JP2005009456A - コージェネレーション・システム - Google Patents
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Abstract
【課題】メンテナンスを行い易く、機器交換後からコージェネレーション装置の発電量の適正制御可能なコージェネレーション・システムを提供する。
【解決手段】給熱ユニット２、給電ユニット３、及び給電・給熱ユニット間で通信を行う通信手段を備え、給熱ユニット２は、熱及び電力消費データを記憶する給熱側負荷記憶手段４０、給電ユニット３に熱消費データ等を送信する熱負荷データ送信手段４２、及び給電ユニット３からの熱消費データ等を受信し給熱側負荷記憶手段内の熱消費データ等を更新する給熱側負荷データ更新手段４３を備え、給電ユニット３は、電力及び熱消費データを記憶する給電側負荷記憶手段３０、給熱ユニット２に熱消費データ等を送信する電力負荷データ送信手段３３、及び給熱ユニット２からの熱消費データ等を受信し、給電側負荷記憶手段３０内の熱消費データ等を更新する給電側負荷データ更新手段３４とを備えている。
【選択図】 図２
【解決手段】給熱ユニット２、給電ユニット３、及び給電・給熱ユニット間で通信を行う通信手段を備え、給熱ユニット２は、熱及び電力消費データを記憶する給熱側負荷記憶手段４０、給電ユニット３に熱消費データ等を送信する熱負荷データ送信手段４２、及び給電ユニット３からの熱消費データ等を受信し給熱側負荷記憶手段内の熱消費データ等を更新する給熱側負荷データ更新手段４３を備え、給電ユニット３は、電力及び熱消費データを記憶する給電側負荷記憶手段３０、給熱ユニット２に熱消費データ等を送信する電力負荷データ送信手段３３、及び給熱ユニット２からの熱消費データ等を受信し、給電側負荷記憶手段３０内の熱消費データ等を更新する給電側負荷データ更新手段３４とを備えている。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はメンテナンスが容易なコージェネレーション・システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、クリーンなエネルギーとしてコージェネレーション・システムが注目されてきている。コージェネレーション・システムとは、電気と同時に有効に利用できる熱を発生し、エネルギーを多段的に活用する省エネルギー・システムをいう。
【０００３】
現在のところ、一般家庭用のコージェネレーション・システムとしては、ガスエンジン・コージェネレーション・システムや燃料電池コージェネレーション・システム等が開発されており、一部は既に実用化されている。ガスエンジン・コージェネレーション・システムとは、コージェネレーション装置であるガスエンジン発電ユニットと排熱利用給湯暖房ユニットとから構成されたコージェネレーション・システムであり、電気を発電するガスエンジンから排出される排熱を排熱利用給湯暖房ユニットの主要な熱源とするものである。燃料電池コージェネレーション・システムとは、各家庭に供給されている都市ガスから燃料処理装置で水素を作り、この水素を使ってコージェネレーション装置である燃料電池で発電するとともに、発電等の際に発生する排熱を回収し、給湯や暖房に使用するものである。現在、燃料電池としては個体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）が開発されており、９０℃以下の低温で発電することが可能である。
【０００４】
図３は従来のコージェネレーション・システムの構成を表す図である（特許文献１参照）。従来のコージェネレーション・システム１００は、コージェネレーション装置１０１、排熱熱交換器１０２、貯湯槽１０３、循環ポンプ１０４、供給ポンプ１０５、変電設備１０６、環境条件検出手段１０７、電力メータ１０８、温水メータ１０９、及び制御装置１１０を備えている。
【０００５】
コージェネレーション装置１０１は、ガスメータ１１２を介して外部から供給されるガスを燃料として発電を行うと共に、発電に伴う排熱を出力する。コージェネレーション装置１０１が出力する電力は、電力メータ１０８を介して電力負荷に供給される。尚、電力負荷に要求される電力よりもコージェネレーション装置が出力する電力が低い場合には、不足分の電力は、電力メータ１１１及び変電設備１０６を介して商用電源から供給される電力により賄われる。
【０００６】
一方、コージェネレーション装置１０１が出力する排熱は、排熱熱交換器１０２において、貯湯槽１０３から循環される循環水と熱交換される。循環水は、循環ポンプ１０４により貯湯槽１０３から排熱熱交換器１０２に送られる。そして、循環水は排熱熱交換器１０２において排熱の供給を受けた後、貯湯槽１０３に戻される。貯湯槽１０３に貯湯された温水は、給湯負荷からの要求に応じて、温水メータ１０９及び供給ポンプ１０５を介して給湯負荷に送られる。
【０００７】
制御装置１１０は、環境条件検出手段１０７で検出される外気温、水道水温等の環境条件、電力メータ１０８で検出される負荷消費電力量、温水メータ１０９で検出される給湯温度等に基づいて、コージェネレーション装置１０１が高いエネルギー効率で作動するように、コージェネレーション装置１０１の発電量の制御を行う。この制御装置１１０による発電量の制御は、電力負荷や給湯負荷の過去の消費電力量又は消費熱量の実績値に基づいて、未来の電力需要や熱需要の予測をしながら行われる。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００３−６１２４５号公報，図１
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、コージェネレーション・システム１００においては、コージェネレーション装置１０１が出力する電力を制御するとともに、コージェネレーション装置１０１が出力する熱量を熱交換して、効率よく給湯負荷に供給する必要がある。従って、コージェネレーション・システム１００の内部には、電力系と熱交換系が混在し、メンテナンスが煩雑である。
【００１０】
また、電力系と熱交換系が混在することにより、熱交換系の一部において水漏れや結露等の故障が生じると、電力系にも漏電等の故障が発生し、故障が複合的となり故障原因の発見が困難となる場合がある。
【００１１】
さらに、故障等によりコージェネレーション・システム１００の交換を行った場合、電力負荷や給湯負荷の過去の消費電力量又は消費熱量の実績値のデータを再度収集する必要があり、制御装置１１０による発電量の制御が適正化されるまでにある程度の日数が必要となる。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、メンテナンスを行いやすく、故障が発生した場合に機器を交換しても、その直後からコージェネレーション装置の発電量の適正な制御が可能なコージェネレーション・システムを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明のコージェネレーション・システムの第１の構成は、熱負荷に対して熱を供給する給熱ユニットと、発電により電力を出力するとともに発電に伴い生じる熱を出力するコージェネレーション装置を有し、電力負荷に対して電力を供給するとともに前記給熱ユニットに対して熱を供給する給電ユニットと、前記給電ユニットと前記給熱ユニットとの間でデータの通信を行う通信手段と、を備え、前記給熱ユニットは、前記熱負荷の消費熱量の時間帯ごとの実績値又はその実績値から算出される前記熱負荷の消費熱量の予測値である熱消費データ、及び前記電力負荷の消費電力量の時間帯ごとの実績値又はその実績値から算出される前記電力負荷の消費電力量の予測値である電力消費データが記憶された給熱側負荷記憶手段と、前記通信手段を介して、前記給電ユニットに対して、前記給熱側負荷記憶手段に記憶された熱消費データ及び電力消費データを送信する熱負荷データ送信手段と、前記通信手段を介して、前記給電ユニットから送信される熱消費データ及び電力消費データを受信し、受信した熱消費データ又は電力消費データが前記給熱側負荷記憶手段に記憶された熱消費データ又は電力消費データよりも新しい場合には、前記給熱側負荷記憶手段に記憶された熱消費データ又は電力消費データを受信した熱消費データ又は電力消費データに更新する給熱側負荷データ更新手段と、を備え、前記給電ユニットは、前記電力消費データ及び前記熱消費データが記憶された給電側負荷記憶手段と、前記通信手段を介して、前記給熱ユニットに対して、前記給電側負荷記憶手段に記憶された熱消費データ及び電力消費データを送信する電力負荷データ送信手段と、前記通信手段を介して、前記給熱ユニットから送信される熱消費データ及び電力消費データを受信し、受信した熱消費データ又は電力消費データが前記給電側負荷記憶手段に記憶された熱消費データ又は電力消費データよりも新しい場合には、前記給電側負荷記憶手段に記憶された熱消費データ又は電力消費データを受信した熱消費データ又は電力消費データに更新する給電側負荷データ更新手段と、を備えていることを特徴とする。
【００１４】
この構成により、熱負荷に対して熱を供給する装置は給熱ユニットとして独立したユニットとされ、電力負荷に対して電力を供給する装置は給電ユニットとして独立したユニットとされているため、メンテナンスが容易となる。
【００１５】
また、電力系統と熱交換系統が互いにほぼ独立したユニットで構成されているため、熱交換系統における水漏れに起因する電力系統における漏電等の複合的な故障が生じにくく、機器が故障した場合の故障原因の特定も比較的容易となる。
【００１６】
また、給電ユニットと給熱ユニットは、通信手段を介して、互いに電力消費データ及び熱消費データを交換し、それぞれ給電側記憶手段、給熱側記憶手段に記憶する。従って、給電ユニットと給熱ユニットは、電力消費データ及び熱消費データを常に共有することができる。従って、給電ユニット側では、これらの電力消費データ及び熱消費データに基づいて、省エネルギー性を高めるようにコージェネレーション装置の運転計画を策定してコージェネレーション装置の最適運転を行うことが可能である。そして、給電ユニット又は給熱ユニットの何れか一方が、装置の故障等により交換されたとしても、熱消費データ又は電力消費データの通信により、交換された給電ユニットの給電側負荷記憶手段又は給熱ユニットの給熱側負荷記憶手段に記憶された熱消費データ又は電力消費データは、最新のものに更新される。従って、給電ユニット又は給熱ユニットの交換を行った後、すぐにコージェネレーション装置の最適運転を行うことが可能となる。
【００１７】
ここで、「熱負荷」とは、暖房負荷や給湯負荷等の熱的な負荷をいう。「コージェネレーション装置」としては、ガスエンジンや燃料電池（Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ。以下、「ＦＣ」という。）などを使用することができる。
【００１８】
本発明に係るコージェネレーション・システムの第２の構成は、前記第１の構成において、電力負荷データ送信手段は、前記給電側負荷記憶手段に記憶された前記電力消費データが更新されたときに、前記給熱ユニットに対して、前記電力消費データを送信し、熱負荷データ送信手段は、前記給熱側負荷記憶手段に記憶された前記熱消費データが更新されたときに、前記給電ユニットに対して、前記熱消費データを送信することを特徴とする。
【００１９】
これにより、熱消費データ又は電力消費データが更新されるたびに、リアルタイムに最新の熱消費データ又は電力消費データが給熱ユニットと給電ユニットとの間で共有される。従って、常に最新の熱消費データ又は電力消費データを使用してコージェネレーション装置の最適運転を行うことが可能となる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の実施形態に係るコージェネレーション・システムの構成を表す図である。コージェネレーション・システム１は、給熱ユニット２と給電ユニット３との２つのユニットにより構成されている。給熱ユニット２は、給湯負荷及び暖房負荷からなる熱負荷に対して熱を供給するユニットである。給電ユニット３は、電力負荷に対して電力を供給するとともに、給熱ユニット２に対して熱を供給するユニットである。
【００２１】
給電ユニット３は、ＦＣ４、インバータ５、排熱熱交換器６、ＦＣ用コントローラ７、通信インタフェース８、及び電流センサ９，１０を有している。
【００２２】
ＦＣ４には、燃料である天然ガスと空気とが供給される。ＦＣ４は、供給された天然ガスから水素を創り出し水素及び空気から発電を行うとともに、発電時に発生する熱（以下、「排熱」という。）を出力する。インバータ５には、ＦＣ４から出力される電気と商用電源から送電される電気とが入力される。そして、インバータ５は、電力負荷で要求される電力に応じて、ＦＣ４から出力される電力を施設内の電気機器等の電力負荷に供給する。尚、電力負荷で要求される電力に対してＦＣ４から出力される電力が不足している場合には、インバータ５は、不足分に対しては商用電源から供給される電力で賄う。
【００２３】
ＦＣ４において発電時に発生する排熱は、ＦＣ４の冷却水により取り出される。この冷却水により取り出された排熱は、排熱熱交換器６において、給熱ユニット２から供給される循環水と熱交換される。
【００２４】
ＦＣ用コントローラ７は、電流センサ９により電力負荷に供給される電流を検出するとともに、電流センサ１０により商用電源から供給される電流を検出する。これにより、ＦＣ用コントローラ７は、電力負荷において消費された電力及び商用電源から供給された電力を検出することができる。
【００２５】
ＦＣ４が出力する電力が電力負荷から要求される電力よりも大きい場合、ＦＣ４から商用電源側に電力の逆潮流が生じる。ＦＣ用コントローラ７は、このような電力の逆潮流を防ぐため、電流センサ９で検出される電流値が所定の閾値以上となった場合には、インバータ５の出力する電力の一部を後述の給熱ユニット２に備えられた余剰電力ヒータ１３に回す。そして、余剰電力ヒータ１３において余剰な電力を消費させ、ＦＣ４から商用電源側への電力の逆潮流を防止する。余剰電力ヒータ５は、供給される電力を熱に変換し、電熱変換により発生する熱を、循環水に供給する。これにより、余剰電力は循環水により熱として回収される。
【００２６】
通信インタフェース８は、給電ユニット３が給熱ユニット２との通信を行う際のインタフェースである。ＦＣ用コントローラ７は、通信インタフェース８を介して給熱ユニット２とデータの授受を行いながら、ＦＣ４の制御を行う。
【００２７】
給熱ユニット２は、成層式貯湯槽１１、循環ポンプ１２、余剰電力ヒータ１３、暖房熱交換器１４、補助熱源１５、熱媒循環ポンプ１６、流量センサ１７、給湯暖房用コントローラ１８、通信インタフェース１９、及び温度センサ２０，２１ａ〜２１ｅ，２２，２３，２４を備えている。
【００２８】
成層式貯湯槽１１は、ＦＣ４から出力される排熱を温水として蓄熱する。この成層式貯湯槽１１は、上部から下部にかけて高温から低温となるような温度勾配を有する温湯が貯湯されている。台所、風呂等の給湯負荷へ温湯を供給する場合には、成層式貯湯槽１１の上層の温湯が、補助熱源１５を介して送水される。そして、給湯による成層式貯湯槽１１内の水の減少分は、成層式貯湯槽１１の底部からの給水により補われる。この給水量は、流量センサ１７により検出される。また、給水時の水の温度は、温度センサ２０により検出される。
【００２９】
成層式貯湯槽１１には、垂直方向に複数の温度センサ２１ａ〜２１ｅが設けられている。この温度センサ２１ａ〜２１ｅによって、成層式貯湯槽１１内に貯湯された温湯の各層の温度を検出することができる。
【００３０】
成層式貯湯槽１１の下部からは、循環ポンプ１２により循環水が取り出され、給電ユニット３内の排熱熱交換器６に送られる。排熱熱交換器６において排熱が供給された循環水は、余剰電力ヒータ１３及び暖房熱交換器１４を経て成層式貯湯槽１１の上部に戻される。
【００３１】
暖房熱交換器１４は、循環水に供給された熱を、暖房機器等の暖房負荷（図示せず。）に循環される熱媒体に熱交換する。暖房負荷の熱媒体は、熱媒循環ポンプ１６により暖房負荷から暖房熱交換器１４に送られた後、補助熱源１５を通って再び暖房負荷に戻される。
【００３２】
また、暖房負荷からの戻り配管及び往き配管には、熱媒体の温度を検出する温度センサ２２，２３が設けられている。更に、給湯負荷への給湯用配管には、給湯温度を検出する温度センサ２４が設けられている。
【００３３】
給湯暖房用コントローラ１８は、温度センサ２０，２１ａ〜２１ｅ，２２，２３，２４により検出される温度、流量センサ１７により検出される給水量、補助熱源１５により発生した熱量、熱媒循環ポンプ１６の熱媒循環流量等から、暖房負荷や給湯負荷において実際に消費された熱量や成層式貯湯槽１１における放熱損失を検出する。また、ＦＣ用コントローラ７と給湯暖房用コントローラ１８とは、通信インタフェース８，１９を介して協働して、コージェネレーション・システム１の制御を行う。
【００３４】
また、給湯暖房用コントローラ１８には、リモコン装置２５が接続されており、給熱ユニット２から離れた場所から、給熱ユニット２に対してユーザが動作指令を入力することができる。また、リモコン装置２５には時計４６（図２参照）が内蔵されており、コージェネレーション・システム１全体の基準時刻データを発信する。
【００３５】
このように、暖房負荷や給湯負荷に対して熱を供給する装置は給熱ユニット２として独立したユニットとされ、電力負荷に対して電力を供給する装置は給電ユニット３として独立したユニットとされているため、メンテナンスが容易となる。
【００３６】
図２は図１のコージェネレーション・システムの制御系統の機能ブロック図である。
図２において、コージェネレーション・システム１、給熱ユニット２、給電ユニット３、ＦＣ４、インバータ５、ＦＣ用コントローラ７、通信インタフェース８、循環ポンプ１２、余剰電力ヒータ１３、補助熱源１５、熱媒循環ポンプ１６、給湯暖房用コントローラ１８、通信インタフェース１９、及びリモコン装置２５は、図１における同符号を付したものにそれぞれ対応する。
【００３７】
給電ユニット３内のＦＣ用コントローラ７は、給電側負荷記憶手段３０、発電計画記憶手段３１、制御手段３２、電力負荷データ送信手段３３、給電側負荷データ更新手段３４、及び余剰電力ヒータ分流器３５を備えている。
【００３８】
給電側負荷記憶手段３０は、電力消費データ、暖房熱消費データ、及び給湯熱消費データが記憶されている。「電力消費データ」とは、電力負荷の消費電力量の時間帯ごとの実績値から算出される前記電力負荷の消費電力量の予測値をいう。「暖房熱消費データ」とは、暖房負荷の消費熱量の時間帯ごとの実績値から算出される熱負荷の消費熱量の予測値をいう。「給湯熱消費データ」とは、給湯負荷の消費熱量の時間帯ごとの実績値から算出される給湯負荷の消費熱量の予測値をいう。
【００３９】
尚、制御手段３２は、１日の各時間帯において、電流センサ９，１０からなる消費電力検出手段３６により検出される電力負荷の消費電力量の実績値と、給電側負荷記憶手段３０に記憶されている過去の同じ時間帯の電力消費データとの加重平均を取ることにより、給電側負荷記憶手段３０に記憶されている電力消費データを逐次更新する。
【００４０】
また、制御手段３２は、給電側負荷記憶手段３０に記憶されている電力消費データ、暖房熱消費データ、及び給湯熱消費データに基づいて、最もエネルギー消費が少なくなるように、各時間帯ごとのＦＣ４の発電量を決定し、発電計画記憶手段３１に記憶する。そして、発電計画記憶手段３１に記憶された各時間帯の発電量に従って、ＦＣ４の発電量を制御する。
【００４１】
また、制御手段３２は、電流センサ９により検出される電力負荷の消費電力よりもＦＣ４の発電量が大きい場合には、余剰電力ヒータ分流器３５により、余剰な電力を余剰電力ヒータ１３に分流する制御も行う。
【００４２】
電力負荷データ送信手段３３は、通信インタフェース８を介して、給熱ユニット２に対して給電側負荷記憶手段３０に記憶された電力消費データ、暖房熱消費データ、及び給湯熱消費データを送信する。
【００４３】
給電側負荷データ更新手段３４は、通信インタフェース８を介して、給熱ユニット２から送信されてくる電力消費データ、暖房熱消費データ、及び給湯熱消費データを受信し、受信したこれらのデータが、給電側負荷記憶手段３０に記憶されているものよりも新しい場合には、給電側負荷記憶手段３０に記憶された電力消費データ、暖房熱消費データ、又は給湯熱消費データを受信したものに更新する。
【００４４】
給熱ユニット２内の給湯暖房用コントローラ１８は、給熱側負荷記憶手段４０、制御手段４１、熱負荷データ送信手段４２、及び給熱側負荷データ更新手段４３を備えている。
【００４５】
給熱側負荷記憶手段４０は、電力消費データ、暖房熱消費データ、及び給湯熱消費データが記憶されている。制御手段４１は、リモコン装置２５から入力される指示に従って、熱媒循環ポンプ１６や補助熱源１５の供給熱量等を制御して、要求された暖房負荷又は給湯負荷への熱量の供給を行う。また、制御手段４１は、通信インタフェース１９を介して給電ユニット３から送信されるＦＣ４の発電量に従って、循環ポンプ１２を制御して冷却用の循環水を排熱熱交換器６に循環させる。
【００４６】
更に、制御手段４１は、１日の各時間帯において、温度センサ２２，２３からなる暖房消費熱量検出手段４４により検出される暖房負荷の消費熱量の実績値と、給熱側負荷記憶手段４０に記憶されている過去の同じ時間帯の暖房熱消費データとの加重平均を取ることにより、給熱側負荷記憶手段４０に記憶されている暖房熱消費データを逐次更新する。また、同じく、制御手段４１は、１日の各時間帯において、温度センサ２０，２１ａ〜２１ｅ，２４、及び流量センサ１７からなる給湯消費熱量検出手段４５により検出される給湯負荷の消費熱量の実績値と、給熱側負荷記憶手段４０に記憶されている過去の同じ時間帯の給湯熱消費データとの加重平均を取ることにより、給熱側負荷記憶手段４０に記憶されている給湯熱消費データを逐次更新する。
【００４７】
熱負荷データ送信手段４２は、通信インタフェース１９を介して、給電ユニット３に対して、給熱側負荷記憶手段４０に記憶されている電力消費データ、暖房熱負荷データ、及び給湯熱消費データを送信する。
【００４８】
給熱側負荷データ更新手段４３は、通信インタフェース１９を介して、給電ユニット３から送信されてくる電力消費データ、暖房熱消費データ、及び給湯熱消費データを受信し、受信したこれらのデータが、給熱側負荷記憶手段４０に記憶されているものよりも新しい場合には、給熱側負荷記憶手段４０に記憶された電力消費データ、暖房熱消費データ、又は給湯熱消費データを受信したものに更新する。
【００４９】
リモコン装置２５には時計４６が内蔵されており、時刻データが給熱ユニット２の制御手段４１に入力される。給熱ユニット２の制御手段４１は、通信インタフェース１９，８を介して、時刻データを給電ユニット３の制御手段３２に送信する。これにより、コージェネレーション・システム１全体が、１つの時計により統一された時刻に従って作動することができる。
【００５０】
以上のように構成された本実施形態に係るコージェネレーション・システムについて、以下その動作を説明する。
【００５１】
まず、給熱ユニット２の制御手段４１は、リモコン装置２５の時計４６から送信される時刻データに従って、所定の時間帯ｎ（例えば、１日を２４の時間区間に区切った場合、ｎ時〜ｎ＋１時（ｎ∈｛０，１，…，２３｝）までの１時間）を経過した時点で、その経過した時間帯ｎにおいて暖房負荷が消費した熱量のデータ（暖房熱消費データ）及び給湯負荷が消費した熱量のデータ（給湯熱消費データ）により、給熱側負荷記憶手段４０に記憶された時間帯ｎにおける暖房熱消費データ及び給湯熱消費データの値を更新する。熱負荷データ送信手段４２は、この更新された暖房熱消費データ及び給湯熱消費データの値を給熱側負荷記憶手段４０から読み出して、通信インタフェース１９を介して給電ユニット３に送信する。
【００５２】
給電ユニット３内の給電側負荷データ更新手段３４は、熱負荷データ送信手段４２から送信された暖房熱消費データ及び給湯熱消費データの値を受信する。そして、この値により、給電側負荷記憶手段３０に記憶された時間帯ｎの暖房熱消費データ及び給湯熱消費データの値を更新する。
【００５３】
一方、給電ユニット３の制御手段３２は、リモコン装置２５の時計４６から送信される時刻データに従って、時間帯ｎを経過した時点で、その経過した時間帯ｎにおいて電力負荷が消費した電力量のデータ（電力消費データ）により、給電側負荷記憶手段３０に記憶された電力消費データの値を更新する。電力負荷データ送信手段３３は、この更新された電力消費データの値を給電側負荷記憶手段３０から読み出して、通信インタフェース８を介して給熱ユニット２に送信する。
【００５４】
給熱ユニット２内の給熱側負荷データ更新手段３４は、電力負荷データ送信手段３３から送信された電力消費データの値を受信する。そして、この値により、熱電側負荷記憶手段４０に記憶された時間帯ｎの電力消費データの値を更新する。
【００５５】
このようにして、各時間帯ｎが経過するごとに、給電側負荷記憶手段３０及び給熱側負荷記憶手段４０に記憶された電力消費データ、暖房熱消費データ、及び給湯熱消費データの値は、リアルタイムに常に最新のものに更新される。そして、給電側負荷記憶手段３０及び給熱側負荷記憶手段４０の双方が、最新の電力消費データ、暖房熱消費データ、及び給湯熱消費データの値を共有することになる。
【００５６】
給電ユニット３の制御手段３２は、最新の電力消費データ、暖房熱消費データ、及び給湯熱消費データの値に基づいて、最もエネルギー消費が少なくなるように、各時間帯ごとのＦＣ４の発電量を決定し、発電計画記憶手段３１に記憶する。そして、発電計画記憶手段３１に記憶された各時間帯の発電量に従って、ＦＣ４の発電量を制御する。
【００５７】
次に、給電ユニット３が故障等により新しいものと交換された場合における動作について説明する。
【００５８】
給熱ユニット２の制御手段４１は、通信インタフェース１９を介して、新たに給電ユニット３が接続されたことを検出すると、熱負荷データ送信手段４２に対して、データ送信指示を出力する。熱負荷データ送信手段４２は、制御手段４１からデータ送信指示が入力された場合、給熱側負荷記憶手段４０に記憶された総ての時間帯における電力消費データ、暖房熱消費データ、及び給湯熱消費データの値を、通信インタフェース１９を介して給電ユニット３に送信する。
【００５９】
給電ユニット３の給電側負荷データ更新手段３４は、熱負荷データ送信手段４２から送られてきた総ての時間帯における電力消費データ、暖房熱消費データ、及び給湯熱消費データの値を受信して、給電側負荷記憶手段３０に記憶させる。
【００６０】
給電ユニット３の制御手段３２は、給電側負荷記憶手段３０に記憶された電力消費データ、暖房熱消費データ、及び給湯熱消費データの値に基づいて、最もエネルギー消費が少なくなるように、各時間帯ごとのＦＣ４の発電量を決定し、発電計画記憶手段３１に記憶する。そして、発電計画記憶手段３１に記憶された各時間帯の発電量に従って、ＦＣ４の発電量を制御する。
【００６１】
このようにして、給電ユニット３が交換された場合でも、過去に学習した各時間帯における電力消費データ、暖房熱消費データ、及び給湯熱消費データの値を即座に使用して、最もエネルギー消費が少なくなるようなＦＣ４の最適な運転を行うことが可能となる。
【００６２】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、熱交換系の機器と電力系の機器とが混在するコージェネレーション・システムを、主として熱交換系の機器を有する給熱ユニットと、主として電力系の機器を有する給電ユニットとに分けることにより、コージェネレーション・システムのメンテナンスが容易となる。
【００６３】
また、給熱ユニット又は給電ユニットの何れか一方が交換された場合でも、給熱側負荷データ更新手段又は給電側負荷データ更新手段によって、交換された給熱ユニットの給熱側負荷記憶手段又は給電ユニットの給電側負荷記憶手段に記憶された熱消費データ又は電力消費データは、最新のものに更新される。従って、更新された熱消費データ又は電力消費データを使用することで、給熱ユニット又は給電ユニットの交換を行った後すぐにコージェネレーション装置の最適運転を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るコージェネレーション・システムの構成を表す図である。
【図２】図１のコージェネレーション・システムの制御系統の機能ブロック図である。
【図３】従来のコージェネレーション・システムの構成を表す図である。
【符号の説明】
１ コージェネレーション・システム
２ 給熱ユニット
３ 給電ユニット
４ 燃料電池（ＦＣ）
５ インバータ
６ 排熱熱交換器
７ ＦＣ用コントローラ
８ 通信インタフェース
９，１０ 電流センサ
１１ 成層式貯湯槽
１２ 循環ポンプ
１３ 余剰電力ヒータ
１４ 暖房熱交換器
１５ 補助熱源
１６ 熱媒循環ポンプ
１７ 流量センサ
１８ 給湯暖房用コントローラ
１９ 通信インタフェース
２０，２１ａ〜２１ｅ，２２，２３，２４ 温度センサ
２５ リモコン装置
３０ 給電側負荷記憶手段
３１ 発電計画記憶手段
３２ 制御手段
３３ 電力負荷データ送信手段
３４ 給電側負荷データ更新手段
３５ 余剰電力ヒータ分流器
３６ 消費電力検出手段
４０ 給熱側負荷記憶手段
４１ 制御手段
４２ 熱負荷データ送信手段
４３ 給熱側負荷データ更新手段
４４ 暖房消費熱量検出手段
４５ 給湯消費熱量検出手段
４６ 時計
【発明の属する技術分野】
本発明はメンテナンスが容易なコージェネレーション・システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、クリーンなエネルギーとしてコージェネレーション・システムが注目されてきている。コージェネレーション・システムとは、電気と同時に有効に利用できる熱を発生し、エネルギーを多段的に活用する省エネルギー・システムをいう。
【０００３】
現在のところ、一般家庭用のコージェネレーション・システムとしては、ガスエンジン・コージェネレーション・システムや燃料電池コージェネレーション・システム等が開発されており、一部は既に実用化されている。ガスエンジン・コージェネレーション・システムとは、コージェネレーション装置であるガスエンジン発電ユニットと排熱利用給湯暖房ユニットとから構成されたコージェネレーション・システムであり、電気を発電するガスエンジンから排出される排熱を排熱利用給湯暖房ユニットの主要な熱源とするものである。燃料電池コージェネレーション・システムとは、各家庭に供給されている都市ガスから燃料処理装置で水素を作り、この水素を使ってコージェネレーション装置である燃料電池で発電するとともに、発電等の際に発生する排熱を回収し、給湯や暖房に使用するものである。現在、燃料電池としては個体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）が開発されており、９０℃以下の低温で発電することが可能である。
【０００４】
図３は従来のコージェネレーション・システムの構成を表す図である（特許文献１参照）。従来のコージェネレーション・システム１００は、コージェネレーション装置１０１、排熱熱交換器１０２、貯湯槽１０３、循環ポンプ１０４、供給ポンプ１０５、変電設備１０６、環境条件検出手段１０７、電力メータ１０８、温水メータ１０９、及び制御装置１１０を備えている。
【０００５】
コージェネレーション装置１０１は、ガスメータ１１２を介して外部から供給されるガスを燃料として発電を行うと共に、発電に伴う排熱を出力する。コージェネレーション装置１０１が出力する電力は、電力メータ１０８を介して電力負荷に供給される。尚、電力負荷に要求される電力よりもコージェネレーション装置が出力する電力が低い場合には、不足分の電力は、電力メータ１１１及び変電設備１０６を介して商用電源から供給される電力により賄われる。
【０００６】
一方、コージェネレーション装置１０１が出力する排熱は、排熱熱交換器１０２において、貯湯槽１０３から循環される循環水と熱交換される。循環水は、循環ポンプ１０４により貯湯槽１０３から排熱熱交換器１０２に送られる。そして、循環水は排熱熱交換器１０２において排熱の供給を受けた後、貯湯槽１０３に戻される。貯湯槽１０３に貯湯された温水は、給湯負荷からの要求に応じて、温水メータ１０９及び供給ポンプ１０５を介して給湯負荷に送られる。
【０００７】
制御装置１１０は、環境条件検出手段１０７で検出される外気温、水道水温等の環境条件、電力メータ１０８で検出される負荷消費電力量、温水メータ１０９で検出される給湯温度等に基づいて、コージェネレーション装置１０１が高いエネルギー効率で作動するように、コージェネレーション装置１０１の発電量の制御を行う。この制御装置１１０による発電量の制御は、電力負荷や給湯負荷の過去の消費電力量又は消費熱量の実績値に基づいて、未来の電力需要や熱需要の予測をしながら行われる。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００３−６１２４５号公報，図１
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、コージェネレーション・システム１００においては、コージェネレーション装置１０１が出力する電力を制御するとともに、コージェネレーション装置１０１が出力する熱量を熱交換して、効率よく給湯負荷に供給する必要がある。従って、コージェネレーション・システム１００の内部には、電力系と熱交換系が混在し、メンテナンスが煩雑である。
【００１０】
また、電力系と熱交換系が混在することにより、熱交換系の一部において水漏れや結露等の故障が生じると、電力系にも漏電等の故障が発生し、故障が複合的となり故障原因の発見が困難となる場合がある。
【００１１】
さらに、故障等によりコージェネレーション・システム１００の交換を行った場合、電力負荷や給湯負荷の過去の消費電力量又は消費熱量の実績値のデータを再度収集する必要があり、制御装置１１０による発電量の制御が適正化されるまでにある程度の日数が必要となる。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、メンテナンスを行いやすく、故障が発生した場合に機器を交換しても、その直後からコージェネレーション装置の発電量の適正な制御が可能なコージェネレーション・システムを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明のコージェネレーション・システムの第１の構成は、熱負荷に対して熱を供給する給熱ユニットと、発電により電力を出力するとともに発電に伴い生じる熱を出力するコージェネレーション装置を有し、電力負荷に対して電力を供給するとともに前記給熱ユニットに対して熱を供給する給電ユニットと、前記給電ユニットと前記給熱ユニットとの間でデータの通信を行う通信手段と、を備え、前記給熱ユニットは、前記熱負荷の消費熱量の時間帯ごとの実績値又はその実績値から算出される前記熱負荷の消費熱量の予測値である熱消費データ、及び前記電力負荷の消費電力量の時間帯ごとの実績値又はその実績値から算出される前記電力負荷の消費電力量の予測値である電力消費データが記憶された給熱側負荷記憶手段と、前記通信手段を介して、前記給電ユニットに対して、前記給熱側負荷記憶手段に記憶された熱消費データ及び電力消費データを送信する熱負荷データ送信手段と、前記通信手段を介して、前記給電ユニットから送信される熱消費データ及び電力消費データを受信し、受信した熱消費データ又は電力消費データが前記給熱側負荷記憶手段に記憶された熱消費データ又は電力消費データよりも新しい場合には、前記給熱側負荷記憶手段に記憶された熱消費データ又は電力消費データを受信した熱消費データ又は電力消費データに更新する給熱側負荷データ更新手段と、を備え、前記給電ユニットは、前記電力消費データ及び前記熱消費データが記憶された給電側負荷記憶手段と、前記通信手段を介して、前記給熱ユニットに対して、前記給電側負荷記憶手段に記憶された熱消費データ及び電力消費データを送信する電力負荷データ送信手段と、前記通信手段を介して、前記給熱ユニットから送信される熱消費データ及び電力消費データを受信し、受信した熱消費データ又は電力消費データが前記給電側負荷記憶手段に記憶された熱消費データ又は電力消費データよりも新しい場合には、前記給電側負荷記憶手段に記憶された熱消費データ又は電力消費データを受信した熱消費データ又は電力消費データに更新する給電側負荷データ更新手段と、を備えていることを特徴とする。
【００１４】
この構成により、熱負荷に対して熱を供給する装置は給熱ユニットとして独立したユニットとされ、電力負荷に対して電力を供給する装置は給電ユニットとして独立したユニットとされているため、メンテナンスが容易となる。
【００１５】
また、電力系統と熱交換系統が互いにほぼ独立したユニットで構成されているため、熱交換系統における水漏れに起因する電力系統における漏電等の複合的な故障が生じにくく、機器が故障した場合の故障原因の特定も比較的容易となる。
【００１６】
また、給電ユニットと給熱ユニットは、通信手段を介して、互いに電力消費データ及び熱消費データを交換し、それぞれ給電側記憶手段、給熱側記憶手段に記憶する。従って、給電ユニットと給熱ユニットは、電力消費データ及び熱消費データを常に共有することができる。従って、給電ユニット側では、これらの電力消費データ及び熱消費データに基づいて、省エネルギー性を高めるようにコージェネレーション装置の運転計画を策定してコージェネレーション装置の最適運転を行うことが可能である。そして、給電ユニット又は給熱ユニットの何れか一方が、装置の故障等により交換されたとしても、熱消費データ又は電力消費データの通信により、交換された給電ユニットの給電側負荷記憶手段又は給熱ユニットの給熱側負荷記憶手段に記憶された熱消費データ又は電力消費データは、最新のものに更新される。従って、給電ユニット又は給熱ユニットの交換を行った後、すぐにコージェネレーション装置の最適運転を行うことが可能となる。
【００１７】
ここで、「熱負荷」とは、暖房負荷や給湯負荷等の熱的な負荷をいう。「コージェネレーション装置」としては、ガスエンジンや燃料電池（Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ。以下、「ＦＣ」という。）などを使用することができる。
【００１８】
本発明に係るコージェネレーション・システムの第２の構成は、前記第１の構成において、電力負荷データ送信手段は、前記給電側負荷記憶手段に記憶された前記電力消費データが更新されたときに、前記給熱ユニットに対して、前記電力消費データを送信し、熱負荷データ送信手段は、前記給熱側負荷記憶手段に記憶された前記熱消費データが更新されたときに、前記給電ユニットに対して、前記熱消費データを送信することを特徴とする。
【００１９】
これにより、熱消費データ又は電力消費データが更新されるたびに、リアルタイムに最新の熱消費データ又は電力消費データが給熱ユニットと給電ユニットとの間で共有される。従って、常に最新の熱消費データ又は電力消費データを使用してコージェネレーション装置の最適運転を行うことが可能となる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の実施形態に係るコージェネレーション・システムの構成を表す図である。コージェネレーション・システム１は、給熱ユニット２と給電ユニット３との２つのユニットにより構成されている。給熱ユニット２は、給湯負荷及び暖房負荷からなる熱負荷に対して熱を供給するユニットである。給電ユニット３は、電力負荷に対して電力を供給するとともに、給熱ユニット２に対して熱を供給するユニットである。
【００２１】
給電ユニット３は、ＦＣ４、インバータ５、排熱熱交換器６、ＦＣ用コントローラ７、通信インタフェース８、及び電流センサ９，１０を有している。
【００２２】
ＦＣ４には、燃料である天然ガスと空気とが供給される。ＦＣ４は、供給された天然ガスから水素を創り出し水素及び空気から発電を行うとともに、発電時に発生する熱（以下、「排熱」という。）を出力する。インバータ５には、ＦＣ４から出力される電気と商用電源から送電される電気とが入力される。そして、インバータ５は、電力負荷で要求される電力に応じて、ＦＣ４から出力される電力を施設内の電気機器等の電力負荷に供給する。尚、電力負荷で要求される電力に対してＦＣ４から出力される電力が不足している場合には、インバータ５は、不足分に対しては商用電源から供給される電力で賄う。
【００２３】
ＦＣ４において発電時に発生する排熱は、ＦＣ４の冷却水により取り出される。この冷却水により取り出された排熱は、排熱熱交換器６において、給熱ユニット２から供給される循環水と熱交換される。
【００２４】
ＦＣ用コントローラ７は、電流センサ９により電力負荷に供給される電流を検出するとともに、電流センサ１０により商用電源から供給される電流を検出する。これにより、ＦＣ用コントローラ７は、電力負荷において消費された電力及び商用電源から供給された電力を検出することができる。
【００２５】
ＦＣ４が出力する電力が電力負荷から要求される電力よりも大きい場合、ＦＣ４から商用電源側に電力の逆潮流が生じる。ＦＣ用コントローラ７は、このような電力の逆潮流を防ぐため、電流センサ９で検出される電流値が所定の閾値以上となった場合には、インバータ５の出力する電力の一部を後述の給熱ユニット２に備えられた余剰電力ヒータ１３に回す。そして、余剰電力ヒータ１３において余剰な電力を消費させ、ＦＣ４から商用電源側への電力の逆潮流を防止する。余剰電力ヒータ５は、供給される電力を熱に変換し、電熱変換により発生する熱を、循環水に供給する。これにより、余剰電力は循環水により熱として回収される。
【００２６】
通信インタフェース８は、給電ユニット３が給熱ユニット２との通信を行う際のインタフェースである。ＦＣ用コントローラ７は、通信インタフェース８を介して給熱ユニット２とデータの授受を行いながら、ＦＣ４の制御を行う。
【００２７】
給熱ユニット２は、成層式貯湯槽１１、循環ポンプ１２、余剰電力ヒータ１３、暖房熱交換器１４、補助熱源１５、熱媒循環ポンプ１６、流量センサ１７、給湯暖房用コントローラ１８、通信インタフェース１９、及び温度センサ２０，２１ａ〜２１ｅ，２２，２３，２４を備えている。
【００２８】
成層式貯湯槽１１は、ＦＣ４から出力される排熱を温水として蓄熱する。この成層式貯湯槽１１は、上部から下部にかけて高温から低温となるような温度勾配を有する温湯が貯湯されている。台所、風呂等の給湯負荷へ温湯を供給する場合には、成層式貯湯槽１１の上層の温湯が、補助熱源１５を介して送水される。そして、給湯による成層式貯湯槽１１内の水の減少分は、成層式貯湯槽１１の底部からの給水により補われる。この給水量は、流量センサ１７により検出される。また、給水時の水の温度は、温度センサ２０により検出される。
【００２９】
成層式貯湯槽１１には、垂直方向に複数の温度センサ２１ａ〜２１ｅが設けられている。この温度センサ２１ａ〜２１ｅによって、成層式貯湯槽１１内に貯湯された温湯の各層の温度を検出することができる。
【００３０】
成層式貯湯槽１１の下部からは、循環ポンプ１２により循環水が取り出され、給電ユニット３内の排熱熱交換器６に送られる。排熱熱交換器６において排熱が供給された循環水は、余剰電力ヒータ１３及び暖房熱交換器１４を経て成層式貯湯槽１１の上部に戻される。
【００３１】
暖房熱交換器１４は、循環水に供給された熱を、暖房機器等の暖房負荷（図示せず。）に循環される熱媒体に熱交換する。暖房負荷の熱媒体は、熱媒循環ポンプ１６により暖房負荷から暖房熱交換器１４に送られた後、補助熱源１５を通って再び暖房負荷に戻される。
【００３２】
また、暖房負荷からの戻り配管及び往き配管には、熱媒体の温度を検出する温度センサ２２，２３が設けられている。更に、給湯負荷への給湯用配管には、給湯温度を検出する温度センサ２４が設けられている。
【００３３】
給湯暖房用コントローラ１８は、温度センサ２０，２１ａ〜２１ｅ，２２，２３，２４により検出される温度、流量センサ１７により検出される給水量、補助熱源１５により発生した熱量、熱媒循環ポンプ１６の熱媒循環流量等から、暖房負荷や給湯負荷において実際に消費された熱量や成層式貯湯槽１１における放熱損失を検出する。また、ＦＣ用コントローラ７と給湯暖房用コントローラ１８とは、通信インタフェース８，１９を介して協働して、コージェネレーション・システム１の制御を行う。
【００３４】
また、給湯暖房用コントローラ１８には、リモコン装置２５が接続されており、給熱ユニット２から離れた場所から、給熱ユニット２に対してユーザが動作指令を入力することができる。また、リモコン装置２５には時計４６（図２参照）が内蔵されており、コージェネレーション・システム１全体の基準時刻データを発信する。
【００３５】
このように、暖房負荷や給湯負荷に対して熱を供給する装置は給熱ユニット２として独立したユニットとされ、電力負荷に対して電力を供給する装置は給電ユニット３として独立したユニットとされているため、メンテナンスが容易となる。
【００３６】
図２は図１のコージェネレーション・システムの制御系統の機能ブロック図である。
図２において、コージェネレーション・システム１、給熱ユニット２、給電ユニット３、ＦＣ４、インバータ５、ＦＣ用コントローラ７、通信インタフェース８、循環ポンプ１２、余剰電力ヒータ１３、補助熱源１５、熱媒循環ポンプ１６、給湯暖房用コントローラ１８、通信インタフェース１９、及びリモコン装置２５は、図１における同符号を付したものにそれぞれ対応する。
【００３７】
給電ユニット３内のＦＣ用コントローラ７は、給電側負荷記憶手段３０、発電計画記憶手段３１、制御手段３２、電力負荷データ送信手段３３、給電側負荷データ更新手段３４、及び余剰電力ヒータ分流器３５を備えている。
【００３８】
給電側負荷記憶手段３０は、電力消費データ、暖房熱消費データ、及び給湯熱消費データが記憶されている。「電力消費データ」とは、電力負荷の消費電力量の時間帯ごとの実績値から算出される前記電力負荷の消費電力量の予測値をいう。「暖房熱消費データ」とは、暖房負荷の消費熱量の時間帯ごとの実績値から算出される熱負荷の消費熱量の予測値をいう。「給湯熱消費データ」とは、給湯負荷の消費熱量の時間帯ごとの実績値から算出される給湯負荷の消費熱量の予測値をいう。
【００３９】
尚、制御手段３２は、１日の各時間帯において、電流センサ９，１０からなる消費電力検出手段３６により検出される電力負荷の消費電力量の実績値と、給電側負荷記憶手段３０に記憶されている過去の同じ時間帯の電力消費データとの加重平均を取ることにより、給電側負荷記憶手段３０に記憶されている電力消費データを逐次更新する。
【００４０】
また、制御手段３２は、給電側負荷記憶手段３０に記憶されている電力消費データ、暖房熱消費データ、及び給湯熱消費データに基づいて、最もエネルギー消費が少なくなるように、各時間帯ごとのＦＣ４の発電量を決定し、発電計画記憶手段３１に記憶する。そして、発電計画記憶手段３１に記憶された各時間帯の発電量に従って、ＦＣ４の発電量を制御する。
【００４１】
また、制御手段３２は、電流センサ９により検出される電力負荷の消費電力よりもＦＣ４の発電量が大きい場合には、余剰電力ヒータ分流器３５により、余剰な電力を余剰電力ヒータ１３に分流する制御も行う。
【００４２】
電力負荷データ送信手段３３は、通信インタフェース８を介して、給熱ユニット２に対して給電側負荷記憶手段３０に記憶された電力消費データ、暖房熱消費データ、及び給湯熱消費データを送信する。
【００４３】
給電側負荷データ更新手段３４は、通信インタフェース８を介して、給熱ユニット２から送信されてくる電力消費データ、暖房熱消費データ、及び給湯熱消費データを受信し、受信したこれらのデータが、給電側負荷記憶手段３０に記憶されているものよりも新しい場合には、給電側負荷記憶手段３０に記憶された電力消費データ、暖房熱消費データ、又は給湯熱消費データを受信したものに更新する。
【００４４】
給熱ユニット２内の給湯暖房用コントローラ１８は、給熱側負荷記憶手段４０、制御手段４１、熱負荷データ送信手段４２、及び給熱側負荷データ更新手段４３を備えている。
【００４５】
給熱側負荷記憶手段４０は、電力消費データ、暖房熱消費データ、及び給湯熱消費データが記憶されている。制御手段４１は、リモコン装置２５から入力される指示に従って、熱媒循環ポンプ１６や補助熱源１５の供給熱量等を制御して、要求された暖房負荷又は給湯負荷への熱量の供給を行う。また、制御手段４１は、通信インタフェース１９を介して給電ユニット３から送信されるＦＣ４の発電量に従って、循環ポンプ１２を制御して冷却用の循環水を排熱熱交換器６に循環させる。
【００４６】
更に、制御手段４１は、１日の各時間帯において、温度センサ２２，２３からなる暖房消費熱量検出手段４４により検出される暖房負荷の消費熱量の実績値と、給熱側負荷記憶手段４０に記憶されている過去の同じ時間帯の暖房熱消費データとの加重平均を取ることにより、給熱側負荷記憶手段４０に記憶されている暖房熱消費データを逐次更新する。また、同じく、制御手段４１は、１日の各時間帯において、温度センサ２０，２１ａ〜２１ｅ，２４、及び流量センサ１７からなる給湯消費熱量検出手段４５により検出される給湯負荷の消費熱量の実績値と、給熱側負荷記憶手段４０に記憶されている過去の同じ時間帯の給湯熱消費データとの加重平均を取ることにより、給熱側負荷記憶手段４０に記憶されている給湯熱消費データを逐次更新する。
【００４７】
熱負荷データ送信手段４２は、通信インタフェース１９を介して、給電ユニット３に対して、給熱側負荷記憶手段４０に記憶されている電力消費データ、暖房熱負荷データ、及び給湯熱消費データを送信する。
【００４８】
給熱側負荷データ更新手段４３は、通信インタフェース１９を介して、給電ユニット３から送信されてくる電力消費データ、暖房熱消費データ、及び給湯熱消費データを受信し、受信したこれらのデータが、給熱側負荷記憶手段４０に記憶されているものよりも新しい場合には、給熱側負荷記憶手段４０に記憶された電力消費データ、暖房熱消費データ、又は給湯熱消費データを受信したものに更新する。
【００４９】
リモコン装置２５には時計４６が内蔵されており、時刻データが給熱ユニット２の制御手段４１に入力される。給熱ユニット２の制御手段４１は、通信インタフェース１９，８を介して、時刻データを給電ユニット３の制御手段３２に送信する。これにより、コージェネレーション・システム１全体が、１つの時計により統一された時刻に従って作動することができる。
【００５０】
以上のように構成された本実施形態に係るコージェネレーション・システムについて、以下その動作を説明する。
【００５１】
まず、給熱ユニット２の制御手段４１は、リモコン装置２５の時計４６から送信される時刻データに従って、所定の時間帯ｎ（例えば、１日を２４の時間区間に区切った場合、ｎ時〜ｎ＋１時（ｎ∈｛０，１，…，２３｝）までの１時間）を経過した時点で、その経過した時間帯ｎにおいて暖房負荷が消費した熱量のデータ（暖房熱消費データ）及び給湯負荷が消費した熱量のデータ（給湯熱消費データ）により、給熱側負荷記憶手段４０に記憶された時間帯ｎにおける暖房熱消費データ及び給湯熱消費データの値を更新する。熱負荷データ送信手段４２は、この更新された暖房熱消費データ及び給湯熱消費データの値を給熱側負荷記憶手段４０から読み出して、通信インタフェース１９を介して給電ユニット３に送信する。
【００５２】
給電ユニット３内の給電側負荷データ更新手段３４は、熱負荷データ送信手段４２から送信された暖房熱消費データ及び給湯熱消費データの値を受信する。そして、この値により、給電側負荷記憶手段３０に記憶された時間帯ｎの暖房熱消費データ及び給湯熱消費データの値を更新する。
【００５３】
一方、給電ユニット３の制御手段３２は、リモコン装置２５の時計４６から送信される時刻データに従って、時間帯ｎを経過した時点で、その経過した時間帯ｎにおいて電力負荷が消費した電力量のデータ（電力消費データ）により、給電側負荷記憶手段３０に記憶された電力消費データの値を更新する。電力負荷データ送信手段３３は、この更新された電力消費データの値を給電側負荷記憶手段３０から読み出して、通信インタフェース８を介して給熱ユニット２に送信する。
【００５４】
給熱ユニット２内の給熱側負荷データ更新手段３４は、電力負荷データ送信手段３３から送信された電力消費データの値を受信する。そして、この値により、熱電側負荷記憶手段４０に記憶された時間帯ｎの電力消費データの値を更新する。
【００５５】
このようにして、各時間帯ｎが経過するごとに、給電側負荷記憶手段３０及び給熱側負荷記憶手段４０に記憶された電力消費データ、暖房熱消費データ、及び給湯熱消費データの値は、リアルタイムに常に最新のものに更新される。そして、給電側負荷記憶手段３０及び給熱側負荷記憶手段４０の双方が、最新の電力消費データ、暖房熱消費データ、及び給湯熱消費データの値を共有することになる。
【００５６】
給電ユニット３の制御手段３２は、最新の電力消費データ、暖房熱消費データ、及び給湯熱消費データの値に基づいて、最もエネルギー消費が少なくなるように、各時間帯ごとのＦＣ４の発電量を決定し、発電計画記憶手段３１に記憶する。そして、発電計画記憶手段３１に記憶された各時間帯の発電量に従って、ＦＣ４の発電量を制御する。
【００５７】
次に、給電ユニット３が故障等により新しいものと交換された場合における動作について説明する。
【００５８】
給熱ユニット２の制御手段４１は、通信インタフェース１９を介して、新たに給電ユニット３が接続されたことを検出すると、熱負荷データ送信手段４２に対して、データ送信指示を出力する。熱負荷データ送信手段４２は、制御手段４１からデータ送信指示が入力された場合、給熱側負荷記憶手段４０に記憶された総ての時間帯における電力消費データ、暖房熱消費データ、及び給湯熱消費データの値を、通信インタフェース１９を介して給電ユニット３に送信する。
【００５９】
給電ユニット３の給電側負荷データ更新手段３４は、熱負荷データ送信手段４２から送られてきた総ての時間帯における電力消費データ、暖房熱消費データ、及び給湯熱消費データの値を受信して、給電側負荷記憶手段３０に記憶させる。
【００６０】
給電ユニット３の制御手段３２は、給電側負荷記憶手段３０に記憶された電力消費データ、暖房熱消費データ、及び給湯熱消費データの値に基づいて、最もエネルギー消費が少なくなるように、各時間帯ごとのＦＣ４の発電量を決定し、発電計画記憶手段３１に記憶する。そして、発電計画記憶手段３１に記憶された各時間帯の発電量に従って、ＦＣ４の発電量を制御する。
【００６１】
このようにして、給電ユニット３が交換された場合でも、過去に学習した各時間帯における電力消費データ、暖房熱消費データ、及び給湯熱消費データの値を即座に使用して、最もエネルギー消費が少なくなるようなＦＣ４の最適な運転を行うことが可能となる。
【００６２】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、熱交換系の機器と電力系の機器とが混在するコージェネレーション・システムを、主として熱交換系の機器を有する給熱ユニットと、主として電力系の機器を有する給電ユニットとに分けることにより、コージェネレーション・システムのメンテナンスが容易となる。
【００６３】
また、給熱ユニット又は給電ユニットの何れか一方が交換された場合でも、給熱側負荷データ更新手段又は給電側負荷データ更新手段によって、交換された給熱ユニットの給熱側負荷記憶手段又は給電ユニットの給電側負荷記憶手段に記憶された熱消費データ又は電力消費データは、最新のものに更新される。従って、更新された熱消費データ又は電力消費データを使用することで、給熱ユニット又は給電ユニットの交換を行った後すぐにコージェネレーション装置の最適運転を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るコージェネレーション・システムの構成を表す図である。
【図２】図１のコージェネレーション・システムの制御系統の機能ブロック図である。
【図３】従来のコージェネレーション・システムの構成を表す図である。
【符号の説明】
１ コージェネレーション・システム
２ 給熱ユニット
３ 給電ユニット
４ 燃料電池（ＦＣ）
５ インバータ
６ 排熱熱交換器
７ ＦＣ用コントローラ
８ 通信インタフェース
９，１０ 電流センサ
１１ 成層式貯湯槽
１２ 循環ポンプ
１３ 余剰電力ヒータ
１４ 暖房熱交換器
１５ 補助熱源
１６ 熱媒循環ポンプ
１７ 流量センサ
１８ 給湯暖房用コントローラ
１９ 通信インタフェース
２０，２１ａ〜２１ｅ，２２，２３，２４ 温度センサ
２５ リモコン装置
３０ 給電側負荷記憶手段
３１ 発電計画記憶手段
３２ 制御手段
３３ 電力負荷データ送信手段
３４ 給電側負荷データ更新手段
３５ 余剰電力ヒータ分流器
３６ 消費電力検出手段
４０ 給熱側負荷記憶手段
４１ 制御手段
４２ 熱負荷データ送信手段
４３ 給熱側負荷データ更新手段
４４ 暖房消費熱量検出手段
４５ 給湯消費熱量検出手段
４６ 時計
Claims (2)
- 熱負荷に対して熱を供給する給熱ユニットと、
発電により電力を出力するとともに発電に伴い生じる熱を出力するコージェネレーション装置を有し、電力負荷に対して電力を供給するとともに前記給熱ユニットに対して熱を供給する給電ユニットと、
前記給電ユニットと前記給熱ユニットとの間でデータの通信を行う通信手段と、
を備え、
前記給熱ユニットは、
前記熱負荷の消費熱量の時間帯ごとの実績値又はその実績値から算出される前記熱負荷の消費熱量の予測値である熱消費データ、及び前記電力負荷の消費電力量の時間帯ごとの実績値又はその実績値から算出される前記電力負荷の消費電力量の予測値である電力消費データが記憶された給熱側負荷記憶手段と、
前記通信手段を介して、前記給電ユニットに対して、前記給熱側負荷記憶手段に記憶された熱消費データ及び電力消費データを送信する熱負荷データ送信手段と、
前記通信手段を介して、前記給電ユニットから送信される熱消費データ及び電力消費データを受信し、受信した熱消費データ又は電力消費データが前記給熱側負荷記憶手段に記憶された熱消費データ又は電力消費データよりも新しい場合には、前記給熱側負荷記憶手段に記憶された熱消費データ又は電力消費データを受信した熱消費データ又は電力消費データに更新する給熱側負荷データ更新手段と、
を備え、
前記給電ユニットは、
前記電力消費データ及び前記熱消費データが記憶された給電側負荷記憶手段と、
前記通信手段を介して、前記給熱ユニットに対して、前記給電側負荷記憶手段に記憶された熱消費データ及び電力消費データを送信する電力負荷データ送信手段と、
前記通信手段を介して、前記給熱ユニットから送信される熱消費データ及び電力消費データを受信し、受信した熱消費データ又は電力消費データが前記給電側負荷記憶手段に記憶された熱消費データ又は電力消費データよりも新しい場合には、前記給電側負荷記憶手段に記憶された熱消費データ又は電力消費データを受信した熱消費データ又は電力消費データに更新する給電側負荷データ更新手段と、
を備えていることを特徴とするコージェネレーション・システム。 - 電力負荷データ送信手段は、前記給電側負荷記憶手段に記憶された前記電力消費データが更新されたときに、前記給熱ユニットに対して、前記電力消費データを送信し、
熱負荷データ送信手段は、前記給熱側負荷記憶手段に記憶された前記熱消費データが更新されたときに、前記給電ユニットに対して、前記熱消費データを送信すること
を特徴とする請求項１記載のコージェネレーション・システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003177172A JP2005009456A (ja) | 2003-06-20 | 2003-06-20 | コージェネレーション・システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003177172A JP2005009456A (ja) | 2003-06-20 | 2003-06-20 | コージェネレーション・システム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2005009456A true JP2005009456A (ja) | 2005-01-13 |
Family
ID=34099835
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003177172A Pending JP2005009456A (ja) | 2003-06-20 | 2003-06-20 | コージェネレーション・システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2005009456A (ja) |
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