JP5231744B2

JP5231744B2 - コージェネレーション装置

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Publication number: JP5231744B2
Application number: JP2007038228A
Authority: JP
Inventors: 勉脇谷; 博之江口
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2007-02-19
Filing date: 2007-02-19
Publication date: 2013-07-10
Anticipated expiration: 2027-02-19
Also published as: JP2008206268A

Description

この発明はコージェネレーション装置に関し、より具体的には商用電力系統が停電したとき、負荷に可能な限り多くの電力を供給す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電気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。
特開平５−３２８６１５号公報

特許文献１記載の技術においては、自家用エンジン発電設備が自家発側負荷に接続されると共に、他の３個の負荷が商用電源設備（商用電力系統）と自家用エンジン発電設備に切り替え自在に接続される。自家発側負荷の運転負荷量が所定値以上の場合、他の３個の負荷は商用側電源設備に接続される一方、運転負荷量が所定値から低下するにつれて他の３個の負荷は順次自家用エンジン発電設備に接続されるように構成される。

ところで、この種のコージェネレーション装置において、商用電力系統が停電したときは、通例、コージェネレーション装置を停止させ、コージェネレーション装置の出力する電力が商用電力系統に流れ込む逆潮流を防止している。他方、停電時にも停止させることなく、コージェネレーション装置を動作させて電気負荷に電力を供給することも考えられるが、その場合、供給できる電力量の上限は当然ながらコージェネレーション装置の本来の最大出力に制限される。

従って、この発明の目的は上記した課題を解決し、商用電力系統が停電したとき、コージェネレーション装置の出力する電力が商用電力系統に流れ込む逆潮流を防止すると共に、電気負荷に可能な限り多くの電力を供給す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、商用電力系統から電気負荷に至る交流電力の給電路に接続される発電装置と前記発電装置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、直流電力を貯留するバッテリ、前記給電路に前記発電装置と並列して接続されると共に、前記バッテリの出力を昇圧しつつ交流電力に変換するＤＣ／ＡＣインバータ、前記給電路に前記発電装置と前記ＤＣ／ＡＣインバータの接続点よりも上流側の位置に配置される第１のスイッチ、前記接続点よりも下流側の位置に配置され、オンされるとき、前記発電装置からの交流電力を前記電気負荷に供給する一方、オフされるとき、前記発電装置からの交流電力を遮断する第２のスイッチ、前記接続点よりも下流側の位置に配置され、オンされるとき、前記ＤＣ／ＡＣインバータから出力される交流電力を前記電気負荷に供給する一方、オフされるとき、前記ＤＣ／ＡＣインバータからの交流電力を遮断する第３のスイッチ、前記商用電力系統の停電が検出されたとき、前記第１のスイッチをオフさせて前記発電装置から前記商用電力系統への電力供給を遮断する第１の電力供給遮断手段、前記停電が復旧したとき、前記第１のスイッチをオンさせて前記商用電力系統から前記電気負荷への電力供給を可能とする商用電力供給手段、前記停電が検出されたとき、または前記停電が復旧したとき、前記第２のスイッチをオフさせて前記発電装置から前記電気負荷への電力供給を遮断する第２の電力供給遮断手段、前記停電が検出されて前記第２のスイッチがオフされた後、前記第３のスイッチをオンさせて前記ＤＣ／ＡＣインバータから交流電力を出力させて前記電気負荷に供給する一方、前記停電が復旧したとき、前記第３のスイッチをオフさせて前記ＤＣ／ＡＣインバータからの交流電力を遮断するＤＣ／ＡＣインバータ出力手段、前記ＤＣ／ＡＣインバータが出力する交流電力の少なくとも位相を検出する位相検出手段、前記商用電力系統が出力する交流電力の少なくとも位相を検出する商用電力位相検出手段、および前記停電が検出されて前記第３のスイッチがオンされた後、前記検出された前記ＤＣ／ＡＣインバータが出力する交流電力の位相と同じ位相の交流電力を出力するように前記発電装置を駆動させる一方、前記停電が復旧し、前記第２、第３のスイッチがオフされると共に、前記第１のスイッチがオンされた後、前記検出された商用電力系統が出力する交流電力の位相と同じ位相の交流電力を出力するように前記発電装置を駆動させる発電装置駆動手段を備えると共に、前記第２の電力供給遮断手段は、前記発電装置が駆動された後、前記第２のスイッチをオンさせる如く構成した。

請求項２にあっては、前記発電装置を始動するとき、前記バッテリを前記内燃機関の始動装置に接続するバッテリ接続手段を備えるように構成した。

請求項１に係るコージェネレーション装置にあっては、商用電力系統から電気負荷に至る交流電力の給電路に接続される発電装置と、給電路に発電装置と並列して接続されると共に、直流電力を貯留したバッテリの出力を昇圧しつつ交流電力に変換するＤＣ／ＡＣインバータと、給電路に発電装置とＤＣ／ＡＣインバータの接続点よりも上流側の位置に配置される第１のスイッチとを備え、商用電力系統の停電が検出されたとき、第１のスイッチをオフさせて発電装置から商用電力系統への電力供給を遮断するように構成したので、商用電力系統が停電したとき、コージェネレーション装置の出力する電力が商用電力系統に流れ込む逆潮流を確実に防止することができる。

また、発電装置とＤＣ／ＡＣインバータの接続点よりも下流側の位置に配置され、オンされるとき、発電装置からの交流電力を電気負荷に供給する一方、オフされるとき、発電装置からの交流電力を遮断する第２のスイッチと、接続点よりも下流側の位置に配置され、オンされるとき、ＤＣ／ＡＣインバータから出力される交流電力を電気負荷に供給する一方、オフされるとき、ＤＣ／ＡＣインバータからの交流電力を遮断する第３のスイッチを備え、停電が検出されて第２のスイッチがオフされた後、第３のスイッチをオンさせてＤＣ／ＡＣインバータから交流電力を出力させて電気負荷に供給する一方、停電が復旧し、第３のスイッチをオフさせて前記ＤＣ／ＡＣインバータからの交流電力を遮断すると共に、ＤＣ／ＡＣインバータおよび商用電力系統１２が出力する交流電力の少なくとも位相を検出し、停電が検出されて第３のスイッチがオンされた後、検出されたＤＣ／ＡＣインバータが出力する交流電力の位相と同じ位相の交流電力を出力するように、即ち、同期運転を行うように発電装置を駆動させる一方、停電が復旧し、第２、第３のスイッチがオフされると共に、第１のスイッチがオンされた後、検出された商用電力系統が出力する交流電力の位相と同じ位相の交流電力を出力するよう、即ち、同期運転を行うように発電装置を駆動させ、発電装置が駆動された後、第２のスイッチをオンする如く構成したので、停電検出時における発電装置とＤＣ／ＡＣインバータ、および停電復旧時における発電装置と商用電力系統との間で確実に同期運転をさせることができると共に、電気負荷に供給されるべき電力を、ＤＣ／ＡＣインバータから出力される交流電力（換言すれば、バッテリの電力）の分だけ増加させることができる。それにより、電気負荷がコージェネレーション装置の本来の最大出力を超えるときも、超過分がバッテリの出力分の範囲内にあれば、電気負荷に必要な電力を供給することができる。

また、負荷がコージェネレーション装置の本来の最大出力を超えていないときに、突入電流によって瞬時過負荷が生じた場合にも電気負荷に安定して電力を供給することができる。

請求項２に係るコージェネレーション装置にあっては、発電装置を始動するとき、バッテリを内燃機関の始動装置に接続するように構成したので、上記した効果に加え、バッテリによって内燃機関を確実に始動することができる。

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（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と発電装置２０に接続する一方、オフされるとき、電気負荷１４などとの接続を遮断し、発電装置２０から商用電力系統１２への電力供給（逆潮流）を阻止する。尚、通常時（商用電力系統１２が停電でないとき）には、第１のスイッチ２４はオンされる。

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にはバッテリ（後述）で駆動されるスタータモータ３０ａが始動装置として設けられる。即ち、エンジン３０はバッテリで駆動されるスタータモータ３０ａによってクランキングされて始動する。

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、熱交換によってそこに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。

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と同一の周波数の単相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、ＩＧＢＴ（Insulated-Gate Bipolar Transistor）からなるスイッチング素子を複数個備え、それら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のスイッチ出力の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に接続された第１の電流・電圧センサ５２と、第２の給電路４４に接続された第２の電流・電圧センサ５４を備える。第１、第２の電流・電圧センサ５２，５４は、第１、第２の給電路１６，４４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は第１の電流・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（停電しているか）を検出すると共に、交流電力を供給しているときはその位相などを検出する。ＥＣＵ５０はまた、第２の電流・電圧センサ５４の出力に基づき、後述するＤＣ／ＡＣインバータが交流電力を供給しているか否かを検出すると共に、供給しているときはその位相などを検出する。ＥＣＵ５０は、検出値に基づき、第１のスイッチ２４、エンジン３０、インバータ回路３４ｃ、および第２のスイッチ３４ｅなどの動作を制御するが、それについては後述する。

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、切替スイッチ６３を介して接続されると共に、バッテリ６０を停電時の発電装置として用いるためのバッテリ発電回路（装置）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。切替スイッチ６３は、前記したスタータモータ３０ａに接続される第１の端子６３ａと、バッテリ発電回路６４に接続される第２の端子６３ｂの間を切り替え自在に構成される。切替スイッチ６３は、エンジン３０を始動（即ち、発電装置２０を始動）するとき、第１の端子６３ａを選択するように駆動されてバッテリ６０をスタータモータ３０ａに接続する一方、それ以外のときは第２の端子６３ｂを選択するように駆動される。

バッテリ発電回路６４は、図示しないＩＧＢＴのスイッチング作用によって、バッテリ６０の出力を昇圧しつつ交流電力に変換、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して出力するＤＣ／ＡＣインバータ６４ａと、ＩＧＢＴ（図示せず）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降圧するＤＣ／ＤＣコンバータ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、エンジン３０を始動するときはスタータモータ３０ａに送られる一方、エンジン始動時以外はＤＣ／ＡＣインバータ６４ａで所定の電圧に昇圧されつつ交流に変換された後、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、ＤＣ／ＡＣインバータ６４ａで交流に変換された電力を第２の給電路４４を介して電気負荷１４に出力（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。尚、正常時（停電ではないとき）、第３のスイッチ６４ｄはオフされる。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。

このように、ＤＣ／ＡＣインバータ６４ａも第２の給電路４４を介して第１の給電路１６に接続される。即ち、ＤＣ／ＡＣインバータ６４ａは、第１の給電路１６に発電装置２０と並列して接続され、出力する交流電力を第２の給電路４４と第１の給電路１６を通じて電気負荷１４に供給する。尚、第２の給電路４４は接続点１８で第１の給電路１６に接続されるため、第１のスイッチ２４は、発電装置２０とＤＣ／ＡＣインバータ６４ａの接続点１８よりも上流側（商用電力系統側１２の側）の位置に配置されることとなる。

次いで、上記のように構成されたコージェネレーション装置１０の動作を、図２以降を参照して説明する。

図２は、コージェネレーション装置１０、より具体的にはＥＣＵ５０の動作を示すフロー・チャートである。

以下説明すると、先ずＳ１０において商用電力系統１２が停電したか否か判断する。これは前記した第１の電流・電圧センサ５２の出力に基づいて判断する。具体的には、第１の電流・電圧センサ５２から所期の交流電力を示す信号が出力されているときは商用電力系統１２が正常と判断する一方、出力されていないときは商用電力系統１２が停電したと判断する。

Ｓ１０で否定されて商用電力系統１２が正常と判断されるときはＳ１２に進み、商用電力系統１２の出力（交流電力）の位相を第１の電流・電圧センサ５２によって検出し、Ｓ１４に進み、所定の運転条件が成立するとき、検出された商用電力系統１２の出力（交流電力）の位相と同じ位相の交流電力を出力する、即ち、同期運転を行うように、エンジン３０を始動して発電装置２０を駆動する。

図３は、発電装置２０の同期運転を説明するタイム・チャートである。

図示の如く、商用電力系統１２が正常であるときは発電装置２０を駆動し、商用電力系統１２の出力の位相と同じ位相の交流電力を出力させる。具体的には、ＥＣＵ５０は、検出した商用電力系統１２の交流電力の出力を信号線を介してインバータ回路３４ｃに入力する。インバータ回路３４ｃは、入力値と位相が一致する交流電力を出力する。

尚、エンジン３０の始動は、前述した如く、バッテリ６０の出力をエンジン３０のスタータモータ３０ａに動作電源として供給することで行われる。即ち、ＥＣＵ５０は、所定の運転条件が成立するとき、切替スイッチ６３を第１の端子６３ａが選択されるように駆動させてバッテリ６０からの直流電圧をスタータモータ３０ａに供給し、スタータモータ３０ａの駆動によってエンジン３０をクランキングして始動させる。

インバータ回路３４ｃで商用電力系統１２の交流電力と少なくとも位相で一致させられた交流電力は、第２の給電路４４、接続点１８および第１の給電路１６を介して電気負荷１４に供給される。尚、正常時（停電ではないとき）、第２のスイッチ３４ｅはオンされているものとする。

このように、商用電力系統１２が正常であって所定の運転条件が成立するときは、検出された商用電力系統１２の交流電力の位相と同じ位相の交流電力を出力する同期運転を行うように発電装置２０を駆動し、商用電力系統１２と連系させる。これにより、電気負荷１４には、商用電力系統１２の電力と発電装置２０の電力の両方が供給される。電気負荷１４は発電装置２０の出力で十分なときは発電装置２０の出力で動作すると共に、不足するときは商用電力系統１２の出力を入力して動作する。

図２フロー・チャートの説明に戻ると、Ｓ１０で肯定されて商用電力系統１２の停電と判断されるときはＳ１６に進み、第１のスイッチ２４をオフすると共に、第２のスイッチ３４ｅをオフする。即ち、第１のスイッチ２４をオフして発電装置２０から商用電力系統１２への電力供給を遮断することで、逆潮流を防止する。また、第２のスイッチ３４ｅをオフすることで、発電装置２０から電気負荷１４に供給される電力を一旦遮断する。

次いでＳ１８に進み、バッテリ発電回路６４の第３のスイッチ６４ｄをオンする。これにより、ＤＣ／ＡＣインバータ６４ａの出力（換言すれば、ＤＣ／ＡＣインバータ６４ａで昇圧されつつ交流に変換されたバッテリ６０の出力）は、第２の給電路４４、接続点１８および第１の給電路１６を介して電気負荷１４に供給される。このように、停電時には発電装置２０から商用電力系統１２への電力供給を遮断させた後、ＤＣ／ＡＣインバータ６４ａから交流電力を出力させて電気負荷１４に供給する。

次いでＳ２０に進み、ＤＣ／ＡＣインバータ６４ａの出力（交流電力）の位相を第２の電流・電圧センサ５４で検出し、Ｓ２２に進み、ＤＣ／ＡＣインバータ６４ａの出力（交流電力）の位相と同じ位相の交流電力を出力する（同期運転を行う）ように発電装置２０を駆動し、Ｓ２４に進み、第２のスイッチ３４ｅをオンする。

即ち、図３に示す如く、商用電力系統１２の停電が検出されたときは、ＤＣ／ＡＣインバータ６４ａの出力を電気負荷１４に供給した後、その出力（交流電力）の位相と同じ位相の出力を生じるように、発電装置２０を駆動する。このようにして、検出されたＤＣ／ＡＣインバータ６４ａの交流電力と少なくとも位相が一致する交流電力を出力する同期運転を行うように発電装置２０を駆動し、バッテリ６０に接続されたＤＣ／ＡＣインバータ６４ａと連系させる。従って、電気負荷１４には、ＤＣ／ＡＣインバータ６４ａからの電力と発電装置２０の電力の両方が供給、換言すれば、発電装置２０の電力にＤＣ／ＡＣインバータ６４ａからの電力分（即ち、バッテリ６０の電力分）だけ増加した電力量が供給される。

図２の説明を続けると、次いでＳ２６に進み、商用電力系統１２が復旧したか（停電が終了したか）否か判断する。この判断も、第１の電流・電圧センサ５２の出力に基づいて行われる。

Ｓ２６で否定されるときは上記判断を繰り返す一方、肯定されるときはＳ２８に進み、バッテリ発電回路６４の第３のスイッチ６４ｄをオフし、ＤＣ／ＡＣインバータ６４ａから電気負荷１４への電力供給を遮断する、即ち、バッテリ６０によるバックアップを終了する。次いでＳ３０に進み、第２のスイッチ３４ｅをオフし、発電装置２０から電気負荷１４に供給される電力を一旦遮断する。

次いで、Ｓ３２に進み、第１のスイッチ２４をオンして商用電力系統１２から出力された交流電力を電気負荷１４に供給する。次いでＳ３４に進み、商用電力系統１２の出力（交流電力）の位相を検出し、Ｓ３６に進み、所定の運転条件が成立するとき、図３に示す如く、検出された商用電力系統１２の交流電力の位相と同じ位相の交流電力を出力する、即ち、同期運転を行うように発電装置２０を駆動し、Ｓ３８に進んで第２のスイッチ３４ｅをオンする。これにより、電気負荷１４には、商用電力系統１２の電力と発電装置２０の電力の両方が供給される。

上記した如く、この発明の実施例にあっては、商用電力系統１２から電気負荷１４に至る交流電力の給電路（第１の給電路）１６に接続される発電装置２０と前記発電装置２０（より具体的にはその発電機３２）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（貯湯槽４２）に供給するコージェネレーション装置１０において、直流電力を貯留するバッテリ６０、前記給電路１６に前記発電装置２０と並列して接続されると共に、前記バッテリ６０の出力を昇圧しつつ交流電力に変換するＤＣ／ＡＣインバータ６４ａ、前記給電路１６に前記発電装置２０と前記ＤＣ／ＡＣインバータ６４ａの接続点１８よりも上流側の位置に配置される第１のスイッチ２４、前記接続点１８よりも下流側の位置に配置され、オンされるとき、前記発電装置２０からの交流電力を前記電気負荷１４に供給する一方、オフされるとき、前記発電装置２０からの交流電力を遮断する第２のスイッチ３４ｅ、前記接続点１８よりも下流側の位置に配置され、オンされるとき、前記ＤＣ／ＡＣインバータ６４ａから出力される交流電力を前記電気負荷１４に供給する一方、オフされるとき、前記ＤＣ／ＡＣインバータ６４ａからの交流電力を遮断する第３のスイッチ６４ｄ、前記商用電力系統１２の停電が検出されたとき、前記第１のスイッチ２４をオフさせて前記発電装置２０から前記商用電力系統１２への電力供給を遮断する第１の電力供給遮断手段（ＥＣＵ５０。Ｓ１６）、前記停電が復旧したとき、前記第１のスイッチ２４をオンさせて前記商用電力系統１２から前記電気負荷１４への電力供給を可能とする商用電力供給手段（ＥＣＵ５０。Ｓ３２）、前記停電が検出されたとき、または前記停電が復旧したとき、前記第２のスイッチ３４ｅをオフさせて前記発電装置２０から前記電気負荷１４への電力供給を遮断する第２の電力供給遮断手段（ＥＣＵ５０。Ｓ１６，Ｓ３０）、前記停電が検出されて前記第２のスイッチ３４ｅがオフされた後、前記第３のスイッチ６４ｄをオンさせて前記ＤＣ／ＡＣインバータ６４ａから交流電力を出力させて前記電気負荷１４に供給する一方、前記停電が復旧したとき、前記第３のスイッチ６４ｄをオフさせて前記ＤＣ／ＡＣインバータ６４ａからの交流電力を遮断するＤＣ／ＡＣインバータ出力手段（ＥＣＵ５０。Ｓ１８，Ｓ２８）、前記ＤＣ／ＡＣインバータ６４ａが出力する交流電力の少なくとも位相を検出する位相検出手段（第２の電流・電圧センサ５４、ＥＣＵ５０。Ｓ２０）、前記商用電力系統１２が出力する交流電力の少なくとも位相を検出する商用電力位相検出手段（第１の電流・電圧センサ５２、ＥＣＵ５０。Ｓ３４）、および前記停電が検出されて前記第３のスイッチ６４ｄがオンされた後、前記検出された前記ＤＣ／ＡＣインバータ６４ａが出力する交流電力の位相と同じ位相の交流電力を出力するように前記発電装置２０を駆動させる一方、前記停電が復旧し、前記第２、第３のスイッチ３４ｅ，６４ｄがオフされると共に、前記第１のスイッチ２４がオンされた後、前記検出された商用電力系統１２が出力する交流電力の位相と同じ位相の交流電力を出力するように前記発電装置２０を駆動させる発電装置駆動手段（ＥＣＵ５０。Ｓ２２，Ｓ２４，Ｓ３６，Ｓ３８）を備えると共に、前記第２の電力供給遮断手段は、前記発電装置２０が駆動された後、前記第２のスイッチ３４ｅをオンさせる如く構成した。

このように、商用電力系統１２から電気負荷１４に至る交流電力の給電路１６に接続される発電装置２０と、給電路１６に発電装置２０と並列して接続されると共に、直流電力を貯留したバッテリ６０の出力を昇圧しつつ交流電力に変換するＤＣ／ＡＣインバータ６４ａと、給電路１６に発電装置２０とＤＣ／ＡＣインバータ６４ａの接続点１８よりも上流側の位置に配置される第１のスイッチ２４とを備え、商用電力系統１２の停電が検出されたとき、第１のスイッチ２４をオフさせて発電装置２０から商用電力系統１２への電力供給を遮断するように構成したので、商用電力系統１２が停電したとき、コージェネレーション装置１０の出力する電力が商用電力系統１２に流れ込む逆潮流を確実に防止することができる。

また、発電装置２０とＤＣ／ＡＣインバータ６４ａの接続点１８よりも下流側の位置に配置され、オンされるとき、発電装置２０からの交流電力を電気負荷に供給する一方、オフされるとき、発電装置２０からの交流電力を遮断する第２のスイッチ３４ｅと、接続点１８よりも下流側の位置に配置され、オンされるとき、ＤＣ／ＡＣインバータ６４ａから出力される交流電力を電気負荷１４に供給する一方、オフされるとき、ＤＣ／ＡＣインバータ６４ａからの交流電力を遮断する第３のスイッチ６４ｄを備え、停電が検出されて第２のスイッチ３４ｅがオフされた後、第３のスイッチ６４ｄをオンさせてＤＣ／ＡＣインバータ６４ａから交流電力を出力させて電気負荷１４に供給する一方、停電が復旧し、第３のスイッチ６４ｄをオフさせて前記ＤＣ／ＡＣインバータ６４ａからの交流電力を遮断すると共に、ＤＣ／ＡＣインバータ６４ａおよび商用電力系統１２が出力する交流電力の少なくとも位相を検出し、停電が検出されて第３のスイッチ６４ｄがオンされた後、検出されたＤＣ／ＡＣインバータ６４ａが出力する交流電力の位相と同じ位相の交流電力を出力するように、即ち、同期運転を行うように発電装置２０を駆動させる一方、停電が復旧し、第２、第３のスイッチ３４ｅ，６４ｄがオフされると共に、第１のスイッチ２４がオンされた後、検出された商用電力系統１２が出力する交流電力の位相と同じ位相の交流電力を出力するよう、即ち、同期運転を行うように発電装置２０を駆動させ、発電装置が駆動された後、第２のスイッチ３４ｅをオンする如く構成したので、停電検出時における発電装置２０とＤＣ／ＡＣインバータ６４ａ、および停電復旧時における発電装置２０と商用電力系統１２との間で確実に同期運転をさせることができると共に、電気負荷１４に供給されるべき電力を、ＤＣ／ＡＣインバータ６４ａから出力される交流電力（換言すれば、バッテリ６０の電力）の分だけ増加させることができる。それにより、電気負荷１４がコージェネレーション装置１０の本来の最大出力を超えるときも、超過分がバッテリ６０の出力分の範囲内にあれば、電気負荷１４に必要な電力を供給することができる。

また、負荷がコージェネレーション装置１０の本来の最大出力を超えていないときに、突入電流によって瞬時過負荷が生じた場合にも電気負荷１４に安定して電力を供給することができる。

また、前記発電装置２０を始動するとき、前記バッテリ６０を前記内燃機関３０の始動装置（スタータモータ）３０ａに接続するバッテリ接続手段（切替スイッチ６３。ＥＣＵ５０。Ｓ１４，Ｓ２２）を備えるように構成したので、バッテリ６０によって内燃機関３０を確実に始動することができる。また、例えばエンジンの始動用としてバッテリを既に備えているコージェネレーション装置にあっては、そのバッテリにＤＣ／ＡＣインバータ６４ａ（バッテリ発電回路６４）を接続すると共に、ＤＣ／ＡＣインバータ６４ａの出力側を第２の給電路４４に接続するだけで、電気負荷１４に供給されるべき電力を増加させることも可能となる。即ち、バッテリを新たに設けることなく、電気負荷１４に供給されるべき電力を増加させることも可能となる。

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ＤＣ／ＡＣインバータ６４ａあるいは商用電力系統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。その意味で、特許請求の範囲などで「少なくとも位相」と記載した。

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、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やＤＣ／ＡＣインバータ６４ａ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動作を表すフロー・チャートである。図１に示す発電装置の同期運転を説明するタイム・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１４、１６第１の給電路（給電路）、１８接続点、２０発電装置、２４第１のスイッチ（スイッチ）、３０エンジン（内燃機関）、３０ａスタータモータ（（内燃機関の）始動装置）、３２発電機、４２貯湯槽（熱負荷）、５０ＥＣＵ（電子制御ユニット）、５４第２の電流・電圧センサ、６０バッテリ、６３切替スイッチ、６４ａＤＣ／ＡＣインバータ

Claims

商用電力系統から電気負荷に至る交流電力の給電路に接続される発電装置と前記発電装置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．直流電力を貯留するバッテリ、
ｂ．前記給電路に前記発電装置と並列して接続されると共に、前記バッテリの出力を昇圧しつつ交流電力に変換するＤＣ／ＡＣインバータ、
ｃ．前記給電路に前記発電装置と前記ＤＣ／ＡＣインバータの接続点よりも上流側の位置に配置される第１のスイッチ、
ｄ．前記接続点よりも下流側の位置に配置され、オンされるとき、前記発電装置からの交流電力を前記電気負荷に供給する一方、オフされるとき、前記発電装置からの交流電力を遮断する第２のスイッチ、
ｅ．前記接続点よりも下流側の位置に配置され、オンされるとき、前記ＤＣ／ＡＣインバータから出力される交流電力を前記電気負荷に供給する一方、オフされるとき、前記ＤＣ／ＡＣインバータからの交流電力を遮断する第３のスイッチ、
ｆ．前記商用電力系統の停電が検出されたとき、前記第１のスイッチをオフさせて前記発電装置から前記商用電力系統への電力供給を遮断する第１の電力供給遮断手段、
ｇ．前記停電が復旧したとき、前記第１のスイッチをオンさせて前記商用電力系統から前記電気負荷への電力供給を可能とする商用電力供給手段、
ｈ．前記停電が検出されたとき、または前記停電が復旧したとき、前記第２のスイッチをオフさせて前記発電装置から前記電気負荷への電力供給を遮断する第２の電力供給遮断手段、
ｉ．前記停電が検出されて前記第２のスイッチがオフされた後、前記第３のスイッチをオンさせて前記ＤＣ／ＡＣインバータから交流電力を出力させて前記電気負荷に供給する一方、前記停電が復旧したとき、前記第３のスイッチをオフさせて前記ＤＣ／ＡＣインバータからの交流電力を遮断するＤＣ／ＡＣインバータ出力手段、
ｊ．前記ＤＣ／ＡＣインバータが出力する交流電力の少なくとも位相を検出する位相検出手段、
ｋ．前記商用電力系統が出力する交流電力の少なくとも位相を検出する商用電力位相検出手段、
および
ｌ．前記停電が検出されて前記第３のスイッチがオンされた後、前記検出された前記ＤＣ／ＡＣインバータが出力する交流電力の位相と同じ位相の交流電力を出力するように前記発電装置を駆動させる一方、前記停電が復旧し、前記第２、第３のスイッチがオフされると共に、前記第１のスイッチがオンされた後、前記検出された商用電力系統が出力する交流電力の位相と同じ位相の交流電力を出力するように前記発電装置を駆動させる発電装置駆動手段、
を備えると共に、前記第２の電力供給遮断手段は、前記発電装置が駆動された後、前記第２のスイッチをオンさせることを特徴とするコージェネレーション装置。
ｍ．前記発電装置を始動するとき、前記バッテリを前記内燃機関の始動装置に接続するバッテリ接続手段、
を備え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。