专利名称：热电联供系统以及能量供给系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种热电联供系统以及能量供给系统。
背景技术：
目前，人们早就知道这样一种热电联供系统即在一般家庭中设置发电装置，通过该装置来提供家庭所消费的部分电力和热(例如非专利文献1)。
这里所谓的热电联供系统，是指一种通过发电装置获得电力的同时，回收发电装置的排热作为热源来利用的能量供给装置。这里，作为发电装置一般为燃料电池或燃气机等。
(非专利文献1)水田旱田健，家庭用燃料电池，汽车技术，Vo158，No3，P.8
发明内容但是，在包含一般家庭的个人需要者中，各个需要者所消费的消费电能和消费热量的形式各种各样，对于每个需要者，除了其最大值不同之外消费电能和消费热量的比率也千差万别。因此，在向一般家庭引入热电联供系统时，因为系统的发电量和排热量的最大值以及发电量和排热量的比率已经确定，所以引入可以供给适合于各个需要者的电能和热量的系统是比较困难的。
另外，在向一般家庭引入了热电联供系统时，由于其拥有者不具备专门知识，故障时的修理只好委托给专门人员。因此，在系统发生了故障时，拥有者与专门的修理人员联络之后，直到修理人员的修理作业结束之前不能使用该系统。
本发明，是鉴于上述问题而形成的，其目的在于提供一种在一般家庭中适应各个需要者的消费电能和消费热量，且在发生故障时可以简单应对的家庭用热电联供系统。
本发明的特征之一在于，供给电能以及热能的热电联供系统，具备电·热能发生模块，该电·热能发生模块具有产生电能的电能发生源以及使用由电能发生源所产生的热来产生热能的热能发生源，电·热能发生模块，具有用于将电·热能发生模块的电能发生源所产生的电能输出到该电·热能发生模块外部的电能输出部，和用于将上述热电联供系统模块的热能发生源所产生的热输出到该电·热能发生模块外部到热能输出部；和基体，该基体具有从电·热能发生模块的电能输出部输入电能的电能输入部以及从电·热能发生模块的热能输出部输入热能的热能输入部。
此外，本发明的其他特征在于，能量供给系统，具备具有产生热能的热能发生源的多个热能发生模块；在内部配置了多个热能发生源的基体；用于将热能发生源产生的热能输送到模块外部的能量输送部；和在基体内输入从上述热能发生模块的能量输出部输出的热能的热能输入部。
此外，本发明的其他特征通过以下所述的内容进行说明。
根据本发明，在构成热电联供系统的基体中，因为可以自由地组合电·热能发生模块和热能发生模块，所以可以提供与各个需要者的消费电能和消费热量相适应的热电联供系统。
图1是涉及本发明的家庭用热电联供系统的第一实施方式的结构图；图2是说明本发明第一实施方式中的热电联供系统机构的结构的立体俯视图；图3是说明本发明第一实施方式中的热电联供系统机构的运转方法的特性图；图4是本发明第一实施方式中的热电联供系统机构的检修画面的结构图；图5是本发明第一实施方式的热电联供系统机构的检修画面中的显示按钮的说明表；图6是涉及本发明的家庭用热电联供系统的第二实施方式的结构图。
具体实施例方式
下面，根据附图所示的实施方式对本发明的家庭用热电联供系统说明其细节。
(第一实施方式)
图1为本发明的第一实施方式，其表示在一般家庭中设置了由起外壳作用的基体2，多个热电联供系统模块3A，3B，…，和多个热泵模块4A，4B，…构成的热电联供系统机构1。这里，热电联供系统模块3，具备例如由燃气机和发电机所构成的发电装置，在供给由该发电装置所发出的电力的同时，还可以回收发电装置的排热后经由热交换器等排热利用装置来供给温水。此外，热泵模块4，具有例如燃气机和热泵，可以供给温水。而且，作为系统全体，除了热电联供系统机构1之外，还具有存储由热电联供系统机构所产生的温水的热水贮存槽5，和存储热电联供系统机构所使用的燃料的燃料罐6。在图1中，虽然设置了燃料罐，但也可以像城市媒气那样直接从煤气基础设施获取燃料。
图2表示出了本发明第一实施方式中的热电联供系统机构的具体的结构。热电联供系统机构1，由起外壳作用的基体2，多个热电联供系统模块3A，3B，…，和多个热泵模块4A，4B，…构成。在基体2中，具备控制系统的主机构11，输送发电电力的电力线路7，接受冷水的冷水管路9，输送温水的温水管路8，和获取燃料的燃料管路10。其中，电力线路7、冷水管路9、温水管路8和燃料管路10分别与外部的管路连接。
基体和各个模块，经由可拆卸的套管式安装部连接。热电联供系统模块侧的连接部，由输送发电电力的模块电力套管12，接受冷水的模块冷水套管14，输送温水的模块温水套管13，和接受燃料的模块燃料套管15构成。另一方面，基体侧的连接部，与此对应，也由接受发电电力的基体电力套管16，输送冷水的基体冷水套管18，接受温水的基体温水套管17，和输送燃料的基体燃料套管19构成。此外，在热泵模块的情况下，模块侧的连接部，由接受冷水的模块冷水套管，输送温水的模块温水套管，和接受燃料的模块燃料套管构成，在将热泵模块与基体机构连接的时候，不使用基体侧的基体电力套管。这样，用热电联供系统模块以及热泵模块的哪方的模块都可以自由地在基体进行拆卸。此外，在图2中，虽然划分了各个管路的套管，但也可以将其归纳为一种套管。
通过做成这样的结构，可以根据各个家庭的消费电能和温水的消费热量来调整各个模块的个数，因此可以自由地设定热电联供系统的供给电能和供给热量。例如，将热电联供系统模块的额定功率设为250W，额定热量设为250W，热泵模块的额定热量设为1000W。此时，在家庭A所需要的电能为1kW，热量为4kW的情况下，可以将热电联供系统模块设为4台，热泵模块设为3台。另一方面，在家庭B所需要的电能为1kW，热量为6kW的情况下，可以将热电联供系统模块设为4台，热泵模块设为5台。在现有例的热电联供系统中，因为由一台发电装置构成，所以系统所供给的电能和热量的比率是固定值无法进行调整，但是在本实施例中，通过调整热电联供系统模块的个数和热泵模块的个数，就可以自由地设定系统所供给的电能和热量的比率。
主机构11具备控制操作台，用于运转各个模块的指令全部从此处发出。根据有无套管连接和套管连接的种类来判断设置在基体上的模块的位置和种类。在控制操作台的存储芯片中存储各个时刻的电力使用量、供给热水使用量、热水贮藏槽水位、热水贮藏槽水温、燃料使用量、燃料罐余量、排气温度、各个模块的电力供给量和温水供给量、和各个模块的运转时间等运转数据。另一方面，在各个模块中，只具备存储芯片，存储各个模块的运转数据。各个模块不具有控制操作台，因此除了可以抑制各个模块的价格之外，还可以将模块的重量和体积做成最小限度。此外，在发生故障修理该模块时，可以从模块的存储芯片中取出所需要的模块的运转数据。
对模块的运转方法进行说明。作为例子，考虑如图3那样的随时间变动的消费功率。如图3所示，对于随时间变动的消费功率，控制模块的运转台数以使在消费电能的范围内可以供给最大的功率。例如，在将模块额定功率设为250W时，通过在消费功率为250W的A点开始第一台模块的运转，在消费功率为500W的B点开始第二台模块的运转，在消费功率为750W的C点开始第三台模块的运转的形式来控制运转台数。此时，消费电能和通过热电联供系统机构进行发电的电能的差，由系统功率补充。在现有的热电联供系统中，由于由一台发电装置构成，所以对于随时间变动的消费功率通过部分负载运转来应对，因此，不得不以比额定运转低的效率运转，但是在本实施例中，对于随时间变动的消费功率，各个模块始终以额定输出进行运转所以效率不降低。此外，虽然对于消费热量也进行同样的运转，但一般家庭的热量消费量，集中在进行晚饭准备、收拾或者洗澡的傍晚至夜间，所以在白天将各个模块产生的温水储藏在热水贮存槽中，来补充消费热量和热电联供系统所产生的热量的差。
此时，参照各个模块的运转时间，有选择地由运转时间短的模块进行运转。结果，可以平均化各个模块的运转时间，防止特定的模块的使用期间变短。
对模块的检修方法进行说明。图4表示热电联供系统机构的检修画面。在常规运转时，对于主机构的指令，各个模块表示出正常的反应时主正常灯22亮，在没有表示正常的反应时主异常显示灯23亮。此外，在常规检修时，通过按动主检修启动开关，来实施各个模块的检修。在通过该检修确认为正常的情况下主正常灯22亮，在确认为异常的情况下主异常显示灯23亮。主异常显示灯23点亮时，通过按动各个模块的模块检修启动开关24可以独立地实施相应模块的检修。在通过该检修确认为正常的情况下，模块正常显示灯点亮。这样，因为可以按模块单独地进行检查，所以即使在模块制造后或交换前等没有装入热电联供系统机构中的状态下，也可以按模块单独地进行检查。
图5举例表示与检修画面的显示灯所表示的机器的状态的对应内容。在使用主检修启动开关时主正常显示灯点亮的情况下，模块的状态为正常。在使用主检修启动开关时主异常显示灯点亮，而且在使用模块检修启动开关时模块正常显示灯点亮的情况下，主机构不良，需要更换主机构。另一方面，在使用主检修启动开关时主异常显示灯点亮，而且在使用模块检修启动开关时模块正常显示灯未亮的情况下，该模块不良需要更换该模块。
在故障时，在现有的热电联供系统中由于是由1台发电装置构成，所以在该装置发生了故障的时刻不得不使整个系统停止。另一方面，在本实施方式中，即使1台模块发生了故障，因为除发生故障的模块之外的其他模块可以继续运转所以不必停止整个系统。此外，可以只将发生故障的模块用新模块更换，所以即使是没有专业知识的拥有者也可以简单地应对故障时的维修。在本实施方式中，由于系统由多个模块所构成，所以各个模块的重量变轻，例如，在热电联供系统模块的额定电输出为250W的情况下，其重量大概为10Kg以下，所以由一个大人足可以进行更换。
故障时的应对步骤，(1)探测模块的故障→(2)停止故障模块(其他模块运转)→(3)联络服务中心→(4)通过邮寄或上门送货寄送递模块→(5)需要者更换模块→(6)通过邮寄或上门送货将故障模块送递给服务中心。这种场合，无需请求派遣维修人员，即使没有专业知识的各个需要者也可以简单地应对。此外，也可以按(1)探测模块的故障→(2)停止故障模块(其他模块运转)→(3)联络服务中心→(4)从邻近的维修厂家派遣维修人员→(5)更换模块这样的步骤来应对，这种场合，1名维修人员足够，即使是没有专业知识的人也可以应对。
此外，在本实施方式中，热电联供系统模块的发电装置由燃气机和发电机构成，但是使用由燃料电池构成的发电装置也可以期待同样的效果。
此外，在本实施方式中，在基体机构上设置了多个热电联供系统模块和多个热泵模块，但也可以在基体机构上只设置多个热电联供系统模块或多个热泵模块。
(第二实施方式)图6是本发明的第二实施方式，这是在一般家庭中设置了由起外壳作用的基体2，多个热电联供系统模块3A，3B，…，和多个热泵模块4A，4B，…构成的热电联供系统机构1。这里，热电联供系统模块3，具备例如由燃气机和发电机所构成的发电装置，在供给由该发电装置所发出的电力的同时，还可以回收发电装置的排热、经由吸收式冷冻机或热交换器等排热利用装置供给冷气或暖气。此外，热泵模块4，具有例如燃气机和热泵，可以供给冷气或暖气。而且，作为系统全体，除了热电联供系统机构1之外，还具有存储热电联供系统机构所使用的燃料的燃料罐6。与第一实施方式的不同之处在于，将热电联供系统模块所产生的排热以及热泵所生成的热用于冷、暖气。在本实施方式中，可以提供这样一种热电联供系统，其根据各个家庭的消费电量和冷暖气的消费热量，可以自由地设定热电联供系统的供给电量和供给热量。
虽然在第一实施方式中采用了温水作为排热利用，而在第二实施方式中采用了冷、暖气作为排热利用，但将两者组合起来也可以期待同样的效果。
根据上述本发明的实施方式，因为可以在构成热电联供系统的基体上自由地组合电·热能发生模块和热能发生模块，所以可以提供适应各个需要者的消费电量和消费热量的热电联供系统。
此外，即使假设设置在基体上的模块中的一个发生了故障，由于其他的模块可以继续运转，所以在发生故障时不必停止整个系统。而且，可以只用新的模块更换发生故障的模块，所以拥有者即使没有专业知识也可以在发生故障时进行简单的维修处理。
权利要求
1.一种热电联供系统，其供给电能以及热能，其特征在于，具备电·热能发生模块，该电·热能发生模块，具有在基体中产生电能的电能发生源以及使用由电能发生源产生的热产生热能的热能发生源；上述电·热能发生模块，具有用于将上述电·热能发生模块的电能发生源所产生的热送到该电·热能发生模块外部的电能输出部；和用于将上述电·热能发生模块的热能发生源所产生的热送到该电·热能发生模块外部的热能输出部；上述基体，具有从上述电·热能发生模块的电能输出部输入电能的电能输入部；和从上述电·热能发生模块的热能输出部输入热能的热能输入部。
2.根据权利要求1的热电联供系统，其特征在于，上述电·热能发生模块的热能发生源具有热泵和从外部取入水的水取入部，上述电·热能发生模块的热能发生源所产生的热能为冷水或者温水。
3.根据权利要求1的热电联供系统，其特征在于，上述电·热能发生模块的热能发生源具有热泵和取入外部气体的外部气体取入部，上述电·热能发生模块的热能发生源所产生的热能为冷却空气或暖气。
4.根据权利要求1的热电联供系统，其特征在于，上述电·热能发生模块，具有用于供给上述电·热能发生模块的上述电能发生源所使用的燃料的燃料输入部，上述基体，具有用于向上述电·热能发生模块的燃料输入部输入燃料的燃料供给部。
5.根据权利要求1的热电联供系统，其特征在于，具备热能发生模块，该热能发生模块具有产生热能的热能发生源，上述热能发生模块，具有用于将由上述热能发生源所产生的热能送到模块外部的热能输出部，上述基体，具有从上述热能发生源的热能输出部输入热能的热能输入部。
6.根据权利要求1至权利要求5任意一项的热电联供系统，其特征在于，上述基体具有控制上述电·热能发生模块或者上述热能发生模块的运转的模块运转控制部。
7.根据权利要求6的热电联供系统，其特征在于，具备取得能量供给对象设备的负载信息的负载信息取得功能，上述模块运转控制部，根据通过上述负载信息取得功能取得的负载信息，调整上述电·热能发生模块或上述热能发生模块的运转台数。
8.根据权利要求6的热电联供系统，其特征在于，具备存储有关上述电·热能发生模块或上述热能发生模块的运转时间的信息的模块运转信息存储部，上述模块运转控制部，根据上述运转信息存储部所存储的有关各个模块的运转时间的信息，优先使运转时间少的模块运转。
9.根据权利要求1至权利要求8任意一项的热电联供系统，其特征在于，在上述电·热能发生模块或上述热能发生模块中发生了故障时，对各个模块显示与该模块的故障相关的信息。
10.根据权利要求1至权利要求9任意一项的热电联供系统，其特征在于，具有多个上述电·热能模块或上述热能发生模块。
11.一种能量供给系统，其特征在于，具备具有产生热能的热能发生源的多个热能发生模块；和将上述多个热能发生源配置在内部的基体；具有用于将上述热能发生源所产生的热送到模块外部的模块输出部，具备在上述基体中从上述热能发生模块的热能输出部输入热能的热能输入部。
全文摘要
提供一种在一般家庭中适应各个需要者的消费电量和消费热量，并且在发生故障时可以进行简单的应对的家庭用热电联供系统。热电联供系统，由以下部分构成能量发生装置具有输送电能以及热能的套管的多个电·热能发生模块；由机械动力发生装置和热泵装置形成、且具有输送热能的套管的多个热能发生模块；以及具有多个该能量发生模块和接受电能以及热能的套管，且集约来自各个模块的能量并向需要侧进行供给的基体。
文档编号F24D12/02GK1721771SQ20051007991
公开日2006年1月18日 申请日期2005年6月27日 优先权日2004年6月28日
发明者小村昭义, 井出一正, 渡边雅浩, 楠本宽, 木原裕介, 岛田敦史, 渡边昌俊, 久保良文 申请人:株式会社日立制作所