JP3970239B2 - コージェネレーションシステムの省エネルギー度演算方法 - Google Patents

Description

本発明は、熱と電力を発生する熱電併給装置と、その熱電併給装置にて発生する熱にて貯湯タンクに貯湯する貯湯手段と、前記熱電併給装置にて発電される電力の余剰電力を前記貯湯タンクに貯湯する熱に変換する電気ヒータと、熱負荷に対して前記熱電併給装置にて発生する熱量では不足する不足分を補う補助加熱手段と、前記熱電併給装置および前記貯湯手段の運転を制御する運転制御部とが設けられたコージェネレーションシステムにおける省エネルギー度演算方法に関する。

かかるコージェネレーションシステムは、熱電併給装置にて発電される電力を電力負荷に供給し、熱電併給装置から発生する熱にて貯湯手段により貯湯タンクに貯湯し、熱電併給装置にて発電される電力の余剰電力を電気ヒータにて貯湯タンクに貯湯する熱に変換し、熱負荷に対して熱電併給装置にて発生する熱量では不足する不足分を補助加熱手段にて補うようになっている（例えば、特許文献１参照。）。
そして、このようなコージェネレーションシステムでは、そのコージェネレーションシステムの使用者により、そのコージェネレーションシステムにて熱及び電力を供給することにより達成される省エネルギーの程度を評価することが可能になることが望まれる。
このように省エネルギーの程度を評価するに当たって、従来では、下記の（式１）に示すように、熱電併給装置の有効発電出力の発電所一次エネルギー換算値、熱電併給装置の有効暖房熱出力の従来給湯器での一次エネルギー換算値及び熱電併給装置の有効貯湯熱出力の従来給湯器での一次エネルギー換算値夫々を求めると共に、それらを加算して総一次エネルギー換算値を求め、熱電併給装置の必要エネルギーに対する総一次エネルギー換算値の割合を省エネルギー度を示す省エネ度として求めることが考えられる。
つまり、熱電併給装置の有効発電出力を商用電源にて得ると共に熱電併給装置の有効熱出力を従来の給湯器にて得た場合に必要となる一次エネルギーを総一次エネルギー換算値として求めて、熱電併給装置の必要エネルギーに対する総一次エネルギー換算値の割合を省エネ度として求めるようになっていた。

〔数１〕
省エネ度＝｛（ＥＫ１＋ＥＫ２＋ＥＫ３）／熱電併給装置３の必要エネルギー｝×１００……………（式１）

ただし、ＥＫ１は、有効発電出力Ｅ１を変数とする関数であり、ＥＫ２は、Ｅ２を変数とする関数であり、ＥＫ３は、Ｅ３を変数とする関数であり、
ＥＫ１＝有効発電出力Ｅ１の発電所一次エネルギー換算値
＝ｆ１（有効発電出力Ｅ１，発電所での必要エネルギー）
ＥＫ２＝有効暖房熱出力Ｅ２の従来給湯器でのエネルギー換算値
＝ｆ２（有効暖房熱出力Ｅ２，バーナ効率（暖房時））
ＥＫ３＝有効貯湯熱出力Ｅ３の従来給湯器でのエネルギー換算値
＝ｆ３（有効貯湯熱出力Ｅ３，バーナ効率（給湯時））

特開平８−１４１０３号公報

しかしながら、従来では、熱電併給装置の必要エネルギーに対する総一次エネルギー換算値の割合を省エネ度として求めるものであることから、省エネルギーがかなり図られたとしても、熱電併給装置の必要エネルギーに対する総一次エネルギー換算値の増加率としては、最大でも高々１５％程度であり、省エネルギーの程度の変化に対する求められる省エネ度の変化量が小さくなる。
従って、従来では、省エネルギーの程度の変化に対する変化量が小さくなる状態で求められる省エネ度にて、省エネルギーの程度を評価することになるので、一般の使用者にとっては省エネルギーの程度を評価し難いという問題があった。

本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、省エネルギーの程度を評価し易い省エネルギー度を得ることが可能なコージェネレーションシステムにおける省エネルギー度演算方法を提供することにある。

〔請求項１記載の発明〕
請求項１に記載のコージェネレーションシステムの省エネルギー度演算方法は、熱と電力を発生する熱電併給装置と、その熱電併給装置にて発生する熱にて貯湯タンクに貯湯する貯湯手段と、前記熱電併給装置にて発電される電力の余剰電力を前記貯湯タンクに貯湯する熱に変換する電気ヒータと、熱負荷に対して前記熱電併給装置にて発生する熱量では不足する不足分を補う補助加熱手段と、前記熱電併給装置および前記貯湯手段の運転を制御する運転制御部とが設けられたコージェネレーションシステムにおける省エネルギー度演算方法であって、
前記運転制御部が、前記熱電併給装置の発電電力と前記電気ヒータの消費電力とから、その電気ヒータの消費電力が少ないほど電気についての省エネルギーの程度が高くなるように電気関連省エネ情報を求め、
前記熱電併給装置への燃料供給量に所定の設定排熱発生率を乗じて得られる排熱発生熱量対応値と、前記補助加熱手段への燃料供給量に所定の設定ボイラ効率を乗じて得られる補助加熱器発生熱量対応値とから、前記補助加熱手段への燃料供給量が少ないほど熱についての省エネルギーの程度が高くなるように熱関連省エネ情報を求め、
それら電気関連省エネ情報と熱関連省エネ情報とから、省エネルギー度を示す省エネ指数を求めるように構成されている点を特徴構成とする。
即ち、熱電併給装置の発電電力と電気ヒータの消費電力とから、その電気ヒータの消費電力が少ないほど電気についての省エネルギーの程度が高くなるように電気関連省エネ情報を求め、熱電併給装置への燃料供給量に所定の設定排熱発生率を乗じて得られる排熱発生熱量対応値と、補助加熱手段への燃料供給量に所定の設定ボイラ効率を乗じて得られる補助加熱器発生熱量対応値とから、補助加熱手段への燃料供給量が少ないほど熱についての省エネルギーの程度が高くなるように熱関連省エネ情報を求め、それら電気関連省エネ情報と熱関連省エネ情報とから、省エネルギー度を示す省エネ指数を求める。
つまり、熱電併給装置の発電電力に余剰分があると、その余剰分を電気ヒータにて貯湯タンクに貯湯する熱として回収することになり、電気ヒータにて電気エネルギーを熱に変換する際にロスが生じることから、電気ヒータの消費電力が少ないほど電気についての省エネルギーの程度が高くなる。
そして、熱電併給装置の発電電力と、その発電電力のうちの一部である電気ヒータの消費電力とから電気関連省エネ情報を求めるので、その電気関連省エネ情報を、電気ヒータの消費電力の変化、即ち、電気についての省エネルギーの程度の変化に対する変化量が大きくなるように求めることが可能となる。
また、熱負荷に対して熱電併給装置にて発生する熱量では不足すると、その不足分を補助加熱手段にて補うことになり、その補助加熱手段への燃料供給量が少ないほど熱についての省エネルギーの程度が高くなる。
そして、熱電併給装置への燃料供給量に所定の設定排熱発生率を乗じて得られる排熱発生熱量対応値と、補助加熱手段への燃料供給量に所定の設定ボイラ効率を乗じて得られる補助加熱器発生熱量対応値とを加えた値は、使用者が消費した熱量に対応する消費熱量対応値となり、補助加熱器発生熱量対応値は消費熱量対応値の一部となることから、排熱発生熱量対応値と補助加熱器発生熱量対応値とから熱関連省エネ情報を求めることにより、
その熱関連省エネ情報を、熱電併給装置への燃料供給量の変化、即ち、熱についての省エネルギーの程度の変化に対する変化量が大きくなるように求めることが可能となる。
そして、そのように電気についての省エネルギーの程度の変化に対する変化量が大きくなるように求めることが可能な電気関連省エネ情報と、熱についての省エネルギーの程度の変化に対する変化量が大きくなるように求めることが可能な熱関連省エネ情報とから省エネ指数を求めるので、その省エネ指数を、電気ヒータの消費電力及び助加熱手段への燃料供給量の変化、即ち、省エネルギーの程度の変化に対する変化量が大きくなるように求めることが可能となる。
従って、省エネルギーの程度を評価し易い省エネルギー度を得ることが可能なコージェネレーションシステムにおける省エネルギー度演算方法を提供することができるようになった。

〔請求項２記載の発明〕
請求項２に記載のコージェネレーションシステムの省エネルギー度演算方法は、請求項１において、前記運転制御部が、前記電気関連省エネ情報として、前記熱電併給装置の発電電力から前記電気ヒータの消費電力を減じた実消費電力を前記熱電併給装置の発電電力にて除して、電力利用率を求め、
前記熱関連省エネ情報として、前記排熱発生熱量対応値をその排熱発生熱量対応値と前記補助加熱器発生熱量対応値とを加えた値にて除して、使用者が消費した熱量のうち前記熱電併給装置の発生熱量で賄った割合を示す排熱充当率を求め、
前記省エネ指数を、前記電力利用率と前記排熱充当率とを乗じて得られる値に基づいて求めるように構成されている点を特徴構成とする。
即ち、電気関連省エネ情報として、熱電併給装置の発電電力から電気ヒータの消費電力を減じた実消費電力を熱電併給装置の発電電力にて除して、電力利用率を求め、熱関連省エネ情報として、排熱発生熱量対応値をその排熱発生熱量対応値と補助加熱器発生熱量対応値とを加えた値にて除して、使用者が消費した熱量のうち熱電併給装置の発生熱量で賄った割合を示す排熱充当率を求め、省エネ指数を、電力利用率と排熱充当率とを乗じて得られる値に基づいて求める。
つまり、電気関連省エネ情報として求められる電力利用率は、１又は１よりも小さい値であり、熱関連省エネ情報として求められる排熱充当率も、１又は１よりも小さい値であるので、それら電力利用率と排熱充当率とを乗じて得られる値に基づいて省エネ指数を求めることにより、省エネルギーの程度の変化に対する変化量が一段と大きくなるように求めることが可能となる。
従って、省エネルギーの程度を一段と評価し易い省エネルギー度を得ることが可能なようになった。

以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。
このコージェネレーションシステムは、図１および図２に示すように、ガスエンジン１によって発電装置２を駆動するように構成された熱電併給装置３と、その熱電併給装置３にて発生する熱を利用しながら、貯湯タンク４への貯湯および熱消費端末５への熱媒供給を行う貯湯ユニット６（貯湯手段に相当する）と、熱電併給装置３および貯湯ユニット６の運転を制御する運転制御部７と、リモコンＲなどから構成されている。前記熱消費端末５は、床暖房装置や浴室暖房装置などの暖房端末にて構成されている。

前記発電装置２の出力側には、系統連係用のインバータ８が設けられ、そのインバータ８は、発電装置２の出力電力を商用系統９から供給される電力と同じ電圧および同じ周波数にするように構成されている。
前記商用系統９は、例えば、単相３線式１００／２００Ｖであり、商業用電力供給ライン１０を介して、テレビ、冷蔵庫、洗濯機などの電力負荷１１に電気的に接続されている。
また、インバータ８は、コージェネ用供給ライン１２を介して商業用電力供給ライン１０に電気的に接続され、発電装置２からの出力電力がインバータ８およびコージェネ用供給ライン１２を介して電力負荷１１に供給されるように構成されている。
コージェネ用供給ライン１２の途中には、コージェネレーションシステムの後述する各種補機、熱電併給装置３の余剰電力を熱に代えて回収する電気ヒータ１４が接続されている。

前記商業用電力供給ライン１０には、この商業用電力供給ライン１０にて供給される商業用電力を計測する商用電力計測部Ｐ１が設けられ、コージェネ用供給ライン１２には、熱電併給装置３の発電電力を計測する発電電力計測部Ｐ２が設けられ、前記商用電力計測部Ｐ１は、商業用電力供給ライン１０を通して流れる電流に逆潮流が発生するか否かをも検出するように構成されている。
そして、逆潮流が生じないように、インバータ８により発電装置２から商業用電力供給ライン１０に供給される電力が制御され、発電電力の余剰電力は、その余剰電力を熱に代えて回収する電気ヒータ１４に供給されるように構成されている。

前記電気ヒータ１４は、複数の電気ヒータから構成され、冷却水循環ポンプ１７の作動により冷却水循環路１５を通流するガスエンジン１の冷却水を加熱するように設けられ、発電装置２の出力側に接続された作動スイッチ１６によりＯＮ／ＯＦＦが切り換えられている。
また、作動スイッチ１６は、余剰電力の大きさが大きくなるほど、電気ヒータ１４の消費電力が大きくなるように、余剰電力の大きさに応じて電気ヒータ１４の消費電力を調整するように構成されている。ちなみに、電気ヒータ１４の消費電力は、電気ヒータ１本当たりの消費電力（例えば１００Ｗ）にオンされている作動スイッチ１６の個数を乗じた電力になる。
前記ガスエンジン１には、エンジン燃料路２１を通じて設定流量（例えば、０．４３３ｍ³／ｈ）でガス燃料が供給されて、前記熱電併給装置３が定格運転されるようになっており、その定格運転状態では、前記熱電併給装置３の発電電力は定格発電電力（例えば１ｋＷ）で略一定になるようになっている。

前記貯湯ユニット６は、温度成層を形成する状態で湯水を貯湯する前記貯湯タンク４、湯水循環路１８を通して貯湯タンク４内の湯水を循環させたり熱消費端末５へ循環供給される熱媒を加熱する湯水を循環させる湯水循環ポンプ１９、熱媒循環路２２を通して熱媒を熱消費端末５に循環供給させる熱媒循環ポンプ２３、冷却水循環路１５を通流する冷却水にて湯水循環路１８を通流する湯水を加熱させる排熱式熱交換器２４、湯水循環路１８を通流する湯水にて熱媒循環路２２を通流する熱媒を加熱させる熱媒加熱用熱交換器２６、バーナ２７ｂの燃焼により湯水循環路１８を通流する湯水を加熱させる補助加熱手段としての補助加熱器２７などを備えて構成されている。この補助加熱器２７は、加熱対象の湯水を通流させる熱交換器２７ａと、その熱交換器２７ａを加熱する前記バーナ２７ｂと、そのバーナ２７ｂに燃焼用空気を供給する燃焼用ファン２７ｃとを備えて構成されている。
バーナ２７ｂへガス燃料を供給する補助燃料路２８には、バーナ２７ｂへのガス燃料の供給を断続する補助燃料用電磁弁２９と、バーナ２７ｂへのガス燃料の供給量を調節する補助燃料用比例弁３０が設けられている。

前記貯湯タンク４には、貯湯タンク４の貯湯量を検出する４個のタンクサーミスタＴｔが上下方向に間隔を隔てて設けられている。つまり、タンクサーミスタＴｔが設定温度以上の温度を検出することにより、その設置位置に湯が貯湯されているとして、検出温度が設定温度以上であるタンクサーミスタＴｔのうちの最下部のタンクサーミスタＴｔの位置に基づいて、貯湯量を４段階に検出するように構成され、４個のタンクサーミスタＴｔ全ての検出温度が前記設定温度以上になると、貯湯タンク４の貯湯量が満杯であることが検出されるように構成されている。

前記湯水循環路１８には、貯湯タンク４の下部と連通する取り出し路３５と貯湯タンク４の上部と連通する貯湯路３６が接続され、貯湯路３６には、電磁比例弁にて構成されて、湯水の通流量の調整及び通流の断続を行う貯湯弁３７が設けられている。
そして、湯水循環路１８には、取り出し路３５との接続箇所から湯水の循環方向の順に、前記排熱式熱交換器２４、前記湯水循環ポンプ１９、前記補助加熱器２７、電磁比例弁にて構成されて、湯水の通流量の調整及び通流の断続を行う暖房弁３９、前記熱媒加熱用熱交換器２６が設けられている。

前記補機には、このコージェネレーションシステム固有の補機と、このコージェネレーションシステムにおいて本来必要な補機があり、固有の補機としては、前記冷却水循環ポンプ１７及び前記湯水循環ポンプ１９などが含まれ、本来必要な補機としては、前記熱媒循環ポンプ２３などが含まれ、本来必要な補機の消費電力は、前記電力負荷１１と同様に、使用者にて消費される電力として扱われる。

また、湯水循環路１８には、前記補助加熱器２７に流入する湯水の温度を検出する入口サーミスタＴｉ、補助加熱器２から流出する湯水の温度を検出する出口サーミスタＴｅが設けられている。
また、貯湯タンク４の上部から取り出した湯水を給湯する給湯路２０には、給湯熱負荷を計測する給湯負荷計測手段３１が設けられ、熱消費端末５での暖房熱負荷を計測する暖房熱負荷計測手段３２も設けられている。

図６に基づいて、リモコンＲについて説明を加える。
リモコンＲには、各種情報を表示出力する表示部４２、各種情報を音声にて出力するスピーカ４３、表示部４２による省エネ指数の表示及びスピーカ４３による省エネ関連メッセージの出力を指令する省エネ指数表示スイッチ４４、熱電併給装置３の運転を自動運転と手動運転とに切り換える発電切換スイッチ４５、熱電併給装置３の運転及び停止を指令する発電スイッチ４６が設けられている。又、表示部４２には、熱電併給装置３が運転中のときに運転中表示マーク５０が表示される。

発電切換スイッチ４５にて自動運転に切り換えられると、後述するように熱電併給装置３が学習運転制御にて運転される。
また、発電切換スイッチ４５にて自動運転状態に切り換えられている状態で、発電スイッチ４６をオンすると直ぐに熱電併給装置３が運転され、オフすると約１時間程度熱電併給装置３が停止された後、自動運転状態になる。
また、発電切換スイッチ４５にて手動運転に切り換えられている状態では、発電スイッチ４６がオンされると直ぐに熱電併給装置３が運転され、発電スイッチ４６がオフされると、直ぐに熱電併給装置３が停止されると共に、その停止状態が、次に発電切換スイッチ４５又は発電スイッチ４６が操作されるまで継続する。
尚、発電切換スイッチ４５にて手動運転に切り換えられている間は、電力負荷や熱負荷の計測データは、後述する学習運転制御にて使用する負荷データからは除外されるように構成されている。

前記運転制御部７は、コージェネレーションシステムの運転状態において、熱電併給装置３の運転中には冷却水循環ポンプ１７を作動させる状態で、熱電併給装置３の運転および冷却水循環ポンプ１７の作動状態を制御するとともに、湯水循環ポンプ１９、熱媒循環ポンプ２３の作動状態を制御することによって、貯湯タンク４内に湯水を貯湯する貯湯運転や、熱消費端末５に熱媒を供給する熱媒供給運転を行うように構成されている。
また、前記運転制御部７は、リモコンＲの表示部４２やスピーカ４３に出力させる情報を切り換える出力情報切換制御を行うように構成されている。

ちなみに、図示しない給湯栓が開栓されると、貯湯タンク４の上部から湯水が取り出されて、給湯路２０を通じて給湯するように構成され、前記給湯栓が開栓されたときに、貯湯タンク４内に湯が貯湯されていないときには、湯水循環ポンプ１９が作動され、貯湯弁３７が開弁されると共に、補助加熱器２７が加熱作動されて、その補助加熱器２７にて加熱されて、貯湯路３６を通じて貯湯タンク４に流入した湯が給湯路２０を通じて取り出されて、給湯されるように構成されている。

まず、運転制御部７による熱電併給装置３の学習運転制御について説明を加える。
前記運転制御部７は、実際の使用状況に基づいて、１日分の過去負荷データを曜日と対応付ける状態で更新して記憶するデータ更新処理を行い、日付が変わるごとに、記憶されている１日分の過去負荷データから、その日１日分の予測負荷データを求める予測負荷演算処理を行うように構成されている。
そして、運転制御部７は、その日１日分の予測負荷データを求めた状態で、予測負荷データから、熱電併給装置３を運転させるか否かの基準となる省エネ度基準値を求める省エネ度基準値演算処理を行うとともに、その省エネ度基準値演算処理にて求められた省エネ度基準値よりも現時点での実省エネ度が上回っているか否かによって、熱電併給装置３の運転の可否を判別する運転可否判別処理を行うように構成されている。

このようにして、運転制御部７は、運転可否判別処理において、熱電併給装置３の運転が可と判別されると、熱電併給装置３を運転させ、熱電併給装置３の運転が不可と判別されると、熱電併給装置３の運転を停止させるように構成されている。

そして、運転制御部７は、運転用時間帯において、貯湯タンク４内の貯湯量が満杯となると、熱電併給装置３の運転を停止させるように構成されている。

前記データ更新処理について説明を加えると、１日のうちのどの時間帯にどれだけの電力負荷、熱負荷としての給湯熱負荷と暖房熱負荷があったかの１日分の過去負荷データを曜日と対応付ける状態で更新して記憶するように構成されている。

まず、過去負荷データについて説明すると、過去負荷データは、電力負荷データ、給湯熱負荷データ、暖房熱負荷データの３種類の負荷データからなり、図３に示すように、１日分の過去負荷データが日曜日から土曜日までの曜日ごとに区分けした状態で記憶するように構成されている。
そして、１日分の過去負荷データは、２４時間のうち１時間を単位時間として、単位時間当たりの電力負荷データの２４個、単位時間当たりの給湯熱負荷データの２４個、および、単位時間当たりの暖房熱負荷データの２４個から構成されている。

上述のような過去負荷データを更新する構成について説明を加えると、実際の使用状況から、単位時間当たりの電力負荷、給湯熱負荷、および、暖房熱負荷の夫々を、商用電力計測部Ｐ１、発電電力計測部Ｐ２、給湯熱負荷計測手段３１、および、暖房熱負荷計測手段３２にて計測し、その計測した負荷データ（熱の時系列消費データ、電力の時系列消費データに相当する）を記憶する状態で１日分の実負荷データを曜日と対応付けて記憶させる。ちなみに、電力負荷は、商用電力計測部Ｐ１＋発電電力計測部Ｐ２−電気ヒータ１４の消費電力となる。
そして、１日分の実負荷データが１週間分記憶されると、曜日ごとに、過去負荷データと実負荷データとを所定の割合で足し合わせることにより、新しい過去負荷データを求めて、その求めた新しい過去負荷データを記憶して、過去負荷データを更新するように構成されている。

日曜日を例に挙げて具体的に説明すると、図３に示すように、過去負荷データのうち日曜日に対応する過去負荷データＤ１ｍと、実負荷データのうち日曜日に対応する実負荷データＡ１とから、下記の〔式２〕により、日曜日に対応する新しい過去負荷データＤ１（ｍ＋１）が求められ、その求められた過去負荷データＤ１（ｍ＋１）を記憶する。
なお、下記の〔式２〕において、Ｄ１ｍを、日曜日に対応する過去負荷データとし、Ａ１を、日曜日に対応する実負荷データとし、Ｋは、０．７５の定数であり、Ｄ１（ｍ＋１）を、新しい過去負荷データとする。

〔数２〕
Ｄ１（ｍ＋１）＝（Ｄ１ｍ×Ｋ）＋｛Ａ１×（１−Ｋ）｝……………（式２）

前記予測負荷演算処理について説明を加えると、日付が変わるごとに実行され、その日のどの時間帯にどれだけの電力負荷、給湯熱負荷、暖房熱負荷が予測されているかの１日分の予測負荷データを求めるように構成されている。
すなわち、曜日ごとの７つの過去負荷データのうち、その日の曜日に対応する過去負荷データと前日の実負荷データとを所定の割合で足し合わせることにより、どの時間帯にどれだけの電力負荷、給湯熱負荷、暖房熱負荷が予測されているかのその日１日分の予測負荷データを求めるように構成されている。

月曜日１日分の予測負荷データを求める場合を例に挙げて具体的に説明すると、図３に示すように、曜日ごとの７つの過去負荷データＤ１ｍ〜Ｄ７ｍと曜日ごとの７つの実負荷データＡ１〜Ａ７とが記憶されているので、月曜日に対応する過去負荷データＤ２ｍと、前日の日曜日に対応する実負荷データＡ１とから、下記の〔式３〕により、月曜日の１日分の予測負荷データＢを求める。
そして、１日分の予測負荷データＢは、図４に示すように、１日分の予測電力負荷データ、１日分の予測給湯熱負荷データ、１日分の予測暖房熱負荷データからなり、図４の（イ）は、１日分の予測電力負荷を示しており、図４の（ロ）は、１日分の予測給湯熱負荷を示しており、図４の（ハ）は、１日分の予測暖房熱負荷を示している。
なお、下記の〔式３〕において、Ｄ２ｍを、月曜日に対応する過去負荷データとし、Ａ１を、日曜日に対応する実負荷データとし、Ｑは、０．２５の定数であり、Ｂは、予測負荷データとする。

〔数３〕
Ｂ＝（Ｄ２ｍ×Ｑ）＋｛Ａ１×（１−Ｑ）｝……………（式３）

前記省エネ度基準値演算処理について説明を加えると、予測給湯熱負荷データを用いて、現時点から基準値用時間先までの間に必要となる貯湯必要量を賄えるように熱電併給装置３を運転させた場合に、熱電併給装置３を運転させることによって省エネルギー化を実現できる省エネ度基準値を求めるように構成されている。

例えば、単位時間を１時間とし、基準値用時間を１２時間として説明を加えると、まず、予測負荷データによる予測電力負荷、予測給湯熱負荷、および、予測暖房熱負荷から、下記の〔式４〕により、図５に示すように、熱電併給装置３を運転させた場合の予測省エネ度を１時間ごとに１２時間先までの１２個分を求めるとともに、熱電併給装置３を運転させた場合に貯湯タンク３に貯湯することができる予測貯湯量を１時間ごとに１２時間先までの１２個分を求める。

〔数４〕
省エネ度Ｐ＝｛（ＥＫ１＋ＥＫ２＋ＥＫ３）／熱電併給装置３の必要エネルギー｝×１００……………（式４）

ただし、ＥＫ１は、有効発電出力Ｅ１を変数とする関数であり、ＥＫ２は、Ｅ２を変数とする関数であり、ＥＫ３は、Ｅ３を変数とする関数であり、
ＥＫ１＝有効発電出力Ｅ１の発電所一次エネルギー換算値
＝ｆ１（有効発電出力Ｅ１，発電所での必要エネルギー）
ＥＫ２＝有効暖房熱出力Ｅ２の従来給湯器でのエネルギー換算値
＝ｆ２（有効暖房熱出力Ｅ２，バーナ効率（暖房時））
ＥＫ３＝有効貯湯熱出力Ｅ３の従来給湯器でのエネルギー換算値
＝ｆ３（有効貯湯熱出力Ｅ３，バーナ効率（給湯時））
熱電併給装置３の必要エネルギー：５．５ｋＷ
（熱電併給装置３を１時間稼動させたときに必要な都市ガス使用量を０．４３３ｍ³とする）
単位電力発電必要エネルギー：２．８ｋＷ
バーナ効率（暖房時）：０．８
バーナ効率（給湯時）：０．９

また、有効発電出力Ｅ１、有効暖房熱出力Ｅ２、有効貯湯熱出力Ｅ３の夫々は、下記の〔式５〕〜〔式７〕により求められる。

〔数５〕
Ｅ１＝電力負荷１１での消費電力＝熱電併給装置３の発電電力−（電気ヒータ１４の消費電力−固有の補機電力）……………（式５）
Ｅ２＝熱消費端末５での消費熱量……………（式６）
Ｅ３＝（熱電併給装置３にて発生する熱量＋電気ヒータ１４の回収熱量−有効暖房熱出力Ｅ２）−放熱ロス……………（式７）
ただし、電気ヒータ１４の回収熱量＝電気ヒータ１４の消費電力×ヒータの熱効率とする。

そして、図５に示すように、１時間ごとの予測省エネ度および予測貯湯量を１２個分求めた状態において、まず、予測給湯熱負荷データから１２時間先までに必要とされている予測必要貯湯量を求め、その予測必要貯湯量から現時点での貯湯タンク４内の貯湯量を引いて、１２時間先までの間に必要となる必要貯湯量を求める。
例えば、予測給湯熱負荷データから１２時間後に９．８ｋＷの給湯熱負荷が予測されていて、現時点での貯湯タンク４内の貯湯量が２．５ｋＷである場合には、１２時間先までの間に必要となる必要貯湯量は７．３ｋＷとなる。

そして、単位時間の予測貯湯量を足し合わせる状態で、その足し合わせた予測貯湯量が必要貯湯量に達するまで、１２個分の単位時間のうち、予測省エネ度の数値が高いものから選択していくようにしている。

説明を加えると、例えば、上述の如く、必要貯湯量が７．３ｋＷである場合には、図５に示すように、まず、予測省エネ度の一番高い７時間先から８時間先までの単位時間を選択し、その単位時間における予測貯湯量を足し合わせる。
次に予測省エネ度の高い６時間先から７時間先までの単位時間を選択し、その単位時間における予測貯湯量を足し合わせて、そのときの足し合わせた予測貯湯量が１．１ｋＷとなる。
また次に予測省エネ度の高い５時間先から６時間先までの単位時間を選択し、その単位時間における予測貯湯量を足し合わせて、そのときの足し合わせた予測貯湯量が４．０ｋＷとなる。

このようにして、予測省エネ度の数値が高いものからの単位時間の選択と予測貯湯量の足し合わせを繰り返していくと、図５に示すように、８時間先から９時間先までの単位時間を選択したときに、足し合わせた予測貯湯量が７．３ｋＷに達する。
そうすると、８時間先から９時間先までの単位時間の省エネ度を省エネ度基準値として設定し、図５に示すものでは、省エネ度基準値が１０６となる。

前記運転可否判別処理について説明を加えると、運転可否判別処理では、現時点での電力負荷、予測給湯熱負荷、および、現時点での暖房熱負荷から、上記の〔式４〕により、現省エネ度を求める。
そして、その現省エネ度が省エネ度基準値よりも上回ると、熱電併給装置３の運転が可と判別し、現省エネ度が省エネ度基準値以下であると、熱電併給装置３の運転が不可と判別するようにしている。

次に、運転制御部７による貯湯運転および熱媒供給運転について説明を加える。
前記貯湯運転は、熱電併給装置３の運転中に、暖房弁３９を閉弁し、湯水循環ポンプ１９を作動させる状態で、入口サーミスタＴｉの検出温度が設定温度になるように貯湯弁３７の開度を調整することにより行われる。
その貯湯運転中は、貯湯弁３７の開度を設定最小開度に絞っても入口サーミスタＴｉの検出温度が前記設定温度よりも低いときは、入口サーミスタＴｉの検出温度が前記設定温度になるように、暖房弁３９を開弁すると共にその開度を調整して、排熱式熱交換器２４にて加熱された湯の一部を貯湯タンク４をバイパスさせて通流させる。
そして、その貯湯運転では、取り出し路３５を通じて貯湯タンク４の下部から湯水を湯水循環路１８に取り出し、湯水循環路１８を通流させて、排熱式熱交換器２４にて加熱し、その加熱では不足するときは補助加熱器２７にて補った後、貯湯路３６を通じて貯湯タンク４の上部に戻す形態で、貯湯タンク４の湯水を循環させて、貯湯タンク４に前記設定温度にて貯湯するように構成されている。

前記熱媒供給運転は、熱電併給装置３の運転中に、熱消費端末５から暖房運転の開始が指令されると、暖房弁３９を開弁し、湯水循環ポンプ１９を作動させる状態で、入口サーミスタＴｉの検出温度が設定温度になるように貯湯弁３７の開度を調整することにより行われる。
その熱媒供給運転中は、貯湯弁３７を閉弁しても入口サーミスタＴｉの検出温度が前記設定温度よりも低いときは、補助加熱器２７のバーナ２７ｂが燃焼されると共に、出口サーミスタＴｅの検出温度が前記設定温度になるように、補助燃料用比例弁３０によりバーナ２７ｂの燃焼量が調節される。
つまり、熱媒供給運転では、熱電併給装置３の発生熱量の方が熱消費端末５での暖房負荷よりも大きいときには、熱電併給装置３の発生熱量の余剰分により、貯湯タンク４に貯湯されるように構成されている。
そして、その熱媒供給運転では、湯水を排熱式熱交換器２４にて加熱しながら湯水循環路１８を通じて循環させて、熱媒加熱用熱交換器２６にて、熱消費端末５へ循環供給される熱媒を加熱するように構成されている。
また、熱電併給装置３の停止中に、熱消費端末５から暖房運転の開始が指令されると、湯水を補助加熱器２７にて加熱しながら湯水循環路１８を通じて循環させるように構成されている。

次に、前記運転制御部７による出力情報切換制御について説明を加える。
先ず、リモコンＲの表示部４２に表示する情報を求めるための制御について説明する。
前記商用電力計測部Ｐ１の計測電力と発電電力計測部Ｐ２の計測電力とを加えた電力から電気ヒータ１４の消費電力を減じて、電力負荷１１の消費電力を求める。
また、発電電力計測部Ｐ２の計測電力を積算し、電気ヒータ１４の消費電力を積算する。
尚、図示は省略するが、リモコンＲには、積算値をリセットするリセットスイッチが設けられており、前記発電電力計測部Ｐ２の計測電力の積算、及び、電気ヒータ１４の消費電力の積算は、前記リセットスイッチにてリセットされた以降、継続して行われる。

また、前記リセットスイッチにてリセットされた以降、ガスエンジン１に供給される燃料供給量を継続して積算し、また、補助燃料用比例弁３０の制御状態に基づいて、補助加熱器２７に供給される燃料供給量を求めると共に、その燃料供給量を前記リセットスイッチにてリセットされた以降継続して積算する。

また、電力利用率Ｒｅ、排熱充当率Ｒｇ、省エネ指数Ｉを、下記の〔式８〕〜〔式１０〕により求める。

〔数６〕
Ｉ＝Ｒｅ×Ｒｇ×１００……………（式８）
Ｒｅ＝（熱電併給装置３の発電電力−電気ヒータ１４の消費電力）／熱電併給装置３の発電電力……………（式９）
Ｒｇ＝Ａ×Ｂ／（Ｍ×ＣＢ＋Ａ×Ｂ）……………（式１０）

但し、
Ａ：熱電併給装置３への燃料供給量
Ｍ：補助加熱器２７への燃料供給量
Ｂ：熱電併給装置３の排熱発生率（例えば０．６５）
ＣＢ：補助加熱器２７のボイラ効率（例えば０．８５）

つまり、電力利用率Ｒｅは、熱電併給装置３の発電電力から電気ヒータ１４の消費電力を減じた実消費電力を熱電併給装置３の発電電力にて除して求めるもので、熱電併給装置３の発電電力のうち電気として利用される割合を示すものであり、その電力利用率Ｒｅは、電気ヒータ１４の消費電力が少ないほど大きくなって、電気についての省エネルギーの程度が高くなることを示すものであり、電気関連省エネ情報に相当する。

また、排熱充当率Ｒｇは、熱電併給装置３への燃料供給量Ａに所定の設定排熱発生率（即ち、熱電併給装置３の熱効率Ｂ）を乗じて得られる排熱発生熱量対応値を、その排熱発生熱量対応値と、補助加熱器２７への燃料供給量Ｍに所定の設定ボイラ効率（即ち、補助加熱器２７のボイラ効率ＣＢ）を乗じて得られる補助加熱器発生熱量対応値とを加えた値にて除して求めるもので、使用者が消費した熱量のうち熱電併給装置３の発生熱量で賄った割合を示すものであり、その排熱充当率Ｒｇは、補助加熱器２７にて補う熱量が少ないほど大きくなって、熱についての省エネルギーの程度が高くなることを示すものであり、熱関連省エネ情報に相当する。

そして、省エネ指数Ｉは、電力利用率Ｒｅと排熱充当率Ｒｇとを乗じて得られる値に基づいて求めるものであり、省エネ指数Ｉが大きくなるほど、熱電併給装置３にて熱及び電力を供給することにより達成される省エネルギーの程度が大きくなることを示すものとなる。

つまり、運転制御部７は、熱電併給装置３の発電電力と電気ヒータ１４の消費電力とから、その電気ヒータ１４の消費電力が少ないほど電気についての省エネルギーの程度が高くなるように電気関連省エネ情報を求め、熱電併給装置３への燃料供給量に所定の設定排熱発生率を乗じて得られる排熱発生熱量対応値と、補助加熱器２７への燃料供給量に所定の設定ボイラ効率を乗じて得られる補助加熱器発生熱量対応値とから、補助加熱器２７への燃料供給量が少ないほど熱についての省エネルギーの程度が高くなるように熱関連省エネ情報を求め、それら電気関連省エネ情報と熱関連省エネ情報とから、省エネルギー度を示す省エネ指数を求めるように構成されている。

また、運転制御部７は、前記電気関連省エネ情報として、熱電併給装置３の発電電力から電気ヒータ１４の消費電力を減じた実消費電力を熱電併給装置３の発電電力にて除して、電力利用率Ｒｅを求め、前記熱関連省エネ情報として、前記排熱発生熱量対応値をその排熱発生熱量対応値と前記補助加熱器発生熱量対応値とを加えた値にて除して、使用者が消費した熱量のうち熱電併給装置３の発生熱量で賄った割合を示す排熱充当率Ｒｇを求め、前記省エネ指数Ｉを、前記電力利用率Ｒｅと前記排熱充当率Ｒｇとを乗じて得られる値に基づいて求めるように構成されている。

次に、運転制御部７が情報を表示部４２に表示させたり、スピーカ４３に音声にて出力させるための制御について説明する。
図６に示すように、熱電併給装置３の運転中は、電力負荷１１の消費電力と補機夫々の消費電力とを加えた電力を合計消費電力として、その消費電力が多くなるほど長くなるように消費電力表示バー５１ａにて表示部４２にリアルタイムに表示させ、また、その消費電力表示バー５１ａにおいて、前記熱電併給装置３の定格発電電力に対応する位置には、定格出力マーク５１ｂを表示させる。
従って、使用者は、電力負荷１１の消費電力が前記熱電併給装置３の定格発電電力を越えているか否かが分かると共に、越えている場合は商業用電力の消費量が分かり、越えていない場合は余剰電力量、即ち、電気ヒータ１４の消費電力が分かるようになっている。

また、タンクサーミスタＴｔの検出情報に基づいて、図６に示すように、貯湯タンク４の貯湯量を、その貯湯量が多くなるほど長くなるように貯湯量表示バー５２にて表示部４２にリアルタイムに表示させる。

また、省エネ指数表示スイッチ４４が押されるごとに、表示部４２の表示状態を、「今日の省エネ指数表示」、「昨日の省エネ指数表示」、「１ヶ月の省エネ指数表示」、「積算の省エネ指数表示」に順次切り換える。

今日の省エネ関連情報表示では、当日の１日間にわたって熱電併給装置３の発電電力を積算した１日間積算発電電力、当日の１日間にわたって電気ヒータ１４の消費電力を積算した１日間積算ヒータ消費電力、当日の１日間にわたって熱電併給装置３への燃料供給量を積算した１日間積算エンジン燃料量、当日の１日間にわたって補助加熱器２７への燃料供給量を積算した１日間積算補助燃料量を求めると共に、それらによって、上記の（式８）〜（式１０）により、電力利用率Ｒｅ、排熱充当率Ｒｇ及び省エネ指数Ｉを求め、図７に示すように、求めた省エネ指数Ｉを表示部４２に表示させると共に、スピーカ４３にて音声にて出力させる。

昨日の省エネ関連情報表示では、昨日１日間にわたって熱電併給装置３の発電電力を積算した昨日積算発電電力、昨日１日間にわたって電気ヒータ１４の消費電力を積算した昨日積算ヒータ消費電力、昨日１日間にわたって熱電併給装置３への燃料供給量を積算した昨日積算エンジン燃料量、昨日１日間にわたって補助加熱器２７への燃料供給量を積算した昨日積算補助燃料量を求めると共に、それらによって、上記の（式８）〜（式１０）により、電力利用率Ｒｅ、排熱充当率Ｒｇ及び省エネ指数Ｉを求め、図示は省略するが、求めた省エネ指数Ｉを表示部４２に表示させると共に、スピーカ４３にて音声にて出力させる。

１ヶ月の省エネ関連情報表示では、過去１ヶ月間の熱電併給装置３の発電電力を積算した１ヶ月積算発電電力、過去１ヶ月間の電気ヒータ１４の消費電力を積算した１ヶ月積算ヒータ消費電力、過去１ヶ月間の熱電併給装置３への燃料供給量を積算した１ヶ月間積算エンジン燃料量、過去１ヶ月間の補助加熱器２７への燃料供給量を積算した１ヶ月間積算補助燃料量を求めると共に、それらによって、上記の（式８）〜（式１０）により、電力利用率Ｒｅ、排熱充当率Ｒｇ及び省エネ指数Ｉを求め、図示は省略するが、求めた省エネ指数Ｉを表示部４２に表示させると共に、スピーカ４３にて音声にて出力させる。

積算の省エネ関連情報表示では、リセットスイッチにてリセットされてから当日までの間熱電併給装置３の発電電力を積算した通算積算発電電力、リセットスイッチにてリセットされてから当日までの間電気ヒータ１４の消費電力を積算した通算積算ヒータ消費電力、リセットスイッチにてリセットされてから当日までの間熱電併給装置３への燃料供給量を積算した通算積算エンジン燃料量、リセットスイッチにてリセットされてから当日までの間補助加熱器２７への燃料供給量を積算した通算積算補助燃料量を求めると共に、それらによって、上記の（式８）〜（式１０）により、電力利用率Ｒｅ、排熱充当率Ｒｇ及び省エネ指数Ｉを求め、図示は省略するが、求めた省エネ指数Ｉを表示部４２に表示させると共に、スピーカ４３にて音声にて出力させる。

〔別実施形態〕
次に別実施形態を説明する。
（イ） 熱電併給装置３の発電電力と電気ヒータ１４の消費電力とから求める電気関連省エネ情報、及び、排熱発生熱量対応値と補助加熱器発生熱量対応値とから求める熱関連省エネ情報の具体例は、上記の実施形態において例示した電力利用率及び排熱充当率に限定されるものではない。
例えば、電気関連省エネ情報として、電気ヒータ１４の消費電力を熱電併給装置３の発電電力にて除して、熱電併給装置３の発電電力に対する電気ヒータ１４の消費電力の比率を示す電気ヒータ消費電力比率を求め、熱関連省エネ情報として、補助加熱器発生熱量対応値を排熱発生熱量対応値にて除して、排熱発生熱量対応値に対する補助加熱器発生熱量対応値の比率を示す補助発生熱量比率を求めるように構成しても良い。
この場合、省エネ指数は、例えば、所定の定数から前記電気ヒータ消費電力比率と前記補助発生熱量比率とを加えた値を減じた値に基づいて求めるように構成することができる。ちなみに、前記定数は、設計条件から決る前記電気ヒータ消費電力比率の最大値と前記補助発生熱量比率の最大値を加えた値に設定することができる。

（ロ） 上記の実施形態においては、予測運転時間帯を求めるように運転制御部７を構成するに当たっては、予測熱負荷及び予測電力負荷に基づいて、省エネ度Ｐが高く且つ熱負荷又は電力負荷が多い時間帯を予測運転時間帯として求めるように構成したが、これに限定されるものではない。
例えば、上記の実施形態のように予測した予測熱負荷及び予測電力負荷に基づいて、単に熱負荷の多い時間帯、例えば貯湯負荷の多い時間帯や暖房負荷の多い時間帯を予測運転時間帯として求めたり、単に電力負荷の多い時間帯を予測運転時間帯として求めるように構成しても良い。
また、熱電併給装置３の運転時間帯を人為操作にて設定するように構成しても良い。

（ハ） 前記熱電併給装置３が定格運転されることから、その定格運転状態では、熱電併給装置３の発電電力は定格発電電力（例えば１ｋＷ）で略一定になるので、熱電併給装置３の発電電力を定格発電電力に固定的に設定して、上記の実施形態において設けた発電電力計測部Ｐ２は省略することが可能である。
あるいは、電気ヒータ１４の消費電力を計測するヒータ電力計測部を設けて、前記発電電力計測部Ｐ２及び前記ヒータ電力計測部夫々の計測電力に基づいて、省エネ指数を求めるように構成しても良い。

（ニ）上記の実施形態では、電気ヒータ１４がガスエンジン１の冷却水を加熱するように構成されているが、電気ヒータ１４にて貯湯タンク４内の湯水を加熱するように構成して実施することも可能である。

（ホ） 上記の実施形態においては、熱電併給装置３として、ガスエンジン１により発電装置２を駆動するように構成したものを例示したが、例えば、燃料電池にて構成しても良い。

コージェネレーションシステムの全体構成を示すブロック図 コージェネレーションシステムの制御構成を示すブロック図 データ更新処理を説明する図 １日分の予測負荷を示す図 省エネ度基準演算処理を説明する図 リモコン及びその表示部の表示例を示す図 表示部の表示例を示す図

符号の説明

３ 熱電併給装置
４ 貯湯タンク
６ 貯湯手段
１４ 電気ヒータ
２７ 補助加熱手段

Claims (2)

1. 熱と電力を発生する熱電併給装置と、その熱電併給装置にて発生する熱にて貯湯タンクに貯湯する貯湯手段と、前記熱電併給装置にて発電される電力の余剰電力を前記貯湯タンクに貯湯する熱に変換する電気ヒータと、熱負荷に対して前記熱電併給装置にて発生する熱量では不足する不足分を補う補助加熱手段と、前記熱電併給装置および前記貯湯手段の運転を制御する運転制御部とが設けられたコージェネレーションシステムにおける省エネルギー度演算方法であって、
   前記運転制御部が、前記熱電併給装置の発電電力と前記電気ヒータの消費電力とから、その電気ヒータの消費電力が少ないほど電気についての省エネルギーの程度が高くなるように電気関連省エネ情報を求め、
   前記熱電併給装置への燃料供給量に所定の設定排熱発生率を乗じて得られる排熱発生熱量対応値と、前記補助加熱手段への燃料供給量に所定の設定ボイラ効率を乗じて得られる補助加熱器発生熱量対応値とから、前記補助加熱手段への燃料供給量が少ないほど熱についての省エネルギーの程度が高くなるように熱関連省エネ情報を求め、
   それら電気関連省エネ情報と熱関連省エネ情報とから、省エネルギー度を示す省エネ指数を求めるように構成されているコージェネレーションシステムにおける省エネルギー度演算方法。
2. 前記運転制御部が、前記電気関連省エネ情報として、前記熱電併給装置の発電電力から前記電気ヒータの消費電力を減じた実消費電力を前記熱電併給装置の発電電力にて除して、電力利用率を求め、
   前記熱関連省エネ情報として、前記排熱発生熱量対応値をその排熱発生熱量対応値と前記補助加熱器発生熱量対応値とを加えた値にて除して、使用者が消費した熱量のうち前記熱電併給装置の発生熱量で賄った割合を示す排熱充当率を求め、
   前記省エネ指数を、前記電力利用率と前記排熱充当率とを乗じて得られる値に基づいて求めるように構成されている請求項１記載のコージェネレーションシステコージェネレーションシステムにおける省エネルギー度演算方法。

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