JP4087301B2 - Cogeneration system and its operation plan creation method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コージェネレーションシステム(熱と電気併給システム)に関する。特に、電力需要に応じて発電し、発電時に発生する熱を蓄熱し、蓄熱しておいた熱エネルギーを必要時に供給するコージェネレーションシステム、即ち、電力需要に追従してコージェネレーションシステムの発電量を増減するシステムに関する。詳しくは、過去の単位時間あたりの電力需要の変化や単位時間あたりの熱エネルギー供給量の変動パターンを学習し、学習結果に応じてコージェネレーションシステムの運転開始や運転終了を制御することによって、コージェネレーションシステムの利点を有効に活用する技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
コージェネレーションシステムは、電力と発電熱を発生する発電ユニットと、貯湯槽と、貯湯槽内の水を発電ユニットに送って発電熱で加熱して貯湯槽に戻す発電熱回収媒体循環路を備えており、発電に伴って発生する発電熱を利用して水を加熱し、加熱された温水を貯湯槽に貯湯する。貯湯槽内の温水を適温に調温して温水利用箇所(例えば、床暖房システムや浴槽やシャワーや温水栓)に給湯する。温水利用箇所で必要とされる湯温よりも高温の温水が貯湯槽に貯湯されていれば、貯湯槽内の温水を水道水と混合することで必要湯温に調温できる。温水利用箇所で必要とされる湯温よりも低温の温水が貯湯されていれば、調温用に配設された補助熱源機でさらに加熱する必要があるが、発電熱で加熱された温水を加熱すればよいことから、水道水を加熱する場合に比して必要な熱量を少なくすることができる。そのため、コージェネレーションシステムは、総合的な熱効率が高い。
【0003】
コージェネレーションシステムは、単位時間あたりの発電量や発生熱エネルギー量を増減することができる。単位時間あたりの電力需要と単位時間あたりの熱エネルギー需要は必ずしも一致していないことから、電力需要に追従してコージェネレーションシステムの発電量を調整する運転方法と、熱エネルギー需要に追従してコージェネレーションシステムの発生熱エネルギー量を調整する運転方法が考えられる。電気を蓄電することよりも熱エネルギーを蓄熱する方が効率的であることから、電力需要に追従してコージェネレーションシステムの発電量を増減する方法が有力視されている。
コージェネレーションシステムを単独で使用するのではなく、電力会社が供給する商用電力と併用することが多いと予測されている。この場合、電力需要に追従してコージェネレーションシステムの発電量を増減するといっても、商用電力を利用したほうが効率的な場合には商用電力を利用することが望ましい。コージェネレーションシステムで発電される電力のみを考察すれば商用電力の方が効率的であり、発電熱が有効に利用されて始めてコージェネレーションシステムのトータルな効率が商用電力を上回る。電力需要に追従してコージェネレーションシステムの発電量を増減する方式をとっても、熱エネルギーの利用と無関係に電力需要に追従させるべきではなく、発電熱が有効に利用される限度内で電力需要に追従させるべきであり、発電熱が有効に利用できなくなればコージェネレーションシステムの運転を中止して商用電力を利用したほうが効率的である。
【0004】
コージェネレーションシステムを有効に活用するには、コージェネレーションシステムの運転開始と運転終了を的確に制御する技術、換言すれば商用電力を利用するか否かを的確に制御する技術が必要とされる。
上記の制御のためには、単位時間毎の電力需要と、単位時間毎の熱エネルギー需要を知る必要がある。これらはコージェネレーションシステムの設置環境毎に相違することから、コージェネレーションシステムに、設置された環境での単位時間毎の電力需要と熱エネルギー需要を学習し、学習した結果に基づいてコージェネレーションシステムの運転開始と運転終了を制御する技術が必要とされる。
【0005】
特許文献1には、過去の電力負荷実績と熱負荷実績から、計画対象時期における電力負荷と熱負荷を予測する。そして、コージェネレーションシステムの運転出力を電力需要に追従させて調整したときに得られる発熱エネルギー量を計算する。そして、予測される熱負荷と計算させる発熱量を比較して、コージェネレーションシステムの運転開始時刻を決定する。発熱量が無駄なく利用できる限度においてコージェネレーションシステムを活用し、発熱量が利用できない場合には商用電源を利用する。
【0006】
【特許文献1】
特開平15−61245号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
上記技術では、コージェネレーションシステムの運転終了時刻が予め設定されている。具体的には、24時にコージェネレーションシステムの運転を停止させる。大きな電力負荷は24時には終了するものとして24時に運転を終了させる。
一般に熱負荷のピークと電力負荷のピークはともに21時頃である。熱負荷は入浴時間帯に行われる、浴槽内への湯張りをピークとしている。入浴時間帯が過ぎるとそれ以降に湯が使用されることはほぼないため、熱負荷は低下していく。一方、電力負荷の要求は、入浴後も起きて活動したりエアコン等を使用したりするため、入浴時間帯を過ぎても継続される。即ち、熱負荷と電力負荷のピークの時間帯の継続時間が異なっており、熱負荷のピークの時間帯は電力負荷のピークの時間帯に比して早く終了する。従って、電力負荷のピークが終了する時刻までコージェネレーションシステムを運転させると、熱負荷の要求がない時間帯にも発電運転が行われて発熱する。熱負荷要求がない時間帯に発生した熱量は利用されないため、貯湯槽内に貯湯されて翌日に利用される。特開平15−61245号公報の技術では、必要熱量と発熱熱量が等しくなる時刻を計算してコージェネレーションシステムの運転を開始するので、過剰に蓄熱されることはなく、翌日には利用されるが、蓄熱した温水が翌日に持ち越されて利用されるために貯湯中の温水温度が冷却されてしまい、冷却された温水を利用することになる。従来の技術では、温水が翌日に持ち越されることから効率が低下し、コージェネレーションシステムの利点を充分には活用することができない。
【0008】
本発明では、必要熱量を得ることができ、運転停止時に貯湯槽内の温水を使いきることができるコージェネレーションシステムを提供することを目的とする。また、そのようにコージェネレーションシステムを運転する計画を作成する方法を提供する。
【0009】
【課題を解決するための手段と作用と効果】
本発明のコージェネレーションシステムは、基本的には電力需要に応じて発電し、発電時に発生する熱を蓄熱し、蓄熱した熱エネルギーを必要時に供給する。本発明のシステムは、過去の単位時間毎の熱エネルギー供給量を記憶している手段と、過去の単位時間毎の熱エネルギー供給量から24時間を単位とする単位期間毎の最後の熱エネルギー供給時刻を決定する手段と、単位期間毎の最後の熱エネルギー供給時刻の平均時刻を特定し、運転終了予定時刻に設定する手段と、運転終了予定時刻にコージェネレーションシステムの運転を終了する手段を有する。
この発明は、コージェネレーションシステムの運転計画を作成する方法ということもできる。この方法では、過去の単位時間毎の熱エネルギー供給量を記憶しておく工程と、過去の単位時間毎の熱エネルギー供給量から24時間を単位とする単位期間毎の最後の熱エネルギー供給時刻を決定する工程と、単位期間毎の最後の熱エネルギー供給時刻の平均時刻を特定し、運転終了予定時刻に設定する工程と、運転終了予定時刻にコージェネレーションシステムの運転を終了する運転計画を作成する工程を有する。
なお、最後の熱エネルギー供給時刻という場合、少量の温水を短時間利用することを含まないことが好ましい。所定量以上の温水を所定時間以上継続して利用する現象の終了時刻をもって最後の熱エネルギー供給時刻とすることが好ましい。
【0010】
本発明のコージェネレーションシステムとその運転計画方法によると、過去の期間における24時間を単位とする単位期間毎の最後の熱エネルギー供給時刻を特定する。この24時間は、主として睡眠に当てられる時間内に始期と終期を持っている。例えば、平均的に10時に入浴を終えて11時に就寝する家庭では10時に最後の熱エネルギーが供給され、深夜1時に入浴を終えて深夜2時に就寝する家庭では深夜1時に最後の熱エネルギーが供給されることがわかる。
本発明のコージェネレーションシステムでは、最後に熱エネルギーが供給された時刻にコージェネレーションシステムの運転が停止され、それ以降には熱が発生しないので、発生した熱を翌日に持ち越して利用することが最小限に抑えられる。この場合、電力需要があるにもかかわらずコージェネレーションシステムの運転を停止させることがあるが、その場合は商用電力を利用したほうが効率が高い場合に相当するために、そのほうが合理的である。本発明を利用すると、コージェネレーションシステムの利点を充分に活用することができる。
【0011】
本発明のコージェネレーションシステムでは、単位期間毎の最後の熱エネルギー供給時刻の平均時刻を特定する際に、過去の同曜日における単位期間毎の最後の熱エネルギー供給時刻を平均することが好ましい。
生活パターンは曜日毎に決まっていることが多いため、運転実施日と同曜日のデータの平均を利用すれば、運転実施日の最後の熱エネルギー供給時刻に近い時刻を計算できる可能性が高い。
【0012】
本発明のコージェネレーションシステムでは、運転開始予定時刻を下記によって決定することが好ましい。即ち、上記のコージェネレーションシステムにおいて、過去の単位時間毎の電力供給量を記憶している手段と、過去の単位時間毎の熱エネルギー供給量から単位期間毎の合計熱エネルギー供給量を計算する手段と、単位期間毎の合計熱エネルギー供給量の平均量を特定する手段と、運転終了予定時刻から遡及した時刻であり、その遡及した時刻から運転終了予定時刻までの合計電力供給量から計算される合計蓄熱エネルギー量が、単位期間毎の合計熱エネルギー供給量の平均量に等しくなる時刻を特定し、運転開始予定時刻に設定する手段と、運転開始予定時刻にコージェネレーションシステムの運転を開始する手段をさらに有していることが好ましい。
同様に、本発明のコージェネレーションシステムの運転計画作成方法においては、過去の単位時間毎の電力供給量を記憶しておく工程と、過去の単位時間毎の熱エネルギー供給量から単位期間毎の合計熱エネルギー供給量を計算する工程と、単位期間毎の合計熱エネルギー供給量の平均量を特定する工程と、運転終了予定時刻から遡及した時刻であり、その遡及した時刻から運転終了予定時刻までの合計電力供給量から計算される合計蓄熱エネルギー量が、単位期間毎の合計熱エネルギー供給量の平均量に等しくなる時刻を特定し、運転開始予定時刻に設定する工程と、運転開始予定時刻にコージェネレーションシステムの運転を開始する運転計画を作成する工程をさらに有することが好ましい。
【0013】
本発明のコージェネレーションシステムとその運転計画方法では、過去の単位時間毎の電力供給量から単位時間毎の発熱エネルギー量を計算する。また過去の実績値から、24時間を単位とする単位期間内の合計熱エネルギー供給量の平均量を計算する。この2種類の情報から、運転開始時刻を特定する。運転開始時刻は、その時刻以降の単位時間毎の発熱エネルギー量を運転終了時まで累積したときの累積発熱エネルギー量が24時間で必要とする合計熱エネルギー供給量に等しくなる時刻が特定される。
この結果、運転開始時刻以降には電力需要に追従して発電し、蓄熱した熱エネルギーを必要に応じて供給すると、運転終了時には蓄熱した熱エネルギーが利用され、蓄熱エネルギーを翌日に持ち越さない運転が実現され、コージェネレーションシステムの利点を充分に活用することができる。
【0014】
本発明のコージェネレーションシステムでは、単位期間毎の合計熱エネルギー供給量の平均量を特定する際にも、過去の同曜日における単位期間毎の合計熱エネルギー供給量を平均することが好ましい。
上記と同様に、生活パターンが近似している同じ曜日の単位期間毎の合計熱エネルギー供給量の平均値を利用すれば、運転実施日の合計熱エネルギー供給量と、運転実施日の単位時間毎の電力供給量に近い値を計算できる可能性が高い。
【0015】
コージェネレーションシステムの場合、一回あたりの運転継続時間に上限時間を設けて利用することが好ましいことがある。例えば、一定の耐用年数を確保したり、メインテナンス時間を確保したりするために、上限時間を設けた方が好ましいことがある。
このために、上記で設定された運転開始予定時刻から運転終了予定時刻までの時間が運転継続上限時間を超える場合には、上限時間を超えないように運転開始予定時刻を遅らせる手段が付加されていることが好ましい。
運転終了予定時刻を早めるよりも、運転開始予定時刻を遅らせる方式をとると、コージェネレーションシステムの効率が高い期間を中心に運転しながら上限時間を遵守することができ、極めて好ましい。
【0016】
蓄熱手段に蓄熱可能な熱エネルギーの全量が蓄熱された時点で、過去の単位時間毎の熱エネルギー供給量から次に蓄熱可能となる時刻を特定することが可能となる。蓄熱可能な熱エネルギーの全量が蓄熱された場合に備えて、次に蓄熱可能となる時刻を特定する手段と、その特定された時刻までコージェネレーションシステムの運転を継続したときの収支と、コージェネレーションシステムの運転を一旦中止して特定された時刻にコージェネレーションシステムの運転を再開するときの収支を比較し、運転継続か運転中止のいずれかを決定する手段が付加されていることが好ましい。
【0017】
蓄熱可能な熱エネルギーの全量が蓄熱されてしまえば、それ以降には発熱エネルギーを有効利用できなくなり、本来はコージェネレーションシステムの運転を中止して商用電力を利用することが好ましい。
しかしながら、コージェネレーションシステムの運転を開始するには準備時間と準備のためのエネルギー消費を必要とし、コージェネレーションシステムの運転を短時間中止させるのであれば、そのまま運転を継続したほうがトータルの効率が高いことがある。コージェネレーションシステムには、発熱エネルギーを蓄熱せずに大気中に放出しながら運転する機能が組込まれている。
単位時間毎の熱エネルギー供給量を記憶していると、蓄熱可能な熱エネルギーの全量が蓄熱されてしまったときに、次に蓄熱可能となる時刻を特定することができ、そのときまでコージェネレーションシステムの運転を継続したときの収支と、コージェネレーションシステムの運転を一旦中止して特定された時刻にコージェネレーションシステムの運転を再開するときの収支を比較することが可能となる。前者は、コージェネレーションシステムの単位時間あたりの放熱量に時間を乗じたエネルギーであり、後者はコージェネレーションシステムの運転を開始するための準備に要したエネルギーである。両者を比較し、有利なほうを採用するようにすると、コージェネレーションシステムの利点をさらに充分に活用することができる。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態を説明する。
(形態1) 効率的に運転するのに必要な温度検出手段や水量検出手段や計時手段や記憶手段は、コージェネレーションシステムの運転制御に必要な手段から構成され、効率的に運転するためにのみ必要な計測手段は付加されていない。
(形態2) 発電ユニットは燃料電池を備え、電力と発電熱を発生する。
(形態3) 蓄熱手段に蓄熱可能な熱エネルギーの全量が蓄熱され、運転を一旦中止して再開するよりも運転継続したほうが有利な場合には、発電ユニットに配設された放熱機によって放熱しながらコージェネレーションシステムの運転を継続する。
【0021】
【実施例】
本発明を具現化した実施例を図を参照して説明する。最初にコージェネレーションシステムの構成について説明する。図1は本実施例のコージェネレーションシステムの概略構成図である。図1に示すように、コージェネレーションシステム10は、電力と発電熱を発生する発電ユニット20と、発電熱で加熱した温水を貯えることによって蓄熱し、その温水を利用する蓄熱ユニット15等から構成される。蓄熱ユニット15は、発電熱で加熱した温水を貯える貯湯槽44と、貯湯槽44から出湯される温水と水道水を混合するミキシングユニット72と、給湯暖房用補助熱源機(以下、補助熱源機と記す)50等から構成される。補助熱源機50は、ミキシングユニット72を経由した温水を加熱調温して温水利用箇所40や浴槽90に供給するともに、浴槽90の温水を加温し、暖房用媒体を加温して暖房機92,96に循環させて暖房する。
【0022】
発電ユニット20は、燃料電池22と、改質器30等から構成され、発電ユニットハウジング21に収納されている。改質器30は炭化水素系の原燃料ガスから水素ガスを生成する。水素ガスを効率よく生成するためには高温度が必要とされることから、改質器30にはバーナ32が内蔵されている。また、改質器30には燃焼ガス排気管34が接続されており、燃焼ガス排気管34は熱交換器70を通過して水を加熱した後に発電ユニットハウジング21外に放出される(図中矢印)。
燃料電池22は複数のセルから構成されている。燃料電池22には改質器30と連通する図示しない配管が接続されている。この配管を介して改質器30で生成された水素ガスが燃料電池22に供給される。燃料電池22は、空気中の酸素を取り込み、取り込まれた酸素と改質器30から供給される水素ガスを反応させて発電を行なう。
【0023】
燃料電池22は発電の際に発熱する。燃料電池22には熱媒循環管24が接続されており、熱媒循環管24内を流れる熱媒が発電の際に生じる発電熱を回収する。熱媒循環管24には熱媒循環ポンプ8が配設されている。熱媒として純水を用い、純水は図示しない純水生成装置に水道水を通過させることによって得る。
熱媒循環管24は、熱交換器74を通過するように配設されている。熱媒によって回収された燃料電池22の発電熱が熱交換器74に伝熱される。
熱媒循環管24には三方弁36が配設されている。三方弁36は1つの入口と2つの出口を備える。三方弁36によって熱媒循環管24が二手に分岐している。分岐した熱媒循環管24のうち、三方弁36の一方の出口と接続されている管は放熱機28を介するように配設されており、他方の出口と接続されている管は放熱機28を介さないように配設されている。三方弁36は、図示しない発電ユニット制御部によってどちらの出口を開口するかが制御される。これによって熱媒が放熱機28を経由して循環するか、放熱機28を経由せずに循環するかが切換えられる。具体的には、図示しないサーミスタで測定される熱媒の温度が異常に高いときに、熱媒が放熱機28を経由して循環するように三方弁36の出口が切換えられる。放熱機28は送風を行うことで熱媒を冷却する。なお、図示25はシスターンである。
【0024】
蓄熱ユニット15は、貯湯槽44と、ミキシングユニット72と、補助熱源機50と、制御ユニット60等から構成され、蓄熱ユニットハウジング16に収納されている。
コージェネレーションシステム10には、水道水を給水するための給水管64が配設されている。給水管64は第1給水管64aと第2給水管64bの二手に分岐している。第1給水管64aは、貯湯槽44の下部と接続している。第2給水管64bは、ミキシングユニット72の冷水入口72bと接続されている。ミキシングユニット72内の第2給水管64bには給水サーミスタT1が配設されており、給水される水道水の温度を検出するのに利用される。
貯湯槽44の上部に第1出湯管52が接続されており、第1出湯管52はミキシングユニット72の温水入口72aに接続されている。ミキシングユニット72内の第1出湯管52には第1出湯サーミスタT2が配設されており、貯湯槽44から出湯される温水の温度を検出するのに利用される。
【0025】
給水管64の分岐部64cより上流側には減圧弁42が配設されている。減圧弁42は、貯湯槽44とミキシングユニット72へ給水する水道水の圧力を調整する。貯湯槽44内の温水が使用されたり、ミキシングユニット72の冷水入口72bが開いたりして減圧弁42の下流側圧力が調圧値以下になると、減圧弁42が開いて貯湯槽44やミキシングユニット72に給水する。貯湯槽44内の圧力は、水道水圧力よりも低い圧力に維持される。
【0026】
ミキシングユニット72は、温水の入口72aと、冷水の入口72bと、混合水の出口72cを有している。温水の入口72aには、第1出湯管52を介して貯湯槽44内の温水が流入し、冷水の入口72bには、第2給水管64bを介して水道水が流入する。2つの入口72a,72bの開口度は可変である。即ち、温水と水道水の流入比率が可変である。これらの開口度は、制御ユニット60によって制御される。開口度が制御されることで、例えば、水道水を遮断して(冷水入口72bを閉じて)温水のみを出口72cから送り出すことが可能であり、逆に、温水を遮断して(温水入口72aを閉じて)水道水のみを出口72cから送り出すことも可能である。また、例えば、70%の温水と30%の水道水を混合して出口72cから送り出すことが可能であり、温水と水道水の混合比率を調整し、必要な温度に調整された混合水を出口72cから送り出すことができる。
【0027】
ミキシングユニット72内で混合されて調温された混合水は、出口72cから出湯される。出口72cには第2出湯管76が接続されている。第2出湯管76は、補助熱源機50内の給湯管94に接続されており、ミキシングユニット72と補助熱源機50を接続している。ミキシングユニット72の2つの入口72a,72bには、減圧弁42によって減圧された圧力が加わっている。従って、ミキシングユニット72の出口72cから出湯される混合水の圧力も、減圧弁42で調圧された圧力に等しい。ミキシングユニット72内の第2出湯管76には第2出湯サーミスタT3が配設されており、ミキシングユニット72から出湯される混合水の温度を検出する。またミキシングユニット72内の第2出湯管76には混合水流量センサF3が配設されており、ミキシングユニット72から出湯される混合水の流量を検出する。
【0028】
蓄熱ユニット15と発電ユニット20との間には、発電熱を回収するための配管4が配設されている。
発電熱回収用配管4の往き管4aは貯湯槽44の底部に接続されており、発電熱回収用配管4の戻り管4bは貯湯槽44の上部に接続されている。発電ユニット20内に配設された、発電熱との熱交換機74と、改質器30との熱交換器70を通過して、発電熱回収用配管4の戻り管4bとなる。発電ユニット20内の2つの熱交換器70,74で加熱された温水は、発電熱回収用配管4の戻り管4bを経て貯湯槽44の上部から注入されて貯湯され、貯湯槽44の底部の温水が発電熱回収用配管4の往き管4aを経て発電ユニット20へ送られる。貯湯槽44内に貯められた温水と冷水は、温度成層を成して混じり合わない。
発電熱回収用配管4の往き管4aには発電熱回収用ポンプ6が配設されている。発電熱回収用ポンプ6が駆動することで発電熱回収用配管4内の温水が循環する(図中矢印方向に循環する)。発電熱回収用ポンプ6は制御ユニット60によって駆動制御される。
【0029】
次に、給湯運転と暖房運転を行う補助熱源機50について説明する。補助熱源機50には2つのバーナ38,56と、暖房用シスターン51と、温水を案内する複数の配管等が配設されており、補助熱源機ハウジング49に収納されている。
まず、給湯運転について説明する。第2出湯管76と接続している給湯管94は、管94aと管94bの二手に分岐している。管94aの末端は台所の蛇口や風呂の給湯栓等の温水利用箇所に接続されており、管94bの末端は暖房用シスターン51の上部に入れられている。
温水利用箇所での給湯設定温度は図示しないリモコンが操作されることによって設定される。管94aは、管94a内の温水がバーナ38によって加熱されるように配設されている。バーナ38は制御ユニット60によって駆動制御されている。管94aには水量センサF1と給湯サーミスタT4が配設されており、それぞれ管94a内の温水の流量と給湯される温水の温度を検出するのに利用される。
【0030】
管94aのバーナ38より下流から温水供給路80が分岐している。温水供給路80は後述する浴槽水循環路98に接続されている。温水供給路80には温水供給弁82が配設されており、温水供給弁82が開かれると、温水供給路80を介して温水が浴槽水循環路98に誘導され、浴槽90内に湯張りされる。温水供給弁82は制御ユニット60によって開閉制御されている。温水供給路80には湯張り量センサF2が配設されており、浴槽90内に湯張りされる湯水の量を検出するのに利用される。浴槽水循環路98には浴槽水サーミスタT5が配設されており、浴槽水循環路98内の温水の温度を検出するのに利用される。
【0031】
次に、暖房運転について説明する。給湯管94から分岐した管94bには暖房用補水弁95が配設されている。暖房用補水弁95が開かれると管94bを介して温水が暖房用シスターン51に誘導される。
【0032】
暖房用シスターン51には暖房用循環路が接続されている。詳しくは、暖房用シスターン51には共通管2が接続されており、共通管2には暖房用ポンプ3が配設されている。共通管2が二手に分岐し、高温用循環路84と低温用循環路86を形成している。以下、共通管2と高温用循環路84と低温用循環路86の総称を暖房用循環路とする。
高温用循環路84は高温用負荷92(例えば暖房機や浴室乾燥機等)を通過する管84aと、高温用負荷92をバイパスする管84bを有している。管84aは、暖房用シスターン51内の温水を高温用負荷92に送り、利用された後の温水を暖房用シスターン51に戻す(図中矢印方向)。管84aの戻り管は後述する低温用循環路86の戻り管に合流している。管84aには熱動弁85が配設されている。熱動弁85は高温用負荷92の運転スイッチが操作されてオンとなると開き、オフとなると閉じる。
一方、管84bは熱動弁85より上流から分岐した管であり、後述する低温用循環路86の戻り管に合流している。高温用負荷92をバイパスする管84bには暖房用バイパス弁83が配設されている。暖房用バイパス弁83は制御ユニット60によって開閉制御されている。
【0033】
高温用循環路84内の温水を加熱するため、高温用循環路84にはバーナ56が配設されている。バーナ56は制御ユニット60によって駆動制御される。高温用循環路84内の温水の温度は通常約80℃になるように制御されている。高温用循環路84内の温水は、暖房用ポンプ3が駆動することによって循環する(図中矢印方向に循環する)。暖房用ポンプ3は制御ユニット60によって駆動制御される。
【0034】
高温用循環路84には追焚き用循環路88が接続されている。追焚き用循環路88には熱交換器91が配設されており、後述する低温用循環路86の戻り管に合流している。追焚き用循環路88には熱動弁89が配設されており、熱動弁89が開くと、高温用循環路84から温水が誘導され、温水の熱が熱交換器91に伝熱される。熱動弁89は制御ユニット60によって開閉制御されている。
浴槽水を追焚きするとき、浴槽90内の温水は浴槽水循環路98を循環する。浴槽水循環路98は上述の熱交換器91を通過するように配設されている。浴槽水循環路98内の温水が循環し、熱交換器91で加熱されることによって浴槽水が追焚きされる。浴槽水循環路98には浴槽水用ポンプ99が配設されている。浴槽水用ポンプ99が駆動することによって浴槽水循環路98内の温水が循環する。浴槽水循環ポンプ99は制御ユニット60によって駆動制御される。
【0035】
低温用循環路86は低温用負荷(床暖房機等)96を通過するように配設されている。低温用循環路86は、暖房用シスターン51内の温水を低温用負荷96に送り、利用後の温水を後述する2つの管で暖房用シスターン51に戻す。
低温用循環路86の往き管には熱動弁87が配設されている。熱動弁87は制御ユニット60によって開閉制御される。低温用循環路86内の温水は通常約60℃になるように制御されている。
【0036】
低温用循環路86の戻り管は、直接暖房用シスターン51へ戻る管86aと、貯湯槽44内を通過してから暖房用シスターン51へ戻る管86bとを有している。これらの管86a,86bは三方弁12によって切換えられる。三方弁12は1つの入口12aと2つの出口12b,12cとを有している。低温用循環路86の戻り管は三方弁12の入口12aに接続されている。三方弁12の出口12bには管86aが接続されている。管86aの他端は暖房用シスターン51に接続されている。一方、三方弁12の出口12cには管86bが接続されている。管86bは、貯湯槽44内の温水と混合されることなく貯湯槽44内の上部を通過する管である。管86bは、貯湯槽44内を通過後に、管86aの合流部86eに合流する。三方弁12の切換えは制御ユニット60によって制御されている。低温用循環路86内の温水も、暖房用ポンプ3が駆動することによって循環する(図中矢印方向に循環する)。
【0037】
上述の管86bによって、貯湯槽44に蓄熱されている熱を暖房運転に利用することができる。貯湯槽44内の熱を床暖房運転に利用したい場合、三方弁12の出口を出口12cに切換える。管86b内の温水は貯湯槽44内の上部を通過するときに貯湯槽44内上部の高温の温水によって加熱され、加熱された温水がシスターン51へ戻る。この循環によって低温用循環路86内の温水が加熱され、温水の熱が低温用負荷96である床暖房機に伝熱される。このようにすれば、貯湯槽44内の熱を床暖房運転等の暖房運転に利用することができる。
貯湯槽44の蓄熱量が放出されてしまうと、三方弁12の出口を出口12bに切換え、暖房用バイパス弁83を開いて高温用負荷92(この場合浴室乾燥機)をバイパスする管84bを開通させる。この場合には、バーナ56で加熱された高温水がシスターン51に導かれ、その高温の温水を利用して暖房運転することが可能となる。
【0038】
暖房運転終了後、上述の管86bによって、貯湯槽44内の蓄熱量が少ないときには暖房用循環路内の余熱を貯湯槽44に蓄熱させることができる。貯湯槽44の上部の温度が低温用循環路86内の温水の温度よりも低いときには、三方弁12の出口を出口12cに切換える。これによって低温用循環路86内の温水が管86bへ誘導される。管86b内の温水は貯湯槽44内を通過するときに貯湯槽44内の温水を加熱する。このようにすれば、低温用循環路86等の暖房用循環路内の余熱を貯湯槽44内に蓄熱することができる。
【0039】
次に、本実施例のコージェネレーションシステム10の制御ユニット60の構成について説明する。図2は制御ユニット60のブロック図である。なお、図2には本実施例に特徴的な構成物のみを示している。制御ユニット60は蓄熱ユニット15内に収容されており、蓄熱ユニット15の運転と発電ユニット20の運転について統括的に制御する。図2に示すように、制御ユニット60はCPU100を備えており、運転制御手段102と、運転計画手段104と、記憶手段106と、入力部108と、出力部110と相互に接続されている。入力部108にはコージェネレーションシステム10に配設されている流量検出手段(各流量センサ)112と、温水温検出手段(各サーミスタ)114と、発電量検出手段116と、消費電力検出手段118が接続されている。出力部110にはコージェネレーションシステム10を構成する、ミキシングユニット72、補助熱源機50や、各種ポンプ、各種三方弁、燃料電池22等が接続されている。
【0040】
図3は、一般的な家庭で要求される電力需要(実線で示す)と、コージェネレーションシステム10によって供給される電力(破線で示す)の関係を示している。発電量は基本的には電力需要に追従して増減調整される。図示の1kWは、発電ユニット20での最大発電力であり、これを超える時間帯では、不足する電力が商用電力で補われる。
電力需要(電力負荷ともいう)は朝と夜にピークを持つ。Aで示す夜のピークで発電される電力は大きく、継続時間が長い。従って、このピークの間に発熱される熱量を有効に利用できれば最も熱効率が向上する。最大発電力で継続運転するときに、コージェネレーションシステム10の効率は最も高い。
【0041】
図4は一般的な家庭において要求される熱負荷を実線で示す。通常は、必要な熱エネルギーが供給されるので、必要熱エネルギー量と供給熱エネルギー量は等しい。図4には、発電運転に伴って得られる発熱量(蓄熱量)を破線で示している。必要熱エネルギーは、2つのピークC,Bを持つ。Bで示す夜のピークは主に風呂の湯張りに利用されることによるものであり、発電によって得られる熱量以上を必要とする。
【0042】
図3と図4の実線で示すカーブは、当該コージェネレーションシステム10に過去の使用実績から得られている。コージェネレーションシステム10には、単位時間あたりの発電量の推移を記憶する手段が設けられており、図3のカーブを得ることができる。図3の単位時間あたりの発電量のカーブから、図4の破線のグラフを得ることができる。コージェネレーションシステム10には、出湯量と出湯温度から計算される単位時間あたりの供給熱エネルギー量を計算して記憶する手段が設けられており、図4の実線のカーブを得ることができる。
図3と図4のカーブは日々に変化する。図3と図4のカーブは、過去の1ヶ月の同曜日における実績カーブの平均値である。現在が7月の第1月曜日であれば、6月の4回の月曜日のカーブを平均したものである。
【0043】
コージェネレーションシステム10は、例えば、6月の4回の月曜日のカーブを学習して、7月の第1月曜日の運転開始時刻と運転終了時刻を決定する。
(運転終了時刻の決定)
コージェネレーションシステム10では、24時間を単位とする単位期間毎に最後の熱エネルギー供給時刻を決定する。先の例でいえば、6月の4回の月曜日のそれぞれについて、最後の熱エネルギーを供給した時刻を求める。24時間の始期と終期は、睡眠に当てられていることが多い午前3時とする。ここで熱エネルギーを供給するという場合には、所定量以上の温水を所定時間以上継続して供給することを言い、少量の温水を短時間だけ供給することを含まない。この結果、通常は入浴の終了時刻が最後に熱エネルギーを供給した時刻となる。平均的に10時に入浴を終えて11時に就寝する家庭では10時に最後の熱エネルギーが供給され、深夜1時に入浴を終えて深夜2時に就寝する家庭では深夜1時に最後の熱エネルギーが供給されることがわかる。
コージェネレーションシステム10では、最後に熱エネルギーが供給される時刻に運転を停止する。図4の場合、時刻Dにコージェネレーションシステム10の運転を終了する。それ以降には熱が発生しないので、発生した熱を翌日に持ちこして利用することが最小限に抑えられる。
【0044】
(運転開始時刻の決定)
コージェネレーションシステム10では、運転開始時刻Eを下記のようにして求める。
(1) 運転開始時刻Eを仮定する。
(2) その時刻E以降の単位時間あたりの発電量の変化に注目する。
(3) その時刻E以降の単位時間あたりの発電量から得られる発熱量の推移を計算する(これが図4の破線で示される)。
(4) その時刻Eから運転終了時刻Dまでの、単位時間あたりの発熱量を累積した合計発熱量を計算する(図4のハッチで示される面積を計算する)。
(5) それとは別に、24時間の単位期間に必要とされる合計熱量を計算する(図4の実線で示されるグラフと横軸で囲まれる面積を計算する)。
(6) 前記した(4)と(5)が等しくなる時刻Eを求める。
(7) そうして求められた時刻を運転開始時刻Eとする。
以上に論理は、運転終了時刻Dから遡及した時刻Eであり、その遡及した時刻Eから運転終了時刻Dまでの合計電力供給量から計算される合計蓄熱エネルギー量(ハッチ部の面積)が、24時間を単位とする単位期間内の合計熱エネルギー供給量の平均量(図4の実線で示されるグラフと横軸で囲まれる面積)に等しくなる時刻Eを特定することに他ならない。
【0045】
上記の処理手順を図5のフローチャートを用いて説明する。図5は運転方法を示す処理手順図である。
図5に示すように、まず、ステップS10では過去1ヶ月以内の同曜日の単位時間あたりの熱エネルギー供給量の特定が行なわれる。この処理によって特定された熱エネルギー供給量が、図4に実線で示したグラフである。ステップS12に進み、所定流量以上で所定時間以上供給する現象の終期を特定する。この処理によって運転終了時刻(図4に示す時刻D)が設定される。ステップS14に進み、24時間の合計必要熱エネルギー量を計算する。この合計必要熱エネルギー量は、ステップS10で得られた図4の実線のグラフを積分することで得られる。ステップS16に進み、過去1ヶ月以内の同曜日の単位時間あたりの発電量を特定する。この処理によって特定された発電量が、図3に実線で示したグラフである。ステップS18に進み、単位時間あたりの発電量から単位時間あたりの発熱量を特定する。ステップS20に進み、運転開始時刻からステップS12で設定された運転終了時刻までの単位時間あたりの発熱量が、ステップS14で得られた24時間の合計必要熱エネルギー量となるような運転開始時刻が設定される。
ステップS22に進み、ステップS20で設定された運転開始時刻から先に設定された運転終了時刻までの時間が、予め設定されている上限時間以上であるか否かが判断される。この運転継続時間が上限時間を超えなければ(NOであれば)ステップS20で設定された運転開始時刻に運転が開始されるように処理される。運転継続時間が上限時間以上であれば(YESであれば)、ステップS24に進んで運転開始時刻を遅らせることで、運転継続時間が上限時間を超えないように運転開始時刻を修正し、修正した運転開始時刻に運転が開始されるように処理される。
【0046】
本実施例では、過去の使用実績を学習し、最後に熱エネルギーを供給するものと推定される時刻までコージェネレーションシステムの運転を継続することを予定している。また、その時刻までに1日の必要熱エネルギーが蓄熱されるであろう時間に運転を開始する。したがって、予定通りいけば、最後に熱エネルギーを供給する時刻まで運転を継続したときに、蓄熱した温水が利用され終えるはずである。しかしながら、当日において電力需要が増加すると、発電熱量も増大し、1日に必要とする合計熱エネルギーに等しいだけの熱エネルギーを早めに蓄熱し終えてしまうことが生じる。
この場合には、最後に熱エネルギーを供給すると推定されている時刻まで運転を継続する予定を変更し、必要熱量が蓄熱された時点で運転を停止させる。それ以降は商用電力を利用することになるが、商用電力を利用したほうが効率が高い場合に相当するために、そのほうが合理的である。コージェネレーションシステムの利点を充分に活用することができる。
【0047】
蓄熱手段に蓄熱可能な熱エネルギーの全量が蓄熱されてしまうことがある。この場合には、その時点で、過去の所定期間に亘って単位時間毎の熱エネルギー供給量を記憶している手段を参照すると、次に蓄熱可能となる時刻を特定することが可能となる。
コージェネレーションシステム10では、蓄熱手段に蓄熱可能な熱エネルギーの全量が蓄熱されてしまった場合には、次に蓄熱可能となる時刻を特定するプログラムが用意されている。さらに、その時間までコージェネレーションシステム運転を継続した場合のエネルギーを計算するプログラムが用意されている。このプログラムでは、コージェネレーションシステムの単位時間あたりの放熱量に時間を乗じてエネルギーを計算する。さらに、コージェネレーションシステムの運転を一旦中止して再開する場合の準備のために要したエネルギーを計算するプログラムが用意されている。コージェネレーションシステム10には、両者を比較し、有利なほうを採用するプログラムが用意されている。蓄熱手段に蓄熱可能な熱エネルギーの全量が蓄熱され、運転を一旦中止して再開するよりも運転継続したほうが有利な場合には、発電ユニットに配設された放熱機28によって放熱しながらコージェネレーションシステム10の運転を継続する。
【0048】
上記の処理手順を図6のフローチャートを用いて説明する。図6は運転方法を示す処理手順図である。
ステップS40でコージェネレーションシステムの運転が開始されると、ステップS42に進んで1日の必要熱量を蓄熱したか否かが判断される。1日の必要熱量が蓄熱されていれば(YESであれば)ステップS44に進んでコージェネレーションシステムの運転を終了する。1日の必要熱量が蓄熱されていなければ(NOであれば)ステップS46に進む。
ステップS46では、貯湯槽内に蓄熱可能な熱エネルギーの全量が蓄熱されたか否かが判断される。蓄熱可能な熱エネルギーの全量が蓄熱されていなければ(ステップS46でNOであれば)ステップS42とステップS46の処理を繰返す。蓄熱可能な熱エネルギーの全量が蓄熱されていれば(ステップS46でYESであれば)ステップS48に進んで次に出湯が予測される時刻を特定する。ステップS50に進み、次に出湯が予測される時刻まで運転を継続させたときのエネルギーを計算する。またステップS52に進み、次に出湯が予測される時刻まで運転を一時停止し、再開させたときのエネルギーを計算する。そしてステップS54に進んで、ステップS50で得られた運転継続時のエネルギーと、ステップS52で得られた運転停止時のエネルギーとを比較する。次に出湯が予測される時刻まで運転を継続させた方が有利であれば(ステップS54でYESであれば)ステップS42に戻って運転を継続する。次に出湯が予測される時刻まで運転を一時停止し、再開させた方が有利であれば(ステップS54でNOであれば)ステップS56に進んで運転を一時停止し、ステップS58に進んで次の出湯時刻に備えて準備し、出湯時刻となったらステップS42に戻って運転を再開する。
【0049】
コージェネレーションシステム10には、一日あたりの運転継続時間に上限時間が設けられている。前記技術で特定された運転開始時刻から特定された運転終了時刻までの時間が運転継続上限時間を超える場合には、上限時間を超えないように運転開始時刻を遅らせる。
運転終了時刻を早めるよりも、運転開始時刻を遅らせる方式をとると、コージェネレーションシステムの効率が高い期間を中心に運転しながら上限時間を遵守することができ、極めて好ましい。
【0050】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本実施例のコージェネレーションシステムの概略構成図。
【図2】 制御ユニットとその周辺のブロック図。
【図3】 要求電力量と発電可能電力量の経時的変化を示すグラフ。
【図4】 要求熱量と蓄熱量の経時的変化を示すグラフ。
【図5】 運転方法を示す処理手順図1。
【図6】 運転方法を示す処理手順図2。
【符号の説明】
4:発電熱回収用配管、4a:往き管、4b:戻り管
6:発電熱回収用ポンプ
10:コージェネレーションシステム
12:三方弁、12a:入口、12b:出口、12c:出口
15:蓄熱ユニット
20:発電ユニット
22:燃料電池
30:改質器
38:バーナ
40:温水利用箇所
44:貯湯槽
50:給湯暖房用補助熱源機
52:第1出湯管
60:制御ユニット
64:給水管、64a:第1給水管、64b:第2給水管
72:ミキシングユニット、72a:温水入口、72b:冷水入口、72c:出口
76:第2出湯管
90:浴槽
94:給湯管、94a:管、94b:管
98:浴槽水循環路
99:浴槽水用ポンプ
100:CPU
102:運転制御手段
104:運転計画手段
106:記憶手段
108:入力部
110:出力部
112:流量検出手段
114:温水温検出手段
T1:給水サーミスタ
T2:第1出湯サーミスタ
T3:第2出湯サーミスタ
T4:給湯サーミスタ
T5:浴槽水サーミスタ
F1:給湯量センサ
F2:湯張り量センサ
F3:混合水流量センサ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a cogeneration system (a combined heat and electricity system). In particular, it generates power according to power demand, stores the heat generated during power generation, and supplies the stored thermal energy when necessary, that is, the power generation amount of the cogeneration system following the power demand. It relates to a system that increases or decreases. Specifically, the cogeneration system is started and stopped by learning the changes in power demand per unit time and the fluctuation pattern of thermal energy supply per unit time, and controlling the start and end of the cogeneration system according to the learning results. The present invention relates to a technology for effectively utilizing the advantages of a generation system.
[0002]
[Prior art]
The cogeneration system includes a power generation unit that generates electric power and generated heat, a hot water storage tank, and a power generation heat recovery medium circulation path that sends the water in the hot water storage tank to the power generation unit, heats it with the generated heat, and returns it to the hot water storage tank. Water is heated using the generated heat generated with power generation, and the heated hot water is stored in a hot water storage tank. The hot water in the hot water tank is adjusted to an appropriate temperature, and hot water is supplied to a hot water use location (for example, a floor heating system, a bathtub, a shower, or a hot water tap). If hot water hotter than the hot water temperature required at the hot water use location is stored in the hot water storage tank, the hot water in the hot water storage tank can be adjusted to the required hot water temperature by mixing it with tap water. If hot water at a temperature lower than the hot water temperature required at the hot water use location is stored, it is necessary to further heat with an auxiliary heat source device arranged for temperature control. Since heating may be performed, a necessary amount of heat can be reduced as compared to heating tap water. Therefore, the cogeneration system has a high overall thermal efficiency.
[0003]
The cogeneration system can increase or decrease the amount of power generation or generated heat energy per unit time. Since the power demand per unit time and the thermal energy demand per unit time do not necessarily match, there is an operation method that adjusts the power generation amount of the cogeneration system following the power demand, and An operation method for adjusting the amount of heat energy generated by the generation system can be considered. Since it is more efficient to store thermal energy than to store electricity, a method of increasing or decreasing the amount of power generated by a cogeneration system following power demand is considered promising.
It is predicted that the cogeneration system is often used in combination with commercial power supplied by an electric power company, rather than being used alone. In this case, even if the power generation amount of the cogeneration system is increased or decreased following the power demand, it is desirable to use the commercial power when it is more efficient to use the commercial power. Considering only the power generated by the cogeneration system, the commercial power is more efficient, and the total efficiency of the cogeneration system exceeds the commercial power only after the generated heat is effectively used. Even if the method of increasing or decreasing the power generation amount of the cogeneration system following the power demand is not to follow the power demand regardless of the use of thermal energy, it follows the power demand within the limit where the generated heat is effectively used. If the generated heat cannot be used effectively, it is more efficient to stop the operation of the cogeneration system and use commercial power.
[0004]
In order to effectively use the cogeneration system, a technique for accurately controlling the start and end of operation of the cogeneration system, in other words, a technique for accurately controlling whether or not to use commercial power is required.
For the above control, it is necessary to know the power demand per unit time and the thermal energy demand per unit time. Since these differ depending on the installation environment of the cogeneration system, the cogeneration system learns the power demand and thermal energy demand per unit time in the installed environment, and the cogeneration system A technology for controlling start and end of operation is required.
[0005]
In Patent Literature 1, an electric power load and a thermal load at a planning target time are predicted from past electric power load results and heat load results. Then, the amount of heat generation energy obtained when the operation output of the cogeneration system is adjusted to follow the power demand is calculated. Then, the operation start time of the cogeneration system is determined by comparing the predicted heat load with the calorific value to be calculated. Use cogeneration systems to the extent that heat generation can be used without waste, and use commercial power when heat generation is not possible.
[0006]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 15-61245
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
In the above technique, the operation end time of the cogeneration system is set in advance. Specifically, the operation of the cogeneration system is stopped at 24:00. A large electric power load ends at 24:00, and the operation is ended at 24:00.
Generally, the peak of the heat load and the peak of the power load are both around 21:00. The heat load peaks during the bathing hours, when the bath is filled with water. When the bathing time period passes, hot water is hardly used after that, so the heat load decreases. On the other hand, the demand for power load is continued even after taking a bath, and continues to operate even after the bathing time period, because it is active and uses an air conditioner or the like. That is, the duration of the peak time zone of the thermal load and the power load is different, and the peak time zone of the thermal load ends earlier than the peak time zone of the power load. Therefore, when the cogeneration system is operated until the time when the peak of the power load ends, the power generation operation is performed even during a time period when no heat load is required, and heat is generated. Since the amount of heat generated during a time period when there is no thermal load request is not used, it is stored in the hot water tank and used the next day. In the technique of Japanese Patent Laid-Open No. 15-61245, since the operation of the cogeneration system is started by calculating the time when the necessary heat amount and the heat generation amount become equal, it is not stored excessively and is used the next day. Since the stored hot water is carried over and used the next day, the temperature of the hot water in the hot water is cooled, and the cooled hot water is used. In the conventional technology, since hot water is carried over to the next day, the efficiency is lowered, and the advantages of the cogeneration system cannot be fully utilized.
[0008]
An object of the present invention is to provide a cogeneration system that can obtain the necessary heat quantity and can use up the hot water in the hot water tank when the operation is stopped. Also provided is a method for creating a plan for operating such a cogeneration system.
[0009]
[Means, actions and effects for solving problems]
The cogeneration system of the present invention basically generates power according to electric power demand, stores heat generated during power generation, and supplies the stored thermal energy when necessary. The system of the present inventionSimpleMeans for storing the amount of heat energy supplied per unit time;From past heat energy supply per unit timeMeans for determining the last heat energy supply time for each unit period in units of 24 hours;Per unit periodIdentifies the average time of the last heat energy supply timeAnd set to the scheduled end time of operation.Means,At the scheduled end timeMeans for terminating the operation of the cogeneration system;
The present invention can also be referred to as a method for creating an operation plan for a cogeneration system. in this way,PastStoring the amount of heat energy supplied per unit time;From past heat energy supply per unit timeDetermining the last heat energy supply time for each unit period in units of 24 hours;Per unit periodIdentifies the average time of the last heat energy supply timeAnd set to the scheduled end time of operation.Process,At the scheduled end timeA step of creating an operation plan for terminating the operation of the cogeneration system.
In addition, when it is called the last heat energy supply time, it is preferable not to include using a small amount of warm water for a short time. It is preferable that the last heat energy supply time be the end time of a phenomenon in which a predetermined amount or more of hot water is continuously used for a predetermined time or more.
[0010]
According to the cogeneration system and the operation planning method of the present invention, the last heat energy supply time for each unit period in units of 24 hours in the past period is specified. The 24 hours have an initial period and an end period within a period mainly for sleeping. For example, a household that takes a bath at 10:00 on average and sleeps at 11:00 will be supplied with the last thermal energy at 10:00. You can see that
In the cogeneration system of the present invention, since the operation of the cogeneration system is stopped at the time when the heat energy is last supplied, and no heat is generated thereafter, it is minimal to carry over the generated heat on the next day. It can be suppressed to the limit. In this case, the operation of the cogeneration system may be stopped in spite of the power demand. In this case, the use of commercial power corresponds to the case where the efficiency is high, and this is more reasonable. By using the present invention, the advantages of the cogeneration system can be fully utilized.
[0011]
In the cogeneration system of the present invention, when the average time of the last heat energy supply time for each unit period is specified, it is preferable to average the last heat energy supply time for each unit period on the same day in the past.
Since life patterns are often determined for each day of the week, it is highly possible to calculate a time close to the last heat energy supply time of the operation implementation date by using the average of the data on the operation implementation date and the same day of the week.
[0012]
In the cogeneration system of the present invention, it is preferable to determine the scheduled operation start time as follows. That is, in the above cogeneration system, means for storing the power supply amount for each past unit time, and means for calculating the total heat energy supply amount for each unit period from the past heat energy supply amount for each unit time And means for specifying the average amount of the total heat energy supply for each unit period, and the time retroactive from the scheduled operation end time, calculated from the total power supply amount from the retroactive time to the scheduled operation end time. A means for specifying the time when the total heat storage energy amount is equal to the average amount of the total heat energy supply amount for each unit period and setting it as the scheduled operation start time, and a means for starting the operation of the cogeneration system at the scheduled operation start time It is preferable to further have.
Similarly,In the operation plan creation method of the cogeneration system of the present invention, a process of storing the power supply amount for each past unit time, and the total heat energy supply for each unit period from the past heat energy supply amount for each unit time The process of calculating the amount, the process of specifying the average amount of total heat energy supply per unit period, and the time retroactive from the scheduled operation end time, and the total power supply from the retroactive time to the scheduled operation end time The time when the total heat storage energy amount calculated from the amount is equal to the average amount of the total heat energy supply amount per unit period is specified, and the operation start scheduled time is set. It is preferable to further include a step of creating an operation plan for starting operation.
[0013]
In the cogeneration system and the operation planning method of the present invention, the amount of heat generation energy per unit time is calculated from the past power supply amount per unit time. Moreover, the average amount of the total heat energy supply amount within the unit period in units of 24 hours is calculated from the past actual value. The operation start time is specified from these two types of information. As the operation start time, the time at which the accumulated heat energy amount when the heat energy amount per unit time after that time is accumulated until the end of the operation becomes equal to the total heat energy supply amount required in 24 hours is specified.
As a result, if the power is generated following the power demand after the operation start time and the stored thermal energy is supplied as necessary, the stored thermal energy is used at the end of the operation, and the operation does not carry the stored energy the next day. Realized and fully exploits the benefits of cogeneration systems.
[0014]
In the cogeneration system of the present invention,Unit periodeveryAverage amount of total heat energy supplyWhen identifying, pastUnit period on the same dayeveryAverage total heat energy supplyIt is preferable to do.
As above,LivingThe live pattern is approximateSameThe day of the weekPer unit periodTotal heat energy supplyQuantityIf the average value is used, there is a high possibility that a value close to the total heat energy supply amount on the operation implementation date and the power supply amount per unit time on the operation implementation date can be calculated.
[0015]
In the case of a cogeneration system, it may be preferable to use an upper limit time for the operation continuation time per time. For example, it may be preferable to set an upper limit time in order to ensure a certain service life or secure a maintenance time.
For this reason, when the time from the scheduled operation start time set above to the scheduled operation end time exceeds the operation continuation upper limit time, means for delaying the operation start scheduled time is added so as not to exceed the upper limit time. Preferably it is.
A method of delaying the scheduled operation start time rather than advancing the scheduled operation end time is extremely preferable because the upper limit time can be observed while the operation is centered on a period when the efficiency of the cogeneration system is high.
[0016]
When the total amount of heat energy that can be stored in the heat storage means is stored, it becomes possible to specify the time when the next heat storage is possible from the past heat energy supply amount per unit time. In preparation for the case where the total amount of heat energy that can be stored is stored, means for specifying the next time when the heat can be stored, the balance when the operation of the cogeneration system is continued until the specified time, and cogeneration It is preferable to add means for comparing the balance when restarting the cogeneration system at the specified time after stopping the operation of the system and determining whether to continue or stop the operation..
[0017]
If the total amount of heat energy that can be stored is stored, then the generated heat energy cannot be used effectively, and it is preferable that the operation of the cogeneration system is stopped and commercial power is used.
However, starting operation of the cogeneration system requires preparation time and energy consumption for preparation, and if the operation of the cogeneration system is stopped for a short time, it is more efficient to continue the operation as it is Sometimes. The cogeneration system has a built-in function to operate while releasing heat energy into the atmosphere without storing it.
If the amount of heat energy supplied per unit time is stored, when the entire amount of heat energy that can be stored has been stored, the next time that the heat can be stored can be specified, and until that time cogeneration It is possible to compare the balance when the system operation is continued with the balance when the cogeneration system operation is temporarily stopped and the cogeneration system operation is resumed at a specified time. The former is energy obtained by multiplying the heat generation amount per unit time of the cogeneration system by time, and the latter is energy required for preparation for starting the operation of the cogeneration system. By comparing the two and adopting the more advantageous one, the advantages of the cogeneration system can be more fully utilized.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described.
(Embodiment 1) The temperature detection means, water amount detection means, timing means and storage means necessary for efficient operation are composed of means necessary for operation control of the cogeneration system, and only for efficient operation Necessary measuring means are not added.
(Mode 2) The power generation unit includes a fuel cell, and generates electric power and generated heat.
(Mode 3) When the total amount of heat energy that can be stored in the heat storage means is stored, and it is more advantageous to continue the operation than to temporarily stop and restart the operation, the heat is dissipated by the radiator disposed in the power generation unit. While continuing the operation of the cogeneration system.
[0021]
【Example】
An embodiment embodying the present invention will be described with reference to the drawings. First, the configuration of the cogeneration system will be described. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a cogeneration system according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the
[0022]
The
The
[0023]
The
The heat
A three-
[0024]
The
The
A first hot
[0025]
A
[0026]
The mixing unit 72 has a
[0027]
The mixed water that has been mixed and adjusted in the mixing unit 72 is discharged from the outlet 72c. A second hot
[0028]
Between the
The
A power generation heat recovery pump 6 is disposed in the
[0029]
Next, the auxiliary
First, the hot water supply operation will be described. The hot
The hot water supply set temperature at the hot water use location is set by operating a remote controller (not shown). The
[0030]
A hot
[0031]
Next, the heating operation will be described. A
[0032]
A heating circuit is connected to the
The high-
On the other hand, the
[0033]
In order to heat the hot water in the high-
[0034]
A
When pursuing bathtub water, the hot water in the
[0035]
The low-
A thermal valve 87 is provided in the forward pipe of the low-
[0036]
The return pipe of the low-
[0037]
The heat stored in the
When the amount of heat stored in the hot
[0038]
After the heating operation is finished, when the amount of heat stored in the hot
[0039]
Next, the configuration of the
[0040]
FIG. 3 shows a relationship between power demand (shown by a solid line) required in a general household and power supplied by the cogeneration system 10 (shown by a broken line). The amount of power generation is basically adjusted to increase or decrease following the power demand. 1 kW shown in the figure is the maximum power generation in the
Electricity demand (also called electricity load) has a peak in the morning and at night. The electric power generated at the night peak indicated by A is large and the duration is long. Therefore, if the amount of heat generated during this peak can be used effectively, the thermal efficiency is most improved. The efficiency of the
[0041]
FIG. 4 shows the heat load required in a general household by a solid line. Usually, since the necessary heat energy is supplied, the required heat energy amount and the supplied heat energy amount are equal. In FIG. 4, the calorific value (heat storage amount) obtained with the power generation operation is indicated by a broken line. The required thermal energy has two peaks C and B. The night peak indicated by B is mainly due to being used for bath filling and requires more than the amount of heat obtained by power generation.
[0042]
The curves shown by the solid lines in FIGS. 3 and 4 are obtained from the past use record in the
The curves in FIGS. 3 and 4 change from day to day. The curves in FIG. 3 and FIG. 4 are average values of the performance curves on the same day of the past month. If the current Monday is the first Monday in July, it is the average of four Monday curves in June.
[0043]
For example, the
(Determination of operation end time)
In the
In the
[0044]
(Determination of operation start time)
In the
(1) The operation start time E is assumed.
(2) Pay attention to changes in the amount of power generated per unit time after the time E.
(3) The transition of the heat generation amount obtained from the power generation amount per unit time after the time E is calculated (this is indicated by a broken line in FIG. 4).
(4) The total calorific value obtained by accumulating the calorific value per unit time from the time E to the operation end time D is calculated (the area indicated by the hatch in FIG. 4 is calculated).
(5) Separately, the total amount of heat required for the unit period of 24 hours is calculated (the area surrounded by the graph and the horizontal axis shown in FIG. 4 is calculated).
(6) A time E at which (4) and (5) described above are equal is obtained.
(7) The time thus obtained is defined as the operation start time E.
The logic is the time E retroactive from the operation end time D, and the total heat storage energy amount (hatch area) calculated from the total power supply amount from the retroactive time E to the operation end time D is 24. This is nothing but specifying the time E that is equal to the average amount of the total heat energy supply amount in the unit period in units of time (the area surrounded by the graph and the horizontal axis in FIG. 4).
[0045]
The above processing procedure will be described with reference to the flowchart of FIG. FIG. 5 is a processing procedure diagram showing an operation method.
As shown in FIG. 5, first, in step S10, the heat energy supply amount per unit time on the same day within the past month is specified. The thermal energy supply amount specified by this processing is a graph indicated by a solid line in FIG. Proceeding to step S12, the end of the phenomenon of supplying a predetermined flow rate or more for a predetermined time or more is specified. By this process, the operation end time (time D shown in FIG. 4) is set. Proceeding to step S14, the total required heat energy amount for 24 hours is calculated. This total required heat energy amount is obtained by integrating the solid line graph of FIG. 4 obtained in step S10. Proceeding to step S16, the power generation amount per unit time on the same day within the past month is specified. The power generation amount specified by this processing is a graph indicated by a solid line in FIG. Proceeding to step S18, the heat generation amount per unit time is specified from the power generation amount per unit time. Proceeding to step S20, the operation start time is such that the heat generation amount per unit time from the operation start time to the operation end time set in step S12 becomes the total required heat energy amount for 24 hours obtained in step S14. Is set.
Proceeding to step S22, it is determined whether or not the time from the operation start time set in step S20 to the previously set operation end time is equal to or greater than a preset upper limit time. If this operation continuation time does not exceed the upper limit time (if NO), processing is performed so that the operation is started at the operation start time set in step S20. If the operation continuation time is equal to or greater than the upper limit time (if YES), the operation start time is corrected so that the operation continuation time does not exceed the upper limit time by proceeding to step S24 and delaying the operation start time. Processing is performed so that the operation is started at the operation start time.
[0046]
In the present embodiment, the past use record is learned, and it is planned to continue the operation of the cogeneration system until the time when the heat energy is estimated to be supplied last. In addition, the operation is started at a time when the required heat energy for one day will be stored by that time. Therefore, if it goes according to schedule, when the operation is continued until the time when the heat energy is finally supplied, the stored hot water should be used. However, if the demand for electric power increases on the day, the amount of generated heat also increases, and heat energy equivalent to the total heat energy required for one day may end up being stored early.
In this case, the schedule for continuing the operation until the time when the heat energy is estimated to be supplied last is changed, and the operation is stopped when the necessary amount of heat is stored. After that, commercial power will be used, but it is more reasonable to use commercial power because it corresponds to a higher efficiency. The advantages of cogeneration systems can be fully utilized.
[0047]
The total amount of heat energy that can be stored in the heat storage means may be stored. In this case, by referring to the means storing the heat energy supply amount per unit time over a predetermined period in the past, it becomes possible to specify the time when the heat can be stored next.
In the
[0048]
The above processing procedure will be described with reference to the flowchart of FIG. FIG. 6 is a processing procedure diagram showing an operation method.
When the operation of the cogeneration system is started in step S40, the process proceeds to step S42, and it is determined whether or not the necessary heat amount for one day is stored. If the required amount of heat for one day is stored (if YES), the process proceeds to step S44 and the operation of the cogeneration system is terminated. If the required amount of heat for one day is not stored (if NO), the process proceeds to step S46.
In step S46, it is determined whether or not the entire amount of heat energy that can be stored in the hot water storage tank has been stored. If the total amount of heat energy that can be stored is not stored (if NO in step S46), the processes in steps S42 and S46 are repeated. If the total amount of heat energy that can be stored is stored (if YES in step S46), the process proceeds to step S48 to specify the next time when the hot water is predicted. Proceeding to step S50, the energy is calculated when the operation is continued until the next time when the hot water is predicted. Moreover, it progresses to step S52 and calculates | requires the energy at the time of restarting operation | movement until the time when next hot water discharge is estimated, and restarting. And it progresses to step S54 and the energy at the time of the driving | operation continuation obtained by step S50 is compared with the energy at the time of the driving | operation stop obtained by step S52. Next, if it is more advantageous to continue the operation until the time when the hot water is predicted (if YES in step S54), the operation returns to step S42 and the operation is continued. Next, if it is more advantageous to temporarily stop and restart the operation until the time when the hot water is predicted (if NO in step S54), the process proceeds to step S56, the operation is temporarily stopped, and the process proceeds to step S58. The hot water is prepared for the hot water time, and when the hot water time is reached, the flow returns to step S42 to restart the operation.
[0049]
The
A method of delaying the operation start time rather than advancing the operation end time is extremely preferable because the upper limit time can be observed while driving around a period when the efficiency of the cogeneration system is high.
[0050]
Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.
In addition, the technical elements described in the present specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology illustrated in the present specification or the drawings achieves a plurality of objects at the same time, and has technical utility by achieving one of the objects.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a cogeneration system according to an embodiment.
FIG. 2 is a block diagram of a control unit and its surroundings.
FIG. 3 is a graph showing changes over time in required electric energy and electric power that can be generated.
FIG. 4 is a graph showing temporal changes in required heat amount and stored heat amount.
FIG. 5 is a processing procedure diagram 1 showing an operation method.
FIG. 6 is a processing procedure diagram 2 showing an operation method.
[Explanation of symbols]
4: Power generation heat recovery pipe, 4a: Outward pipe, 4b: Return pipe
6: Pump for heat recovery
10: Cogeneration system
12: Three-way valve, 12a: Inlet, 12b: Outlet, 12c: Outlet
15: Thermal storage unit
20: Power generation unit
22: Fuel cell
30: Reformer
38: Burner
40: Use of hot water
44: Hot water storage tank
50: Auxiliary heat source machine for hot water heater
52: First hot water pipe
60: Control unit
64: water supply pipe, 64a: first water supply pipe, 64b: second water supply pipe
72: mixing unit, 72a: hot water inlet, 72b: cold water inlet, 72c: outlet
76: Second hot spring pipe
90: Bathtub
94: Hot water supply pipe, 94a: Pipe, 94b: Pipe
98: Bathtub water circuit
99: Pump for bathtub water
100: CPU
102: Operation control means
104: Operation planning means
106: Storage means
108: Input unit
110: Output unit
112: Flow rate detection means
114: Hot water temperature detection means
T1: Water supply thermistor
T2: First hot spring thermistor
T3: Second hot spring thermistor
T4: Hot water supply thermistor
T5: Bathtub thermistor
F1: Hot water supply sensor
F2: Hot water filling amount sensor
F3: Mixed water flow sensor
Claims (8)
過去の単位時間毎の熱エネルギー供給量を記憶している手段と、
過去の単位時間毎の熱エネルギー供給量から24時間を単位とする単位期間毎の最後の熱エネルギー供給時刻を決定する手段と、
単位期間毎の最後の熱エネルギー供給時刻の平均時刻を特定し、運転終了予定時刻に設定する手段と、
運転終了予定時刻にコージェネレーションシステムの運転を終了する手段を有するコージェネレーションシステム。It is a cogeneration system that generates electricity according to power demand, stores the heat generated during power generation, and supplies the stored thermal energy when necessary.
Means for storing the amount of heat energy supplied per unit time in the past ;
Means for determining the last heat energy supply time for each unit period in units of 24 hours from the past heat energy supply amount for each unit time;
A means for specifying an average time of the last heat energy supply time for each unit period and setting it as a scheduled operation end time ;
A cogeneration system having means for terminating the operation of the cogeneration system at a scheduled operation end time .
過去の単位時間毎の熱エネルギー供給量から単位期間毎の合計熱エネルギー供給量を計算する手段と、
単位期間毎の合計熱エネルギー供給量の平均量を特定する手段と、
運転終了予定時刻から遡及した時刻であり、その遡及した時刻から運転終了予定時刻までの合計電力供給量から計算される合計蓄熱エネルギー量が、単位期間毎の合計熱エネルギー供給量の平均量に等しくなる時刻を特定し、運転開始予定時刻に設定する手段と、
運転開始予定時刻にコージェネレーションシステムの運転を開始する手段をさらに有する請求項1または2のコージェネレーションシステム。Means for storing the power supply amount per unit time in the past ;
It means for calculating a total heat energy amount for each unit period from heat energy supply per past unit time,
Means for determining the average amount of total heat energy supply per unit period;
A time when the retroactive from the operation end scheduled time, the total heat storage amount of energy is calculated from the total amount of power supplied from the retroactive time until the operation end scheduled time, the average amount of total thermal energy supply per unit of time A means for identifying equal times and setting the scheduled operation start time ;
The cogeneration system according to claim 1 or 2, further comprising means for starting operation of the cogeneration system at a scheduled operation start time .
その特定された時刻までコージェネレーションシステムの運転を継続したときの収支と、コージェネレーションシステムの運転を一旦中止して特定された時刻に再開するときの収支を比較して、運転継続か運転中止のいずれかを決定する手段が付加されていることを特徴とする請求項1から5の何れか一項のコージェネレーションシステム。Compare the balance when operating the cogeneration system until the specified time and the balance when stopping the cogeneration system and restarting at the specified time. The cogeneration system according to any one of claims 1 to 5, further comprising means for determining one of them.
過去の単位時間毎の熱エネルギー供給量を記憶しておく工程と、Storing the amount of heat energy supplied per unit time in the past;
過去の単位時間毎の熱エネルギー供給量から24時間を単位とする単位期間毎の最後の熱エネルギー供給時刻を決定する工程と、Determining the last heat energy supply time for each unit period in units of 24 hours from the past heat energy supply amount for each unit time;
単位期間毎の最後の熱エネルギー供給時刻の平均時刻を特定し、運転終了予定時刻に設定する工程と、Identifying the average time of the last heat energy supply time for each unit period, and setting the scheduled operation end time;
運転終了予定時刻にコージェネレーションシステムの運転を終了する運転計画を作成する工程を有するコージェネレーションシステムの運転計画作成方法。An operation plan creation method for a cogeneration system having a step of creating an operation plan for terminating the operation of the cogeneration system at a scheduled operation end time.
過去の単位時間毎の熱エネルギー供給量から単位期間毎の合計熱エネルギー供給量を計算する工程と、Calculating the total amount of heat energy supplied per unit period from the amount of heat energy supplied per unit time in the past;
単位期間毎の合計熱エネルギー供給量の平均量を特定する工程と、Identifying an average amount of total heat energy supply per unit period;
運転終了予定時刻から遡及した時刻であり、その遡及した時刻から運転終了予定時刻までの合計電力供給量から計算される合計蓄熱エネルギー量が、単位期間毎の合計熱エネルThis is a retroactive time from the scheduled operation end time, and the total heat storage energy calculated from the total power supply from the retroactive time to the planned operation end time is the total heat energy for each unit period. ギー供給量の平均量に等しくなる時刻を特定し、運転開始予定時刻に設定する工程と、Identifying a time that is equal to the average amount of energy supplied and setting the scheduled operation start time;
運転開始予定時刻にコージェネレーションシステムの運転を開始する運転計画を作成する工程をさらに有する請求項7のコージェネレーションシステムの運転計画作成方法。8. The operation plan creation method for a cogeneration system according to claim 7, further comprising a step of creating an operation plan for starting operation of the cogeneration system at a scheduled operation start time.
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