JP2005093197A - コージェネレーションシステム - Google Patents

Abstract

【課題】 給湯需要の予測が正確であり、効率の高い運転が出来、効果的な需要をユーザに知らせ、もって省エネルギー性を向上出来るコージェネレーションシステムの提供。
【解決手段】 放熱用温水端末器を作動させてから風呂張りまでの経過時間を計測し、システム内に装備したデータベース（３１ｄ）にその経過時間を記憶・蓄積させる、及び記憶・蓄積させたそのデータを基に燃料電池（１）を停止させないように発電量を調整しつつ運転させるべく制御を行う様に構成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、燃料電池やガスエンジンの排熱を利用したコージェネレーションシステムに関し、特に家庭用の給湯を行う場合に好適なコージェネレーションシステムに関する。

貯湯タンクを有する燃料電池やガスエンジンによるコージェネレーションシステムは、貯湯タンクが満タン（それ以上を蓄熱できない状態：熱的に飽和した状態）時には、ラジエータで余った熱を放熱しない限りは、燃料電池は運転出来ない。
ここで、貯湯タンクに蓄熱された熱が給湯需要（熱需要）として用いられることにより、貯湯タンク内に蓄熱が可能となり、再び燃料電池やガスエンジンの運転が可能となる。したがってＤＳＳ（Ｄａｉｌｙ Ｓｔａｒｔ Ｓｔｏｐ）運転（必要に応じて、スタート、ストップを行う運転）が必要となり、燃料電池やガスエンジンを用いたコージェネレーションシステムでは、設置先住宅（等）における給湯需要パターンを学習して制御を行うことが省エネ性を向上させる効率の良い運転のためには必要となる。

特に燃料電池では、排熱によるお湯が溜まる速度が遅い（１リットル／ｍｉｎ．に満たない速度：燃料電池の使用により多少の違いはあるが、概ねタンクが空から満杯になるまで４〜７時間程度かかる）ので、給湯需要を正確に予測しないと運転開始時間の設定が困難である。

ここで家庭用の給湯需要の最大の要因は入浴である。
例えば、シャワーであれば２０リットル／ｍｉｎ．程度、炊事であれば５リットル／ｍｉｎ．程度が必要であるが、浴槽に湯を充填する（いわゆる「風呂張り」）際には、２００リットル程度が必要となる。
そして、１日の給湯需要における最大の消費である入浴時間（風呂張り時間）までに、貯湯槽を満タン或いは満タン寸前とせしめる必要があり、そこから推定、逆算して、燃料電池の起動時刻を決定する必要がある。その時刻が精度良く求められないと、風呂張り時刻より大幅に早い時刻に温水が貯まってしまい、無駄な放熱をしなければならなくなるし、或いは、風呂張り時刻に温水が不足してしまい、バックアップバーナが多く作動することとなってしまうからである。
すなわち、省エネルギー性を向上させるためには給湯需要、特にその最大の消費要因である入浴時における給湯需要を正確に予測することが重要となる。

然るに従来は（例えば、特許文献１〜３参照）、給湯需要を予測するに当っては、風呂とその他（炊事等）とを一緒にして、予測する方法が採られてきた。
即ち、最大量である入浴時における給湯需要を単独で予測することはしないで、給湯需要の合計値の予測のみを行っていた。そのため、給湯需要の予測精度を向上することが困難であった。

さらに、従来技術において、毎日もしくは曜日毎の給湯需要を平均して給湯需要予測を行う場合がある。
しかし、係る形式の給湯需要予測の場合には、例えば入浴しない日があると、その日を含めた平均値として給湯需要予測を行ってしまうので、その影響（平均値としての給湯需要が小さい数値となってしまうこと）は何週間か経過しないと無くならない。すなわち、給湯需要予測値が、数週間に亘って少ない数値となってしまう、という欠点を抱えていた。
それに加えて、入浴しない日の給湯需要データを含んだ平均値を求めることにより、風呂張り時間等を示す給湯需要曲線が鈍ってしまい、風呂張り時等のピークが予測出来なくなるという懸念があった。

また、従来家庭用のコージェネレーションシステムの学習制御技術では、過去の風呂や台所等の給湯需要量の合計熱量（ｋｃａｌ）を取得して、これを更新しているので、例えば入浴しない日のデータが積算され平均される。そのためその過去のデータの影響が後日まで残ることになり、このような場合にある期間が経過するまで、すなわち更新されるまで予測熱量値が少ない値となる。

また例えば入浴時刻が必ずしも一定でないとか、曜日によって入浴時刻（風呂張り時刻）が変わったりする。しかしながら需要の最も大きな風呂の需要量の予測が出来ないと、給湯需要値と曜日等のみのデータの学習では需要のパターンが一様でない限り、予測精度が向上しない。
特開２００２−１６８５２４号公報 特開２００２−２９５３０８号公報 特開２００２−３１８００６号公報

本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、給湯需要の予測が正確であり、そして効率の高い運転ができるコージェネレーションシステムを提供することを目的としている。

本発明の他の目的は、効果的な運転となる様な情報をユーザに知らせ、もって省エネルギー性を向上できるコージェネレーションシステムを提供するにある。

本発明者は種々研究の結果、給湯需要に占める割合が高い風呂の需要のパラメータとして、放熱用温水端末器（床暖房、暖房放熱器、浴室乾燥器、衣類乾燥器など、温水が保有する熱量を使用する機器）の需要に相関性があることが解った。すなわち寒い時には風呂に入る時間が多くなるが、外出先から帰宅後、放熱用温水端末器（床暖房等）のスイッチを入れたり或いはタイマー予約をしてから、風呂張り時刻までの時間に相関性が見られたのである。
また家に帰るとテレビのスイッチを入れるので、テレビスイッチと給湯需要（入浴時における給湯需要）の発生とが関係あることも解った。そして夏と冬とでは当然のことながら、給湯事情が異なるので、データを長いスパンで考えた方が効果的である。
さらに燃料電池の運転効率を向上させるために、燃料電池の状態に合わせてユーザが電力需要や給湯需要を調整すれば極めて好都合である。
そしてパラメータとしてその家の在宅人数が重要であることが解った。

本発明のコージェネレーションシステムは、燃料電池（１）またはガスエンジンを有するコージェネレーションシステムにおいて、温水を貯蔵する手段（貯湯槽２）と、給湯需要側（例えば家庭Ｂ内の浴槽５、給湯設備６）へ温水を供給するための熱源機（３）と、温水を貯蔵する手段（貯湯槽２）から給湯負荷へ至る温水回路（Ｌｈ）の状態を検出する検出手段（温度センサＴ１、Ｔ２、流量計Ｆ１、水位センサＳｗ等）と、温水が保有する熱量を使用する放熱用温水端末器（床暖房等）と、該放熱用温水端末器を作動させたか否かを検出する放熱用温水端末器作動検出手段（放熱用温水端末器作動スイッチＳＷ１）と、（熱源機３内もしくは熱源機外に設けられて）検出手段の検出結果を外部に伝達するためのインターフェース部材（回路基板３１）と、該インターフェース部材（回路基板３１）を介して温水回路（Ｌｈ）の状態に関する情報が入力される制御手段（コントロールユニット４）とを有しており、該制御手段（コントロールユニット４）は、放熱用温水端末器を作動させてから風呂張りまでの経過時間を計測し、システム内（例えば、回路基板３１）に装備したデータベース（３１ｄ）にその経過時間を記憶・蓄積し、記憶・蓄積させたそのデータを基に燃料電池（１）を停止させないように発電量を調整しつつ運転させるべく制御を行う様に構成されていることを特徴としている（請求項１;図５〜図７）。

具体的には、制御手段（コントロールユニット４）は、以下の二つの制御モードを備えている。
「床暖房スイッチ（ＳＷ１）を入れてから風呂張りまでの経過時間のデータ学習モード」では、床暖房スイッチ（ＳＷ１）を入れたか否かを判断する工程（ステップＳ１）と、風呂張り開始（又は完了）したか否かを判断する工程（ステップＳ２）と、床暖房スイッチ（ＳＷ１）を入れてから風呂張りまでの経過時間を計測する工程（ステップＳ３）と、計測した当該経過時間を記憶手段（データベース３１ｄ）に記憶する工程（ステップＳ４）を有しており、床暖房スイッチ（ＳＷ１）が入り、風呂張りが開始されたら床暖房スイッチ（ＳＷ1）を入れ、風呂張り開始に至る経過時間を計測し、その計測値をデータベース（３１ｄ）に記憶する。
ここで、床暖房スイッチ（ＳＷ１）を入れるという操作に代えて、タイマー予約をする操作としても良い。

「風呂張り時刻予測モード」では、床暖房スイッチを入れたか否かを判断する工程（ステップＳ１１）と、データベース（３１ｄ）に記憶されたデータによってあと何時間後に風呂に入るかを検索する工程（ステップＳ１２）と、貯湯槽（２）の貯湯率（蓄熱率）が所定値以内か否かを判断する工程（ステップＳ１４）とを有しており、貯湯率が所定値以内の場合に燃料電池（１）の発電出力を抑えて当初の計画時刻まで燃料電池（１）を運転する様に構成されている。

前記制御手段（４）には、パラメータ設定手段が接続されており、そのパラメータ設定手段で計測したパラメータによって風呂の合計給湯需要量を算出し、その合計給湯需要量が前記燃料電池（１）の運転によって確保されるように制御する構成を具備している。（請求項２；図８、図９）。
このパラメータが在宅人数の場合は、パラメータ設定手段は在宅人数計測手段（ＨＣ）が用いられる。
また、このパラメータがテレビスイッチの場合は、パラメータ設定手段はテレビスイッチである。
さらに、床暖房スイッチ、天候等の選別スイッチ等をパラメータ設定手段とすることができる。

具体的には、制御手段（コントロールユニット４）は、前記在宅人数計測手段（ＨＣ）によって現在の在宅人数を計測する工程（ステップＳ２１）と、その計測結果をデータベース（３１ｄ）に記憶する工程（ステップＳ２２）と、過去のデータから同じパターンの場合の在宅人数とその日の風呂の合計給湯需要を検索・演算する工程（ステップＳ２３）とを有しており、演算した合計給湯需要に従って燃料電池（１）の発電開始時刻や出力を制御する様に構成されている。

ここで、前記制御手段には、パラメータ設定手段が接続されており、そのパラメータ設定手段で設定されたパラメータによって風呂の合計需要量を算出し、さらに風呂以外の給湯需要を加えた合計給湯需要量に見合った貯湯量が燃料電池の運転によって確保するように制御する構成を備えているのが好ましい（請求項３）。

前記制御手段（４）には、表示手段（インジケータ；ＩＤ）が装備されており、燃料電池（１）の運転状況（例えば負荷率）、貯湯タンク（２）の貯湯率、貯湯タンク（２）が満タンになるまでの所要時間、湯浴みの推奨形態（風呂を使うか、シャワーにするか）の１項目或いは複数項目が表示されるように構成されている（請求項４；図１０〜図１２）。

そのように構成された制御手段（４）によれば、貯湯槽（２）の蓄熱量の多少を判定する工程（ステップＳ３１、Ｓ３３）と、蓄熱量の多少によってメッセージを表示する工程（ステップＳ３２、Ｓ３４）とを有しており、例えば、蓄熱量が「空」（或いは「空」に近い状態）の場合には「シャワーがお得です」とのメッセージがインジケータ（ＩＤ）に表示され（ステップＳ３２）、一方、蓄熱量が多い場合（設定された閾値以上である場合）は、例えば「風呂張りの方がお得です」とのメッセージがインジケータ（ＩＤ）に表示される（ステップＳ３４）。
また、貯湯槽（２）の蓄熱量の多少を判定する工程（ステップＳ４１）を有しており、蓄熱量が少ない場合には貯湯槽が満タンになるまでの時間を算出し（ステップＳ４２）、貯湯槽（２）が満タンになるまでの時間、電力消費を促すようなインジケータ（ＩＤ）が表示される（ステップＳ４３）。
一方、蓄熱量が少なくない場合は通常運転を選択する（ステップＳ４４）様に構成されている。

或いは、本発明のコージェネレーションシステムは、燃料電池（１）またはガスエンジンを有するコージェネレーションシステムにおいて、温水を貯蔵する手段（貯湯槽２）と、給湯需要側（例えば家庭Ｂ）へ温水を供給する熱源機（３）と、貯湯槽（２）及び熱源機（３）へ信号回路（Ｌｅ）を介して制御信号を送る制御手段（コントロールユニット４）とを有しており、該制御手段（コントロールユニット４）は、複数の予測パラメータ（時間を含む太陽暦Ｂ２、気象条件Ｂ２、家庭電気製品のＯＮ−ＯＦＦと給湯需要発生時刻との時間差Ｂ３、特殊生活パターンの入力Ｂ４、及び在宅人数）の内の少なくともひとつ以上を前記制御手段（４）に装備された記憶手段に記憶・学習させ（ステップＳ５１、Ｓ５２）、給湯需要及び給湯時刻を予測・決定するためのデータベースを作成する（ステップＳ５３）様に構成されていることを特徴としている（請求項５；図１〜図４）。

そのように予測パラメータを逐一データベースに記憶・蓄積することによって、後日には、その蓄積されたデータベースを用いて風呂使用時刻及び給湯需要を精度高く予測するように構成されている。

これに加えて、本発明のコージェネレーションシステムは、燃料電池またはガスエンジンを有するコージェネレーションシステムにおいて、温水を貯蔵する手段と、給湯需要側へ温水を供給する熱源機と、貯湯槽及び熱源機へ信号回路を介して制御信号を送る制御手段とを有しており、該制御手段には表示手段が装備されており、貯湯タンクが満タンになるまでの所要時間の間、表示手段により家庭内の電力消費を促す様に構成されている（請求項６；図１２）。

係る構成を有する本発明によれば、貯湯タンクが満タンになるまでの所要時間の間、表示手段により家庭内の電力消費を促す様に構成されているので、電力需要が増加し、燃料電池の運転状態が発電効率がよい定格状態或いはそれに近い状態に近づけることが可能となる。その結果、部分負荷運転を行う時間帯、すなわち発電効率の悪い運転時間帯を減少させることが可能となるのである。

本発明の作用効果を以下に列挙する。
（１） 住人が帰宅した時間を正確に把握することにより、蓄積されたデータによって入浴時間及び要求される給湯需要が正確に予測出来る。
（２） 入浴時間及び給湯需要を正確に予測するため、燃料電池の起動・停止回数が抑制されて出来るだけ継続運転が為され、高効率で省エネが実現出来る
（３） 燃料電池の起動・停止回数が抑制されて出来るだけ継続運転が為されるので、燃料電池の寿命を延ばすことが出来る。
（４） 在宅人数を検知することにより、総給湯需要を正確に把握することが出来、給湯需要に見合った燃料電池の運転が可能となる。
（５） 給湯需要予測による燃料電池の稼働時間を示して、その時間に家庭内の電力需要を促す電気の使い時を表示することで消費電力が大きくなり、発電効率の悪い時間の減少が図られる。
（６） 起動にかかる時間、お湯が貯まるまでの時間等は表示で知らせておき、燃料電池の特殊利用をすることが予め分かっておれば、それを入力してもらい、その日のデータをパターン学習から外すことにより単純な使用データの加算平均による突発時の行動による誤差の増大を抑制することが出来る。
（７） 貯湯タンクが満タンになるまでの所要時間の間、表示手段により家庭内の電力消費を促す様に構成することにより、発電効率の悪い運転時間帯を減少させることが可能となる。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
まず図１〜図４の第１実施形態を参照して本発明の概要を説明する。

図１において、燃料電池１を有するコージェネレーションシステムは、温水を貯蔵する貯湯槽２と、家庭Ｂへ温水を供給する熱源機３と、貯湯槽２及び熱源機３へ信号回路Ｌｅを介して制御信号を送るコントロールユニット４とを有している。
そのコントロールユニット４は、図２に示す給湯需要を予測するための予測パラメータ群（Ｂ１〜Ｂ４）の中の、時間を含む太陽暦（年、月・日、曜日、時・分）Ｂ２（のａ）、気象条件（天候、温度、湿度）Ｂ２（のｃ）、家庭電気製品（照明、空調機、テレビ等）のＯＮ−ＯＦＦと給湯需要発生時刻との時間差Ｂ３（ｂ）、特殊生活パターン（例えば３日サイクルで夜勤あり）の入力Ｂ４（ｄ）、及び在宅人数（手入力によるものと、後述の在宅人数検出手段による自動人数カウント）、の内の少なくとも１項目を含む複数項目を図示しないデータベースに記憶・学習させ、給湯需要及び給湯時刻を予測・決定するためのデータベースを作成する様に構成されている。

シチュエーションの変化による必要熱量の変化を推測するに際しては、「日毎、週毎の負荷変化の記録によるパターン推定に留まらず、月毎、年毎の熱量の変化の学習により予測精度を高めることが出来る。或いは、テレビのＯＮ−ＯＦＦと給湯需要の発生の相関を記憶し、パターン学習させる。具体的にはテレビの視聴時間を給湯需要と同時に取得することで両者の相関性が高い場合、予測精度を向上させることが出来る。或いは、天気や湿度等を記憶し、入浴回数や給湯量との相関関係により、必要熱量の補正を行う。又は、特殊職の住人（例えば５日でローテーションする交代勤務の人）等も考えられるので、何日で負荷需要のパターンが変化するかを学習させる。

ここで、図４を参照して、本発明によって効果を得る理由を説明する。
図４の上段部分は例えば、時間軸（横軸；時刻）に対して燃料電池１の開始時刻ｔ１、外出時刻ｔ２、帰宅時刻（その時例えば冬であって、床暖房のスイッチを入れるか或いは予約スイッチを入れる時刻）ｔ３、入浴時刻ｔ４が刻まれている。
図４の下段は、同じ位置関係の時間軸（横軸）に対して、貯湯タンク２の蓄熱量を縦軸に採り、燃料電池１の運転開始ｔ１からの貯湯タンクの蓄熱量の変化（ｑ１〜ｑ４の折れ線）を示したものである。

従来技術でも触れたように、貯湯タンク２が満タン（それ以上を蓄熱できない状態：熱的に飽和した状態）時には、ラジエータで余った熱を放熱しない限りは、燃料電池１は運転出来ない。
貯湯タンク２に蓄熱された熱が給湯需要（熱需要）として用いられなければ、全負荷で燃料電池１を運転した場合は、図４の下段の破線で表す蓄熱量ｑ５のようにやがて入浴の前に満タンとなってしまい、燃料電池１は運転停止に陥ってしまう。しかし、入浴後も給湯需要があることが多いことや、特に冬季では翌朝の給湯需要が多いため、風呂張り後も継続して燃料電池を運転して、電力需要と給湯需要を出来る限り賄うことが重要である。但し、起動・停止回数が多くなると、システムの耐久性に悪影響が及ぶので、出来る限り起動・停止回数を抑制することが望ましい。
第１実施形態では、燃料電池１の発電出力を抑制し、蓄熱増加量を線分ｑ２のように抑えて（「タンク蓄熱量／経過時間」の勾配を減じる）、燃料電池１を運転停止に陥ってしまわないように制御している。したがって、入浴前に蓄熱量が満タン状態となり燃料電池がストップしてしまうような事態は発生しない。

第１実施形態のコージェネレーションシステムでは、コントロールユニット４は、そのように制御するために、図２に示した種々の予測パラメータをデータベースに記憶・学習させている。
即ち、コントロールユニット４は、図３に示すように、予測方法の選択基準に従って図２の予測パラメータ（Ｂ１からＢ４）を記憶する（ステップＳ５１）と共に、実際の在宅人数を手入力、或いは室内に設置した複数の赤外線センサ等によって検知し（ステップＳ５２）、各予測パラメータ及び在宅人数の関係に関するデータベースを作成するように構成されている。

次に図５〜図７を参照して、第２実施形態を説明する。
先ず図５において、コージェネレーションシステムＡは、貯湯槽２と熱源機３とを有する温水供給システム１０と、燃料電池１と、家庭Ｂ内のコントロールユニット（コントロールパネル）４、とを有している。

燃料電池１は、燃料電池が稼動中に発生する排熱によって貯湯槽２内に貯留された水が循環ラインＬｗを介して燃料電池またはガスエンジン１を循環して、温められて給湯用の温水が作られる。

前記熱源機３は、給湯ラインＬｈに介装され給湯される湯温が低い場合に給湯を予・加熱する給湯用バックアップバーナ３２と、床暖房７の温冷媒を予・加熱する暖房用バックアップバーナ３４と、図示はしないが風呂の追い焚き用の熱交換器とを有している。

前記給湯ラインＬｈには、その給湯ラインＬｈの分岐点Ｐｂ１、合流点Ｐｇ１で給湯用バックアップバーナ３２を短絡するバイパスラインＬｂが設けられており、図示には明確には示されていないがバイパスラインＬｂの分岐点Ｐｂに介装された切換え弁を切換えることにより、給湯を予加熱させないで、すなわちバイパスさせたり、バイパスさせないでバックアップバーナ３２で予加熱させたりすることが制御出来るように構成されている。

風呂の追い焚き用ラインＬａの排出側の浴槽５近傍には、浴槽５内のお湯の温度を計測する温度センサＴ１０が介装されている。

前記給湯ラインＬｈの端末は、分岐点Ｐｂ３を介して、風呂用給湯口５Ｗ、及び台所用給湯器６とに接続されている。
給湯ラインＬｈの前記合流点Ｐｇ１とＰｂ３の間の領域には分岐点Ｐｂ２が形成され、該分岐点Ｐｂ２と前記追い焚きラインＬａの戻り側に形成された合流点Ｐｇ２とはラインＬｃで連通されている。

給湯ラインＬｈの貯湯槽２と前記分岐点Ｐｂ１の間の領域には給湯温度を計測する第１の温度センサＴ１が、前記合流点Ｐｇ１と前記分岐点Ｐｂ２の間の領域には流過順に第２の温度センサＴ２と第１の流量計Ｆ１が介装されている。
前記追い焚きラインＬａの前記合流点Ｐｇ２の上流側には流過順に第３の温度センサＴ３と第２の流量計Ｆ２が介装されている。
給湯ラインＬｈと追い焚きラインＬａとを接続する前記ラインＬｃには第３の流量計Ｆ３が介装されている。
また、追い焚きラインＬａの合流点Ｐｇ２と浴槽５との間の領域には、浴槽５内の湯の量を計測するための水位計Ｓｗが介装されている。

前記貯湯槽２には上水が上水供給ラインＬｍによって供給される。また、前記給湯ラインＬｈの貯湯槽２と前記第１の温度センサＴ１との間の領域に給湯が熱すぎる場合に給湯の温度を下げる（温度調整をする）ために冷水が上水供給ラインＬｎによって加えられるように配管されている。

前記上水供給ラインＬｍには給水の温度を計測する第４の温度センサＴ４が、また貯湯槽２内には上方から順に５層に亙って第５〜第９の温度センサＴ５〜Ｔ９が設置され、それらの温度センサＴ４〜Ｔ９はコネクタＣに一旦接続され、そのコネクタは家庭Ｂ内のコントロールユニット４に信号ラインＬｔによって接続されている。

また、前記第１の温度センサＴ１〜第３の温度センサＴ３、および第１の流量計Ｆ１〜第３の流量計Ｆ３は前記回路基板３１に接続され更にその回路基板（インターフェース）３１はその回路基板３１に設けられたコネクタ３１ｃを介して家庭Ｂ内の前記コントロールユニット４に信号ラインＬｔｆによって接続されている。更に回路基板３１には熱源機３側の前述の各センサ及び、コントロールユニット側に接続された各センサからの情報を記憶するデータベース３１ｄが設けられている。

これらの温度センサや流量計、水位センサなどの各センサ類は、最近の給湯暖房機では新規に設ける必要がない。暖房給湯器の通信手段として給湯設定温度の変更や暖房運転の指令などにリモコンが用意されているが、最近の給湯暖房機ではこの通信手段以外に生産ラインの効率化や販売後の機器メンテナンスのために、機器内部情報の取得（回路基板のコネクタ３１ｃに接続して通信線、例えばＲＳ２３２Ｃ規格のシリアル通信などの電文フォーマットにより取得する）や特定動作の指示が可能な仕組みを保有しており、そのために既に内蔵されているセンサ類の信号をコネクタ３１ｃ経由で容易に取得することができる。よって、新規に配管等にセンサを付加する必要がなくコストや配線数などの面で優れている。
コージェネレーションシステムＡのメンテナンス時には、ハンドヘルドコンピュータＨのピンを回路基板のコネクタ３１ｃの各々項目別に設けられた図示しない接続孔に接続して、種々の項目に関して故障診断又は、チェックすることでメンテナンス作業が行われる。

次に図６を参照して、第２実施形態の予測パラメータ（データ）を前記データベース３１ｄに記憶する際の制御方法を説明する。

先ず、コントロールユニット４は住人が帰宅して床暖房のスイッチＳＷ１を入れたか否かを常時検知しており、（ステップＳ１のループ）、スイッチが入ったら風呂張りが行われるまで監視しており（ステップＳ２のループ）、風呂張りが行われた場合に床暖房にスイッチが入れられてから風呂張りが開始されるまで、或いは風呂張りが完了するまでの経過時間を計測する（ステップＳ３）。そしてその計測結果をデータベース３１ｄに記憶して（ステップＳ４）、制御を終える。ここでステップＳ１のループは床暖房のスイッチの代わりに床暖房のタイマー予約が設定されたか否かを検出しても良い。

次に図７を参照して、燃料電池１を停止することなく希望の入浴時間以降まで運転を継続させる制御について説明する。

先ず、コントロールユニット４は、床暖房について運転予約がされているか否かを検知する（ステップＳ１０）。運転予約がされているのであれば（ステップＳ１０がＹＥＳ）、ステップＳ１２に行く。
床暖房について運転予約がされていなければ（ステップＳ１０がＮＯ）、コントロールユニット４は住人が帰宅して床暖房のスイッチＳＷ１を入れたか否か（もしくは床暖房のタイマー予約が設定されたか否かでも良い）を常時検知し、（ステップＳ１１のループ）、スイッチＳＷ１が入ったらデータベース３１ｄに記憶された情報から、あと何時間で風呂に入るかを検索する（ステップＳ１２）。
そして貯湯タンク２の蓄熱量を計測し（ステップＳ１３）、蓄熱量が満タン（蓄熱率１００％）〜７０％（例）の範囲内であるか否かを判断し、範囲外、即ち蓄熱率が７０％（例）に満たなければ、そのままの状態で運転を継続し（即ちステップＳ１４のループを繰返し）、蓄熱量が満タン（蓄熱率１００％）〜７０％（例）の範囲内となった時点で、燃料電池１の出力を抑制し（「タンク蓄熱量／経過時間」の勾配を減じる）、当初の運転計画時刻まで運転を行った（ステップＳ１５）後、制御を終了する。
ここで、出力の抑制は、別途求める電力需要量から計算しても良い。

上述のように構成され、制御される第１実施形態のコージェネレーションシステムＡによれば、住人が帰宅した時間を正確に把握することにより、蓄積されたデータによって入浴時間及び要求される給湯需要が正確に予測出来、燃料電池も停止されることなく継続運転されるため、高効率で省エネが実現出来ると共に、起動・停止回数が抑制され、燃料電池の寿命を延ばすことが出来る。

次に図８及び図９を参照して、第３実施形態を説明する。図８及び図９の第３実施形態は、以下の点で図５〜図７の第２実施形態と異なる。

第３実施形態はシステムの構成（図８に示す）では、第２実施形態に対して、コントロールユニット４に在宅人数を計測するための、例えば室内に設置された複数の赤外線センサ等の在宅人数計測手段ＨＣが接続された点のみが異なる。
ただし制御内容及び、制御方法は第２実施形態とは異なる。以下に図９を参照して第３実施形態の制御内容及び、制御方法を説明する。

制御内容は在宅人数を検知して、過去のデータを参照して風呂張りの時刻及び需要を予測し、燃料電池の発電開始時刻及び出力を算出する制御である。

図９において、先ず、前記複数の赤外線センサ等ＨＣによって在宅人数を計測し（ステップＳ２１）、その計測結果（在宅人数）をデータベースに記憶させる（ステップＳ２２）。そして、過去のデータから同じパターン（季節、曜日、気温、出勤状態が同じないし類似のパターン）の場合の人数とその日の（夕方から夜半にかけての）風呂の合計給湯需要を検索して算出する（ステップＳ２３）。

前述の図９のフローによって、風呂張り発生時刻を予測し（ステップＳ２４）、燃料電池１が継続して運転できるように、発電出力の指令値を計算して、「タンク蓄熱量／経過時間」の勾配を減じる旨の制御信号を発信し（ステップＳ２５）、制御を終了する。

上述したような構成及び制御方法を有する第３実施形態によれば、在宅人数を検知することにより、総給湯需要を正確に把握することが出来、給湯需要に見合った燃料電池の運転が可能となる。

次に、図１０〜図１２を参照して、第４実施形態を説明する。図１０〜図１２の第４実施形態は、図８及び図９の第３実施形態に対して、コントロールユニット４に表示手段（インジケータ）ＩＤを付加した点（図１０参照）及び制御内容が異なる。
表示手段ＩＤで表示される項目は、燃料電池１の運転状況（例えば負荷率）、貯湯タンク２の貯湯率、貯湯タンク２が満タンになるまでの所要時間、湯浴みの推奨形態（浴槽を使うか、シャワーで済ますか）の内の１項目以上、複数項目が表示される。

図１１を参照して、第４実施形態の制御（表示）の一態様を説明する。
コントロールユニット４は、タンク２の蓄熱量が空か否かを判断しており（ステップＳ３１）、空（もしくは空に近い状態。例えば満タンに対して１０％の蓄熱率）であれば（ステップＳ３１のＹＥＳ）、「シャワーがお得です。」のメッセージ（ガイダンス）を図示しないモニタ画面に表示し（ステップＳ３２）、制御を終了する。
一方、貯湯タンク２が空でなければ（ステップＳ３１のＮＯ）、ステップＳ３３に進み、タンク２の貯湯量が所定量以上になるまでチェックしており、貯湯量が所定量を超えた時点で「風呂張りの方がお得です。」のメッセージを図示しないモニタに表示して（ステップＳ３４）、制御を終了する。
尚、ガイダンスの他の例として、例えば、リモコンや表示器等に装備したＬＥＤ等の点滅により段階的に、「貯湯無し」→「シャワー程度」→「風呂給湯」→「満水近く」→「満水により燃料電池停止」と言った貯湯量の状態を表示し、お湯の使い時を知らせることによる燃料電池の有効利用の促進を図ることも可能である。

さらに図１２を参照して、第５実施形態の制御（表示）の他の態様を説明する。
コントロールユニット４は、タンク２の蓄熱量（もしくは蓄熱率）が設定値（例：満タンに対して１０％の蓄熱率）少ないか否かを判断しており（ステップＳ４１）、少なければ（ステップＳ４１のＹＥＳ）、タンク２が満タンになるまでの発電時間（Δ時間）を算出し（ステップＳ４２）、「あとΔ時間経つまで電気機器を御使用になるとお得です。」のメッセージを図示しないモニタ画面に表示し（ステップＳ４３）、制御を終了する。
一方、貯湯タンク２の貯湯量が少なくなければ（ステップＳ４１のＮＯ）、ステップＳ４４に進み、通常運転ロジックに切換え（ステップＳ４４）、制御を終了する。

上述したような構成及び制御方法を有する第５実施形態によれば、給湯需要及び電力需要の予測による燃料電池の稼働時間を示して、その時間に家庭内の電力需要を促す電気の使い時を表示することで消費電力が大きくなり、発電効率の悪い時間の減少が図られる。更に、上述したような構成及び制御方法を有する第４実施形態によれば、起動にかかる時間、お湯が貯まるまでの時間等は表示で知らせておき、燃料電池の特殊利用をすることが予め分かっておれば、それを入力してもらう。そのことにより、その日のデータをパターン学習から外すことにより単純な使用データの加算平均による突発時の行動による誤差の増大を抑制することが出来る。

図示の実施形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的内容を減縮する趣旨の記述ではない。例えば、実施形態では入浴時間を予測するために基準となる時間を床暖房スイッチを入れた時間としているが、手動でスイッチのＯＮ−ＯＦＦを行う家庭電化製品（照明器具、空調機、電磁コンロ等）の内の何れかを、帰宅直後に操作したその時間を基準としても良い。
また、在宅人数を自動検出するための手段を第１実施形態では室内に設置した複数の赤外線センサとしているが、例えば、玄関ドアの開閉をカウントしても良い。或いは、冷蔵庫の開閉回数によって知ることも出来る。また、空調機の稼働時間や消費電力量によって人数を推定することも出来る。或いは、トイレの使用回数をカウントしても良い。

本発明の第１実施形態におけるコージェネレーションシステムの構成を示すブロック図。 本発明の第１実施形態において給湯需要との相関関係にある予測パラメータをグループ別に分類したブロック図。 発明の第１実施本形態における制御方法を示すフローチャート。 発明の第１実施本形態を説明するためのタンク蓄熱量の経時変化を表した特性図。 本発明の第２実施形態におけるコージェネレーションシステムの構成を示すブロック図。 本発明の第２実施形態におけるデータ学習の制御方法を示すフローチャート。 本発明の第２実施形態において燃料電池を停止することなく継続運転を行うための制御方法を示すフローチャート。 本発明の第３実施形態におけるコージェネレーションシステムの構成を示すブロック図。 本発明の第３実施形態において検知した在宅人数のデータによって燃料電池の運転を制御する方法を示すフローチャート。 本発明の第４実施形態におけるコージェネレーションシステムの構成を示すブロック図。 本発明の第４実施形態における制御方法の一例を示すフローチャート。 本発明の第４実施形態及び第５実施形態における制御方法の他の例を示すフローチャート。

符号の説明

Ａ・・・コージェネレーションシステム
Ｂ・・・家庭
Ｈ・・・ハンドヘルドコンピュータ
ＨＣ・・・在宅人数検出手段
ＩＤ・・・表示手段／インジケータ
Ｌｈ・・・給湯ライン
Ｔ１〜Ｔ１０・・・温度センサ
ＳＷ１・・・床暖房スイッチ
１・・・燃料電池
２・・・貯湯槽
３・・・熱源機
４・・・コントロールユニット
５・・・浴槽
６・・・台所用給湯器
７・・・暖房システム
１０・・・温水給湯システム
３１・・・回路基板／インターフェース
３１ｄ・・・データベース

Claims (6)

1. 燃料電池またはガスエンジンを有するコージェネレーションシステムにおいて、温水を貯蔵する手段と、給湯需要側へ温水を供給するための熱源機と、温水を貯蔵する手段から給湯負荷へ至る温水回路の状態を検出する検出手段と、温水が保有する熱量を使用する放熱用温水端末器と、該放熱用温水端末器を作動させたか否かを検出する放熱用温水端末器作動検出手段と、検出手段の検出結果を外部に伝達するためのインターフェース部材と、該インターフェース部材を介して温水回路の状態に関する情報が入力される制御手段とを有しており、該制御手段は、放熱用温水端末器を作動させてから風呂張りまでの経過時間を計測し、システム内に装備したデータベースにその経過時間を記憶・蓄積し、記憶・蓄積させたそのデータを基に燃料電池を停止させないように発電量を調整しつつ運転させ制御を行う様に構成され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。
2. 前記制御手段には、パラメータ設定手段が接続されており、そのパラメータ設定手段で設定されたパラメータによって風呂の合計給湯需要量を算出し、その合計給湯需要量に見合った貯湯量が燃料電池の運転によって確保するように制御する構成を備える請求項１記載のコージェネレーションシステム。
3. 前記制御手段には、パラメータ設定手段が接続されており、そのパラメータ設定手段で設定されたパラメータによって風呂の合計需要量を算出し、さらに風呂以外の給湯需要を加えた合計給湯需要量に見合った貯湯量が燃料電池の運転によって確保するように制御する構成を備える請求項１記載のコージェネレーションシステム。
4. 前記制御手段には、表示手段が装備されており、燃料電池の運転状況、貯湯タンクの貯湯率、貯湯タンクが満タンになるまでの所要時間、湯浴の推奨形態の１項目或いは複数項目が表示されるように構成されている請求項１〜３の何れか１項に記載のコージェネレーションシステム。
5. 燃料電池またはガスエンジンを有するコージェネレーションシステムにおいて、温水を貯蔵する手段と、給湯需要側へ温水を供給する熱源機と、貯湯槽及び熱源機へ信号回路を介して制御信号を送る制御手段とを有しており、該制御手段は、時間を含む太陽暦、気象条件、家庭電気製品のＯＮ−ＯＦＦ操作と給湯需要発生時刻との時間差、特殊生活パターンの入力、の内の少なくとも１項目を含む複数項目を前記制御手段に装備された記憶手段に記憶・学習させ、その記憶されたデータベースに基づいて、給湯需要及び給湯時刻を予測・決定する制御を行う様に構成されていることを特徴としたコージェネレーションシステム。
6. 燃料電池またはガスエンジンを有するコージェネレーションシステムにおいて、温水を貯蔵する手段と、給湯需要側へ温水を供給する熱源機と、貯湯槽及び熱源機へ信号回路を介して制御信号を送る制御手段とを有しており、該制御手段には表示手段が装備されており、貯湯タンクが満タンになるまでの所要時間の間、表示手段により家庭内の電力消費を促す様に構成されていることを特徴としたコージェネレーションシステム。
   

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