JP2005038753A - コジェネレーションシステムの制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 燃料ガス等の光熱費削減や排出炭酸ガス削減等を達成できるコジェネレーションシステムの制御方法を提供する。
【解決手段】 燃料を供給して電気と熱を発生する燃料電池１と、発生させた熱を蓄熱する貯湯槽１０と、燃料電池の起動および停止の制御を行う制御装置２０とを備えると共に、さらに貯湯槽の蓄熱量を検出する温度センサＴ１，Ｔ２と、燃料電池の発電効率を検出する電力センサＥとを備え、制御装置は、温度センサおよび電力センサの検出値に基づいて、貯湯槽内の貯湯量が必要量に対して不足することなく、かつ、発電効率の高い状態で燃料電池を運転するように制御し、例えば温度センサの検出値より算出した熱取得効率と、電力センサで検出された発電効率との少なくとも一方の効率が、所定値より小さいときに燃料電池を停止する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電気と熱を発生する熱電併給装置を備えたコジェネレーションシステムの制御方法に係り、特に、燃料電池等の熱電併給装置を効率良く運転でき、光熱費削減や排出炭酸ガス削減等を大幅に達成できるコジェネレーションシステムの制御方法に関する。

コジェネレーションシステムで使用する熱電併給装置においては、その経済性や環境性メリットを十分に引き出すために、熱電併給装置から生成される電気、熱を無駄なく利用することである。熱電併給装置の運転方法としては、電気負荷に主に追従する電主負荷追従運転と、熱負荷に追従する熱主追従運転がある。発電した電気が経済的にもメリットがある状態であるならば熱主追従運転も有効であるが、現時点では有効であるといいにくい。したがって、現時点では電気（電主）負荷追従運転がメインと考えられている。この電気負荷追従運転において経済性、環境性メリットを引き出すには、無駄な熱供給を防止することである。すなわち余剰な熱供給を防止しなければならない。

従来の温水供給システムは、温水供給装置と、該温水供給装置で生じた温水を貯蔵する貯湯槽と、該貯湯槽内部に設けられた温度センサと、該温度センサの検出結果に基づいて蓄熱余裕の有無を判断して温水供給装置に制御信号を出力する制御手段とを備えており、その制御方法は複数の温度センサにより貯湯槽内の温水温度を計測する工程と、各々の温度センサで計測された温水温度と温度センサ毎に設定された設定起動温度或いは設定停止温度とを比較する工程と、何れか１つの温度センサの検出結果が設定起動温度以下となった場合に起動信号を出力し、設定停止温度以上となった場合に停止信号を出力する制御信号出力工程とを有している（例えば、特許文献１参照）。すなわち、このシステムは、貯湯槽内に配置した温度センサにより貯湯量を計測し、この貯湯量が設定した上限量を超えたと判定した場合に熱電併給装置を停止する。

特開２００２−３４９９６５号公報（特許請求の範囲、図１）

ところで、前記構造の温水供給システムにおいては、熱電併給装置からの熱供給効率は、貯湯槽の温度成層の状態により変化する熱電併給装置に入る循環水の温度により変化する。また、発電効率は電気負荷の大きさにより変化する。したがって、余剰な熱供給を防止するとは、熱電併給装置により供給する電気の効率（発電効率）と熱の効率（熱供給効率）と、貯湯槽に供給された熱が有効に利用される効率も含めた熱取得効率により判断した上で有効に熱電供給していく必要がある。また、経済性、環境性については電気およびガス料金の影響を多分に受ける。したがって、これら電気およびガス料金についても含めて、総合的に熱電併給装置の運転、停止を判断する必要がある。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、貯湯槽の蓄熱量と、熱電併給装置の発電効率に基づいて熱電併給装置を効率良く運転するコジェネレーションシステムを提供することにある。また、供給された燃料の料金と、商用のガス料金および商用電力料金との差額を大きくできると共に、排出炭酸ガスの削減が可能なコジェネレーションシステムの制御方法を提供することにある。

前記目的を達成すべく、本発明に係るコジェネレーションシステムの制御方法は、燃料
を供給して電気と熱を発生する熱電併給装置と、発生した熱を蓄熱する貯湯槽と、熱電併給装置の起動および停止の制御を行う制御装置とを備えると共に、さらに貯湯槽の蓄熱量を検出する温度検出手段と、熱電併給装置の発電効率を検出する発電効率検出手段とを備える制御方法で、前記制御装置は、温度検出手段および発電効率検出手段の検出値に基づいて、貯湯槽内の貯湯量が必要量に対して不足することなく、かつ、発電効率の高い状態で熱電併給装置を運転するように制御することを特徴とする。

このように構成すると、温度を検出する温度センサや、発電効率を検出する電力センサの検出値に基づいて熱電併給装置を制御するため、お湯が不足することなく、燃料料金を削減でき、排出炭酸ガスも削減できる。

また、本発明に係るコジェネレーションシステムの制御方法の好ましい具体的な態様としては、前記制御装置は、温度検出手段の検出値より算出した熱取得効率と、発電効率検出手段で検出された発電効率との少なくとも一方の効率が、所定値より小さいときに熱電併給装置を停止することを特徴としている。熱取得効率と発電効率とを加算した総合効率が所定値より小さいときに熱電併給装置を停止するようにすると好ましい。

このように構成すると、熱取得効率と発電効率との少なくとも一方の効率が低いときには熱電併給装置を運転しないため、総合効率を高めた運転が可能となり、供給される燃料の料金を削減できると共に、排出炭酸ガスを削減できる。

さらに、本発明に係るコジェネレーションシステムの制御方法の好ましい具体的な他の態様としては、前記制御装置は、温度検出手段の検出値より算出した運転時の熱負荷および発電効率検出手段の検出値より算出した運転時の電力負荷を得るための燃料の料金と、商用のガス料金および商用電力料金を加算した料金との差の削減率が、所定値より小さいときに熱電併給装置を停止し、および／または、熱負荷と電力負荷を熱電併給装置で得たときの排出炭酸ガス量と、商用のガスおよび商用電力で得たときの加算した排出炭酸ガス量との差の削減率が、所定値より小さいときに熱電併給装置を停止することを特徴としている。

このように構成すると、使用している熱負荷と電力負荷とをシステムの熱電併給装置で得た場合の燃料料金と、商用のガス料金と商用電力で得た場合の差額を算出して制御するため、システムを導入したことによる料金削減効果を大きくするような制御が可能となると共に、排出炭酸ガス量を削減できる制御が可能となる。

前記のごとく構成された本発明のコジェネレーションシステムの制御方法は、温度検出手段の検出値に基づいて貯湯槽の蓄熱量が一定となるまでは蓄熱するため、貯湯量が必要量に対して不足することはなく、電力センサ等の発電効率検出手段で発電効率を検出して発電効率が低い場合は熱電併給装置を停止するため、コジェネレーションシステムの総合効率を高めることができる。この結果、システムを導入したことによる光熱費削減や排出炭酸ガス削減等の効果を高めることができ、余剰な貯湯を防止できる。また、熱電併給装置を効率の高い状態で運転できるため、システム全体の総合効率を高めることができ、光熱費削減や排出炭酸ガス削減等の効果を高めることができる。

以下、本発明に係るコジェネレーションシステムの制御方法の一実施形態を図面に基づき詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る制御方法を行うコジェネレーションシステムの構成を示すブロック図、図２は、図１の制御装置を示すブロック図、図３は、図１のコジェネレーション装置を制御するリモコンの正面図と、その要部斜視図である。

図１〜３において、コジェネレーションシステムは、燃料電池（熱電併給装置）１と、貯湯槽１０とを備えており、燃料電池１は供給される都市ガス等の燃料ガス（図示せず）から電気と熱とを発生し、この電気を分電盤２を介して商用電源３に送電線４により供給して電気負荷５に出力すると共に、燃料電池１で発生する熱を循環配管１１を流れる水（熱媒）を介して貯湯槽１０に蓄熱し、上水源１４から上水を貯湯槽１０に流入させて給湯配管１２を流れる温水を熱負荷１５に出力するように構成されている。

燃料電池１は図示していないが、燃料ガスから水素を改質する改質装置、水素と酸素を化学反応させて電気と水を生成する燃料電池スタック、生成させた電気を交流に変換するインバータ、改質装置および燃料電池スタックから発生する熱を集める熱交換器等を備えている。また、このシステムは、燃料電池１で発生させた電気を分電盤２へ送電線４で送り、分電盤２から電気を住宅内の各系統の電気負荷５へ配電している。

燃料電池１で生じた温水を貯蔵する貯湯槽１０は、温度成層式であり、貯湯槽内部は上層部が高温で下層部が低温の温度勾配を持った湯が貯められるように構成されている。そして、貯湯槽内下部の比較的低温の水を燃料電池１へ供給するための配管１１ａと、燃料電池１で生じた温水を貯湯槽１０へ供給するための配管１１ｂと、水を貯湯槽１０から燃料電池１へ循環させるためのポンプ１３により循環配管１１を構成している。また、給湯配管１２は、貯湯槽１０下部へ上水源１４から上水を供給するための配管１２ａ、貯湯槽１０上部から住宅内の熱負荷１５で利用する給湯用の温水を出すための配管１２ｂにより構成されている。配管１２ｂには、必要に応じて補助熱源（図示せず）を設置すると、貯湯槽内の温水温度が低いときに加熱できる。

そして、このシステムは、貯湯槽１０の蓄熱余裕の有無を判断するため貯湯槽内の下部に設置された温度センサＴ１と、貯湯槽の中央部に設置された温度センサＴ２を備えている。本実施例では２つの温度センサを用いるが、これは１つであっても多数であってもよい。また、このシステムは、運転時発電効率の高低を判断するために分電盤内に設けられた電力センサＥを備えている。本実施例では電力センサＥを用いるが、発電効率が燃料電池１から出力されていればそれを用いてもよい。このシステムは、２つの温度センサＴ１，Ｔ２の検出結果に基づいて蓄熱余裕の有無を判断し、電力センサＥにより電気負荷５の電力量から発電効率を検出して燃料電池１に停止、起動の制御信号を出力する制御装置２０を備えている。

ここで、制御装置２０について、図２を参照して詳細に説明する。制御装置２０は、制御装置での設定を行う設定部２１、温度センサＴ１，Ｔ２や電力センサＥからの信号を入力する計測信号入力部２２、電力センサＥや温度センサＴ１，Ｔ２の検出値を基に各種の演算を行う演算部２３、演算部での演算結果に基づいて、燃料電池１に起動、停止の制御信号を出力する制御信号出力部２４を備えている。起動信号は、例えば貯湯槽１０の温水温度が低下したときに出力されて、燃料電池１を起動する。

演算部２３は、演算により算出された、ある判断基準に基づいて燃料電池１を停止するために以下の各種の演算を行う。判断基準としては、発電効率、熱供給効率、熱取得効率、総合効率、光熱費の削減率を示すお得率、排出ガスの削減率等がある。先ず、燃料電池１の発電効率を電力センサＥの出力から算出する。一般的には電力負荷が定格電力に近いときに発電効率は高くなるため、電力センサＥの出力で発電効率を算出できる。また、貯湯槽１０の温水温度から熱取得効率を算出すると共に、発電効率と熱取得効率とを加算して総合効率を算出する。貯湯槽１０の温度から熱取得効率を算出するには、テーブルや換算式を用いることができる。一般的には貯湯槽内の湯温が高くなると、熱取得効率は低くなる傾向がある。

さらに、演算部２３は、電力負荷に対する商用電力料金および熱負荷に対するガス料金と、燃料電池１で使用する燃料ガス料金とを比較して、光熱費削減額を算出し、削減額を商用電気料金およびガス料金で除算して光熱費削減率を算出する。前記の商用電力量と熱量とを得るために発生する商用の排出炭酸ガス量と燃料電池１で使用する燃料を得るときに発生する排出炭酸ガス量との差を、商用の排出炭酸ガス量で除算して排出炭酸ガス削減率を算出する。そして、前記の商用電力量と熱量とを得るために電気のみを使用した場合の電気エネルギーと、燃料電池１で使用する燃料量とを比較して１次エネルギー削減率を算出する。

このコジェネレーションシステムは、住宅における電気負荷５で使用する電力量に応じた発電を行う電気追従運転を行っているが、貯湯槽１０内が設定温度以上の温水で満たされた場合は燃料電池１の運転を停止し、貯湯槽１０内の温水が少なくなった場合に、燃料電池１を起動する制御を行う。このような制御を行うことで、電気と熱の需要のバランスがどのようなものであっても常に熱を取得できる状態で、かつ、運転時発電効率の高い運転が可能となる。このような運転を実現するために、制御装置２０は２つの温度センサＴ１，Ｔ２および電力センサＥの検出結果に基づいて蓄熱余裕の有無および運転時発電効率が高くなるように燃料電池１に制御信号を出力する。

燃料電池１の運転には燃料電池用リモコン（以下、リモコンという）４０を用いる。リモコン４０は、設定装置４１、演算装置４２、記憶装置４３、表示装置４４を備えている。設定装置４１は日付や、演算させる各種の情報、数値を入力するものであり、入力された情報や数値は記憶装置４３にデータベース化して記憶される。演算装置４２は記憶された情報や数値を基に、このシステムを導入した効果として、光熱費削減額や削減率、排出されるＣＯ₂ ガス削減量や削減率等の数値データの各種演算を行うと共に、表示装置４４で表示する。演算装置４２および記憶装置４３はマイクロコンピュータ４０Ａで構成すると好適である。なお、リモコン４０は、熱負荷１５用の給湯コントローラ（図示せず）と一体型でもよい。

つぎに、リモコン４０の詳細について、図３を参照して説明する。図３は操作パネルの正面図と、要部斜視図である。先ず、上部の表示装置４４から説明すると、表示装置は液晶のドットマトリクスの表示部等から構成されている。表示装置４４の上部には、発電量、発熱量、発電効率、発熱効率、光熱費削減額、ＣＯ₂ 削減量、光熱費削減率、ＣＯ₂ 削減率、等の表示が設けられている。他に発電自給率、発熱自給率、等の表示を設けるようにしてもよい。また、その下方に６個の７セグメントの表示部があり、さらに下方に単位として、「ｋＷ」、「Ｗｈ」、「ｋＷｈ」、「％」、「円」、「ｇ−Ｃ」が設けられている。左上方には「連続」、「ＤＳＳ」、「自動切換」の運転モード表示部がある。なお、燃料電池スタックの交換時期を示すメンテナンス表示部や、他の表示部を備えるようにしてもよい。

前記した単位の「ｇ−Ｃ」は、電力会社あるいはガス会社がエネルギーを発生させるときの炭酸ガスの排出量に相当する炭素原子グラム数を示している。設定装置４１として、表示装置４４の上部にタッチパネルを配置し、表示部の上部を触ることにより入力するようにしてもよい。また、表示装置４４は液晶のドットマトリクス表示に限られず、ＬＥＤの７セグメントの表示装置等、適宜のものを用いることができる。リモコン４０は、図３ｂに示すように、ケース４０ａに開閉式のカバー４０ｂを備えるようにしてもよい。

リモコン４０の設定装置４１は、右上の運転制御部４１ａと、下方のテンキーや入力キーを備えた設定部とを備え、運転方式を連続運転、ＤＳＳ運転、自動切換運転に切換える運転方式設定部４１ｂ、年月日、時刻を設定するカレンダー設定部４１ｃ、導入効果計算
データベース設定部４１ｄとして、電気料金、ガス料金の設定部、電気、ガスのＣＯ₂ 排出量設定部を備えている。なお、ＤＳＳ（Daily Start-Up ＆ Shutdown）運転は、１日に１度起動、停止を行う運転である。

設定装置４１の表示内容・選択部４１ｅは、発電量、発熱量、発電効率、発熱効率の選択キーを備えており、導入効果部４１ｆとして光熱費削減額、光熱費削減率、ＣＯ₂ 削減量、ＣＯ₂ 削減率の各操作キーと、１日、１週、１月、１年、累積の積算期間操作キーを備え、例えば所定期間における光熱費削減額やＣＯ₂ 削減量を演算装置４２で算出させることができる。また、制御切換部として、熱余り基準設定部４１ｇを備えている。この設定部４１ｇは、貯湯温度設定部、熱取得効率設定部、総合効率設定部、お得率設定部の各キーを備えている。例えば、制御装置２０による燃料電池１の制御で、貯湯温度が４５℃のときに停止するように制御するときは、貯湯温度設定部キーを押して、テンキーで「４５」と入力する。熱取得効率キーを押して、テンキーで数値を入力すると熱取得効率による燃料電池１の制御が可能となる。同様に、総合効率キーや、お得率キーを押して制御の判断基準を設定することができる。

表示装置４４は設定装置４１で入力された、例えば電気料金単価やガス料金単価を表示すると共に、これらの単価を用いて、このシステムで削減できた光熱費の削減額や、ＣＯ₂ 削減量を表示することができる。また、リモコン４０では、例えば設定装置４１にて入力された、商用ベースの「単位量当たりのガス料金」、「単位ガス量当たりのＣＯ₂ 排出量」、「単位量当たりの電気料金」、「単位電気量当たりのＣＯ₂ 排出量」の値はデータベース化されて記憶装置４３に蓄積される。こうしたデータベースを予め記憶装置に記憶しておく。

そして、演算装置４２は、このシステムにて使用する燃料ガス等のエネルギー量と、出力される電力負荷および熱負荷をモニタして発電量および出力熱量を演算し、燃料ガスの使用エネルギー料金（光熱費）と、この燃料量を得るときに発生するＣＯ₂ 排出量を算出する。また、それらエネルギーに見合う商用エネルギーの電気料金（光熱費）とＣＯ₂ 排出量を演算装置４２で算出する。それらの料金収支から経済性効果度（光熱費削減額や削減率）、エネルギー収支から環境性効果度（ＣＯ₂ 削減量や削減率）を表示装置４４で表示する。

リモコン４０は、制御装置２０と接続されており、制御装置２０による燃料電池１の起動に合わせて、起動情報として起動回数や停止回数が記憶装置４３に入力されると共に、燃料電池１を運転している稼働時間が積算されて記憶装置４３に入力される。また、燃料電池１に供給された燃料ガスの流量は、制御装置２０を介してリモコン４０に入力され、リモコン内では流量と供給時間から使用された燃料ガス量を算出できる。

記憶装置４３は、前記のように設定装置４１により入力された商用ベースの単位量当たりの電気料金や、ガス料金等のデータをデータベースとして記憶すると共に、電力センサＥの検出値に基づいて発電効率を求める対応グラフ（換算式）、温度センサＴ１，Ｔ２からの入力で貯湯槽１０での熱取得効率を求める対応グラフ（換算式）や、お得率に対する光熱費削減率、ＣＯ₂ 削減率、１次エネルギー削減率を求める対応グラフ（換算式）等を、別のデータベースとして記憶している。

前記の如く構成された本実施形態のコジェネレーションシステムの動作について以下に説明する。システムの起動に先立って、先ず、リモコン４０の設定装置４１を用いて入力を行う。例えば、日時を入力するときは、カレンダー設定部４１ｃの「年月日」キーを押して、テンキーで入力する。続いて、「時刻」キーを押して、同様にテンキーで入力する。なお、図示していないが、燃料電池の変換効率は、約３５％であるので「０．３５」と
入力し、給湯器の熱効率は約７５％であるので「０．７５」と入力する。

また、電気料金やガス料金を入力するときは、導入効果計算データベース設定部４１ｄの電気料金の「料金」キーを押して、例えば、全国の電力会社の平均電気料金である「２５．４」円／ｋＷｈを入力する。そして、ガス料金の「料金」キーを押して、全国のガス会社の平均ガス料金である「１３３．１」円／ｍ³ を入力する。都市ガスは１１０００ｋｃａｌ／ｍ³ の熱量を有しているため、ガス料金は１０．４円／ｋＷｈであり、コジェネレーション装置１０から発生されるガス料金は１０．４円／０．３５（変換効率）＝２９．７円／ｋＷｈとなる。また、給湯器で１ｋＷｈの熱量を発生させるガス料金は、１０．４円／０．７５（熱効率）＝１３．８７円／ｋＷｈとなる。

さらに、ＣＯ₂ 排出量として、全国の電力会社の平均で、１ｋＷｈに対するＣＯ₂ 排出量に相当する炭素原子グラム数は、火力発電所を基準とした場合に１１６ｇ−Ｃ／ｋＷｈであるので、電気料金の右のＣＯ₂ 排出量の「ＣＯ₂ 」キーを押して、「１１６」ｇ−Ｃ／ｋＷｈを入力する。また、都市ガスは６４０ｇ−Ｃ／ｍ³ であり、１１０００ｋｃａｌ／ｍ³ の熱量を有しているため、５０ｇ−Ｃ／ｋＷｈとなるので、ガス料金の右のＣＯ₂ 排出量の「ＣＯ₂ 」キーを押して、ＣＯ₂ 排出量として、「５０」ｇ−Ｃ／ｋＷｈを入力する。電気料金やガス料金に変動があった場合は、設定装置４１から再入力して変更する。ここで、これらの値はユーザーが直接入力するのではなく、ＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体の読み込みやインターネットの利用によるエネルギー供給会社からの情報ダウンロードでもよい。

この結果、例えば１ｋＷｈの電力と、１ｋＷｈに相当する熱の需要がある場合、商用電源の電気料金は２５．４円／ｋＷｈであるため、２５．４＋１０．４／０．７５（給湯器の熱効率）＝３９．３円となる。燃料電池１０から発生させた電力の電気料金は１０．４円／ｋＷｈであるため、１０．４／０．３５（燃料電池の変換効率）＝２９．７円／ｋＷｈとなり、結果としてコジェネレーション装置の方が１ｋＷｈに対して、３９．３−２９．７＝９．６円だけ電気料金（光熱費）を削減できる。また、このときのＣＯ₂ ガスの削減量は、前記のように、商用電源１によるＣＯ₂ ガス排出量は１１６ｇ−Ｃ／ｋＷｈで、燃料ガス２によるＣＯ₂ ガス排出量は５０ｇ−Ｃ／ｋＷｈであるため、半分以下に削減できる。この場合の光熱費削減率は、（３９．３−２９．７）／３９．３＝２４．４％となり、ＣＯ₂ ガス排出量の削減率は、（１１６−５０）／１１６＝５６．９％となる。

前記の如く構成された本実施形態のコジェネレーションシステムの制御方法について以下に説明する。このコジェネレーションシステムは、前記したように基本的には電気負荷追従運転を行うものであり、燃料電池１を起動するとシステムが住宅内の電力負荷に応じた発電を行い、これに伴って燃料電池１からは熱も得られる。本実施例では、例えば貯湯槽下部１０℃の水は燃料電池１を介して６０℃の温水となり、貯湯槽１０の上部に流入するものとする。

このため貯湯槽１０は上部から徐々に６０℃の温水で満たされ、下部の１０℃の水が減少してくる。貯湯槽全体が温水で満たされてくると、貯湯槽下部より燃料電池１に供給される水の温度が１０℃より徐々に上昇する。この温度が６０℃に近づくにしたがって燃料電池１から温水を取得する際の熱取得効率が低下し、６０℃になると貯湯槽１０の蓄熱余裕が無くなり燃料電池１から温水を取得できなくなる。すなわち、温度センサの検出値から熱取得効率を算出することができる。したがって、貯湯槽１０の下部に設置した温度センサＴ１により蓄熱余裕の有無を常時検出している。この検出結果に基づき制御装置２０において燃料電池１の停止の判断を行う。温度センサＴ１の検出結果が設定温度ｔ１よりも低い場合は運転し続け、設定温度ｔ１より高い場合は制御信号出力部２４より停止信号を出力する。

この設定温度ｔ１は、燃料電池１からの排熱温度が６０℃であれば、４０℃など６０℃よりも低い温度で設定されるもので、予め設定されていたり、運転する中で日々使用する給湯量などを学習し、季節や曜日によって日々変更されたりするものであってもよい。この温度を高めにすれば、貯湯槽１０内はより多くの温水を保有することになるが、燃料電池１から温水を取得する際の効率は低くなる。一方、この温度を低めにすれば、貯湯槽１０内の温水は少なくなるが、燃料電池１から温水を取得する際の効率は高くなる。後述する従来例２は、貯湯温度が４５℃になると燃料電池１を停止するように設定している。

また、本実施形態においては停止用の温度センサＴ１は一つしか設けていないが、複数の温度センサを設置しておき、貯湯槽１０内に貯めたい温水量に応じて検出する温度センサを切換えるものであってもよい。温度センサＴ１の設置位置を低めに設置すれば貯湯槽内はより多くの温水を保有することになるが、燃料電池１から温水を取得する際の効率は低くなる。一方、この設定位置を高めにすれば、貯湯槽内の温水は少なくなるが、燃料電池１から温水を取得する際の効率は高くなる。後述する実施例１は、熱取得効率が３２．５％になると燃料電池１を停止するように設定している。

そして、温度センサＴ１の検出値が設定温度ｔ１より高くなったとき、制御信号出力部２４より停止信号を出力し、燃料電池１を停止する。燃料電池１の運転を停止した後、住宅内では洗顔や、入浴に伴い温水の利用があり、貯湯槽１０内の６０℃の温水は上部から出水されて減少し、下部より１０℃の水が流入してくる。燃料電池１の運転停止直後、温度センサＴ２の検出値は例えば、排熱温度の６０℃であるが、温水の使用量が増加して残湯量が減少するにしたがって検出値が低下する。

また、このシステムは、貯湯槽１０の中央付近に設置した起動用の温度センサＴ２により貯湯槽内の残湯量を常時検出している。温度センサＴ２の検出値が設定温度ｔ２よりも低くなったら、換言すると、貯湯槽内の残湯量が一定値以下になったら、例えば、家庭の熱負荷の中で最も大きい負荷である湯張りによる給湯が生じると、温度センサＴ２の検出値が設定値より低くなる。そして、検出値が設定値より低くなると、制御装置２０は燃料電池１に信号を送り、燃料電池１を起動する制御を行う。

ここで、従来例１，２と実施例１〜３について、図４の表図を参照して詳細に説明する。この表図は１ｋＷクラスの燃料電池を下限出力５００Ｗで運転し、ヒーターを使用し、例えば４人家族で電気負荷が５１８１ｋＷｈ、熱負荷が４１２８ｋＷｈを使用した場合を示している。削減率は負荷パターン（季節別の日内消費エネルギーパターン）の影響を受けるものであり、本表図は夏季および冬季を含む通年の場合で、コジェネレーションシステムを導入する前の商用電源とガス給湯器を使用した場合と比較している。従来例１は電気負荷追従運転を連続して実施する場合を示し、従来例２は従来の熱余り制御として貯湯温度が４５℃に達したときに燃料電池を停止するように制御する例を示している。なお、図５は季節別の時間別の給湯負荷パターンと、電力負荷パターンの一例を示している。

また、実施例１は熱余り制御として、リモコン４０の演算装置４２で温度センサＴ１からの出力値に基づいて熱取得効率を算出し、熱取得効率が３２．５％（約４０℃相当）を下回ったときに燃料電池１を停止するように制御している。実施例２は同様に演算装置４２で発電効率と熱取得効率とを加算して総合効率を算出し、その合計が７０％を下回ったときに燃料電池１を停止するように制御している。そして、実施例３は演算装置４２で、燃料電池１で使用する燃料ガス料金と、従来の電気負荷追従運転の商用電力料金およびガス料金を加算した料金とを比較して、燃料ガス料金の光熱費削減率が１５％を下回ったときに燃料電池１を停止するように制御している。このように制御することにより、図４に
示すような光熱費削減や排出炭酸ガス削減等の効果を達成することができる。さらに、演算装置４２は、従来例１，２および実施例１〜３について、１次エネルギーの削減率を算出している。

実施例１では、光熱費削減率が０．８％、ＣＯ₂ 排出量削減率１１．９％、１次エネルギー削減率１．４％となっており、実施例２では、光熱費削減率が１．４％、ＣＯ₂ 排出量削減率１２．７％、１次エネルギー削減率２．０％で、実施例３では、光熱費削減率が２．９％、ＣＯ₂ 排出量削減率１４．３％、１次エネルギー削減率３．５％となり、前記のような熱余り制御により制御装置２０が燃料電池１を起動、停止した場合の効果を示している。

以上、本発明の一実施形態について詳細に説明したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、熱電併給装置として燃料電池の例を示したが、ディーゼルエンジン等で発電機を回転させる構成の装置でもよい。

本発明に係るコジェネレーションシステムの制御方法の一実施形態を行うシステムの構成を示すブロック図。 図１の制御装置を示すブロック図。 （ａ）は図１のコジェネレーション装置を制御するリモコンの正面図、（ｂ）は（ａ）の要部斜視図。 本発明に係るコジェネレーションのシステムによる実施例１〜３と、従来例１，２とを比較した削減率を示す表図。 本発明に係るコジェネレーションのシステムによる削減率等を算出するための季節別の給湯負荷パターンと電力負荷パターンの１例を示すグラフ図。

符号の説明

１…燃料電池（熱電併給装置）、３…商用電源、５…電気負荷、１０…貯湯槽、１５…熱負荷、２０…制御装置、２３…演算部、２４…制御信号出力部（制御手段）、４０…リモコン、Ｅ…電力センサ（発電効率検出部）、Ｔ１，Ｔ２…温度センサ（貯湯量検出部）

Claims (3)

1. 燃料を供給して電気と熱を発生する熱電併給装置と、発生した熱を蓄熱する貯湯槽と、前記熱電併給装置の起動および停止の制御を行う制御装置とを備えると共に、さらに前記貯湯槽の蓄熱量を検出する温度検出手段と、前記熱電併給装置の発電効率を検出する発電効率検出手段とを備えるコジェネレーションシステムの制御方法であって、
   前記制御装置は、前記温度検出手段および発電効率検出手段の検出値に基づいて、前記貯湯槽内の貯湯量が必要量に対して不足することなく、かつ、前記発電効率の高い状態で前記熱電併給装置を運転するように制御することを特徴とするコジェネレーションシステムの制御方法。
2. 前記制御装置は、前記温度検出手段の検出値より算出した熱取得効率と、前記発電効率検出手段で検出された発電効率との少なくとも一方の効率が、所定値より小さいときに前記熱電併給装置を停止することを特徴とする請求項１に記載のコジェネレーションシステムの制御方法。
3. 前記制御装置は、前記温度検出手段の検出値より算出した運転時の熱負荷および前記発電効率検出手段の検出値より算出した運転時の電力負荷を得るための前記燃料の料金と、商用のガス料金および商用電力料金を加算した料金との差の削減率が、所定値より小さいときに前記熱電併給装置を停止し、および／または、前記熱負荷と電力負荷を前記熱電併給装置で得たときの排出炭酸ガス量と、商用のガスおよび商用電力で得たときの加算した排出炭酸ガス量との差の削減率が、所定値より小さいときに前記熱電併給装置を停止することを特徴とする請求項１に記載のコジェネレーションシステムの制御方法。

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