JP4778457B2 - コージェネレーション装置 - Google Patents

Description

この発明はコージェネレーション装置に関し、より具体的には負荷をバランスさせるようにしたコージェネレーション装置に関する。

近年、商用電力系統から電気負荷に至る交流電力の給電路に内燃機関で駆動される発電機を接続し、商用電力系統と連系させて負荷に電力を供給すると共に、内燃機関の排熱を利用して生成した温水などを熱負荷に供給するようにした、いわゆるコージェネレーション装置が提案されており、その例として例えば、特許文献１記載の技術を挙げることができる。
特開２００３−１０２６１７号公報

特許文献１記載の技術においては、商用電力系統から家庭に引き込まれる、単相３線（アース接続される中性線と上下２線）からなる引き込み線を流れる電流の検出感度を上げるように構成されている。

近年は一般家庭でも単相３線の配線方式が普通となっているが、上記したコージェネレーション装置にあっては、連系して負荷に交流電力を供給するため、単相３線の商用電力系統と同様、インバータから交流電力を単相３線で出力し、その中性線の電圧を中点として上下２線との間にそれぞれ異なる負荷を接続可能としている。

商用電力系統が停電したときはコージェネレーション装置が単独で負荷に電力を供給することになるが、中性線と上下２線の間にそれぞれ接続される負荷は、実際には不定であるため、上下でバランスしないことがあって負荷に安定して電力を供給できない場合がある。その場合、インバータの出力段に変圧器を追加するなどの手法を採用すれば、負荷のアンバランスを解消することができるが、構成が複雑となり、コストアップを招く。

従って、この発明の目的は上記した課題を解決し、インバータから交流電力を単相３線で出力し、その中性線の電圧を中点として上下２線との間にそれぞれ異なる負荷を接続可能とするとき、変圧器を追加するなどの構成を不要としながら、中性線と上下２線の間にそれぞれ接続される負荷に安定して電力を供給できるようにしたコージェネレーション装置を提供することにある。

上記した課題を解決するために、請求項１にあっては、発電機と、前記発電機の出力を交流電力に変換して単相３線から出力し、その中性線の電圧を中点として上下２線との間にそれぞれ異なる電気負荷を接続可能とするインバータ回路と、前記発電機を駆動する内燃機関とを備えると共に、前記内燃機関の排熱を熱負荷に供給するコージェネレーション装置において、前記発電機と前記インバータ回路の間に介挿され、前記発電機が発電する交流電力を直流電力に変換して前記インバータ回路に出力する整流回路、前記整流回路の正端子を基準電位線を介して前記中性線に接続する第１の接続回路、前記整流回路の接地端子を前記基準電位線を介して前記中性線に接続する第２の接続回路、および前記第１、第２の接続回路を流れる電流を調整して前記中性線の電圧を所定値に制御する電圧制御部を備える如く構成した。

請求項２に係るコージェネレーション装置において、さらに、前記中性線の電圧を検出する電圧センサ、前記第１の接続回路に介挿される第１のスイッチング素子、前記第２の接続回路に介挿される第２のスイッチング素子を備え、前記電圧制御部は、前記第１、第２のスイチング素子をオン・オフさせるスイッチング動作を実行して前記第１、第２の接続回路を流れる電流を調整し、よって前記検出された電圧が前記所定値となるように制御する如く構成した。

請求項３に係るコージェネレーション装置にあっては、前記所定値は、前記整流回路の出力の中点電位に相当する固定値、または前記検出された電圧に応じて変更される可変値である如く構成した。

請求項４に係るコージェネレーション装置にあっては、前記電圧制御部は、前記インバータ回路のスイッチング周期に同期して前記スイッチング動作を実行するように構成した。

請求項１に係るコージェネレーション装置にあっては、発電機と、発電機の出力を交流電力に変換して単相３線から出力し、その中性線の電圧を中点として上下２線との間にそれぞれ異なる電気負荷を接続可能とするインバータ回路の間に介挿され、発電機が発電する交流電力を直流電力に変換して前記インバータ回路に出力する整流回路の正端子を基準電位線を介して前記中性線に接続する第１の接続回路と、整流回路の接地端子を基準電位線を介して中性線に接続する第２の接続回路とを備える如く構成したので、整流回路の接地電位と同じ電位を基準とする基準電位を生成することができ、それを中性線に接続することで中性線の電圧（電位）を所定値、即ち、整流回路の中点電位にすることができる。

また、第１、第２の接続回路を流れる電流を調整して中性線の電圧を所定値に制御する電圧制御部を備える如く構成したので、中性線に接続される電気負荷の変動によって基準電位線が中点電位からずれるときは、第１、第２の接続回路を流れる電流を調整、即ち、通電によるエネルギを利用することで、所定値に復帰させることができ、よって単相３線で配線されるときも、中性線と上下２線の間にそれぞれ接続される負荷に安定して電力を供給することができる。また、変圧器を追加するなどの構成も不要となる。尚、通電によるエネルギをより積極的に利用することで、所定値を整流回路の中点電位以外の値にすることもできる。

請求項２に係るコージェネレーション装置において、さらに、中性線の電圧を検出する電圧センサと、第１、第２の接続回路に介挿される第１、第２のスイッチング素子を備え、それらをオン・オフさせるスイッチング動作を実行して前記第１、第２の接続回路を流れる電流を調整し、よって検出された電圧が所定値となるように制御する如く構成したので、上記した効果に加え、中性線の電圧を所定値に一層確実に制御することができる。

請求項３に係るコージェネレーション装置にあっては、所定値は整流回路の出力の中点電位に相当する固定値または検出された電圧に応じて変更される可変値である如く構成したので、所定値を整流回路の出力の中点電位に相当する固定値とするときは上記したのと同じ効果を得ることができると共に、検出された電圧に応じて変更される可変値とするときは、上記した効果に加え、電気負荷の接続の自由度を向上させることができる。

請求項４に係るコージェネレーション装置にあっては、電圧制御部はインバータ回路のスイッチング周期に同期してスイッチング動作を実行する如く構成したので、上記した効果に加え、スイッチング動作によるノイズを低減することができる。

以下、添付図面に即してこの発明に係るコージェネレーション装置を実施するための最良の形態について説明する。

図１は、この発明の第１実施例に係るコージェネレーション装置を全体的に示すブロック図である。

図示の如く、コージェネレーション装置（符号１０で示す）は、商用電力系統（系統電源）１２から電気負荷１４に至る交流電力の給電路（電力線。第１の給電路）１６に、接続点１８を介して接続される発電装置２０を備える。商用電力系統１２は、単相３線からＡＣ１００／２００Ｖで５０Ｈｚ（または６０Ｈｚ）の交流電力を出力する。

発電装置２０は後述する如く比較的小出力であり、個人住宅などを使用対象とする。電気負荷１４は複数個、具体的には４個の交流電気機器１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄからなり、例えば１４ａが照明器具、１４ｂが洗濯機、１４ｃが冷蔵庫、１４ｄがエアコンディショナである。

第１の給電路１６には、商用電力系統１２の側（上流側）から順に、メインブレーカボックス２２と、第１のスイッチ２４と、配電盤２６とが配置され、その下流に電気負荷１４が接続される。メインブレーカボックス２２の内部には、過電流の通電を防止するメインブレーカ２２ａが設けられる。

第１のスイッチ２４は、図示の如く、第１の給電路１６に発電装置２０の接続点１８よりも上流側（商用電力系統１２の側）の位置に配置され、オンされるとき、商用電力系統１２は電気負荷１４および発電装置２０に接続される一方、オフされるとき、電気負荷１４などとの接続は遮断され、発電装置２０から商用電力系統１２への電力供給（逆潮流）は阻止される。

第１の給電路１６は配電盤２６内において４本の支路１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄに分岐され、対応するブレーカ２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄを介して電気負荷１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄに接続される。ブレーカ２６ａから２６ｄは、前記したメインブレーカ２２ａと同様、過電流が流れるときオフし、接続される電気負荷１４に過電流が流れるのを防止する。尚、図１に示す如く、メインブレーカボックス２２、第１のスイッチ２４あるいは配電盤２６などは端子を介して接続されるが、端子についての説明は必要な箇所を除いて省略する。

発電装置２０は、内燃機関（以下「エンジン」という）３０と、エンジン３０で駆動される発電機３２と、発電機３２に接続されるインバータ３４とを備える。

以下、発電装置２０を構成する各要素について説明すると、エンジン３０はガソリンを燃料とする水冷４サイクルの単気筒ＯＨＶ型の火花点火式のエンジンであり、例えば１６３ｃｃの排気量を備える。エンジン３０の冷却水通路（図示せず）は配管３６に接続され、配管３６はエンジン３０のマフラ４０の内部に案内された後、貯湯槽（熱負荷）４２の内部に案内される。配管３６の内部にはエンジン３０の冷却水が流通させられる。

エンジン３０の駆動によって加熱された冷却水はマフラ４０の内部を通過するとき、排気によってさらに加熱されて貯湯槽４２に送られ、熱交換によって貯留された貯留水の温度を上昇させて温水を生成する。熱交換で冷却された冷却水は、冷却水通路に戻されてエンジン３０を冷却する。

このように、エンジン３０の排熱を利用して温水などが生成される。尚、貯湯槽４２に貯留された温水は、例えば台所や風呂の給湯設備（図示せず）などの熱負荷に供給される。

発電機３２は３相の交流発電機からなり、所定の回転数で回転するように制御されるエンジン３０でロータ（図示せず）が駆動され、交流電力を出力する。発電機３２の最大発電出力は、例えば１．０ｋＷに設定される。

また、発電機３２はエンジン３０の始動装置（スタータ）としても機能する。具体的には、発電機３２のステータコイル（図示せず）は通電されるとき、ロータを回転させ、それによりロータに連結されているエンジン３０をクランキングして始動する。このように、発電機３２は、エンジン３０の始動装置としての機能と交流電力を出力するジェネレータ（オルタネータ）としての機能とを備えた、いわゆるスタータジェネレータからなる。

インバータ３４は、図示の如く、発電機３２から出力された交流を直流に整流する３相ブリッジ回路（ドライブ回路）３４ａと、３相ブリッジ回路３４ａで整流された直流を所定の電圧値まで昇圧する昇圧回路３４ｂと、昇圧された直流を交流、より具体的には商用電力系統１２と同じ周波数の単相３線１００／２００Ｖからなる交流に変換するインバータ回路３４ｃとを備える。

インバータ回路３４ｃは、Ｈブリッジに組まれたＩＧＢＴ（Insulated-Gate Bipolar Transistor）からなるスイッチング素子を複数個備えると共に（図示省略）、プレドライバ３４ｃ１とＣＰＵ（制御部）３４ｃ２を備える。ＣＰＵ３４ｃ２は、プレドライバ３４ｃ１を介してＩＧＢＴのスイッチング作用を通じて直流を交流に変換する。

インバータ３４はさらに、インバータ回路出力のノイズを除去するチョークコイル３４ｄと、第２のスイッチ３４ｅと、第２のスイッチ３４ｅによるノイズを除去するコモンコイル３４ｆと、コモンコイル出力の電流値を検出する電流センサ（ＣＴ（Current Transformer））３４ｇを備える。

第２のスイッチ３４ｅは、オンされるとき、インバータ回路出力を電気負荷１４に供給する一方、オフされるとき、その出力を遮断（カット）する。また、チョークコイル３４ｄと第２のスイッチ３４ｅの間には第２の電流センサ３４ｈが接続され、そこを流れる交流電力の電流を示す出力を生じる。

インバータ３４は、第２の給電路４４と接続点１８を介して第１の給電路１６に接続される。これにより、インバータ３４から出力される交流電力は、第２の給電路４４、接続点１８、第１の給電路１６、配電盤２６（ブレーカ２６ａ〜２６ｄ）を介して各電気負荷１４ａ〜１４ｄに供給される。尚、インバータ３４と第２の給電路４４の間にはノイズフィルタ４６が介挿され、インバータ３４の出力からノイズを除去する。

コージェネレーション装置１０はさらに、マイクロコンピュータからなる電子制御ユニット（ＥＣＵ（Electronic Control Unit））５０と、第１の給電路１６に接続された電流・電圧センサ５２とを備える。電流・電圧センサ５２は、第１の給電路１６を流れる交流電力の電圧、電流および位相（正弦波）に応じた信号を出力し、ＥＣＵ５０に送出する。

ＥＣＵ５０は電流・電圧センサ５２の出力に基づき、商用電力系統１２が第１の給電路１６を通じて交流電力を供給しているか（正常か）あるいは交流電力を供給していないか（停電か）を検出し、商用電力系統１２が交流電力を供給していない（停電）と判断されるとき、第１のスイッチ２４をオフさせて逆潮流を防止する。

また、ＥＣＵ５０は、商用電力系統１２が交流電力を供給していると共に、発電装置２０を動作させるとき、商用電力系統１２の位相などを検出し、検出値などに基づき、インバータ回路３４ｃなどの動作を制御して発電機３２を同期運転する。

コージェネレーション装置１０は、発電装置２０に加え、直流電力を貯留するバッテリ６０と、バッテリ６０に電力線６２を介して接続され、バッテリ６０の出力の昇圧などを行うＤＣ／ＤＣコンバータ部６４とを備える。

バッテリ６０は、ニッケル水素（Ｎｉ−ＭＨ）電池を適宜な個数だけ直列接続してなり、例えば１２Ｖの直流電力を貯留する。ＤＣ／ＤＣコンバータ部６４は、図示しないＩＧＢＴのスイッチング作用によって、入力された電力の電圧を所期の電圧値となるまで昇圧・降圧する第１、第２のＤＣ／ＤＣコンバータ６４ａ，６４ｂと、アノード端子がインバータ３４の出力側に、カソード端子が第２のＤＣ／ＤＣコンバータ６４ｂ側に接続されるダイオード６４ｃと、第３のスイッチ６４ｄとを備える。

バッテリ６０の出力は、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ６４ａで所定の電圧に昇圧されて第３のスイッチ６４ｄに送られる。第３のスイッチ６４ｄは、オンされるとき、バッテリ６０の出力を切替スイッチ（後述）６６に供給する一方、オフされるとき、その出力を遮断（カット）する。切替スイッチ６６は、３相ブリッジ回路３４ａに接続される第１の端子６６ａと、昇圧回路３４ｂに接続される第２の端子６６ｂの間を切り替え自在に構成される。

ＤＣ／ＤＣコンバータ部６４の第３のスイッチ６４ｄがオンされて切替スイッチ６６の第１の端子６６ａが選択されるとき、第１のＤＣ／ＤＣコンバータ６４ａで昇圧されたバッテリ６０はインバータ３４の３相ブリッジ回路３４ａに接続されて発電機３２を駆動する一方、第２の端子６６ｂが選択されるとき、昇圧回路３４ｂ（別言すれば、インバータ３４のインバータ回路３４ｃ）に接続されて発電機３２の出力と合わせて電気負荷１４に供給される。

また、インバータ３４から出力された交流電力は、所定の運転状態でダイオード６４ｃによって直流に変換されて第２のＤＣ／ＤＣコンバータ６４ｂに入力され、そこで適宜な電圧に降下させられた後、バッテリ６０に供給されて充電（チャージ）する。

図２は、インバータ３４の出力と商用電力系統１２との接続を示すブロック図である。

図示の如く、インバータ３４の端子３４ｉから出力される交流電力は、具体的にはＵ，Ｎ，Ｖからなる単相３線を介して出力され、商用電力系統１２の第１の給電路１６を通じて送られる、同様に単相３線からなる引き込み線に接続され、その中性線Ｎを中点として上下２線ＵＶとの間には電気負荷１４が接続される。インバータ３４の出力をＡＣ２００Ｖとすると、上下２線との間はＡＣ１００Ｖが割り当てられ、例えばＵ−Ｎ間には電気負荷１４ａ，１４ｂ，１４ｃが接続されると共に、Ｎ−Ｖ間には電気負荷１４ｄが接続される。

上記した如く、商用電力系統１２が停電したときはインバータ３４からのみ電気負荷に電力を供給することになるが、電気負荷１４は実際には不定であるため、例えばＵ−Ｎ間の電気負荷１４ａから１４ｃが予定される電力を超える一方、Ｎ−Ｖ間の電気負荷１４ｄが予定される電力を下回ることがあり、その場合はＵ−Ｎ側は過負荷で電圧が降下する一方、Ｎ−Ｖ側は負荷の不足による過電圧となって負荷側に出力を供給することができない。

このような場合、インバータ３４の出力端子３４ｉの後に変圧器を追加すれば、負荷のアンバランスが生じても、変圧器で出力を振り分けて出力をバランスさせることができる。しかしながら、変圧器は比較的大型であることから設置スペースが増加すると共に、コストアップを招くなどの不都合がある。また、インバータ回路３４ｃをフルブリッジ方式にすることでも負荷アンバランスを解消することができるが、同様に構成が複雑となってコストアップとなる不都合から免れ難い。

上記した点を鑑み、この実施例に係るコージェネレーション装置１０においては図１に示す如く、電圧制御回路７０を備え、それによって負荷のアンバランスを解消する如く構成した。

図３は、図１に示す電圧制御回路７０の構成を詳細に示すブロック図である。

図示の如く、電圧制御回路７０は、３相ブリッジ回路（整流回路）３４ａの正端子３４ａ１を基準電位線７０ａを介してインバータ回路３４ｃから出力される中性線Ｎに接続する第１の接続回路７０ｂと、第１の接続回路７０ｂに介挿される第１のＩＧＢＴ（第１のスイッチング素子）７０ｂ１と、３相ブリッジ回路３４ａの接地端子３４ａ２を基準電位線７０ａを介して中性線Ｎに接続する第２の接続回路７０ｃと、第２の接続回路７０ｃに介挿される第２のＩＧＢＴ（第２のスイッチング素子）７０ｃ１と、中性線Ｎの電圧、より正確には中性線Ｎに接続される基準電位線７０ａの電圧Ｖｎを検出する電圧センサ７０ｄと、プレドライバ７０ｅを介して第１、第２の接続回路７０ｂ，７０ｃを流れる電流を調整して基準電位線７０ａの電圧Ｖｎ、より具体的には中性線Ｎの電圧を所定値に制御するＣＰＵ（電圧制御部）７０ｆからなる。

ＣＰＵ７０ｆは、前記したＥＣＵ５０と同様、マイクロコンピュータからなり、インバータ回路３４ｃのＣＰＵ（制御部）３４ｃ２に接続自在に構成され、インバータ回路３４ｃのスイッチング周期に同期して第１、第２のＩＧＢＴ７０ｂ１，７０ｃ１をオン・オフさせるスイッチング動作を実行して第１、第２の接続回路７０ｂ，７０ｃを流れる電流を調整して、よって検出された電圧が所定値となるように制御する。

尚、インバータ３４において３相ブリッジ回路３４ａの正端子３４ａ１と接地端子３４ａ２の間にはコンデンサ３４ａ３が配置されて出力を平滑化する。同様な意図から、第１、第２の接続回路７０ｂ，７０ｃにもコンデンサ７０ｂ２，７０ｃ２が配置され、第１、第２のＩＧＢＴ７０ｂ１，７０ｃ２のスイッチング動作による脈流を平滑化する。基準電位線７０ａには、ノイズ除去用のチョークコイル７０ａ１が設けられる。

図３および図４では、図１に示した昇圧回路３４ｂを３相ブリッジ回路３４ａに含めて示した。尚、図３および図４では、図１に示したインバータ回路３４ｃの後段のチョークコイル３４ｄなどの図示を省略した。また、図４では、図１に示した第２のＤＣ／ＤＣコンバータ６４ｂなどの図示を省略した。また、図１では、図３および図４に示したコンデンサ３４ａ３の図示も省略した。

図４に示す如く、電圧制御回路７０は、具体的には、前記したＤＣ／ＤＣコンバータ部６４の内部に設ける。図１ではＤＣ／ＤＣコンバータ部６４の構成は簡略化して示したが、実際には図４に示すように構成される。以下説明すると、ＤＣ／ＤＣコンバータ部６４は、バッテリ６０の正端子６０ａ１を前記した第１の接続回路７０ｂに接続する第３の接続回路６４ｅと、バッテリ６０の接地端子６０ａ２を第２の接続回路７０ｃに接続する第４の接続回路６４ｆとを備える。

ＤＣ／ＤＣコンバータ部６４の第１のＤＣ／ＤＣコンバータ６４ａは、バッテリ６０の側（上流側）から順に、第３の接続回路６４ｅに配置されるノイズ除去用のチョークコイル６４ａ１と、第３，４の接続回路６４ｅ，６４ｆの間に配置されてバッテリ出力を平滑化するコンデンサ６４ａ２と、第３，４の接続回路６４ｅ，６４ｆの間に配置されて平滑化されたバッテリ出力を定電圧化するレギュレータ（調整器）６４ａ３と、入力された直流電力を交流電力に変換して出力するフルブリッジＦＥＴ回路６４ａ４と、フルブリッジＦＥＴ回路６４ａ４から出力された交流電力の電圧を所期の電圧値となるまで昇圧する変圧器６４ａ５とを備える。

第１のＤＣ／ＤＣコンバータ６４ａはさらに、変圧器６４ａ５の下流側に配置され、入力された交流電力を直流電力に変換して出力するフルブリッジＩＧＢＴ回路６４ａ６と、第３，４の接続回路６４ｅ，６４ｆの間に配置されてフルブリッジＩＧＢＴ回路６４ａ６から出力された直流電力を定電圧化するレギュレータ６４ａ７と、第３，４の接続回路６４ｅ，６４ｆの間に配置されてレギュレータ６４ａ７の出力を平滑化するコンデンサ６４ａ８と、第３の接続回路６４ｅに配置されてノイズを除去するチョークコイル６４ａ９とを備える。

上記したフルブリッジＦＥＴ回路６４ａ４とフルブリッジＩＧＢＴ回路６４ａ６には、それぞれプレドライバ６４ａ１０，６４ａ１１を介してＤＳＰ（Digital Signal Processor）６４ａ１２，６４ａ１３が接続される。ＤＳＰ６４ａ１２，６４ａ１３は、それぞれＥＣＵ５０に接続される。これにより、ＤＳＰ６４ａ１２，６４ａ１３は、プレドライバ６４ａ１０，６４ａ１１を介してフルブリッジＦＥＴ回路６４ａ４あるいはフルブリッジＩＧＢＴ回路６４ａ６のスイッチング動作を制御する。

また、第３の接続回路６４ｅにおいて、チョークコイル６４ａ９の下流側には、図示の如く、前述したダイオード６４ｃと第３のスイッチ６４ｄが配置される。

図５は、ＣＰＵ（電圧制御部）７０ｆの動作を示すフロー・チャートである。

以下説明すると、Ｓ１０において電圧センサ７０ｄを介して検出された基準電位線Ｎの電圧Ｖｎを読み出し、Ｓ１２に進み、検出された電圧Ｖｎが所定値Ｖｒｅｆ未満か否か判断する。所定値Ｖｒｅｆは、３相ブリッジ回路３４ａの出力ＤＣ２８０Ｖの中間値（ＤＣ１４０Ｖ程度）に設定される。

Ｓ１２で肯定されるときはＳ１４に進み、第１のＩＧＢＴ７０ｂ１のオン時間ＴＯＮ１を基準時間Ｔよりαだけ延長した時間とすると共に、第２のＩＧＢＴ７０ｃ１のオン時間ＴＯＮ２を基準時間Ｔとする。

Ｓ１２で否定されるときはＳ１６に進み、検出された電圧Ｖｎが所定値Ｖｒｅｆを超える否か判断し、肯定されるときはＳ１８に進み、第１のＩＧＢＴ７０ｂ１のオン時間ＴＯＮ１を基準時間Ｔとすると共に、第２のＩＧＢＴ７０ｃ１のオン時間ＴＯＮ２を基準時間Ｔよりαだけ延長した時間とする。

Ｓ１６で否定されるときは検出された電圧Ｖｎが所定値Ｖｒｅｆに等しいと判断できるので、Ｓ２０に進み、第１、第２のＩＧＢＴ７０ｂ１，７０ｃ１のオン時間ＴＯＮ１，ＴＯＮ２を共に基準時間Ｔとする。

次いでＳ２２に進み、インバータ回路３４ｃのＣＰＵ３４ｃ２が行うスイッチング周期と等しいか否か判断し、否定されるときは以降の処理をスキップすると共に、肯定されるときはＳ２４に進み、決定されたオン時間ＴＯＮ１，ＴＯＮ２で第１、第２のＩＧＢＴ７０ｂ１，７０ｃ１を駆動する。

この実施例に係るコージェネレーション装置１０にあっては、３相ブリッジ回路３４ａの正端子３４ａ１と接地端子３４ａ２を基準電位線７０ａを介して中性線Ｎに接続するように構成したので、３相ブリッジ回路３４ａの接地電位と同じ電位を基準とする基準電位を生成することができ、それを中性線Ｎに接続することで、単相３線で配電されるときも、中性線Ｎの電圧（電位）を所定値、即ち、３相ブリッジ回路３４の中点電位にすることができる。

また、中性線Ｎに接続される電気負荷１４の変動によって中性線Ｎの電圧が中点電位からずれたことが電圧センサ７０ｄの出力から検出されるときは、第１、第２の接続回路７０ｂ，７０ｃに介挿される第１、第２のＩＧＢＴ７０ｂ１，７０ｃ１をオン・オフさせるスイッチング動作を実行して第１、第２の接続回路７０ｂ，７０ｃを流れる電流を調整するようにしたので、その通電によるエネルギを利用して中性線Ｎの電圧を所定値Ｖｒｅｆ（中点電位）に復帰させることができる。例えばＤＣ１２５ＶからＤＣ１５０Ｖの範囲内であれば、ＤＣ１００Ｖに復帰させることができる。

また、第１、第２のＩＧＢＴ７０ｂ１，７０ｃ１のスイッチング動作をインバータ回路３４ｃのスイッチング周期に同期して実行する如く構成したので、上記した効果に加え、スイッチング動作によるノイズを低減することができる。

また、インバータ３４の後段に変圧器を追加する、あるいはインバータ回路３４ｃをフルブリッジにするなどの構成も不要となるので、構成としても簡易となる。さらに、電圧制御回路７０をＤＣ／ＤＣコンバータ部６４の内部に配置するようにしたので、構成としても一層簡易となる。

図６はこの発明の第２実施例に係るコージェネレーション装置の動作、より具体的にはＣＰＵ７０ｆの動作を示すフロー・チャートである。

以下説明すると、Ｓ１０において電圧センサ７０ｄを介して検出された基準電位線Ｎの電圧Ｖｎを読み出した後、Ｓ１０ａに進み、検出された電圧Ｖｎに応じて所定値Ｖｒｅｆを設定する。

例えば、検出された電圧Ｖｎが第１実施例で述べた中点電圧を超えているときは、所定値を検出値あるいはその付近の値に設定する。さらには、検出された電圧Ｖｎと無関係に設定するようにしても良い。尚、Ｓ１２以降の処理は第１実施例と異ならない。

第２実施例に係るコージェネレーション装置１０は上記のように構成したので、第１実施例で述べた効果に加え、電気負荷１４の接続の自由度を向上させることができる。

第１、第２実施例は上記の如く、発電機３２と、前記発電機３２の出力を交流電力に変換して単相３線から出力し、その中性線Ｎの電圧を中点として上下２線Ｕ，Ｖとの間にそれぞれ異なる電気負荷１４ａから１４ｄを接続可能とするインバータ回路３４ｃと、前記発電機３０を駆動する内燃機関（エンジン）３０とを備えると共に、前記内燃機関３０の排熱を熱負荷に供給するコージェネレーション装置１０において、前記発電機３０と前記インバータ回路３４ｃの間に介挿され、前記発電機３０が発電する交流電力を直流電力に変換して前記インバータ回路に出力する整流回路（３相ブリッジ回路）３４ａ、前記整流回路の正端子３４ａ１を基準電位線７０ａを介して前記中性線に接続する第１の接続回路７０ｂ、前記整流回路の接地端子３４ａ２を前記基準電位線７０ａを介して前記中性線Ｎに接続する第２の接続回路７０ｃ、および前記第１、第２の接続回路７０ｂ，７０ｃを流れる電流を調整して前記基準電位線７０ａの電圧Ｖｎ、より具体的には基準電位線７０ａに接続される中性線Ｎの電圧を所定値Ｖｒｅｆに制御する電圧制御部（ＣＰＵ）７０ｆ（Ｓ１０からＳ２４）を備える如く構成した。

さらに、前記中性線Ｎの電圧、より具体的には中性線Ｎに接続される基準電圧線７０ａの電圧Ｖｎを検出する電圧センサ７０ｄ、前記第１の接続回路に介挿される第１のスイッチング素子（ＩＧＢＴ）７０ｂ１、前記第２の接続回路に介挿される第２のスイッチング素子（ＩＧＢＴ）７０ｃ１を備え、前記電圧制御部は、前記第１、第２のスイチング素子をオン・オフさせるスイッチング動作を実行して前記第１、第２の接続回路７０ｂ，７０ｃを流れる電流を調整し、よって前記検出された電圧Ｖが前記所定値Ｖｒｅｆとなるように制御する（Ｓ１０からＳ２４）如く構成した。

また、前記所定値は、整流回路（３相ブリッジ回路）３４ａの出力の中点電位に相当する固定値、または前記検出された電圧Ｖｎに応じて変更される可変値である如く構成した。

また、前記電圧制御部（ＣＰＵ）７０ｆは、前記インバータ回路３４ｃのスイッチング周期に同期して前記スイッチング動作を実行する如く構成した。

尚、上記において、商用電力系統１２の停電が検出されないとき、エンジン３０を始動させて発電装置２０を駆動するように構成したが、電気負荷１４や熱負荷（貯湯槽４２）の使用状況に応じて発電装置２０を駆動するように構成しても良い。

また、上記した実施例において商用電力系統１２が出力する交流電力の位相を検出し、検出された位相と同じ位相の交流電力を出力するように発電装置２０を駆動したが、位相のみならず、電圧まで同一となるように発電装置２０を駆動しても良い。

また、上記した実施例において発電装置２０の駆動源（エンジン３０）としてガソリン燃料を使用するエンジンを用いるように構成したが、都市ガス・ＬＰガスを燃料とするガスエンジンなどであっても良い。

また、実施例において商用電力系統１２が出力する交流電力を１００／２００Ｖとしたが、商用電力系統が出力する交流電力が１００／２００Ｖを超えるときは、それに相応する電圧を発電装置２０から出力させることはいうまでもない。

また、発電機３２の最大発電出力、あるいはエンジン３０の排気量などを具体的な値で示したが、それらは例示であって限定されるものではないこともいうまでもない。

この発明の第１実施例に係るコージェネレーション装置を全体的に示すブロック図である。 図１に示すコージェネレーション装置のインバータの出力と商用電力系統との接続を示すブロック図である。 図１に示す電圧制御回路の構成を詳細に示すブロック図である。 図３に示す電圧制御回路を図１に示すＤＣ／ＤＣコンバータ部の内部に設けた構成を示すブロック図である。 図１に示すコージェネレーション装置において電圧制御回路の制御部の動作を示すフロー・チャートである。 この発明の第２実施例に係るコージェネレーション装置の動作を示す、図５フロー・チャートと同様のフロー・チャートである。

符号の説明

１０ コージェネレーション装置、１２ 商用電力系統、１４ 電気負荷、１６ 第１の給電路（給電路）、２４ スイッチ、３０ エンジン（内燃機関）３２ 発電機、３４ｃ インバータ回路、５０ ＥＣＵ（電子制御ユニット）、５２ 電流・電圧センサ、６０ バッテリ、７０ 電圧制御回路、 ７０ａ 基準電位線、７０ｂ 第１の接続回、７０ｂ１ 第１のＩＧＢＴ（第１のスイッチング素子）、７０ｃ 第２の接続回路、７０ｃ１ 第２のＩＧＢＴ（第２のスイッチング素子）、７０ｄ 電圧センサ、７０ｆ ＣＰＵ（電圧制御部）、Ｎ 中性線

Claims (4)

1. 発電機と、前記発電機の出力を交流電力に変換して単相３線から出力し、その中性線の電圧を中点として上下２線との間にそれぞれ異なる電気負荷を接続可能とするインバータ回路と、前記発電機を駆動する内燃機関とを備えると共に、前記内燃機関の排熱を熱負荷に供給するコージェネレーション装置において、
   ａ．前記発電機と前記インバータ回路の間に介挿され、前記発電機が発電する交流電力を直流電力に変換して前記インバータ回路に出力する整流回路、
   ｂ．前記整流回路の正端子を基準電位線を介して前記中性線に接続する第１の接続回路、
   ｃ．前記整流回路の接地端子を前記基準電位線を介して前記中性線に接続する第２の接続回路、
   および
   ｄ．前記第１、第２の接続回路を流れる電流を調整して前記中性線の電圧を所定値に制御する電圧制御部、
   を備えたことを特徴とするコージェネレーション装置。
2. さらに、
   ｅ．前記中性線の電圧を検出する電圧センサ、
   ｆ．前記第１の接続回路に介挿される第１のスイッチング素子、
   ｇ．前記第２の接続回路に介挿される第２のスイッチング素子、
   を備え、前記電圧制御部は、前記第１、第２のスイチング素子をオン・オフさせるスイッチング動作を実行して前記第１、第２の接続回路を流れる電流を調整し、よって前記検出された電圧が前記所定値となるように制御することを特徴とする請求項１記載のコージェネレーション装置。
3. 前記所定値は、前記整流回路の出力の中点電位に相当する固定値、または前記検出された電圧に応じて変更される可変値であることを特徴とする請求項２記載のコージェネレーション装置。
4. 前記電圧制御部は、前記インバータ回路のスイッチング周期に同期して前記スイッチング動作を実行することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のコージェネレーション装置。

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