JP7401052B2 - 燃料漏れ誤検知回避システム - Google Patents

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Description

本発明は、燃料漏れ誤検知回避システムに関する。
下記特許文献1には、ガス漏れ検知機能の誤作動を防止しつつガス発電装置の運転により得られる効果を向上できる制御部を備えた電力システムが開示されている。具体的には、制御部はガス発電装置の連続運転の許容期間をガス漏れ検知機能によりガス漏れと判定される期間よりも短く設定すると共に許容期間の経過時よりも所定時間前の基準時から当該経過時までの評価期間においてガス発電装置の運転による効果を予測する。ここでの効果とは、例えば、光熱費の削減効果、エコロジー効果及びユーザ快適度の向上効果等である。これにより、制御部は予測した効果に基づいて評価期間の中からガス発電装置の連続運転を停止すべき運転停止時を選定する。
特開2014-17161号公報
しかしながら、特許文献1に記載された電力システムでは、ガス発電装置は屋内等に設置された他のガス機器等と異なり長時間に亘って連続稼働されることが一般的である。また、ガス発電装置に、例えば、高温の動作温度を必要とする固体酸化物形燃料電池を利用している場合は、ガス発電装置の停止と再起動に長時間を要する。このため、ガスの供給が遮断されることで他のガス機器等が適時に使用できなくなることを防止又は抑制するために定期的にガス発電装置を停止することにより、ガス発電装置自体を適時に使用することができない場合が生じ得る。以上より、電力システムは、ガス漏れ検知機能がガス発電装置の使用するガスをガス漏れと誤検知することによりガスの供給が遮断されることを回避できることが望ましい。
本発明は、上記事実を考慮し、燃料発電装置が通常使用する燃料を燃料漏れと誤検知することを回避できる燃料漏れ誤検知回避システムを得ることを目的とする。
第1の態様に係る燃料漏れ誤検知回避システムは、建物へ供給される燃料の供給経路の上流側に設けられると共に前記供給経路を流れる当該燃料の第1流量を計測可能な供給側流量計と計測した前記第1流量のデータを出力可能な第1出力部を備え、前記第1流量が連続して所定の流量を超えている期間を計数すると共に当該期間が所定の判断期間を経過した場合に前記供給経路から前記建物の側への当該燃料の供給を遮断可能な燃料遮断装置と、前記建物に隣接して配置されると共に前記燃料遮断装置よりも下流側で前記供給経路と接続され、前記供給経路から供給される当該燃料の第2流量を計測可能な発電側流量計と計測した前記第2流量のデータを出力可能な第2出力部を備えると共に前記供給経路から供給された当該燃料を用いて発電する燃料発電装置と、前記燃料遮断装置、前記燃料発電装置及び前記建物の少なくとも1つに設けられ、前記第1出力部から出力された前記第1流量と前記第2出力部から出力された前記第2流量との流量差を演算し、当該流量差が所定量を下回る場合に前記燃料遮断装置が計数した当該期間をリセットする誤検知回避部と、を含んで構成されている。
第1の態様に係る燃料漏れ誤検知回避システムによれば、供給経路を流れる燃料の第1流量を計測可能な供給側流量計と計測した第1流量のデータを出力可能な第1出力部を備えた燃料遮断装置が設けられている。燃料遮断装置は、第1流量が連続して所定の流量を超えている期間を計数すると共に当該期間が所定の判断期間を経過した場合に供給経路から建物の側への燃料の供給を遮断することができる。また、燃料遮断装置よりも下流側において供給経路と接続され、供給経路から供給される燃料の第2流量を計測可能な発電側流量計と計測した第2流量のデータを出力可能な第2出力部を備えた燃料発電装置が設けられている。さらに、燃料遮断装置、燃料発電装置及び建物の少なくとも1つには誤検知回避部が設けられている。誤検知回避部は、第1出力部から出力された第1流量と第2出力部から出力された第2流量との流量差を演算し、流量差が所定量を下回る場合に燃料遮断装置が計数した当該期間をリセットすることができる。例えば、深夜や建物の屋内に人が不在となる場合等の燃料発電装置以外の装置に燃料が供給されない場合には、第1流量と第2流量との流量差は所定量を下回る場合が発生し得る。このため、燃料発電装置が連続して稼働する期間が所定の判断期間を経過するような場合であっても、誤検知回避部により燃料遮断装置が計数した期間をリセットすることができる。これにより、燃料発電装置が通常使用する燃料を燃料漏れと誤検知することを回避することができる。
第2の態様に係る燃料漏れ誤検知回避システムは、第1の態様において、前記第1出力部と前記第2出力部は、各々無線の通信手段を備えている。
第2の態様に係る燃料漏れ誤検知回避システムによれば、第1出力部と第2出力部は、各々無線の通信手段を備えているため、燃料遮断装置、燃料発電装置及び建物の何れかに設けられた誤検知回避部へ第1流量と第2流量のデータを送信することができる。このため、第1出力部及び第2出力部と誤検知回避部との間の配線等を必要とせず、燃料漏れ誤検知回避システムを簡便に構成することができる。また、誤検知回避部と燃料遮断装置の間と誤検知回避部と燃料発電装置の間のデータの送受信は、各々第1流量と第2流量のデータだけであることから通信回線に負荷をかけることなく高速でデータの送受信をすることができる。
第3の態様に係る燃料漏れ誤検知回避システムは、第1又は第2の態様の何れか1の態様において、前記誤検知回避部は、前記建物の屋内に配置されると共に前記燃料発電装置及び前記発電側流量計と電気的に接続され、前記燃料遮断装置及び前記建物の屋外と通信可能な発電管理システムに設けられている。
第3の態様に係る燃料漏れ誤検知回避システムによれば、誤検知回避部は建物の屋内に配置されると共に燃料発電装置と電気的に接続された発電管理システムに設けられている。誤検知回避部は、発電管理システムと電気的に接続された発電側流量計から第2流量のデータを取得すると共に発電管理システムと通信可能に構成された燃料遮断装置から第1流量のデータを取得することにより燃料漏れの誤検知を回避し得るか否かを判断することができる。さらに、誤検知回避部が燃料漏れと判断した場合は、誤検知回避部は燃料遮断装置と通信して燃料の供給を遮断させることができ、誤検知回避部が誤検知と判断した場合は、誤検知回避部は燃料遮断装置が計数した期間をリセットすることができる。これにより、発電管理システムを介して燃料漏れの有無や発電の状況を一元的に管理することができる。また、発電管理システムは、建物の屋外と通信可能に構成されているため、例えば、燃料漏れの有無や発電の状況等の情報を屋外にいるユーザに、例えば、携帯電話等にメールを送信する等の手段を用いて連絡することができる。これにより、屋外にいるユーザに迅速に燃料漏れの有無や発電の状況等の情報を連絡することができる。
以上説明したように、第1の態様に係る燃料漏れ誤検知回避システムは、燃料発電装置が通常使用する燃料を燃料漏れと誤検知することを回避することができるという優れた効果を有する。
第2の態様に係る燃料漏れ誤検知回避システムは、第1出力部及び第2出力部と判断部との間の配線等を必要とせず、燃料漏れ誤検知回避システムを簡便に構成することができるという優れた効果を有する。
第3の態様に係る燃料漏れ誤検知回避システムは、発電管理システムを介して燃料漏れの有無や発電の状況を一元的に管理することができるという優れた効果を有する。
本実施形態に係る燃料発電システムのブロック図である。 本実施形態に係る燃料発電装置のブロック図である。 本実施形態に係る燃料発電装置に供給されるガスの流量の時系列を示す図である。
以下、図1~図3を用いて、本発明に係る燃料漏れ誤検知回避システムの一実施形態について説明する。
図1には、燃料漏れ誤検知回避システム10を備えた電力システム12の一例が示されている。電力システム12は、建物としての住宅14に電力(電源)を供給するためのシステムであり、系統電源16を含んで構成されている。系統電源16は、電力会社によって管理され、交流電力を住宅14に伝送する。
系統電源16と住宅14の間は、交流電力を伝送する系統電源ライン(電線)18により接続されている。住宅14の屋外ODから屋内IDへ引き込まれた系統電源ライン18は、住宅14の屋内IDに設けられたスマートメーター20と接続されている。また、系統電源ライン18は、スマートメーター20の下流側(屋内側)において住宅14の屋内IDに設けられると共に電源を屋内に分岐配線するための分電盤22と接続されている。
スマートメーター20は、住宅14の屋内IDに無線ネットワーク(図1中の点線)によって構築された屋内ネットワーク24に接続されている。なお、以下の説明では、屋内ネットワーク24は、無線ネットワークによって構築されているとして説明するが、これに限らずイーサネット(登録商標)等を用いた有線ネットワークにより構築されてもよい。また、屋内ネットワークの一部が電力線通信(PLC)により系統電源ラインと共通化されてもよい。
スマートメーター20は、屋外ODに設けられた屋外ネットワーク26とも無線ネットワーク(図1中の点線)により接続されている。スマートメーター20は、住宅14の電力消費量を測定すると共に屋外ネットワーク26を経由して測定した電力消費量の情報を送信することができるように構成されている。また、スマートメーター20は、屋外ネットワーク26を経由して伝送される電力制御情報(デマンドレスポンス)を受信する通信装置としての機能も備えている。このため、スマートメーター20は、屋外ネットワーク26を経由して電力の供給側(電力会社等)や需要家の節電量を取りまとめる中間業者(アリゲータ)からの電力制御情報を受信することができる。
分電盤22から分岐配線された電源28は、屋内IDに設けられた図示しない複数のコンセントを介して住宅14に配置されると共に入力された電力を消費して動作する複数の電気機器30と各々接続されている。電気機器30とは、例えば、屋内IDで使用される図示しない家電機器(例えば、冷蔵庫、エアコン、照明等)である。なお、以下の説明では、複数の電気機器30が電源28と接続されているとして説明するが、これに限らず1台の電気機器だけが接続されていてもよく、1台も機器が接続されていなくてもよい。
住宅14の屋外ODには、住宅14に隣接して配置されると共に系統電源ライン18と接続された燃料発電装置40が設けられている。ここでは、燃料発電装置40には燃料電池(燃料電池スタック72)が利用されている。燃料発電装置40は、発電を行うと共に発電した電気を住宅14の屋内IDに供給する燃料電池ユニット44と、発電の際に発生する排熱を湯として貯える貯湯タンク86(図2参照)から住宅14の屋内IDに供給する熱源機46と、を含んで構成されている。
図2には、燃料発電装置40のブロック図が示されている。燃料電池ユニット44は、ホットモジュール48と、パワーコンディショナ50と、排熱回収装置52と、貯湯ユニット54と、モジュール制御部48Bと、を含んで構成されている。
燃料発電装置40には、燃料としての都市ガス又はLPガス(以下では、ガスと総称する。)が供給経路としてのガス管60を介して供給されている。ガス管60には、燃料発電装置40及び住宅14(図1参照)の上流側において燃料遮断装置としてのマイコンメータ62が設けられている。マイコンメータ62は、燃料(ガス)漏れ検知のための機能を備えたマイクロコンピューターを内蔵すると共にガスメータとしての機能を有している。マイコンメータ62の住宅14側(下流側)の端部には、ガス管60を経由して燃料発電装置40及び住宅14へ供給されるガスの流量である第1流量F1を計測するための供給側流量計66が設けられている。マイコンメータ62の内部には、通信機能を有すると共に第1流量F1のデータを他の機器へ送信可能な第1出力部62Aが備えられている。
マイコンメータ62は、ガス漏れが発生したと判断した場合には、警報を出したり、ガスの供給を遮断したりするガス漏れ検知機能を備えている。具体的には、例えば、予め定めた所定の流量以上のガスが所定の時間連続して流れ続けた場合及び所定の震度以上の地震を感知した場合等に、マイコンメータ62はガス漏れが発生したと判断する。また、マイコンメータ62の内部には、計数部62Bが設けられている。計数部62Bは、第1流量F1が所定量を連続して超えている時間を計数する。マイコンメータ62は、計数部62Bにより計数した時間が所定の判断期間を経過した場合にガス漏れが発生したと判断し、警報を出すと共にガスの供給を遮断できるように構成されている。
ホットモジュール48は、燃料処理装置70と燃料電池スタック72を含んで構成されている。燃料処理装置70と燃料電池スタック72は、内周部が図示しない断熱材で覆われた筐体部48Aの内部に配置されている。また、ホットモジュール48には、燃料処理装置70と燃料電池スタック72を保温するためのヒータ及びポンプ等の補機(共に図示省略)が設けられている。
筐体部48Aには、燃料電池ユニット44の外側(外部)と燃料電池スタック72を連結する略管状に形成された空気用配管74が設けられている。また、燃料処理装置70には、ガス管60から分岐されると共に燃料処理装置70内部にガスを送り込むための略管状に形成されたガス供給用配管76が接続されている。ガス供給用配管76には、燃料電池ユニット44に供給されるガスの流量である第2流量F2を計測可能な発電側流量計78が設けられている。また、発電側流量計78には、通信機能を有すると共に計測した第2流量F2のデータを送信可能な第2出力部78Aが設けられている。
燃料処理装置70は、ガス供給用配管76から供給されたガスと水蒸気を反応させることにより水素を抽出する。抽出された水素は、燃料処理装置70と燃料電池スタック72を連結すると共に略管状に形成された処理部配管82を介して燃料電池スタック72へ送られる。燃料電池スタック72は、燃料処理装置70から送られてきた水素と空気用配管74から流入された空気(酸素)の化学反応により発電を行う。
燃料電池スタック72には、パワーコンディショナ50が電気的に接続されている。パワーコンディショナ50は、ホットモジュール48において発電された直流電気を交流電力へ変換する。また、パワーコンディショナ50は、系統電源16と連系(系統連系)されており、系統電源ライン18を介して交流電力を出力する。
ホットモジュール48には、モジュール制御部48Bが設けられている。ホットモジュール48による発電量は、供給されるガス及び空気の量に応じて変化する。また、ホットモジュール48による発電は、系統電源16への逆潮流が生じない範囲で行われる。このため、モジュール制御部48Bは、住宅14の屋内IDに設けられた複数の電気機器30の電力消費量に合わせて燃料電池ユニット44に供給されるガス及び空気の量を制御することにより発電量を制御する。
燃料電池スタック72には、排熱回収装置52が接続されている。燃料電池スタック72による発電の際に発生する熱を帯びた排気ガスは、排熱回収装置52へ送られる。排熱回収装置52の内部には、貯湯ユニット54に設けられた略管形状の循環用配管84の一部が配置されている。循環用配管84は、その両端部が貯湯ユニット54に設けられると共に水道水を貯水(貯湯)する貯湯タンク86の両端部と各々接続されている。また、貯湯タンク86には、水道から水を供給する略管形状の水供給用配管88が接続されている。このため、水供給用配管88から供給されて貯湯タンク86へ流入した水道水は、循環用配管84へ一方の端部84Aから流入し、他方の端部84B(排熱回収装置52側の端部)から流出して再度を貯湯タンク86へ流入する。これにより、循環用配管84を通過する水道水が排熱回収装置52の内部を通過する際に、排気ガスの排熱は循環用配管84を介して水道水に熱回収(伝熱)される。また、伝熱された水道水は温度上昇するため貯湯タンク86にはお湯として貯えられる。
貯湯タンク86は、加熱器90を備えた熱源機46と給湯用配管92を介して接続されている。熱源機46には、貯湯タンク86のお湯を必要に応じて別個に流入させた水道水と混合させると共に加熱器90で温度制御した上で住宅14の屋内IDに設けられた室内給湯器94(図1参照)へ供給することができる。
図1に示されるように、屋内ネットワーク24には、発電管理システム96が接続される。発電管理システム96は、住宅14における電力消費量を管理すると共に、スマートメーター20、マイコンメータ62及び燃料発電装置40との通信可能に構成されると共にこれらの機器を制御可能に構成されている。
発電管理システム96は、屋外ネットワーク26を介して住宅14の屋外ODと通信可能に構成されている。このため、例えば、ガス漏れの有無や発電の状況等の情報を屋外にいる住宅14の居住者(図示省略)に、例えば、携帯電話等にメールを送信する等の手段を用いて連絡することができる。これにより、屋外ODにいる居住者に迅速にガス漏れの有無や発電の状況等の情報を連絡することができる。
発電管理システム96には、第1出力部62Aと通信して第1流量F1のデータを取得すると共に第2出力部78Aと通信して第2流量F2のデータを取得し、第1流量F1と第2流量F2の流量差DFを演算可能に構成された誤検知回避部98が設けられている。誤検知回避部98は、流量差DFが所定量を下回る場合に、マイコンメータ62が所定量以上のガス供給が連続しているものとして計数した期間をゼロにリセットすることができる。ここで、所定量には、例えば、供給側流量計66と発電側流量計78の計測誤差程度の微少量が設定されている。
次に、本実施形態の作用並びに効果について説明する。
図3には、第1流量F1と第2流量F2の一日(24時間)の変化の一例が示されている。図3の横軸は時間を表し、縦軸はガスの流量を表す。また、縦軸と横軸の原点(図3の左隅)は、ゼロと午前零時を各々表す。さらに、図3には、第1流量F1と第2流量F2の流量差DFの一日の変化の一例が示されている。
燃料発電装置40は一般的にモジュール制御部48Bにより発電量を制御されながら常時稼働されているため、燃料発電装置40にはガスが常時供給されている。このため、住宅14側へ向けて供給されるガスの流量(第1流量F1)及び燃料発電装置40へ向けて供給されるガスの流量(第2流量F2)は常時ゼロよりも大きい値を示している。このため、マイコンメータ62には所要量以上のガスが常時流れ続け、計数部62Bは連続してガスが流れ続ける期間を計数する。これにより、誤検知回避部98を設けない場合において計数した期間が所定の判断期間を経過した場合は、マイコンメータ62はガス漏れが発生したものと判断してガスの供給を遮断する。
住宅14には、燃料発電装置40以外の他のガス機器(図示省略)も配置されている。このため、例えば、食事や入浴の時間帯には他のガス機器が使用されるため第1流量F1と第2流量F2の流量差DFが所定量を上回る場合が生じる。これに対して、例えば、深夜や住宅14の屋内IDに居住者が不在となる場合等の燃料発電装置40以外の装置にガスが供給されない場合には、第1流量F1と第2流量F2との流量差が所定量を下回る場合が発生し得る。
ガス漏れが現実に発生する場合は、マイコンメータ62を流れるガスの第1流量F1と燃料発電装置40へ向けて供給されるガスの第2流量F2の流量差DFが所定量を上回る場合が所定の判断期間を経過しても連続することとなる。これに対して、ガス漏れが発生していない場合は、第1流量F1と第2流量F2の流量差DFは、マイコンメータ62の所定の判断期間を経過しない何れかの時点において所定量を下回る場合が生じる。
本実施形態に係る燃料漏れ誤検知回避システム10によれば、誤検知回避部98は、第1出力部62Aから出力された第1流量F1と第2出力部78Aから出力された第2流量F2との流量差DFを演算し、流量差DFが所定量を下回る場合にマイコンメータ62が計数した当該期間をゼロにリセットすることができる。このため、燃料発電装置40が連続して稼働する期間が所定の判断期間を経過するような場合であっても、誤検知回避部98によりマイコンメータ62が計数した期間をリセットすることができる。さらに、流量差DFが所定量を上回る状態が所定の判断期間を経過しても連続する場合は、マイコンメータ62はガスの供給を遮断する。これにより、燃料発電装置40が通常使用するガスをガス漏れと誤検知することを回避することができると共に実際にガス漏れが生じている場合にはマイコンメータ62はガスの供給を遮断することができる。
以上説明したように、本実施形態に係る燃料漏れ誤検知回避システム10により、燃料発電装置40が通常使用するガスをガス漏れと誤検知することを回避することができる。
さらに、本実施形態に係る燃料漏れ誤検知回避システム10によれば、第1出力部62Aと第2出力部78Aは、各々無線の通信手段を備えているため、誤検知回避部98へ第1流量F1と第2流量F2のデータを送信することができる。このため、第1出力部62A及び第2出力部78Aと誤検知回避部98との間の配線等を必要とせず、燃料漏れ誤検知回避システム10を簡便に構成することができる。また、誤検知回避部98とマイコンメータ62の間と誤検知回避部98と燃料発電装置40の間のデータの送受信は、各々第1流量F1と第2流量F2のデータだけであることから通信回線に負荷をかけることなく高速でデータの送受信をすることができる。
また、本実施形態に係る燃料漏れ誤検知回避システム10によれば、誤検知回避部98は住宅14の屋内IDに配置されると共に燃料発電装置40と電気的に接続された発電管理システム96に設けられている。誤検知回避部98は、電気的に接続された発電側流量計78から第2流量F2のデータを取得すると共に通信可能に構成されたマイコンメータ62から第1流量F1のデータを取得することによりガス漏れの誤検知を回避し得るか否かを判断することができる。さらに、誤検知回避部98がガス漏れと判断した場合は、誤検知回避部98はマイコンメータ62と通信してガスの供給を遮断させることができ、誤検知回避部98が誤検知と判断した場合は、誤検知回避部98はマイコンメータ62が計数した期間をゼロにリセットすることができる。これにより、発電管理システム96を介してガス漏れの有無や発電の状況を一元的に管理することができる。また、発電管理システム96は、住宅14の屋外ODと通信可能に構成されているため、例えば、ガス漏れの有無や発電の状況等の情報を屋外ODにいる居住者(図示省略)に、例えば、携帯電話等にメールを送信する等の手段を用いて連絡することができる。これにより、屋外にいる居住者に迅速にガス漏れの有無や発電状況等の情報を連絡することができる。
なお、ここでは、燃料発電装置40には、燃料電池(燃料電池スタック)を利用した発電装置が用いられているとして説明したが、これに限らず、燃料発電装置には、例えば、小型ガスエンジンを利用した発電装置が用いられてもよい。
さらに、ここでは、誤検知回避部98は、住宅14の屋内に配置された発電管理システム96に設けられているとして説明したが、これに限らず、誤検知回避部は、燃料遮断装置又は燃料発電装置に設けられてもよい。
また、ここでは、誤検知回避部98は、住発電管理システム96に設けられているとして説明したが、これに限らず、誤検知回避部は、住発電管理システムとは別個に設けられてもよい。
さらに、ここでは、モジュール制御部48Bと発電側流量計78は、別個に設けられているとして説明したが、これに限らず、モジュール制御部と発電側流量計は一体で設けられてもよい。
10 燃料漏れ誤検知回避システム
14 住宅(建物)
40 燃料発電装置
60 ガス管(供給経路)
62 マイコンメータ(燃料遮断装置)
62A 第1出力部
66 供給側流量計
78 発電側流量計
78A 第2出力部
96 発電管理システム
98 誤検知回避部
DF 流量差
F1 第1流量
F2 第2流量

Claims (2)

  1. 建物へ供給される燃料の供給経路の上流側に設けられると共に前記供給経路を流れる当該燃料の第1流量を計測可能な供給側流量計と計測した前記第1流量のデータを出力可能な第1出力部を備え、前記第1流量が連続して所定の流量を超えている期間を計数すると共に当該期間が所定の判断期間を経過した場合に前記供給経路から前記建物の側への当該燃料の供給を遮断可能な燃料遮断装置と、
    前記建物に隣接して配置されると共に前記燃料遮断装置よりも下流側で前記供給経路と接続され、前記供給経路から供給される当該燃料の第2流量を計測可能な発電側流量計と計測した前記第2流量のデータを出力可能な第2出力部を備えると共に前記供給経路から供給された当該燃料を用いて発電する燃料発電装置と、
    前記燃料遮断装置、前記燃料発電装置及び前記建物の少なくとも1つに設けられ、前記第1出力部から出力された前記第1流量と前記第2出力部から出力された前記第2流量との流量差を演算し、当該流量差が所定量を下回る場合に前記燃料遮断装置が計数した当該期間をリセットする誤検知回避部と、
    を含んで構成され、
    前記誤検知回避部は、前記建物の屋内に配置されると共に前記燃料発電装置及び前記発電側流量計と電気的に接続され、前記燃料遮断装置及び前記建物の屋外と通信可能な発電管理システムに設けられ、
    前記発電管理システムは、前記燃料遮断装置が前記燃料の漏れを検出した場合に前記建物の居住者が使用する携帯端末を介して当該居住者に報知可能とされている、
    燃料漏れ誤検知回避システム。
  2. 前記第1出力部と前記第2出力部は、各々無線の通信手段を備える請求項1に記載の燃料漏れ誤検知回避システム。
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Citations (4)

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