JP3855912B2 - コジェネレーションシステム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マンションやテナントビル等の複数階層の集合住宅に好適に適用されて、この集合住宅への電力供給と給湯との双方を賄うために用いられるコジェネレーションシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、コジェネレーションシステムとして、ガスエンジンやガスタービン等を動力源として発電すると同時にその際の排熱を温水に変換して蓄熱し給湯や冷暖房に利用する熱電併給システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
一方、上記動力源として燃料電池を用い、この燃料電池の発電の際に発生する排熱（例えば冷却用媒体）との熱交換により給水を加熱して貯湯タンクに貯湯しておき、この貯湯タンク内の貯湯を給湯に供するようにしたコジェネレーションシステムも知られている。
【０００４】
また、このようなコジェネレーションシステムをマンション等の集合住宅に適用する場合には地階等に設置し、１つの大型貯湯タンクから各フロアの各住宅に対しポンプ圧送により給湯するようにすることが考えられている。
【０００５】
【特許文献１】
特公平７−８８８０５号公報。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、排熱を温水に変換して貯湯タンクに貯湯する場合には、その貯湯タンク内の湯水に対する加熱が限界になりそれ以上の排熱回収ができなくなると、冷却能が低下するため燃料電池等による発電を停止するか、発電を継続するには排熱をファン駆動等により大気放熱して冷却するかいずれかにせざるを得ず、燃料電池等の発電のための動力源の稼働率低下や効率低下を招くことになる。つまり、熱電併給といっても、熱回収により貯湯タンクへ貯湯する貯湯運転を行うには発電動作をせざるを得ない一方、発電動作をさせたくても貯湯能力が限界で熱回収できなければ発電動作による電力供給を得ることはできないという特性がある。
【０００７】
その上に、上記の如く集合住宅に適用する場合には地階の貯湯タンクから各フロアへの給湯のために大型のポンプが必要になり、そのポンプの駆動のための電力が必要となる。
【０００８】
このため、本願発明者は集合住宅の各フロア毎にシステムを設置し、各フロア毎に電力需要や給湯需要を賄うことにより問題を解決し得ることを想到するに至ったが、次のような具体的に解決すべき事項が判明した。
【０００９】
すなわち、あるフロアの貯湯タンクが満杯になると発電を続行し得ず、そのフロアに対する電力供給が停止してしまい商用電源に頼らざるを得なくなる。つまり、発電のための動力源がありながら商用電源からの電力供給を受けざるを得なくなってしまう。
【００１０】
その一方、あるフロアでは電力需要が低くて給湯需要が高い、他のフロアでは逆に電力需要が高くて給湯需要が低いというフロア間でのアンバランスが常に生じ易いという特性が集合住宅にはある。前者のフロアでは貯湯タンクの貯湯が減るため動力源を起動させて熱回収による貯湯運転させても同時に出力される電力が余剰（過剰発電）になってしまう一方、後者のフロアでは電力需要に応えるべく発電させても給湯需要が低いため貯湯タンクが直ぐに満杯なりそれ以後の電力供給を行い得なくなってしまう。
【００１１】
また、同じフロアの中であっても、その１つのフロアにある複数の住宅間で電力需要と給湯需要のアンバランスも生じ易い。例えば、そのフロア全体での電力需要は少ないにも拘わらず、ある特定の住宅での給湯使用が極めて多量であるため貯湯タンクへの貯湯運転のためだけに動力源を運転せざるを得ない場合にも、その運転コストはフロア全体の各住宅に均等に課金されることになってしまい、コスト負担の面で不公平が生じ得る。
【００１２】
このコスト負担面での不公平は季節間の需要変動の相違によっても生じ得る。すなわち、夏期は電力需要が大きい割には給湯需要は低く、冬期は逆に電力需要の割には給湯需要は増加するというように、季節により電力と給湯との間で需要変動が生じるにも拘わらず、電力も熱も動力源による発電動作により併給するシステムを適用する場合に電力と給湯とに対する課金を一律に扱うと不合理が生じるおそれがある。
【００１３】
さらに、上記燃料電池等の動力源については耐久性や故障に起因して運転不能にする事態が発生するおそれがある。このような事態が発生しても電力自体は商用電源からの供給が可能ではあるものの、給湯については貯湯タンクへの貯湯が停止してしまうため運転不能になったフロアでは給湯使用が不能になってしまうことになる。
【００１４】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、集合住宅の各フロア毎に個別にシステムを設置し、各フロア毎に電力需要や給湯需要を賄う上で予想される種々の不都合を解決したコジェネレーションシステムを提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明には含まれない、参考発明１では、複数階層を有する集合住宅の２以上の各フロア毎に設置される２以上の個別システムと、この２以上の個別システムを互いに補完するよう運転制御する制御装置とを備えることとする。上記各個別システムとして、熱及び電力を発生させる熱電併給装置と、この熱電併給装置からの出力電力を蓄電し対応するフロアにある各住宅内の電力負荷に給電する給電手段と、上記熱電併給装置から発生する熱を回収し給水との熱交換により温水に変換して貯湯する貯湯タンクと、この貯湯タンクから上記各住宅に給湯する給湯回路と、上記貯湯タンク内の貯湯状況を検出する貯湯状況検出手段と、上記給電手段からの給電状況を検出する給電状況検出手段とを備えることとする。そして、上記２以上の個別システムの各給電手段に、対応する熱電併給装置からの出力電力を他の個別システムの給電手段に対し供給切換えし得る給電切換部を備え、上記制御装置として、上記２以上の個別システムの各貯湯状況検出手段及び各給電状況検出手段からの検出情報の対比に基づいて全個別システムを相互に補完するように各個別システムを運転制御する構成とした。
【００１６】
この参考発明１の場合、集合住宅の各フロア毎に個別システムを設置し、これらの全個別システムを制御装置により運転管理するようにしているため、１つのシステムで集合住宅の全フロアに対する熱電併給を行う場合の大型ポンプを不要にして、集合住宅の階層の多少に拘わらず、つまり多階層であっても、コジェネレーションシステムを容易に適用することが可能になる。しかも、制御装置によって、集合住宅の各フロアに設置された各個別システム毎の給電状況や貯湯状況を各フロア間で対比し、この対比に基づいて全個別システムが相互に補完するように上記各個別システムの運転制御するようにしているため、各フロア間での電力又は給湯の使用状況等にアンバランスが生じても、各個別システムの熱電併給装置を効率よく運転させて熱及び電力の有効利用を図りその利用効率の向上を図ることが可能になる。以上より、集合住宅に適用するコジェネレーションシステムとして好適なものを提供し得る。
【００１７】
ここで、上記の「集合住宅」とは例えばマンション又はテナントビルのことであり、必ずしも住むことを目的とするものではなくても、電力と給湯との双方を使用し、使用した電力及び給湯に対しその料金を支払うユーザー（入居者）が入居可能な建物であればよい。また、上記の「住宅」とは、上記と同様に必ずしも住むことを目的とするものではなくてもよい。さらに、上記の「住宅」とは必ずしも１つ毎の部屋を意味するものではなく、１又は２以上の部屋により構成され、これを占有使用するユーザーが使用した電力及び給湯に対し料金を支払うべき１つの単位を意味する。さらに、１つのフロアには原則として少なくとも１つの住宅があればよく、下記に特に明記する場合を除いて１つのフロアに必ずしも２以上の住宅がある必要はない。以上の解釈は以下の参考発明や各請求項に係る発明において同じである。
【００１８】
上記参考発明１のコジェネレーションシステムの制御装置による各個別システム間の相互補完を図る運転制御としては、具体的には、次の第１〜第６に示す具体構成の採用により種々の相互補完が図られる。
【００１９】
第１としては、上記制御装置として、１の個別システムの給電手段への出力電力を他の１以上の個別システムの給電手段へ供給するように対応する各給電切換部を作動させる構成とすることができる（参考発明２）。この場合には、例えば貯湯タンク内の貯湯が満杯なために熱電併給装置をそれ以上運転続行し得ず、給電のための電力が不足するような他の個別システムに対し、給電需要が少なくかつ熱電併給装置が運転続行している個別システムから余剰な給電電流を供給するように供給切換えすることが可能になる。これにより、電力エネルギーの補完のみならず、熱電併給装置の稼働率の向上や利用効率の向上が図られる上に、電力エネルギーや熱回収エネルギー（貯湯）の最適配分化や有効利用を図ることが可能になる。
【００２０】
第２としては、上記制御装置として、各貯湯状況検出手段からの検出情報に基づいて貯湯タンク内の貯湯量が最少である個別システムの熱電併給装置を起動させて熱回収により貯湯運転する一方、その熱電併給装置からの出力電力を貯湯タンク内の貯湯量が最大である個別システムの給電手段に対し供給するように対応する各給電切換部を切換える構成とすることもできる（参考発明３）。この場合には、熱電併給装置の運転を貯湯タンク内の貯湯量が最小である一の個別システムから開始させ、その熱電併給装置からの熱回収により貯湯を図る一方、その熱電併給装置による出力電力を、貯湯タンク内の貯湯量が満杯なために運転続行できず出力電力が得られない他の個別システムに対し供給するように供給切換えされることになる。これにより、貯湯能力が限界で発電作動させることができない上記他の個別システムに対して上記一の個別システムから余剰の出力電力を供給して補完することが可能になる。その上に、このような電力エネルギーの補完のみならず、上記一の個別システムでの熱電併給装置の稼働率の向上や利用効率の向上が図られる上に、電力エネルギーや熱回収エネルギー（貯湯）の最適配分化や有効利用を図ることが可能になる。
【００２１】
第３としては、上記制御装置として、各貯湯状況検出手段からの検出情報に基づいて貯湯タンク内の貯湯量が最少である個別システムの熱電併給装置を起動させて熱回収により貯湯運転する一方、その熱電併給装置からの出力電力を各給電状況検出手段からの情報に基づいて給電需要に対し給電電力が不足している個別システムの給電手段に対し供給するように対応する各給電切換部を切換える構成とすることもできる（参考発明４）。この場合には、熱電併給装置の運転を貯湯タンク内の貯湯量が最小である一の個別システムから開始させ、その熱電併給装置からの熱回収により貯湯を図る一方、その熱電併給装置による出力電力を、給電電力が不足している他の個別システムに対し供給するように供給切換えされることになる。これにより、給電電力が不足している個別システムに対して上記一の個別システムから余剰の出力電力を供給して補完することが可能になる。しかも、このような電力エネルギーの補完のみならず、上記一の個別システムでの熱電併給装置の稼働率の向上や利用効率の向上が図られる上に、電力エネルギーや熱回収エネルギー（貯湯）の最適配分化や有効利用を図ることが可能になる。
【００２２】
第４としては、上記給電切換部を商用電源へも切換可能に構成し、上記制御装置として、各貯湯状況検出手段からの検出情報に基づいて全貯湯タンク内の貯湯量が設定量以下でありかつ各給電状況検出手段からの検出情報に基づいて全個別システムの各フロアに対する給電需要が充足していることが判明したとき、全個別システムの熱電併給装置を起動させてその熱回収により各フロアの貯湯タンクへの貯湯運転を行う一方、各熱電併給装置からの余剰の出力電力を売電するように各給電切換部を切換える構成とすることもできる（参考発明５）。この場合には、各貯湯タンク内の貯湯量が上記設定量以下であるとき、つまり熱電併給装置の運転が可能な場合には全個別システムの熱電併給装置が起動される。この起動によって熱回収による貯湯が行われ、出力電力は各個別システムでの給電に供される一方、その給電需要が充足していれば商用電源に売電されることになる。これにより、過剰発電になる事態になっても熱電併給装置の運転を続行させ得る一方、給電需要のあるフロアには給電が確保され給電需要が充足しているフロアでは商用電源への売電によりシステム全体の電力供給コストの低減化が図られることになる。
【００２３】
第５としては、上記給電切換部を商用電源へも切換可能に構成し、上記制御装置として、各貯湯状況検出手段からの検出情報に基づいて全貯湯タンク内の貯湯量が最大であることが判明したとき、全個別システムの熱電併給装置の運転を停止させる一方、各給電状況検出手段からの検出情報に基づき給電需要の必要に応じて各個別システムの給電手段が商用電源から電力供給を受けるように給電切換部を商用電源に切換える構成とすることもできる（参考発明６）。この場合には、給電のための電力が必要な場合であっても貯湯タンク内の貯湯量が満杯（最大）なため熱電併給装置の運転が行い得ないにも拘わらず給電需要が高い個別システムにおいては、給電のための電力が商用電源から供給されるように供給切換えされ、該当するフロアに対する給電が確保されることになる。
【００２４】
第６としては、自然エネルギーを利用して発電する自然エネルギー発電装置をさらに備え、上記各個別システムの給電切換部として電力の供給元を上記自然エネルギー発電装置に切換可能でかつ商用電源へも切換可能に構成し、上記制御装置として、電力の供給元として上記自然エネルギー発電装置により発電された電力を優先するように上記給電切換部を切換え、各貯湯状況検出手段からの検出情報に基づいて貯湯タンク内への貯湯が必要であることが判明したとき、貯湯が必要な個別システムの熱電併給装置を運転させて熱回収による貯湯運転を行うと共に電力の供給元としてこの熱電併給装置から出力電力を受けるように対応する給電切換部を切換える一方、全個別システムの各給電状況検出手段からの検出情報に基づき給電需要を超過することになる上記自然エネルギー発電装置及び運転中の熱電併給装置からの余剰電力を売電するように各給電切換部を上記商用電源に切換える構成とすることもできる（参考発明７）。この場合には、自然エネルギー発電装置による発電電力を優先させて自然エネルギーの活用を図り得ると共に、貯湯運転のために熱電併給装置を運転させる必要があっても、上記自然エネルギー発電装置による発電電力を無駄にすることなく商用電源に対し売電してシステム全体の電力供給コストを低減させることが可能になる。
【００２５】
上記の参考発明１〜参考発明７のいずれかのコジェネレーションシステムにおいて、各個別システム毎における熱電併給装置、給電手段、貯湯状況検出手段及び給電状況検出手段と制御装置との間、並びに、各個別システムの給電手段同士の間をそれぞれネットワークを介して互いに通信可能に接続するようにしてもよい（参考発明８）。この場合には、集合住宅に適用したコジェネレーションシステムの運転管理を効率よく行うことが可能になる他、遠近の如何に拘わらずその集合住宅とは離れた場所に制御装置を設置したとしても上記の集合住宅のコジェネレーションシステムの運転管理を容易に行うことが可能になる。
【００２６】
参考発明９では、複数階層を有する集合住宅の２以上の各フロア毎に設置される２以上の個別システムと、この２以上の個別システムの運転を管理する制御装置とを備えることとし、上記各個別システムとして、熱及び電力を発生させる熱電併給装置と、この熱電併給装置からの出力電力を蓄電し対応するフロアにある各住宅の電力負荷に給電する給電手段と、上記熱電併給装置から発生する熱を回収し給水との熱交換により温水に変換して貯湯する貯湯タンクと、この貯湯タンクから上記各住宅に給湯する給湯回路と、上記各住宅毎に設けられ上記給電手段から給電される電力の使用量を積算する電力計とを備えたものとする。また、上記２以上の個別システムの各給電手段は電力供給を受ける供給元を、対応する熱電併給装置からか商用電源からかに相互に切換える給電切換部を備えたものとする。そして、上記制御装置として、各個別システム毎に熱電併給装置の運転状況に応じて上記給電切換部を切換える切換制御部と、各個別システム毎に切換制御部による切換状況に応じて給電が熱電併給装置又は商用電源のいずれの供給元からの電力かを区別する種別信号を対応するフロアにある各住宅の電力計に出力する種別信号出力部と、各個別システム毎に上記種別信号に基づいて供給元別に積算した電力使用量の各積算使用量についての出力を上記電力計から受けて電力使用量に対する住宅毎の課金額を供給元別に異なる課金単価に基づいて演算する課金演算部とを備えることとした。
【００２７】
この参考発明９の場合、各フロア毎に、かつそのフロアにある各住宅毎にその電力使用量が熱電併給装置か商用電源かの供給元別に積算され、その電力使用に対する課金額が上記供給元別に異なる課金単価により演算されることになる。演算された課金額は、各住宅での電力使用量に対する課金を単なる従量だけの一律課金ではなく、そのときどきに使用した電力が熱電併給装置の運転により出力された電力が給電されたものか、あるいは、貯湯タンクの貯湯が満杯のため熱電併給装置を運転し得ずに商用電源からの買電により給電されたものかによって異なる課金単価により演算したものであるため、これを各住宅に課すことによりシステムの運転コストについての各住宅の負担をより公平化することが可能になる。そして、このような公平化のための課金を種別信号出力部からの種別信号に基づいて自動的に実現し得ることになる。
【００２８】
参考発明１０では、複数階層を有する集合住宅の２以上の各フロア毎に設置される２以上の個別システムと、この２以上の個別システムの運転を管理する制御装置とを備えることとし、上記各個別システムとして、熱及び電力を発生させる熱電併給装置と、この熱電併給装置からの出力電力を蓄電し対応するフロアにある各住宅内の電力負荷に給電する給電手段と、上記熱電併給装置から発生する熱を回収し給水との熱交換により温水に変換して貯湯する貯湯タンクと、この貯湯タンクから上記各住宅に給湯する給湯回路と、上記各住宅毎に設けられ上記給電手段から給電される電力の使用量を積算する電力計とを備えたものとする。また、上記２以上の個別システムの各給電手段は電力供給を受ける供給元を、対応する熱電併給装置からか商用電源からかに相互に切換える給電切換部を備えたものとする。そして、上記制御装置として、各個別システム毎に熱電併給装置の運転状況に応じて上記給電切換部を切換える切換制御部と、各個別システム毎に切換制御部による切換状況に応じて給電が熱電併給装置又は商用電源のいずれの供給元からの電力かを区別する種別信号を対応するフロアにある各住宅の電力計に出力する種別信号出力部とを備えるものとし、上記各住宅の電力計として、上記種別信号に基づいて供給元別に電力使用量を積算し、積算された電力使用量に対する課金額を供給元別に異なる課金単価に基づいて演算する課金演算部を備えることとした。
【００２９】
この参考発明１０の場合、課金額の演算を制御装置ではなくて各住宅の電力計に行わせている点でのみ参考発明９と異なるものの、参考発明９と同様の作用が得られる。すなわち、各住宅の電力計において、その住宅での電力使用量が熱電併給装置か商用電源かの供給元別に積算され、その電力使用に対する課金額が上記供給元別に異なる課金単価により演算されることになる。演算された課金額は、各住宅での電力使用量に対する課金を単なる従量だけの一律課金ではなく、そのときどきに使用した電力が熱電併給装置の運転により出力された電力が給電されたものか、あるいは、貯湯タンクの貯湯が満杯のため熱電併給装置を運転し得ずに商用電源からの買電により給電されたものかによって異なる課金単価により演算したものであるため、これを各住宅に課すことによりシステムの運転コストについての各住宅の負担をより公平化することが可能になる。そして、このような公平化のための課金を種別信号出力部からの種別信号に基づいて各住宅の電力計において自動的に実現し得ることになる。
【００３０】
上記の参考発明９又は参考発明１０のコジェネレーションシステムにおいては、さらに、自然エネルギーを利用して発電する自然エネルギー発電装置を備え、上記給電切換部として電力の供給元を上記自然エネルギー発電装置にも切換可能に構成し、上記種別信号出力部として、上記切換制御部による切換状況に応じて給電が熱電併給装置、商用電源又は上記自然エネルギー発電装置のいずれの供給元からの電力かを区別する種別信号を出力する構成とすることもできる（参考発明１１）。この場合には、現在の給電が熱電併給装置からの電力か、熱電併給装置が運転停止中で商用電源から買電した電力か、あるいは、熱電併給装置が運転停止中で自然エネルギー発電装置からの電力かを区別する種別信号が出力され、この供給元別に電力使用量が積算されて供給元別に課金額の演算が行われることになる。そして、この供給元別に課金単価の高い安いの差を付けることで、各フロア毎における各住宅間での電力使用のアンバランスがあっても一律課金に比べ運転コスト負担の不公平をより一層是正し得ることになる。
【００３１】
上記の参考発明９〜参考発明１１のいずれかのコジェネレーションシステムにおいては、上記課金演算部により演算された課金額を供給元別に表示する表示手段を備えるようにしてもよい（参考発明１２）。この場合には、表示手段に表示された供給元別の課金額を見たユーザーに、適正な電力使用に努めるように促すことが可能になる。なお、上記表示手段としては、電力の使用主体であるユーザーが見えるようにすることが好ましく、電力計に設けるようにしてもよいし、他の機器もしくは単独で設けるようにしてもよい。
【００３２】
上記の参考発明９〜参考発明１２のいずれかのコジェネレーションシステムにおいては、各個別システム毎における熱電併給装置、給電手段及び電力計と制御装置との間、並びに、各個別システムの給電手段同士の間をそれぞれネットワークを介して互いに通信可能に接続するようにしてもよい（参考発明１３）。これにより、集合住宅に適用したコジェネレーションシステムの運転管理及び電力使用についての各住宅に対する課金を、遠近の如何に拘わらずその集合住宅とは離れた場所に設置した制御装置により行うことが容易に可能になる。
【００３３】
参考発明１４では、複数階層を有する集合住宅の２以上の各フロア毎に設置される２以上の個別システムと、この２以上の個別システムの運転を管理する制御装置とを備えることとする。上記各個別システムとして、熱及び電力を発生させる熱電併給装置と、この熱電併給装置からの出力電力を蓄電し対応するフロアにある各住宅内の電力負荷に給電する給電手段と、上記熱電併給装置から発生する熱を回収し給水との熱交換により温水に変換して貯湯する貯湯タンクと、この貯湯タンクから上記各住宅に給湯する給湯回路と、上記各住宅毎に設けられ上記貯湯タンクから給湯される給湯の使用量を積算する湯量計とを備えたものとする。また、上記２以上の個別システムの各給電手段は電力供給を受ける供給元を、対応する熱電併給装置からか商用電源からかに相互に切換える給電切換部を備えたものとする。そして、上記制御装置として、各個別システム毎に上記熱電併給装置の運転状況に応じて上記給電切換部を切換える切換制御部と、各個別システム毎に上記熱電併給装置の運転状況に応じてそのフロアにある各住宅での給湯使用が上記熱電併給装置の通常運転中か売電運転中か運転停止中かのいずれの状況下における貯湯タンクからの給湯によるものかを区別する種別信号を上記各住宅の湯量計に出力する種別信号出力部と、上記種別信号に基づいて状況別に積算した給湯使用量についての出力を上記湯量計から受けて給湯使用量に対する各住宅毎の課金額を上記状況別に異なる課金単価に基づいて演算する課金演算部とを備える構成とした。
【００３４】
この参考発明１４の場合、各フロア毎に、そのフロアにある各住宅での給湯使用量が熱電併給装置の通常運転中か、売電運転中か、運転停止中かの状況別に積算され、その給湯使用に対する課金額が上記状況別に異なる課金単価により演算されることになる。演算された課金額は、各住宅での給湯使用量に対する課金を単なる従量だけではなく、その時の使用した給湯がその給湯のために熱電併給装置をわざわざ運転させる必要があったものなのか、あるいは、それ以前の熱電併給のための運転により貯湯されたものからの給湯なのかによって異なる課金単価により演算されているため、これを各住宅に課すことによりシステムの運転コストについての各住宅の負担をより公平化することが可能になる。そして、このような公平化のための課金を種別信号出力部からの種別信号に基づいて自動的に実現し得ることになる。
【００３５】
参考発明１５に係るコジェネレーションシステムの発明では、複数階層を有する集合住宅の２以上の各フロア毎に設置される２以上の個別システムと、この２以上の個別システムの運転を管理する制御装置とを備えこととする。上記各個別システムとして、熱及び電力を発生させる熱電併給装置と、この熱電併給装置からの出力電力を蓄電し対応するフロアにある各住宅内の電力負荷に給電する給電手段と、上記熱電併給装置から発生する熱を回収し給水との熱交換により温水に変換して貯湯する貯湯タンクと、この貯湯タンクから上記各住宅に給湯する給湯回路と、上記各住宅毎に設けられ上記貯湯タンクから給湯される給湯の使用量を積算する湯量計とを備えたものとする。また、上記２以上の個別システムの各給電手段に、電力供給を受ける供給元を、対応する熱電併給装置からか商用電源からかに相互に切換える給電切換部を備える。そして、上記制御装置として、各個別システム毎に上記熱電併給装置の運転状況に応じて上記給電切換部を切換える切換制御部と、各個別システム毎に上記熱電併給装置の運転状況に応じてそのフロアにある各住宅での給湯使用が上記熱電併給装置の通常運転中か売電運転中か運転停止中かのいずれの状況下における貯湯タンクからの給湯によるものかを区別する種別信号を上記各住宅の湯量計に出力する種別信号出力部とを備えるものとする。加えて、上記各住宅の湯量計として、上記種別信号に基づいて状況別に給湯使用量を積算し、積算された給湯使用量に対する課金額を状況別に異なる課金単価に基づいて演算する課金演算部を備えたものとする。
【００３６】
この参考発明１５の場合、課金額の演算を制御装置ではなくて各住宅の湯量計に行わせている点でのみ参考発明１４と異なるものの、参考発明１４と同様の作用が得られる。すなわち、各フロア毎に、各住宅の湯量計において、熱電併給装置の通常運転中か、売電運転中か、運転停止中かの状況別にその住宅での給湯使用量が積算され、その給湯使用に対する課金額が上記状況別に異なる課金単価により演算されることになる。演算された課金額は、各住宅での給湯使用量に対する課金を単なる従量だけではなく、その時の使用した給湯がその給湯のために熱電併給装置をわざわざ運転させる必要があったものなのか、あるいは、それ以前の熱電併給のための運転により貯湯されたものからの給湯なのかによって異なる課金単価により演算されているため、これを各住宅に課すことによりシステムの運転コストについての各住宅の負担をより公平化することが可能になる。そして、このような公平化のための課金を種別信号出力部からの種別信号に基づいて自動的に実現し得ることになる。
【００３７】
上記の参考発明１４又は参考発明１５のコジェネレーションシステムにおいては、自然エネルギーを利用して発電する自然エネルギー発電装置を備えることとし、上記給電切換部に電力の供給元を上記自然エネルギー発電装置にも切換可能な構成を付加し、上記種別信号出力部として、上記切換制御部による切換状況及び上記熱電併給装置の運転状況に応じて各住宅での給湯使用が上記熱電併給装置の通常運転中か売電運転中か運転停止中かの状況別に加え運転停止中であれば上記各住宅への給電の供給元が商用電源又は上記自然エネルギー発電装置のいずれの状況下での給湯によるものかを区別する種別信号を出力する構成を採用するようにしてもよい（参考発明１６）。この場合には、熱電併給装置の通常運転中か、売電運転中か、熱電併給装置が運転停止中で商用電源から電力供給を受けているか、あるいは、熱電併給装置が運転停止中で自然エネルギー発電装置から電力供給を受けているかの各状況を区別する種別信号が出力され、この状況別に給湯使用量が積算されて状況別に課金額の演算が行われることになる。そして、この状況別に課金単価の高い安いの差を付けることで、各フロア毎における各住宅間での給湯使用のアンバランスがあっても一律課金に比べ運転コスト負担の不公平をより一層是正し得ることになる。
【００３８】
上記の参考発明１４〜参考発明１６のいずれかのコジェネレーションシステムにおいては、さらに、上記課金演算部により演算された課金額を状況別に表示する表示手段を備えるようにしてもよい（参考発明１７）。この場合には、表示手段に表示された状況別の課金額を見たユーザーに、適正な給湯使用を促すことが可能になり、特に給湯使用の平準化、ひいては熱電併給装置の稼働の効率化を図り得ることになる。すなわち、例えば給湯使用の状況別に課金単価の高い安いの差を付けることで、課金単価の高い好ましくない状況下での給湯使用を控える一方、課金単価の安い好ましい状況下での給湯使用に努めるようにユーザーを促し得ることになる。なお、上記表示手段としては、給湯の使用主体であるユーザーが見えるようにすることが好ましく、湯量計に設けるようにしてもよいし、他の機器もしくは単独で設けるようにしてもよい。
【００３９】
上記の参考発明１４〜参考発明１７のいずれかのコジェネレーションシステムにおいては、各個別システム毎における熱電併給装置、給電手段及び湯量計と制御装置との間、並びに、各個別システムの給電手段同士の間をそれぞれネットワークを介して互いに通信可能に接続するようにすればよい（参考発明１８）。この場合には、２以上の個別システムと、これらを管理する制御装置とを容易に接続し得る。これにより、集合住宅に適用したコジェネレーションシステムの運転管理や給湯使用についての各住宅に対する課金を、遠近の如何に拘わらずその集合住宅とは離れた場所に設置した制御装置により行うことが容易に可能になる。
【００４０】
なお、上記の参考発明７、参考発明１１又は参考発明１６のコジェネレーションシステムにおける自然エネルギー発電装置としては、太陽光発電装置及び風力発電装置のいずれか一方又は双方を採用することができる（参考発明１９）。ここで太陽光発電装置とは太陽光を受けてその太陽光を光電変換して起電力に変換する発電装置のことであり、風力発電装置とは例えば風力により回転駆動力を得てこれを動力源として発電する発電装置のことである。
【００４１】
本発明として、上記目的を達成するために、請求項１に係るコジェネレーションシステムの発明では、複数階層を有する集合住宅の２以上の各フロア毎に設置される２以上の個別システムと、この２以上の個別システムを互いに補完するよう運転制御する制御装置とを備えることとする。上記各個別システムとして、熱及び電力を発生させる熱電併給装置と、この熱電併給装置からの出力電力を蓄電し対応するフロアにある各住宅内の電力負荷に給電する給電手段と、上記熱電併給装置から発生する熱を回収し給水との熱交換により温水に変換して貯湯する貯湯タンクと、この貯湯タンクから上記各住宅に給湯する給湯回路と、上記熱電併給装置からの熱回収が不能になる異常の発生を検出する異常検出手段とを備えたものとする。上記各熱電併給装置として、発電部と熱回収部とを有する燃料電池にし、各貯湯タンクに給水するための給水タンクを、最も高いフロアに設置されている個別システムよりも上位に設置する。また、上記２以上の個別システムの各貯湯タンクにおいて、給水を受ける側の底部が各フロアを貫通して上下方向に延びる水側縦配管に対し水側開閉弁を介して接続されるようにする一方、上記各貯湯タンクの頂部が各フロアを貫通して上下方向に延びる湯側縦配管に対し湯側開閉弁を介して接続されるようにする。上記湯側縦配管の最上端部を、洗浄用開閉弁を介して上記給水タンクと接続する一方、上記湯側縦配管の最下端部に湯側排水開閉弁を設け、かつ、上記水側縦配管の最下端部に水側排水開閉弁を設ける。そして、上記制御装置として、上記各異常検出手段からいずれかの個別システムの熱電併給装置に異常が発生していることの出力を受けたとき、その個別システムの貯湯タンクと、この貯湯タンクよりも階下の個別システムの貯湯タンクとのそれぞれの水側開閉弁を開作動させて底部同士を連通させかつそれぞれの湯側開閉弁を開作動させて頂部同士を連通させる構成とした。
【００４２】
この請求項１に係る発明の場合、いずれかの個別システムの熱電併給装置に異常が発生したとしても、制御装置による作動制御によって、その貯湯タンクに対し階下の他の貯湯タンクから湯が補給されることになる。すなわち、湯の比重は水のそれよりも低いため、湯側縦配管により連通された階下の貯湯タンクの頂部から湯が湯側縦配管を通して階上の貯湯タンクの頂部側に流動する一方、水側縦配管により連通された階上の貯湯タンクの底部から水が階下の貯湯タンクの底部側に流動する。この結果、湯の不足した階上の貯湯タンクに対し階下の貯湯タンクから湯が補給されることになる。これにより、あるフロアの熱電併給装置が故障等で運転不能になって貯湯不足が生じたとしても、他の個別システムから補完されて貯湯不足が解消されることになる。しかも、このような作用をポンプ駆動を必要とせずに、つまり特別な機器やエネルギー消費を必要とすることなく、湯と水との比重差により実現させ得る。
【００４３】
請求項２に係るコジェネレーションシステムの発明では、複数階層を有する集合住宅の２以上の各フロア毎に設置される２以上の個別システムと、この２以上の個別システムを互いに補完するよう運転制御する制御装置とを備えることとする。上記各個別システムとして、熱及び電力を発生させる熱電併給装置と、この熱電併給装置からの出力電力を蓄電し対応するフロアにある各住宅内の電力負荷に給電する給電手段と、上記熱電併給装置から発生する熱を回収し給水との熱交換により温水に変換して貯湯する貯湯タンクと、この貯湯タンクから上記各住宅に給湯する給湯回路と、上記貯湯タンク内の貯湯状況を検出する貯湯状況検出手段とを備えたものとする。上記各熱電併給装置として、発電部と熱回収部とを有する燃料電池にし、各貯湯タンクに給水するための給水タンクを、最も高いフロアに設置されている個別システムよりも上位に設置する。また、上記２以上の個別システムの各貯湯タンクにおいて、給水を受ける側の底部が各フロアを貫通して上下方向に延びる水側縦配管に対し水側開閉弁を介して接続されるようにする一方、上記各貯湯タンクの頂部が各フロアを貫通して上下方向に延びる湯側縦配管に対し湯側開閉弁を介して接続されるようにする。上記湯側縦配管の最上端部を、洗浄用開閉弁を介して上記給水タンクと接続する一方、上記湯側縦配管の最下端部に湯側排水開閉弁を設け、かつ、上記水側縦配管の最下端部に水側排水開閉弁を設ける。そして、上記制御装置として、上記貯湯状況検出手段からの検出情報に基づいていずれかの個別システムの貯湯タンク内の貯湯量が一時的に不足することが検出されたとき、その個別システムの貯湯タンクと、この貯湯タンクよりも階下の個別システムの貯湯タンクとのそれぞれの水側開閉弁を開作動させて底部同士を連通させかつ湯側開閉弁を開作動させて頂部同士を連通させる構成とした。
【００４４】
この請求項２に係る発明の場合、いずれかの個別システムの貯湯タンク内の貯湯量が一時的に不足したとしても、制御装置による作動制御によって、その貯湯タンクに対し階下の他の貯湯タンクから上述の如く湯が補給されることになる。これにより、異なるフロア間で給湯使用量のアンバランスが生じて貯湯量の偏りが一時的に生じても、異なる個別システム間で補完されて貯湯量の偏りが解消されることになる。しかも、このような作用をポンプ駆動等の特別な機器やエネルギー消費を必要とすることなく、湯と水との比重差により実現させ得る。
【００４５】
上記請求項１又は請求項２のコジェネレーションシステムにおいては、各貯湯タンクに給水するための給水タンクを、最も高いフロアに設置されている個別システムよりも上位に設置し、上記湯側縦配管の最上端部を洗浄用開閉弁を介して上記給水タンクと接続する一方、上記湯側縦配管の最下端部に湯側排水開閉弁を設け、かつ、上記水側縦配管の最下端部に水側排水開閉弁を設けるようにしているため、上下のフロア間での貯湯タンクの湯補充が行われない通常状態では、上記水側縦配管や湯側縦配管の各内部は滞留状態に維持されることになる。このため、例えば定期的に上記洗浄用開閉弁及び湯側排水開閉弁を共に開作動させれば、給水タンクの水が湯側縦配管内を上から下まで流れ、湯側縦配管内の洗浄と、新鮮な湯水との交換とを行うことが可能になる。また、例えば上記水側排水開閉弁を開作動させれば、各貯湯タンクへの上記給水タンクからの給水が水側縦配管内を下まで流れ、水側縦配管内の洗浄と、新鮮な水との交換とを行うことが可能になる。
【００４６】
なお、以上の請求項１又は請求項２のコジェネレーションシステムにおける熱電併給装置として、発電部と熱回収部とを有する燃料電池により構成しているが、その燃料電池としてはその型式を問わず適用し得る。上記発電部は、燃料電池を構成するアノードに水素を含むアノードガスを供給する一方、カソードに酸素を含むカソードガスを供給し、水素と酸素とを電気化学的に反応させて発電を行うようになっている。また、熱回収部としては、発電部の冷却用循環水との熱交換又はアノードガスとして水素リッチな改質ガスを生成する改質器での燃焼熱との熱交換等の種々のものが採用し得る。
【００４７】
（削除）
【００４８】
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【００４９】
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【００５０】
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【００５１】
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【００５２】
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【００５３】
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【００５４】
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【００５５】
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【００５６】
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【００５７】
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【００５８】
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【００５９】
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【００６０】
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【００６１】
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【００６２】
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【００６３】
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【００６４】
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【００６５】
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【００６６】
【発明の効果】
以上、説明したように、請求項１のコジェネレーションシステムによれば、いずれかの個別システムの熱電併給装置に異常が発生したとしても、制御装置による作動制御によって、その貯湯タンクに対し階下の他の貯湯タンクから湯を補給することができる。これにより、あるフロアの熱電併給装置が故障等で運転不能になって貯湯不足が生じたとしても、他の個別システムから補完されて貯湯不足を解消させることができる。しかも、このような作用をポンプ駆動を必要とせずに、つまり特別な機器やエネルギー消費を必要とすることなく、湯と水との比重差により実現させることができる。加えて、上下のフロア間での貯湯タンクの湯補充が行われない通常状態では滞留状態に維持される水側縦配管や湯側縦配管の各内部を、洗浄したり新鮮な湯又は水と交換したりすることを容易実現させることができる。
【００６７】
請求項２のコジェネレーションシステムによれば、いずれかの個別システムの貯湯タンク内の貯湯量が一時的に不足したとしても、制御装置による作動制御によって、その貯湯タンクに対し階下の他の貯湯タンクから湯を補給することができる。これにより、異なるフロア間で給湯使用量のアンバランスが生じて貯湯量の偏りが一時的に生じても、異なる個別システム間で補完されて貯湯量の偏りを解消させることができる。しかも、このような作用をポンプ駆動等の特別な機器やエネルギー消費を必要とすることなく、湯と水との比重差により実現させることができる。加えて、上下のフロア間での貯湯タンクの湯補充が行われない通常状態では滞留状態に維持される水側縦配管や湯側縦配管の各内部を、洗浄したり新鮮な湯又は水と交換したりすることを容易実現させることができる。
【００６８】
（削除）
【００６９】
（削除）
【００７０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００７１】
図１は、本発明の実施形態に係るコジェネレーションシステムを示し、Ｘは多層階（図１の例には３階のものを図示）の集合住宅、１は１階フロアに設置した１階用個別システム、２は２階フロアに設置した２階用個別システム、３は３階フロアに設置した３階用個別システム、４ａは自然エネルギー発電装置としての風力発電装置、４ｂはソーラパネルを備えた自然エネルギー発電装置としての太陽光発電装置、５は屋上に設置され水道本管から給水された水道水を貯留する給水タンクである。上記の全個別システム１，２，３は図２に示すように制御装置６により全ての運転管理が制御されるようになっている。この制御装置６は集合住宅Ｘとは離れた管理会社内に設置されたものであり、制御装置６と、各個別システム１，２，３とは専用線あるいはルータを介した接続を用いたＷＡＮ（Wide Area Network）等のネットワークを介して双方向通信可能に接続されている。
【００７２】
上記集合住宅Ｘは、各フロアに１又は２以上の住宅Ｙ，Ｙ，…が設けられており、各住宅Ｙには図３にも示すように電力計（電気メータ）１１、給湯と給水とを混合して温調後の湯水を各カランに供給するミキシング装置１２、上記給湯用の湯量計（湯量メータ）１３及び水量計（水道メータ）１４が配設されている。なお、図１には、１階フロアに２つの住宅Ｙ，Ｙ、２階フロアに４つの住宅Ｙ，Ｙ，…、３階フロアに同じく４つの住宅Ｙ，Ｙ，…がそれぞれ設けられた例を図示しているが、住宅Ｙの数は１又は２以上あればよい。また、この各住宅Ｙは、１つの区画を意味し１又は２以上の部屋により構成されたものである。
【００７３】
上記各住宅Ｙ内の電力計１１は、図４に示すように電力使用量を後述の種別信号の出力を受けて給電の供給元別に積算する積算部１１１と、この積算部１１１により積算された供給元別の電力使用量に対し供給元毎に異なる課金単価を乗じて課金額を供給元別に演算する課金演算部１１２と、その供給元別及び課金額を表示する表示部１１３とを備えて構成されている。また、上記各住宅Ｙ内の湯量計１３は、湯量使用量を後述の種別信号の出力を受けて現在の給湯使用量が後述の燃料電池ユニット１５の運転中か運転停止中かのいずれの状況下での給湯であるかの状況別に積算する積算部１３１と、この積算部１３１により積算された状況別の給湯使用量に対し状況毎に異なる課金単価を乗じて課金額を状況別に演算する課金演算部１３２と、その状況別及び課金額を表示する表示部１３３とを備えて構成されている。
【００７４】
上記各個別システム１，２，３は、上記電力計１１や湯量計１３の他に、図５にも示すように、熱電併給装置としての燃料電池ユニット１５と、この燃料電池ユニット１５の発電部により発電された出力電力を蓄電し対応するフロアの各住宅Ｙ内の電気負荷に給電する給電手段としての給電装置１６と、この給電装置１６から各住宅Ｙの電気負荷に対し上記電力計１１を介して給電する給電ライン１７と、上記燃料電池ユニット１５の熱回収部により回収された熱（例えば冷却水の熱）との熱交換により給水を温水（湯）に変換して貯湯する貯湯タンク１８と、この貯湯タンク１８から各住宅Ｙの上記ミキシング装置１２に貯湯を給湯する給湯回路としての給湯配管１９と、各住宅Ｙのミキシング装置１２に給水する給水配管２０とを備えて構成されている。
【００７５】
上記燃料電池ユニット１５は図６に示すように発電部１５１と、この発電部１５１の冷却循環水から熱を回収する熱回収部１５２とを備え、発電部１５１からの出力電力は出力ライン１５３を通して上記給電装置１６に送られるようになっている。また、上記熱回収部１５２の熱交換器に対し貯湯タンク１８の底部から導出した湯水を通すことにより熱交換加熱され、加熱後に貯湯タンク１８の頂部に戻されて貯湯するようになっている。また、上記燃料電池ユニット１５には、その熱回収部１５２による熱回収が不能になるような異常状態（例えば発電不能等）に陥ったことを検出する異常検出手段１５４が設けられている。
【００７６】
上記給電装置１６は給電切換部１６１と、該当するフロア内の各住宅Ｙへの給電状況（該当する個別システム内の総給電量；総給電需要量）を検出する給電状況検出手段１６２とを備えている。そして、上記給電装置１６は、商用電源（符号Ｅ参照）、上記風力発電装置４ａ及び太陽光発電装置４ｂと、他の個別システムの給電装置１６，１６とも接続されており、上記給電切換部１６１による切換えにより電力供給を受ける供給元（該当する燃料電池１５、風力発電装置４ａ、太陽光発電装置４ｂ、商用電源Ｅからの買電、あるいは、他の個別システムの給電装置１６からの補充）の切換えや、供給を受けた電力の供給先（該当するフロアへの給電、商用電源Ｅへの売電、あるいは、他の個別システムの給電装置１６への補充）の切換えを行うようになっている。なお、上記の風力発電装置４ａや太陽光発電装置４ｂからなる自然エネルギー発電装置４は風や太陽光が発電可能な程度にあるときには発電運転を自動的に行い、各個別システム１，２，３の給電装置１６，１６，…にその出力電力を振り分けて供給するようになっている。
【００７７】
上記貯湯タンク１８には貯湯状況検出手段１８１が設けられている。この貯湯状況検出手段１８１は上記貯湯タンク１８内の底部（下部）近傍の貯湯の温度を検出する温度センサや、あるいは、上記貯湯タンク１８の底部から貯湯レベル毎の各位置に設けた複数の温度センサにより構成されている。
【００７８】
一方、上記給水タンク５からは給水源配管５１が下方に延ばされて３階〜１階の各個別システム３，２，１の各給水配管２０に連通されており（図１及び図５参照）、この給水源配管５１により各給水配管２０に給水するようになっている。また、上記給水源配管５１は３階フロアの貯湯タンク１８の頂部と洗浄用開閉弁５２及び湯側開閉弁７１（図１参照）を介して連通接続され、洗浄用開閉弁５２と湯側開閉弁７１との中間位置から湯側縦配管７が下方に延び、その下端が湯側排水開閉弁７２を介して排水路に連通されている。さらに、１階〜３階の各フロアの貯湯タンク１８，１８，１８の底部には上記給水源配管５１からそれぞれ逆止弁５３（図５参照）を介して給水管５４が接続されており、この給水管５４，５４，５４からそれぞれ水側開閉弁８１を介して分岐して下方に延びる水側縦配管８が配設され、その下端が水側排水開閉弁８２を介して上記排水路に連通されている。
【００７９】
以上の各個別システム１，２，３において、上記燃料電池ユニット１５、給電装置１６、ミキシング装置１２，１２，…、電力計１３，１３，…、及び、湯量計１４，１４，…がＬＡＮ（Local Area Network）ケーブル９によりＬＡＮ接続され、さらに、３つの個別システム１，２，３がルータ９１（図１参照）を介して上述の如く外部の制御装置６とＷＡＮ接続されている。そして、この制御装置６により集合住宅Ｘ全体の各個別システム１，２，３の運転管理制御が行われるようになっている。
【００８０】
具体的には、上記制御装置６（図２参照）は切換制御部６１と、種別信号出力部６２と、貯湯補給制御部６３とを備えている。上記切換制御部６１は、各個別システム１，２，３毎に、給電状況検出手段１６２及び貯湯状況検出手段１８１からの検出情報を受けて、燃料電池ユニット１５の起動・停止の運転切換制御と、給電装置１６の給電切換部１６１の切換制御とを行うようになっている。また、上記種別信号出力部６２は、上記切換制御部６１からの切換制御情報を受けて各住宅Ｙの電力計１１に対し現在の給電電力がいずれの供給元からかの供給元別の種別信号を出力する一方、各住宅Ｙ内の湯量計１３に対し現在の給湯が燃料電池ユニット１５の運転中か停止中かの状況別の種別信号を出力する信号出力制御を行うようになっている。さらに、上記貯湯補給制御部６３は、上記異常検出手段１５４又は貯湯状況検出手段１８１からの検出情報を受けて湯側及び水側開閉弁７１，８１を開作動させて貯湯タンク１８と階下の他の貯湯タンク１８との間で貯湯の移動による補給を行う貯湯補給制御を行うようになっている。
【００８１】
次に、上記切換制御部６１による、あるフロアの個別システムにおける電力供給（電源供給）についての切換制御例を図７のフローチャートを参照しつつ説明する。なお、図７で「ｎ階」と表示したものは何階のフロア（個別システム）かを表し、変数ｉ（本実施形態では３階建てであるためｉ＝１〜３）を用いて１階、２階又は３階を表すようにしたものである。
【００８２】
まず、ｎ階の貯湯タンク１８の下部温度は設定高貯湯温度Ｔｍ℃以上あるか否かを貯湯状況検出手段１８１からの検出情報（検出温度）に基づいて判定する（ステップＳ１）。つまり、貯湯タンク１８内が熱回収部１８２によってはそれ以上加熱できない温度の貯湯で満杯状態になっているか否かを判定する。上記Ｔｍ℃よりも低くてまだ熱回収部１８２での熱回収による貯湯が可能であれば、ｎ階の発電量（ｎ階の燃料電池ユニット１８の発電部１８１からの出力電力）は発電部１８１が最大能力で稼働されている状態か否かの判定を行い（ステップＳ１でＮＯ、ステップＳ２）、最大発電量の状態であればステップＳ４にそのまま進み（ステップＳ２でＹＥＳ）、最大発電量よりも低ければ最大能力で発電稼働して過剰発電分に相当する余剰電力を他の階の個別システム１，２又は３の給電装置１６へ電源として供給する給電切換えを行った上で（ステップＳ２でＮＯ，ステップＳ３）、ステップＳ４に進む。ステップＳ４では、ｎ階の電源電力として供給可能な総電源供給量が、そのｎ階の給電需要量から自然エネルギー発電装置４による出力電力がｎ階に振り分けられた供給電力Ｐｎを差し引いた電力値よりも大きいか否かの判定を行う。上記総電源供給量の方が大きければそれで満たされているためリターンし（ステップＳ４でＹＥＳ）、上記総電源供給量の方が小さければステップＳ５以降に進んで対策を行う（ステップＳ４でＮＯ）。
【００８３】
上記のステップＳ１で貯湯タンク１８の下部温度がＴｍ℃以上であれば、つまり、これ以上の熱回収は不能である場合には、ステップＳ５で「ｉ」に「１」を設定し、上記のステップＳ１〜Ｓ４での「ｎ」がｉ（ｉ＝１）ではないことの確認を行う（ステップＳ６）。ｎ階が１階であれば後述のステップＳ１１に進み、ｎ階が１階ではなければ、つまりステップＳ１〜Ｓ４でのｎ階が１階ではなく１階以外の個別システム２又は３での貯湯タンク１８や電力についての確認であれば、ステップＳ７に進んでまずｉ階（１階）の貯湯タンク１８の下部温度は設定高貯湯温度Ｔｍ℃以上あるか否かを貯湯状況検出手段１８１からの検出情報（検出温度）に基づいて上記のステップＳ１と同様に判定する。
【００８４】
上記Ｔｍ℃よりも低くてまだ熱回収部１５２での熱回収による貯湯が可能であれば、ｉ階（１階）の発電量（ｉ階の燃料電池ユニット１５の発電部１５１からの出力電力）は発電部１５１が最大能力で稼働されている状態か否かの判定を行う（ステップＳ７でＮＯ、ステップＳ８）。最大発電量の状態であればステップＳ１１に進み、最大発電量よりも低ければ最大能力で発電稼働して過剰発電分に相当する余剰電力をｉ階の個別システム１から他のｎ階の個別システム２又は３の給電装置１６へ電源として供給する給電切換えを行う（ステップＳ９）。そして、電源供給したｎ階における電源電力として供給可能な総電源供給量が、そのｎ階の給電需要量から自然エネルギー発電装置４による出力電力がｎ階に振り分けられた供給電力Ｐｎを差し引いた電力値よりも大きいか否かの判定を行う（ステップＳ１０）。上記総電源供給量の方が大きければそれで満たされているためリターンし（ステップＳ１０でＹＥＳ）、上記総電源供給量の方が小さければステップＳ１１以降に進む（ステップＳ１０でＮＯ）。
【００８５】
ステップＳ１１では「ｉ」の値として１を加算し、上記ｎ階の「ｎ」がｉ（ｉ＝２）よりも小さいか否か、つまり上記のｎ階が１階であるか否かを確認し、ｉ以上であれば（つまりｎ階が１階ではなければ）、上記のステップＳ６に戻りステップＳ６以降の処理を繰り返して「ｉ」の値にさらに１を加算する（ステップＳ１１）。「ｎ」がｉよりも小さければ（つまりｎ階が１階であれば）、ｎ階（１階）における電源電力として供給可能な総電源供給量が、そのｎ階の給電需要量から自然エネルギー発電装置４による出力電力がｎ階に振り分けられた供給電力Ｐｎを差し引いた電力値以下であるか否かの判定を行う（ステップＳ１３）。上記総電源供給量の方が大きければそれで満たされているためリターンし（ステップＳ１３でＮＯ）、上記総電源供給量の方が小さければｎ階への電源供給量の不足分を補うべくｎ階の給電装置１６に対し商用電源Ｅからの買電により電力供給されるよう切換制御を行いリターンする（ステップＳ１０でＹＥＳ、ステップＳ１４）。
【００８６】
以上の切換制御の他に切換制御部６１による切換制御によって次のような処理を行うことができる。
【００８７】
すなわち、各貯湯状況検出手段１８１からの検出情報に基づいて貯湯タンク１８内の貯湯量が最少である個別システムの燃料電池ユニット１５を起動させて熱回収部１５２での熱回収により貯湯運転する一方、その発電部１５１からの出力電力を貯湯タンク１８内の貯湯量が満杯状態であるが故に発電し得ない他の個別システムの給電手段１６、あるいは、総電源供給量が不足している他の個別システムの給電装置１６に対し供給するように対応する各給電切換部１６１を切換えて電源電力を補完することができる。各燃料電池ユニット１５の運転や自然エネルギー発電装置４の運転による出力電力では電力需要量を満たすことができない個別システムに対しては商用電源Ｅからの買電に切換えて上記各燃料電池ユニット１５を補完して電力需要量を満たすことができる。逆に上記各燃料電池ユニット１５の運転や自然エネルギー発電装置４の運転による出力電力がその個別システム内での電力需要量を満たした上に余剰が生じる場合には、商用電源Ｅに対し売電するように切換えることができる。
【００８８】
なお、雨天や夜間、あるいは、無風状態のときのように自然エネルギー発電装置４による発電が不能の場合には、上述のＰｎがゼロとされてステップＳ４、Ｓ１０、Ｓ１３での判定が行われる。従って、自然エネルギー発電装置４を集合住宅Ｘに設置しない場合であっても、本制御装置６による運転管理制御を適用することができる。
【００８９】
次に、上記種別信号出力部６２からの種別信号に基づく電力計１１及び湯量計１３による課金表示制御について図８及び図９のフローチャートを参照しつつ説明する。
【００９０】
まず、電力計１１による電力課金の場合には、給電切換制御部６１からの切換制御情報に基づいて現在の給電電力の供給元が自然エネルギー発電装置４か、燃料電池ユニット１５か、又は、商用電源Ｅかの種別信号が上記種別信号出力部６２から出力される。そして、図８に示すように、自然エネルギー発電装置４による発電中であれば、その電力使用量Ｐ１を積算部１１１でカウント（積算）する（ステップＳ２１でＹＥＳ、ステップＳ２２）。そして、自然エネルギーによる電気代が自然エネルギー発電用の課金単価（自然エネルギー発電の１ｋＷ当たりの設備費＋維持費）に電力使用量Ｐ１（単位ｋＷ）を乗じることにより演算され、ステップＳ２４に進む（ステップＳ２３）。
【００９１】
また、ステップＳ２１で現在が自然エネルギー発電中ではなくて燃料電池ユニット１５による発電中（コジェネ発電中）であれば、その電力使用量Ｐ２を積算部１１１でカウントする（ステップＳ２１でＮＯ、ステップＳ２５でＹＥＳ、ステップＳ２６）。そして、コジェネ発電による電気代がコジェネ発電用の課金単価（コジェネ発電の１ｋＷ当たりの設備費＋維持費＋燃料費）に電力使用量Ｐ２（単位ｋＷ）を乗じた金額から売電分配代金を差し引くことにより演算され、ステップＳ２４に進む（ステップＳ２７）。なお、上記の燃料費とは、燃料電池ユニット１５の発電部１５１へ水素リッチの改質ガスを供給するために改質器で改質される原燃料ガスの費用のことである。
【００９２】
さらに、ステップＳ２５で現在がコジェネ発電中ではなくて商用電源Ｅからの買電中であれば、その電力使用量Ｐ３を積算部１１１でカウントする（ステップＳ２５でＮＯ、ステップＳ２８）。そして、商用電源Ｅの電気代が商用電源用の基本料金と１ｋＷ当たりの課金単価に電力使用量Ｐ３（単位ｋＷ）を乗じた料金との合計により演算され、ステップＳ２４に進む（ステップＳ２９）。
【００９３】
そして、ステップＳ２４では上記の自然エネルギーによる電気代、コジェネ発電による電気代、及び、商用電源Ｅの電気代の総和により課金の総額が演算され、この総額と、各電力の供給元別の電気代とが表示部１１３に表示される。上記の各電気代の演算及び総額の演算が課金演算部１１２において実行される。なお、課金単価は商用電源が最も高く、次にコジェネ発電が安く、自然エネルギー発電がコジェネ発電と同じかさらに安く設定されている。
【００９４】
次に、湯量計１３による湯量課金の場合には、給電切換制御部６１の制御情報を受けた給電状況検出手段１６２からの検出情報に基づいて燃料電池ユニット１５による発電（コジェネ発電）の状況が発電中か、停止中か、又は、商用電源Ｅへの売電のための発電中（売電発電中）かの種別信号が上記種別信号出力部６２から出力される。そして、図９に示すように、上記種別信号に基づいてコジェネ発電の状況を確認し（ステップＳ３１）、コジェネ発電中であれば、その給湯の使用湯量Ｑ１を積算部１３１でカウント（積算）し（ステップＳ３２）、コジェネ発電用の湯量代金１を使用湯量Ｑ１に１ｍ３当たりの課金単価１を乗じて演算し、ステップＳ３４に進む（ステップＳ３３）。
【００９５】
また、ステップＳ３１で現在が売電発電中であれば、給湯の使用湯量Ｑ２を積算部１３１でカウントし（ステップＳ３５）、売電発電用の湯量代金２を使用湯量Ｑ２に１ｍ３当たりの課金単価２を乗じて演算し、ステップＳ３４に進む（ステップＳ３６）。
【００９６】
さらに、ステップＳ３１で現在が発電停止中であれば、給湯の使用湯量Ｑ３を積算部１３１でカウントし（ステップＳ３７）、発電停止用の湯量代金３を使用湯量Ｑ３に１ｍ３当たりの課金単価３を乗じて演算し、ステップＳ３４に進む（ステップＳ３８）。
【００９７】
そして、ステップＳ３４では上記の湯量代金１、湯量代金２及び湯量代金３の総和により課金の総額が演算され、この総額と、発電状況別の各湯量代金１，２，３とが表示部１３３に表示される。上記の各湯量代金１〜３の演算及び総額の演算が課金演算部１３２において実行される。ここで、上記の課金単価１〜３は、課金単価２＞課金単価１＞課金単価３というように高い安いの設定とされている。すなわち、売電発電中というように給湯確保のためにわざわざ過剰発電をしなければならない最も効率の悪い状態での給湯使用の課金単価２を高くして、このような状態での給湯使用を抑制しつつ、発電停止中というように貯湯の給湯使用が少なくコジェネ発電しなくても済む稼働効率の低い状態での課金単価３を安くして燃料電池システム１５の稼働効率を高め得るように、ユーザーに促すことができる。
【００９８】
次に、上記貯湯補給制御部６３による貯湯補給制御を詳細に説明すると、ある個別システム１，２又は３において異常検出手段１５４からの異常検出情報の出力を受けたとき、つまり熱回収による貯湯タンク１８への貯湯を行いたくても不能なとき、又は、貯湯状況検出手段１８１からの検出情報に基づき貯湯タンク１８内の給湯用の貯湯が不足していることを検出したときに、上記貯湯制御が行われて上記貯湯タンク１８内に階下の他の個別システムの貯湯タンク１８から貯湯の補給が行われて貯湯不足が解消されるようになっている。
【００９９】
具体的には、例えば貯湯が不能又は不足している貯湯タンク１８を図５の２階の個別システム２の貯湯タンク（以下「２階貯湯タンク」という）１８と仮定し、階下の貯湯量が十分にある貯湯タンク１８を１階の貯湯タンク（以下「１階貯湯タンク」という）１８と仮定すると、２階貯湯タンク１８の湯側開閉弁７１と１階貯湯タンク１８の湯側開閉弁７１とを共に開作動させて両貯湯タンク１８，１８の頂部同士を湯側縦配管７を通して互いに連通させる一方、２階貯湯タンク１８の水側開閉弁８１と１階貯湯タンク１８の水側開閉弁８１とを共に開作動させて両貯湯タンク１８，１８の底部同士を水側縦配管８を通して互いに連通させる。すると、湯の比重は水のそれよりも低いため、その比重差によって１階貯湯タンク１８の頂部から湯が湯側縦配管７を通して２階貯湯タンク１８の頂部側に流動する一方、水側縦配管により連通された２階貯湯タンク１８の底部から水が１階貯湯タンク１８の底部側に流動する。この結果、湯の不足した２階貯湯タンク１８に対し湯が十分にある１階貯湯タンク１８から湯が補給されることになる。
【０１００】
最後に、上記の湯側縦配管７や水側縦配管８の各内部は通常時には湯水が滞留している状態に維持されるため、これを定期的に洗浄して新鮮な湯又は水と交換するメンテナンスが必要になる。この洗浄メンテナンスとしては、湯側縦配管７については洗浄用開閉弁５２（図１参照）及び湯側排水開閉弁７２を用いて行い、水側縦配管８については水側排水開閉弁８２及び最上階（本実施形態の場合は３階）の水側開閉弁８１を用いて行うことができるようになっている。
【０１０１】
すなわち、上記洗浄用開閉弁５２及び湯側排水開閉弁７２を共に開作動させると、給水タンク５の水が給水源配管５１及び開状態の洗浄用開閉弁５２を通して湯側縦配管７内に流れ込み、湯側縦配管７内を流下した水が開状態の湯側排水開閉弁７２を通して排水路に排水されることになる。また、上記水側排水開閉弁８２及び３階の水側開閉弁８１を共に開作動させると、給水源配管５１、３階の逆止弁５３、給水管５４及び開状態の水側開閉弁８１を通して給水タンク５の水が水側縦配管８内に流れ込み、水側縦配管８内を流下した水が開状態の水側排水開閉弁８２を通して排水路に排水されることになる。
【０１０２】
＜他の実施形態＞
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の実施形態を包含するものである。すなわち、本発明が適用される複数階層の集合住宅としては少なくとも２階（２フロア）以上であればよく、１０階以上もしくは２０階以上の高層の集合住宅も含まれる。高層のように階層が多いほど各個別システム間の補完制御による最適配分化の効果の度合も高くなる。
【０１０３】
また、制御装置６は集合住宅Ｘ毎に設置してもよい。この場合には、ＷＡＮ等のネットワークを介して管理会社に対し運転状況データのみを送出させることにより、多数の集合住宅毎の運転状況を管理会社にて把握することができる。
【０１０４】
熱電併給装置としては、燃料電池ユニット１５以外に例えばガスエンジン又はガスタービン等の動力源に熱回収部を組み合わせたものを用いてもよい。
【０１０５】
給湯使用及び／又は電力使用に対する課金演算を電力計１１及び／又は湯量計１３の課金演算部１１２，１３２ではなくて、制御装置６に設けた課金演算部６４（図２参照）により行わせるようにしてもよい。この場合には課金演算部６４により演算した課金額を表示部１１３，１３３に送信して表示させるようにすればよい。なお、上記の電力計１１と同様の技術を電流計に適用して使用電流量を積算して課金するようにしてもよい。
【０１０６】
ＬＡＮケーブル９の代わりに無線ＬＡＮを用いたり、制御装置６との相互通信を専用回線もしくは通信衛星回線等を用いたりしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態を示す断面模式図である。
【図２】 制御装置と各個別システムとのブロック図である。
【図３】 図１の部分拡大図である。
【図４】 電力計及び湯量計のブロック図である。
【図５】 図２とは異なる部分の図１の部部拡大図である。
【図６】 給電装置等のブロック図である。
【図７】 切換制御部等の制御内容の一部を示すフローチャートである。
【図８】 電力課金の処理を示すフローチャートである。
【図９】 湯量課金の処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ １階用個別システム
２ ２階用個別システム
３ ３階用個別システム
５ 給水タンク
６ 制御装置
７ 湯側縦配管
８ 水側縦配管
１５ 燃料電池ユニット（熱電併給装置）
１６ 給電装置（給電手段）
１８ 貯湯タンク
１９ 給湯配管（給湯回路）
５２ 洗浄用開閉弁
７１ 湯側開閉弁
７２ 湯側排水開閉弁
８１ 水側開閉弁
８２ 水側排水開閉弁
１５１ 発電部
１５２ 熱回収部
１５４ 異常検出手段
１８１ 貯湯状況検出手段
Ｅ 商用電源
Ｘ 集合住宅
Ｙ 住宅
【発明の属する技術分野】
本発明は、マンションやテナントビル等の複数階層の集合住宅に好適に適用されて、この集合住宅への電力供給と給湯との双方を賄うために用いられるコジェネレーションシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、コジェネレーションシステムとして、ガスエンジンやガスタービン等を動力源として発電すると同時にその際の排熱を温水に変換して蓄熱し給湯や冷暖房に利用する熱電併給システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
一方、上記動力源として燃料電池を用い、この燃料電池の発電の際に発生する排熱（例えば冷却用媒体）との熱交換により給水を加熱して貯湯タンクに貯湯しておき、この貯湯タンク内の貯湯を給湯に供するようにしたコジェネレーションシステムも知られている。
【０００４】
また、このようなコジェネレーションシステムをマンション等の集合住宅に適用する場合には地階等に設置し、１つの大型貯湯タンクから各フロアの各住宅に対しポンプ圧送により給湯するようにすることが考えられている。
【０００５】
【特許文献１】
特公平７−８８８０５号公報。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、排熱を温水に変換して貯湯タンクに貯湯する場合には、その貯湯タンク内の湯水に対する加熱が限界になりそれ以上の排熱回収ができなくなると、冷却能が低下するため燃料電池等による発電を停止するか、発電を継続するには排熱をファン駆動等により大気放熱して冷却するかいずれかにせざるを得ず、燃料電池等の発電のための動力源の稼働率低下や効率低下を招くことになる。つまり、熱電併給といっても、熱回収により貯湯タンクへ貯湯する貯湯運転を行うには発電動作をせざるを得ない一方、発電動作をさせたくても貯湯能力が限界で熱回収できなければ発電動作による電力供給を得ることはできないという特性がある。
【０００７】
その上に、上記の如く集合住宅に適用する場合には地階の貯湯タンクから各フロアへの給湯のために大型のポンプが必要になり、そのポンプの駆動のための電力が必要となる。
【０００８】
このため、本願発明者は集合住宅の各フロア毎にシステムを設置し、各フロア毎に電力需要や給湯需要を賄うことにより問題を解決し得ることを想到するに至ったが、次のような具体的に解決すべき事項が判明した。
【０００９】
すなわち、あるフロアの貯湯タンクが満杯になると発電を続行し得ず、そのフロアに対する電力供給が停止してしまい商用電源に頼らざるを得なくなる。つまり、発電のための動力源がありながら商用電源からの電力供給を受けざるを得なくなってしまう。
【００１０】
その一方、あるフロアでは電力需要が低くて給湯需要が高い、他のフロアでは逆に電力需要が高くて給湯需要が低いというフロア間でのアンバランスが常に生じ易いという特性が集合住宅にはある。前者のフロアでは貯湯タンクの貯湯が減るため動力源を起動させて熱回収による貯湯運転させても同時に出力される電力が余剰（過剰発電）になってしまう一方、後者のフロアでは電力需要に応えるべく発電させても給湯需要が低いため貯湯タンクが直ぐに満杯なりそれ以後の電力供給を行い得なくなってしまう。
【００１１】
また、同じフロアの中であっても、その１つのフロアにある複数の住宅間で電力需要と給湯需要のアンバランスも生じ易い。例えば、そのフロア全体での電力需要は少ないにも拘わらず、ある特定の住宅での給湯使用が極めて多量であるため貯湯タンクへの貯湯運転のためだけに動力源を運転せざるを得ない場合にも、その運転コストはフロア全体の各住宅に均等に課金されることになってしまい、コスト負担の面で不公平が生じ得る。
【００１２】
このコスト負担面での不公平は季節間の需要変動の相違によっても生じ得る。すなわち、夏期は電力需要が大きい割には給湯需要は低く、冬期は逆に電力需要の割には給湯需要は増加するというように、季節により電力と給湯との間で需要変動が生じるにも拘わらず、電力も熱も動力源による発電動作により併給するシステムを適用する場合に電力と給湯とに対する課金を一律に扱うと不合理が生じるおそれがある。
【００１３】
さらに、上記燃料電池等の動力源については耐久性や故障に起因して運転不能にする事態が発生するおそれがある。このような事態が発生しても電力自体は商用電源からの供給が可能ではあるものの、給湯については貯湯タンクへの貯湯が停止してしまうため運転不能になったフロアでは給湯使用が不能になってしまうことになる。
【００１４】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、集合住宅の各フロア毎に個別にシステムを設置し、各フロア毎に電力需要や給湯需要を賄う上で予想される種々の不都合を解決したコジェネレーションシステムを提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明には含まれない、参考発明１では、複数階層を有する集合住宅の２以上の各フロア毎に設置される２以上の個別システムと、この２以上の個別システムを互いに補完するよう運転制御する制御装置とを備えることとする。上記各個別システムとして、熱及び電力を発生させる熱電併給装置と、この熱電併給装置からの出力電力を蓄電し対応するフロアにある各住宅内の電力負荷に給電する給電手段と、上記熱電併給装置から発生する熱を回収し給水との熱交換により温水に変換して貯湯する貯湯タンクと、この貯湯タンクから上記各住宅に給湯する給湯回路と、上記貯湯タンク内の貯湯状況を検出する貯湯状況検出手段と、上記給電手段からの給電状況を検出する給電状況検出手段とを備えることとする。そして、上記２以上の個別システムの各給電手段に、対応する熱電併給装置からの出力電力を他の個別システムの給電手段に対し供給切換えし得る給電切換部を備え、上記制御装置として、上記２以上の個別システムの各貯湯状況検出手段及び各給電状況検出手段からの検出情報の対比に基づいて全個別システムを相互に補完するように各個別システムを運転制御する構成とした。
【００１６】
この参考発明１の場合、集合住宅の各フロア毎に個別システムを設置し、これらの全個別システムを制御装置により運転管理するようにしているため、１つのシステムで集合住宅の全フロアに対する熱電併給を行う場合の大型ポンプを不要にして、集合住宅の階層の多少に拘わらず、つまり多階層であっても、コジェネレーションシステムを容易に適用することが可能になる。しかも、制御装置によって、集合住宅の各フロアに設置された各個別システム毎の給電状況や貯湯状況を各フロア間で対比し、この対比に基づいて全個別システムが相互に補完するように上記各個別システムの運転制御するようにしているため、各フロア間での電力又は給湯の使用状況等にアンバランスが生じても、各個別システムの熱電併給装置を効率よく運転させて熱及び電力の有効利用を図りその利用効率の向上を図ることが可能になる。以上より、集合住宅に適用するコジェネレーションシステムとして好適なものを提供し得る。
【００１７】
ここで、上記の「集合住宅」とは例えばマンション又はテナントビルのことであり、必ずしも住むことを目的とするものではなくても、電力と給湯との双方を使用し、使用した電力及び給湯に対しその料金を支払うユーザー（入居者）が入居可能な建物であればよい。また、上記の「住宅」とは、上記と同様に必ずしも住むことを目的とするものではなくてもよい。さらに、上記の「住宅」とは必ずしも１つ毎の部屋を意味するものではなく、１又は２以上の部屋により構成され、これを占有使用するユーザーが使用した電力及び給湯に対し料金を支払うべき１つの単位を意味する。さらに、１つのフロアには原則として少なくとも１つの住宅があればよく、下記に特に明記する場合を除いて１つのフロアに必ずしも２以上の住宅がある必要はない。以上の解釈は以下の参考発明や各請求項に係る発明において同じである。
【００１８】
上記参考発明１のコジェネレーションシステムの制御装置による各個別システム間の相互補完を図る運転制御としては、具体的には、次の第１〜第６に示す具体構成の採用により種々の相互補完が図られる。
【００１９】
第１としては、上記制御装置として、１の個別システムの給電手段への出力電力を他の１以上の個別システムの給電手段へ供給するように対応する各給電切換部を作動させる構成とすることができる（参考発明２）。この場合には、例えば貯湯タンク内の貯湯が満杯なために熱電併給装置をそれ以上運転続行し得ず、給電のための電力が不足するような他の個別システムに対し、給電需要が少なくかつ熱電併給装置が運転続行している個別システムから余剰な給電電流を供給するように供給切換えすることが可能になる。これにより、電力エネルギーの補完のみならず、熱電併給装置の稼働率の向上や利用効率の向上が図られる上に、電力エネルギーや熱回収エネルギー（貯湯）の最適配分化や有効利用を図ることが可能になる。
【００２０】
第２としては、上記制御装置として、各貯湯状況検出手段からの検出情報に基づいて貯湯タンク内の貯湯量が最少である個別システムの熱電併給装置を起動させて熱回収により貯湯運転する一方、その熱電併給装置からの出力電力を貯湯タンク内の貯湯量が最大である個別システムの給電手段に対し供給するように対応する各給電切換部を切換える構成とすることもできる（参考発明３）。この場合には、熱電併給装置の運転を貯湯タンク内の貯湯量が最小である一の個別システムから開始させ、その熱電併給装置からの熱回収により貯湯を図る一方、その熱電併給装置による出力電力を、貯湯タンク内の貯湯量が満杯なために運転続行できず出力電力が得られない他の個別システムに対し供給するように供給切換えされることになる。これにより、貯湯能力が限界で発電作動させることができない上記他の個別システムに対して上記一の個別システムから余剰の出力電力を供給して補完することが可能になる。その上に、このような電力エネルギーの補完のみならず、上記一の個別システムでの熱電併給装置の稼働率の向上や利用効率の向上が図られる上に、電力エネルギーや熱回収エネルギー（貯湯）の最適配分化や有効利用を図ることが可能になる。
【００２１】
第３としては、上記制御装置として、各貯湯状況検出手段からの検出情報に基づいて貯湯タンク内の貯湯量が最少である個別システムの熱電併給装置を起動させて熱回収により貯湯運転する一方、その熱電併給装置からの出力電力を各給電状況検出手段からの情報に基づいて給電需要に対し給電電力が不足している個別システムの給電手段に対し供給するように対応する各給電切換部を切換える構成とすることもできる（参考発明４）。この場合には、熱電併給装置の運転を貯湯タンク内の貯湯量が最小である一の個別システムから開始させ、その熱電併給装置からの熱回収により貯湯を図る一方、その熱電併給装置による出力電力を、給電電力が不足している他の個別システムに対し供給するように供給切換えされることになる。これにより、給電電力が不足している個別システムに対して上記一の個別システムから余剰の出力電力を供給して補完することが可能になる。しかも、このような電力エネルギーの補完のみならず、上記一の個別システムでの熱電併給装置の稼働率の向上や利用効率の向上が図られる上に、電力エネルギーや熱回収エネルギー（貯湯）の最適配分化や有効利用を図ることが可能になる。
【００２２】
第４としては、上記給電切換部を商用電源へも切換可能に構成し、上記制御装置として、各貯湯状況検出手段からの検出情報に基づいて全貯湯タンク内の貯湯量が設定量以下でありかつ各給電状況検出手段からの検出情報に基づいて全個別システムの各フロアに対する給電需要が充足していることが判明したとき、全個別システムの熱電併給装置を起動させてその熱回収により各フロアの貯湯タンクへの貯湯運転を行う一方、各熱電併給装置からの余剰の出力電力を売電するように各給電切換部を切換える構成とすることもできる（参考発明５）。この場合には、各貯湯タンク内の貯湯量が上記設定量以下であるとき、つまり熱電併給装置の運転が可能な場合には全個別システムの熱電併給装置が起動される。この起動によって熱回収による貯湯が行われ、出力電力は各個別システムでの給電に供される一方、その給電需要が充足していれば商用電源に売電されることになる。これにより、過剰発電になる事態になっても熱電併給装置の運転を続行させ得る一方、給電需要のあるフロアには給電が確保され給電需要が充足しているフロアでは商用電源への売電によりシステム全体の電力供給コストの低減化が図られることになる。
【００２３】
第５としては、上記給電切換部を商用電源へも切換可能に構成し、上記制御装置として、各貯湯状況検出手段からの検出情報に基づいて全貯湯タンク内の貯湯量が最大であることが判明したとき、全個別システムの熱電併給装置の運転を停止させる一方、各給電状況検出手段からの検出情報に基づき給電需要の必要に応じて各個別システムの給電手段が商用電源から電力供給を受けるように給電切換部を商用電源に切換える構成とすることもできる（参考発明６）。この場合には、給電のための電力が必要な場合であっても貯湯タンク内の貯湯量が満杯（最大）なため熱電併給装置の運転が行い得ないにも拘わらず給電需要が高い個別システムにおいては、給電のための電力が商用電源から供給されるように供給切換えされ、該当するフロアに対する給電が確保されることになる。
【００２４】
第６としては、自然エネルギーを利用して発電する自然エネルギー発電装置をさらに備え、上記各個別システムの給電切換部として電力の供給元を上記自然エネルギー発電装置に切換可能でかつ商用電源へも切換可能に構成し、上記制御装置として、電力の供給元として上記自然エネルギー発電装置により発電された電力を優先するように上記給電切換部を切換え、各貯湯状況検出手段からの検出情報に基づいて貯湯タンク内への貯湯が必要であることが判明したとき、貯湯が必要な個別システムの熱電併給装置を運転させて熱回収による貯湯運転を行うと共に電力の供給元としてこの熱電併給装置から出力電力を受けるように対応する給電切換部を切換える一方、全個別システムの各給電状況検出手段からの検出情報に基づき給電需要を超過することになる上記自然エネルギー発電装置及び運転中の熱電併給装置からの余剰電力を売電するように各給電切換部を上記商用電源に切換える構成とすることもできる（参考発明７）。この場合には、自然エネルギー発電装置による発電電力を優先させて自然エネルギーの活用を図り得ると共に、貯湯運転のために熱電併給装置を運転させる必要があっても、上記自然エネルギー発電装置による発電電力を無駄にすることなく商用電源に対し売電してシステム全体の電力供給コストを低減させることが可能になる。
【００２５】
上記の参考発明１〜参考発明７のいずれかのコジェネレーションシステムにおいて、各個別システム毎における熱電併給装置、給電手段、貯湯状況検出手段及び給電状況検出手段と制御装置との間、並びに、各個別システムの給電手段同士の間をそれぞれネットワークを介して互いに通信可能に接続するようにしてもよい（参考発明８）。この場合には、集合住宅に適用したコジェネレーションシステムの運転管理を効率よく行うことが可能になる他、遠近の如何に拘わらずその集合住宅とは離れた場所に制御装置を設置したとしても上記の集合住宅のコジェネレーションシステムの運転管理を容易に行うことが可能になる。
【００２６】
参考発明９では、複数階層を有する集合住宅の２以上の各フロア毎に設置される２以上の個別システムと、この２以上の個別システムの運転を管理する制御装置とを備えることとし、上記各個別システムとして、熱及び電力を発生させる熱電併給装置と、この熱電併給装置からの出力電力を蓄電し対応するフロアにある各住宅の電力負荷に給電する給電手段と、上記熱電併給装置から発生する熱を回収し給水との熱交換により温水に変換して貯湯する貯湯タンクと、この貯湯タンクから上記各住宅に給湯する給湯回路と、上記各住宅毎に設けられ上記給電手段から給電される電力の使用量を積算する電力計とを備えたものとする。また、上記２以上の個別システムの各給電手段は電力供給を受ける供給元を、対応する熱電併給装置からか商用電源からかに相互に切換える給電切換部を備えたものとする。そして、上記制御装置として、各個別システム毎に熱電併給装置の運転状況に応じて上記給電切換部を切換える切換制御部と、各個別システム毎に切換制御部による切換状況に応じて給電が熱電併給装置又は商用電源のいずれの供給元からの電力かを区別する種別信号を対応するフロアにある各住宅の電力計に出力する種別信号出力部と、各個別システム毎に上記種別信号に基づいて供給元別に積算した電力使用量の各積算使用量についての出力を上記電力計から受けて電力使用量に対する住宅毎の課金額を供給元別に異なる課金単価に基づいて演算する課金演算部とを備えることとした。
【００２７】
この参考発明９の場合、各フロア毎に、かつそのフロアにある各住宅毎にその電力使用量が熱電併給装置か商用電源かの供給元別に積算され、その電力使用に対する課金額が上記供給元別に異なる課金単価により演算されることになる。演算された課金額は、各住宅での電力使用量に対する課金を単なる従量だけの一律課金ではなく、そのときどきに使用した電力が熱電併給装置の運転により出力された電力が給電されたものか、あるいは、貯湯タンクの貯湯が満杯のため熱電併給装置を運転し得ずに商用電源からの買電により給電されたものかによって異なる課金単価により演算したものであるため、これを各住宅に課すことによりシステムの運転コストについての各住宅の負担をより公平化することが可能になる。そして、このような公平化のための課金を種別信号出力部からの種別信号に基づいて自動的に実現し得ることになる。
【００２８】
参考発明１０では、複数階層を有する集合住宅の２以上の各フロア毎に設置される２以上の個別システムと、この２以上の個別システムの運転を管理する制御装置とを備えることとし、上記各個別システムとして、熱及び電力を発生させる熱電併給装置と、この熱電併給装置からの出力電力を蓄電し対応するフロアにある各住宅内の電力負荷に給電する給電手段と、上記熱電併給装置から発生する熱を回収し給水との熱交換により温水に変換して貯湯する貯湯タンクと、この貯湯タンクから上記各住宅に給湯する給湯回路と、上記各住宅毎に設けられ上記給電手段から給電される電力の使用量を積算する電力計とを備えたものとする。また、上記２以上の個別システムの各給電手段は電力供給を受ける供給元を、対応する熱電併給装置からか商用電源からかに相互に切換える給電切換部を備えたものとする。そして、上記制御装置として、各個別システム毎に熱電併給装置の運転状況に応じて上記給電切換部を切換える切換制御部と、各個別システム毎に切換制御部による切換状況に応じて給電が熱電併給装置又は商用電源のいずれの供給元からの電力かを区別する種別信号を対応するフロアにある各住宅の電力計に出力する種別信号出力部とを備えるものとし、上記各住宅の電力計として、上記種別信号に基づいて供給元別に電力使用量を積算し、積算された電力使用量に対する課金額を供給元別に異なる課金単価に基づいて演算する課金演算部を備えることとした。
【００２９】
この参考発明１０の場合、課金額の演算を制御装置ではなくて各住宅の電力計に行わせている点でのみ参考発明９と異なるものの、参考発明９と同様の作用が得られる。すなわち、各住宅の電力計において、その住宅での電力使用量が熱電併給装置か商用電源かの供給元別に積算され、その電力使用に対する課金額が上記供給元別に異なる課金単価により演算されることになる。演算された課金額は、各住宅での電力使用量に対する課金を単なる従量だけの一律課金ではなく、そのときどきに使用した電力が熱電併給装置の運転により出力された電力が給電されたものか、あるいは、貯湯タンクの貯湯が満杯のため熱電併給装置を運転し得ずに商用電源からの買電により給電されたものかによって異なる課金単価により演算したものであるため、これを各住宅に課すことによりシステムの運転コストについての各住宅の負担をより公平化することが可能になる。そして、このような公平化のための課金を種別信号出力部からの種別信号に基づいて各住宅の電力計において自動的に実現し得ることになる。
【００３０】
上記の参考発明９又は参考発明１０のコジェネレーションシステムにおいては、さらに、自然エネルギーを利用して発電する自然エネルギー発電装置を備え、上記給電切換部として電力の供給元を上記自然エネルギー発電装置にも切換可能に構成し、上記種別信号出力部として、上記切換制御部による切換状況に応じて給電が熱電併給装置、商用電源又は上記自然エネルギー発電装置のいずれの供給元からの電力かを区別する種別信号を出力する構成とすることもできる（参考発明１１）。この場合には、現在の給電が熱電併給装置からの電力か、熱電併給装置が運転停止中で商用電源から買電した電力か、あるいは、熱電併給装置が運転停止中で自然エネルギー発電装置からの電力かを区別する種別信号が出力され、この供給元別に電力使用量が積算されて供給元別に課金額の演算が行われることになる。そして、この供給元別に課金単価の高い安いの差を付けることで、各フロア毎における各住宅間での電力使用のアンバランスがあっても一律課金に比べ運転コスト負担の不公平をより一層是正し得ることになる。
【００３１】
上記の参考発明９〜参考発明１１のいずれかのコジェネレーションシステムにおいては、上記課金演算部により演算された課金額を供給元別に表示する表示手段を備えるようにしてもよい（参考発明１２）。この場合には、表示手段に表示された供給元別の課金額を見たユーザーに、適正な電力使用に努めるように促すことが可能になる。なお、上記表示手段としては、電力の使用主体であるユーザーが見えるようにすることが好ましく、電力計に設けるようにしてもよいし、他の機器もしくは単独で設けるようにしてもよい。
【００３２】
上記の参考発明９〜参考発明１２のいずれかのコジェネレーションシステムにおいては、各個別システム毎における熱電併給装置、給電手段及び電力計と制御装置との間、並びに、各個別システムの給電手段同士の間をそれぞれネットワークを介して互いに通信可能に接続するようにしてもよい（参考発明１３）。これにより、集合住宅に適用したコジェネレーションシステムの運転管理及び電力使用についての各住宅に対する課金を、遠近の如何に拘わらずその集合住宅とは離れた場所に設置した制御装置により行うことが容易に可能になる。
【００３３】
参考発明１４では、複数階層を有する集合住宅の２以上の各フロア毎に設置される２以上の個別システムと、この２以上の個別システムの運転を管理する制御装置とを備えることとする。上記各個別システムとして、熱及び電力を発生させる熱電併給装置と、この熱電併給装置からの出力電力を蓄電し対応するフロアにある各住宅内の電力負荷に給電する給電手段と、上記熱電併給装置から発生する熱を回収し給水との熱交換により温水に変換して貯湯する貯湯タンクと、この貯湯タンクから上記各住宅に給湯する給湯回路と、上記各住宅毎に設けられ上記貯湯タンクから給湯される給湯の使用量を積算する湯量計とを備えたものとする。また、上記２以上の個別システムの各給電手段は電力供給を受ける供給元を、対応する熱電併給装置からか商用電源からかに相互に切換える給電切換部を備えたものとする。そして、上記制御装置として、各個別システム毎に上記熱電併給装置の運転状況に応じて上記給電切換部を切換える切換制御部と、各個別システム毎に上記熱電併給装置の運転状況に応じてそのフロアにある各住宅での給湯使用が上記熱電併給装置の通常運転中か売電運転中か運転停止中かのいずれの状況下における貯湯タンクからの給湯によるものかを区別する種別信号を上記各住宅の湯量計に出力する種別信号出力部と、上記種別信号に基づいて状況別に積算した給湯使用量についての出力を上記湯量計から受けて給湯使用量に対する各住宅毎の課金額を上記状況別に異なる課金単価に基づいて演算する課金演算部とを備える構成とした。
【００３４】
この参考発明１４の場合、各フロア毎に、そのフロアにある各住宅での給湯使用量が熱電併給装置の通常運転中か、売電運転中か、運転停止中かの状況別に積算され、その給湯使用に対する課金額が上記状況別に異なる課金単価により演算されることになる。演算された課金額は、各住宅での給湯使用量に対する課金を単なる従量だけではなく、その時の使用した給湯がその給湯のために熱電併給装置をわざわざ運転させる必要があったものなのか、あるいは、それ以前の熱電併給のための運転により貯湯されたものからの給湯なのかによって異なる課金単価により演算されているため、これを各住宅に課すことによりシステムの運転コストについての各住宅の負担をより公平化することが可能になる。そして、このような公平化のための課金を種別信号出力部からの種別信号に基づいて自動的に実現し得ることになる。
【００３５】
参考発明１５に係るコジェネレーションシステムの発明では、複数階層を有する集合住宅の２以上の各フロア毎に設置される２以上の個別システムと、この２以上の個別システムの運転を管理する制御装置とを備えこととする。上記各個別システムとして、熱及び電力を発生させる熱電併給装置と、この熱電併給装置からの出力電力を蓄電し対応するフロアにある各住宅内の電力負荷に給電する給電手段と、上記熱電併給装置から発生する熱を回収し給水との熱交換により温水に変換して貯湯する貯湯タンクと、この貯湯タンクから上記各住宅に給湯する給湯回路と、上記各住宅毎に設けられ上記貯湯タンクから給湯される給湯の使用量を積算する湯量計とを備えたものとする。また、上記２以上の個別システムの各給電手段に、電力供給を受ける供給元を、対応する熱電併給装置からか商用電源からかに相互に切換える給電切換部を備える。そして、上記制御装置として、各個別システム毎に上記熱電併給装置の運転状況に応じて上記給電切換部を切換える切換制御部と、各個別システム毎に上記熱電併給装置の運転状況に応じてそのフロアにある各住宅での給湯使用が上記熱電併給装置の通常運転中か売電運転中か運転停止中かのいずれの状況下における貯湯タンクからの給湯によるものかを区別する種別信号を上記各住宅の湯量計に出力する種別信号出力部とを備えるものとする。加えて、上記各住宅の湯量計として、上記種別信号に基づいて状況別に給湯使用量を積算し、積算された給湯使用量に対する課金額を状況別に異なる課金単価に基づいて演算する課金演算部を備えたものとする。
【００３６】
この参考発明１５の場合、課金額の演算を制御装置ではなくて各住宅の湯量計に行わせている点でのみ参考発明１４と異なるものの、参考発明１４と同様の作用が得られる。すなわち、各フロア毎に、各住宅の湯量計において、熱電併給装置の通常運転中か、売電運転中か、運転停止中かの状況別にその住宅での給湯使用量が積算され、その給湯使用に対する課金額が上記状況別に異なる課金単価により演算されることになる。演算された課金額は、各住宅での給湯使用量に対する課金を単なる従量だけではなく、その時の使用した給湯がその給湯のために熱電併給装置をわざわざ運転させる必要があったものなのか、あるいは、それ以前の熱電併給のための運転により貯湯されたものからの給湯なのかによって異なる課金単価により演算されているため、これを各住宅に課すことによりシステムの運転コストについての各住宅の負担をより公平化することが可能になる。そして、このような公平化のための課金を種別信号出力部からの種別信号に基づいて自動的に実現し得ることになる。
【００３７】
上記の参考発明１４又は参考発明１５のコジェネレーションシステムにおいては、自然エネルギーを利用して発電する自然エネルギー発電装置を備えることとし、上記給電切換部に電力の供給元を上記自然エネルギー発電装置にも切換可能な構成を付加し、上記種別信号出力部として、上記切換制御部による切換状況及び上記熱電併給装置の運転状況に応じて各住宅での給湯使用が上記熱電併給装置の通常運転中か売電運転中か運転停止中かの状況別に加え運転停止中であれば上記各住宅への給電の供給元が商用電源又は上記自然エネルギー発電装置のいずれの状況下での給湯によるものかを区別する種別信号を出力する構成を採用するようにしてもよい（参考発明１６）。この場合には、熱電併給装置の通常運転中か、売電運転中か、熱電併給装置が運転停止中で商用電源から電力供給を受けているか、あるいは、熱電併給装置が運転停止中で自然エネルギー発電装置から電力供給を受けているかの各状況を区別する種別信号が出力され、この状況別に給湯使用量が積算されて状況別に課金額の演算が行われることになる。そして、この状況別に課金単価の高い安いの差を付けることで、各フロア毎における各住宅間での給湯使用のアンバランスがあっても一律課金に比べ運転コスト負担の不公平をより一層是正し得ることになる。
【００３８】
上記の参考発明１４〜参考発明１６のいずれかのコジェネレーションシステムにおいては、さらに、上記課金演算部により演算された課金額を状況別に表示する表示手段を備えるようにしてもよい（参考発明１７）。この場合には、表示手段に表示された状況別の課金額を見たユーザーに、適正な給湯使用を促すことが可能になり、特に給湯使用の平準化、ひいては熱電併給装置の稼働の効率化を図り得ることになる。すなわち、例えば給湯使用の状況別に課金単価の高い安いの差を付けることで、課金単価の高い好ましくない状況下での給湯使用を控える一方、課金単価の安い好ましい状況下での給湯使用に努めるようにユーザーを促し得ることになる。なお、上記表示手段としては、給湯の使用主体であるユーザーが見えるようにすることが好ましく、湯量計に設けるようにしてもよいし、他の機器もしくは単独で設けるようにしてもよい。
【００３９】
上記の参考発明１４〜参考発明１７のいずれかのコジェネレーションシステムにおいては、各個別システム毎における熱電併給装置、給電手段及び湯量計と制御装置との間、並びに、各個別システムの給電手段同士の間をそれぞれネットワークを介して互いに通信可能に接続するようにすればよい（参考発明１８）。この場合には、２以上の個別システムと、これらを管理する制御装置とを容易に接続し得る。これにより、集合住宅に適用したコジェネレーションシステムの運転管理や給湯使用についての各住宅に対する課金を、遠近の如何に拘わらずその集合住宅とは離れた場所に設置した制御装置により行うことが容易に可能になる。
【００４０】
なお、上記の参考発明７、参考発明１１又は参考発明１６のコジェネレーションシステムにおける自然エネルギー発電装置としては、太陽光発電装置及び風力発電装置のいずれか一方又は双方を採用することができる（参考発明１９）。ここで太陽光発電装置とは太陽光を受けてその太陽光を光電変換して起電力に変換する発電装置のことであり、風力発電装置とは例えば風力により回転駆動力を得てこれを動力源として発電する発電装置のことである。
【００４１】
本発明として、上記目的を達成するために、請求項１に係るコジェネレーションシステムの発明では、複数階層を有する集合住宅の２以上の各フロア毎に設置される２以上の個別システムと、この２以上の個別システムを互いに補完するよう運転制御する制御装置とを備えることとする。上記各個別システムとして、熱及び電力を発生させる熱電併給装置と、この熱電併給装置からの出力電力を蓄電し対応するフロアにある各住宅内の電力負荷に給電する給電手段と、上記熱電併給装置から発生する熱を回収し給水との熱交換により温水に変換して貯湯する貯湯タンクと、この貯湯タンクから上記各住宅に給湯する給湯回路と、上記熱電併給装置からの熱回収が不能になる異常の発生を検出する異常検出手段とを備えたものとする。上記各熱電併給装置として、発電部と熱回収部とを有する燃料電池にし、各貯湯タンクに給水するための給水タンクを、最も高いフロアに設置されている個別システムよりも上位に設置する。また、上記２以上の個別システムの各貯湯タンクにおいて、給水を受ける側の底部が各フロアを貫通して上下方向に延びる水側縦配管に対し水側開閉弁を介して接続されるようにする一方、上記各貯湯タンクの頂部が各フロアを貫通して上下方向に延びる湯側縦配管に対し湯側開閉弁を介して接続されるようにする。上記湯側縦配管の最上端部を、洗浄用開閉弁を介して上記給水タンクと接続する一方、上記湯側縦配管の最下端部に湯側排水開閉弁を設け、かつ、上記水側縦配管の最下端部に水側排水開閉弁を設ける。そして、上記制御装置として、上記各異常検出手段からいずれかの個別システムの熱電併給装置に異常が発生していることの出力を受けたとき、その個別システムの貯湯タンクと、この貯湯タンクよりも階下の個別システムの貯湯タンクとのそれぞれの水側開閉弁を開作動させて底部同士を連通させかつそれぞれの湯側開閉弁を開作動させて頂部同士を連通させる構成とした。
【００４２】
この請求項１に係る発明の場合、いずれかの個別システムの熱電併給装置に異常が発生したとしても、制御装置による作動制御によって、その貯湯タンクに対し階下の他の貯湯タンクから湯が補給されることになる。すなわち、湯の比重は水のそれよりも低いため、湯側縦配管により連通された階下の貯湯タンクの頂部から湯が湯側縦配管を通して階上の貯湯タンクの頂部側に流動する一方、水側縦配管により連通された階上の貯湯タンクの底部から水が階下の貯湯タンクの底部側に流動する。この結果、湯の不足した階上の貯湯タンクに対し階下の貯湯タンクから湯が補給されることになる。これにより、あるフロアの熱電併給装置が故障等で運転不能になって貯湯不足が生じたとしても、他の個別システムから補完されて貯湯不足が解消されることになる。しかも、このような作用をポンプ駆動を必要とせずに、つまり特別な機器やエネルギー消費を必要とすることなく、湯と水との比重差により実現させ得る。
【００４３】
請求項２に係るコジェネレーションシステムの発明では、複数階層を有する集合住宅の２以上の各フロア毎に設置される２以上の個別システムと、この２以上の個別システムを互いに補完するよう運転制御する制御装置とを備えることとする。上記各個別システムとして、熱及び電力を発生させる熱電併給装置と、この熱電併給装置からの出力電力を蓄電し対応するフロアにある各住宅内の電力負荷に給電する給電手段と、上記熱電併給装置から発生する熱を回収し給水との熱交換により温水に変換して貯湯する貯湯タンクと、この貯湯タンクから上記各住宅に給湯する給湯回路と、上記貯湯タンク内の貯湯状況を検出する貯湯状況検出手段とを備えたものとする。上記各熱電併給装置として、発電部と熱回収部とを有する燃料電池にし、各貯湯タンクに給水するための給水タンクを、最も高いフロアに設置されている個別システムよりも上位に設置する。また、上記２以上の個別システムの各貯湯タンクにおいて、給水を受ける側の底部が各フロアを貫通して上下方向に延びる水側縦配管に対し水側開閉弁を介して接続されるようにする一方、上記各貯湯タンクの頂部が各フロアを貫通して上下方向に延びる湯側縦配管に対し湯側開閉弁を介して接続されるようにする。上記湯側縦配管の最上端部を、洗浄用開閉弁を介して上記給水タンクと接続する一方、上記湯側縦配管の最下端部に湯側排水開閉弁を設け、かつ、上記水側縦配管の最下端部に水側排水開閉弁を設ける。そして、上記制御装置として、上記貯湯状況検出手段からの検出情報に基づいていずれかの個別システムの貯湯タンク内の貯湯量が一時的に不足することが検出されたとき、その個別システムの貯湯タンクと、この貯湯タンクよりも階下の個別システムの貯湯タンクとのそれぞれの水側開閉弁を開作動させて底部同士を連通させかつ湯側開閉弁を開作動させて頂部同士を連通させる構成とした。
【００４４】
この請求項２に係る発明の場合、いずれかの個別システムの貯湯タンク内の貯湯量が一時的に不足したとしても、制御装置による作動制御によって、その貯湯タンクに対し階下の他の貯湯タンクから上述の如く湯が補給されることになる。これにより、異なるフロア間で給湯使用量のアンバランスが生じて貯湯量の偏りが一時的に生じても、異なる個別システム間で補完されて貯湯量の偏りが解消されることになる。しかも、このような作用をポンプ駆動等の特別な機器やエネルギー消費を必要とすることなく、湯と水との比重差により実現させ得る。
【００４５】
上記請求項１又は請求項２のコジェネレーションシステムにおいては、各貯湯タンクに給水するための給水タンクを、最も高いフロアに設置されている個別システムよりも上位に設置し、上記湯側縦配管の最上端部を洗浄用開閉弁を介して上記給水タンクと接続する一方、上記湯側縦配管の最下端部に湯側排水開閉弁を設け、かつ、上記水側縦配管の最下端部に水側排水開閉弁を設けるようにしているため、上下のフロア間での貯湯タンクの湯補充が行われない通常状態では、上記水側縦配管や湯側縦配管の各内部は滞留状態に維持されることになる。このため、例えば定期的に上記洗浄用開閉弁及び湯側排水開閉弁を共に開作動させれば、給水タンクの水が湯側縦配管内を上から下まで流れ、湯側縦配管内の洗浄と、新鮮な湯水との交換とを行うことが可能になる。また、例えば上記水側排水開閉弁を開作動させれば、各貯湯タンクへの上記給水タンクからの給水が水側縦配管内を下まで流れ、水側縦配管内の洗浄と、新鮮な水との交換とを行うことが可能になる。
【００４６】
なお、以上の請求項１又は請求項２のコジェネレーションシステムにおける熱電併給装置として、発電部と熱回収部とを有する燃料電池により構成しているが、その燃料電池としてはその型式を問わず適用し得る。上記発電部は、燃料電池を構成するアノードに水素を含むアノードガスを供給する一方、カソードに酸素を含むカソードガスを供給し、水素と酸素とを電気化学的に反応させて発電を行うようになっている。また、熱回収部としては、発電部の冷却用循環水との熱交換又はアノードガスとして水素リッチな改質ガスを生成する改質器での燃焼熱との熱交換等の種々のものが採用し得る。
【００４７】
（削除）
【００４８】
（削除）
【００４９】
（削除）
【００５０】
（削除）
【００５１】
（削除）
【００５２】
（削除）
【００５３】
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【００５４】
（削除）
【００５５】
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【００５６】
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【００５７】
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【００５８】
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【００５９】
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【００６０】
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【００６１】
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【００６２】
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【００６３】
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【００６４】
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【００６５】
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【００６６】
【発明の効果】
以上、説明したように、請求項１のコジェネレーションシステムによれば、いずれかの個別システムの熱電併給装置に異常が発生したとしても、制御装置による作動制御によって、その貯湯タンクに対し階下の他の貯湯タンクから湯を補給することができる。これにより、あるフロアの熱電併給装置が故障等で運転不能になって貯湯不足が生じたとしても、他の個別システムから補完されて貯湯不足を解消させることができる。しかも、このような作用をポンプ駆動を必要とせずに、つまり特別な機器やエネルギー消費を必要とすることなく、湯と水との比重差により実現させることができる。加えて、上下のフロア間での貯湯タンクの湯補充が行われない通常状態では滞留状態に維持される水側縦配管や湯側縦配管の各内部を、洗浄したり新鮮な湯又は水と交換したりすることを容易実現させることができる。
【００６７】
請求項２のコジェネレーションシステムによれば、いずれかの個別システムの貯湯タンク内の貯湯量が一時的に不足したとしても、制御装置による作動制御によって、その貯湯タンクに対し階下の他の貯湯タンクから湯を補給することができる。これにより、異なるフロア間で給湯使用量のアンバランスが生じて貯湯量の偏りが一時的に生じても、異なる個別システム間で補完されて貯湯量の偏りを解消させることができる。しかも、このような作用をポンプ駆動等の特別な機器やエネルギー消費を必要とすることなく、湯と水との比重差により実現させることができる。加えて、上下のフロア間での貯湯タンクの湯補充が行われない通常状態では滞留状態に維持される水側縦配管や湯側縦配管の各内部を、洗浄したり新鮮な湯又は水と交換したりすることを容易実現させることができる。
【００６８】
（削除）
【００６９】
（削除）
【００７０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００７１】
図１は、本発明の実施形態に係るコジェネレーションシステムを示し、Ｘは多層階（図１の例には３階のものを図示）の集合住宅、１は１階フロアに設置した１階用個別システム、２は２階フロアに設置した２階用個別システム、３は３階フロアに設置した３階用個別システム、４ａは自然エネルギー発電装置としての風力発電装置、４ｂはソーラパネルを備えた自然エネルギー発電装置としての太陽光発電装置、５は屋上に設置され水道本管から給水された水道水を貯留する給水タンクである。上記の全個別システム１，２，３は図２に示すように制御装置６により全ての運転管理が制御されるようになっている。この制御装置６は集合住宅Ｘとは離れた管理会社内に設置されたものであり、制御装置６と、各個別システム１，２，３とは専用線あるいはルータを介した接続を用いたＷＡＮ（Wide Area Network）等のネットワークを介して双方向通信可能に接続されている。
【００７２】
上記集合住宅Ｘは、各フロアに１又は２以上の住宅Ｙ，Ｙ，…が設けられており、各住宅Ｙには図３にも示すように電力計（電気メータ）１１、給湯と給水とを混合して温調後の湯水を各カランに供給するミキシング装置１２、上記給湯用の湯量計（湯量メータ）１３及び水量計（水道メータ）１４が配設されている。なお、図１には、１階フロアに２つの住宅Ｙ，Ｙ、２階フロアに４つの住宅Ｙ，Ｙ，…、３階フロアに同じく４つの住宅Ｙ，Ｙ，…がそれぞれ設けられた例を図示しているが、住宅Ｙの数は１又は２以上あればよい。また、この各住宅Ｙは、１つの区画を意味し１又は２以上の部屋により構成されたものである。
【００７３】
上記各住宅Ｙ内の電力計１１は、図４に示すように電力使用量を後述の種別信号の出力を受けて給電の供給元別に積算する積算部１１１と、この積算部１１１により積算された供給元別の電力使用量に対し供給元毎に異なる課金単価を乗じて課金額を供給元別に演算する課金演算部１１２と、その供給元別及び課金額を表示する表示部１１３とを備えて構成されている。また、上記各住宅Ｙ内の湯量計１３は、湯量使用量を後述の種別信号の出力を受けて現在の給湯使用量が後述の燃料電池ユニット１５の運転中か運転停止中かのいずれの状況下での給湯であるかの状況別に積算する積算部１３１と、この積算部１３１により積算された状況別の給湯使用量に対し状況毎に異なる課金単価を乗じて課金額を状況別に演算する課金演算部１３２と、その状況別及び課金額を表示する表示部１３３とを備えて構成されている。
【００７４】
上記各個別システム１，２，３は、上記電力計１１や湯量計１３の他に、図５にも示すように、熱電併給装置としての燃料電池ユニット１５と、この燃料電池ユニット１５の発電部により発電された出力電力を蓄電し対応するフロアの各住宅Ｙ内の電気負荷に給電する給電手段としての給電装置１６と、この給電装置１６から各住宅Ｙの電気負荷に対し上記電力計１１を介して給電する給電ライン１７と、上記燃料電池ユニット１５の熱回収部により回収された熱（例えば冷却水の熱）との熱交換により給水を温水（湯）に変換して貯湯する貯湯タンク１８と、この貯湯タンク１８から各住宅Ｙの上記ミキシング装置１２に貯湯を給湯する給湯回路としての給湯配管１９と、各住宅Ｙのミキシング装置１２に給水する給水配管２０とを備えて構成されている。
【００７５】
上記燃料電池ユニット１５は図６に示すように発電部１５１と、この発電部１５１の冷却循環水から熱を回収する熱回収部１５２とを備え、発電部１５１からの出力電力は出力ライン１５３を通して上記給電装置１６に送られるようになっている。また、上記熱回収部１５２の熱交換器に対し貯湯タンク１８の底部から導出した湯水を通すことにより熱交換加熱され、加熱後に貯湯タンク１８の頂部に戻されて貯湯するようになっている。また、上記燃料電池ユニット１５には、その熱回収部１５２による熱回収が不能になるような異常状態（例えば発電不能等）に陥ったことを検出する異常検出手段１５４が設けられている。
【００７６】
上記給電装置１６は給電切換部１６１と、該当するフロア内の各住宅Ｙへの給電状況（該当する個別システム内の総給電量；総給電需要量）を検出する給電状況検出手段１６２とを備えている。そして、上記給電装置１６は、商用電源（符号Ｅ参照）、上記風力発電装置４ａ及び太陽光発電装置４ｂと、他の個別システムの給電装置１６，１６とも接続されており、上記給電切換部１６１による切換えにより電力供給を受ける供給元（該当する燃料電池１５、風力発電装置４ａ、太陽光発電装置４ｂ、商用電源Ｅからの買電、あるいは、他の個別システムの給電装置１６からの補充）の切換えや、供給を受けた電力の供給先（該当するフロアへの給電、商用電源Ｅへの売電、あるいは、他の個別システムの給電装置１６への補充）の切換えを行うようになっている。なお、上記の風力発電装置４ａや太陽光発電装置４ｂからなる自然エネルギー発電装置４は風や太陽光が発電可能な程度にあるときには発電運転を自動的に行い、各個別システム１，２，３の給電装置１６，１６，…にその出力電力を振り分けて供給するようになっている。
【００７７】
上記貯湯タンク１８には貯湯状況検出手段１８１が設けられている。この貯湯状況検出手段１８１は上記貯湯タンク１８内の底部（下部）近傍の貯湯の温度を検出する温度センサや、あるいは、上記貯湯タンク１８の底部から貯湯レベル毎の各位置に設けた複数の温度センサにより構成されている。
【００７８】
一方、上記給水タンク５からは給水源配管５１が下方に延ばされて３階〜１階の各個別システム３，２，１の各給水配管２０に連通されており（図１及び図５参照）、この給水源配管５１により各給水配管２０に給水するようになっている。また、上記給水源配管５１は３階フロアの貯湯タンク１８の頂部と洗浄用開閉弁５２及び湯側開閉弁７１（図１参照）を介して連通接続され、洗浄用開閉弁５２と湯側開閉弁７１との中間位置から湯側縦配管７が下方に延び、その下端が湯側排水開閉弁７２を介して排水路に連通されている。さらに、１階〜３階の各フロアの貯湯タンク１８，１８，１８の底部には上記給水源配管５１からそれぞれ逆止弁５３（図５参照）を介して給水管５４が接続されており、この給水管５４，５４，５４からそれぞれ水側開閉弁８１を介して分岐して下方に延びる水側縦配管８が配設され、その下端が水側排水開閉弁８２を介して上記排水路に連通されている。
【００７９】
以上の各個別システム１，２，３において、上記燃料電池ユニット１５、給電装置１６、ミキシング装置１２，１２，…、電力計１３，１３，…、及び、湯量計１４，１４，…がＬＡＮ（Local Area Network）ケーブル９によりＬＡＮ接続され、さらに、３つの個別システム１，２，３がルータ９１（図１参照）を介して上述の如く外部の制御装置６とＷＡＮ接続されている。そして、この制御装置６により集合住宅Ｘ全体の各個別システム１，２，３の運転管理制御が行われるようになっている。
【００８０】
具体的には、上記制御装置６（図２参照）は切換制御部６１と、種別信号出力部６２と、貯湯補給制御部６３とを備えている。上記切換制御部６１は、各個別システム１，２，３毎に、給電状況検出手段１６２及び貯湯状況検出手段１８１からの検出情報を受けて、燃料電池ユニット１５の起動・停止の運転切換制御と、給電装置１６の給電切換部１６１の切換制御とを行うようになっている。また、上記種別信号出力部６２は、上記切換制御部６１からの切換制御情報を受けて各住宅Ｙの電力計１１に対し現在の給電電力がいずれの供給元からかの供給元別の種別信号を出力する一方、各住宅Ｙ内の湯量計１３に対し現在の給湯が燃料電池ユニット１５の運転中か停止中かの状況別の種別信号を出力する信号出力制御を行うようになっている。さらに、上記貯湯補給制御部６３は、上記異常検出手段１５４又は貯湯状況検出手段１８１からの検出情報を受けて湯側及び水側開閉弁７１，８１を開作動させて貯湯タンク１８と階下の他の貯湯タンク１８との間で貯湯の移動による補給を行う貯湯補給制御を行うようになっている。
【００８１】
次に、上記切換制御部６１による、あるフロアの個別システムにおける電力供給（電源供給）についての切換制御例を図７のフローチャートを参照しつつ説明する。なお、図７で「ｎ階」と表示したものは何階のフロア（個別システム）かを表し、変数ｉ（本実施形態では３階建てであるためｉ＝１〜３）を用いて１階、２階又は３階を表すようにしたものである。
【００８２】
まず、ｎ階の貯湯タンク１８の下部温度は設定高貯湯温度Ｔｍ℃以上あるか否かを貯湯状況検出手段１８１からの検出情報（検出温度）に基づいて判定する（ステップＳ１）。つまり、貯湯タンク１８内が熱回収部１８２によってはそれ以上加熱できない温度の貯湯で満杯状態になっているか否かを判定する。上記Ｔｍ℃よりも低くてまだ熱回収部１８２での熱回収による貯湯が可能であれば、ｎ階の発電量（ｎ階の燃料電池ユニット１８の発電部１８１からの出力電力）は発電部１８１が最大能力で稼働されている状態か否かの判定を行い（ステップＳ１でＮＯ、ステップＳ２）、最大発電量の状態であればステップＳ４にそのまま進み（ステップＳ２でＹＥＳ）、最大発電量よりも低ければ最大能力で発電稼働して過剰発電分に相当する余剰電力を他の階の個別システム１，２又は３の給電装置１６へ電源として供給する給電切換えを行った上で（ステップＳ２でＮＯ，ステップＳ３）、ステップＳ４に進む。ステップＳ４では、ｎ階の電源電力として供給可能な総電源供給量が、そのｎ階の給電需要量から自然エネルギー発電装置４による出力電力がｎ階に振り分けられた供給電力Ｐｎを差し引いた電力値よりも大きいか否かの判定を行う。上記総電源供給量の方が大きければそれで満たされているためリターンし（ステップＳ４でＹＥＳ）、上記総電源供給量の方が小さければステップＳ５以降に進んで対策を行う（ステップＳ４でＮＯ）。
【００８３】
上記のステップＳ１で貯湯タンク１８の下部温度がＴｍ℃以上であれば、つまり、これ以上の熱回収は不能である場合には、ステップＳ５で「ｉ」に「１」を設定し、上記のステップＳ１〜Ｓ４での「ｎ」がｉ（ｉ＝１）ではないことの確認を行う（ステップＳ６）。ｎ階が１階であれば後述のステップＳ１１に進み、ｎ階が１階ではなければ、つまりステップＳ１〜Ｓ４でのｎ階が１階ではなく１階以外の個別システム２又は３での貯湯タンク１８や電力についての確認であれば、ステップＳ７に進んでまずｉ階（１階）の貯湯タンク１８の下部温度は設定高貯湯温度Ｔｍ℃以上あるか否かを貯湯状況検出手段１８１からの検出情報（検出温度）に基づいて上記のステップＳ１と同様に判定する。
【００８４】
上記Ｔｍ℃よりも低くてまだ熱回収部１５２での熱回収による貯湯が可能であれば、ｉ階（１階）の発電量（ｉ階の燃料電池ユニット１５の発電部１５１からの出力電力）は発電部１５１が最大能力で稼働されている状態か否かの判定を行う（ステップＳ７でＮＯ、ステップＳ８）。最大発電量の状態であればステップＳ１１に進み、最大発電量よりも低ければ最大能力で発電稼働して過剰発電分に相当する余剰電力をｉ階の個別システム１から他のｎ階の個別システム２又は３の給電装置１６へ電源として供給する給電切換えを行う（ステップＳ９）。そして、電源供給したｎ階における電源電力として供給可能な総電源供給量が、そのｎ階の給電需要量から自然エネルギー発電装置４による出力電力がｎ階に振り分けられた供給電力Ｐｎを差し引いた電力値よりも大きいか否かの判定を行う（ステップＳ１０）。上記総電源供給量の方が大きければそれで満たされているためリターンし（ステップＳ１０でＹＥＳ）、上記総電源供給量の方が小さければステップＳ１１以降に進む（ステップＳ１０でＮＯ）。
【００８５】
ステップＳ１１では「ｉ」の値として１を加算し、上記ｎ階の「ｎ」がｉ（ｉ＝２）よりも小さいか否か、つまり上記のｎ階が１階であるか否かを確認し、ｉ以上であれば（つまりｎ階が１階ではなければ）、上記のステップＳ６に戻りステップＳ６以降の処理を繰り返して「ｉ」の値にさらに１を加算する（ステップＳ１１）。「ｎ」がｉよりも小さければ（つまりｎ階が１階であれば）、ｎ階（１階）における電源電力として供給可能な総電源供給量が、そのｎ階の給電需要量から自然エネルギー発電装置４による出力電力がｎ階に振り分けられた供給電力Ｐｎを差し引いた電力値以下であるか否かの判定を行う（ステップＳ１３）。上記総電源供給量の方が大きければそれで満たされているためリターンし（ステップＳ１３でＮＯ）、上記総電源供給量の方が小さければｎ階への電源供給量の不足分を補うべくｎ階の給電装置１６に対し商用電源Ｅからの買電により電力供給されるよう切換制御を行いリターンする（ステップＳ１０でＹＥＳ、ステップＳ１４）。
【００８６】
以上の切換制御の他に切換制御部６１による切換制御によって次のような処理を行うことができる。
【００８７】
すなわち、各貯湯状況検出手段１８１からの検出情報に基づいて貯湯タンク１８内の貯湯量が最少である個別システムの燃料電池ユニット１５を起動させて熱回収部１５２での熱回収により貯湯運転する一方、その発電部１５１からの出力電力を貯湯タンク１８内の貯湯量が満杯状態であるが故に発電し得ない他の個別システムの給電手段１６、あるいは、総電源供給量が不足している他の個別システムの給電装置１６に対し供給するように対応する各給電切換部１６１を切換えて電源電力を補完することができる。各燃料電池ユニット１５の運転や自然エネルギー発電装置４の運転による出力電力では電力需要量を満たすことができない個別システムに対しては商用電源Ｅからの買電に切換えて上記各燃料電池ユニット１５を補完して電力需要量を満たすことができる。逆に上記各燃料電池ユニット１５の運転や自然エネルギー発電装置４の運転による出力電力がその個別システム内での電力需要量を満たした上に余剰が生じる場合には、商用電源Ｅに対し売電するように切換えることができる。
【００８８】
なお、雨天や夜間、あるいは、無風状態のときのように自然エネルギー発電装置４による発電が不能の場合には、上述のＰｎがゼロとされてステップＳ４、Ｓ１０、Ｓ１３での判定が行われる。従って、自然エネルギー発電装置４を集合住宅Ｘに設置しない場合であっても、本制御装置６による運転管理制御を適用することができる。
【００８９】
次に、上記種別信号出力部６２からの種別信号に基づく電力計１１及び湯量計１３による課金表示制御について図８及び図９のフローチャートを参照しつつ説明する。
【００９０】
まず、電力計１１による電力課金の場合には、給電切換制御部６１からの切換制御情報に基づいて現在の給電電力の供給元が自然エネルギー発電装置４か、燃料電池ユニット１５か、又は、商用電源Ｅかの種別信号が上記種別信号出力部６２から出力される。そして、図８に示すように、自然エネルギー発電装置４による発電中であれば、その電力使用量Ｐ１を積算部１１１でカウント（積算）する（ステップＳ２１でＹＥＳ、ステップＳ２２）。そして、自然エネルギーによる電気代が自然エネルギー発電用の課金単価（自然エネルギー発電の１ｋＷ当たりの設備費＋維持費）に電力使用量Ｐ１（単位ｋＷ）を乗じることにより演算され、ステップＳ２４に進む（ステップＳ２３）。
【００９１】
また、ステップＳ２１で現在が自然エネルギー発電中ではなくて燃料電池ユニット１５による発電中（コジェネ発電中）であれば、その電力使用量Ｐ２を積算部１１１でカウントする（ステップＳ２１でＮＯ、ステップＳ２５でＹＥＳ、ステップＳ２６）。そして、コジェネ発電による電気代がコジェネ発電用の課金単価（コジェネ発電の１ｋＷ当たりの設備費＋維持費＋燃料費）に電力使用量Ｐ２（単位ｋＷ）を乗じた金額から売電分配代金を差し引くことにより演算され、ステップＳ２４に進む（ステップＳ２７）。なお、上記の燃料費とは、燃料電池ユニット１５の発電部１５１へ水素リッチの改質ガスを供給するために改質器で改質される原燃料ガスの費用のことである。
【００９２】
さらに、ステップＳ２５で現在がコジェネ発電中ではなくて商用電源Ｅからの買電中であれば、その電力使用量Ｐ３を積算部１１１でカウントする（ステップＳ２５でＮＯ、ステップＳ２８）。そして、商用電源Ｅの電気代が商用電源用の基本料金と１ｋＷ当たりの課金単価に電力使用量Ｐ３（単位ｋＷ）を乗じた料金との合計により演算され、ステップＳ２４に進む（ステップＳ２９）。
【００９３】
そして、ステップＳ２４では上記の自然エネルギーによる電気代、コジェネ発電による電気代、及び、商用電源Ｅの電気代の総和により課金の総額が演算され、この総額と、各電力の供給元別の電気代とが表示部１１３に表示される。上記の各電気代の演算及び総額の演算が課金演算部１１２において実行される。なお、課金単価は商用電源が最も高く、次にコジェネ発電が安く、自然エネルギー発電がコジェネ発電と同じかさらに安く設定されている。
【００９４】
次に、湯量計１３による湯量課金の場合には、給電切換制御部６１の制御情報を受けた給電状況検出手段１６２からの検出情報に基づいて燃料電池ユニット１５による発電（コジェネ発電）の状況が発電中か、停止中か、又は、商用電源Ｅへの売電のための発電中（売電発電中）かの種別信号が上記種別信号出力部６２から出力される。そして、図９に示すように、上記種別信号に基づいてコジェネ発電の状況を確認し（ステップＳ３１）、コジェネ発電中であれば、その給湯の使用湯量Ｑ１を積算部１３１でカウント（積算）し（ステップＳ３２）、コジェネ発電用の湯量代金１を使用湯量Ｑ１に１ｍ３当たりの課金単価１を乗じて演算し、ステップＳ３４に進む（ステップＳ３３）。
【００９５】
また、ステップＳ３１で現在が売電発電中であれば、給湯の使用湯量Ｑ２を積算部１３１でカウントし（ステップＳ３５）、売電発電用の湯量代金２を使用湯量Ｑ２に１ｍ３当たりの課金単価２を乗じて演算し、ステップＳ３４に進む（ステップＳ３６）。
【００９６】
さらに、ステップＳ３１で現在が発電停止中であれば、給湯の使用湯量Ｑ３を積算部１３１でカウントし（ステップＳ３７）、発電停止用の湯量代金３を使用湯量Ｑ３に１ｍ３当たりの課金単価３を乗じて演算し、ステップＳ３４に進む（ステップＳ３８）。
【００９７】
そして、ステップＳ３４では上記の湯量代金１、湯量代金２及び湯量代金３の総和により課金の総額が演算され、この総額と、発電状況別の各湯量代金１，２，３とが表示部１３３に表示される。上記の各湯量代金１〜３の演算及び総額の演算が課金演算部１３２において実行される。ここで、上記の課金単価１〜３は、課金単価２＞課金単価１＞課金単価３というように高い安いの設定とされている。すなわち、売電発電中というように給湯確保のためにわざわざ過剰発電をしなければならない最も効率の悪い状態での給湯使用の課金単価２を高くして、このような状態での給湯使用を抑制しつつ、発電停止中というように貯湯の給湯使用が少なくコジェネ発電しなくても済む稼働効率の低い状態での課金単価３を安くして燃料電池システム１５の稼働効率を高め得るように、ユーザーに促すことができる。
【００９８】
次に、上記貯湯補給制御部６３による貯湯補給制御を詳細に説明すると、ある個別システム１，２又は３において異常検出手段１５４からの異常検出情報の出力を受けたとき、つまり熱回収による貯湯タンク１８への貯湯を行いたくても不能なとき、又は、貯湯状況検出手段１８１からの検出情報に基づき貯湯タンク１８内の給湯用の貯湯が不足していることを検出したときに、上記貯湯制御が行われて上記貯湯タンク１８内に階下の他の個別システムの貯湯タンク１８から貯湯の補給が行われて貯湯不足が解消されるようになっている。
【００９９】
具体的には、例えば貯湯が不能又は不足している貯湯タンク１８を図５の２階の個別システム２の貯湯タンク（以下「２階貯湯タンク」という）１８と仮定し、階下の貯湯量が十分にある貯湯タンク１８を１階の貯湯タンク（以下「１階貯湯タンク」という）１８と仮定すると、２階貯湯タンク１８の湯側開閉弁７１と１階貯湯タンク１８の湯側開閉弁７１とを共に開作動させて両貯湯タンク１８，１８の頂部同士を湯側縦配管７を通して互いに連通させる一方、２階貯湯タンク１８の水側開閉弁８１と１階貯湯タンク１８の水側開閉弁８１とを共に開作動させて両貯湯タンク１８，１８の底部同士を水側縦配管８を通して互いに連通させる。すると、湯の比重は水のそれよりも低いため、その比重差によって１階貯湯タンク１８の頂部から湯が湯側縦配管７を通して２階貯湯タンク１８の頂部側に流動する一方、水側縦配管により連通された２階貯湯タンク１８の底部から水が１階貯湯タンク１８の底部側に流動する。この結果、湯の不足した２階貯湯タンク１８に対し湯が十分にある１階貯湯タンク１８から湯が補給されることになる。
【０１００】
最後に、上記の湯側縦配管７や水側縦配管８の各内部は通常時には湯水が滞留している状態に維持されるため、これを定期的に洗浄して新鮮な湯又は水と交換するメンテナンスが必要になる。この洗浄メンテナンスとしては、湯側縦配管７については洗浄用開閉弁５２（図１参照）及び湯側排水開閉弁７２を用いて行い、水側縦配管８については水側排水開閉弁８２及び最上階（本実施形態の場合は３階）の水側開閉弁８１を用いて行うことができるようになっている。
【０１０１】
すなわち、上記洗浄用開閉弁５２及び湯側排水開閉弁７２を共に開作動させると、給水タンク５の水が給水源配管５１及び開状態の洗浄用開閉弁５２を通して湯側縦配管７内に流れ込み、湯側縦配管７内を流下した水が開状態の湯側排水開閉弁７２を通して排水路に排水されることになる。また、上記水側排水開閉弁８２及び３階の水側開閉弁８１を共に開作動させると、給水源配管５１、３階の逆止弁５３、給水管５４及び開状態の水側開閉弁８１を通して給水タンク５の水が水側縦配管８内に流れ込み、水側縦配管８内を流下した水が開状態の水側排水開閉弁８２を通して排水路に排水されることになる。
【０１０２】
＜他の実施形態＞
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の実施形態を包含するものである。すなわち、本発明が適用される複数階層の集合住宅としては少なくとも２階（２フロア）以上であればよく、１０階以上もしくは２０階以上の高層の集合住宅も含まれる。高層のように階層が多いほど各個別システム間の補完制御による最適配分化の効果の度合も高くなる。
【０１０３】
また、制御装置６は集合住宅Ｘ毎に設置してもよい。この場合には、ＷＡＮ等のネットワークを介して管理会社に対し運転状況データのみを送出させることにより、多数の集合住宅毎の運転状況を管理会社にて把握することができる。
【０１０４】
熱電併給装置としては、燃料電池ユニット１５以外に例えばガスエンジン又はガスタービン等の動力源に熱回収部を組み合わせたものを用いてもよい。
【０１０５】
給湯使用及び／又は電力使用に対する課金演算を電力計１１及び／又は湯量計１３の課金演算部１１２，１３２ではなくて、制御装置６に設けた課金演算部６４（図２参照）により行わせるようにしてもよい。この場合には課金演算部６４により演算した課金額を表示部１１３，１３３に送信して表示させるようにすればよい。なお、上記の電力計１１と同様の技術を電流計に適用して使用電流量を積算して課金するようにしてもよい。
【０１０６】
ＬＡＮケーブル９の代わりに無線ＬＡＮを用いたり、制御装置６との相互通信を専用回線もしくは通信衛星回線等を用いたりしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態を示す断面模式図である。
【図２】 制御装置と各個別システムとのブロック図である。
【図３】 図１の部分拡大図である。
【図４】 電力計及び湯量計のブロック図である。
【図５】 図２とは異なる部分の図１の部部拡大図である。
【図６】 給電装置等のブロック図である。
【図７】 切換制御部等の制御内容の一部を示すフローチャートである。
【図８】 電力課金の処理を示すフローチャートである。
【図９】 湯量課金の処理を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ １階用個別システム
２ ２階用個別システム
３ ３階用個別システム
５ 給水タンク
６ 制御装置
７ 湯側縦配管
８ 水側縦配管
１５ 燃料電池ユニット（熱電併給装置）
１６ 給電装置（給電手段）
１８ 貯湯タンク
１９ 給湯配管（給湯回路）
５２ 洗浄用開閉弁
７１ 湯側開閉弁
７２ 湯側排水開閉弁
８１ 水側開閉弁
８２ 水側排水開閉弁
１５１ 発電部
１５２ 熱回収部
１５４ 異常検出手段
１８１ 貯湯状況検出手段
Ｅ 商用電源
Ｘ 集合住宅
Ｙ 住宅
Claims (2)
- 複数階層を有する集合住宅の２以上の各フロア毎に設置される２以上の個別システムと、この２以上の個別システムを互いに補完するよう運転制御する制御装置とを備え、
上記各個別システムは、熱及び電力を発生させる熱電併給装置と、この熱電併給装置からの出力電力を蓄電し対応するフロアにある各住宅内の電力負荷に給電する給電手段と、上記熱電併給装置から発生する熱を回収し給水との熱交換により温水に変換して貯湯する貯湯タンクと、この貯湯タンクから上記各住宅に給湯する給湯回路と、上記熱電併給装置からの熱回収が不能になる異常の発生を検出する異常検出手段とを備え、
上記各熱電併給装置は発電部と熱回収部とを有する燃料電池であり、
各貯湯タンクに給水するための給水タンクが、最も高いフロアに設置されている個別システムよりも上位に設置され、
上記２以上の個別システムの各貯湯タンクは給水を受ける側の底部が各フロアを貫通して上下方向に延びる水側縦配管に対し水側開閉弁を介して接続される一方、上記各貯湯タンクの頂部が各フロアを貫通して上下方向に延びる湯側縦配管に対し湯側開閉弁を介して接続され、
上記湯側縦配管の最上端部が洗浄用開閉弁を介して上記給水タンクと接続される一方、上記湯側縦配管の最下端部に湯側排水開閉弁が設けられ、かつ、上記水側縦配管の最下端部に水側排水開閉弁が設けられており、
上記制御装置は、上記各異常検出手段からいずれかの個別システムの熱電併給装置に異常が発生していることの出力を受けたとき、その個別システムの貯湯タンクと、この貯湯タンクよりも階下の個別システムの貯湯タンクとのそれぞれの水側開閉弁を開作動させて底部同士を連通させかつそれぞれの湯側開閉弁を開作動させて頂部同士を連通させるように構成されている
ことを特徴とするコジェネレーションシステム。 - 複数階層を有する集合住宅の２以上の各フロア毎に設置される２以上の個別システムと、この２以上の個別システムを互いに補完するよう運転制御する制御装置とを備え、
上記各個別システムは、熱及び電力を発生させる熱電併給装置と、この熱電併給装置からの出力電力を蓄電し対応するフロアにある各住宅内の電力負荷に給電する給電手段と、上記熱電併給装置から発生する熱を回収し給水との熱交換により温水に変換して貯湯する貯湯タンクと、この貯湯タンクから上記各住宅に給湯する給湯回路と、上記貯湯タンク内の貯湯状況を検出する貯湯状況検出手段とを備え、
上記各熱電併給装置は発電部と熱回収部とを有する燃料電池であり、
各貯湯タンクに給水するための給水タンクが、最も高いフロアに設置されている個別システムよりも上位に設置され、
上記２以上の個別システムの各貯湯タンクは給水を受ける側の底部が各フロアを貫通して上下方向に延びる水側縦配管に対し水側開閉弁を介して接続される一方、上記各貯湯タンクの頂部が各フロアを貫通して上下方向に延びる湯側縦配管に対し湯側開閉弁を介して接続され、
上記湯側縦配管の最上端部が洗浄用開閉弁を介して上記給水タンクと接続される一方、上記湯側縦配管の最下端部に湯側排水開閉弁が設けられ、かつ、上記水側縦配管の最下端部に水側排水開閉弁が設けられており、
上記制御装置は、上記貯湯状況検出手段からの検出情報に基づいていずれかの個別システムの貯湯タンク内の貯湯量が一時的に不足することが検出されたとき、その個別システムの貯湯タンクと、この貯湯タンクよりも階下の個別システムの貯湯タンクとのそれぞれの水側開閉弁を開作動させて底部同士を連通させかつ湯側開閉弁を開作動させて頂部同士を連通させるように構成されている
ことを特徴とするコジェネレーションシステム。
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