JP2010151350A - コジェネレーションシステムおよび貯湯システム - Google Patents

Abstract

【課題】コジェネレーションにおいて、貯湯槽内の温度分布を正確に推定（導出）し貯湯槽内の残湯量を正確に推定（導出）して、省エネ性の高い運転が行われる。
【解決手段】運転制御装置は、各温度センサが検出した各位置の湯水温度を取得し（ステップ５０２）、隣接する温度センサ間の任意の位置の温度を、湯水温度取得手段によって取得されたそれら両温度センサ位置の湯水温度を変数としかつ各項の少なくとも一つは発電装置の運転時間に応じて決定される係数を有する多次式に基づいて導出し（ステップ５０４）、湯水温度取得手段によって取得された各位置の湯水温度、および温度センサ間温度導出手段によって導出された各任意の位置の湯水温度に基づいて貯湯槽の残湯量を導出する（ステップ５０６）。
【選択図】 図６

Description

本発明は、コジェネレーションシステムおよび貯湯システムに関する。

コジェネレーションシステムとしては、負荷装置に電力を供給する発電装置と、発電装置の排熱を回収した湯水を貯湯するとともに湯水使用装置に該湯水を供給する貯湯槽と、貯湯槽内に上下方向に複数設けられ、その位置の湯水の温度を検出する温度センサと、負荷装置で消費される電力量の消費パターン、湯水使用装置で消費される湯水量の消費パターンおよび貯湯槽内の残湯量の予測値に基づいて発電装置の運転計画を１日のうち所定時間毎に導出して更新記憶し、該更新記憶した運転計画に従って運転するとともに発電量指示値に応じた発電量となるように発電装置を制御する運転制御装置と、を備えたものが知られている。

貯湯槽内の残湯量を算出する方法の一例として、特許文献１の図１−図３に示されているように、予め与えられた湯層と水層の境界部における温度勾配を定数として、貯湯タンクの縦方向に設けられて貯湯タンク内湯温を検知する複数の温度センサの検知温度から残湯熱量を算出するものが知られている。このときの温度勾配は直線ｂ−ａの勾配で定義されている（一次近似されている）。

貯湯槽内の残湯量を算出する方法の他の一例として、特許文献２の図１，３に示されているように、熱源３の下流で、かつ貯湯槽１の上流の水温ＴＨを検知する第１の水温検知手段５と、貯湯槽１の下流で、かつ熱源３の上流の水温ＴＬを検知する第２の水温検知手段７と、貯湯槽１内または貯湯槽１の缶体表面に熱伝導関係に設け、平均湯温ＴＭを検知する貯湯槽平均湯温検知手段８と、第１の水温検知手段と第２の水温検知手段と貯湯槽平均湯温検知手段との検知結果に基づいて、式（貯湯槽湯量ＱＨ＝〔Ｑ・ＴＭ−（Ｑ−ＱＨ）・ＴＬ〕／ＴＨ）により貯湯槽１内の湯量を演算する貯湯槽内湯量演算手段を設けたものが知られている。
特開昭６１−４９９６３号公報 特開平０６−１２３４９３号公報

ところで、特許文献１に記載の貯湯槽内の残湯量を算出する方法においては、湯層と水層の境界部における温度勾配が直線的でない場合、貯湯槽に新しいお湯が供給される時間（発電装置の運転時間）と貯湯槽に新しいお湯が供給されない時間（発電装置の停止時間）との間で推移する場合、正確に温度を推定（導出）することができず、貯湯槽内の残湯量を正確に推定（導出）することができないため、省エネ性が低下した運転が行われるという問題があった。

また、特許文献２に記載の貯湯槽内の残湯量を算出する方法においても、貯湯槽の平均温度を使用しているため、貯湯槽内の温度分布を正確に推定（導出）することができず、貯湯槽内の残湯量を正確に推定（導出）することができないため、省エネ性が低下した運転が行われるという問題があった。

本発明は、上述した各問題を解消するためになされたもので、コジェネレーションおよび貯湯システムにおいて、貯湯槽内の温度分布を正確に推定（導出）し貯湯槽内の残湯量を正確に推定（導出）して、省エネ性の高い運転が行われることを目的とする。

上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明の構成上の特徴は、負荷装置に電力を供給する発電装置と、発電装置の排熱を回収した湯水を貯湯するとともに湯水使用装置に該湯水を供給する貯湯槽と、貯湯槽内に上下方向に複数設けられ、その位置の湯水の温度を検出する温度センサと、負荷装置で消費される電力量の消費パターン、湯水使用装置で消費される湯水量の消費パターンおよび貯湯槽内の残湯量の予測値に基づいて作成した運転計画に従って発電装置を制御する運転制御装置と、を備え、運転制御装置は、各温度センサが検出した各位置の湯水温度を取得する湯水温度取得手段と、隣接する温度センサ間の任意の位置の温度を、湯水温度取得手段によって取得されたそれら両温度センサ位置の湯水温度を変数としかつ各項の少なくとも一つは発電装置の運転時間に応じて決定される係数を有する多次式に基づいて導出する温度センサ間温度導出手段と、湯水温度取得手段によって取得された各位置の湯水温度、および温度センサ間温度導出手段によって導出された各任意の位置の湯水温度に基づいて貯湯槽の残湯量を導出する残湯量導出手段と、を備えたことである。

また請求項２に係る発明の構成上の特徴は、負荷装置に電力を供給する発電装置と、発電装置の排熱を回収した湯水を貯湯するとともに湯水使用装置に該湯水を供給する貯湯槽と、貯湯槽内に上下方向に複数設けられ、その位置の湯水の温度を検出する温度センサと、負荷装置で消費される電力量の消費パターン、湯水使用装置で消費される湯水量の消費パターンおよび貯湯槽内の残湯量の予測値に基づいて作成した運転計画に従って発電装置を制御する運転制御装置と、を備え、運転制御装置は、各温度センサが検出した各位置の湯水温度を取得する湯水温度取得手段と、隣接する温度センサ間の任意の位置の温度を、湯水温度取得手段によって取得されたそれら両温度センサ位置の湯水温度を変数としかつ各項の少なくとも一つは発電装置の停止時間に応じて決定される係数を有する多次式に基づいて導出する温度センサ間温度導出手段と、湯水温度取得手段によって取得された各位置の湯水温度、および温度センサ間温度導出手段によって導出された各任意の位置の湯水温度に基づいて貯湯槽の残湯量を導出する残湯量導出手段と、を備えたことである。

また請求項３に係る発明の構成上の特徴は、請求項１または請求項２において、係数は、発電装置の運転中における貯湯槽内の温度分布と発電装置の停止中における貯湯槽内の温度分布とに基づいて決定されることである。

また請求項４に係る発明の構成上の特徴は、請求項１乃至請求項３の何れか一項において、残湯量導出手段は、湯水温度取得手段によって取得された各位置の湯水温度、および温度センサ間温度導出手段によって導出された各任意の位置の湯水温度に基づいて、湯水使用装置で予め設定されている給湯設定温度以上の温度の湯水の残湯量を貯湯槽の残湯量として導出することである。

また請求項５に係る発明の構成上の特徴は、湯水を生成する湯水生成装置と、湯水を貯湯するとともに湯水使用装置に該湯水を供給する貯湯槽と、貯湯槽内に上下方向に複数設けられ、その位置の湯水の温度を検出する温度センサと、湯水生成装置を制御するとともに貯湯槽を制御する運転制御装置と、を備え、運転制御装置は、各温度センサが検出した各位置の湯水温度を取得する湯水温度取得手段と、隣接する温度センサ間の任意の位置の温度を、湯水温度取得手段によって取得されたそれら両温度センサ位置の湯水温度を変数としかつ各項の少なくとも一つは湯水生成装置の運転時間に応じて決定される係数を有する多次式に基づいて導出する温度センサ間温度導出手段と、湯水温度取得手段によって取得された各位置の湯水温度、および温度センサ間温度導出手段によって導出された各任意の位置の湯水温度に基づいて貯湯槽の残湯量を導出する残湯量導出手段と、を備えたことである。

また請求項６に係る発明の構成上の特徴は、湯水を生成する湯水生成装置と、湯水を貯湯するとともに湯水使用装置に該湯水を供給する貯湯槽と、貯湯槽内に上下方向に複数設けられ、その位置の湯水の温度を検出する温度センサと、湯水生成装置を制御するとともに貯湯槽を制御する運転制御装置と、を備え、運転制御装置は、各温度センサが検出した各位置の湯水温度を取得する湯水温度取得手段と、隣接する温度センサ間の任意の位置の温度を、湯水温度取得手段によって取得されたそれら両温度センサ位置の湯水温度を変数としかつ各項の少なくとも一つは湯水生成装置の停止時間に応じて決定される係数を有する多次式に基づいて導出する温度センサ間温度導出手段と、湯水温度取得手段によって取得された各位置の湯水温度、および温度センサ間温度導出手段によって導出された各任意の位置の湯水温度に基づいて貯湯槽の残湯量を導出する残湯量導出手段と、を備えたことである。

上記のように構成した請求項１に係る発明においては、湯水温度取得手段が、各温度センサが検出した各位置の湯水温度を取得し、温度センサ間温度導出手段が、隣接する温度センサ間の任意の位置の温度を、湯水温度取得手段によって取得されたそれら両温度センサ位置の湯水温度を変数としかつ各項の少なくとも一つは発電装置の運転時間に応じて決定される係数を有する多次式に基づいて導出し、残湯量導出手段が、湯水温度取得手段によって取得された各位置の湯水温度、および温度センサ間温度導出手段によって導出された各任意の位置の湯水温度に基づいて貯湯槽の残湯量を導出する。これによれば、貯湯槽にて湯層と水層の境界部における温度勾配が直線的でない場合、貯湯槽に新しいお湯が供給される時間（発電装置の運転時間）と貯湯槽に新しいお湯が供給されない時間（発電装置の停止時間）との間で推移する場合においても、湯層と水層の境界部において正確に温度を推定（導出）することができ、貯湯槽内の残湯量を正確に推定（導出）することができる。このように、運転制御装置は、正確に推定（導出）された貯湯槽内の残湯量に基づいて将来の貯湯槽の残湯量の予測値を正確に推定（導出）することができるので、負荷装置で消費される電力量の消費パターン、湯水使用装置で消費される湯水量の消費パターンおよび貯湯槽内の残湯量の予測値に基づいて発電装置の運転計画を作成し、該作成した運転計画に従って発電装置を制御する。したがって、コジェネレーションの省エネ性を向上させて運転することができる。

上記のように構成した請求項２に係る発明においては、湯水温度取得手段が、各温度センサが検出した各位置の湯水温度を取得し、温度センサ間温度導出手段が、隣接する温度センサ間の任意の位置の温度を、湯水温度取得手段によって取得されたそれら両温度センサ位置の湯水温度を変数としかつ各項の少なくとも一つは発電装置の停止時間に応じて決定される係数を有する多次式に基づいて導出し、残湯量導出手段が、湯水温度取得手段によって取得された各位置の湯水温度、および温度センサ間温度導出手段によって導出された各任意の位置の湯水温度に基づいて貯湯槽の残湯量を導出する。これによれば、貯湯槽にて湯層と水層の境界部における温度勾配が直線的でない場合、貯湯槽に新しいお湯が供給される時間（発電装置の運転時間）と貯湯槽に新しいお湯が供給されない時間（発電装置の停止時間）との間で推移する場合においても、湯層と水層の境界部において正確に温度を推定（導出）することができ、貯湯槽内の残湯量を正確に推定（導出）することができる。このように、運転制御装置は、正確に推定（導出）された貯湯槽内の残湯量に基づいて将来の貯湯槽の残湯量の予測値を正確に推定（導出）することができるので、負荷装置で消費される電力量の消費パターン、湯水使用装置で消費される湯水量の消費パターンおよび貯湯槽内の残湯量の予測値に基づいて発電装置の運転計画を作成し、該作成した運転計画に従って発電装置を制御する。したがって、コジェネレーションの省エネ性を向上させて運転することができる。

上記のように構成した請求項３に係る発明においては、請求項１または請求項２において、係数は、発電装置の運転中における貯湯槽内の温度分布と発電装置の停止中における貯湯槽内の温度分布とに基づいて決定される。これにより、温度センサ間温度導出手段によって隣接する温度センサ間の任意の位置の温度を精度よく導出することができる。

上記のように構成した請求項４に係る発明においては、請求項１乃至請求項３の何れか一項において、残湯量導出手段は、湯水温度取得手段によって取得された各位置の湯水温度、および温度センサ間温度導出手段によって導出された各任意の位置の湯水温度に基づいて、湯水使用装置で予め設定されている給湯設定温度以上の温度の湯水の残湯量を貯湯槽の残湯量として導出する。これにより、実際に湯水使用場所で望まれている温度の湯水を正確に算出することにより、貯湯槽の湯切れ・湯余りを抑制し省エネ性を向上させることができる。

上記のように構成した請求項５に係る発明においては、湯水温度取得手段が、各温度センサが検出した各位置の湯水温度を取得し、温度センサ間温度導出手段が、隣接する温度センサ間の任意の位置の温度を、湯水温度取得手段によって取得されたそれら両温度センサ位置の湯水温度を変数としかつ各項の少なくとも一つは湯水生成装置の運転時間に応じて決定される係数を有する多次式に基づいて導出し、残湯量導出手段が、湯水温度取得手段によって取得された各位置の湯水温度、および温度センサ間温度導出手段によって導出された各任意の位置の湯水温度に基づいて貯湯槽の残湯量を導出する。これによれば、貯湯槽にて湯層と水層の境界部における温度勾配が直線的でない場合、貯湯槽に新しいお湯が供給される時間（湯水生成装置の運転時間）と貯湯槽に新しいお湯が供給されない時間（湯水生成装置の停止時間）との間で推移する場合においても、湯層と水層の境界部において正確に温度を推定（導出）することができ、貯湯槽内の残湯量を正確に推定（導出）することができる。このように、運転制御装置は、正確に推定（導出）された貯湯槽内の残湯量に基づいて将来の貯湯槽の残湯量の予測値を正確に推定（導出）することができるので、湯水を生成する湯水生成装置、および前記湯水を貯湯するとともに湯水使用装置に該湯水を供給する貯湯槽を的確かつ適切に制御することができる。したがって、貯湯システムの省エネ性を向上させて運転することができる。

上記のように構成した請求項６に係る発明においては、湯水温度取得手段が、各温度センサが検出した各位置の湯水温度を取得し、温度センサ間温度導出手段が、隣接する温度センサ間の任意の位置の温度を、湯水温度取得手段によって取得されたそれら両温度センサ位置の湯水温度を変数としかつ各項の少なくとも一つは湯水生成装置の停止時間に応じて決定される係数を有する多次式に基づいて導出し、残湯量導出手段が、湯水温度取得手段によって取得された各位置の湯水温度、および温度センサ間温度導出手段によって導出された各任意の位置の湯水温度に基づいて貯湯槽の残湯量を導出する。これによれば、貯湯槽にて湯層と水層の境界部における温度勾配が直線的でない場合、貯湯槽に新しいお湯が供給される時間（湯水生成装置の運転時間）と貯湯槽に新しいお湯が供給されない時間（湯水生成装置の停止時間）との間で推移する場合においても、湯層と水層の境界部において正確に温度を推定（導出）することができ、貯湯槽内の残湯量を正確に推定（導出）することができる。このように、運転制御装置は、正確に推定（導出）された貯湯槽内の残湯量に基づいて将来の貯湯槽の残湯量の予測値を正確に推定（導出）することができるので、湯水を生成する湯水生成装置、および前記湯水を貯湯するとともに湯水使用装置に該湯水を供給する貯湯槽を的確かつ適切に制御することができる。したがって、貯湯システムの省エネ性を向上させて運転することができる。

以下、本発明によるコジェネレーションシステムの一実施形態について説明する。図１はこのコジェネレーションシステムの概要を示す概要図である。このコジェネレーションシステムは、負荷装置２１に電力を供給する発電装置１０と、発電装置１０の排熱を回収した湯水を貯湯する貯湯槽３０と、貯湯槽３０の湯水を導入して加熱して導出する補助加熱装置４０と、発電量指示値に応じた発電量となるように発電装置１０を制御する運転制御装置５０とを備えている。

発電装置１０は、燃料電池発電装置であり、直流電力を発生する発電器１１と、発電器１１から供給された直流電力を交流電力に変換して出力する変換器（例えばインバータ）１２とを備えている。なお、発電装置１０としては、燃料電池発電装置の他に、ディーゼルエンジン、ガスエンジン、ガスタービン、マイクロガスタービンなどの原動機とこの原動機によって駆動される発電機から構成されたものでもよい。

発電器１１は、改質装置、一酸化炭素低減装置（以下ＣＯ低減装置という）および燃料電池から構成されている。改質装置は、燃料供給装置１３から供給される燃料を水供給装置１４から供給される水で水蒸気改質して水素リッチな改質ガスを生成してＣＯ低減装置に導出するものである。ＣＯ低減装置は、改質ガスに含まれる一酸化炭素を低減して燃料電池に導出するものである。燃料電池は、燃料極に供給された改質ガス中の水素および空気極に供給された酸化剤ガスである空気を用いて発電するものである。

燃料供給装置１３と発電器１１の間には、発電器１１に投入される燃料量を検出する燃料投入量検出手段である流量計１３ａが設けられており、流量計１３ａは検出した燃料投入量を運転制御装置５０に送信するようになっている。なお、燃料電池発電装置の場合の燃料投入量は、改質装置に供給される燃料の投入量を指す。

変換器１２は、電力使用場所２０に設置されている複数の負荷装置２１に送電線１５を介してそれぞれ接続されており、変換器１２から出力される交流電力は必要に応じて各負荷装置２１に供給されている。変換器１２には、発電装置１０から出力される発電出力量を検出する発電出力量検出手段である電力計１０ａが設けられており、電力計１０ａは検出した発電出力量を運転制御装置５０に送信するようになっている。

負荷装置２１は、電灯、アイロン、テレビ、洗濯機、電気コタツ、電気カーペット、エアコン、冷蔵庫などの電気器具である。なお、変換器１２と電力使用場所２０とを接続する送電線１５には電力会社の系統電源１６も接続されており（系統連系）、発電装置１０の発電量より負荷装置２１の総電力消費量が上回った場合、その不足電力を系統電源１６から受電して補うようになっている。電力計２２は、負荷装置２１にて消費された電力消費量を検出する電力消費量検出手段であり、電力使用場所２０で使用される全ての負荷装置２１の合計電力消費量を検出して、運転制御装置５０に送信するようになっている。

また、発電器１１には、発電器１１の排熱を回収して発電器１１を冷却する熱媒体が循環する冷却回路３１が接続されている。冷却回路３１上には、発電器１１、熱交換器３２、ラジエータ３７およびポンプ３１ａが配設されている。ラジエータ３７は、冷却回路３１を循環する熱媒体を冷却する冷却手段であり、運転制御装置５０の指令によってオン・オフ制御されており、オン状態のときには熱媒体を冷却し、オフ状態のときには冷却しないものである。ポンプ３１ａは、冷却回路３１の熱媒体を図示矢印方向へ循環させるものであり、運転制御装置５０によって制御されてその吐出量（送出量）が制御されるようになっている。

一方、後述する貯湯槽３０には、貯湯槽３０内の湯水（貯湯水）を加熱するための湯水循環回路３３が接続されている。湯水循環回路３３の一端は貯湯槽３０の下部に、他端は貯湯槽３０の上部に接続されている。湯水循環回路３３上には、貯湯槽３０、ポンプ３３ａ、熱交換器３２およびバルブ３３ｂが、貯湯槽３０を起点としてこの順番で配設されている。ポンプ３３ａは、貯湯槽３０の下部の湯水を吸い込んで湯水循環回路３３を図示矢印方向へ通水させて貯湯槽３０の上部に送出するものであり、運転制御装置５０によって制御されてその吐出量（送出量）が制御されるようになっている。熱交換器３２は、冷却回路３１を循環する熱媒体と湯水循環回路３３を循環する湯水との間で熱交換が行われるものである。バルブ３３ｂは、運転制御装置５０によって開閉制御されるものである。

これにより、発電器１１の発電中に、ポンプ３１ａが駆動されて冷却回路３１を熱媒体が循環し、バルブ３３ｂ，４１ａがそれぞれ開、閉状態とされポンプ３３ａが駆動されて湯水循環回路３３を湯水が循環する。発電器１１の排熱は、熱媒体に回収される。熱媒体と湯水は熱交換器３２で熱交換が行われる。熱交換器３２では熱媒体に回収された発電器１１の排熱が湯水に回収されて湯水が加熱されるようになっている。発電器１１の排熱とは、例えば、燃料電池発電装置の場合、燃料電池スタックの排熱や改質装置の排熱などをいい、エンジン発電装置の場合、エンジンの排熱などが挙げられる。しかし、それに限定せず発電機それ自体の熱など回収可能な排熱なら何でも利用できる。

貯湯槽３０は、１つの柱状容器を備えており、その内部に温水が層状に、すなわち上部の温水が最も高温であり下部にいくにしたがって低温となり下部の温水が最も低温であるように貯留されるようになっている。貯湯槽３０に貯留されている高温の温水が貯湯槽３０の柱状容器の上部から導出され、その導出された分を補給するように水供給装置１４からの水道水などの水（低温の水）が貯湯槽３０の柱状容器の下部から導入されるようになっている。このような貯湯槽３０は、発電装置１０の近くに設置されている。

貯湯槽３０の内部には残湯量検出センサである温度センサ群３４が設けられている。温度センサ群３４は複数（本実施形態においては６個）の温度センサ３４−１，３４−２，３４−３，・・・，３４−６から構成されており、上下方向（鉛直方向）に沿って等間隔（貯湯槽３０内の上下方向高さの五分の一の距離）にて配設されている。温度センサ３４−１は貯湯槽３０の内部上面位置に配置されている。温度センサ３４−６は貯湯槽３０の内部下面位置に配置されている。各温度センサ３４−１，３４−２，３４−３，・・・，３４−６はその位置の貯湯槽３０内の液体（温水または水）の温度をそれぞれ検出するものである。この温度センサ群による各位置での湯温の検出結果に基づいて貯湯槽３０内の残湯量が導出されるようになっている。残湯量は、貯湯槽３０内に蓄えられた熱量を表している。

さらに、湯水循環回路３３には、補助加熱装置４０を経由するバイパスライン４１が接続されている。バイパスライン４１上には、バルブ４１ａおよび補助加熱装置４０が配設されている。バルブ４１ａは、運転制御装置５０の指令に従って開閉制御されるものである。

補助加熱装置４０は、貯湯槽３０内の残湯量が所定量以下となると、貯湯槽３０の湯水を導入して加熱して導出するもの（例えばガスバーナ）である。補助加熱装置４０は、運転制御装置５０の指令に従って運転制御されるものである。すなわち、運転制御装置５０は、貯湯槽３０内の残湯量を検出し、その検出値が所定量より多ければ補助加熱装置４０の燃焼運転をさせない（燃料の供給を停止し燃焼させない）。

一方、運転制御装置５０は、検出した残湯量が所定量以下であれば補助加熱装置４０を燃焼運転させる（燃料の供給を開始し着火して燃焼させる）。なお、燃料は、燃料供給装置１３からの燃料でよい。

具体的には、給湯中に残湯量が所定量以下となった場合、運転制御装置５０は、補助加熱装置４０を燃焼運転させる。これにより、貯湯槽３０からの湯水が補助加熱装置４０を通過する際に加熱されて湯水使用装置（湯利用機器２６ａ、熱利用機器２６ｂ）に供給される。また、給湯中以外（例えば給湯終了直後など）に残湯量が所定量以下となった場合、バルブ３３ｂ，４１ａをそれぞれ閉、開状態とし、補助加熱装置４０の燃焼運転を開始し、ポンプ３３ａを駆動する。これにより、貯湯槽３０の下部の湯水（低温の湯水）が補助加熱装置４０を通過する際に加熱され、その後貯湯槽３０の上部に戻される。その後、残湯量が所定量に達すると、運転制御装置５０は補助加熱装置４０の燃焼運転を停止する。

なお、補助加熱装置４０は、運転制御装置５０によって運転制御されるものではなく、装置自身が独立した温度センサ（貯湯槽３０内の残湯量を検出できるセンサ）を有しその検出値に基づいて燃焼運転を制御する自律制御が可能なもので構成するようにしてもよい。

貯湯槽３０と水供給装置１４の間には貯湯槽３０に供給される水（例えば水道水）の温度を検出する温度センサ３８が設けられている。温度センサ３８の検出結果（水道水温度）は運転制御装置５０に送信されるようになっている。

貯湯槽３０には、給湯管３５が接続されている。給湯管３５には、上流から順番に補助加熱装置４０、温度センサ（図示省略）および流量センサ３６が配設されている。温度センサは補助加熱装置４０を通過した後の湯水の温度を検出するものであり、その検出信号は運転制御装置５０に送信されるようになっている。すなわち、温度センサで検出した湯水の温度が設定された給湯温度となるように、補助加熱装置４０で加熱している。また、図示していないが、給湯管３５には貯湯槽３０の導出口と温度センサとの間に水供給装置１４からの水道水が合流するようになっている。これにより、貯湯槽３０からの湯水を降温している。流量センサ３６は、貯湯槽３０から供給されている湯水消費量（給湯量）を検出するものである。流量センサ３６の検出信号は運転制御装置５０に送信されるようになっている。

給湯管３５には、貯湯槽３０に貯留している湯水を給湯として利用する湯水使用場所２５に設置されている複数の湯利用機器２６ａが接続されている。この湯利用機器２６ａとしては、浴槽、シャワ、キッチン（キッチンの蛇口）、洗面所（洗面所の蛇口）などがある。また、給湯管３５には、貯湯槽３０の湯水を熱源として利用する湯水使用場所２５に設置されている熱利用機器２６ｂが接続されている。この熱利用機器２６ｂとしては、浴室暖房、床暖房、浴槽の湯の追い炊き機構などがある。なお、熱利用機器２６ｂは貯湯槽３０の湯水を直接利用する場合や貯湯槽３０の湯水を間接的に利用する場合がある。湯利用機器２６ａおよび熱利用機器２６ｂは湯水使用装置である。

また、コジェネレーションシステムは、外気温を計測する外気温センサ４５を備えている。外気温センサ４５の検出信号は運転制御装置５０に送信されるようになっている。

運転制御装置５０は、マイクロコンピュータ（図示省略）を有しており、マイクロコンピュータは、バスを介してそれぞれ接続された入出力インターフェース、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭ（いずれも図示省略）を備えている。ＣＰＵは、図２〜図８のフローチャートに対応したプログラムを実行して、発電装置の運転計画を導出して更新記憶し、該更新記憶した運転計画に従って運転するとともに発電量指示値に応じた発電量となるように発電装置を制御している。ＲＡＭは同プログラムの実行に必要な変数を一時的に記憶するものであり、ＲＯＭは前記プログラムを記憶するものである。

次に、上述したコジェネレーションシステムの作動について図２〜図８を参照して説明する。運転制御装置５０は、図示しない主電源が投入されると、ステップ１００にてプログラムを起動しプログラムをステップ１０２に進める。運転制御装置５０は、図２に示すステップ１０２〜１１２の処理によって運転計画を一日のうち第１所定時間Ｔ１毎に導出して更新記憶する。また、運転制御装置５０は、更新記憶した運転計画に従って図８に示すステップ７０２〜７０８の処理によって発電装置を運転する。すなわち、運転計画にしたがって発電装置１０の運転（発電）を停止したり連続発電したりする。

第１所定時間Ｔ１は、２４時間（１日）より小さい時間に設定されており、本実施形態では３０分である。この第１所定時間Ｔ１は、運転制御装置５０が運転計画を導出するのに必要十分な時間、かつ湯水量の消費パターンにしたがっていない予定外の湯水の使用に対して貯湯槽３０による熱回収が対応できる時間となるように設定されている。

運転制御装置５０が運転計画を導出するのに必要十分な時間は、運転制御装置５０の演算能力にもよるが、５分以上、１０分以上、２０分以上あればよい。湯推量の消費パターンにしたがっていない予定外の湯水の使用に対して貯湯槽３０による熱回収に対応できる時間は、予定外の使用状況にもよるが、４０分以下、５０分以下、６０分以下であることが好ましい。したがって、運転制御装置５０が運転計画を導出するのに必要十分な時間と、予定外の湯水の使用に対して貯湯槽３０による熱回収に対応できる時間との各組合せにより、第１所定時間Ｔ１の好ましい範囲とすることができる。

運転制御装置５０は、ステップ１０２において、図３に示す電力消費パターン作成ルーチンに沿ってプログラムを実行し、一日分の電力消費パターンを作成して更新記憶する。この電力消費パターンは、一定期間（例えば１週間）の過去の電力消費データから電力消費パターンを予測したものである。

運転制御装置５０は、電力消費パターンを作成するための行列Ｅo_tempを初期化する（ステップ２０２）。運転制御装置５０は、行列Ｅo_tempの各要素に７日分の各時間帯の電力消費量を代入する。代入した結果の一例を図９に示している。なお、本システムを設置当初においては、家族構成、地域などの条件から予め作成された平均的な消費モデルパターンの数値を代入する。また、少なくとも１週間運転した後は、実際に発電停止時間帯毎に測定した電力消費量から作成され更新記憶された前回の電力消費パターンの数値を代入する。

行列Ｅo_tempにおいては、図９に示すように、列が何日前のデータであることを示し、行が一日のうちの時間帯を示している。１行１列の要素は、１日前の０：００に計測した電力消費量すなわち２日前の２３：３０から１日前の０：００までに計測した電力消費量の平均値であり、例えば図９では３００Ｗである。２行１列の要素は、１日前の０：３０に計測した電力消費量すなわち１日前の０：００から０：３０までに計測した電力消費量の平均値であり、例えば図９では４００Ｗである。１行２列の要素は、２日前の０：００に計測した電力消費量すなわち３日前の２３：３０から２日前の０：００までに計測した電力消費量の平均値であり、例えば図９では２５０Ｗである。なお、１日前のデータのなかには、本日のデータと前日のデータが混在している。同様に２日前のデータのなかには、前日のデータと前前日のデータが混在している。

運転制御装置５０は、電力計２２によって電力消費量を制御周期毎に計測し（ステップ２０４）、計測した電力消費量をフィルタ処理する（ステップ２０６）。運転制御装置５０は、ステップ２０６において、電力消費量を計測する度にその計測したデータおよび記憶されている過去数件分（本実施形態においては２９件分）のデータに基づいて下記数１によってフィルタ処理を実行している。上記制御周期は後述する第２所定時間Ｔ２と同一であり、本実施形態では１分である。

なお、ｕ[ｋ]およびｙ[ｋ]は現時点でのデータ例えば時刻ｋの入力データおよび出力値（処理値）であり、ｚは遅れ演算子である。

運転制御装置５０は、電力消費量の計測開始時点から３０分経過するまでの間、ステップ２０８で「ＮＯ」と判定し続け、上記電力消費量の計測とそのフィルタ処理を繰り返し実行して、その３０分間の電力消費量をフィルタ処理して平均値を算出する。

そして、運転制御装置５０は、電力消費量の計測開始時点から３０分経過した時点にて、ステップ２０８で「ＹＥＳ」と判定し、現在の時刻を読み込む（ステップ２１０）。例えば、現在の時刻が０：００であり、それまで３０分間（２３：００〜０：００）のフィルタ処理値が５００Ｗであるとする。

運転制御装置５０は、行列Ｅo_tempにおいて、７日前の同時刻（電力消費量を計測しフィルタ処理が完了した時刻）のデータを消去するとともに、同時刻（同行）の残っているデータを一つずつ右に移動させる（ステップ２１２）。例えば、今回の時刻は０：００であるので、図１０に示すように、７日前の０：００のデータである１行７列の要素の４４０Ｗを消去する。そして、１日前の０：００のデータである１行１列の要素の３００Ｗを１行２列に移動させ、２日前の０：００のデータである１行２列の要素の２５０Ｗを１行３列に移動させ、その他の１行３列から１行６列までの各要素も同様に移動させる。

そして、運転制御装置５０は、図１０に示すように、上述のように導出したフィルタ処理値（例えば５００Ｗ）を行列Ｅo_tempの空いている１行１列に追加する（ステップ２１４）。運転制御装置５０は、このように作成された行列Ｅo_tempの各行のデータを平均化することにより電力消費予測値すなわち電力消費パターンを導出して更新記憶する（ステップ２１６）。導出された電力消費予測値の一例を図１１に示す。０：００の電力消費量は３４０Ｗであり、０：３０の電力消費量は４２０Ｗであり、・・・、２３：３０の電力消費量は９００Ｗである。この電力消費パターンの一例を図１２に示す。

次に、運転制御装置５０は、ステップ１０４において、図４に示す湯水消費パターン作成ルーチンに沿ってプログラムを実行し、一日分の湯水消費パターンを作成して更新記憶する。この湯水消費パターンは、一定期間（例えば１週間）の過去の湯水消費データから湯水消費パターンを予測したものである。

すなわち、運転制御装置５０は、上述したステップ２０２〜２１６の処理と同様に、ステップ３０２〜３１６の処理によって湯水消費パターンを作成する。具体的には、運転制御装置５０は、湯水消費パターンを作成するための行列Ｑout_tempを初期化する（ステップ３０２）。行列Ｑout_tempは、行列Ｅo_tempと同様に列が何日前のデータであることを示し、行が一日のうちの時間帯を示している。

運転制御装置５０は、流量センサ３６によって湯水消費量を制御周期毎に計測し（ステップ３０４）、計測した湯水消費量をフィルタ処理する（ステップ３０６）。運転制御装置５０は、湯水消費量の計測開始時点から３０分経過するまでの間、ステップ３０８で「ＮＯ」と判定し続け、上記湯水消費量の計測とそのフィルタ処理を繰り返し実行して、その３０分間の湯水消費量をフィルタ処理して平均値を算出する。

そして、運転制御装置５０は、湯水消費量の計測開始時点から３０分経過した時点にて、ステップ３０８で「ＹＥＳ」と判定し、現在の時刻を読み込む（ステップ３１０）。運転制御装置５０は、行列Ｑout_tempにおいて、７日前の同時刻のデータを消去するとともに、同時刻（同行）の残っているデータを一つずつ右に移動させる（ステップ３１２）。そして、運転制御装置５０は、ステップ３０６で導出したフィルタ処理値を行列Ｑout_tempの空いている１行１列に追加する（ステップ３１４）。運転制御装置５０は、このように作成された行列Ｑout_tempの各行のデータを平均化することにより湯水消費予測値すなわち湯水消費パターンを導出して更新記憶する（ステップ３１６）。この湯水消費パターンの一例を図１３に示す。

次に、運転制御装置５０は、ステップ１０６において、図５に示す気温パターン作成ルーチンに沿ってプログラムを実行し、一日分の気温パターンを作成して更新記憶する。この気温パターンは、一定期間（例えば１週間）の過去の外気温データから気温パターンを予測したものである。外気温データは、外気温センサ４５によって取得記憶されているものである。

すなわち、運転制御装置５０は、上述したステップ２０２〜２１６の処理と同様に、ステップ４０２〜４１６の処理によって気温パターンを作成する。具体的には、運転制御装置５０は、気温パターンを作成するための行列Ｔair_tempを初期化する（ステップ４０２）。行列Ｔair_tempは、行列Ｅo_tempと同様に列が何日前のデータであることを示し、行が一日のうちの時間帯を示している。

運転制御装置５０は、外気温センサ４５によって外気温を制御周期毎に計測し（ステップ４０４）、計測した外気温をフィルタ処理する（ステップ４０６）。運転制御装置５０は、外気温の計測開始時点から３０分経過するまでの間、ステップ４０８で「ＮＯ」と判定し続け、上記外気温の計測とそのフィルタ処理を繰り返し実行して、その３０分間の外気温をフィルタ処理して平均値を算出する。

そして、運転制御装置５０は、外気温の計測開始時点から３０分経過した時点にて、ステップ４０８で「ＹＥＳ」と判定し、現在の時刻を読み込む（ステップ４１０）。運転制御装置５０は、行列Ｔair_tempにおいて、７日前の同時刻のデータを消去するとともに、同時刻（同行）の残っているデータを一つずつ右に移動させる（ステップ４１２）。そして、運転制御装置５０は、ステップ４０６で導出したフィルタ処理値を行列Ｔair_tempの空いている１行１列に追加する（ステップ４１４）。運転制御装置５０は、このように作成された行列Ｔair_tempの各行のデータを平均化することにより外気温予測値すなわち気温パターンを導出して更新記憶する（ステップ４１６）。この気温パターンの一例を図１４に示す。

次に、運転制御装置５０は、ステップ１０８において、図６に示す貯湯槽残湯量推定ルーチンに沿ってプログラムを実行し、現在時刻の貯湯槽３０の実際の残湯量を導出して記憶する。具体的には、運転制御装置５０は、ステップ５０２において、各温度センサ３４−１〜３４−６によって計測された（検出した）貯湯槽３０内の各位置の湯水の温度を読み込む（取得する。湯水温度取得手段）。

続けて、運転制御装置５０は、ステップ５０４において、隣接する温度センサ間の任意の位置の温度を、ステップ５０２で取得されたそれら両温度センサ位置の湯水温度を変数としかつ各項の少なくとも一つは発電装置１０の運転時間および／または停止時間に応じて決定される係数を有する多次式に基づいて導出する（温度センサ間温度導出手段）。本実施の形態では、隣接する温度センサ間の任意の位置は、隣接する温度センサの中間位置とする。また、本実施の形態では、多次式として２次式を使用する。多次式は、３次式でも、４次式でもよい。

具体的には、運転制御装置５０は、隣接する温度センサ間の任意の位置の温度を導出するのに下記数２を使用する。

ここで、Ｔｉは上からｉ番目の温度センサ位置の温度であり、Ｔ_ｉ−１はｉ−１番目の温度センサ位置の温度であり、Ｔｊは、ｉ番目の温度センサとｉ−１番目の温度センサとの間の温度推定値である。Ｃｉは、実機を使用して測定したデータにより合わせこむ温度分布を決定する定数である。ａは、実機を使用して測定したデータにより合わせこむ熱拡散を決定する定数である。

ｔ１は、下記数３で導出される時間積算値である。すなわち、ｔ１は、発電装置１０の停止時間の積算値から発電時間（運転時間）の積算値を減算した値である。その減算値が０以下の場合には、時間積算値ｔ１は０に設定され、減算値が０より大きい場合には、時間積算値ｔ１は減算値に設定される。なお、積算値は発電装置１０が停止に移行されたときにリセットされる。

ｔ２は、下記数４で導出される時間積算値である。すなわち、ｔ２は、発電装置１０の発電時間（運転時間）の積算値から停止時間の積算値を減算した値である。その減算値が０以下の場合には、時間積算値ｔ２は０に設定され、減算値が０より大きい場合には、時間積算値ｔ２は減算値に設定される。なお、積算値は発電装置１０が発電に移行されたときにリセットされる。

ΔＴｉ（ｔ３）は、下記数５で導出される。なお、上下の温度センサの温度差が大きく（成層状態が強く）発電中の場合は、発電時間が増えると成層の位置が徐々に下に下がります。その現象を考慮して温度センサ間の温度を推定（導出）するために、この項（ΔＴｉ（ｔ３））がある。

ここで、ｔ３は、ｉ番目の温度センサの温度Ｔｉがある一定温度（例えば、６０℃）以上になった後の時間積算値である。なお、ｉ番目の温度センサの温度Ｔｉがその一定温度より小さくなれば、ｔ３はリセットされる。κは、温度閾値であり、例えば１０℃に設定されている。κは、上下の温度センサの温度差がどれくらい大きくなると、成層が現れるかを決める定数であり、実験データから決めることになる定数である。

上記数２が発電装置１０の運転時間と停止時間を考慮されていることを以下に説明する。発電装置１０が発電中である場合には、貯湯槽３０の下部から低温の湯水が発電器１１の排熱により加熱された後、貯湯槽３０の上部から流入するため、貯湯槽３０において温度分布は成層の傾向が強い。ここで、隣接する温度センサ間の温度分布は、下記数６に示すような２次式で近似できると想定した。

一方、発電装置１０が停止中である場合には、貯湯槽３０の上部には新たに高温の湯水が流入しないため、貯湯槽３０内において熱拡散が始まり均一に近づいていき、温度分布は所定の一定の傾斜を持つようになる。ここで、隣接する温度センサ間の温度分布は、下記数７に示すような１次式で近似できると想定した。

（数７）
Ｔｊ＝Ｔ_ｉ−１／２＋Ｔ_ｉ／２

このように、発電中から停止中に推移する場合、停止中から発電中に推移する場合において、上記数６と数７が滑らかにつながるようにすると、上記数２のようになる。係数に指数関数を導入し、時定数に貯湯槽３０内の熱拡散、運転時間の積算値と停止時間の積算値との差を組み込むことで滑らかにつながることを実現している。

このように、上記数２は、隣接する温度センサ位置の湯水温度ＴｉおよびＴ_ｉ−１を変数としかつ各項の少なくとも一つは発電装置１０の運転時間および／または停止時間に応じて決定される係数を有する２次式である。

なお、運転制御装置５０は、隣接する温度センサ間の任意の位置の温度を導出するのに上記数２を使用するようにしたが、これに代えて、下記数８を使用するようにしてもよい。

ここで、Ｔｉはｉ番目の温度センサ位置の温度であり、Ｔ_ｉ−１はｉ−１番目の温度センサ位置の温度であり、Ｔｊは、ｉ番目の温度センサとｉ−１番目の温度センサとの間の温度推定値である。Ｃ_ｉｉは、上述した数２の各項に対応した係数と同一に設定してもよく、発電装置１０の運転時間および／または停止時間に応じて決定される係数であって他の方法で導出されるものでもよい。

そして、運転制御装置５０は、ステップ５０６において、ステップ５０２で取得された前記各位置の湯水温度、およびステップ５０４で導出された前記各任意の位置の湯水温度に基づいて貯湯槽３０の残湯量を導出する（残湯量導出手段）。具体的には、運転制御装置５０は、ステップ５０２で取得された前記各位置の湯水温度、およびステップ５０４で導出された前記各任意の位置の湯水温度に基づいて、湯水使用装置２６ａ，２６ｂで予め設定されている給湯設定温度以上の温度の湯水の残湯量を貯湯槽３０の残湯量として導出する。すなわち、運転制御装置５０は、下記数９を使用して貯湯槽３０の残湯量を導出する。

ここで、Ｑは貯湯槽３０に蓄えられている熱量［Ｊ］であり、Ｃｐは水の比熱（４．１８９×１０^−３［Ｊ／（ｋｇ・Ｋ）］）であり、Ｌは容量である。Ｔ_ｉ（Ｌ）は、ｉ番目の温度センサから、ｉ番目の温度センサとｉ−１番目の温度センサとの間で温度を推定した位置までの温度分布である。Ｓ_ｉ（Ｌ）は、温度分布Ｔ_ｉ（Ｌ）のうち給湯設定温度Ｔｒより高温の部分である。なお、０Ｌ位置の温度センサ３４−１を０番目とする（ｉは１から１０である。）。

説明を図２のフローチャートに戻す。運転制御装置５０は、ステップ１１０において、図７に示す運転計画導出・更新記憶ルーチンに沿ってプログラムを実行し、発電装置１０の運転計画を導出して（立てて）、その運転計画を更新記憶する（運転計画導出手段）。

運転制御装置５０は、上記ステップ１０２で作成して記憶されている電力消費パターン（図１２に示すパターン）、上記ステップ１０４で作成して記憶されている湯水消費パターン（図１３に示すパターン）、および上記ステップ１０６で作成して記憶されている気温パターン（図１４に示すパターン）を読み込み（ステップ６０２）、上記ステップ１０８で導出した貯湯槽残湯量を読み込む（ステップ６０４）。そして、運転制御装置５０は、ステップ６０６〜６１８の処理によりそれら読み込んだ最新の情報を使用して最適な運転計画を立てる。

運転制御装置５０は、発電を停止する（発電停止を開始する）停止時刻と発電を開始する（発電停止を終了する）開始時刻を変更して発電停止時間帯を設定する（ステップ６０６）。例えば、１日（０：００〜２４：００）の中で３０分刻みで停止時刻と開始時刻を変更させる。これにより、発電停止時間帯の全組み合わせは、０：００〜０：００（停止しない）、０：００〜０：３０、０：００〜１：００、・・・、０：００〜２４：００、０：３０〜１：００、・・・、０：３０〜２４：００、・・・、２３：００〜２３：３０、・・・、２３：００〜２４：００、および２３：３０〜２４：００となり、１１７７通り（＝_４９Ｃ_２＋１）設定することができる。

運転制御装置５０は、このすべての組み合わせの一つずつについて省エネ効果指標値を導出する（ステップ６０８〜６１４）。まず、運転制御装置５０は、ステップ６０６で設定した発電停止時間帯、ステップ６０２で読み込んだ電力消費パターン、および下記数１０から、電力消費パターンの設定時間単位（本実施形態では２４時間）で各時刻の排熱回収量を導出する（ステップ６０８）。例えば、一回目の計算では、一つ目の組み合わせ０：００〜０：００についての排熱回収量を導出する。また、発電停止時間帯が４：００から１７：００までである運転計画が最適な運転計画として導出された場合、排熱回収量の予測値は図１５に示すように導出される。

ここで、Ｑin［ｋ］はｋ時刻（時間）での排熱回収量［Ｊ］であり、Ｅoは電力消費パターン［Ｗ］であり、ｔｄは予測の間隔（本実施形態では３０分）である。ａ_１は排熱回収特性［Ｗ／Ｗ］であり、ａ_２は排熱回収特性［Ｗ］であり、いずれの値も実機を使用して得た実験データから算出されるものである。なお、排熱回収特性ａ_１の単位のうち分母は電気のワットを示し分子は熱のワットを示している。

上記数１０によれば、毎時正時と３０分の排熱回収量を導出することができる。また、それらの時間が設定された発電停止時間帯でなければ（発電運転時間帯であれば）、数１０の上の式を使用して排熱回収量を導出することができる。設定された発電停止時間帯であれば、数１０の下の式を使用して排熱回収量を導出することができる。すなわち、発電していないので、排熱回収量は０である。

なお、電力消費パターンの電力消費量が発電器１１の最大発電量を超えない場合、上記数１０において電力消費パターンＥoをそのまま使用することができるが、超える場合、上記数１０において電力消費パターンＥoの代わりに発電器１１の最大発電量を使用する。

運転制御装置５０は、ステップ６０６で設定した発電停止時間帯による運転計画で放熱を考慮して貯湯槽３０の貯湯槽残湯量の推移を導出（予測）する（ステップ６１０）。運転制御装置５０は、ステップ６０２で読み込んだ湯水消費パターンＱoutおよび気温パターンＴair、ステップ６０４で読み込んだ貯湯槽残湯量、およびステップ６０８で導出した排熱回収量Ｑinを下記数１１に代入して貯湯槽３０の貯湯槽残湯量の推移を導出する。例えば、一回目の計算では、一つ目の組み合わせ０：００〜０：００についての貯湯槽３０のオフセット残湯量の推移を導出する。また、発電停止時間帯が４：００から１７：００までである運転計画が最適な運転計画として導出された場合、貯湯槽残湯量の予測値は図１６の細い線に示すように導出される。

ここで、Ｑ［ｋ］は貯湯槽３０の貯湯槽残湯量の推移予測値である。Ｑ_０は現時刻の貯湯槽３０の残湯量である。α_０は実験で求める放熱定数［１／℃］である。Ｔ_ｍａｘは貯湯槽３０の最大温度［℃］である。この推移予測値は、湯水消費パターンに対応する時間（本実施形態では２４時間）を単位として導出される。

運転制御装置５０は、ステップ６０６で設定した発電停止時間帯による運転計画で省エネ効果指標値である評価関数Ｊを導出する（ステップ６１２）。運転制御装置５０は、ステップ６１０で導出した貯湯槽３０の貯湯槽残湯量の推移予測値Ｑ［ｋ］、ステップ６０２で読み込んだ電力消費パターンＥo、および下記数１２から、評価関数Ｊを導出する。この評価関数はＪは各時刻の省エネ効果を１日分加算した値である。例えば、一回目の計算では、一つ目の組み合わせ０：００〜０：００についての１日分の総省エネ効果を導出する。本実施形態の評価関数（省エネ効果指標値）は、一次エネルギー（発電装置１０に供給される燃料）の削減量である。例えば、発電停止時間帯が０：００〜０：００である場合、評価関数値は１９６８６（Ｊ）である。

ここで、Ｊ_１［ｋ］はｋ時刻の省エネ効果であり、Ｅoは電力消費パターンであり、Ｑfullは最大貯湯槽熱量である。ｂ_１は省エネ効果換算値［Ｊ／Ｗ］であり、ｂ_２は省エネ効果換算値［Ｊ］であり、いずれの値も実機を使用して得た実験データから算出されるものである。ｃ_１は貯湯槽３０が温度的に満タンである場合の省エネ効果換算値［Ｊ／Ｗ］であり、ｃ_２は貯湯槽３０が温度的に満タンである場合の省エネ効果換算値［Ｊ］であり、いずれの値も実機を使用して得た実験データおよびラジエータ３７の特性から算出されるものである。

Ｑfullは下記数１３で導出される。

ここで、Ｃｐは水の比熱（４．１８９×１０^−３［Ｊ／（ｋｇ・Ｋ）］）であり、Ｖは貯湯槽３０の容積（本実施形態では２００ｌ＝２００ｋｇ）であり、Ｔmaxは排熱回収最高温度（例えば７０℃）であり、Ｔｗは水道水の温度である。

そして、運転制御装置５０は、ステップ６０６で設定した発電停止時間帯とステップ６１２で導出した評価関数値（省エネ効果指標値）とを関連付けて記憶装置に記憶する（ステップ６１４）。

運転制御装置５０は、上述した発電停止時間帯のすべての組み合わせについて上述したステップ６０６〜６１４の処理を繰り返し実施する（ステップ６１６で「ＮＯ」と判定し続ける）。すべての組み合わせについて発電停止時間帯と省エネ効果指標値との関連付けが終了すると、運転制御装置５０は、ステップ６１６で「ＹＥＳ」と判定し、プログラムをステップ６１８に進める。

運転制御装置５０は、ステップ６１８において、それまで記憶した発電停止時間帯と省エネ効果指標値との関連付けのなかから、省エネ効果指標値が最大となるものを選択する。記憶している発電停止時間帯と省エネ効果指標値との関連付けを３次元グラフで表したものを図１７に示す。図１７において、横軸が発電の停止時刻を示し、縦軸が発電の開始時刻を示している。両軸とも０：００から２４：００まで３０分刻みで示してある。省エネ効果指標値は、等高線で示している。等高線Ｌ１で示す範囲が省エネ効果指標値が最も大きい範囲である。等高線Ｌ１から外側にいくにしたがって省エネ効果指標値が小さくなっている。

この図１７から明らかなように、停止時刻が３：００〜５：００で、開始時刻が１６：００〜１８：００である場合、省エネ効果指標値が最大となる。運転制御装置５０は、そのなかでも最も省エネ効果指標値が大きい値となる停止時刻４：００と開始時刻１７：００との組み合わせからなる発電停止時間帯を有する運転計画を最適な運転計画として導出する。そして、運転制御装置５０は、その導出した運転計画を更新記憶する（ステップ６２０）。

そして、運転制御装置５０は、ステップ１１２にて、運転計画を導出して更新記憶した後、第１所定時間Ｔ１が経過するのを待って次回の運転計画の導出、更新記憶の処理を開始する。

また、運転制御装置５０は、上述した運転計画の導出、更新記憶の処理とは別に、発電器１１が発電可能な状態となると、図８に示すように、発電停止運転と連続発電運転とを切り替えて発電装置１０の運転を制御している。運転制御装置５０は、ステップ７０２〜７０８の処理を第２所定時間Ｔ２毎（例えば６０秒毎）に繰り返し実行している。第２所定時間Ｔ２は比較的短時間な値に設定されるものであり、上述した第１所定時間より十分小さい値である。

具体的には、運転制御装置５０は、ステップ７０２において、現在の時刻が上記導出された最新の発電停止時間帯であるか否かを判定する。運転制御装置５０は、現在時刻がその発電停止時間帯であれば、ステップ７０２にて「ＹＥＳ」と判定しプログラムをステップ７０４に進める。運転制御装置５０は、ステップ７０４において、発電装置１０の発電停止運転を実施する。すなわち、運転制御装置５０は、発電量指示値を０に設定し、発電装置１０の発電を停止する。

一方、現在時刻が発電停止時間帯でない場合（発電運転時間帯である場合）には、ステップ７０２にて「ＮＯ」と判定しプログラムをステップ７０６に進める。運転制御装置５０は、ステップ７０６において、発電装置１０の連続発電運転を実施する。すなわち、運転制御装置５０は、電力計２２によって電力消費量を第２所定時間Ｔ２（制御周期）毎に計測し、計測した電力消費量をフィルタ処理する。このフィルタ処理は、電力消費量を計測する度にその計測したデータおよび記憶されている過去数件分（本実施形態においては４件分）のデータに基づいて上記数１と同様の下記数１４によってフィルタ処理を実行している。

運転制御装置５０は、このフィルタ処理値を発電量指示値に設定し、その発電量指示値を発電器１１に指示する。これにより、発電装置１０は、基本的に電力消費量に追従して発電を行う。そして、電力消費量が急激に変化する場合には、フィルタ処理によって発電量を電力消費量に応じて急激に変化させることなく、発電量の振動を抑制することができるため効率のよい発電が可能となる。

上述した制御によれば、図１８に示すように電力消費量が変化する場合において、４：００から１７：００までの間は発電が停止されるので発電量は０である。０：００から４：００まで間と１７：００から２４：００までの間は電力消費量に追従して発電されている。この運転計画によれば、省エネ効果を最大限得ることができる。図１８においては、太い濃い実線で電力消費量を示し、細い薄い線で発電量を示している。

上述した説明から明らかなように、本実施形態においては、湯水温度取得手段（ステップ５０２）が、各温度センサ３４−１〜３４−６が検出した各位置の湯水温度を取得し、温度センサ間温度導出手段（ステップ５０４）が、隣接する温度センサ間の任意の位置の温度を、湯水温度取得手段（ステップ５０２）によって取得されたそれら両温度センサ位置の湯水温度を変数としかつ各項の少なくとも一つは発電装置の運転時間に応じて決定される係数を有する多次式に基づいて導出し、残湯量導出手段（ステップ５０６）が、湯水温度取得手段（ステップ５０２）によって取得された各位置の湯水温度、および温度センサ間温度導出手段（ステップ５０４）によって導出された各任意の位置の湯水温度に基づいて貯湯槽の残湯量を導出する。これによれば、湯層と水層の境界部における温度勾配が直線的でない場合、貯湯槽に新しいお湯が供給される時間（発電装置１０の運転時間）と貯湯槽に新しいお湯が供給されない時間（発電装置１０の停止時間）との間で推移する場合においても、湯層と水層の境界部において正確に温度を推定（導出）することができ、貯湯槽３０内の残湯量を正確に推定（導出）することができる。このように、運転制御装置５０は、正確に推定（導出）された貯湯槽３０内の残湯量に基づいて将来の貯湯槽３０の残湯量の予測値を正確に推定（導出）する（ステップ６１０）ことができるので、負荷装置２１で消費される電力量の消費パターン、湯水使用装置で消費される湯水量の消費パターンおよび貯湯槽内の残湯量の予測値に基づいて発電装置の運転計画を１日のうち所定時間毎に導出して更新記憶し、該更新記憶した運転計画に従って運転するとともに発電量指示値に応じた発電量となるように発電装置１０を制御する。したがって、コジェネレーションを省エネ性を向上させて運転することができる。

また、湯水温度取得手段（ステップ５０２）が、各温度センサ３４−１〜３４−６が検出した各位置の湯水温度を取得し、温度センサ間温度導出手段（ステップ５０４）が、隣接する温度センサ間の任意の位置の温度を、湯水温度取得手段（ステップ５０２）によって取得されたそれら両温度センサ位置の湯水温度を変数としかつ各項の少なくとも一つは発電装置の停止時間に応じて決定される係数を有する多次式に基づいて導出し、残湯量導出手段（ステップ５０６）が、湯水温度取得手段（ステップ５０２）によって取得された各位置の湯水温度、および温度センサ間温度導出手段（ステップ５０４）によって導出された各任意の位置の湯水温度に基づいて貯湯槽３０の残湯量を導出する。これによれば、湯層と水層の境界部における温度勾配が直線的でない場合、貯湯槽３０に新しいお湯が供給される時間（発電装置１０の運転時間）と貯湯槽３０に新しいお湯が供給されない時間（発電装置１０の停止時間）との間で推移する場合においても、湯層と水層の境界部において正確に温度を推定（導出）することができ、貯湯槽３０内の残湯量を正確に推定（導出）することができる。このように、運転制御装置５０は、正確に推定（導出）された貯湯槽３０内の残湯量に基づいて将来の貯湯槽３０の残湯量の予測値を正確に推定（導出）することができるので、負荷装置２１で消費される電力量の消費パターン、湯水使用装置で消費される湯水量の消費パターンおよび貯湯槽３０内の残湯量の予測値に基づいて発電装置１０の運転計画を１日のうち所定時間毎に導出して更新記憶し、該更新記憶した運転計画に従って運転するとともに発電量指示値に応じた発電量となるように発電装置１０を制御する。したがって、コジェネレーションを省エネ性を向上させて運転することができる。

また、係数は、発電装置１０の運転中における貯湯槽３０内の温度分布と発電装置１０の停止中における貯湯槽３０内の温度分布とに基づいて決定される。これにより、温度センサ間温度導出手段（ステップ５０４）によって隣接する温度センサ間の任意の位置の温度を精度よく導出することができる。

また、残湯量導出手段（ステップ５０６）は、湯水温度取得手段（ステップ５０２）によって取得された各位置の湯水温度、および温度センサ間温度導出手段（ステップ５０４）によって導出された各任意の位置の湯水温度に基づいて、湯水使用装置で予め設定されている給湯設定温度以上の温度の湯水の残湯量を貯湯槽の残湯量として導出する。これにより、実際に湯水使用場所で望まれている温度の湯水を正確に算出することにより、貯湯槽３０の湯切れ・湯余りを抑制し省エネ性を向上させることができる。

また、上述した実施形態においては、省エネルギー効果の指標としてエネルギー量を上げたが、他の指標（例えばＣＯ_２削減量、家庭の光熱費）を採用するようにしてもよい。また、発電装置１０としては、発電器１１が交流電力を発生して交換器１２を介さずに直接出力するものもある。

また、上述したステップ１０８において、水道水の温度、各温度センサ３４−１〜３４−６によって計測された貯湯槽３０内の各位置の湯水の温度、および隣接する温度センサ間の推定された温度を下記数１５に代入して貯湯槽３０の残湯量を導出するようにしてもよい。

ここで、Ｑは貯湯槽３０に蓄えられている熱量［Ｊ］であり、Ｃｐは水の比熱（４．１８９×１０^−３［Ｊ／（ｋｇ・Ｋ）］）であり、Ｖは貯湯槽３０の容積（本実施形態では２００ｌ＝２００ｋｇ）であり、Ｔｗは水道水の温度であり、Ｔｉは貯湯槽３０内のｉ番目の温度（センサ位置とセンサ間位置を含めてｉ番目の温度）である。

なお、本発明を貯湯システムに適用することもできる。貯湯システムとしては、上述したコジェネレーションシステム以外に夜間電力やエコキュートなどの電力を利用した貯湯槽、太陽光の熱を利用した貯湯槽、ガス湯沸かし器を利用した貯湯槽を有するシステムがある。この場合、貯湯システムは、湯水を生成する湯水生成装置（上述した実施の形態の発電器１１）と、湯水を貯湯するとともに湯水使用装置に該湯水を供給する貯湯槽（上述した実施の形態の貯湯槽３０）と、貯湯槽内に上下方向に複数設けられ、その位置の湯水の温度を検出する温度センサ（上述した実施の形態の温度センサ３４−１〜３４−６）と、湯水生成装置を制御するとともに貯湯槽を制御する運転制御装置（上述した実施の形態の運転制御装置５０）と、を備えている。上述した実施の形態と同様に、運転制御装置は、各温度センサが検出した各位置の湯水温度を取得する湯水温度取得手段と、隣接する温度センサ間の任意の位置の温度を、湯水温度取得手段によって取得されたそれら両温度センサ位置の湯水温度を変数としかつ各項の少なくとも一つは湯水生成装置の運転時間および／または停止運転に応じて決定される係数を有する多次式に基づいて導出する温度センサ間温度導出手段と、湯水温度取得手段によって取得された各位置の湯水温度、および温度センサ間温度導出手段によって導出された各任意の位置の湯水温度に基づいて貯湯槽の残湯量を導出する残湯量導出手段と、を備えている。

このような貯湯システムによれば、湯水温度取得手段が、各温度センサが検出した各位置の湯水温度を取得し、温度センサ間温度導出手段が、隣接する温度センサ間の任意の位置の温度を、湯水温度取得手段によって取得されたそれら両温度センサ位置の湯水温度を変数としかつ各項の少なくとも一つは湯水生成装置の運転時間および／または停止時間に応じて決定される係数を有する多次式に基づいて導出し、残湯量導出手段が、湯水温度取得手段によって取得された各位置の湯水温度、および温度センサ間温度導出手段によって導出された各任意の位置の湯水温度に基づいて貯湯槽の残湯量を導出する。これによれば、貯湯槽にて湯層と水層の境界部における温度勾配が直線的でない場合、貯湯槽に新しいお湯が供給される時間（湯水生成装置の運転時間）と貯湯槽に新しいお湯が供給されない時間（湯水生成装置の停止時間）との間で推移する場合においても、湯層と水層の境界部において正確に温度を推定（導出）することができ、貯湯槽内の残湯量を正確に推定（導出）することができる。このように、運転制御装置は、正確に推定（導出）された貯湯槽内の残湯量に基づいて将来の貯湯槽の残湯量の予測値を正確に推定（導出）することができるので、湯水を生成する湯水生成装置、および前記湯水を貯湯するとともに湯水使用装置に該湯水を供給する貯湯槽を的確かつ適切に制御することができる。したがって、貯湯システムの省エネ性を向上させて運転することができる。

本発明によるコジェネレーションシステムの一実施形態の概要を示す概要図である。 図１に示した運転制御装置にて実行される制御プログラムのフローチャートである。 図１に示した運転制御装置にて実行される電力消費パターン作成ルーチンのフローチャートである。 図１に示した運転制御装置にて実行される湯水消費パターン作成ルーチンのフローチャートである。 図１に示した運転制御装置にて実行される気温（外気温）パターン作成ルーチンのフローチャートである。 図１に示した運転制御装置にて実行される貯湯槽残湯量推定ルーチンのフローチャートである。 図１に示した運転制御装置にて実行される運転計画導出・更新記憶ルーチンのフローチャートである。 図１に示した運転制御装置にて実行される制御プログラムのフローチャートである。 行列Ｅo_tempを示す図である。 行列Ｅo_tempの更新状況を示す図である。 電力消費予測値を行列で示した図である。 電力消費パターンの一例を示すグラフである。 湯水消費パターンの一例を示すグラフである。 気温（外気温）パターンの一例を示すグラフである。 発電停止時間帯が４：００から１７：００までである運転計画が最適な運転計画として導出された場合の排熱回収量の予測値を示すグラフである。 発電停止時間帯が４：００から１７：００までである運転計画が最適な運転計画として導出された場合の貯湯槽残湯量の予測値を示すグラフである。 発電停止時間帯の停止時刻および開始時刻と省エネ効果指標値との関係の一例を示すグラフである。 変動する電力消費量および発電量を示すグラフである。

符号の説明

１０…発電装置、１０ａ…電力計、１１…発電器、１２…変換器、１３…燃料供給装置、１３ａ…流量計、１４…水供給装置、１５…送電線、１６…系統電源、２１…負荷装置、２６ａ…湯利用機器、２６ｂ…熱利用機器、３０…貯湯槽、３４…温度センサ群、３６…流量センサ、４０…補助加熱装置、４５…外気温センサ、５０…運転制御装置。

Claims (6)

1. 負荷装置に電力を供給する発電装置と、
   前記発電装置の排熱を回収した湯水を貯湯するとともに湯水使用装置に該湯水を供給する貯湯槽と、
   前記貯湯槽内に上下方向に複数設けられ、その位置の湯水の温度を検出する温度センサと、
   前記負荷装置で消費される電力量の消費パターン、前記湯水使用装置で消費される湯水量の消費パターンおよび前記貯湯槽内の残湯量の予測値に基づいて作成した運転計画に従って前記発電装置を制御する運転制御装置と、を備え、
   前記運転制御装置は、
   前記各温度センサが検出した前記各位置の湯水温度を取得する湯水温度取得手段と、
   隣接する前記温度センサ間の任意の位置の温度を、前記湯水温度取得手段によって取得されたそれら両温度センサ位置の湯水温度を変数としかつ各項の少なくとも一つは前記発電装置の運転時間に応じて決定される係数を有する多次式に基づいて導出する温度センサ間温度導出手段と、
   前記湯水温度取得手段によって取得された前記各位置の湯水温度、および前記温度センサ間温度導出手段によって導出された前記各任意の位置の湯水温度に基づいて前記貯湯槽の残湯量を導出する残湯量導出手段と、を備えたことを特徴とするコジェネレーションシステム。
2. 負荷装置に電力を供給する発電装置と、
   前記発電装置の排熱を回収した湯水を貯湯するとともに湯水使用装置に該湯水を供給する貯湯槽と、
   前記貯湯槽内に上下方向に複数設けられ、その位置の湯水の温度を検出する温度センサと、
   前記負荷装置で消費される電力量の消費パターン、前記湯水使用装置で消費される湯水量の消費パターンおよび前記貯湯槽内の残湯量の予測値に基づいて作成した運転計画に従って前記発電装置を制御する運転制御装置と、を備え、
   前記運転制御装置は、
   前記各温度センサが検出した前記各位置の湯水温度を取得する湯水温度取得手段と、
   隣接する前記温度センサ間の任意の位置の温度を、前記湯水温度取得手段によって取得されたそれら両温度センサ位置の湯水温度を変数としかつ各項の少なくとも一つは前記発電装置の停止時間に応じて決定される係数を有する多次式に基づいて導出する温度センサ間温度導出手段と、
   前記湯水温度取得手段によって取得された前記各位置の湯水温度、および前記温度センサ間温度導出手段によって導出された前記各任意の位置の湯水温度に基づいて前記貯湯槽の残湯量を導出する残湯量導出手段と、を備えたことを特徴とするコジェネレーションシステム。
3. 請求項１または請求項２において、前記係数は、前記発電装置の運転中における前記貯湯槽内の温度分布と前記発電装置の停止中における前記貯湯槽内の温度分布とに基づいて決定されることを特徴とするコジェネレーションシステム。
4. 請求項１乃至請求項３の何れか一項において、前記残湯量導出手段は、前記湯水温度取得手段によって取得された前記各位置の湯水温度、および前記温度センサ間温度導出手段によって導出された前記各任意の位置の湯水温度に基づいて、前記湯水使用装置で予め設定されている給湯設定温度以上の温度の湯水の残湯量を前記貯湯槽の残湯量として導出することを特徴とするコジェネレーションシステム。
5. 湯水を生成する湯水生成装置と、
   前記湯水を貯湯するとともに湯水使用装置に該湯水を供給する貯湯槽と、
   前記貯湯槽内に上下方向に複数設けられ、その位置の湯水の温度を検出する温度センサと、
   前記湯水生成装置を制御するとともに前記貯湯槽を制御する運転制御装置と、を備え、
   前記運転制御装置は、
   前記各温度センサが検出した前記各位置の湯水温度を取得する湯水温度取得手段と、
   隣接する前記温度センサ間の任意の位置の温度を、前記湯水温度取得手段によって取得されたそれら両温度センサ位置の湯水温度を変数としかつ各項の少なくとも一つは前記湯水生成装置の運転時間に応じて決定される係数を有する多次式に基づいて導出する温度センサ間温度導出手段と、
   前記湯水温度取得手段によって取得された前記各位置の湯水温度、および前記温度センサ間温度導出手段によって導出された前記各任意の位置の湯水温度に基づいて前記貯湯槽の残湯量を導出する残湯量導出手段と、を備えたことを特徴とする貯湯システム。
6. 湯水を生成する湯水生成装置と、
   前記湯水を貯湯するとともに湯水使用装置に該湯水を供給する貯湯槽と、
   前記貯湯槽内に上下方向に複数設けられ、その位置の湯水の温度を検出する温度センサと、
   前記湯水生成装置を制御するとともに前記貯湯槽を制御する運転制御装置と、を備え、
   前記運転制御装置は、
   前記各温度センサが検出した前記各位置の湯水温度を取得する湯水温度取得手段と、
   隣接する前記温度センサ間の任意の位置の温度を、前記湯水温度取得手段によって取得されたそれら両温度センサ位置の湯水温度を変数としかつ各項の少なくとも一つは前記湯水生成装置の停止時間に応じて決定される係数を有する多次式に基づいて導出する温度センサ間温度導出手段と、
   前記湯水温度取得手段によって取得された前記各位置の湯水温度、および前記温度センサ間温度導出手段によって導出された前記各任意の位置の湯水温度に基づいて前記貯湯槽の残湯量を導出する残湯量導出手段と、を備えたことを特徴とする貯湯システム。
   
   
   

Images