるため、発電を行えなくなる。冬場は、一般的に床暖房等に温水が使用されるため、湯余りの状態は起こり難いが、夏場はエアコン等の電力需要が高まるのに対して、温水の需要が少なくなるため、湯余りが起こり易い。そこで、家庭用コージェネレーション装置３で生成された温水の利用を増やすために、第１住戸２１に熱負荷９ａとして、デシカント乾燥機、ミストサウナ、乾燥機能付きのタオル掛け等の夏場でも温水の利用が想定されるものを備えておくことが好ましい。これにより、夏場でも湯余りの状態になるのを軽減することができるので、家庭用コージェネレーション装置３の発電量を更に向上させることができる。

次に、本発明の第２の実施形態に係るコージェネレーションシステム１ａについて、図２を参照しつつ説明する。このコージェネレーションシステム１ａは、主に第１の実施形態に係るコージェネレーションシステム１に、蓄電池１２と太陽電池１３を更に備えたものであり、コージェネレーションシステム１と同様の構成等については、同一の符号を付し、その詳細な説明については省略する。

コージェネレーションシステム１ａでは、図２に示すように、蓄電池１２は、太陽電池１３によって発電された電力と商用電力系統から供給される電力を充電するように接続されて、第１住戸２１に設置されている。このように蓄電池１２を第１住戸２１に設けることにより、停電等の非常時でも蓄電池１２に蓄電された電力を、第１住戸２１の電力負荷１０ａ及び第２住戸２２の電力負荷１０ｂに供給することができる。また、太陽電池１３を備えることにより、家庭用コージェネレーション装置３で発電される電力が、第１住戸２１及び第２住戸２２で消費される電力より小さい場合には、不足分の電力を太陽電池１３で発電し蓄電池１２に蓄電した電力を用いることによって、より省エネルギー化を図ることができる。また、余った電力については電力会社に売電することもできる。尚、本実施形態では、蓄電池１２及び太陽電池１３の両方を備えた場合を示しているが、蓄電池１２又は太陽電池１３の何れか一方を備えるようにしても良い。蓄電池１２のみを備える場合には、電力が比較的な安価な深夜に商用電力系統からの電力を蓄電するようにし、家庭用コージェネレーション装置３で発電される電力の不足分を蓄電池１２から供給すれば良い。また、太陽電池１３のみを備える場合には、家庭用コージェネレーション装置３で発電される電力の不足分を太陽電池１３で発電した電力で補い、余った電力については売電するようにしても良い。

また、本実施形態では、住戸群２は、第１住戸２１と第２住戸２２の２つの住戸で構成されている例を示しているが、住戸群２は、家庭用コージェネレーション装置３の出力にもよるが、第１住戸２１を含めて、数戸で構成されることが好ましい。また、集合住宅がテナントビルやオフィスビル等であって、一部のテナント等で給湯を利用しないような場合には、そのテナントとなる第２住戸２２には、給湯器５を設置しないようにしても良い。

尚、本発明の実施の形態は上述の形態に限ることなく、本発明の思想の範囲を逸脱しない範囲で適宜変更することができる。

１、１ａ コージェネレーションシステム
２ 住戸群
２１ 第１住戸
２２ 第２住戸
３ 家庭用コージェネレーション装置
４ 第１分電盤
５ 給湯器
６ 第２分電盤

Claims (4)

1. 複数の住戸で構成される住戸群に電力を供給するコージェネレーションシステムの接続方法であり、次の（１）及び（２）の特徴を有する。
   （１）前記住戸群のうちの１つの第１住戸には、家庭用コージェネレーション装置と、前記家庭用コージェネレーション装置と商用電力系統の両方から供給される電力を分配する分電盤とを備えている。
   （２）前記住戸群のうちの前記第１住戸以外の住戸には、前記分電盤を経由して分配された電力を前記第１住戸以外の前記住戸に供給する分電盤と、家庭用コージェネレーション装置以外の給湯器とを備えている。
2. 前記給湯器は、太陽熱温水器又はヒートポンプ式給湯器であることを特徴とする請求項１に記載のコージェネレーションシステムの接続方法。
3. 前記第１住戸以外の前記住戸には、給湯器が設置されていないことを特徴とする請求項１に記載のコージェネレーションシステムの接続方法。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載のコージェネレーションシステムの接続方法を用いた１つ又は複数の住戸群を有していることを特徴とする集合住宅、商業施設又は店舗併用住宅。

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