JP4030446B2 - コージェネレーションシステム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
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、前記貯湯タンク内の貯湯量が設定下限貯湯量未満のときに給湯要求があると給湯作動する補助給湯器と、運転を制御する運転制御手段とが設けられたコージェネレーションシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
かかるコージェネレーションシステムは、電力負荷に応じて出力電力を調整するように熱電併給装置を制御する、所謂電主熱従運転を行い、熱電併給装置にて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て、貯湯タンク内の湯水を給湯先に給湯するものであり、貯湯タンク内の貯湯量が設定下限貯湯量未満のときに給湯要求があると、補助給湯器により給湯するようになっている。ちなみに、熱電併給装置としては、燃料電池を備えて構成したり、発電機とその発電機を駆動するエンジンとを備えて構成する。
【０００３】
このようなコージェネレーションシステムでは、基本的には電力負荷に応じて出力電力を調整するように熱電併給装置を運転するのであるが、そのように基本的には電力負荷に応じて出力電力を調整するように熱電併給装置を運転しながらも、予測給湯熱負荷に応じた給湯量ができるだけ得られるべく熱を発生するように熱電併給装置を運転するようにして、給湯熱負荷にできるだけ対応できるようにすることが、省エネルギー性の向上の面で望まれる。
【０００４】
そこで、従来では、電力負荷が定格出力未満のため熱電併給装置が定格出力よりも小さい出力電力にて運転されているときに、熱出力が現在不足しているか又は近い将来に不足すると予測される場合に、熱電併給装置を出力電力を高くするように運転して熱出力を多くすると共に余剰電力を電気ヒータにて貯湯用の熱に変換することにより熱出力不足に対応する場合の総合熱効率と、補助給湯器を給湯作動させて熱出力不足に対応する場合の総合熱効率とを演算して、総合熱効率の高い方を選択して行わせるように構成されたものがある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８‐１４１０４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来では、給湯熱負荷に対して熱出力が不足する状況のみに対処しようとするものであり、給湯熱負荷に対して熱出力が余剰となる状況に対処することができるものではなかった。
従って、従来では、電力負荷に応じて出力電力を調整するように運転しながらも、給湯熱負荷に対する適応性及び省エネルギー性の向上を図る上で、未だ改善の余地が有った。
特に、コージェネレーションシステムの設置箇所が一般の住居である場合等では、コージェネレーションシステムの設置箇所での時間経過に伴う湯の消費量の変動と時間経過に伴う電力の消費量の変動との関係が、季節によって変化し易く、又、日によっても変化し易いので、電力負荷に応じて出力電力を調整するように運転することにより、給湯熱負荷に対して熱出力が対応しなくなる状況が発生し易く、給湯熱負荷に対する適応性及び省エネルギー性の向上を図ることが課題となっていた。
【０００７】
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、電力負荷に応じて出力電力を調整するように運転しながらも、給湯熱負荷に対する適応性及び省エネルギー性の向上を図り得るコージェネレーションシステムを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
〔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、前記貯湯タンク内の貯湯量が設定下限貯湯量未満のときに給湯要求があると給湯作動する補助給湯器と、運転を制御する運転制御手段とが設けられたものであって、
前記運転制御手段が、
給湯の時系列消費データ及び電力の時系列消費データに基づいて給湯熱負荷の時系列変動である予測給湯熱負荷及び電力負荷の時系列変動である予測電力負荷を求めるように構成され、且つ、
電力負荷に応じて前記熱電併給装置の出力電力を調整する運転形態として、電力の出力状態を異なる状態に制限する複数の出力制限運転形態を備えて、それら複数の出力制限運転形態のうちで、前記予測電力負荷に応じて運転したときに、省エネ性が優れ且つ前記予測給湯熱負荷に応じた給湯量を得るのに優れたものを選択して、その選択した出力制限運転形態にて前記熱電併給装置を運転するように構成され、
前記複数の出力制限運転形態として、前記熱電併給装置の出力電力の調整範囲が異なる複数の調整範囲変更運転形態が含まれる点を特徴構成とする。
即ち、運転制御手段は、給湯の時系列消費データ及び電力の時系列消費データに基づいて給湯熱負荷の時系列変動である予測給湯熱負荷及び電力負荷の時系列変動である予測電力負荷を求め、電力の出力状態を異なる状態に制限する複数の出力制限運転形態のうちで、予測電力負荷に応じて運転したときに、省エネ性が優れ且つ予測給湯熱負荷に応じた給湯量を得るのに優れたものを選択して、その選択した出力制限運転形態にて熱電併給装置を運転する。
つまり、複数の出力制限運転形態として、予測給湯熱負荷に対して熱出力が不足するのを抑制して、熱出力が不足する状況（以下、熱出力不足状況と略記する場合がある）に対処することが可能なもの、予測給湯熱負荷に対して熱出力が余剰となるのを抑制して、熱出力が余剰となる状況（以下、熱出力余剰状況と略記する場合がある）に対処することが可能なものを備えさせて、それら複数の出力制限運転形態から、予測電力負荷に応じて運転したときに、省エネ性が優れ且つ予測給湯熱負荷に応じた給湯量を得るのに優れたものを選択して、その選択した出力制限運転形態にて熱電併給装置を運転することから、熱出力不足状況及び熱出力余剰状況のいずれにも対処することが可能となると共に、省エネルギー性を向上することが可能となる。
従って、電力負荷に応じて出力電力を調整するように運転しながらも、給湯熱負荷に対する適応性及び省エネルギー性の向上を図り得るコージェネレーションシステムを提供することができるようになった。
又、運転制御手段は、熱電併給装置の出力電力の調整範囲が異なる複数の調整範囲変更運転形態から、省エネ性が優れ且つ予測給湯熱負荷に応じた給湯量を得るのに優れたものを選択する。
つまり、熱出力不足状況に対処することが可能な調整範囲のもの、熱出力余剰状況に対処することが可能な調整範囲のものを備えさせておくことにより、熱出力不足状況及び熱出力余剰状況のいずれにも対処することが可能となる。
そして、熱電併給装置の出力電力の調整範囲を異ならせることから、熱出力の発生量を熱出力の不足を十分抑制できるように増加させたり、熱出力の余剰を十分に抑制するように減少させたりするように、出力電力の調整範囲を設定することが可能となるので、熱出力の不足又は余剰を十分に抑制することが可能となる。
従って、給湯熱負荷に対する適応性を一層向上することが可能となった。
【００１０】
〔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は、請求項１において、前記複数の調整範囲変更運転形態の一つとして、予め設定された設定調整範囲の上限値よりも低く設定した制限上限値以下の範囲で出力電力を調整する上限絞り運転形態が含まれる点を特徴構成とする。
即ち、上限絞り運転形態では、予め設定された設定調整範囲の上限値よりも低く設定した制限上限値以下の範囲で出力電力が調整される。
つまり、設定調整範囲の上限値よりも低く設定した制限上限値以下の範囲で出力電力が調整されるので、設定調整範囲内で出力電力が調整される場合に比べて熱出力を少なくすることが可能となり、熱出力の余剰を抑制することが可能となる。
従って、熱出力の余剰を適切に抑制することが可能な出力制限運転形態を提供することができるようになった。
【００１１】
〔請求項３記載の発明〕
請求項３に記載のコージェネレーションシステムは、請求項１又は２において、前記複数の調整範囲変更運転形態の一つとして、予め設定された設定調整範囲の下限値よりも高く設定した制限下限値以上の範囲で出力電力を調整する下限絞り運転形態が含まれる点を特徴構成とする。
即ち、下限絞り運転形態では、予め設定された設定調整範囲の下限値よりも高く設定した制限下限値以上の範囲で出力電力が調整される。
つまり、設定調整範囲の下限値よりも高く設定した制限下限値以上の範囲で出力電力が調整されるので、設定調整範囲内で出力電力が調整される場合に比べて熱出力を多くすることが可能となり、熱出力の不足を抑制することが可能となる。
従って、熱出力の不足を適切に抑制することが可能な出力制限運転形態を提供することができるようになった。
【００１２】
〔請求項４記載の発明〕
請求項４に記載のコージェネレーションシステムは、請求項１〜３のいずれかにおいて、前記複数の調整範囲変更運転形態の一つとして、予め設定された設定調整範囲の中間部分を除いた範囲で出力電力を調整する中間除去運転形態が含まれる点を特徴構成とする。
即ち、中間除去運転形態では、予め設定された設定調整範囲の中間部分を除いた範囲で出力電力が調整される。
つまり、中間除去運転形態として、前記中間部分に対応する電力負荷に対する出力電力調整を、設定調整範囲における前記中間部分よりも高電力側の範囲で行うように構成することにより、熱出力を多くすることが可能となり、熱出力の不足を抑制することが可能となる。
又、中間除去運転形態として、前記中間部分に対応する電力負荷に対する出力電力調整を、設定調整範囲における前記中間部分よりも低電力側の範囲で行うように構成することにより、熱出力を少なくすることが可能となり、熱出力の余剰を抑制することが可能となる。
従って、設定調整範囲における中間部分に対応する範囲に電力負荷が発生する場合に、熱出力不足状況又は熱出力余剰状況に対処することが可能となった。
【００１３】
〔請求項５記載の発明〕
請求項５に記載のコージェネレーションシステムは、請求項１〜４のいずれかにおいて、前記複数の出力制限運転形態の一つとして、前記熱電併給装置を停止させる停止許容形態が含まれる点を特徴構成とする。
即ち、運転制御手段は、複数の出力制限運転形態の一つとして、熱電併給装置を停止させる停止許容形態を選択することができる。
つまり、例えば、電力負荷が予め設定された熱電併給装置の出力電力の設定調整範囲の下限値よりも小さく、しかも、給湯熱負荷がない場合に、熱電併給装置を出力電力が設定調整範囲の下限値になるように運転すると、出力電力が低い分、熱電併給装置のエネルギー効率が悪く、しかも、給湯熱負荷がないにもかかわらず、余剰電力にて貯湯タンクに貯湯されて放熱ロスが大きくなるので、極めて省エネルギー性が低下することになる。
そこで、そのように、電力負荷が予め設定された熱電併給装置の出力電力の設定調整範囲の下限値よりも小さく、しかも、給湯熱負荷がない場合に、停止許容形態を実行して、熱電併給装置を停止させるようにすることにより、省エネルギー性を向上することが可能となる。
従って、電力負荷が小さく、しかも、給湯熱負荷がないような負荷状態のときに、省エネルギー性を向上することが可能な出力制限運転形態を提供することができるようになった。
【００１４】
〔請求項６記載の発明〕
請求項６に記載のコージェネレーションシステムは、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、前記貯湯タンク内の貯湯量が設定下限貯湯量未満のときに給湯要求があると給湯作動する補助給湯器と、運転を制御する運転制御手段とが設けられたものであって、
前記運転制御手段が、
給湯の時系列消費データ及び電力の時系列消費データに基づいて給湯熱負荷の時系列変動である予測給湯熱負荷及び電力負荷の時系列変動である予測電力負荷を求めるように構成され、且つ、
電力負荷に応じて前記熱電併給装置の出力電力を調整する運転形態として、電力の出力状態を異なる状態に制限する複数の出力制限運転形態を備えて、それら複数の出力制限運転形態のうちで、前記予測電力負荷に応じて運転したときに、省エネ性が優れ且つ前記予測給湯熱負荷に応じた給湯量を得るのに優れたものを選択して、その選択した出力制限運転形態にて前記熱電併給装置を運転するように構成され、
前記複数の出力制限運転形態として、前記熱電併給装置の出力電力の調整速度が異なる複数の調整速度変更運転形態が含まれる点を特徴構成とする。
即ち、運転制御手段は、給湯の時系列消費データ及び電力の時系列消費データに基づいて給湯熱負荷の時系列変動である予測給湯熱負荷及び電力負荷の時系列変動である予測電力負荷を求め、電力の出力状態を異なる状態に制限する複数の出力制限運転形態のうちで、予測電力負荷に応じて運転したときに、省エネ性が優れ且つ予測給湯熱負荷に応じた給湯量を得るのに優れたものを選択して、その選択した出力制限運転形態にて熱電併給装置を運転する。
つまり、複数の出力制限運転形態として、予測給湯熱負荷に対して熱出力が不足するのを抑制して、熱出力が不足する状況（以下、熱出力不足状況と略記する場合がある）に対処することが可能なもの、予測給湯熱負荷に対して熱出力が余剰となるのを抑制して、熱出力が余剰となる状況（以下、熱出力余剰状況と略記する場合がある）に対処することが可能なものを備えさせて、それら複数の出力制限運転形態から、予測電力負荷に応じて運転したときに、省エネ性が優れ且つ予測給湯熱負荷に応じた給湯量を得るのに優れたものを選択して、その選択した出力制限運転形態にて熱電併給装置を運転することから、熱出力不足状況及び熱出力余剰状況のいずれにも対処することが可能となると共に、省エネルギー性を向上することが可能となる。
従って、電力負荷に応じて出力電力を調整するように運転しながらも、給湯熱負荷に対する適応性及び省エネルギー性の向上を図り得るコージェネレーションシステムを提供することができるようになった。
又、運転制御手段は、熱電併給装置の出力電力の調整速度が異なる複数の調整速度変更運転形態から、省エネ性が優れ且つ予測給湯熱負荷に応じた給湯量を得るのに優れたものを選択する。
つまり、出力電力の上昇速度を速くすると、出力電力の増加が促進されることになるので、その分熱出力が増加して、熱出力不足状況に対処することが可能となり、逆に、出力電力の上昇速度を遅くすると、出力電力の増加が抑制されることになるので、その分熱出力が減少して、熱出力余剰状況に対処することが可能となる。
又、出力電力の下降速度を遅くすると、出力電力の減少が抑制されることになるので、その分熱出力の減少が抑制されて、熱出力不足状況に対処することが可能となり、逆に、出力電力の下降速度を速くすると、出力電力の減少が促進されることになるので、その分熱出力の減少が促進されて、熱出力余剰状況に対処することが可能となる。
そして、熱電併給装置の出力電力の調整速度を異ならせることから、上記の請求項１〜５に記載の出力制限運転形態のように電力負荷の範囲を特定して出力状態を制限する場合に比べて、出力状態の制限を電力負荷の大小に拘らず実行することが可能となるので、種々の電力負荷の発生状況に対応して、熱出力不足状況や熱出力余剰状況に対処することができるようになった。
【００１５】
〔請求項７記載の発明〕
請求項７に記載のコージェネレーションシステムは、請求項１〜６のいずれかにおいて、前記運転制御手段が、電力負荷に応じて、前記熱電併給装置の出力電力を予め段階的に設定された複数の設定出力電力のいずれかに調整するように構成されている点を特徴構成とする。
即ち、運転制御手段は、電力負荷に応じて、熱電併給装置の出力電力を予め段階的に設定された複数の設定出力電力のいずれかに調整する。
つまり、熱電併給装置の出力電力を段階的に変更させるので、出力電力の変更回数を少なくすることが可能となり、その分、熱電併給装置の耐久性を向上することができる。
従って、熱電併給装置の耐久性を向上するようにする上で好ましい具体構成を提供することができるようになった。
【００１６】
〔請求項８記載の発明〕
請求項８に記載のコージェネレーションシステムは、請求項１〜６のいずれかにおいて、前記運転制御手段が、電力負荷に応じて、前記熱電併給装置の出力電力を無段階に調整するように構成されている点を特徴構成とする。
即ち、転制御手段は、電力負荷に応じて、熱電併給装置の出力電力を無段階に調整する。
つまり、電力負荷に対する熱電併給装置の出力電力の追従性を向上することが可能となるので、省エネルギー性を一段と向上することができる。
従って、省エネルギー性を更に促進するようにする上で好ましい具体構成を提供することができるようになった。
【００１７】
〔請求項９記載の発明〕
請求項９に記載のコージェネレーションシステムは、請求項１〜８のいずれかにおいて、前記運転制御手段が、負荷平均用設定時間の間電力の時系列消費データを平均し、その平均値である平均電力負荷を電力負荷に応じて出力電力を調整するための対象となる電力負荷とするように構成されている点を特徴構成とする。
即ち、運転制御手段は、負荷平均用設定時間の間電力の時系列消費データを平均し、その平均値である平均電力負荷を電力負荷に応じて出力電力を調整するための対象となる電力負荷とする。
つまり、例えば、電力負荷に応じて、熱電併給装置の出力電力を予め段階的に設定された複数の設定出力電力のいずれかに調整するように運転する場合は、負荷平均用設定時間が経過する毎に、その負荷平均用設定時間での平均電力負荷に等しいか又は最も近い設定出力電力に熱電併給装置の出力電力が調整されることになる。
又、電力負荷に応じて、熱電併給装置の出力電力を無段階に調整するように運転する場合は、負荷平均用設定時間が経過する毎に、その負荷平均用設定時間での平均電力負荷に熱電併給装置の出力電力が調整されることになる。
そして、負荷平均用設定時間が経過する毎に熱電併給装置の出力電力が調整されると共に、出力電力変更調整幅を小さくすることが可能となるので、その分、熱電併給装置の耐久性を向上することができる。
従って、熱電併給装置の耐久性を向上するようにする上で好ましい具体構成を提供することができるようになった。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明にかかるコージェネレーションシステムの実施形態を図面に基づいて説明する。
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、燃料電池発電装置にて構成される熱電併給装置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手段としての運転制御部７などから構成されている。
【００１９】
前記熱電併給装置３を構成する前記燃料電池発電装置は、周知であるので詳述はしないが、例えば、固体高分子膜を電解質層とするセルの複数を積層状態に設けた固体高分子型に構成し、各セルの燃料極に燃料ガスとして水素含有ガスを供給し、各セルの酸素極に空気を供給して、水素と酸素との電気化学的な反応により発電を行うように構成してあり、セルの積層体（セルスタック）等を冷却してそれらから発生する熱を回収した冷却水が冷却用循環路１５を通じて前記貯湯ユニット６に循環供給されるようになっている。
各セルの燃料極に供給される前記燃料ガスは、改質装置にて天然ガス等の炭化水素系の原燃料が水素含有ガスに改質されて生成されるようになっている。
【００２０】
前記熱電併給装置３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、熱電併給装置３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、熱電併給装置３からの発電電力がインバータ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の発電電力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、各種補機が熱電併給装置３の発電電力にて駆動され、熱電併給装置３の余剰電力が電気ヒータ１４にて消費されるようになっている。
【００２１】
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により熱電併給装置３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、その余剰電力を貯湯タンク４に貯湯するための熱とし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、前記冷却用循環路１５を通流する熱電併給装置３の冷却水を加熱するように設けられ、熱電併給装置３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。
【００２２】
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、貯湯用熱交換器２４を備えた貯湯用循環路１８を通して貯湯タンク４内の湯水を循環させる貯湯用循環ポンプ１９、前記冷却用循環路１５を通して熱電併給装置３を冷却する冷却水を前記貯湯用熱交換器２４に循環させる冷却用循環ポンプ１７、貯湯タンク４内から取り出した湯水を加熱させる補助給湯器２７などを備えて構成されている。
その補助給湯器２７は、加熱対象の湯水を通流させる熱交換部２７ａ、その熱交換部２７ａを加熱するバーナ２７ｂ、そのバーナ２７ｂに燃焼用空気を供給するファン２７ｃなどから構成されている。
前記補機には、前記冷却用循環ポンプ１７や前記貯湯用循環ポンプ１９等が含まれる。
【００２３】
そして、前記貯湯用熱交換器２４においては、熱電併給装置３にて発生する熱を回収した冷却用循環路１５の冷却水を通流させることにより、貯湯用循環路１８を通流する貯湯タンク４の湯水を加熱させるように構成されている。
【００２４】
また、貯湯タンク４から取り出した湯水を給湯するときの給湯熱負荷を計測する給湯熱負荷計測手段３１が設けられている。
前記貯湯タンク４には、貯湯タンク４の貯湯量の検出用として、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、４個のタンクサーミスタＴｔのいずれの検出温度も前記設定温度未満のときは、貯湯タンク４の貯湯量が設定下限貯湯量未満であることが検出されるように構成されている。
又、前記補助給湯器２７の入口には、その補助給湯器２７に流入する湯水の温度を検出する入口サーミスタＴｉが設けられ、補助給湯器２７の出口には、その補助給湯器２７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。
【００２５】
前記運転制御部７は、電力負荷に応じて出力電力を調整するように熱電併給装置３を制御する出力調整運転を実行し、その熱電併給装置３の運転中には、冷却用循環ポンプ１７を作動させる状態で、熱電併給装置３の運転および冷却用循環ポンプ１７の作動状態を制御するとともに、貯湯用循環ポンプ１９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を行うように構成されている。
【００２６】
ちなみに、給湯するときには、貯湯タンク４から取り出した湯水を給湯するように構成され、貯湯タンク４の貯湯量が前記設定下限量以上のときに、給湯栓等が開栓されて給湯要求があると、補助給湯器２７にて加熱させずに貯湯タンク４の湯水を給湯し、貯湯タンク４の貯湯量が前記設定下限量未満のときに給湯要求があると、出口サーミスタＴｅの検出温度が設定温度になるように、入口サーミスタＴｉ及び出口サーミスタＴｅ夫々の検出温度に基づいてバーナ２７ｂの燃焼量を調節することにより、補助給湯器２７を給湯作動させて、貯湯タンク４から取り出した湯水を補助給湯器２７にて加熱して給湯するように構成されている。
【００２７】
以下、運転制御部７による各運転制御について説明を加える。
先ず、運転制御部７による貯湯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、冷却用循環ポンプ１７の作動により、貯湯用熱交換器２４にて、冷却用循環路１５を通流する冷却水にて貯湯用循環路１８を通流する湯水を加熱させることができる状態で行われる。
そして、貯湯用循環ポンプ１９を作動させて、貯湯タンク４の下部から湯水を貯湯用循環路１８に取出し、その湯水を貯湯用熱交換器２４を通過させて貯湯用設定温度に加熱したのち、貯湯タンク４の上部に戻して、貯湯タンク４内に貯湯用設定温度の湯水を貯湯するようにしている。
【００２８】
次に、運転制御部７による出力調整運転について説明を加える。
このコージェネレーションシステムは、出力調整運転として、電力負荷に応じて、熱電併給装置３の出力電力を予め段階的に設定された複数の設定出力電力のいずれかに調整する出力調整運転を実行するステップ式調整タイプか、出力調整運転として、電力負荷に応じて、熱電併給装置３の出力電力を無段階に調整する出力調整運転を実行する無段階式調整タイプかを、予め、ディップスイッチ等により設定するように構成してある。
又、後述する複数の出力制限運転形態の一つとして、熱電併給装置３を停止させる停止許容形態が含まれる停止許容形態可能タイプか、その停止許容形態が含まれない停止許容形態不可能タイプかを、予め、ディップスイッチ等により設定するように構成してある。
又、後述する負荷平均用設定時間を予め、ディップスイッチ等により設定するように構成してある。その負荷平均用設定時間としては、例えば、１５分間、３０分間のうちのいずれか一方が前記ディップスイッチにて設定可能なように構成されている。
そして、前記運転制御部７は、ステップ式調整タイプで停止許容形態可能タイプか、ステップ式調整タイプで停止許容形態不可能タイプか、無段階式調整タイプで停止許容形態可能タイプか、無段階式調整タイプで停止許容形態不可能タイプかを判定すると共に、設定されている負荷平均用設定時間を読み込んで、判定したタイプの出力調整運転を読み込んだ負荷平均用設定時間に基づいて実行するように構成されている。
【００２９】
又、前記運転制御部７は、出力調整運転では、給湯の時系列消費データ及び電力の時系列消費データに基づいて給湯熱負荷の時系列変動である予測給湯熱負荷及び電力負荷の時系列変動である予測電力負荷を求める予測負荷演算処理を実行するように構成され、且つ、電力負荷に応じて熱電併給装置３の出力電力を調整する運転形態として、電力の出力状態を異なる状態に制限する複数の出力制限運転形態を備えて、それら複数の出力制限運転形態のうちで、前記予測電力負荷に応じて運転したときに、省エネ性が優れ且つ前記予測給湯熱負荷に近づく熱出力を出力することになるものを選択する運転形態選択処理を実行して、その運転形態選択処理にて選択した出力制限運転形態にて熱電併給装置３を運転するように構成されている。
【００３０】
又、前記運転制御部７は、負荷平均用設定時間の間電力の時系列消費データを平均し、その平均値である平均電力負荷を電力負荷に応じて出力電力を調整するための対象となる電力負荷とするように構成され、前記負荷平均用設定時間が経過する度に、前記運転形態選択処理を実行するように構成されている。ちなみに、前記電力の時系列消費データは、電力負荷１１の消費電力であり、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。
【００３１】
先ず、前記ステップ式調整タイプの出力調整運転について説明を加えると、ステップ式調整タイプでは、例えば、定格出力電力が１ｋＷの熱電併給装置３の場合、複数の設定出力電力として、２５０Ｗ、５００Ｗ、７５０Ｗ、１０００Ｗの４段階設定されている。つまり、この場合は、熱電併給装置３の予め設定された出力電力の設定調整範囲は、２５０〜１０００Ｗになる。
そして、負荷平均用設定時間の間電力の時系列消費データを平均し且つその平均電力負荷に基づいて次の負荷平均用設定時間中、出力電力を調整するための出力目標値を設定する処理を、繰り返すように構成されている。ちなみに、前記出力制限運転形態が実行されない無制限運転形態では、平均電力負荷に等しいか又は最も近い設定出力電力が前記出力目標値として設定されることになる。
【００３２】
前記無段階式調整タイプの出力調整運転では、例えば、定格出力電力が１ｋＷの熱電併給装置３の場合、熱電併給装置３の出力電力の設定調整範囲として、予め、２５０〜１０００Ｗの範囲に設定される。
そして、負荷平均用設定時間の間電力の時系列消費データを平均し且つその平均電力負荷に基づいて次の負荷平均用設定時間中に出力電力を調整するための出力目標値を設定する処理を、繰り返すように構成されている。ちなみに、前記出力制限運転形態が実行されない無制限運転形態では、平均電力負荷が前記出力目標値として設定されることになる。
【００３３】
前記負荷平均用設定時間は、短い方が電力負荷により近づけることが可能となって、省エネ性を向上することが可能となり、一方、長い方が各負荷平均用設定時間で設定される出力目標値の差が小さくなって、出力電力の変更幅を小さくすることが可能となって、熱電併給装置３の耐久性を向上することが可能となるので、省エネ性及び熱電併給装置３の耐久性を鑑みて、負荷平均用設定時間が予め設定されることになる。ちなみに、ステップ調整式タイプの出力調整運転では、異なる設定出力電力に出力電力を調整する場合には、出力電力の変更幅が大きくなるので、負荷平均用設定時間としては例えば長い時間である３０分間に設定され、無段階式調整タイプの出力調整運転では、出力電力の変更幅がステップ調整式タイプに比べて小さいので短い時間の１５分間に設定される。
【００３４】
次に、予測負荷演算処理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。
【００３５】
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、給湯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、給湯熱負荷データの２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個及び単位時間当たりの給湯熱負荷データの２４個から構成されている。
【００３６】
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、実際の消費状況から、単位時間当たりの電力負荷及び給湯熱負荷の夫々を、商用電力計測部Ｐ１、発電電力計測部Ｐ２及び給湯熱負荷計測手段３１にて計測し、その計測した負荷データを記憶する状態で１日分の実負荷データを曜日と対応付けて記憶させる。
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。
【００３７】
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〔数１〕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〔数１〕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。
【００３８】
【数１】
Ｄ１（ｍ＋１）＝（Ｄ１ｍ×Ｋ）＋｛Ａ１×（１−Ｋ）｝
【００３９】
前記予測負荷演算処理について説明を加えると、１日のどの時間帯にどれだけの電力負荷、給湯熱負荷が予測されているか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、給湯熱負荷が予測されているかの予測負荷データを求めるように構成されている。
【００４０】
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〔数２〕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いる。
なお、下記の〔数２〕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。
【００４１】
【数２】
Ｂ＝（Ｄ２ｍ×Ｑ）＋｛Ａ１×（１−Ｑ）｝
【００４２】
次に、運転形態選択処理について説明を加える。
先ず、複数の出力制限運転形態について説明する。
前記複数の出力制限運転形態として、熱電併給装置３の出力電力の調整範囲が異なる複数の調整範囲変更運転形態、熱電併給装置３の出力電力の調整速度が異なる複数の調整速度変更運転形態が含まれ、更に、前記停止許容形態可能タイプでは、熱電併給装置３を停止させる停止許容形態が含まれることになる。
【００４３】
前記複数の調整範囲変更運転形態としては、予め設定された前記設定調整範囲の上限値よりも低く設定した制限上限値以下の範囲で出力電力を調整する上限絞り運転形態、前記設定調整範囲の下限値よりも高く設定した制限下限値以上の範囲で出力電力を調整する下限絞り運転形態、及び、前記設定調整範囲の中間部分を除いた範囲で出力電力を調整する中間除去運転形態が含まれる。
その中間除去運転形態には、平均電力負荷が前記中間部分のときは、前記設定調整範囲のうちの前記中間部分よりも高電力側の部分内に出力電力を調整する調整範囲上昇運転形態、平均電力負荷が前記中間部分のときは、前記設定調整範囲のうちの前記中間部分よりも低電力側の部分内に出力電力を調整する調整範囲下降運転形態が含まれる。
又、前記複数の調整速度変更運転形態としては、熱電併給装置３の出力電力の上昇速度が異なる高上昇速度運転形態と低上昇速度運転形態、及び、熱電併給装置３の出力電力の下降速度が異なる高下降速度運転形態と低下降速度運転形態が含まれる。
【００４４】
次に、各出力制限運転形態について説明を加える。
先ず、図５及び図６に基づいて、上限絞り運転形態、下限絞り運転形態について説明する。
図５はステップ式調整タイプの出力調整運転について示し、図５の（イ）において、細線は電力負荷を示し、太線は、無制限運転形態にて電力負荷に応じて複数の設定出力電力のいずれかに出力電力が調整される状態を示し、図５の（ロ）において、細線は電力負荷を示し、太実線は、下限絞り運転形態にて出力電力が調整される状態を示し、太破線は、上限絞り運転形態にて出力電力が調整される状態を示す。
【００４５】
つまり、無制限運転形態では、２５０Ｗ、５００Ｗ、７５０Ｗ、１０００Ｗの４段階の設定出力電力のうち、平均電力負荷に等しいか又は最も近い設定出力電力が出力目標値として設定されて、その出力目標値に出力電力が調整されることになる。
上限絞り運転形態では、前記４段階の設定出力電力のうちの最大の設定出力電力又はその最大の設定出力電力を含んで出力が小さくなる側に並ぶ複数の設定出力電力が除外設定出力電力とされ、その除外設定出力電力以外の設定出力電力のうち、平均電力負荷に等しいか又は最も近い設定出力電力が出力目標値として設定されて、その出力目標値に出力電力が調整されることになる。尚、本実施形態においては、具体的には、上限絞り運転形態では、前記４段階の設定出力電力のうちの最大の１０００Ｗが除外設定出力電力とされる。この場合、７５０Ｗが設定上限値に相当する。
【００４６】
下限絞り運転形態では、前記４段階の設定出力電力のうちの最小の設定出力電力又はその最小の設定出力電力を含んで出力が大きくなる側に並ぶ複数の設定出力電力が除外設定出力電力とされ、その除外設定出力電力以外の設定出力電力のうち、平均電力負荷に等しいか又は最も近い設定出力電力が出力目標値として設定されて、その出力目標値に出力電力が調整されることになる。尚、本実施形態においては、具体的には、下限絞り運転形態では、前記４段階の設定出力電力のうちの最小の２５０Ｗと、その次に小さい５００Ｗの設定出力電力が除外設定出力電力とされる。この場合、７５０Ｗが設定下限値に相当する。
【００４７】
図６は無段階式調整タイプの出力調整運転について示し、図６の（イ）において、細線は電力負荷を示し、太線は、無制限運転にて電力負荷に応じて出力電力が無段階に調整される状態を示し、図６の（ロ）において、細線は電力負荷を示し、太実線は、下限絞り運転形態にて出力電力が調整される状態を示し、太破線は、上限絞り運転形態にて出力電力が調整される状態を示す。
【００４８】
つまり、無制限運転形態では、出力目標値は、平均電力負荷が２５０Ｗ〜１０００Ｗの出力調整範囲内のときはその平均電力負荷に設定され、平均電力負荷が出力調整範囲よりも小さいときは、出力調整範囲の下限値、即ち２５０Ｗに設定され、平均電力負荷が出力調整範囲よりも大きいときは、出力調整範囲の上限値、即ち１０００Ｗに設定される。
又、上限絞り運転形態では、設定調整範囲のうち７５０Ｗよりも高い範囲が除外調整範囲とされて、設定調整範囲のうちその除外調整範囲を除いた範囲に、出力目標値が設定される。この場合、７５０Ｗが設定上限値に相当する。
又、下限絞り運転形態では、設定調整範囲のうち５００Ｗよりも低い範囲が除外調整範囲とされ、設定調整範囲のうちその除外調整範囲を除いた範囲に、出力目標値が設定される。この場合、５００Ｗが設定下限値に相当する。
【００４９】
夏期等、熱が余剰となるときに、出力調整運転において上限絞り運転形態を実行すると、熱出力の余剰が抑制され、又、省エネルギー性の向上が可能となり、一方、冬期等、熱が不足するときは、出力調整運転において下限絞り運転形態を実行すると、エネルギー効率の高い高出力状態での熱電併給装置３の運転を促進することが可能となると共に、出力電力の余剰分が電気ヒータ１４にて貯湯用の熱に変換されて熱出力が増加する分、エネルギー効率が熱電併給装置３に比べて低くなり易い補助給湯器２７にて補う熱量を抑制することが可能となり、又、省エネルギー性の向上が可能となる。
【００５０】
図７に基づいて、ステップ式調整タイプの出力調整運転における調整範囲上昇運転形態について説明を加える。
図７の（イ）において、細線は電力負荷を示し、太線は、無制限運転形態にて出力電力が調整される状態を示し、図７の（ロ）において、細線は電力負荷を示し、太線は、調整範囲上昇運転形態にて出力電力が調整される状態を示す。
つまり、調整範囲上昇運転形態では、４段階の設定出力電力のうちの中間の５００Ｗ及び７５０Ｗに出力目標値が設定されるべき平均電力負荷のときでも、１０００Ｗに出力目標値が設定される。
【００５１】
無段階式調整タイプの出力調整運転における調整範囲上昇運転形態については、図示を省略するが、２５０Ｗ〜１０００Ｗの出力調整範囲のうちの中間の５００〜７５０Ｗの範囲に出力目標値が設定されるべき平均電力負荷のときでも、７５０Ｗに出力目標値が設定される。
【００５２】
図８の（イ）において、太線は、無制限運転形態において図７の（イ）に示すように出力電力が調整されるときに、貯湯タンク４に貯湯される状態を示し、図８の（ロ）において太線は、調整範囲上昇運転形態にて図７の（ロ）に示すように出力電力が調整されるときに、貯湯タンク４に貯湯される状態を示す。
【００５３】
図８に示すように、例えば、冬期等、熱出力が不足するときにおいて、給湯負荷の発生する時間帯よりも前の時間帯の電力負荷が、出力目標値が設定調整範囲の中間に設定されるような値である場合に、調整範囲上昇運転形態を実行すると、熱電併給装置３がエネルギー効率の高い高出力運転される共に、余剰電力が電気ヒータ１４にて貯湯用の熱に変換されて熱出力が増加する分、貯湯量の不足が抑制され、又、エネルギー効率が熱電併給装置３に比べて低くなり易い補助給湯器２７にて補う熱量を抑制することが可能となり、省エネルギー性の向上が可能となる。
【００５４】
図９に基づいて、ステップ式調整タイプの出力調整運転における調整範囲下降運転形態について説明を加える。
図９の（イ）において、細線は電力負荷を示し、太線は、無制限運転形態にて出力電力が調整される状態を示し、図９の（ロ）において、細線は電力負荷を示し、太線は、調整範囲下降運転形態にて出力電力が調整される状態を示す。
つまり、調整範囲下降運転形態では、４段階の設定出力電力のうちの中間の５００Ｗに出力目標値が設定されるべき平均電力負荷のときでも、５００Ｗに出力目標値が設定される。
【００５５】
無段階式調整タイプの出力調整運転における調整範囲下降運転形態については、図示を省略するが、２５０Ｗ〜１０００Ｗの出力調整範囲のうちの中間の５００〜７５０Ｗの範囲に出力目標値が設定されるべき平均電力負荷のときでも、５００Ｗに出力目標値が設定される。
【００５６】
図１０の（イ）において、太線は、無制限運転形態において図９の（イ）に示すように出力電力が調整されるときに、貯湯タンク４に貯湯される状態を示し、図１０の（ロ）において太線は、調整範囲下降運転形態にて図９の（ロ）に示すように出力電力が調整されるときに、貯湯タンク４に貯湯される状態を示す。
【００５７】
図１０に示すように、例えば、夏期等、熱出力が余剰になるときにおいて、給湯負荷の発生する時間帯よりも前の時間帯での電力負荷が、出力目標値が設定調整範囲の中間に設定されるような値である場合、無制限運転形態では、給湯負荷の発生する時間帯よりもかなり手前の時間から多量の湯が貯湯されることになって、放熱ロスが大きくなるのに対して、調整範囲下降運転形態を実行すると、熱電併給装置３が給湯負荷の発生する時間帯よりも手前の時間帯では、出力電力が電力負荷に対応する設定出力電力よりも低い設定出力電力に調整されるので、貯湯タンク４への貯湯が抑制されて放熱ロスを抑制することが可能となり、省エネルギー性が向上する。
【００５８】
図１１に基づいて、高上昇速度運転形態、低上昇速度運転形態、高下降速度運転形態及び低下降速度運転形態について説明する。
図１１は、無段階式調整タイプの出力調整運転について示し、図１１の棒グラフは電力負荷を示し、（イ）の折れ線グラフは、高上昇速度運転形態にて出力電力が上昇され、低下降速度運転形態にて出力電力が低下される状態を示し、（ロ）の折れ線グラフは、低上昇速度運転形態にて出力電力が上昇され、高下降速度運転形態にて出力電力が低下される状態を示す。
【００５９】
熱電併給装置３の出力電力の上昇速度や下降速度は、例えば、その熱電併給装置３を構成する燃料電池発電装置への原燃料ガスの供給量の増量率や減量率、及び、その原燃料ガスを改質する改質器のバーナへの燃焼用ガス燃料の供給量の増量率や減量率を変更調整することにより調整される。そして、例えば、出力電力の上昇速度を０〜１５Ｗ／ｍｉｎの範囲で調整可能な場合、通常の上昇速度を１２Ｗ／ｍｉｎとすると、高上昇速度運転形態の上昇速度は１５Ｗ／ｍｉｎに設定し、低上昇速度運転形態の上昇速度は１０Ｗ／ｍｉｎに設定する。又、例えば、出力電力の下降速度を０〜６０Ｗ／ｍｉｎの範囲で調整可能な場合、通常の下降速度を３５Ｗ／ｍｉｎとすると、高下降速度運転形態の下降速度は６０Ｗ／ｍｉｎに設定し、低下降速度運転形態の下降速度は１５Ｗ／ｍｉｎに設定する。
【００６０】
冬期は、熱出力が不足する傾向となるため、高上昇速度運転形態と低下降速度運転形態とを採用すると、出力電力の増加が促進されると共に出力電力の減少が抑制されるので、熱出力不足を抑制することが可能となり、又、エネルギー効率の高い高出力状態での熱電併給装置３の運転を促進することが可能となるので、省エネルギー性を向上することが可能となる。一方、熱が余剰傾向となる夏期は、低上昇速度運転形態と高下降速度運転形態とを採用すると、出力電力の増加が抑制されると共に出力電力の減少が促進されるので、熱出力の余剰を抑制することが可能となり、そして、放熱量を抑制することにより、省エネルギー性を向上することが可能となる。
【００６１】
図示は省略するが、ステップ式調整タイプの出力調整運転では、出力電力を互いに異なる設定出力電力間で変更するときに、高上昇速度運転形態、低上昇速度運転形態、高下降速度運転形態、低下降速度運転形態が実行される。
【００６２】
図１２及び図１３に基づいて、ステップ式調整タイプの出力調整運転における停止許容運転形態について説明する。
図１２の（イ）において、細線は電力負荷を示し、太線は、無制限運転形態にて出力電力が調整される状態を示し、図１２の（ロ）において、細線は電力負荷を示し、太実線は、停止許容運転形態にて出力電力が調整される状態を示す。
つまり、ステップ式調整タイプの出力調整運転での停止許容運転形態では、平均電力負荷に対応する設定出力電力が前記４段階の設定出力電力の最小の設定出力電力になるときは、熱電併給装置３を停止させる。
【００６３】
図１３の（イ）において太線は、無制限運転形態において図１２の（イ）に示すように出力電力が調整されるときに、貯湯タンク４に貯湯される状態を示し、図１３の（ロ）において太実線は、停止許容運転形態にて図１２の（ロ）に示すように出力電力が調整されるときに、貯湯タンク４に貯湯される状態を示す。
【００６４】
図１３に示すように、例えば、夏期等、熱が余剰となるときで、給湯負荷の発生する時間帯よりも手前の時間帯での電力負荷が最小の設定出力電力よりも小さく、給湯負荷の発生する時間帯に近づくと電力負荷が大きくなるような負荷状態のときは、無制限運転形態では、給湯負荷の発生する時間帯よりも手前の時間から、熱電併給装置３が低出力電力にて運転されることから、貯湯タンク４には、給湯負荷の発生する時間帯よりも手前の時間から少量ずつ貯湯されることになって、放熱ロスが大きくなり、しかも、熱電併給装置３がエネルギー効率の低い低出力運転されることになる。これに対して、停止許容運転形態では、電力負荷に対応する設定出力電力が最小の設定出力電力になるときは熱電併給装置３を停止させ、給湯負荷の発生する時間帯に近づいた時点で、熱電併給装置３がエネルギー効率の高い高出力運転されることから、給湯負荷の発生する時間帯に近づいた時間帯で短時間に貯湯タンク４に貯湯されるので放熱ロスが抑制され、又、エネルギー効率の低い低出力での熱電併給装置３の運転が抑制されて、エネルギー効率の高い高出力での熱電併給装置３の運転が促進されることになるので、省エネルギー性が向上する。
【００６５】
図示は省略するが、無段階式調整タイプの出力調整運転での停止許容運転形態では、電力負荷に対応する設定出力電力が設定運転停止用電力（例えば２５０Ｗ）以下の時は、熱電併給装置３を停止させる。
【００６６】
次に、運転形態選択処理について説明を加える。
運転制御部７は、運転形態選択処理では、下記の如く運転形態を設定した複数の設定運転形態の全てについて、現在から先の省エネ評価用設定時間（例えば、６時間）にわたって、設定運転形態にて運転したときの貯湯タンク４の貯湯量の予測給湯熱負荷に対する不足量又は余剰量を演算すると共に、省エネ度を演算し、前記複数の設定運転形態の中から、省エネ度が最も大きく、且つ、不足量が極力少ないか又は余剰量が極力少ない設定運転形態を選択して、選択した設定運転形態に基づいて出力目標値を設定する。
【００６７】
設定運転形態として、以下のように設定する。
・無制限運転形態を設定する設定運転形態
・上限絞り運転形態、下限絞り運転形態、調整範囲上昇運転形、調整範囲下降運転形態、高上昇速度運転形態、低上昇速度運転形態、高下降速度運転形態、低下降速度運転形態の各１形態ずつを設定する複数の設定運転形態
・上限絞り運転形態及び下限絞り運転形態の組、調整範囲上昇運転形態及び調整範囲下降運転形態の組、高上昇速度運転形態及び低上昇速度運転形態の組、高下降速度運転形態及び低下降速度運転形態の組の４組のうちから２組を選択する組の組み合わせを作成し、それらの組み合わせの夫々で運転形態を組み合わせて設定する複数の設定運転形態
・前記４組のうちから３組を選択する組の組み合わせを作成し、それらの組み合わせの夫々で運転形態を組み合わせて設定する複数の設定運転形態
・前記４組で運転形態を組み合わせて設定する複数の設定運転形態
【００６８】
又、停止許容形態可能タイプの場合、図１３に示すように、給湯負荷の発生する時間帯よりも手前の時間帯での電力負荷が最小の設定出力電力よりも小さくて、後述する電力利用率Ｒｅが停止許容形態実行用設定値（例えば０．３）未満の場合は、前述の如き設定運転形態を選択する処理を実行することなく、停止許容形態を無条件に選択して実行する。
【００６９】
例えば、夏期等、熱が余剰となる場合は、省エネ度が最も大きく且つ余剰量が極力少ない設定運転形態として、上限絞り運転形態が選択されたり、上限絞り運転形態、低上昇速度運転形態及び高下降速度運転形態の組み合わせが選択されたりする。又、冬期等、熱出力が不足する場合は、省エネ度が最も大きく且つ不足量が極力少ない設定運転形態として、下限絞り運転形態が選択されたり、下限絞り運転形態、高上昇速度運転形態及び低下降速度運転形態の組み合わせが選択されたりする。
【００７０】
前記省エネ度の演算について説明を加えると、前記省エネ度として、下記の〔数３〕に基づいて省エネ度Ｉ１を求める。
【００７１】
【数３】
Ｉ１＝Ｒｅ×Ｒｇ×１００
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
Ｒｇ＝Ａ×Ｂ／（Ｍ×ＣＢ＋Ａ×Ｂ）
【００７２】
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（出力電力に応じて予め設定されている）
ＣＢ：補助加熱器２７のボイラ効率（例えば０．８５）
【００７３】
ちなみに、電力利用率Ｒｅは、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。
また、排熱充当率Ｒｇは、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。
そして、電力利用率Ｒｅと排熱充当率Ｒｇとを乗じて得られる省エネ度Ｉ１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。
【００７４】
予測給湯熱負荷に対する貯湯タンク４の貯湯量の不足量又は余剰量の演算処理について説明を加える。
各設定運転形態にて熱電併給装置３の出力電力を調整したときに発生する熱量を求めると共に、予測電力負荷から余剰電力を求めて電気ヒータ１４にて余剰電力を回収して発生する熱量を求める。続いて、熱電併給装置３の発生熱量、及び、電気ヒータ１４から発生する熱量、その時点の貯湯タンク４の貯湯量、及び、予測給湯負荷に基づく貯湯タンク４からの出湯量とにより、貯湯タンク４に貯湯される貯湯量を求めて、貯湯量の不足量又は余剰量を求める。
【００７５】
次に、図１５及び図１６に示すフローチャートに基づいて、運転制御部７が熱電併給装置３の運転を制御する制御動作について説明する。
図１４に示すように、運転スイッチ（図示省略）にて運転開始指令が指令されると、ステップ式調整タイプか無段階式調整タイプかの判定、停止許容形態可能タイプか停止許容形態不可能タイプかの判定、及び、負荷平均用設定時間の読み込みを順次行い、続いて、電力負荷及び給湯熱負荷の計測を行い、前記運転スイッチにて運転停止指令が指令されるまで、出力調整運転を行い、運転停止指令が指令されると、熱電併給装置３を停止させる停止処理を実行して制御を終了する（ステップ１〜８）。
【００７６】
図１５に示すように、出力調整運転では、負荷平均用設定時間が経過して出力変更のタイミングになると、電力負荷及び給湯熱負荷を予測する処理を実行し、続いて、運転形態選択処理を実行して、複数の出力制限運転形態に基づいて設定される複数の設定運転形態の中から、省エネ度が最も大きく、且つ、不足量が極力少ないか又は余剰量が極力少ない設定運転形態を選択するとともに、選択した設定運転形態に基づいて出力目標値を設定し、続いて、出力電力が前記設定出力目標値になるように熱電併給装置３の運転を制御する処理を実行してリターンし（ステップ１１〜１４）、次の出力変更のタイミングになるまでは、出力電力が前記設定出力目標値になるように熱電併給装置３の運転を制御する処理を継続し（ステップ１１，１４）、次の出力変更のタイミングになると（ステップ１１）、再度、ステップ１２からの処理を実行する。
【００７７】
〔別実施形態〕
次に別実施形態を説明する。
（イ） 出力調整運転において、各設定運転形態における省エネ度としては、上記の実施形態のように〔数３〕に基づいて省エネ度Ｉ１を求める場合に限定されるものではない。
例えば、下記の〔数４〕に基づいて省エネ度Ｉ２を求めるようい構成しても良い。
【００７８】
【数４】
省エネ度Ｐ２＝｛（ＥＫ１＋ＥＫ２）／熱電併給装置３の必要エネルギー｝×１００
【００７９】
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、

熱電併給装置３の必要エネルギー：熱電併給装置３への原燃料ガス供給量に基づいて求められる。
単位電力発電必要エネルギー：２．８ｋＷ
バーナ効率（給湯時）：０．９
【００８０】
また、有効発電出力Ｅ１、有効貯湯熱出力Ｅ２の夫々は、下記の〔数５〕、〔数６〕により求められる。
【００８１】
【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＋補機電力）
【００８２】
【数６】
Ｅ２＝（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）−放熱ロス
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。
【００８３】
（ロ） 熱電併給装置３から発生する熱を利用して、暖房対象域を暖房する暖房部を設けても良い。
この場合、運転形態選択処理においては、暖房部にて消費される熱も鑑みて、貯湯タンク４の貯湯量の予測給湯熱負荷に対する不足量又は余剰量を演算すると共に、省エネ度を演算することになる。
【００８５】
（ハ） 省エネ評価用設定時間の具体的な設定時間としては、上記の実施形態において例示した６時間に限定されるものではなく、６時間より短い時間、例えば３時間や、長い時間、例えば１２時間に設定しても良い。又、負荷平均用設定時間も、上記の実施形態において例示した１５分間や３０分間に限定されるものではなく、４５分や６０分でも良い。
【００８６】
（ニ） 熱電併給装置３の具体例としては、上記の実施形態において例示した燃料電池発電装置に限定されるものではなく、例えば、エンジンにて駆動される発電装置でも良い。この場合、エンジンを冷却する冷却水が冷却水循環路１５を通じて貯湯ユニット６に循環供給されることになる。
【００８７】
（ホ） 上記実施形態では、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。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係るコージェネレーションシステムのブロック図
【図２】実施形態に係る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
【図３】データ更新処理を説明する説明図
【図４】１日分の予測負荷を示す図
【図５】上限絞り運転形態、下限絞り運転形態での出力電力調整を説明する図
【図６】上限絞り運転形態、下限絞り運転形態での出力電力調整を説明する図
【図７】調整範囲上昇運転形態での出力電力調整を説明する図
【図８】調整範囲上昇運転形態での貯湯タンクへの貯湯を説明する図
【図９】調整範囲下降運転形態での出力電力調整を説明する図
【図１０】調整範囲下降運転形態での貯湯タンクへの貯湯を説明する図
【図１１】高上昇速度運転形態、低上昇速度運転形態、高下降速度運転形態及び低下降速度運転形態夫々での出力電力調整を説明する図
【図１２】停止許容形態での出力電力調整を説明する図
【図１３】停止許容形態での貯湯タンクへの貯湯を説明する図
【図１４】制御動作のフローチャートを示す図
【図１５】制御動作のフローチャートを示す図
【符号の説明】
３ 熱電併給装置
４ 貯湯タンク
６ 貯湯手段
７ 運転制御手段
１４ 電気ヒータ
２７ 補助給湯器

Claims (9)

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、前記貯湯タンク内の貯湯量が設定下限貯湯量未満のときに給湯要求があると給湯作動する補助給湯器と、運転を制御する運転制御手段とが設けられたコージェネレーションシステムであって、
   前記運転制御手段が、
   給湯の時系列消費データ及び電力の時系列消費データに基づいて給湯熱負荷の時系列変動である予測給湯熱負荷及び電力負荷の時系列変動である予測電力負荷を求めるように構成され、且つ、
   電力負荷に応じて前記熱電併給装置の出力電力を調整する運転形態として、電力の出力状態を異なる状態に制限する複数の出力制限運転形態を備えて、それら複数の出力制限運転形態のうちで、前記予測電力負荷に応じて運転したときに、省エネ性が優れ且つ前記予測給湯熱負荷に応じた給湯量を得るのに優れたものを選択して、その選択した出力制限運転形態にて前記熱電併給装置を運転するように構成され、
   前記複数の出力制限運転形態として、前記熱電併給装置の出力電力の調整範囲が異なる複数の調整範囲変更運転形態が含まれるコージェネレーションシステム。
2. 前記複数の調整範囲変更運転形態の一つとして、予め設定された設定調整範囲の上限値よりも低く設定した制限上限値以下の範囲で出力電力を調整する上限絞り運転形態が含まれる請求項１記載のコージェネレーションシステム。
3. 前記複数の調整範囲変更運転形態の一つとして、予め設定された設定調整範囲の下限値よりも高く設定した制限下限値以上の範囲で出力電力を調整する下限絞り運転形態が含まれる請求項１又は２記載のコージェネレーションシステム。
4. 前記複数の調整範囲変更運転形態の一つとして、予め設定された設定調整範囲の中間部分を除いた範囲で出力電力を調整する中間除去運転形態が含まれる請求項１〜３のいずれか１項に記載のコージェネレーションシステム。
5. 前記複数の出力制限運転形態の一つとして、前記熱電併給装置を停止させる停止許容形態が含まれる請求項１〜４のいずれか１項に記載のコージェネレーションシステム。
6. 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、前記貯湯タンク内の貯湯量が設定下限貯湯量未満のときに給湯要求があると給湯作動する補助給湯器と、運転を制御する運転制御手段とが設けられたコージェネレーションシステムであって、
   前記運転制御手段が、
   給湯の時系列消費データ及び電力の時系列消費データに基づいて給湯熱負荷の時系列変動である予測給湯熱負荷及び電力負荷の時系列変動である予測電力負荷を求めるように構成され、且つ、
   電力負荷に応じて前記熱電併給装置の出力電力を調整する運転形態として、電力の出力状態を異なる状態に制限する複数の出力制限運転形態を備えて、それら複数の出力制限運転形態のうちで、前記予測電力負荷に応じて運転したときに、省エネ性が優れ且つ前記予測給湯熱負荷に応じた給湯量を得るのに優れたものを選択して、その選択した出力制限運転形態にて前記熱電併給装置を運転するように構成され、
   前記複数の出力制限運転形態として、前記熱電併給装置の出力電力の調整速度が異なる複数の調整速度変更運転形態が含まれるコージェネレーションシステム。
7. 前記運転制御手段が、電力負荷に応じて、前記熱電併給装置の出力電力を予め段階的に設定された複数の設定出力電力のいずれかに調整するように構成されている請求項１〜６のいずれか１項に記載のコージェネレーションシステム。
8. 前記運転制御手段が、電力負荷に応じて、前記熱電併給装置の出力電力を無段階に調整するように構成されている請求項１〜６のいずれか１項に記載のコージェネレーションシステム。
9. 前記運転制御手段が、負荷平均用設定時間の間電力の時系列消費データを平均し、その平均値である平均電力負荷を電力負荷に応じて出力電力を調整するための対象となる電力負荷とするように構成されている請求項１〜８のいずれか１項に記載のコージェネレーションシステム。

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