熱電併給システム
【課題】 自立運転用の始動用電源の小型化を図り、低コストで自立運転可能な熱電併給システムを提供する。
【解決手段】 発電部１１，１２、電力貯蔵部１６、発電部を始動する発電始動部１４、発電部または電力貯蔵部から電力供給されて交流出力する交流出力部１５、冷却液の循環により発電部から排熱回収する排熱回収冷却液循環配管２２、前記冷却液を循環させる電動冷却液ポンプ３３、排熱回収した冷却液と熱交換して利用する排熱利用部、及び、制御部１８を備えてなる熱電併給システムであって、制御部が、自立運転開始時に、電力貯蔵部から交流出力部を介して電動冷却液ポンプに電力供給して冷却液の循環を開始させてから、電力貯蔵部から発電始動部に電力供給して発電部を始動させ、発電部から交流出力部に電力供給可能になった後に、発電部から交流出力部を介して電動冷却液ポンプを含む自立運転時電力負荷への電力供給を開始する。
【解決手段】 発電部１１，１２、電力貯蔵部１６、発電部を始動する発電始動部１４、発電部または電力貯蔵部から電力供給されて交流出力する交流出力部１５、冷却液の循環により発電部から排熱回収する排熱回収冷却液循環配管２２、前記冷却液を循環させる電動冷却液ポンプ３３、排熱回収した冷却液と熱交換して利用する排熱利用部、及び、制御部１８を備えてなる熱電併給システムであって、制御部が、自立運転開始時に、電力貯蔵部から交流出力部を介して電動冷却液ポンプに電力供給して冷却液の循環を開始させてから、電力貯蔵部から発電始動部に電力供給して発電部を始動させ、発電部から交流出力部に電力供給可能になった後に、発電部から交流出力部を介して電動冷却液ポンプを含む自立運転時電力負荷への電力供給を開始する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外部から燃料供給を受けて電力と熱を併給可能な熱電併給システムに関し、特に、家庭用の熱電併給システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
家庭用の熱電併給システムの一例として、図４に示すように、外部から燃料供給を受けて発電する発電ユニット１０と、冷却液の循環により発電ユニット１０が発電時に発生する排熱を回収して発電ユニット１０を冷却する排熱回収冷却液循環配管２２と、貯湯タンク２１と、貯湯タンク２１の温水を循環させる温水循環配管２３と、排熱回収冷却液循環配管２２と温水循環配管２３の間で熱交換を行う排熱回収熱交換器２４と、発電ユニット１０の運転と排熱回収冷却液循環配管２２と温水循環配管２３の循環を制御する制御装置８０を備えて構成された熱電併給システムがある（例えば、下記の特許文献１参照）。尚、発電ユニットとしては、ガスエンジンと発電機を備えた構成のものや、燃料電池を備えた構成のものがある。
【０００３】
更に、家庭用の熱電併給システムは、一般的に、発電ユニットと商用交流電源と系統連系させ、電力負荷に対して発電ユニットの発電電力で不足する電力を商用交流電源からの電力供給で賄うように構成されている。このため、系統電源の停電時に熱電併給システムの発電ユニットを始動可能に構成することで、電力負荷への継続的な電力供給が可能となる（例えば、下記の特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２４８９０５号公報
【特許文献２】特開２００４−２４２４５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、系統電源正常時に充電しておいた蓄電池等の始動用電源の貯蔵電力を利用して、系統電源の停電時に発電ユニットを始動させ自立運転可能に構成された熱電併給システムでは、以下の理由から始動用電源の容量に対して設計余裕度を大きく取る必要があり、始動用電源の大型化及び製造コストの高騰を余儀なくされていた。
【０００６】
始動用電源の大容量化の理由として、発電ユニットの冷間時始動において、始動用電源によるクランキング動作が繰り返し必要となる点、或いは、冷間時始動後に安定的に定格発電出力に至るまでに暖機運転が必要となり、また、発電ユニットのオーバーヒート（温度過昇）を防止するために、発電ユニットの排熱を放熱器により強制的に大気に放熱させる、或いは、排熱回収冷却液循環配管や温水循環配管等の排熱回収系統の循環ポンプ等の補機類を作動させて発電ユニットの排熱を回収する必要がある点等が挙げられる。
【０００７】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、自立運転用の始動用電源の小型化を図り、低コストで自立運転可能な熱電併給システムを提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための本発明に係る熱電併給システムは、外部から燃料供給を受けて発電する発電部と、外部の商用交流電源または前記発電部から電力供給を受けて電力貯蔵する電力貯蔵部と、前記商用交流電源または前記電力貯蔵部から電力供給を受けて前記発電部を始動する発電始動部と、前記発電部または前記電力貯蔵部から電力供給を受けて交流電力を出力可能な交流出力部と、冷却液の循環により前記発電部が発電時に発生する排熱を回収して前記発電部を冷却する排熱回収冷却液循環配管と、前記排熱回収冷却液循環配管の前記冷却液を循環させる電動冷却液ポンプと、前記排熱回収冷却液循環配管の前記冷却液と熱交換することで、前記排熱を利用する排熱利用部と、前記発電部が前記商用交流電源から独立して自立運転する場合の制御を行う制御部と、を備えてなる熱電併給システムであって、前記制御部が、前記自立運転の開始時に、前記電力貯蔵部から前記交流出力部を介して前記電動冷却液ポンプに電力供給して前記電動冷却液ポンプを作動させ前記冷却液の循環を開始させてから、前記電力貯蔵部から前記発電始動部に電力供給して前記発電部を始動させ、前記発電部から前記交流出力部に電力供給可能になった後に、前記発電部から前記交流出力部を介して前記電動冷却液ポンプを含む自立運転時の電力供給対象である自立運転時電力負荷に交流電力の供給を開始する制御を行うことを第１の特徴とする。
【０００９】
上記第１の特徴の熱電併給システムによれば、自立運転の開始時に、発電部が始動して交流出力部に電力供給可能になるまでの間に、電力貯蔵部が交流出力部を介して電力供給するのが、発電始動部と、発電部のオーバーヒートを防止するために最小限必要な電動冷却液ポンプに限定されるため、電力貯蔵部の電気容量を最小限に抑えることができ、従来のように設計余裕度を大きく設定する必要がなく、電力貯蔵部の小型化が図れ、製造コストの低廉化が図れる。また、発電部の始動時には、電動冷却液ポンプが作動して、排熱回収冷却液循環配管内に冷却液が滞留することなく循環するので、自立運転の開始時の発電部がたとえ温間状態であっても、例えば運転状態にあった発電部が停止してからの経過時間が短いために温間状態が継続している場合であっても、始動直後に発電部が一時的にもオーバーヒートして誤作動或いは故障に至るのを回避できる。
【００１０】
更に、少なくとも自立運転の開始時には、排熱利用部を作動させずとも、発電部の排熱を排熱回収冷却液循環配管の冷却液の循環だけで回収できるため、放熱器が不要となり、放熱器を別途追加することによる製造コストの高騰を抑制できる。また、一旦発電部が始動すれば、排熱利用部の補機類への電力供給が可能となるため、排熱利用部を有効に利用した排熱回収が可能となる。
【００１１】
更に、本発明に係る熱電併給システムは、上記第１の特徴に加えて、前記発電部が冷間状態か温間状態かを検出する発電部温冷状態検出部を備え、前記制御部が、前記自立運転の開始時に、前記発電部温冷状態検出部の検出出力に基づいて、前記発電部が温間時には、前記電力貯蔵部から前記交流出力部を介して前記電動冷却液ポンプに電力供給して前記電動冷却液ポンプを作動させ前記冷却液の循環を開始させてから、前記電力貯蔵部から前記発電始動部に電力供給して前記発電部を始動させ、前記発電部から前記交流出力部に電力供給可能になった後に、前記発電部から前記交流出力部を介して前記電動冷却液ポンプを含む自立運転時の電力供給対象である自立運転時電力負荷に交流電力の供給を開始する制御を行い、前記発電部が冷間時には、前記電力貯蔵部から前記発電始動部に電力供給して前記発電部を始動させてから、前記電力貯蔵部から前記交流出力部を介して前記電動冷却液ポンプに電力供給して前記電動冷却液ポンプを作動させ前記冷却液の循環を開始させ、前記発電部の暖機運転終了後に、前記発電部から前記交流出力部を介して前記電動冷却液ポンプを含む自立運転時の電力供給対象である自立運転時電力負荷に交流電力の供給を開始する制御を行うことを第２の特徴とする。
【００１２】
上記第２の特徴の熱電併給システムによれば、発電部温冷状態検出部を備えることで、発電部が温間時には第１の特徴と同様に、自立運転を開始でき、発電部が冷間時には、発電部の始動に、クランキングを繰り返す等で時間を要するために、温間時に比べて電力貯蔵部の電気容量の設計余裕度を大きくしなければならないが、冷間時には発電部が始動直後にオーバーヒートする危険性は温間時に比べて低いため、電動冷却液ポンプの作動タイミングを遅らせることで、電動冷却液ポンプへの電力供給量を抑制できるので、電力貯蔵部の電気容量の設計余裕度を更に低く抑えることができる。
【００１３】
更に、本発明に係る熱電併給システムは、上記第１または第２の特徴に加えて、前記商用交流電源の停電を検出する停電検出部を備え、前記交流出力部が、前記商用交流電源と系統連系して所定の系統連系時電力負荷に電力供給可能、且つ、前記商用交流電源の停電検出時には前記系統連系を遮断可能に構成されていることを第３の特徴とする。
【００１４】
更に、第３の特徴の熱電併給システムによれば、商用交流電源と系統連系して所定の系統連系時電力負荷に電力供給可能であるとともに、商用交流電源の停電検出時には商用交流電源から遮断された状態で自立運転に移行することで、自立運転時電力負荷に電力供給が可能である。従って、系統停電時においても、自立運転時電力負荷へ電力供給し、発電部の排熱を回収して排熱利用部において所定の熱負荷に対して熱供給することが可能となる。
【００１５】
更に、本発明に係る熱電併給システムは、上記第３の特徴に加えて、前記交流出力部が、前記商用交流電源と系統連系可能で、系統連系時に交流電力を出力する第１交流出力部と、前記商用交流電源から独立した自立運転時に交流電力を出力する第２交流出力部とを備えて構成されていることを第４の特徴とする。
【００１６】
また、第４の特徴の熱電併給システムによれば、交流出力部として系統連系可能な第１交流出力部だけを備え、自立運転を想定していなかった熱電併給システムに対して、交流出力部の設計を変更することなく、第２交流出力部を追加するだけで、系統停電時において自立運転可能な熱電併給システムを提供できる。
【００１７】
更に、本発明に係る熱電併給システムは、上記何れかの特徴に加えて、前記制御部が、前記発電部から前記交流出力部を介して前記自立運転時電力負荷に交流電力の供給を開始した後に、前記自立運転時電力負荷が過負荷状態にあることを検知した場合、前記電動冷却液ポンプを少なくとも除く前記自立運転時電力負荷への電力供給を遮断する制御を行うことを第５の特徴とする。
【００１８】
また、第５の特徴の熱電併給システムによれば、自立運転時電力負荷が過負荷状態の場合に、発電部の作動を停止して、過負荷状態が解消後に再始動させると、電力貯蔵部の電気容量に対する設計余裕度を大きく設定する必要があるところ、電動冷却液ポンプを作動状態のまま冷却液を循環させ、発電部をオーバーヒートさせずに作動を維持させているため、発電部を再始動させる必要がなく、電力貯蔵部の電気容量に対する設計余裕度を低く抑制できる。
【００１９】
更に、本発明に係る熱電併給システムは、上記第５の特徴に加えて、前記制御部が、前記自立運転時電力負荷が過負荷状態にあることを検知した場合、当該過負荷状態を前記自立運転時電力負荷の使用者に報知するための信号を所定の出力端末に出力することを第６の特徴とする。
【００２０】
また、第６の特徴の熱電併給システムによれば、過負荷状態の自立運転時電力負荷への電力供給が遮断された後に、使用者による過負荷状態の解消を促すことができるため、過負荷状態の解消された状態で交流出力部からの自立運転時電力負荷への電力供給を再開させることが可能となる。この場合、発電部は作動状態であるので、再始動させる必要はない。
【００２１】
更に、本発明に係る熱電併給システムは、上記第５または第６の特徴に加えて、前記電動冷却液ポンプを少なくとも除く前記自立運転時電力負荷が複数に区分され、前記区分毎に前記交流出力部からの電力供給を遮断可能に構成され、前記制御部が、前記自立運転時電力負荷が過負荷状態にあることを検知した場合、前記電動冷却液ポンプを少なくとも除く前記自立運転時電力負荷への電力供給を、前記過負荷状態が解消されるまで、前記区分毎に段階的に遮断する制御を行うことを第７の特徴とする。
【００２２】
上記第７の特徴の熱電併給システムによれば、自立運転時電力負荷が過負荷状態の場合に、過負荷状態にならない限度での自立運転時電力負荷への電力供給が自動的に実現できる。例えば、優先順位の低い区分から電力供給を遮断することで、優先順位の高い自立運転時電力負荷への電力供給を最低限確保することが可能となる。
【００２３】
更に、本発明に係る熱電併給システムは、上記第５または第６の特徴に加えて、前記制御部が、前記自立運転時電力負荷が過負荷状態にあることを検知した場合、前記電動冷却液ポンプを少なくとも除く前記自立運転時電力負荷への電力供給を一時的に遮断する制御を、一定期間或いは前記過負荷状態が解消されるまで繰り返すことを第８の特徴とする。
【００２４】
上記第８の特徴の熱電併給システムによれば、一時的に自立運転時電力負荷が過負荷状態になっている場合には、当該一時的な過負荷状態が解消されると、過負荷状態が解消された自立運転時電力負荷への電力供給が自動的に再開できる。また、自立運転時電力負荷への電力供給を一時的に遮断する時間を、例えば、０．１秒程度に設定することで、瞬時停電後に元の状態に復帰可能な電気製品等では、自立運転時電力負荷への電力供給遮断の影響を見かけ上なくすことができ、使用者に与える電力供給遮断の影響を軽減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明に係る熱電併給システム（以下、適宜「本発明システム」と略称する）の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２６】
図１は、本発明システム１の電力供給に係るシステム構成を示すブロック図である。図２は、本発明システム１の排熱回収及び給湯及び暖房負荷に対する熱供給に係るシステム構成を示すブロック図である。
【００２７】
図１及び図２に示すように、本発明システム１は、外部から燃料供給を受けて発電する発電ユニット１０と、発電ユニット１０の運転時に発生する排熱を回収して給湯負荷７０と暖房端末７１に供給する排熱利用給湯暖房ユニット２０を備えて構成される。
【００２８】
図１に示すように、発電ユニット１０は、都市ガスを燃料として作動するガスエンジン１１、ガスエンジン１１によって駆動される発電機１２、発電機１２の発電電力を所定の電気方式の出力電圧と周波数の交流電力に変換するインバータ１３、電力貯蔵装置としての蓄電池１６、蓄電池１６の入出力端末とインバータ１３の内部ノードＮ０の間で双方向に電圧変換を行なうＤＣ／ＤＣコンバータ１７、発電ユニット１０の運転並びに出力制御を行う発電制御装置１８、及び、ガスエンジン１１の排熱との熱交換により冷却水を加熱して排熱利用給湯暖房ユニット２０側に供給する熱交換器１９を備えて構成されている。排熱利用給湯暖房ユニット２０には、熱交換器１９で回収された排熱を利用する排熱利用部２０ａが設けられており、熱交換器１９と排熱利用部２０ａの間に、排熱回収冷却液循環配管２２と、排熱回収冷却液循環配管２２内の冷却液を循環させる循環ポンプ（電動冷却液ポンプ）３３が備えられ、熱交換器１９で回収された排熱が排熱利用部２０ａに伝達される構成となっている。
【００２９】
また、インバータ１３は、発電機１２の出力端の交流電力と内部ノードＮ０の直流電力の間で双方向変換を行なうＡＣ／ＤＣコンバータ１４と、内部ノードＮ０の直流電力を交流電力に変換する双方向ＤＣ／ＡＣコンバータ１５を備えて構成される。
【００３０】
本実施形態では、発電ユニット１０は一般家庭用に単相３線式正弦波出力の１００Ｖ／２００Ｖを出力する。本実施形態では、発電ユニット１０の発電電力は、商用交流電源（単相３線式１００Ｖ／２００Ｖ）６０と系統連系して、電力負荷６１，６２及び排熱利用給湯暖房ユニット２０に電力供給可能に構成されている。具体的には、発電ユニット１０は、商用交流電源６０が停電していない正常時（系統正常時）には、電力端子１０ａから単相３線式１００Ｖ／２００Ｖを出力し、商用交流電源６０の停電時（系統停電時）の発電ユニットの自立運転時には、電力端子１０ｂから単相２線式１００Ｖを出力する。
【００３１】
インバータ１３が双方向に交流電力の電圧及び周波数を変換する機能を有するため、発電ユニット１０の電力端子１０ａは、系統正常時における発電ユニット１０の起動時に、ガスエンジン１１の始動用電源の供給を外部から受けるための入力端子として機能する。また、発電ユニット１０の起動時は、発電機１２がガスエンジン１１のスタータモータとして機能し、系統正常時には、外部から入力される交流電力を、インバータ１３を介して発電機１２に供給し、系統停電時において発電ユニット１０を自立運転させる場合には、蓄電池１６の貯蔵電力を、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７とＡＣ／ＤＣコンバータ１４を介して発電機１２に供給し、発電機１２の回転運動によりガスエンジン１１の始動を行うように構成されている。従って、系統正常時には、インバータ１３が、商用交流電源６０から電力供給を受けて、ガスエンジン１１と発電機１２からなる発電部を始動する発電始動部として機能し、系統停電時には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７とＡＣ／ＤＣコンバータ１４が、蓄電池１６から電力供給を受けて前記発電部を始動する発電始動部として機能する。
【００３２】
発電制御装置１８はマイクロコンピュータ等を用いて構成され、発電ユニット１０の定常運転時の出力制御や、系統正常時及び系統停電時における後述するスイッチ５１〜５４の切り替え制御とガスエンジン１１の始動制御等を行う。
【００３３】
本実施形態では、商用交流電源６０と発電ユニット１０から電力供給される電力負荷として、系統正常時にのみ使用可能となる第１電力負荷６１と、系統正常時と系統停電時の両方において使用可能な第２電力負荷６２と熱利用給湯暖房ユニット２０の排熱回収制御装置３２及び電動装置（循環ポンプ３３、３４等の補機類）を想定している。第２電力負荷６１には、系統停電時に使用可能であることが望まれる家電製品（照明、冷蔵庫、テレビ等）が想定される。また、第２電力負荷６２と熱利用給湯暖房ユニット２０の排熱回収制御装置３２及び電動装置は、系統停電時には、発電ユニット１０の自立運転によって電力供給される自立運転時電力負荷となる。
【００３４】
本実施形態では、商用交流電源６０と発電ユニット１０から第１電力負荷６１、第２電力負荷６２、熱利用給湯暖房ユニット２０へ電力供給するために、第１分電盤４０と第２分電盤４１とスイッチ類（スイッチ５１〜５４）を設けている。第１分電盤４０には、系統停電時に使用不可となる第１電力負荷６１が接続している。第２分電盤４１は、系統停電時にも使用可能な第２電力負荷６２が接続している。
【００３５】
第１分電盤４０には、単相３線式電力線（１φ３Ｗ）の両端に主幹ブレーカ（ＭＣＢ）４２とブレーカ（ＭＣＢ）４３が設けられ、その途中に複数の分岐ブレーカ４４と、２つの電流トランス４５が設けられている。主幹ブレーカ（ＭＣＢ）４２側に商用交流電源６０が接続し、ブレーカ（ＭＣＢ）４３側にスイッチ５１、５２が接続し、各分岐ブレーカ４４に第１電力負荷６１が接続する。第２分電盤４１には、複数の分岐ブレーカ４６が設けられ、分岐ブレーカ４６の１次側は相互に接続し、分岐ブレーカ４６の２次側は夫々第２電力負荷６２に接続している。電流トランス４５は、発電ユニット１０から商用交流電源６０に向けた逆潮流と系統停電の検出に用いられ、検出信号は発電制御装置１８に入力される。
【００３６】
スイッチ５１、５３はオンオフスイッチ（開閉スイッチ）で、スイッチ５２、５４は２入力切替スイッチである。スイッチ５１は、１次側が単相３線式電力線（１φ３Ｗ）を介して第１分電盤４０のブレーカ（ＭＣＢ）４３に接続し、２次側が単相３線式電力線（１φ３Ｗ）を介して発電ユニット１０の系統正常時に使用する電力端子１０ａに接続している。スイッチ５２は、一方の入力端が単相２線式電力線（１φ２Ｗ）を介してスイッチ５１の１次側と接続し、他方の入力端が単相２線式電力線（１φ２Ｗ）を介してスイッチ５３の１次側に接続し、出力端が単相２線式電力線（１φ２Ｗ）を介して各分岐ブレーカ４６の１次側と接続する。スイッチ５３は、１次側が単相２線式電力線（１φ２Ｗ）を介してスイッチ５２の他方の入力端に接続し、２次側が単相２線式電力線（１φ２Ｗ）を介して発電ユニット１０の系統停電時に使用する電力端子１０ｂと接続する。スイッチ５４は、一方の入力端が単相２線式電力線（１φ２Ｗ）を介して、発電ユニット１０の系統正常時に使用する電力端子１０ａに接続し、他方の入力端が単相２線式電力線（１φ２Ｗ）を介して発電ユニット１０の系統停電時に使用する電力端子１０ｂに接続し、出力端が単相２線式電力線（１φ２Ｗ）を介して熱利用給湯暖房ユニット２０の電力入力端子２０ｂと接続する。
【００３７】
系統停電時に発電ユニット１０を自立運転させるための操作スイッチ４９が備えられ、利用者の手動操作によって発生する自立運転信号が操作スイッチ４９から発電ユニット１０の発電制御装置１８に入力される。スイッチ５１〜５４は、自立運転信号に応じて、発電制御装置１８によって切り替え制御される。系統正常時には、スイッチ５１はオン、スイッチ５２は一方の入力端と出力端が接続、スイッチ５３はオフ、スイッチ５４は一方の入力端と出力端が接続となる。これにより、商用交流電源６０と発電ユニット１０の電力端子１０ａが系統連系接続し、全ての電力負荷への電力供給が可能となる。一方、系統停電時における発電ユニット１０の自立運転時には、スイッチ５１はオフ、スイッチ５２は他方の入力端と出力端が接続、スイッチ５３はオン、スイッチ５４は他方の入力端と出力端が接続となる。これにより、商用交流電源６０と発電ユニット１０の系統連系接続は遮断されるとともに、発電ユニット１０の電力端子１０ｂから、第２分電盤４１とスイッチ５２、５３を介して第２電力負荷６２へ、スイッチ５４を介して熱利用給湯暖房ユニット２０へ夫々電力供給可能となる。更に、系統停電時における発電ユニット１０の自立運転開始時には、スイッチ５１〜５４は、後述するように、所定の制御手順に従って切り替え制御が行われる。
【００３８】
発電ユニット１０の運転開始及び停止は、排熱利用給湯暖房ユニット２０の排熱回収制御装置３２からの制御信号と、操作スイッチ４９からの自立運転信号によって制御される。系統正常時には、自立運転信号は出力されずに排熱回収制御装置３２からの制御に従う。排熱回収制御装置３２は、給湯負荷７０と暖房端末７１等での熱需要を予測した結果に基づいて熱需要の発生する所定時間前に発電ユニット１０の運転開始を行い、熱需要を充足するに十分な排熱を回収できる期間中、発電ユニット１０の運転を継続する、熱需要の時間変動パターンに応じた制御（熱主運転という）を行う。
【００３９】
発電制御装置１８は、排熱回収制御装置３２からの制御信号より、操作スイッチ４９からの自立運転信号を優先的に受け付けるため、排熱回収制御装置３２からの通常の運転停止制御があっても、強制的に自立運転を開始する。発電制御装置１８は、自立運転を開始すると、発電ユニット１０の始動開始時と、始動完了後に分けて、その旨の状態信号を排熱回収制御装置３２に出力する。排熱回収制御装置３２は、発電ユニット１０が自立運転中（始動開始時、始動完了後）であることを認識すると、系統正常時の熱主運転時とは異なる排熱回収制御を、排熱利用給湯暖房ユニット２０及び暖房端末７１に対して行う。
【００４０】
次に、排熱利用給湯暖房ユニット２０の構成について説明する。尚、図２では、図４に示す従来の熱電併給システムと共通する構成要素には説明の理解の容易のために同じ符号を付している。
【００４１】
図２に示すように、排熱利用給湯暖房ユニット２０は、貯湯タンク２１と、排熱回収冷却液循環配管２２と、温水循環配管２３と、排熱回収熱交換器２４と、給湯出力配管２５と、暖房出力循環配管２６と、暖房熱交換器２７と、給水配管２８と、暖房端末循環配管２９と、暖房端末分岐配管３０と、補助熱源３１と、排熱回収制御装置３２を備えて構成される。排熱回収冷却液循環配管２２には、冷却液を循環させる循環ポンプ３３（電動冷却液ポンプ）が介装され、温水循環配管２３と暖房端末循環配管２９にも、循環ポンプ３４、３５が介装されている。また、各配管には、必要に応じて、開閉弁３６、三方弁３７，３８、逆止弁、圧力調整弁、温度センサ、圧力センサ、流量計等が介装されており、図２中においてその一部に符号を付して示している。尚、図２中、熱利用給湯暖房ユニット２０の排熱回収冷却液循環配管２２と循環ポンプ３３を除く部分が、図１の排熱利用部２０ａに相当する。
【００４２】
貯湯タンク２１は、発電ユニット１０の排熱回収により加熱された温水を貯湯することで、回収した排熱を蓄熱可能に構成され、更に、内部に介装された温度センサ（図示せず）や水位センサ（図示せず）等の貯湯量検出手段によって貯湯量を検出可能に構成されている。また、貯湯タンク２１の底部には、貯湯タンク２１から給湯負荷７０に温水が供給された場合に、上水道等の給水源（図示せず）から貯湯タンク２１内に給水補充するための給水配管２８が接続している。
【００４３】
排熱回収冷却液循環配管２２は、発電ユニット１０内の熱交換器１９（図１参照）と排熱回収熱交換器２４間を連絡する往路と復路を構成する循環回路である。排熱回収熱交換器２４は、排熱回収冷却液循環配管２２内を循環する排熱回収冷却液であるジャケット冷却水と温水循環配管２３内を循環する温水の間の熱交換を行う熱交換器であり、１次側に排熱回収冷却液循環配管２２が接続し、２次側に温水循環配管２３が接続する。温水循環配管２３は、貯湯タンク２１の下部から取り出した温水を、排熱回収熱交換器２４で加熱して、貯湯タンク２１の上部に戻して循環させる循環回路である。以上の構成によって、排熱回収冷却液循環配管２２内のジャケット冷却水を循環ポンプ３３で循環させ、温水循環配管２３内の温水を循環ポンプ３４で循環させることによって、熱交換器１９において発電ユニット１０内の排熱を回収して冷却水を加熱し、更に、排熱回収熱交換器２４において加熱された冷却水の熱を回収して温水循環配管２３を循環する温水を加熱して貯湯タンク２１に供給することができる。つまり、回収された発電ユニット１０の排熱が、貯湯タンク２１に蓄熱されることになる。
【００４４】
本実施形態では、温水循環配管２３の途中に都市ガス等を燃料とする給湯器等の補助熱源３１が介装されており、発電ユニット１０から回収した排熱では熱量が不足する場合に、その不足熱量を補充可能となっている。
【００４５】
給湯出力配管２５は、風呂の浴槽やシャワー、台所や洗面所の給湯栓等の給湯負荷７０に対して給湯出力するための配管で、必要に応じて下流側で上水道からの給水と混合して給湯される。
【００４６】
暖房出力循環配管２６は、温水循環配管２３の下流側の貯湯タンク２１の上部付近の上部分岐点と、温水循環配管２３の上流側の貯湯タンク２１の下部付近の下部分岐点との間を、暖房熱交換器２７を介して接続する配管で、温水循環配管２３と暖房出力循環配管２６により途中に排熱回収熱交換器２４と暖房熱交換器２７の２つの熱交換器を配した循環回路が構成される。暖房熱交換器２７は、暖房出力循環配管２６内を循環する温水と暖房端末循環配管２９内を循環する熱媒体（温水）の間の熱交換を行う熱交換器であり、１次側に暖房出力循環配管２６が接続し、２次側に暖房端末循環配管２９が接続する。暖房端末循環配管２９は、暖房熱交換器２７と、床暖房配管や浴室暖房乾燥機等の暖房端末７１間を連絡する往路と復路を構成する循環回路である。以上の構成によって、温水循環配管２３と暖房出力循環配管２６内の温水を循環ポンプ３４で循環させ、暖房端末循環配管２９内の熱媒体（温水）を循環ポンプ３５で循環させることで、排熱回収熱交換器２４で加熱された高温水により、暖房熱交換器２７において、暖房端末循環配管２９内を循環する熱媒体を加熱して暖房端末７１に供給することができる。つまり、回収された発電ユニット１０の排熱が、暖房端末７１で消費され、有効利用されることになる。
【００４７】
本実施形態では、排熱回収冷却液循環配管２２の往路と復路の夫々に三方弁３７，３８を介装し、また、暖房端末循環配管２９の復路の途中に開閉弁３６を介装し、暖房端末分岐配管３０を、三方弁３７と開閉弁３６の上流側の間と、三方弁３８と開閉弁３６の下流側の間に夫々配している。これにより、発電ユニット１０内の熱交換器１９において排熱回収して加熱された冷却水を熱媒体として暖房端末循環配管２９に直接供給可能となるため、温水循環配管２３と暖房出力循環配管２６を経由する場合に比べて高効率で、発電ユニット１０の排熱が回収され暖房端末７１に供給可能となる。更に、発電ユニット１０の自主運転時（始動完了後）は、排熱回収制御装置３２の行う制御によって開閉弁３６及び三方弁３７，３８を、以下の要領で切り替えることで、貯湯タンク２１の貯湯量が所定量以上の場合には、発電ユニット１０内の熱交換器１９において排熱回収して加熱された冷却水を熱媒体として暖房端末循環配管２９に直接供給可能となる。
【００４８】
開閉弁３６は、系統正常時の熱主運転時、または、貯湯量が所定量以上でない場合には開弁され、系統停電時の自主運転時で貯湯量が所定量以上の場合には、閉弁される。三方弁３７，３８は、熱主運転時、または、貯湯量が所定量以上でない場合には、排熱回収冷却液循環配管２２が、発電ユニット１０内の熱交換器１９と排熱回収熱交換器２４間を連絡する往路と復路を形成するように制御され、暖房端末分岐配管３０への流路は遮断される。これに対して、三方弁３７，３８は、自主運転時で貯湯量が所定量以上の場合には、熱交換器１９から排熱回収熱交換器２４への排熱回収冷却液循環配管２２が遮断され、暖房端末分岐配管３０への流路が形成されるように制御され、熱交換器１９から暖房端末７１までの循環回路が形成される。
【００４９】
排熱回収制御装置３２は、マイクロコンピュータ等を用いて構成され、各配管及び貯湯タンク２１に介装された温度センサ、圧力センサ、流量計等の計測信号、その他の入力信号及び内部の制御情報に基づいて、発電ユニット１０の運転の開始及び停止制御を行うとともに、各配管に介装された循環ポンプ３３、３４の運転制御や、開閉弁３６及び三方弁３７，３８等の開閉及び開度の制御を行い、各配管内の流体の循環を制御する。
【００５０】
以下、系統停電時における発電ユニット１０を自立運転させる場合の、発電制御装置１８及び排熱回収制御装置３２の行う制御について説明する。
【００５１】
先ず、系統停電状態では、発電制御装置１８が電流トランス４５からの検出信号によって系統停電を検出して、発電ユニット１０の運転を停止するとともに、スイッチ５１と、発電ユニット１０内の電力端子１０ａ、１０ｂとインバータ１３の間の２つのスイッチをオフにした状態となっている。ここで、発電制御装置１８が、利用者の手動操作によって発生した操作スイッチ４９からの自立運転信号を受け取ると、発電ユニット１０の始動を以下の制御手順によって開始する。
【００５２】
先ず、スイッチ５３と、電力端子１０ａとインバータ１３の間のスイッチをオフにしたまま、スイッチ５４の入力を発電ユニット１０内の電力端子１０ｂ側に切り替え、電力端子１０ｂとインバータ１３の間のスイッチをオンにする。これにより、インバータ１３の出力と排熱利用給湯暖房ユニット２０の電力入力端子２０ｂが接続される。次に、発電制御装置１８は、発電ユニット１０の自立運転の始動開始時である旨の状態信号を排熱回収制御装置３２に出力するとともに、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７を制御して、蓄電池１６から出力される直流電力をＤＣ／ＤＣコンバータ１７を介して、インバータ１３のＤＣ／ＡＣコンバータ１５に供給して交流電力に変換し、電力端子１０ｂからスイッチ５４を介して排熱利用給湯暖房ユニット２０に供給する。排熱回収制御装置３２は、上記状態信号を受信すると、始動開始時であることを認識して、排熱利用給湯暖房ユニット２０内の補機類の内、排熱回収冷却液循環配管２２に介装された循環ポンプ３３だけに、発電ユニット１０側からの電力を供給して作動させ、排熱回収冷却液循環配管２２内の冷却液を循環させる。これと同時に、発電制御装置１８は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１４を制御して、蓄電池１６から出力される直流電力をＤＣ／ＤＣコンバータ１７を介して、ＡＣ／ＤＣコンバータ１４の２次側に供給して交流電力に変換し、１次側から発電機１２に出力させる。これにより、発電機１２はガスエンジン１１のスタータモータとして機能し、ガスエンジン１１のクランキングを行ってガスエンジン１１を起動する。ここで、ガスエンジン１１の始動によって発生する排熱は、熱交換器１９から排熱回収冷却液循環配管２２内を循環する冷却液によって回収され、ガスエンジン１１のオーバーヒートが防止される。
【００５３】
ガスエンジン１１が一旦始動すると、発電機１２が発電を開始するので、ＡＣ／ＤＣコンバータ１４の作動を停止する。引き続き、ガスエンジン１１が安定した運転状態に達したことを検知した後、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７とＤＣ／ＡＣコンバータ１５を制御して、インバータ１３のＤＣ／ＡＣコンバータ１５への直流電力の供給を、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７側からＤＣ／ＡＣコンバータ１５側に切り替え、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７の作動を停止して、蓄電池１６からの電力供給を停止する。つまり、発電機１２が発電する電力が、電力端子１０ｂから出力される。尚、ガスエンジン１１の安定した運転状態（冷間時始動の場合は暖機運転の終了状態）は公知の手法、例えば、ガスエンジン１１の排ガス浄化装置の触媒温度や、ガスエンジン１１の燃焼ガス中の酸素濃度等の検出出力に基づいて検知される。
【００５４】
また、発電制御装置１８は、ガスエンジン１１の安定した運転状態を検知した後、発電ユニット１０の始動が完了した旨の状態信号を排熱回収制御装置３２に出力するとともに、スイッチ５３をオンにし、更に、スイッチ５２の入力をスイッチ５３側に切り替えて、発電ユニット１０の電力端子１０ｂからスイッチ５２、５３を介して、第２分電盤４１に電力供給可能な状態にする。ここで、発電ユニット１０の始動が完了した旨の状態信号を受け取った排熱回収制御装置３２は、排熱利用給湯暖房ユニット２０内の他の補機類（循環ポンプ３４、３５等）の作動をそのときの各部の制御状態に応じて開始する。これにより、自立運転する発電ユニット１０から、排熱利用給湯暖房ユニット２０内の他の補機類（循環ポンプ３４、３５等）及び第２電力負荷６２への電力供給が可能となる。ここで、排熱利用給湯暖房ユニット２０内の他の補機類が作動可能となったことで、排熱回収冷却液循環配管２２の冷却液の循環によって回収された排熱は、貯湯タンク２１に温水として貯湯されるとともに、その温水が給湯負荷７０に供給され、また、暖房出力循環配管２６と暖房熱交換器２７と暖房端末循環配管２９を介して暖房端末７１へ熱供給可能となる。これにより、発電ユニット１０の排熱がより効率的に回収され、給湯負荷７０及び暖房端末７１で利用されるとともに、ガスエンジン１１のオーバーヒートを防止できる。
【００５５】
ところで、本実施形態では、発電ユニット１０の電力端子１０ｂからスイッチ５２、５３を介して、第２分電盤４１に電力供給可能な状態にした直後に、排熱利用給湯暖房ユニット２０内の補機類及び第２電力負荷６２（自立運転時電力負荷）が過負荷状態となった場合に、出力電圧の低下が生じ、循環ポンプ３３が正常に作動せず、排熱回収冷却液循環配管２２内の冷却液の循環が滞るのを防止するために、発電制御装置１８は、当該過負荷状態を検知すると、スイッチ５３をオフにするか、スイッチ５２を第１分電盤４０側に切り替えて、発電ユニット１０から第２電力負荷６２への電力供給を遮断する制御を行う。これにより、循環ポンプ３３の安定的な作動が確保され、排熱回収冷却液循環配管２２内の冷却液の循環によって、ガスエンジン１１のオーバーヒートを防止するとともに、発電ユニット１０及び排熱回収制御装置３２の作動状態を確保する。
【００５６】
本実施形態では、発電ユニット１０の始動開始時に、排熱利用給湯暖房ユニット２０内の補機類の内、排熱回収冷却液循環配管２２内の冷却液の循環ポンプ３３だけを作動させる制御を行うため、蓄電池１６の電気容量の設計余裕度を低く抑えることが可能となる。更に、過負荷状態において、第２電力負荷６２への電力供給を遮断する制御を行うので、発電ユニット１０及び排熱回収制御装置３２の作動状態が確保されている限り、当該過負荷状態が解消した後に、発電ユニット１０を再度始動する必要がなく、蓄電池１６の電気容量の設計余裕度を更に低く抑えることが可能となる。
【００５７】
次に、本発明システムの別実施形態について説明する。
【００５８】
〈１〉上記実施形態において、発電ユニット１０が自主運転を開始すると、排熱回収制御装置３２は、発電制御装置１８から発電ユニット１０が自主運転の始動開始状態及び始動完了状態である旨の状態信号を順次受け取り、上述の通りの排熱回収制御を行う場合を説明したが、排熱回収制御装置３２が、上記排熱回収制御に加えて、自主運転状態がどのように行われているかを利用者に報知する構成も好ましい実施形態である。具体的には、発電制御装置１８が自立運転時電力負荷の過負荷状態を検知して第２電力負荷６２への電力供給を遮断する制御を行った場合に、その旨の状態信号を、排熱回収制御装置３２に送信する。排熱回収制御装置３２は、第２電力負荷６２への電力供給が遮断され、過負荷状態であることを示す報知信号を、排熱利用給湯暖房ユニット２０のリモコン装置等の所定の出力端末３９（図１、図２参照）に出力する。報知信号は、発電ユニット１０が自主運転中であり、過負荷状態にある旨の情報を含む。出力端末３９は、当該報知信号を受け付けると、当該報知信号に基づいて、出力端末３９の表示画面上に、過負荷状態にある旨の表示を行う。また、上記表示に代えて、或いは、追加して、音声による同様の通知を行うようにしてもよい。
【００５９】
更に、発電制御装置１８が、排熱利用給湯暖房ユニット２０内の補機類及び第２電力負荷６２の消費電力をインバータ１３に設けられた電圧計及び電流計（図示せず）からの堅検出信号に基づいて逐次計算し、発電ユニット１０から出力される最大出力に対する比率（負荷状態）を排熱回収制御装置３２に送信し、排熱回収制御装置３２が当該負荷状態を示す信号を出力端末３９に出力するのも好ましい。出力端末３９は、当該負荷状態信号を受け付けると、当該負荷状態信号に基づいて、出力端末３９の表示画面上に、最大出力に対する比率（０〜１００％、１００％超）を例えば１０％刻みで色分け表示或いは濃淡表示することで、使用者に対して発電ユニット１０の最大出力に対する余裕度を視覚的に認識容易に報知できる。更に、最大出力に対する比率が一定値（例えば、７０％、９０％）を夫々超過すると、警告音を鳴動させることで、過負荷状態を未然に防ぐことが可能となる。
【００６０】
ここで、出力端末３９に対する表示出力や警報音の出力に関する制御を、排熱回収制御装置３２から行う場合を説明したが、発電制御装置１８と出力端末３９の間を制御信号が直接通信可能にすることで、発電制御装置１８から出力端末３９に対する表示出力や警報音の出力に関する制御を直接行うようにしてもよい。
【００６１】
〈２〉上記実施形態では、発電制御装置１８は、自立運転時電力負荷の過負荷状態を検知すると、第２電力負荷６２への電力供給を全面的に遮断する制御を行ったが、第２電力負荷６２を予め複数の区分に分類しておき、自立運転時電力負荷の過負荷状態を検知した場合に、第２電力負荷６２への電力供給を区分毎に段階的に遮断する制御を行うのも好ましい。
【００６２】
例えば、第２分電盤４１に設けられた複数の分岐ブレーカ４６の夫々に対して分岐回路毎にスイッチ５３を設け、発電制御装置１８が、自立運転時電力負荷の過負荷状態を検知した場合に、複数のスイッチ５３の開閉制御を、予め設定された優先順位の低い順から、或いは、電流負荷量の計測結果に基づいて、順番にオフする制御を行う。或いは、第２分電盤４１に設けられた複数の分岐ブレーカ４６の夫々に対して分岐回路毎にスイッチ５２を設け、発電制御装置１８が、自立運転時電力負荷の過負荷状態を検知した場合に、複数のスイッチ５２の入力切替制御を、予め設定された優先順位の低い順から、或いは、電流負荷量の計測結果に基づいて、順番に第１分電盤４０側に切り替える制御を行う。前者の優先順位に基づくスイッチ制御では、例えば、高優先順位負荷として照明器具や冷蔵庫を、循環ポンプ３３と合計しても発電ユニット１０の最大出力を超過しないように予め選択しておくことで、これら最重要負荷への電力供給が遮断されるのを未然に防止できる。また、後者の場合は、複数の分岐ブレーカ４６の夫々に対して電流トランス等を設けることで、分岐回路（区分）毎の電力負荷を計測することで、過負荷状態を解消できる分岐回路の組み合わせを算出して、当該組み合わせの分岐回路に対する電力供給を遮断するようにしても良い。
【００６３】
また、複数のスイッチ５３の開閉制御、或いは、複数のスイッチ５２の入力切替制御は、発電ユニット１０の発電周波数（商用交流電源６０の周波数である５０Ｈｚ或いは６０Ｈｚ）の数周期分程度（例えば、６０Ｈｚで５周期分とすれば８４ｍｓ或いは０．１秒以下）で行うことで、過負荷状態が回路に与えるダメージを極力抑制できる一方で、スイッチ制御における過負荷状態が解消されたか否かの検出も確実に行える。
【００６４】
〈３〉上記実施形態では、発電制御装置１８は、自立運転時電力負荷の過負荷状態を検知すると、第２電力負荷６２への電力供給を一旦遮断する制御を行ったが、第２電力負荷６２への電力供給を一時的に遮断する制御を、一定期間或いは上記過負荷状態が解消されるまで繰り返すように制御するのも好ましい。
【００６５】
最近の家電製品では、実力的に０．１秒以下程度の瞬時停電から復帰後に元の状態を継続する、或いは、元の状態へ自動的に復帰する製品が数多くあるため、第２電力負荷６２への電力供給の一時的な遮断期間を０．１秒以下に設定し、この一時的な遮断を繰り返すことで、使用者は、例えば、照明がちらつく、或いは、テレビがオンオフを繰り返すことで、過負荷状態にあることを認識できるため、使用者が自発的に過負荷状態の解消を図ることができる。
【００６６】
〈４〉上記実施形態では、発電制御装置１８及び排熱回収制御装置３２の行う自立運転開始時の制御は、発電ユニット１０のガスエンジン１１が冷間状態での始動か、温間状態での始動かで区別せずに、一律同じ制御としていたが、ガスエンジン１１が冷間状態か温間状態かを検出する発電部温冷状態検出部を備え、発電部温冷状態検出部の検出出力に基づいて、温間状態での始動の場合には、上記実施形態と同じ制御を行い、冷間状態での始動の場合には、以下のように制御するのも好ましい。
【００６７】
発電制御装置１８が、利用者の手動操作によって発生した操作スイッチ４９からの自立運転信号を受け取ると、発電部温冷状態検出部の検出出力に基づいてガスエンジン１１が冷間状態と温間状態の何れであるかを検出し、冷間状態の場合には、スイッチ５１、５３と、電力端子１０ａ、１０ｂとインバータ１３の間の２つのスイッチをオフにしたまま、ＡＣ／ＤＣコンバータ１４を制御して、蓄電池１６から出力される直流電力をＤＣ／ＤＣコンバータ１７を介して、ＡＣ／ＤＣコンバータ１４の２次側に供給して交流電力に変換し、１次側から発電機１２に出力させる。これにより、発電機１２はガスエンジン１１のスタータモータとして機能し、ガスエンジン１１のクランキングを行ってガスエンジン１１を起動する。ガスエンジン１１が起動すると、発電制御装置１８は、スイッチ５４の入力を発電ユニット１０内の電力端子１０ｂ側に切り替え、電力端子１０ｂとインバータ１３の間のスイッチをオンにする。これにより、インバータ１３の出力と排熱利用給湯暖房ユニット２０の電力入力端子２０ｂが接続される。次に、発電制御装置１８は、発電ユニット１０の自立運転の始動開始時である旨の状態信号を排熱回収制御装置３２に出力するとともに、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７を制御して、蓄電池１６から出力される直流電力をＤＣ／ＤＣコンバータ１７を介して、インバータ１３のＤＣ／ＡＣコンバータ１５に供給して交流電力に変換し、電力端子１０ｂからスイッチ５４を介して排熱利用給湯暖房ユニット２０に供給する。排熱回収制御装置３２は、上記状態信号を受信すると、始動開始時であることを認識して、排熱利用給湯暖房ユニット２０内の補機類の内、排熱回収冷却液循環配管２２に介装された循環ポンプ３３だけに、発電ユニット１０側からの電力を供給して作動させ、排熱回収冷却液循環配管２２内の冷却液を循環させる。ここで、ガスエンジン１１の始動によって発生する排熱は、熱交換器１９から排熱回収冷却液循環配管２２内を循環する冷却液によって回収され、ガスエンジン１１のオーバーヒートが防止される。
【００６８】
ガスエンジン１１が一旦始動すると、発電機１２が発電を開始するので、ＡＣ／ＤＣコンバータ１４の作動を停止する。引き続き、ガスエンジン１１が安定した運転状態（暖機運転の終了状態）に達したことを検知した後、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７とＤＣ／ＡＣコンバータ１５を制御して、インバータ１３のＤＣ／ＡＣコンバータ１５への直流電力の供給を、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７側からＤＣ／ＡＣコンバータ１５側に切り替え、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７の作動を停止して、蓄電池１６からの電力供給を停止する。つまり、発電機１２が発電する電力が、電力端子１０ｂから出力される。
【００６９】
また、発電制御装置１８は、ガスエンジン１１の安定した運転状態を検知した後、発電ユニット１０の始動が完了した旨の状態信号を排熱回収制御装置３２に出力するとともに、スイッチ５３をオンにし、更に、スイッチ５２の入力をスイッチ５３側に切り替えて、発電ユニット１０の電力端子１０ｂからスイッチ５２、５３を介して、第２分電盤４１に電力供給可能な状態にする。ここで、発電ユニット１０の始動が完了した旨の状態信号を受け取った排熱回収制御装置３２は、排熱利用給湯暖房ユニット２０内の他の補機類（循環ポンプ３４、３５等）の作動をそのときの各部の制御状態に応じて開始する。これにより、自立運転する発電ユニット１０から、排熱利用給湯暖房ユニット２０内の他の補機類（循環ポンプ３４、３５等）及び第２電力負荷６２への電力供給が可能となる。
【００７０】
尚、発電部温冷状態検出部は、系統停電検知による発電ユニット１０の運転停止期間の長さを計測して、運転停止期間が一定時間以上の場合に冷間状態と判定する構成や、前回の発電ユニット１０の運転継続時間の長さを計測して、運転継続時間が一定時間未満の場合に冷間状態と判定する構成、或いは、排熱回収冷却液循環配管２２内に滞留している冷却液の温度を検出して、冷却液の温度が一定値以下の場合に冷間状態と判定する構成等が考えられるが、ガスエンジン１１の冷間状態と温間状態を検出できる限りにおいて、その構成は上記の構成例に限定されるものではない。
【００７１】
〈５〉上記実施形態では、発電ユニット１０の自主運転は、操作スイッチ４９を利用者が手動操作することにより発生する自立運転信号が発電ユニット１０の発電制御装置１８に入力され起動される場合を説明したが、発電ユニット１０の自主運転の起動は、利用者の手動操作によらずに、系統停電を検知して自動的に起動可能に構成するのも好ましい実施形態である。この場合、発電制御装置１８は、第１分電盤４０に設けられた電流トランス４５の検出信号によって系統停電を検出して、自動的に発電ユニット１０の自主運転を行う。ここで、系統停電を検出してから発電ユニット１０の自主運転を開始するまでに所定の遅延時間（例えば、１〜５分程度）を設けることで、当該遅延時間未満の短い停電に対して、発電ユニット１０の自主運転が開始するのを防止できる。発電ユニット１０の自主運転開始後の動作は、上記実施形態と同様である。
【００７２】
〈６〉上記実施形態で説明した発電ユニット１０の構成は、一例であり、上記実施形態の構成に限定されるものではない。
【００７３】
例えば、上記実施形態では、系統連系時に交流電力を出力するＤＣ／ＡＣコンバータ１５を、自主運転時にも使用する構成としたが、図３に示すように、自主運転時に使用するＤＣ／ＡＣコンバータ１５ａを、系統連系時に交流電力を出力するＤＣ／ＡＣコンバータ１５とは別にして、インバータ１３の内部ノードＮ０と電力端子１０ｂの間に介装して、２台のＤＣ／ＡＣコンバータ１５、１５ａを並列に設けても構わない。この場合、ＤＣ／ＡＣコンバータ１５は単相３線式正弦波出力の１００Ｖ／２００Ｖを出力するが、ＤＣ／ＡＣコンバータ１５ａは単相２線式正弦波出力の１００Ｖを出力すれば十分である。
【００７４】
更に、例えば、発電ユニット１０は、ガスエンジン１１によって駆動される発電機１２を具備する構成ではなく、燃料電池を備えた構成であっても構わない。この場合、燃料電池が直流電力を出力するため、ＡＣ／ＤＣコンバータ１４に代えて、ＤＣ／ＤＣコンバータを使用する。
【００７５】
〈７〉上記実施形態で説明した排熱利用給湯暖房ユニット２０の各配管や熱交換器等の回路構成は、一例であり、排熱回収冷却液循環配管２２の排熱回収後の冷却液と熱交換することで、発電ユニット１０が発生する排熱を利用する排熱利用部を有する構成である限りにおいて、上記実施形態の構成に限定されるものではない。
【００７６】
〈８〉上記実施形態では、系統停電時において、発電ユニット１０を商用交流電源６０と切り離して自主運転する場合を想定して説明したが、発電ユニット１０の自主運転は、必ずしも系統停電時に限定されるものではない。例えば、系統正常時において、発電ユニット１０と商用交流電源６０間の系統連系接続を切り離して、発電ユニット１０を自主運転するようにしても構わない。
【００７７】
〈９〉上記実施形態では、発電ユニット１０に排熱を大気放熱するための放熱器を備えていない熱電併給システムを想定して説明したが、当該放熱器を備えた場合についても、本発明システムは有効に機能する。即ち、当該放熱器を排熱回収冷却液循環配管２２に接続することで、熱交換器１９で排熱回収した高温の冷却液を、当該放熱器で冷却して排熱回収冷却液循環配管２２内を循環させることができ、より効果的に発電ユニット１０の放熱が行える。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明に係る熱電併給システムは、低コストで自立運転可能な熱電併給システムに利用可能であり、特に、家庭用の熱電併給システムに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明に係る熱電併給システムの一実施形態における電力供給に係るシステム構成例を示すブロック図
【図２】本発明に係る熱電併給システムの一実施形態における排熱回収及び給湯及び暖房負荷に対する熱供給に係るシステム構成例を示すブロック図
【図３】本発明に係る熱電併給システムの他の実施形態における電力供給に係るシステム構成例を示すブロック図
【図４】従来の家庭用の熱電併給システムの一構成例を示すシステム構成図
【符号の説明】
【００８０】
１： 本発明に係る熱電併給システム
１０： 発電ユニット
１０ａ： 電力端子（系統連系運転時）
１０ｂ： 電力端子（自主運転時）
１１： ガスエンジン
１２： 発電機
１３： インバータ
１４： ＡＣ／ＤＣコンバータ
１５： 双方向ＤＣ／ＡＣコンバータ
１５ａ： ＤＣ／ＡＣコンバータ
１６： 電力貯蔵装置（蓄電池）
１７： ＤＣ／ＤＣコンバータ
１８： 発電制御装置
１９： 熱交換器
２０： 排熱利用給湯暖房ユニット
２０ａ： 排熱利用部
２０ｂ： 電力入力端子
２１： 貯湯タンク
２２： 排熱回収冷却液循環配管
２３： 温水循環配管
２４： 排熱回収熱交換器
２５： 給湯出力配管
２６： 暖房出力循環配管
２７： 暖房熱交換器
２８： 給水配管
２９： 暖房端末循環配管
３０： 暖房端末分岐配管
３１： 補助熱源
３２： 排熱回収制御装置
３３： 循環ポンプ（電動冷却液ポンプ）
３４、３５： 循環ポンプ
３６： 開閉弁
３７、３８： 三方弁
３９： 出力端末（リモコン装置）
４０： 第１分電盤
４１： 第２分電盤
４２： 主幹ブレーカ（ＭＣＢ）
４３： ブレーカ（ＭＣＢ）
４４、４６： 分岐ブレーカ
４５： 電流トランス
４９： 操作スイッチ（自主運転スイッチ）
５１、５３： オンオフスイッチ
５２、５４： ２入力切替スイッチ
６０： 商用交流電源
６１、６２： 電力負荷
７０： 給湯負荷
７１： 暖房端末
８０： 制御装置
Ｎ０： 内部ノード
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外部から燃料供給を受けて電力と熱を併給可能な熱電併給システムに関し、特に、家庭用の熱電併給システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
家庭用の熱電併給システムの一例として、図４に示すように、外部から燃料供給を受けて発電する発電ユニット１０と、冷却液の循環により発電ユニット１０が発電時に発生する排熱を回収して発電ユニット１０を冷却する排熱回収冷却液循環配管２２と、貯湯タンク２１と、貯湯タンク２１の温水を循環させる温水循環配管２３と、排熱回収冷却液循環配管２２と温水循環配管２３の間で熱交換を行う排熱回収熱交換器２４と、発電ユニット１０の運転と排熱回収冷却液循環配管２２と温水循環配管２３の循環を制御する制御装置８０を備えて構成された熱電併給システムがある（例えば、下記の特許文献１参照）。尚、発電ユニットとしては、ガスエンジンと発電機を備えた構成のものや、燃料電池を備えた構成のものがある。
【０００３】
更に、家庭用の熱電併給システムは、一般的に、発電ユニットと商用交流電源と系統連系させ、電力負荷に対して発電ユニットの発電電力で不足する電力を商用交流電源からの電力供給で賄うように構成されている。このため、系統電源の停電時に熱電併給システムの発電ユニットを始動可能に構成することで、電力負荷への継続的な電力供給が可能となる（例えば、下記の特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２４８９０５号公報
【特許文献２】特開２００４−２４２４５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、系統電源正常時に充電しておいた蓄電池等の始動用電源の貯蔵電力を利用して、系統電源の停電時に発電ユニットを始動させ自立運転可能に構成された熱電併給システムでは、以下の理由から始動用電源の容量に対して設計余裕度を大きく取る必要があり、始動用電源の大型化及び製造コストの高騰を余儀なくされていた。
【０００６】
始動用電源の大容量化の理由として、発電ユニットの冷間時始動において、始動用電源によるクランキング動作が繰り返し必要となる点、或いは、冷間時始動後に安定的に定格発電出力に至るまでに暖機運転が必要となり、また、発電ユニットのオーバーヒート（温度過昇）を防止するために、発電ユニットの排熱を放熱器により強制的に大気に放熱させる、或いは、排熱回収冷却液循環配管や温水循環配管等の排熱回収系統の循環ポンプ等の補機類を作動させて発電ユニットの排熱を回収する必要がある点等が挙げられる。
【０００７】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、自立運転用の始動用電源の小型化を図り、低コストで自立運転可能な熱電併給システムを提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための本発明に係る熱電併給システムは、外部から燃料供給を受けて発電する発電部と、外部の商用交流電源または前記発電部から電力供給を受けて電力貯蔵する電力貯蔵部と、前記商用交流電源または前記電力貯蔵部から電力供給を受けて前記発電部を始動する発電始動部と、前記発電部または前記電力貯蔵部から電力供給を受けて交流電力を出力可能な交流出力部と、冷却液の循環により前記発電部が発電時に発生する排熱を回収して前記発電部を冷却する排熱回収冷却液循環配管と、前記排熱回収冷却液循環配管の前記冷却液を循環させる電動冷却液ポンプと、前記排熱回収冷却液循環配管の前記冷却液と熱交換することで、前記排熱を利用する排熱利用部と、前記発電部が前記商用交流電源から独立して自立運転する場合の制御を行う制御部と、を備えてなる熱電併給システムであって、前記制御部が、前記自立運転の開始時に、前記電力貯蔵部から前記交流出力部を介して前記電動冷却液ポンプに電力供給して前記電動冷却液ポンプを作動させ前記冷却液の循環を開始させてから、前記電力貯蔵部から前記発電始動部に電力供給して前記発電部を始動させ、前記発電部から前記交流出力部に電力供給可能になった後に、前記発電部から前記交流出力部を介して前記電動冷却液ポンプを含む自立運転時の電力供給対象である自立運転時電力負荷に交流電力の供給を開始する制御を行うことを第１の特徴とする。
【０００９】
上記第１の特徴の熱電併給システムによれば、自立運転の開始時に、発電部が始動して交流出力部に電力供給可能になるまでの間に、電力貯蔵部が交流出力部を介して電力供給するのが、発電始動部と、発電部のオーバーヒートを防止するために最小限必要な電動冷却液ポンプに限定されるため、電力貯蔵部の電気容量を最小限に抑えることができ、従来のように設計余裕度を大きく設定する必要がなく、電力貯蔵部の小型化が図れ、製造コストの低廉化が図れる。また、発電部の始動時には、電動冷却液ポンプが作動して、排熱回収冷却液循環配管内に冷却液が滞留することなく循環するので、自立運転の開始時の発電部がたとえ温間状態であっても、例えば運転状態にあった発電部が停止してからの経過時間が短いために温間状態が継続している場合であっても、始動直後に発電部が一時的にもオーバーヒートして誤作動或いは故障に至るのを回避できる。
【００１０】
更に、少なくとも自立運転の開始時には、排熱利用部を作動させずとも、発電部の排熱を排熱回収冷却液循環配管の冷却液の循環だけで回収できるため、放熱器が不要となり、放熱器を別途追加することによる製造コストの高騰を抑制できる。また、一旦発電部が始動すれば、排熱利用部の補機類への電力供給が可能となるため、排熱利用部を有効に利用した排熱回収が可能となる。
【００１１】
更に、本発明に係る熱電併給システムは、上記第１の特徴に加えて、前記発電部が冷間状態か温間状態かを検出する発電部温冷状態検出部を備え、前記制御部が、前記自立運転の開始時に、前記発電部温冷状態検出部の検出出力に基づいて、前記発電部が温間時には、前記電力貯蔵部から前記交流出力部を介して前記電動冷却液ポンプに電力供給して前記電動冷却液ポンプを作動させ前記冷却液の循環を開始させてから、前記電力貯蔵部から前記発電始動部に電力供給して前記発電部を始動させ、前記発電部から前記交流出力部に電力供給可能になった後に、前記発電部から前記交流出力部を介して前記電動冷却液ポンプを含む自立運転時の電力供給対象である自立運転時電力負荷に交流電力の供給を開始する制御を行い、前記発電部が冷間時には、前記電力貯蔵部から前記発電始動部に電力供給して前記発電部を始動させてから、前記電力貯蔵部から前記交流出力部を介して前記電動冷却液ポンプに電力供給して前記電動冷却液ポンプを作動させ前記冷却液の循環を開始させ、前記発電部の暖機運転終了後に、前記発電部から前記交流出力部を介して前記電動冷却液ポンプを含む自立運転時の電力供給対象である自立運転時電力負荷に交流電力の供給を開始する制御を行うことを第２の特徴とする。
【００１２】
上記第２の特徴の熱電併給システムによれば、発電部温冷状態検出部を備えることで、発電部が温間時には第１の特徴と同様に、自立運転を開始でき、発電部が冷間時には、発電部の始動に、クランキングを繰り返す等で時間を要するために、温間時に比べて電力貯蔵部の電気容量の設計余裕度を大きくしなければならないが、冷間時には発電部が始動直後にオーバーヒートする危険性は温間時に比べて低いため、電動冷却液ポンプの作動タイミングを遅らせることで、電動冷却液ポンプへの電力供給量を抑制できるので、電力貯蔵部の電気容量の設計余裕度を更に低く抑えることができる。
【００１３】
更に、本発明に係る熱電併給システムは、上記第１または第２の特徴に加えて、前記商用交流電源の停電を検出する停電検出部を備え、前記交流出力部が、前記商用交流電源と系統連系して所定の系統連系時電力負荷に電力供給可能、且つ、前記商用交流電源の停電検出時には前記系統連系を遮断可能に構成されていることを第３の特徴とする。
【００１４】
更に、第３の特徴の熱電併給システムによれば、商用交流電源と系統連系して所定の系統連系時電力負荷に電力供給可能であるとともに、商用交流電源の停電検出時には商用交流電源から遮断された状態で自立運転に移行することで、自立運転時電力負荷に電力供給が可能である。従って、系統停電時においても、自立運転時電力負荷へ電力供給し、発電部の排熱を回収して排熱利用部において所定の熱負荷に対して熱供給することが可能となる。
【００１５】
更に、本発明に係る熱電併給システムは、上記第３の特徴に加えて、前記交流出力部が、前記商用交流電源と系統連系可能で、系統連系時に交流電力を出力する第１交流出力部と、前記商用交流電源から独立した自立運転時に交流電力を出力する第２交流出力部とを備えて構成されていることを第４の特徴とする。
【００１６】
また、第４の特徴の熱電併給システムによれば、交流出力部として系統連系可能な第１交流出力部だけを備え、自立運転を想定していなかった熱電併給システムに対して、交流出力部の設計を変更することなく、第２交流出力部を追加するだけで、系統停電時において自立運転可能な熱電併給システムを提供できる。
【００１７】
更に、本発明に係る熱電併給システムは、上記何れかの特徴に加えて、前記制御部が、前記発電部から前記交流出力部を介して前記自立運転時電力負荷に交流電力の供給を開始した後に、前記自立運転時電力負荷が過負荷状態にあることを検知した場合、前記電動冷却液ポンプを少なくとも除く前記自立運転時電力負荷への電力供給を遮断する制御を行うことを第５の特徴とする。
【００１８】
また、第５の特徴の熱電併給システムによれば、自立運転時電力負荷が過負荷状態の場合に、発電部の作動を停止して、過負荷状態が解消後に再始動させると、電力貯蔵部の電気容量に対する設計余裕度を大きく設定する必要があるところ、電動冷却液ポンプを作動状態のまま冷却液を循環させ、発電部をオーバーヒートさせずに作動を維持させているため、発電部を再始動させる必要がなく、電力貯蔵部の電気容量に対する設計余裕度を低く抑制できる。
【００１９】
更に、本発明に係る熱電併給システムは、上記第５の特徴に加えて、前記制御部が、前記自立運転時電力負荷が過負荷状態にあることを検知した場合、当該過負荷状態を前記自立運転時電力負荷の使用者に報知するための信号を所定の出力端末に出力することを第６の特徴とする。
【００２０】
また、第６の特徴の熱電併給システムによれば、過負荷状態の自立運転時電力負荷への電力供給が遮断された後に、使用者による過負荷状態の解消を促すことができるため、過負荷状態の解消された状態で交流出力部からの自立運転時電力負荷への電力供給を再開させることが可能となる。この場合、発電部は作動状態であるので、再始動させる必要はない。
【００２１】
更に、本発明に係る熱電併給システムは、上記第５または第６の特徴に加えて、前記電動冷却液ポンプを少なくとも除く前記自立運転時電力負荷が複数に区分され、前記区分毎に前記交流出力部からの電力供給を遮断可能に構成され、前記制御部が、前記自立運転時電力負荷が過負荷状態にあることを検知した場合、前記電動冷却液ポンプを少なくとも除く前記自立運転時電力負荷への電力供給を、前記過負荷状態が解消されるまで、前記区分毎に段階的に遮断する制御を行うことを第７の特徴とする。
【００２２】
上記第７の特徴の熱電併給システムによれば、自立運転時電力負荷が過負荷状態の場合に、過負荷状態にならない限度での自立運転時電力負荷への電力供給が自動的に実現できる。例えば、優先順位の低い区分から電力供給を遮断することで、優先順位の高い自立運転時電力負荷への電力供給を最低限確保することが可能となる。
【００２３】
更に、本発明に係る熱電併給システムは、上記第５または第６の特徴に加えて、前記制御部が、前記自立運転時電力負荷が過負荷状態にあることを検知した場合、前記電動冷却液ポンプを少なくとも除く前記自立運転時電力負荷への電力供給を一時的に遮断する制御を、一定期間或いは前記過負荷状態が解消されるまで繰り返すことを第８の特徴とする。
【００２４】
上記第８の特徴の熱電併給システムによれば、一時的に自立運転時電力負荷が過負荷状態になっている場合には、当該一時的な過負荷状態が解消されると、過負荷状態が解消された自立運転時電力負荷への電力供給が自動的に再開できる。また、自立運転時電力負荷への電力供給を一時的に遮断する時間を、例えば、０．１秒程度に設定することで、瞬時停電後に元の状態に復帰可能な電気製品等では、自立運転時電力負荷への電力供給遮断の影響を見かけ上なくすことができ、使用者に与える電力供給遮断の影響を軽減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明に係る熱電併給システム（以下、適宜「本発明システム」と略称する）の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２６】
図１は、本発明システム１の電力供給に係るシステム構成を示すブロック図である。図２は、本発明システム１の排熱回収及び給湯及び暖房負荷に対する熱供給に係るシステム構成を示すブロック図である。
【００２７】
図１及び図２に示すように、本発明システム１は、外部から燃料供給を受けて発電する発電ユニット１０と、発電ユニット１０の運転時に発生する排熱を回収して給湯負荷７０と暖房端末７１に供給する排熱利用給湯暖房ユニット２０を備えて構成される。
【００２８】
図１に示すように、発電ユニット１０は、都市ガスを燃料として作動するガスエンジン１１、ガスエンジン１１によって駆動される発電機１２、発電機１２の発電電力を所定の電気方式の出力電圧と周波数の交流電力に変換するインバータ１３、電力貯蔵装置としての蓄電池１６、蓄電池１６の入出力端末とインバータ１３の内部ノードＮ０の間で双方向に電圧変換を行なうＤＣ／ＤＣコンバータ１７、発電ユニット１０の運転並びに出力制御を行う発電制御装置１８、及び、ガスエンジン１１の排熱との熱交換により冷却水を加熱して排熱利用給湯暖房ユニット２０側に供給する熱交換器１９を備えて構成されている。排熱利用給湯暖房ユニット２０には、熱交換器１９で回収された排熱を利用する排熱利用部２０ａが設けられており、熱交換器１９と排熱利用部２０ａの間に、排熱回収冷却液循環配管２２と、排熱回収冷却液循環配管２２内の冷却液を循環させる循環ポンプ（電動冷却液ポンプ）３３が備えられ、熱交換器１９で回収された排熱が排熱利用部２０ａに伝達される構成となっている。
【００２９】
また、インバータ１３は、発電機１２の出力端の交流電力と内部ノードＮ０の直流電力の間で双方向変換を行なうＡＣ／ＤＣコンバータ１４と、内部ノードＮ０の直流電力を交流電力に変換する双方向ＤＣ／ＡＣコンバータ１５を備えて構成される。
【００３０】
本実施形態では、発電ユニット１０は一般家庭用に単相３線式正弦波出力の１００Ｖ／２００Ｖを出力する。本実施形態では、発電ユニット１０の発電電力は、商用交流電源（単相３線式１００Ｖ／２００Ｖ）６０と系統連系して、電力負荷６１，６２及び排熱利用給湯暖房ユニット２０に電力供給可能に構成されている。具体的には、発電ユニット１０は、商用交流電源６０が停電していない正常時（系統正常時）には、電力端子１０ａから単相３線式１００Ｖ／２００Ｖを出力し、商用交流電源６０の停電時（系統停電時）の発電ユニットの自立運転時には、電力端子１０ｂから単相２線式１００Ｖを出力する。
【００３１】
インバータ１３が双方向に交流電力の電圧及び周波数を変換する機能を有するため、発電ユニット１０の電力端子１０ａは、系統正常時における発電ユニット１０の起動時に、ガスエンジン１１の始動用電源の供給を外部から受けるための入力端子として機能する。また、発電ユニット１０の起動時は、発電機１２がガスエンジン１１のスタータモータとして機能し、系統正常時には、外部から入力される交流電力を、インバータ１３を介して発電機１２に供給し、系統停電時において発電ユニット１０を自立運転させる場合には、蓄電池１６の貯蔵電力を、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７とＡＣ／ＤＣコンバータ１４を介して発電機１２に供給し、発電機１２の回転運動によりガスエンジン１１の始動を行うように構成されている。従って、系統正常時には、インバータ１３が、商用交流電源６０から電力供給を受けて、ガスエンジン１１と発電機１２からなる発電部を始動する発電始動部として機能し、系統停電時には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７とＡＣ／ＤＣコンバータ１４が、蓄電池１６から電力供給を受けて前記発電部を始動する発電始動部として機能する。
【００３２】
発電制御装置１８はマイクロコンピュータ等を用いて構成され、発電ユニット１０の定常運転時の出力制御や、系統正常時及び系統停電時における後述するスイッチ５１〜５４の切り替え制御とガスエンジン１１の始動制御等を行う。
【００３３】
本実施形態では、商用交流電源６０と発電ユニット１０から電力供給される電力負荷として、系統正常時にのみ使用可能となる第１電力負荷６１と、系統正常時と系統停電時の両方において使用可能な第２電力負荷６２と熱利用給湯暖房ユニット２０の排熱回収制御装置３２及び電動装置（循環ポンプ３３、３４等の補機類）を想定している。第２電力負荷６１には、系統停電時に使用可能であることが望まれる家電製品（照明、冷蔵庫、テレビ等）が想定される。また、第２電力負荷６２と熱利用給湯暖房ユニット２０の排熱回収制御装置３２及び電動装置は、系統停電時には、発電ユニット１０の自立運転によって電力供給される自立運転時電力負荷となる。
【００３４】
本実施形態では、商用交流電源６０と発電ユニット１０から第１電力負荷６１、第２電力負荷６２、熱利用給湯暖房ユニット２０へ電力供給するために、第１分電盤４０と第２分電盤４１とスイッチ類（スイッチ５１〜５４）を設けている。第１分電盤４０には、系統停電時に使用不可となる第１電力負荷６１が接続している。第２分電盤４１は、系統停電時にも使用可能な第２電力負荷６２が接続している。
【００３５】
第１分電盤４０には、単相３線式電力線（１φ３Ｗ）の両端に主幹ブレーカ（ＭＣＢ）４２とブレーカ（ＭＣＢ）４３が設けられ、その途中に複数の分岐ブレーカ４４と、２つの電流トランス４５が設けられている。主幹ブレーカ（ＭＣＢ）４２側に商用交流電源６０が接続し、ブレーカ（ＭＣＢ）４３側にスイッチ５１、５２が接続し、各分岐ブレーカ４４に第１電力負荷６１が接続する。第２分電盤４１には、複数の分岐ブレーカ４６が設けられ、分岐ブレーカ４６の１次側は相互に接続し、分岐ブレーカ４６の２次側は夫々第２電力負荷６２に接続している。電流トランス４５は、発電ユニット１０から商用交流電源６０に向けた逆潮流と系統停電の検出に用いられ、検出信号は発電制御装置１８に入力される。
【００３６】
スイッチ５１、５３はオンオフスイッチ（開閉スイッチ）で、スイッチ５２、５４は２入力切替スイッチである。スイッチ５１は、１次側が単相３線式電力線（１φ３Ｗ）を介して第１分電盤４０のブレーカ（ＭＣＢ）４３に接続し、２次側が単相３線式電力線（１φ３Ｗ）を介して発電ユニット１０の系統正常時に使用する電力端子１０ａに接続している。スイッチ５２は、一方の入力端が単相２線式電力線（１φ２Ｗ）を介してスイッチ５１の１次側と接続し、他方の入力端が単相２線式電力線（１φ２Ｗ）を介してスイッチ５３の１次側に接続し、出力端が単相２線式電力線（１φ２Ｗ）を介して各分岐ブレーカ４６の１次側と接続する。スイッチ５３は、１次側が単相２線式電力線（１φ２Ｗ）を介してスイッチ５２の他方の入力端に接続し、２次側が単相２線式電力線（１φ２Ｗ）を介して発電ユニット１０の系統停電時に使用する電力端子１０ｂと接続する。スイッチ５４は、一方の入力端が単相２線式電力線（１φ２Ｗ）を介して、発電ユニット１０の系統正常時に使用する電力端子１０ａに接続し、他方の入力端が単相２線式電力線（１φ２Ｗ）を介して発電ユニット１０の系統停電時に使用する電力端子１０ｂに接続し、出力端が単相２線式電力線（１φ２Ｗ）を介して熱利用給湯暖房ユニット２０の電力入力端子２０ｂと接続する。
【００３７】
系統停電時に発電ユニット１０を自立運転させるための操作スイッチ４９が備えられ、利用者の手動操作によって発生する自立運転信号が操作スイッチ４９から発電ユニット１０の発電制御装置１８に入力される。スイッチ５１〜５４は、自立運転信号に応じて、発電制御装置１８によって切り替え制御される。系統正常時には、スイッチ５１はオン、スイッチ５２は一方の入力端と出力端が接続、スイッチ５３はオフ、スイッチ５４は一方の入力端と出力端が接続となる。これにより、商用交流電源６０と発電ユニット１０の電力端子１０ａが系統連系接続し、全ての電力負荷への電力供給が可能となる。一方、系統停電時における発電ユニット１０の自立運転時には、スイッチ５１はオフ、スイッチ５２は他方の入力端と出力端が接続、スイッチ５３はオン、スイッチ５４は他方の入力端と出力端が接続となる。これにより、商用交流電源６０と発電ユニット１０の系統連系接続は遮断されるとともに、発電ユニット１０の電力端子１０ｂから、第２分電盤４１とスイッチ５２、５３を介して第２電力負荷６２へ、スイッチ５４を介して熱利用給湯暖房ユニット２０へ夫々電力供給可能となる。更に、系統停電時における発電ユニット１０の自立運転開始時には、スイッチ５１〜５４は、後述するように、所定の制御手順に従って切り替え制御が行われる。
【００３８】
発電ユニット１０の運転開始及び停止は、排熱利用給湯暖房ユニット２０の排熱回収制御装置３２からの制御信号と、操作スイッチ４９からの自立運転信号によって制御される。系統正常時には、自立運転信号は出力されずに排熱回収制御装置３２からの制御に従う。排熱回収制御装置３２は、給湯負荷７０と暖房端末７１等での熱需要を予測した結果に基づいて熱需要の発生する所定時間前に発電ユニット１０の運転開始を行い、熱需要を充足するに十分な排熱を回収できる期間中、発電ユニット１０の運転を継続する、熱需要の時間変動パターンに応じた制御（熱主運転という）を行う。
【００３９】
発電制御装置１８は、排熱回収制御装置３２からの制御信号より、操作スイッチ４９からの自立運転信号を優先的に受け付けるため、排熱回収制御装置３２からの通常の運転停止制御があっても、強制的に自立運転を開始する。発電制御装置１８は、自立運転を開始すると、発電ユニット１０の始動開始時と、始動完了後に分けて、その旨の状態信号を排熱回収制御装置３２に出力する。排熱回収制御装置３２は、発電ユニット１０が自立運転中（始動開始時、始動完了後）であることを認識すると、系統正常時の熱主運転時とは異なる排熱回収制御を、排熱利用給湯暖房ユニット２０及び暖房端末７１に対して行う。
【００４０】
次に、排熱利用給湯暖房ユニット２０の構成について説明する。尚、図２では、図４に示す従来の熱電併給システムと共通する構成要素には説明の理解の容易のために同じ符号を付している。
【００４１】
図２に示すように、排熱利用給湯暖房ユニット２０は、貯湯タンク２１と、排熱回収冷却液循環配管２２と、温水循環配管２３と、排熱回収熱交換器２４と、給湯出力配管２５と、暖房出力循環配管２６と、暖房熱交換器２７と、給水配管２８と、暖房端末循環配管２９と、暖房端末分岐配管３０と、補助熱源３１と、排熱回収制御装置３２を備えて構成される。排熱回収冷却液循環配管２２には、冷却液を循環させる循環ポンプ３３（電動冷却液ポンプ）が介装され、温水循環配管２３と暖房端末循環配管２９にも、循環ポンプ３４、３５が介装されている。また、各配管には、必要に応じて、開閉弁３６、三方弁３７，３８、逆止弁、圧力調整弁、温度センサ、圧力センサ、流量計等が介装されており、図２中においてその一部に符号を付して示している。尚、図２中、熱利用給湯暖房ユニット２０の排熱回収冷却液循環配管２２と循環ポンプ３３を除く部分が、図１の排熱利用部２０ａに相当する。
【００４２】
貯湯タンク２１は、発電ユニット１０の排熱回収により加熱された温水を貯湯することで、回収した排熱を蓄熱可能に構成され、更に、内部に介装された温度センサ（図示せず）や水位センサ（図示せず）等の貯湯量検出手段によって貯湯量を検出可能に構成されている。また、貯湯タンク２１の底部には、貯湯タンク２１から給湯負荷７０に温水が供給された場合に、上水道等の給水源（図示せず）から貯湯タンク２１内に給水補充するための給水配管２８が接続している。
【００４３】
排熱回収冷却液循環配管２２は、発電ユニット１０内の熱交換器１９（図１参照）と排熱回収熱交換器２４間を連絡する往路と復路を構成する循環回路である。排熱回収熱交換器２４は、排熱回収冷却液循環配管２２内を循環する排熱回収冷却液であるジャケット冷却水と温水循環配管２３内を循環する温水の間の熱交換を行う熱交換器であり、１次側に排熱回収冷却液循環配管２２が接続し、２次側に温水循環配管２３が接続する。温水循環配管２３は、貯湯タンク２１の下部から取り出した温水を、排熱回収熱交換器２４で加熱して、貯湯タンク２１の上部に戻して循環させる循環回路である。以上の構成によって、排熱回収冷却液循環配管２２内のジャケット冷却水を循環ポンプ３３で循環させ、温水循環配管２３内の温水を循環ポンプ３４で循環させることによって、熱交換器１９において発電ユニット１０内の排熱を回収して冷却水を加熱し、更に、排熱回収熱交換器２４において加熱された冷却水の熱を回収して温水循環配管２３を循環する温水を加熱して貯湯タンク２１に供給することができる。つまり、回収された発電ユニット１０の排熱が、貯湯タンク２１に蓄熱されることになる。
【００４４】
本実施形態では、温水循環配管２３の途中に都市ガス等を燃料とする給湯器等の補助熱源３１が介装されており、発電ユニット１０から回収した排熱では熱量が不足する場合に、その不足熱量を補充可能となっている。
【００４５】
給湯出力配管２５は、風呂の浴槽やシャワー、台所や洗面所の給湯栓等の給湯負荷７０に対して給湯出力するための配管で、必要に応じて下流側で上水道からの給水と混合して給湯される。
【００４６】
暖房出力循環配管２６は、温水循環配管２３の下流側の貯湯タンク２１の上部付近の上部分岐点と、温水循環配管２３の上流側の貯湯タンク２１の下部付近の下部分岐点との間を、暖房熱交換器２７を介して接続する配管で、温水循環配管２３と暖房出力循環配管２６により途中に排熱回収熱交換器２４と暖房熱交換器２７の２つの熱交換器を配した循環回路が構成される。暖房熱交換器２７は、暖房出力循環配管２６内を循環する温水と暖房端末循環配管２９内を循環する熱媒体（温水）の間の熱交換を行う熱交換器であり、１次側に暖房出力循環配管２６が接続し、２次側に暖房端末循環配管２９が接続する。暖房端末循環配管２９は、暖房熱交換器２７と、床暖房配管や浴室暖房乾燥機等の暖房端末７１間を連絡する往路と復路を構成する循環回路である。以上の構成によって、温水循環配管２３と暖房出力循環配管２６内の温水を循環ポンプ３４で循環させ、暖房端末循環配管２９内の熱媒体（温水）を循環ポンプ３５で循環させることで、排熱回収熱交換器２４で加熱された高温水により、暖房熱交換器２７において、暖房端末循環配管２９内を循環する熱媒体を加熱して暖房端末７１に供給することができる。つまり、回収された発電ユニット１０の排熱が、暖房端末７１で消費され、有効利用されることになる。
【００４７】
本実施形態では、排熱回収冷却液循環配管２２の往路と復路の夫々に三方弁３７，３８を介装し、また、暖房端末循環配管２９の復路の途中に開閉弁３６を介装し、暖房端末分岐配管３０を、三方弁３７と開閉弁３６の上流側の間と、三方弁３８と開閉弁３６の下流側の間に夫々配している。これにより、発電ユニット１０内の熱交換器１９において排熱回収して加熱された冷却水を熱媒体として暖房端末循環配管２９に直接供給可能となるため、温水循環配管２３と暖房出力循環配管２６を経由する場合に比べて高効率で、発電ユニット１０の排熱が回収され暖房端末７１に供給可能となる。更に、発電ユニット１０の自主運転時（始動完了後）は、排熱回収制御装置３２の行う制御によって開閉弁３６及び三方弁３７，３８を、以下の要領で切り替えることで、貯湯タンク２１の貯湯量が所定量以上の場合には、発電ユニット１０内の熱交換器１９において排熱回収して加熱された冷却水を熱媒体として暖房端末循環配管２９に直接供給可能となる。
【００４８】
開閉弁３６は、系統正常時の熱主運転時、または、貯湯量が所定量以上でない場合には開弁され、系統停電時の自主運転時で貯湯量が所定量以上の場合には、閉弁される。三方弁３７，３８は、熱主運転時、または、貯湯量が所定量以上でない場合には、排熱回収冷却液循環配管２２が、発電ユニット１０内の熱交換器１９と排熱回収熱交換器２４間を連絡する往路と復路を形成するように制御され、暖房端末分岐配管３０への流路は遮断される。これに対して、三方弁３７，３８は、自主運転時で貯湯量が所定量以上の場合には、熱交換器１９から排熱回収熱交換器２４への排熱回収冷却液循環配管２２が遮断され、暖房端末分岐配管３０への流路が形成されるように制御され、熱交換器１９から暖房端末７１までの循環回路が形成される。
【００４９】
排熱回収制御装置３２は、マイクロコンピュータ等を用いて構成され、各配管及び貯湯タンク２１に介装された温度センサ、圧力センサ、流量計等の計測信号、その他の入力信号及び内部の制御情報に基づいて、発電ユニット１０の運転の開始及び停止制御を行うとともに、各配管に介装された循環ポンプ３３、３４の運転制御や、開閉弁３６及び三方弁３７，３８等の開閉及び開度の制御を行い、各配管内の流体の循環を制御する。
【００５０】
以下、系統停電時における発電ユニット１０を自立運転させる場合の、発電制御装置１８及び排熱回収制御装置３２の行う制御について説明する。
【００５１】
先ず、系統停電状態では、発電制御装置１８が電流トランス４５からの検出信号によって系統停電を検出して、発電ユニット１０の運転を停止するとともに、スイッチ５１と、発電ユニット１０内の電力端子１０ａ、１０ｂとインバータ１３の間の２つのスイッチをオフにした状態となっている。ここで、発電制御装置１８が、利用者の手動操作によって発生した操作スイッチ４９からの自立運転信号を受け取ると、発電ユニット１０の始動を以下の制御手順によって開始する。
【００５２】
先ず、スイッチ５３と、電力端子１０ａとインバータ１３の間のスイッチをオフにしたまま、スイッチ５４の入力を発電ユニット１０内の電力端子１０ｂ側に切り替え、電力端子１０ｂとインバータ１３の間のスイッチをオンにする。これにより、インバータ１３の出力と排熱利用給湯暖房ユニット２０の電力入力端子２０ｂが接続される。次に、発電制御装置１８は、発電ユニット１０の自立運転の始動開始時である旨の状態信号を排熱回収制御装置３２に出力するとともに、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７を制御して、蓄電池１６から出力される直流電力をＤＣ／ＤＣコンバータ１７を介して、インバータ１３のＤＣ／ＡＣコンバータ１５に供給して交流電力に変換し、電力端子１０ｂからスイッチ５４を介して排熱利用給湯暖房ユニット２０に供給する。排熱回収制御装置３２は、上記状態信号を受信すると、始動開始時であることを認識して、排熱利用給湯暖房ユニット２０内の補機類の内、排熱回収冷却液循環配管２２に介装された循環ポンプ３３だけに、発電ユニット１０側からの電力を供給して作動させ、排熱回収冷却液循環配管２２内の冷却液を循環させる。これと同時に、発電制御装置１８は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１４を制御して、蓄電池１６から出力される直流電力をＤＣ／ＤＣコンバータ１７を介して、ＡＣ／ＤＣコンバータ１４の２次側に供給して交流電力に変換し、１次側から発電機１２に出力させる。これにより、発電機１２はガスエンジン１１のスタータモータとして機能し、ガスエンジン１１のクランキングを行ってガスエンジン１１を起動する。ここで、ガスエンジン１１の始動によって発生する排熱は、熱交換器１９から排熱回収冷却液循環配管２２内を循環する冷却液によって回収され、ガスエンジン１１のオーバーヒートが防止される。
【００５３】
ガスエンジン１１が一旦始動すると、発電機１２が発電を開始するので、ＡＣ／ＤＣコンバータ１４の作動を停止する。引き続き、ガスエンジン１１が安定した運転状態に達したことを検知した後、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７とＤＣ／ＡＣコンバータ１５を制御して、インバータ１３のＤＣ／ＡＣコンバータ１５への直流電力の供給を、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７側からＤＣ／ＡＣコンバータ１５側に切り替え、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７の作動を停止して、蓄電池１６からの電力供給を停止する。つまり、発電機１２が発電する電力が、電力端子１０ｂから出力される。尚、ガスエンジン１１の安定した運転状態（冷間時始動の場合は暖機運転の終了状態）は公知の手法、例えば、ガスエンジン１１の排ガス浄化装置の触媒温度や、ガスエンジン１１の燃焼ガス中の酸素濃度等の検出出力に基づいて検知される。
【００５４】
また、発電制御装置１８は、ガスエンジン１１の安定した運転状態を検知した後、発電ユニット１０の始動が完了した旨の状態信号を排熱回収制御装置３２に出力するとともに、スイッチ５３をオンにし、更に、スイッチ５２の入力をスイッチ５３側に切り替えて、発電ユニット１０の電力端子１０ｂからスイッチ５２、５３を介して、第２分電盤４１に電力供給可能な状態にする。ここで、発電ユニット１０の始動が完了した旨の状態信号を受け取った排熱回収制御装置３２は、排熱利用給湯暖房ユニット２０内の他の補機類（循環ポンプ３４、３５等）の作動をそのときの各部の制御状態に応じて開始する。これにより、自立運転する発電ユニット１０から、排熱利用給湯暖房ユニット２０内の他の補機類（循環ポンプ３４、３５等）及び第２電力負荷６２への電力供給が可能となる。ここで、排熱利用給湯暖房ユニット２０内の他の補機類が作動可能となったことで、排熱回収冷却液循環配管２２の冷却液の循環によって回収された排熱は、貯湯タンク２１に温水として貯湯されるとともに、その温水が給湯負荷７０に供給され、また、暖房出力循環配管２６と暖房熱交換器２７と暖房端末循環配管２９を介して暖房端末７１へ熱供給可能となる。これにより、発電ユニット１０の排熱がより効率的に回収され、給湯負荷７０及び暖房端末７１で利用されるとともに、ガスエンジン１１のオーバーヒートを防止できる。
【００５５】
ところで、本実施形態では、発電ユニット１０の電力端子１０ｂからスイッチ５２、５３を介して、第２分電盤４１に電力供給可能な状態にした直後に、排熱利用給湯暖房ユニット２０内の補機類及び第２電力負荷６２（自立運転時電力負荷）が過負荷状態となった場合に、出力電圧の低下が生じ、循環ポンプ３３が正常に作動せず、排熱回収冷却液循環配管２２内の冷却液の循環が滞るのを防止するために、発電制御装置１８は、当該過負荷状態を検知すると、スイッチ５３をオフにするか、スイッチ５２を第１分電盤４０側に切り替えて、発電ユニット１０から第２電力負荷６２への電力供給を遮断する制御を行う。これにより、循環ポンプ３３の安定的な作動が確保され、排熱回収冷却液循環配管２２内の冷却液の循環によって、ガスエンジン１１のオーバーヒートを防止するとともに、発電ユニット１０及び排熱回収制御装置３２の作動状態を確保する。
【００５６】
本実施形態では、発電ユニット１０の始動開始時に、排熱利用給湯暖房ユニット２０内の補機類の内、排熱回収冷却液循環配管２２内の冷却液の循環ポンプ３３だけを作動させる制御を行うため、蓄電池１６の電気容量の設計余裕度を低く抑えることが可能となる。更に、過負荷状態において、第２電力負荷６２への電力供給を遮断する制御を行うので、発電ユニット１０及び排熱回収制御装置３２の作動状態が確保されている限り、当該過負荷状態が解消した後に、発電ユニット１０を再度始動する必要がなく、蓄電池１６の電気容量の設計余裕度を更に低く抑えることが可能となる。
【００５７】
次に、本発明システムの別実施形態について説明する。
【００５８】
〈１〉上記実施形態において、発電ユニット１０が自主運転を開始すると、排熱回収制御装置３２は、発電制御装置１８から発電ユニット１０が自主運転の始動開始状態及び始動完了状態である旨の状態信号を順次受け取り、上述の通りの排熱回収制御を行う場合を説明したが、排熱回収制御装置３２が、上記排熱回収制御に加えて、自主運転状態がどのように行われているかを利用者に報知する構成も好ましい実施形態である。具体的には、発電制御装置１８が自立運転時電力負荷の過負荷状態を検知して第２電力負荷６２への電力供給を遮断する制御を行った場合に、その旨の状態信号を、排熱回収制御装置３２に送信する。排熱回収制御装置３２は、第２電力負荷６２への電力供給が遮断され、過負荷状態であることを示す報知信号を、排熱利用給湯暖房ユニット２０のリモコン装置等の所定の出力端末３９（図１、図２参照）に出力する。報知信号は、発電ユニット１０が自主運転中であり、過負荷状態にある旨の情報を含む。出力端末３９は、当該報知信号を受け付けると、当該報知信号に基づいて、出力端末３９の表示画面上に、過負荷状態にある旨の表示を行う。また、上記表示に代えて、或いは、追加して、音声による同様の通知を行うようにしてもよい。
【００５９】
更に、発電制御装置１８が、排熱利用給湯暖房ユニット２０内の補機類及び第２電力負荷６２の消費電力をインバータ１３に設けられた電圧計及び電流計（図示せず）からの堅検出信号に基づいて逐次計算し、発電ユニット１０から出力される最大出力に対する比率（負荷状態）を排熱回収制御装置３２に送信し、排熱回収制御装置３２が当該負荷状態を示す信号を出力端末３９に出力するのも好ましい。出力端末３９は、当該負荷状態信号を受け付けると、当該負荷状態信号に基づいて、出力端末３９の表示画面上に、最大出力に対する比率（０〜１００％、１００％超）を例えば１０％刻みで色分け表示或いは濃淡表示することで、使用者に対して発電ユニット１０の最大出力に対する余裕度を視覚的に認識容易に報知できる。更に、最大出力に対する比率が一定値（例えば、７０％、９０％）を夫々超過すると、警告音を鳴動させることで、過負荷状態を未然に防ぐことが可能となる。
【００６０】
ここで、出力端末３９に対する表示出力や警報音の出力に関する制御を、排熱回収制御装置３２から行う場合を説明したが、発電制御装置１８と出力端末３９の間を制御信号が直接通信可能にすることで、発電制御装置１８から出力端末３９に対する表示出力や警報音の出力に関する制御を直接行うようにしてもよい。
【００６１】
〈２〉上記実施形態では、発電制御装置１８は、自立運転時電力負荷の過負荷状態を検知すると、第２電力負荷６２への電力供給を全面的に遮断する制御を行ったが、第２電力負荷６２を予め複数の区分に分類しておき、自立運転時電力負荷の過負荷状態を検知した場合に、第２電力負荷６２への電力供給を区分毎に段階的に遮断する制御を行うのも好ましい。
【００６２】
例えば、第２分電盤４１に設けられた複数の分岐ブレーカ４６の夫々に対して分岐回路毎にスイッチ５３を設け、発電制御装置１８が、自立運転時電力負荷の過負荷状態を検知した場合に、複数のスイッチ５３の開閉制御を、予め設定された優先順位の低い順から、或いは、電流負荷量の計測結果に基づいて、順番にオフする制御を行う。或いは、第２分電盤４１に設けられた複数の分岐ブレーカ４６の夫々に対して分岐回路毎にスイッチ５２を設け、発電制御装置１８が、自立運転時電力負荷の過負荷状態を検知した場合に、複数のスイッチ５２の入力切替制御を、予め設定された優先順位の低い順から、或いは、電流負荷量の計測結果に基づいて、順番に第１分電盤４０側に切り替える制御を行う。前者の優先順位に基づくスイッチ制御では、例えば、高優先順位負荷として照明器具や冷蔵庫を、循環ポンプ３３と合計しても発電ユニット１０の最大出力を超過しないように予め選択しておくことで、これら最重要負荷への電力供給が遮断されるのを未然に防止できる。また、後者の場合は、複数の分岐ブレーカ４６の夫々に対して電流トランス等を設けることで、分岐回路（区分）毎の電力負荷を計測することで、過負荷状態を解消できる分岐回路の組み合わせを算出して、当該組み合わせの分岐回路に対する電力供給を遮断するようにしても良い。
【００６３】
また、複数のスイッチ５３の開閉制御、或いは、複数のスイッチ５２の入力切替制御は、発電ユニット１０の発電周波数（商用交流電源６０の周波数である５０Ｈｚ或いは６０Ｈｚ）の数周期分程度（例えば、６０Ｈｚで５周期分とすれば８４ｍｓ或いは０．１秒以下）で行うことで、過負荷状態が回路に与えるダメージを極力抑制できる一方で、スイッチ制御における過負荷状態が解消されたか否かの検出も確実に行える。
【００６４】
〈３〉上記実施形態では、発電制御装置１８は、自立運転時電力負荷の過負荷状態を検知すると、第２電力負荷６２への電力供給を一旦遮断する制御を行ったが、第２電力負荷６２への電力供給を一時的に遮断する制御を、一定期間或いは上記過負荷状態が解消されるまで繰り返すように制御するのも好ましい。
【００６５】
最近の家電製品では、実力的に０．１秒以下程度の瞬時停電から復帰後に元の状態を継続する、或いは、元の状態へ自動的に復帰する製品が数多くあるため、第２電力負荷６２への電力供給の一時的な遮断期間を０．１秒以下に設定し、この一時的な遮断を繰り返すことで、使用者は、例えば、照明がちらつく、或いは、テレビがオンオフを繰り返すことで、過負荷状態にあることを認識できるため、使用者が自発的に過負荷状態の解消を図ることができる。
【００６６】
〈４〉上記実施形態では、発電制御装置１８及び排熱回収制御装置３２の行う自立運転開始時の制御は、発電ユニット１０のガスエンジン１１が冷間状態での始動か、温間状態での始動かで区別せずに、一律同じ制御としていたが、ガスエンジン１１が冷間状態か温間状態かを検出する発電部温冷状態検出部を備え、発電部温冷状態検出部の検出出力に基づいて、温間状態での始動の場合には、上記実施形態と同じ制御を行い、冷間状態での始動の場合には、以下のように制御するのも好ましい。
【００６７】
発電制御装置１８が、利用者の手動操作によって発生した操作スイッチ４９からの自立運転信号を受け取ると、発電部温冷状態検出部の検出出力に基づいてガスエンジン１１が冷間状態と温間状態の何れであるかを検出し、冷間状態の場合には、スイッチ５１、５３と、電力端子１０ａ、１０ｂとインバータ１３の間の２つのスイッチをオフにしたまま、ＡＣ／ＤＣコンバータ１４を制御して、蓄電池１６から出力される直流電力をＤＣ／ＤＣコンバータ１７を介して、ＡＣ／ＤＣコンバータ１４の２次側に供給して交流電力に変換し、１次側から発電機１２に出力させる。これにより、発電機１２はガスエンジン１１のスタータモータとして機能し、ガスエンジン１１のクランキングを行ってガスエンジン１１を起動する。ガスエンジン１１が起動すると、発電制御装置１８は、スイッチ５４の入力を発電ユニット１０内の電力端子１０ｂ側に切り替え、電力端子１０ｂとインバータ１３の間のスイッチをオンにする。これにより、インバータ１３の出力と排熱利用給湯暖房ユニット２０の電力入力端子２０ｂが接続される。次に、発電制御装置１８は、発電ユニット１０の自立運転の始動開始時である旨の状態信号を排熱回収制御装置３２に出力するとともに、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７を制御して、蓄電池１６から出力される直流電力をＤＣ／ＤＣコンバータ１７を介して、インバータ１３のＤＣ／ＡＣコンバータ１５に供給して交流電力に変換し、電力端子１０ｂからスイッチ５４を介して排熱利用給湯暖房ユニット２０に供給する。排熱回収制御装置３２は、上記状態信号を受信すると、始動開始時であることを認識して、排熱利用給湯暖房ユニット２０内の補機類の内、排熱回収冷却液循環配管２２に介装された循環ポンプ３３だけに、発電ユニット１０側からの電力を供給して作動させ、排熱回収冷却液循環配管２２内の冷却液を循環させる。ここで、ガスエンジン１１の始動によって発生する排熱は、熱交換器１９から排熱回収冷却液循環配管２２内を循環する冷却液によって回収され、ガスエンジン１１のオーバーヒートが防止される。
【００６８】
ガスエンジン１１が一旦始動すると、発電機１２が発電を開始するので、ＡＣ／ＤＣコンバータ１４の作動を停止する。引き続き、ガスエンジン１１が安定した運転状態（暖機運転の終了状態）に達したことを検知した後、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７とＤＣ／ＡＣコンバータ１５を制御して、インバータ１３のＤＣ／ＡＣコンバータ１５への直流電力の供給を、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７側からＤＣ／ＡＣコンバータ１５側に切り替え、ＤＣ／ＤＣコンバータ１７の作動を停止して、蓄電池１６からの電力供給を停止する。つまり、発電機１２が発電する電力が、電力端子１０ｂから出力される。
【００６９】
また、発電制御装置１８は、ガスエンジン１１の安定した運転状態を検知した後、発電ユニット１０の始動が完了した旨の状態信号を排熱回収制御装置３２に出力するとともに、スイッチ５３をオンにし、更に、スイッチ５２の入力をスイッチ５３側に切り替えて、発電ユニット１０の電力端子１０ｂからスイッチ５２、５３を介して、第２分電盤４１に電力供給可能な状態にする。ここで、発電ユニット１０の始動が完了した旨の状態信号を受け取った排熱回収制御装置３２は、排熱利用給湯暖房ユニット２０内の他の補機類（循環ポンプ３４、３５等）の作動をそのときの各部の制御状態に応じて開始する。これにより、自立運転する発電ユニット１０から、排熱利用給湯暖房ユニット２０内の他の補機類（循環ポンプ３４、３５等）及び第２電力負荷６２への電力供給が可能となる。
【００７０】
尚、発電部温冷状態検出部は、系統停電検知による発電ユニット１０の運転停止期間の長さを計測して、運転停止期間が一定時間以上の場合に冷間状態と判定する構成や、前回の発電ユニット１０の運転継続時間の長さを計測して、運転継続時間が一定時間未満の場合に冷間状態と判定する構成、或いは、排熱回収冷却液循環配管２２内に滞留している冷却液の温度を検出して、冷却液の温度が一定値以下の場合に冷間状態と判定する構成等が考えられるが、ガスエンジン１１の冷間状態と温間状態を検出できる限りにおいて、その構成は上記の構成例に限定されるものではない。
【００７１】
〈５〉上記実施形態では、発電ユニット１０の自主運転は、操作スイッチ４９を利用者が手動操作することにより発生する自立運転信号が発電ユニット１０の発電制御装置１８に入力され起動される場合を説明したが、発電ユニット１０の自主運転の起動は、利用者の手動操作によらずに、系統停電を検知して自動的に起動可能に構成するのも好ましい実施形態である。この場合、発電制御装置１８は、第１分電盤４０に設けられた電流トランス４５の検出信号によって系統停電を検出して、自動的に発電ユニット１０の自主運転を行う。ここで、系統停電を検出してから発電ユニット１０の自主運転を開始するまでに所定の遅延時間（例えば、１〜５分程度）を設けることで、当該遅延時間未満の短い停電に対して、発電ユニット１０の自主運転が開始するのを防止できる。発電ユニット１０の自主運転開始後の動作は、上記実施形態と同様である。
【００７２】
〈６〉上記実施形態で説明した発電ユニット１０の構成は、一例であり、上記実施形態の構成に限定されるものではない。
【００７３】
例えば、上記実施形態では、系統連系時に交流電力を出力するＤＣ／ＡＣコンバータ１５を、自主運転時にも使用する構成としたが、図３に示すように、自主運転時に使用するＤＣ／ＡＣコンバータ１５ａを、系統連系時に交流電力を出力するＤＣ／ＡＣコンバータ１５とは別にして、インバータ１３の内部ノードＮ０と電力端子１０ｂの間に介装して、２台のＤＣ／ＡＣコンバータ１５、１５ａを並列に設けても構わない。この場合、ＤＣ／ＡＣコンバータ１５は単相３線式正弦波出力の１００Ｖ／２００Ｖを出力するが、ＤＣ／ＡＣコンバータ１５ａは単相２線式正弦波出力の１００Ｖを出力すれば十分である。
【００７４】
更に、例えば、発電ユニット１０は、ガスエンジン１１によって駆動される発電機１２を具備する構成ではなく、燃料電池を備えた構成であっても構わない。この場合、燃料電池が直流電力を出力するため、ＡＣ／ＤＣコンバータ１４に代えて、ＤＣ／ＤＣコンバータを使用する。
【００７５】
〈７〉上記実施形態で説明した排熱利用給湯暖房ユニット２０の各配管や熱交換器等の回路構成は、一例であり、排熱回収冷却液循環配管２２の排熱回収後の冷却液と熱交換することで、発電ユニット１０が発生する排熱を利用する排熱利用部を有する構成である限りにおいて、上記実施形態の構成に限定されるものではない。
【００７６】
〈８〉上記実施形態では、系統停電時において、発電ユニット１０を商用交流電源６０と切り離して自主運転する場合を想定して説明したが、発電ユニット１０の自主運転は、必ずしも系統停電時に限定されるものではない。例えば、系統正常時において、発電ユニット１０と商用交流電源６０間の系統連系接続を切り離して、発電ユニット１０を自主運転するようにしても構わない。
【００７７】
〈９〉上記実施形態では、発電ユニット１０に排熱を大気放熱するための放熱器を備えていない熱電併給システムを想定して説明したが、当該放熱器を備えた場合についても、本発明システムは有効に機能する。即ち、当該放熱器を排熱回収冷却液循環配管２２に接続することで、熱交換器１９で排熱回収した高温の冷却液を、当該放熱器で冷却して排熱回収冷却液循環配管２２内を循環させることができ、より効果的に発電ユニット１０の放熱が行える。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明に係る熱電併給システムは、低コストで自立運転可能な熱電併給システムに利用可能であり、特に、家庭用の熱電併給システムに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明に係る熱電併給システムの一実施形態における電力供給に係るシステム構成例を示すブロック図
【図２】本発明に係る熱電併給システムの一実施形態における排熱回収及び給湯及び暖房負荷に対する熱供給に係るシステム構成例を示すブロック図
【図３】本発明に係る熱電併給システムの他の実施形態における電力供給に係るシステム構成例を示すブロック図
【図４】従来の家庭用の熱電併給システムの一構成例を示すシステム構成図
【符号の説明】
【００８０】
１： 本発明に係る熱電併給システム
１０： 発電ユニット
１０ａ： 電力端子（系統連系運転時）
１０ｂ： 電力端子（自主運転時）
１１： ガスエンジン
１２： 発電機
１３： インバータ
１４： ＡＣ／ＤＣコンバータ
１５： 双方向ＤＣ／ＡＣコンバータ
１５ａ： ＤＣ／ＡＣコンバータ
１６： 電力貯蔵装置（蓄電池）
１７： ＤＣ／ＤＣコンバータ
１８： 発電制御装置
１９： 熱交換器
２０： 排熱利用給湯暖房ユニット
２０ａ： 排熱利用部
２０ｂ： 電力入力端子
２１： 貯湯タンク
２２： 排熱回収冷却液循環配管
２３： 温水循環配管
２４： 排熱回収熱交換器
２５： 給湯出力配管
２６： 暖房出力循環配管
２７： 暖房熱交換器
２８： 給水配管
２９： 暖房端末循環配管
３０： 暖房端末分岐配管
３１： 補助熱源
３２： 排熱回収制御装置
３３： 循環ポンプ（電動冷却液ポンプ）
３４、３５： 循環ポンプ
３６： 開閉弁
３７、３８： 三方弁
３９： 出力端末（リモコン装置）
４０： 第１分電盤
４１： 第２分電盤
４２： 主幹ブレーカ（ＭＣＢ）
４３： ブレーカ（ＭＣＢ）
４４、４６： 分岐ブレーカ
４５： 電流トランス
４９： 操作スイッチ（自主運転スイッチ）
５１、５３： オンオフスイッチ
５２、５４： ２入力切替スイッチ
６０： 商用交流電源
６１、６２： 電力負荷
７０： 給湯負荷
７１： 暖房端末
８０： 制御装置
Ｎ０： 内部ノード
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部から燃料供給を受けて発電する発電部と、
外部の商用交流電源または前記発電部から電力供給を受けて電力貯蔵する電力貯蔵部と、
前記商用交流電源または前記電力貯蔵部から電力供給を受けて前記発電部を始動する発電始動部と、
前記発電部または前記電力貯蔵部から電力供給を受けて交流電力を出力可能な交流出力部と、
冷却液の循環により前記発電部が発電時に発生する排熱を回収して前記発電部を冷却する排熱回収冷却液循環配管と、
前記排熱回収冷却液循環配管の前記冷却液を循環させる電動冷却液ポンプと、
前記排熱回収冷却液循環配管の前記冷却液と熱交換することで、前記排熱を利用する排熱利用部と、
前記発電部が前記商用交流電源から独立して自立運転する場合の制御を行う制御部と、を備えてなる熱電併給システムであって、
前記制御部が、前記自立運転の開始時に、前記電力貯蔵部から前記交流出力部を介して前記電動冷却液ポンプに電力供給して前記電動冷却液ポンプを作動させ前記冷却液の循環を開始させてから、前記電力貯蔵部から前記発電始動部に電力供給して前記発電部を始動させ、前記発電部から前記交流出力部に電力供給可能になった後に、前記発電部から前記交流出力部を介して前記電動冷却液ポンプを含む自立運転時の電力供給対象である自立運転時電力負荷に交流電力の供給を開始する制御を行うことを特徴とする熱電併給システム。
【請求項２】
前記発電部が冷間状態か温間状態かを検出する発電部温冷状態検出部を備え、
前記制御部が、前記自立運転の開始時に、前記発電部温冷状態検出部の検出出力に基づいて、前記発電部が温間時には、前記電力貯蔵部から前記交流出力部を介して前記電動冷却液ポンプに電力供給して前記電動冷却液ポンプを作動させ前記冷却液の循環を開始させてから、前記電力貯蔵部から前記発電始動部に電力供給して前記発電部を始動させ、前記発電部から前記交流出力部に電力供給可能になった後に、前記発電部から前記交流出力部を介して前記電動冷却液ポンプを含む自立運転時の電力供給対象である自立運転時電力負荷に交流電力の供給を開始する制御を行い、前記発電部が冷間時には、前記電力貯蔵部から前記発電始動部に電力供給して前記発電部を始動させてから、前記電力貯蔵部から前記交流出力部を介して前記電動冷却液ポンプに電力供給して前記電動冷却液ポンプを作動させ前記冷却液の循環を開始させ、前記発電部の暖機運転終了後に、前記発電部から前記交流出力部を介して前記電動冷却液ポンプを含む自立運転時の電力供給対象である自立運転時電力負荷に交流電力の供給を開始する制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の熱電併給システム。
【請求項３】
前記商用交流電源の停電を検出する停電検出部を備え、
前記交流出力部が、前記商用交流電源と系統連系して所定の系統連系時電力負荷に電力供給可能、且つ、前記商用交流電源の停電検出時には前記系統連系を遮断可能に構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の熱電併給システム。
【請求項４】
前記交流出力部が、前記商用交流電源と系統連系可能で、系統連系時に交流電力を出力する第１交流出力部と、前記商用交流電源から独立した自立運転時に交流電力を出力する第２交流出力部とを備えて構成されていることを特徴とする請求項３に記載の熱電併給システム。
【請求項５】
前記制御部が、前記発電部から前記交流出力部を介して前記自立運転時電力負荷に交流電力の供給を開始した後に、前記自立運転時電力負荷が過負荷状態にあることを検知した場合、前記電動冷却液ポンプを少なくとも除く前記自立運転時電力負荷への電力供給を遮断する制御を行うことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の熱電併給システム。
【請求項６】
前記制御部が、前記自立運転時電力負荷が過負荷状態にあることを検知した場合、当該過負荷状態を前記自立運転時電力負荷の使用者に報知するための信号を所定の出力端末に出力することを特徴とする請求項５に記載の熱電併給システム。
【請求項７】
前記電動冷却液ポンプを少なくとも除く前記自立運転時電力負荷が複数に区分され、前記区分毎に前記交流出力部からの電力供給を遮断可能に構成され、
前記制御部が、前記自立運転時電力負荷が過負荷状態にあることを検知した場合、前記電動冷却液ポンプを少なくとも除く前記自立運転時電力負荷への電力供給を、前記過負荷状態が解消されるまで、前記区分毎に段階的に遮断する制御を行うことを特徴とする請求項５または６に記載の熱電併給システム。
【請求項８】
前記制御部が、前記自立運転時電力負荷が過負荷状態にあることを検知した場合、前記電動冷却液ポンプを少なくとも除く前記自立運転時電力負荷への電力供給を一時的に遮断する制御を、一定期間或いは前記過負荷状態が解消されるまで繰り返すことを特徴とする請求項５または６に記載の熱電併給システム。
【請求項１】
外部から燃料供給を受けて発電する発電部と、
外部の商用交流電源または前記発電部から電力供給を受けて電力貯蔵する電力貯蔵部と、
前記商用交流電源または前記電力貯蔵部から電力供給を受けて前記発電部を始動する発電始動部と、
前記発電部または前記電力貯蔵部から電力供給を受けて交流電力を出力可能な交流出力部と、
冷却液の循環により前記発電部が発電時に発生する排熱を回収して前記発電部を冷却する排熱回収冷却液循環配管と、
前記排熱回収冷却液循環配管の前記冷却液を循環させる電動冷却液ポンプと、
前記排熱回収冷却液循環配管の前記冷却液と熱交換することで、前記排熱を利用する排熱利用部と、
前記発電部が前記商用交流電源から独立して自立運転する場合の制御を行う制御部と、を備えてなる熱電併給システムであって、
前記制御部が、前記自立運転の開始時に、前記電力貯蔵部から前記交流出力部を介して前記電動冷却液ポンプに電力供給して前記電動冷却液ポンプを作動させ前記冷却液の循環を開始させてから、前記電力貯蔵部から前記発電始動部に電力供給して前記発電部を始動させ、前記発電部から前記交流出力部に電力供給可能になった後に、前記発電部から前記交流出力部を介して前記電動冷却液ポンプを含む自立運転時の電力供給対象である自立運転時電力負荷に交流電力の供給を開始する制御を行うことを特徴とする熱電併給システム。
【請求項２】
前記発電部が冷間状態か温間状態かを検出する発電部温冷状態検出部を備え、
前記制御部が、前記自立運転の開始時に、前記発電部温冷状態検出部の検出出力に基づいて、前記発電部が温間時には、前記電力貯蔵部から前記交流出力部を介して前記電動冷却液ポンプに電力供給して前記電動冷却液ポンプを作動させ前記冷却液の循環を開始させてから、前記電力貯蔵部から前記発電始動部に電力供給して前記発電部を始動させ、前記発電部から前記交流出力部に電力供給可能になった後に、前記発電部から前記交流出力部を介して前記電動冷却液ポンプを含む自立運転時の電力供給対象である自立運転時電力負荷に交流電力の供給を開始する制御を行い、前記発電部が冷間時には、前記電力貯蔵部から前記発電始動部に電力供給して前記発電部を始動させてから、前記電力貯蔵部から前記交流出力部を介して前記電動冷却液ポンプに電力供給して前記電動冷却液ポンプを作動させ前記冷却液の循環を開始させ、前記発電部の暖機運転終了後に、前記発電部から前記交流出力部を介して前記電動冷却液ポンプを含む自立運転時の電力供給対象である自立運転時電力負荷に交流電力の供給を開始する制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の熱電併給システム。
【請求項３】
前記商用交流電源の停電を検出する停電検出部を備え、
前記交流出力部が、前記商用交流電源と系統連系して所定の系統連系時電力負荷に電力供給可能、且つ、前記商用交流電源の停電検出時には前記系統連系を遮断可能に構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の熱電併給システム。
【請求項４】
前記交流出力部が、前記商用交流電源と系統連系可能で、系統連系時に交流電力を出力する第１交流出力部と、前記商用交流電源から独立した自立運転時に交流電力を出力する第２交流出力部とを備えて構成されていることを特徴とする請求項３に記載の熱電併給システム。
【請求項５】
前記制御部が、前記発電部から前記交流出力部を介して前記自立運転時電力負荷に交流電力の供給を開始した後に、前記自立運転時電力負荷が過負荷状態にあることを検知した場合、前記電動冷却液ポンプを少なくとも除く前記自立運転時電力負荷への電力供給を遮断する制御を行うことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の熱電併給システム。
【請求項６】
前記制御部が、前記自立運転時電力負荷が過負荷状態にあることを検知した場合、当該過負荷状態を前記自立運転時電力負荷の使用者に報知するための信号を所定の出力端末に出力することを特徴とする請求項５に記載の熱電併給システム。
【請求項７】
前記電動冷却液ポンプを少なくとも除く前記自立運転時電力負荷が複数に区分され、前記区分毎に前記交流出力部からの電力供給を遮断可能に構成され、
前記制御部が、前記自立運転時電力負荷が過負荷状態にあることを検知した場合、前記電動冷却液ポンプを少なくとも除く前記自立運転時電力負荷への電力供給を、前記過負荷状態が解消されるまで、前記区分毎に段階的に遮断する制御を行うことを特徴とする請求項５または６に記載の熱電併給システム。
【請求項８】
前記制御部が、前記自立運転時電力負荷が過負荷状態にあることを検知した場合、前記電動冷却液ポンプを少なくとも除く前記自立運転時電力負荷への電力供給を一時的に遮断する制御を、一定期間或いは前記過負荷状態が解消されるまで繰り返すことを特徴とする請求項５または６に記載の熱電併給システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００８−２２３５５９（Ｐ２００８−２２３５５９Ａ）
【公開日】平成２０年９月２５日（２００８．９．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−６１１９３（Ｐ２００７−６１１９３）
【出願日】平成１９年３月１２日（２００７．３．１２）
【出願人】（００００００２８４）大阪瓦斯株式会社 (2,453)
【公開日】平成２０年９月２５日（２００８．９．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月１２日（２００７．３．１２）
【出願人】（００００００２８４）大阪瓦斯株式会社 (2,453)
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