JP4152366B2 - コージェネレーションシステム - Google Patents

Description

本発明は、熱電併給装置により電力と熱を発生するコージェネレーションシステムに関する。

近年、エネルギーを有効に利用してその効率を高めるために、電力と熱とを利用したコージェネレーションシステムが提案され実用に供されている。このコージェネレーションシステムは、電力と熱を発生する熱電併給装置（例えば、ディーゼルエンジンの如き内燃機関と発電機との組合せ、燃料電池など）と、熱電併給装置から発生する電力を商業用電力供給ラインに系統連系するためのインバータと、熱電併給装置から発生する熱を回収して温水として貯えるための貯湯装置とを備え、熱電併給装置は制御手段により運転制御される。熱電併給装置は冷却水を循環する冷却水循環流路を含み、また貯湯装置は温水を貯える貯湯タンク及び貯湯タンクの温水を循環する温水循環流路を含んでおり、両流路間に設けられた熱交換器は、冷却水循環流路を流れる冷却水と温水循環流路を流れる温水との間で熱交換を行い、この熱交換により、熱電併給装置の排熱が温水として貯湯タンクに貯えられる（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−２１３３１３号公報

このようなコージェネレーションシステムでは、熱電併給装置により発生する電力及び熱（温水のかたちで回収される）を所要の通りに消費するときには、熱電併給装置を効率良く運転することができ、従って、エネルギーの利用効率が高くなる。しかし、発生する電力及び熱の消費にアンバランスが生じると、熱電併給装置の運転効率が悪くなり、エネルギーの利用効率が低下する。

従来の熱電併給装置では、過去の運転実績、即ち過去負荷データに基づいて熱電併給装置の運転パターンを決定し、この運転パターンに基づいて熱電併給装置を運転制御している。このように過去の実績に基づいて制御することによって、運転日の負荷状態をある程度予測することができ、熱電併給装置をある程度効率よく運転制御することができる。

ところが、従来のコージェネレーションシステムでは、過去の負荷データを考慮して運転パターンが決定されるが、熱電併給装置の運転制御においてその消費エネルギーを充分に削減するための制御になっておらず、その運転制御の更なる改善が強く望まれており、またその制御も比較的簡単な演算でもって効率の良い制御の実現が望まれている。

また、このようなコージェネレーションシステムにおいて、熱電併給装置として燃料電池を用いた場合、稼動、稼動停止を繰り返すと燃料電池の耐久性が低下し、その寿命が短くなる問題がある。このようなことから、燃料電池の過度の稼動、稼動停止を回避しなながら省エネルギーを達成することができる効率の良いコージェネレーションシステムの実現が望まれている。

本発明の目的は、比較的簡単な制御でもって、熱電併給装置の消費エネルギーを充分に削減す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である。
本発明の他の目的は、熱電併給装置として燃料電池を用いた場合に好都合に適用す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である。

本発明の請求項１に記載のコージェネレーションシステムは、電力及び熱を発生する熱電併給装置と、前記熱電併給装置から発生する電力を商業電力供給ラインに系統連系するためのインバータと、前記熱電併給装置からの排熱を回収して温水として貯えるための貯湯装置と、前記熱電併給装置を運転制御するための制御手段と、を備えたコージェネレーションであって、
前記制御手段は、所定時間の範囲を設定時間間隔に分割して、特定時刻から前記所定時間範囲において前記熱電併給装置を起動時刻から停止時刻まで前記設定時間単位で１回稼動させる仮運転パターンの全パターンの各々について予測電力負荷をまかなうように稼動させたときの予測エネルギー削減量を演算し、演算した前記予測エネルギー削減量に基づいて稼動停止が前記所定時間範囲において最大１回となるように前記熱電併給装置を運転制御することを特徴とする。

また、本発明の請求項２に記載のコージェネレーションシステムでは、請求項１に記載の構成に加えて、前記制御手段は、前記所定時間範囲における前記予測電力負荷及び前記所定時間範囲よりも長い所定負荷時間範囲における予測熱負荷に基づいて、前記所定時間範囲において前記熱電併給装置を前記起動時刻から前記停止時刻まで前記設定時間単位で１回稼動させる仮運転パターンの全パターンの各々について前記予測電力負荷をまかなうように前記熱電併給装置を稼動させたときの前記予測エネルギー削減量を演算し、演算した前記予測エネルギー削減量に基づいて稼動停止が前記所定負荷時間範囲において最少１回となるように前記熱電併給装置を運転制御することを特徴とする。

また、本発明の請求項３に記載のコージェネレーションシステムでは、請求項１又は２に記載の構成に加えて、前記所定時間範囲が２４時間であり、前記制御手段は、前記予測エネルギー削減量に基づいて稼動停止が２４時間当たり最大１回となるように前記熱電併給装置を運転制御することを特徴とする。

また、本発明の請求項４に記載のコージェネレーションシステムでは、請求項１〜３のいずれかに記載の構成に加えて、前記制御手段は、前記所定時間範囲において前記熱電併給装置を前記起動時刻から前記停止時刻まで前記設定時間単位で１回稼動させる前記仮運転パターンの全パターンの各々について前記予測電力負荷をまかなうように前記熱電併給装置を稼動させたときの前記予測エネルギー削減量を演算するための予測エネルギー削減量演算手段と、前記仮運転パターンの全パターンの各々について演算した前記予測エネルギー削減量のうち最大値を選定する最大予測エネルギー削減量選定手段と、選定した前記最大予測エネルギー削減量に対応する前記仮運転パターンの選定パターンの稼動時間帯を仮稼動時間帯として設定する仮稼動時間帯設定手段と、を備えることを特徴とする。

また、本発明の請求項５に記載のコージェネレーションシステムでは、請求項１〜３のいずれかの構成に記載の構成に加えて、前記制御手段は、前記所定時間範囲において前記熱電併給装置を前記起動時刻から前記停止時刻まで前記設定時間単位で１回稼動させる前記仮運転パターンの全パターンの各々について前記予測電力負荷をまかなうように前記熱電併給装置を稼動させたときの前記予測エネルギー削減量を演算するための予測エネルギー削減量演算手段と、前記特定時刻から前記貯湯装置の貯湯蓄熱量が最低蓄熱量以下になるまでの予測貯湯日数を演算するための予測貯湯日数演算手段と、前記予測貯湯日数一日当たりの予測削減量を演算するための予測削減量演算手段と、前記仮運転パターンの全パターンの各々について演算した前記予測削減量のうち最大値を選定する最大予測削減量選定手段と、選定した前記最大予測削減量に対応する前記仮運転パターンの選定パターンの稼動時間帯を仮稼動時間帯として設定する仮稼動時間帯設定手段と、を備えることを特徴とする。

また、本発明の請求項６に記載のコージェネレーションシステムでは、請求項１〜３のいずれかに記載の構成に加えて、前記制御手段は、前記所定時間範囲において前記熱電併給装置を前記起動時刻から前記停止時刻まで設定時間単位で１回稼動させる前記仮運転パターンの全パターンの各々について前記予測電力負荷をまかなうように前記熱電併給装置を稼動させたときの前記予測エネルギー削減量を演算するための予測エネルギー削減量演算手段と、前記特定時刻から前記貯湯装置の貯湯蓄熱量が最低蓄熱量以下になるまでの予測貯湯時間を演算するための予測貯湯時間演算手段と、前記予測貯湯時間一時間当たりの予測削減量を演算するための予測削減量演算手段と、前記仮運転パターンの全パターンの各々について演算した前記予測削減量のうち最大値を選定する最大予測削減量選定手段と、選定した前記最大予測削減量に対応する前記仮運転パターンの選定パターンの稼動時間帯を仮稼動時間帯として設定する仮稼動時間帯設定手段と、を備えることを特徴とする。

また、本発明の請求項７に記載のコージェネレーションシステムでは、請求項４〜６のいずれかに記載の構成に加えて、前記制御手段は、前記稼動時間帯設定手段により設定された前記仮稼動時間帯の稼動開始時刻になると前記熱電併給装置を稼動開始し、前記仮稼動時間帯の稼動終了時刻になると前記熱電併給装置を稼動停止することを特徴とする。

また、本発明の請求項８に記載のコージェネレーションシステムでは、請求項４〜６のいずれかに記載の構成に加えて、前記制御手段は、前記稼動時間帯設定手段により設定された前記仮稼動時間帯における前記熱電併給装置の予測熱出力を積算する予測熱出力積算手段と、前記熱電併給装置が稼動したときに発生する現熱出力を積算する現熱出力積算手段と、を更に含み、前記仮稼動時間帯の稼動開始時刻になると前記熱電併給装置を稼動開始し、前記現熱出力積算手段による現積算熱出力が前記予測熱出力積算手段による前記予測積算熱出力以上になると前記熱電併給装置を稼動停止することを特徴とする。

また、本発明の請求項９に記載のコージェネレーションシステムでは、請求項３に記載の構成に加えて、前記制御手段は、前記所定時間範囲において前記熱電併給装置を前記起動時刻から前記停止時刻まで設定時間単位で１回稼動させる前記仮運転パターンの全パターンの各々について前記予測電力負荷をまかなうように前記熱電併給装置を稼動させたときの前記予測エネルギー削減量を演算し、前記特定時刻から前記貯湯装置の貯湯蓄熱量が最低蓄熱量以下になる予測貯湯終了時刻を演算し、前記予測貯湯終了時刻の属する所定時間範囲が前記特定時刻の属する所定時間範囲と同じ所定時間範囲であるときには前記特定時刻の属する所定時間範囲の次の所定時間範囲の前記特定時刻からの、また前記予測貯湯終了時刻の属する所定時間範囲が前記特定時刻の属する所定時間範囲と異なる所定時間範囲であるときには前記予測貯湯終了時刻の属する所定時間範囲の前記特定時刻からの前記仮運転パターンの全パターンの各々について稼動させたときの前記予測エネルギー削減量を再演算することを特徴とする。

本発明の請求項１に記載のコージェネレーションシステムによれば、熱電併給装置を運転制御するための制御手段は、特定時刻（例えば、午前零時）から所定時間範囲において熱電併給装置を起動時刻から停止時刻まで設定時間単位で１回稼動させる仮運転パターンの全パターンを用いて熱電併給装置の稼動を制御するので、その制御は、熱電併給装置の稼動停止が所定時間範囲において最大１回となるものとなり、熱電併給装置の稼動、稼動停止が頻繁に発生するのを回避することができる。特に、熱電併給装置として燃料電池を用いた場合には、稼動、稼動停止を頻繁に繰り返すとその寿命が低下するが、このように稼動停止を制限することによって、その寿命低下を抑えることができる。また、起動時刻から停止時刻まで１回稼動させる仮運転パターンの全パターンにおける予測エネルギー削減量の演算は予測電力負荷をまかなう電主運転をベースにしたものであり、制御手段はかかる仮運転パターンの全パターンの各々について稼動させたときの予測エネルギー削減量を演算し、かかる予測エネルギー削減量に基づいて熱電併給装置を運転制御するので、その制御は充分な省エネルギーを達成したものとなる。

また、本発明の請求項２に記載のコージェネレーションシステムによれば、所定時間範囲（例えば、２４時間）における予測電力負荷及び所定時間範囲よりも長い所定負荷時間範囲（例えば、４８時間、７２時間）における予測熱負荷に基づいて、起動時刻から停止時刻まで設定時間単位で１回稼動させる仮運転パターンの全パターンの各々について予測電力負荷をまかなうように熱電併給装置を稼動させたときの予測エネルギー削減量を演算するので、演算された予測エネルギー削減量は所定時間範囲よりも長い期間の予測熱負荷を考慮したものとなる。この場合、所定負荷時間範囲において稼動停止が最少１回となるように熱電併給装置が運転制御される。

また、本発明の請求項３に記載のコージェネレーションシステムによれば、所定時間範囲が２４時間であるので、２４時間、換言すると一日における起動時刻から停止時刻まで１回稼動させる仮運転パターンの全パターンの各々についての予測エネルギー削減量が演算され、これら予測エネルギー削減量に基づいて稼動停止が最大２４時間（換言すると、一日）当たり最大１回となるように熱電併給装置が運転制御される。

また、本発明の請求項４に記載のコージェネレーションシステムによれば、予測エネルギー削減量演算演算手段は、所定時間範囲において起動時刻から停止時刻まで設定時間単位で１回稼動させる仮運転パターンの全パターンの各々について電主運転をベースに熱電併給装置を稼動させたときの予測エネルギー削減量を演算し、最大予測エネルギー削減量選定手段は演算した予測エネルギー削減量のうち最大値を選定し、仮稼動時間帯設定手段は選定された最大予測エネルギー削減量に対応する仮運転パターンの選定パターンの稼動時間帯を仮稼動時間帯として設定するので、設定される仮稼動時間帯に基づく熱電併給装置の稼動制御は消費エネルギーの削減量を考慮したものとなり、仮稼動時間帯に基づいて
制御することによって、充分な省エネルギーを達成することができる。

また、本発明の請求項５に記載のコージェネレーションシステムによれば、制御手段は予測エネルギー削減量演算手段に加えて予測貯湯日数演算手段及び予測削減量演算手段を備え、予測貯湯日数演算手段は特定時刻から貯湯装置の貯湯蓄熱量が最低蓄熱量以下になる（例えば、貯湯装置の温水が空になる）までの予測貯湯日数を演算し、予測削減量演算手段は予測エネルギー削減量を予測貯湯日数で除算した一日当たりの予測削減量を演算し、このように演算された予測削減量のうち最大値に対応する仮運転パターンの選定パターンの稼動時間帯が仮稼動時間帯として設定されるので、設定される仮稼動時間帯に基づく熱電併給装置の稼動制御は一日当たりの消費エネルギーの削減量を考慮したものとなり、このような仮稼動時間帯に基づいて制御することによっても、充分な省エネルギーを達成することができる。

また、本発明の請求項６に記載のコージェネレーションシステムによれば、制御手段は予測エネルギー削減量演算手段に加えて予測貯湯時間演算手段及び予測削減量演算手段を備え、予測貯湯時間演算手段は特定時刻から貯湯装置の貯湯蓄熱量が最低蓄熱量以下になる（例えば、貯湯装置の貯湯が空になる）までの予測貯湯時間を演算し、予測削減量演算手段は予測エネルギー削減量を予測貯湯時間で除算した一時間当たりの予測削減量を演算し、このように演算された予測削減量のうち最大値に対応する仮運転パターンの選定パターンの稼動時間帯が仮稼動時間帯として設定されるので、設定される仮稼動時間帯に基づく熱電併給装置の稼動制御は一時間当たりの消費エネルギーの削減量を考慮したものとなり、このような仮稼動時間帯に基づいて制御することによっても、充分な省エネルギーを達成することができる。

また、本発明の請求項７に記載のコージェネレーションシステムによれば、熱電併給装置は、設定された仮稼動時間帯の稼動開始時刻になると稼動し、仮稼動時間帯の稼動終了時刻になると稼動停止するので、このような仮稼動時間帯に基づく熱電併給装置の稼動制御は消費エネルギーの削減を充分に達成したものとなる。

また、本発明の請求項８に記載のコージェネレーションシステムによれば、熱電併給装置は、設定された仮稼動時間帯の稼動開始時刻になると稼動し、現熱出力積算手段による現積算熱出力が予測熱出力積算手段による予測積算熱出力以上になると稼動停止するので、このように稼動制御することによって消費エネルギーを達成しながら所望量のお湯を発生させることができる。

また、本発明の請求項９に記載のコージェネレーションシステムによれば、制御手段は、特定時刻から貯湯装置の貯湯蓄熱量が最低蓄熱量以下（例えば、貯湯装置の温水が空になる）になる予測貯湯終了時刻を演算し、予測貯湯終了時刻の属する所定時間範囲が特定時刻の属する所定時間範囲と同じ所定時間範囲であるときにはこの特定時刻の属する所定時間範囲の次の所定時間範囲の特定時刻から、また予測貯湯終了時刻の属する所定時間範囲が前記特定時刻の属する所定時間範囲と異なる所定時間範囲であるときにはこの予測貯湯終了時刻の属する所定時間範囲の特定時刻からの仮運転パターンの全パターンの各々について稼動させたときの予測エネルギー削減量を再演算するので、貯湯装置におけるお湯切れの発生を少なく抑えながら熱電併給装置を省エネルギー運転することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明に従うコージェネレーションシステムの一実施形態について説明する。図１は、一実施形態のコージェネレーションシステムを簡略的に示す簡略図であり、図２は、図１のコージェネレーションシステムの制御系の一部を簡略的に示すブロック図である。

図１において、図示のコージェネレーションシステムは、電力と熱とを発生する熱電併給装置２と、熱電併給装置２にて発生した熱を回収して温水として貯える貯湯装置４とを備えている。図示の熱電併給装置２は燃料電池６から構成され、燃料電池６で発生する排熱が貯湯装置４で温水として貯えられる。この熱電併給装置２は、燃料電池６に代えて、内燃機関（例えばガスエンジン）とこの内燃機関により駆動される発電装置との組合せ、又は外燃機関と発電装置との組合せなどでもよい。

燃料電池６の出力側には系統連系用のインバータ１０が設けられ、このインバータ１０は、燃料電池６の出力電力を商業系統１２から供給される電力と同じ電圧及び同じ周波数にする。商用系統１２は、例えば単相３線式１００／２００Ｖであり、商業用電力供給ライン１４を介して電力負荷１６、例えばテレビ、冷蔵庫、洗濯機などの各種電気機器に電気的に接続される。インバータ１０は、コージェネ用供給ライン１８を介して電力供給ライン１４に電気的に接続され、燃料電池６からの発電電力がインバータ１０及びコージェネ用供給ライン１８を介して電力負荷１６に供給される。

電力供給ライン１４には電力負荷計測手段２０が設けられ、この電力負荷計測手段２０は、商用系統１２からの買電力と、発電電力を計測する発電電力計測手段（図示せず）及びヒータ手段５２（後述する）での消費電力を計測するヒータ消費電力計測手段（図示せず）においてそれぞれ計算された発電電力及び消費電力から電力負荷１６の負荷電力を計測する。この電力負荷計測手段２０は、また、電力供給ライン１４を通して流れる電流に逆潮流が発生するか否かを検知し、この実施形態では、逆潮流が生じないように、燃料電池６からインバータ１０を介して電力供給ライン１４に供給される電力が制御され、発電電力の余剰電力は、後述するようにヒータ手段５２に流れて回収熱として貯湯装置４に貯えられる。

図示の貯湯装置４は、温水を貯える貯湯タンク２２と、貯湯タンク２２の水（乃至温水）を循環する貯湯循環流路２４とを含んでいる。貯湯タンク２２の底部と貯湯循環流路２４とは流出流路２６を介して接続され、また貯湯タンク２２の上部と貯湯循環流路２４とは流入流路２８を介して接続され、この流入流路２８に第１開閉弁３０が配設されている。また、貯湯循環流路２４の所定部位には第２開閉弁３２が配設されているとともに、水（乃至温水）を循環させるための第１循環ポンプ３４が配設されている。このように構成されているので、第１開閉弁３０が開状態で、第２開閉弁３２が閉状態のときには、貯湯タンク２２の水は流出流路２６、貯湯循環流路２４及び流入流路２８を通して循環される。また、第１開閉弁３０が閉状態で、第２開閉弁３２が開状態のときには、貯湯循環流路２４内の水（乃至温水）がこの貯湯循環流路２４を通して循環される。

貯湯タンク２２には、水（例えば水道水）を供給するための水供給流路３６が設けられ、この水供給流路３６の一端側が貯湯タンク２２の底部に接続され、その他端側が水道管の如き水供給源（図示せず）に接続されている。従って、水供給流路３６から供給される水は、貯湯タンク２２の底部に層状に貯まるようになる。

貯湯タンク２２には、更に、温水を出湯するための温水出湯流路４０が接続され、この温水出湯流路４０の一端側が貯湯タンク２２の上部に接続され、その他端側に、１又は２個以上のカラン（図示せず）が接続されており、カランを開栓すると、貯湯タンク２２内の温水が温水出湯流路４０を通して出湯する。この温水出湯流路４０には出湯する温水の流量を検知する流量センサ４１と、この温水の温度を検知する温度センサ４３が配設され、流量センサ４１及び温度センサ４３の検知流量及び検知温度を利用して後述する給湯熱負荷が演算される。

貯湯タンク２２内には、また、水乃至温水の温度を検知するための温水検知手段４４が設けられている。図示の温水検知手段４４は複数（例えば５個）の温度センサ４５から構成され、これら温度センサ４５が貯湯タンク２２内に上下方向に間隔をおいて配設されている。この貯湯タンク２２内には温水が層状に、上側が温水の層となるように貯湯されるようになり、温度検知手段４４の最上位の温度センサを４５ａとし、最下位の温度センサを４５ｂとすると、最上位の温度センサ４５ａは、貯湯タンク２２内の温水なしを検知し、また最下位の温度センサ４５ｂは、貯湯タンク２２内の温水満杯を検知する。

この実施形態では、温水出湯流路４０にボイラ手段４２が設けられている。都市ガスの如き燃料用ガス又は重油の如き燃焼用油が供給されてボイラ手段４２にて燃焼され、この燃焼熱により温水出湯流路４０を通して流れる水（乃至温水）が加熱される。温水検知手段４４の温度センサ４５ａは温水空検知センサとして機能し、この温度センサ４５ａが温水空検知を行うと、後に説明する制御手段７０がボイラ作動信号を生成し、このボイラ作動信号に基づいてボイラ手段４２が作動する。

また、熱電併給装置２は、燃料電池６からの冷却水を循環する冷却水循環流路４６を含み、この冷却水循環流路４６に第２循環ポンプ４８が配設され、第２循環ポンプ４８の作用によって、冷却水が冷却水循環流路４６を通して循環される。この冷却水循環流路４６と貯湯循環流路２４との間には熱交換器５０が配設され、この熱交換器５０は、冷却水循環流路４６を流れる冷却水と貯湯循環流路２４を流れる水（乃至温水）との間で熱交換を行う。冷却水循環流路４６には、熱交換器５０をバイパスして放熱流路５１が接続され、この放熱流路５１に、冷却水の熱を大気中に放熱するためのラジエター５３が設けられている。また、冷却水循環流路４６には第３開閉弁５５が配設され、放熱流路５１には第４開閉弁５７が配設されている。第３開閉弁５５が開状態で、第４開閉弁５７が閉状態のときには、燃料電池６からの冷却水は熱交換器５０を通して循環され、燃料電池６の排熱が冷却水循環流路４６を流れる冷却水及び貯湯循環流路２４を流れる温水を介して貯湯タンク２２に温水として貯えられる。また、第３開閉弁５５が閉状態で、第４開閉弁５７が開状態のときのは、燃料電池６からの冷却水が放熱流路５１及びラジエター５３を通して流れ、燃料電池６の排熱がラジエター５３から大気中に放熱される。

この実施形態では、燃料電池６の発電電力の余剰電力を熱でもって回収するためのヒータ手段５２が設けられている。ヒータ手段５２は電気ヒータ５４から構成され、電気ヒータ５４が冷却水循環流路４６に配設され、電気ヒータ５４が作動スイッチ５６を介して燃料電池６の出力側に接続されている。作動スイッチ５６が閉状態（ＯＮ）になると、燃料電池６の発電電力の一部が電気ヒータ５４に供給され、電気ヒータ５４にて発生する熱でもって、冷却水循環流路４６を流れる冷却水が加熱される。このヒータ手段５２においては、余剰電力が大きい（又は小さい）ときには、電気ヒータ５４の消費電力が大きく（又は小さく）なって発熱量が大きく（又は小さく）なるなるように構成されている。尚、ヒータ手段５２は、冷却水循環流路４６に代えて、貯湯装置４の貯湯タンク２２又は貯湯循環流路２４に配設するようにしてもよい。

貯湯装置４の貯湯循環流路２４には、温水循環流路２４を通して流れる温水を暖房に用いるための暖房装置５８が熱交換器６４を介して接続される。暖房装置５８は、例えば床暖房装置、浴室暖房乾燥機などであり、暖房装置５８の暖房循環流路６２と貯湯循環流路２４との間に暖房用熱交換器６４が設けられる。暖房用熱交換器６４は、貯湯循環流路２４を流れる温水と暖房循環流路６２を流れる温水との間で熱交換を行い、貯湯循環流路２４を流れる温水の熱を利用して暖房装置５８が加熱される。

上述したコージェネレーションシステムは、制御手段７０によって作動制御される。図２を参照して、制御手段７０は、例えばマイクロコンピュータから構成され、予測電力負荷演算手段７２、予測熱負荷演算手段７４、仮運転パターン読出し手段７６、予測エネルギー削減量演算手段８０、最大予測エネルギー削減量選定手段８０、仮稼動時間帯設定手段８２、予測熱出力積算手段８４及びメモリ８６を備えている。メモリ８６には過去の電力負荷データ８８及び過去の熱負荷データ９０が記憶されており、予測電力負荷演算手段７２は、メモリ８６の電力負荷データ８８、即ち過去の電力負荷１６の使用による消費電力データに基づいて将来の予測電力負荷を演算し、この予測電力負荷を演算する際には、例えば電力負荷計測手段２０の電力負荷計測データが用いられる。予測熱負荷演算手段７４は、メモリ８６の熱負荷データ９０、即ち過去の温水の使用などによる消費熱量データに基づいて将来の予測熱負荷を演算する。この熱負荷には、給湯により温水を使用する給湯熱負荷と、暖房装置５８により温水の熱を消費する暖房熱負荷とがあり、以下の説明では、説明を容易にするために、熱負荷として給湯熱負荷が発生する場合について説明する。尚、予測給湯熱負荷を演算する際には、例えば温水出湯流路４０の流量センサ４１の流量データ及び温度センサ４３の温度データが用いられ、また予測暖房熱負荷を演算する際には、例えば暖房装置５８の稼動データが用いられる。

仮運転パターン読出し手段７６は、メモリ８６に登録された仮運転パターンデータ９２（後述する）を読み出し、予測エネルギー削減量演算手段７８は、読み出した仮運転パターンに従って予測電力負荷をまかなうように電主運転ベースでもって燃料電池６を仮運転したときの予測エネルギー削減量を後述する如くして演算し、最大予測エネルギー削減量選定手段８０は、予測エネルギー削減量演算手段により演算された予測エネルギー削減量のうちの最大値を選定する。また、仮稼動時間帯設定手段８２は、選定された最大予測エネルギー削減量に対応する仮運転パターンの稼動時間帯を仮稼動時間帯として設定し、この仮稼動時間帯がメモリ８６に登録され、予測熱出力積算手段８４は、仮稼動時間帯にわたって予測電力負荷をまかなうように電主運転ベースで運転したときに発生する予測熱出力を積算する。この予測熱出力は、貯湯タンク２２に貯湯したときの放熱ロスを考慮したもの（この放熱ロスは予測給湯熱負荷に基づき、貯湯タンク２２に貯湯される時間を勘案して演算され、このような放熱ロスを考慮した所謂予測有効貯湯熱量）であるのが好ましく、この放熱ロスは、貯湯タンク２２に貯湯される時間が長くなるほど大きく、貯湯される時間が短くなるほど小さくなる。

制御手段７０は、更に、現電力負荷演算手段９４、電池出力設定手段９６、現熱出力積算手段９８、熱出力比較手段１００を含んでいる。現電力負荷演算手段９４は電力負荷１６の現時点の実際の電力負荷を演算し、この現電力負荷は電力負荷計測手段２０の計測データを用いて演算される。また、電池出力設定手段９６は現電力負荷に基づいてこの現電力負荷をまかなうように電主運転するときの燃料電池６の電池出力を設定し、現熱出力積算手段９８は、燃料電池６を現電力負荷に基づき電主運転をベースに稼動させたときに発生する現熱出力を演算し、この現熱出力についても放熱ロスを考慮したもの（この放熱ロスも予測電力負荷に基づき、貯湯タンク２２に貯湯される時間を勘案して演算され、このような放熱ロスを考慮した所謂現有効貯湯熱量）であるのが好ましい。

制御手段７０は、更に、コージェネレーションシステムを作動制御するための作動制御手段１０２を備え、この制御手段７０に関連して運転操作手段１０４が設けられている。作動制御手段１０２は、燃料電池６、インバータ１０、ボイラ手段４２、ラジエター５３、第１〜第４開閉弁３０，３２，５５，５７並びに第１及び第２循環ポンプ３４，４８などを作動制御し、運転操作手段１０４はシステムを稼動するときになどに運転操作される。

次に、上述した制御手段７０によるコージェネレーションシステムの制御について説明する。図３は、予測電力負荷及び予測給湯熱負荷などを説明するための図であり、図４は、仮運転パターンを示す図であり、図５は、コージェネレーションシステムの制御の概要を示すフローチャートであり、図６は、図５のフローチャートにおける仮稼動時間帯の設定の内容を示すフローチャートであり、図７は、仮運転パターンの第１番目のパターン１における予測エネルギー削減量の演算を説明するための図であり、図８は、仮運転パターンの第２番目のパターン２における予測エネルギー削減量の演算を説明するための図であり、図９は、仮運転パターンの第２４番目のパターン２４における予測エネルギー削減量の演算を説明するための図であり、図１０は、仮運転パターンの第２５番目のパターン２５における予測エネルギー削減量の演算を説明するための図であり、図１１は、仮運転パターンの第３００番目のパターン３００における予測エネルギー削減量の演算を説明するための図である。

図１及び図２とともに図３〜図６を参照して、このコージェネレーションシステムの制御では、仮運転パターンを設定する所定時間範囲を２４時間（一日）とし、その開始の所定特定時刻、例えば午前零時（午前０時）毎に予測エネルギー削減量の演算が行われるように構成されている。即ち、所定の特定時刻になると、ステップＳ１からステップＳ２に進み、まず、燃料電池６の仮稼動時間帯の設定が行われる。尚、この演算を行う特定時刻については、午前２時、午前３時などと適宜の時刻に設定することができる。

主として図６を参照して、仮稼動時間帯の設定の際には、まず、予測電力負荷の演算が行われ（ステップＳ２−１）、予測給湯熱負荷の演算が行われる（ステップＳ２−２）。予測電力負荷演算手段７２は、メモリ８６に記憶された過去の電力負荷データ８８に基づいて予測電力負荷を所要の通りに演算し、この予測電力負荷は、例えば図３（ａ）に示す通りとなる。また、予測熱負荷演算手段７４は、過去の熱負荷データ９０に基づいて予測給湯熱負荷を所要の通りに演算する。この実施形態では、説明を簡単にするために、暖房装置５８を使用していない場合、即ち予測熱負荷として予測給湯熱負荷のみが発生する場合を考え、予測熱負荷演算手段７４は過去の給湯熱負荷データに基づいて予測給湯熱負荷を演算し、この予測給湯熱負荷は、例えば図３（ｂ）に示す通りとなる。尚、実施形態では、予測電力負荷及び予測熱負荷を演算する時間帯を１時間とし、１時間単位で予測電力負荷及び予測熱負荷を演算しているが、例えば０．５時間単位、０．２５時間単位などの適宜の時間単位に設定することができる。

次に、仮運転パターンの読出しが行われる（ステップＳ２−３）。メモリ８６の仮運転パターンデータ９２には、所定時間範囲としての２４時間において燃料電池６を起動時刻から停止時刻まで継続して１回稼動させる各種パターン、即ちパターン１〜パターン３００までの３００種類のパターンが登録されており、仮運転パターン読出し手段７６は、これら仮運転パターンを第１番目のパターン１から第３００番目のパターン３００まで一つずつ読み出す。

ここで仮運転パターンについて説明すると、図４から明らかなように、所定時間範囲が設定時間間隔としての１時間毎に分割されてこの設定時間単位でパターンが設定されており、所定時間範囲（実施形態において２４時間）において１回稼動するパターンとは、図４に示すように、午前零時〜午前１時の時間（時間帯「１」）から稼動開始させるパターンとして、この時間帯「１」をのみを稼動させるパターン１（起動時刻が午前零時、停止時刻が午前１時）、午前零時〜午前２時の時間帯（時間帯「１」及び「２」）を稼動させるパターン２（起動時刻が午前零時、停止時刻が午前２時）、午前零時〜午前３時の時間帯（時間帯「１」、「２」及び「３」）を稼動させるパターン３・・・午前零時〜午後１２時の時間帯（時間帯「１」〜「２４」）を稼動させるパターン２４の２４種類があり、また午前１時〜午前２時の時間（時間帯「２」）から稼動開始させるパターンとして、この時間帯「２」をのみを稼動させるパターン２５、午前１時〜午前３時の時間帯（時間帯「２」及び「３」）を稼動せるパターン２６・・・午前１時〜午後１２時の時間帯（時間帯「２」〜「２４」）を稼動させるパターン４７の２３種類がある。更に、午前２時〜午前３時の時間帯（時間帯「３」）から稼動開始させるパターンとしてはパターン４８〜パターン６９の２２種類があり、午前３時〜午前４時の時間帯（時間帯「４」）から稼動開始させるパターンとしてはパターン７０〜パターン９０の２１種類あり、このようにして一日の最後の午後２３時〜午後２４時の時間帯（時間帯「２４」）から稼動開始させるパターンとしてはパターン３００の１種類であり、上述した通りであるので、仮運転パターンはパターン１からパターン３００までの３００種類のものがある。このようなパターン１〜パターン３００は、起動時刻及び停止時刻の組合せから構成することができる。

仮運転パターン読出し手段７６が第１番目のパターン１を読み出すと、この仮運転パターンのパターン１に従って燃料電池６を仮運転したときの予測エネルギー削減量が演算される（ステップＳ２−４）。即ち、予測エネルギー削減量演算手段７８は、図３（ｃ）に示すように、予測電力負荷をまかなうように電主運転で燃料電池６を仮運転したときの予測エネルギー削減量を演算する。この実施形態では、燃料電池６の定格発電出力が１０００Ｗに、最小発電出力が３００Ｗに設定されており、従って、予測電力負荷が１０００Ｗ以上のときには仮運転パターンにおける予測発電出力が１０００Ｗに、また予測電力負荷が３００Ｗ以下のときのは仮運転パターンにおける予測発電出力が３００Ｗに設定される。

この実施形態では、予測エネルギー削減量演算手段７８により演算される予測エネルギー削減量（Ｐ）は、所定時間範囲（２４時間）における予測電力負荷及び予測給湯熱負荷をまかなうように発電所から買電するとともに加熱ボイラを稼動させたときの予測消費エネルギー量（Ｅ１）から、この予測電力負荷及び予測給湯熱負荷をまかなうように所定パターンに従って燃料電池６を稼動させるとともに、不足する予測給湯熱負荷については加熱ボイラを稼動させ、不足する予測電力負荷については発電所から買電するときの予測消費エネルギー量（Ｅ２）を減算した値である。即ち、予測エネルギー削減量（ｐ）を数式で示すと、
Ｐ＝Ｅ１−Ｅ２ ・・・（１）
となり、ここで燃料電池６を稼動しないときの予測エネルギー量（Ｅ１）は、
Ｅ１＝〔（所定時間範囲における予測給湯熱負荷）／（ボイラ手段の給湯効率）〕 ＋〔（所定時間範囲における予測電力負荷をまかなう予測買電量）／（発電 所の発電効率）〕 ・・・（２）
であり、また燃料電池６を稼動するときの予測エネルギー量（Ｅ２）は、
Ｅ２＝（仮運転パターンに従って電主運転で燃料電池６を稼動させたときのエネル ギー使用量）＋〔（燃料電池６を稼動させても不足して買電する必要がある 残予測買電量）／（発電所の発電効率）〕＋〔（燃料電池６を稼動させても 不足して補充する必要がある残予測給湯熱負荷）／（ボイラ手段の給湯効率 ）〕 ・・・（３）
である。

予測エネルギー量（Ｅ２）を演算する際に、燃料電池６の起動ロス、即ち起動する際の
エネルギーロスを考慮するのが望ましい。この起動ロスは燃料電池６を連続運転するときには、その連続運転の期間中は考慮する必要はないが、停止状態から起動するときに発生し、所定時間範囲に稼動開始すると、そのときの予測エネルギー量（Ｅ２）は、
Ｅ２＝（仮運転パターンに従って電主運転で燃料電池６を稼動させたときのエネル ギー使用量）＋〔（燃料電池６を稼動させても不足して買電する必要がある 残予測買電量）／（発電所の発電効率）〕＋〔（燃料電池６を稼動させても 不足して補充する必要がある残予測給湯熱負荷）／（ボイラ手段の給湯効率
）〕＋起動ロス ・・・（４）
となる。

仮運転パターンの第１番目のパターン１の場合、図７に示すように、時間帯「１」において燃料電池６が５００Ｗで稼動され、この発電出力で予測電力負荷がまかなわれるようになる。そして、この稼動によって燃料電池６は５５０ｋｃａｌの予測熱出力を発生し、この予測熱出力が貯湯装置４の貯湯タンク２２に温水として貯えられるようになり、貯湯タンク２２に貯えられていた初期貯湯蓄熱量（例えば、２０００ｋｃａｌ）と時間帯「１」にて発生した予測熱出力が、時間帯「９」において発生する予測給湯熱負荷（例えば、６６２０ｃａｌ）において消費され、不足する予測給湯熱負荷（例えば、４３６１ｋｃａｌ）がボイラ手段４２の稼動によってまかなわれるようになる。この実施形態では、貯湯タンク２２に貯えられている期間の放熱ロスが考慮されており、この放熱ロスが貯湯放熱量の欄に示され、予測タンク蓄熱量が時間の経過とともに放熱ロスだけ減少するようになる。このような場合、予測エネルギー量（Ｅ２）は、時間帯「１」の予測電力負荷は燃料電池６の稼動でまかなわれ、時間帯「２」から時間帯「２４」までの予測電力負荷は商業系統１２からの買電によってまかなわれ、また時間帯「９」の予測給湯熱負荷（所定時間範囲内においては例えば時間帯「９」にてこの予測給湯熱負荷のみが発生するとする）の一部、例えば２５５９ｋｃａｌについては貯湯タンク２２に貯えられた温水（即ち、所定時刻時に予め貯えられていた熱量及び時間帯「１」における燃料電池６の稼動により発生した熱出力）によりまかなわれ、この予測給湯負荷の残部、例えば４３６１ｋｃａｌについてはボイラ手段４２の稼動によりまかなわれるようになり、これらを上記数式（３）に適用して、燃料電池６を稼動させたときの予測エネルギー量（Ｅ２）が演算され、この予測エネルギー量（Ｅ２）を用いて仮運転パターンのパターン１における予測エネルギー削減量を演算すると、図７に示すように５００ｋｃａｌとなる。

このようにして読み出した仮運転パターンのパターン１における予測エネルギー削減量を演算すると、ステップＳ２−５に進み、仮運転パターンの全パターンについての読出しが行われたかが判断され、全パターンの読出しが終了するまでステップＳ２−３に戻る。仮運転パターンの第１番目（第２番目、第３番目・・・）のパターン１（パターン２，３・・・）についての予測エネルギー削減量の演算が行われると、次に第２番目（第３番目、第４番目・・・）のパターン２（パターン３，４・・・）の読出しが行われ（ステップＳ２−３）、読み出されたパターン２（パターン３，４・・・）における予測エネルギー削減量の演算が上述したと同様に行われる。

仮運転パターンの第２番目のパターン２の場合、図８に示すように、予測エネルギー量（Ｅ２）は、時間帯「１」及び「２」の予測電力負荷は燃料電池６の稼動でまかなわれ、時間帯「３」から時間帯「２４」までの予測電力負荷は商業系統１２からの買電によってまかなわれ、また時間帯「９」の予測給湯熱負荷の一部、例えば２９４８ｋｃａｌについては貯湯タンク２２に貯えられた温水によりまかなわれ、この予測給湯負荷の残部、例えば３６７２ｋｃａｌについてはボイラ手段４２の稼動によりまかなわれるようになり、このときの予測エネルギー削減量は図８に示すように６００ｋｃａｌとなる。

また、仮運転パターンの第２４番目のパターン２４の場合、図９に示すようになり、このときの予測エネルギー削減量は３００ｋｃａｌとなり、更に仮運転パターンの第２５番目のパターン２５の場合、図１０に示すようになり、このときの予測エネルギー削減量は５５０ｋｃａｌとなり、仮運転パターンの最後のパターン３００の場合、図１１に示すようになり、このときの予測エネルギー削減量は２００ｋｃａｌとなる。

上述したようにして仮運転パターンの全パターンについての予測エネルギー削減量が演算されると、ステップＳ２−５からＳ２−６に進み、最大予測エネルギー削減量の選定が行われる。即ち、最大予測エネルギー削減量選定手段８０は、仮運転パターンの各パターンについて演算された予測エネルギー削減量のうち最も大きい値を選定し、仮稼動時間帯設定手段８２は、選定された最大値の予測エネルギー削減量である仮運転パターンのパターンに対応する稼動時間帯を仮稼動時間帯として設定し（ステップＳ２−７）、設定されたこの仮稼動時間帯は、メモリ８６に記憶される。

上述したようにして仮稼動時間帯が設定された後はステップＳ３に進み、予測熱出力積算手段８４は、仮運転パターンの選定パターンに従って燃料電池６を予測電力負荷をまかなうように電主運転したときに発生する予測熱出力、換言すると貯湯タンク２２に温水として貯湯される予測貯湯蓄熱量を積算し、この予測熱出力の積算値がメモリ８６に記憶される。

その後、設定された仮稼動時間帯の稼動開始時刻になると、ステップＳ４からステップＳ５に進み、作動制御手段１０２は稼動信号を生成し、この稼動信号に基づいて燃料電池６が稼動され、燃料電池６の発電電力が電力負荷１６で消費され（余剰電力が生じたときには、ヒータ手段５２によって温水として貯えられる）、燃料電池６の発生熱が温水として貯湯装置４に貯えられる。燃料電池６のこの稼動は、電力負荷１６で実際に消費される現時点の電力負荷（この現電力負荷として、現時点から所定時間、例えば５分前までの平均電力負荷を用いることができる）をまかなうように電主運転が行われる。即ち、現電力負荷演算手段９４は現時点の電力負荷を演算し（ステップＳ６）、電池出力設定手段９６は、発電出力が現電力負荷と等しくなる（又は現電力負荷よりも幾分小さくなる）ように燃料電池６の発電出力を設定する（ステップＳ７）。例えば、現電力負荷が５００Ｗであるときには、燃料電池６の発電出力は５００Ｗ（又は４６０Ｗ）に設定され、このようにして燃料電池６は現電力負荷をまかなうように電主運転される。

燃料電池６が稼動すると、現熱出力演算手段９８は、燃料電池６の稼動によって実際に生成される現熱出力をその稼動時から積算し（ステップＳ８）、熱出力比較手段１００は、予測熱出力積算手段８４による予測積算熱出力と現熱出力積算手段９８による現積算熱出力とを比較する（ステップＳ９）。燃料電池６の稼動時間が短く、現積算熱出力が予測積算熱出力よりも小さいときには、ステップＳ１０からステップＳ１１に移り、仮運転パターンの全パターンによる予測エネルギー削減量の再演算を行う所定時刻、例えば午前零時に達したかが判断され、この所定時刻に達するまではステップＳ６に戻り、燃料電池６の稼動が継続される。また、この所定時刻に達すると、ステップＳ２に戻り、上述した仮稼動時間帯の設定が行われ、翌日の燃料電池６の稼動が行われる。

一方、燃料電池６の稼動によって現積算熱出力が予測積算熱出力以上になると、ステップＳ１０からステップＳ１２に進み、所定熱出力を得るための燃料電池６の省エネルギー運転が行われたとして燃料電池６が稼動停止し、この日の燃料電池６の運転が終了する。そして、予測エネルギー削減量を再演算するための予定時刻に達すると、ステップＳ２に戻り、上述したように翌日の燃料電池６の稼動が行われる。燃料電池６を上述したように運転制御することによって、その稼動停止を所定時間範囲である２４時間（一日）当たり最大１回とすることができ、稼動、稼動停止が頻繁に繰り返されることを回避することができる。

上述した実施形態では、仮稼動時間帯設定手段８２により設定された仮稼動時間帯に基づく燃料電池６の稼動制御においては、仮稼動時間帯の稼動開始時刻に達したときに燃料電池６を稼動し、現蓄積熱出力が予測蓄積熱出力以上になった時点で燃料電池６を稼動停止しているが、このような制御に代えて、仮稼動時間帯の稼動開始時刻に達したときに燃料電池６を稼動し、この仮稼動時間帯の稼動終了時刻に達したときに燃料電池６を稼動停止するようにしてもよく、このようにしても燃料電池６の充分な省エネルギー運転を達成することができる。

次に、図１２〜図１５を参照して、コージェネレーションシステムの他の実施形態について説明する。図１２は、他の実施形態のコージェネレーションシステムの制御系の一部を簡略的に示すブロック図であり、図１３は、図１２のコージェネレーションシステムの制御の概要を示すフローチャートであり、図１４は、図１３のフローチャートにおける仮稼動時間帯の設定の内容を示すフローチャートであり、図１５は、仮運転パターンの第２番目のパターン２における予測削減量の演算を説明するための図である。尚、以下の説明において、図１〜図１１に示す実施形態と実質上同一の部材には同一の参照番号を付し、その説明を省略する。

図１２において、この実施形態のコージェネレーションシステムにおいては、仮運転パターンを考慮する所定時間範囲（この例では２４時間）と予測熱負荷を考慮する所定負荷時間範囲（この例では７２時間）とが異なっており、また予測貯湯日数一日当たりの予測エネルギーの削減量、即ち予測削減量を用いて仮稼動時間帯を設定するように構成されており、このことに関連して、この実施形態の制御手段７０Ａは、パターン稼動予測熱出力積算手段１１２、予測熱負荷積算手段１１４、タンク空判定手段１１６、予測貯湯日数演算手段１１８、予測削減量演算手段１２０及び最大予測削減量選定手段１２２を備えている。パターン稼動予測熱出力積算手段１１２は仮稼動パターンのパターンに従って燃料電池６を予測電力負荷をまかなうように仮稼動させたときに発生する予測熱出力を積算し、予測熱負荷積算手段１１４は所定負荷時間範囲内において発生する予測熱負荷（この場合、予測給湯熱負荷）を積算し、タンク空判定手段１１６は貯湯タンク２２の温水が空になったかを判定する。タンク空判定手段１１６による判定は、例えば、貯湯タンク２２の貯湯初期値（所定時刻において貯湯タンク２２に貯湯されている貯湯熱量）とパターン稼動予測熱出力積算手段１１２による積算予測熱出力とを加えた予測タンク蓄熱量が予測熱負荷積算手段１１４による予測積算熱負荷よりも小さくなった時点、即ち貯湯タンク２２における予測貯湯終了時点でタンク空判定を行う。

また、予測貯湯日数演算手段１１８は、仮運転パターンに従う演算を行う所定特定時刻からタンク空判定が行われる予測時刻（予測貯湯終了時刻）までの所定時間範囲としての２４時間（一日）単位とする数を演算し、特定時刻から例えば２６時間経過後にタンク空判定が行われる場合、予測貯湯日数演算手段１１８による演算値は「２」となる。予測削減量演算手段１２０は、予測貯湯一日当たりの予測エネルギーの削減量を演算し、予測エネルギー削減量演算手段７８によって上述した如く演算された予測エネルギー削減量を予測貯湯日数演算手段１１８による予測貯湯日数で除算することによって得られる。更に、最大予測削減量選定手段１２２は、仮運転パターンの全パターンの各々について演算された予測削減量のうち最も大きい値を選定し、仮稼動時間帯設定手段８２Ａは、最大予測削減量選定手段１２２により選定された仮運転パターンの選定パターンの稼動時間帯を仮稼動時間帯として選定する。

制御手段７０Ａは、更に、仮運転パターンに従う演算を行う所定特定時刻、即ち所定演算時刻を設定するための再演算時刻設定手段１２４を含んでいる。この再演算時刻演算手段１２４は、タンク空判定手段１１６によって空判定される予測時刻、即ち予測貯湯終了時刻に基づき、予測貯湯終了時刻の属する所定時間範囲としての日が演算した所定特定時刻の属する日と同じであるときにはこの所定特定時刻の属する日の翌日の所定特定時刻を、また予測貯湯終了時刻の属する所定時間範囲としての日が演算した所定特定時刻の属する日と異なるときにはこの予測貯湯終了時刻の属する日の所定特定時刻を次の再演算時刻として設定する。例えば、所定負荷時間範囲が７２時間（３日間）で、仮運転パターンに従う演算を行う所定特定時刻から例えば９時間後（又は２６時間後、５６時間後）にタンク空判定手段１１６が空判定を行ったときには、仮運転パターンに従う次の削減量の演算は、翌日の所定特定時刻（又は翌日の所定特定時刻、翌々日の所定特定時刻）に行われるようになる。従って、このように構成した場合には、所定時間範囲の仮運転パターンを利用して所定負荷範囲（この例では７２時間）のエネルギー削減量を考慮しており、燃料電池６の稼動停止が所定負荷時間範囲において最少１回となるように運転制御される。この他の実施形態のその他の構成は、図１〜図２に示す実施形態と実質上同一である。

次いで、図１２とともに図１３及び図１４を参照してこの他の実施形態のコージェネレーションシステムの制御を概説する。このコージェネレーションシステムの制御では、所定時間範囲（２４時間）の仮運転パターン（従って、予測電力負荷については所定時間範囲）とこの所定時間範囲よりも長い所定負荷時間範囲（７２時間）の予測給湯熱負荷とを考慮し、所定特定時刻、、例えば午前零時に予測エネルギー削減量の演算が行われるように構成されている。即ち、所定の演算時刻になると、ステップＳ２１からステップＳ２２に進み、まず、燃料電池６の仮稼動時間帯の設定が行われる。

主とし図１４を参照して、仮稼動時間帯の設定の際には、上述した実施形態と同様に、予測電力負荷の演算が行われ（ステップＳ２２−１）、予測給湯熱負荷の演算が行われ（ステップＳ２２−２）、更に仮運転パターンにおけるパターンの読出しが行われ（ステップＳ２２−３）、読み出したパターンについての予測エネルギー削減量の演算が行われる（ステップＳ２２−４）。

そして、予測貯湯日数演算手段１１８によって発生予測熱出力を使い切る日数（所定時間範囲を単位する数）、即ち予測貯湯日数の演算が行われ（ステップＳ２２−５）、演算したこの予測貯湯日数を用いて、予測削減量演算手段１２０によって単位日数当たりの予測エネルギーの削減量、（予測貯湯一日当たりの予測削減量）の演算が行われる（ステップＳ２２−６）。この予測削減量の演算は、上述したと同様に、所定時間範囲（２４時間）の仮運転パターンの全パターンの各々について予測電力負荷をまかなうように燃料電池６を電主運転したときのものが演算される。仮運転パターンの第２番目のパターンにおける予測削減量の演算は、例えば、図１５に示すように行われ、この例では、時間帯「９」に予測給湯熱負荷が６６２０ｋｃａｌ発生し、時間帯「４８」に予測給湯熱負荷１０００ｋｃａｌが、また時間帯「４９」に予測給湯熱負荷２００ｋｃａｌ」が発生し、仮運転パターンに従って稼動させたときに発生する予測熱出力がこれら予測給湯負荷で消費されるようになる。

上述した予測削減量の演算が仮運転パターンの３００種類の全パターンについて行われると、ステップＳ２２−７からステップＳ２２−８に進み、最大予測削減量選定手段１２２は、仮運転パターンの各パターンについて演算された予測削減量のうち最も大きい値（最大予測削減量）を選定し、仮稼動時間帯設定手段８２Ａは、選定された最大値の予測削減量の仮運転パターンのパターンに対応する稼動時間帯を仮稼動時間帯として設定する（ステップＳ２２−９）。

図１３に戻って、このようにして仮稼動時間帯の設定が行われると、予測削減量の再演算を行う際の演算時刻の設定が行われる（ステップＳ２３）。即ち、再演算時刻設定手段１２４は、タンク空判定手段１１６によって空判定される予測貯湯終了時刻に基づいて再演算時刻を設定する。例えば、演算した特定時刻から例えば９時間後にタンク空判定手段１１６が空判定を行うと、この演算した特定時刻の属する日の翌日、即ち翌日の特定時刻が再演算時刻として設定され、また演算した特定時刻から例えば２６時間（又は例えば５６時間以内）後に空判定が行われると、空判定された時刻の属する日、即ち翌日（又は翌々日）の特定時刻が再演算時刻として設定される。。そして、予測熱出力積算手段８４によって、設定された仮稼動時間にわたって燃料電池６を予測電力負荷をまかなうように電主運転したときに発生する予測熱出力、換言すると貯湯タンク２２に温水として貯湯される予測貯湯蓄熱量を積算する（ステップＳ２４）。

その後、上述した実施形態におけるステップＳ４からステップＳ１３と同様に、ステップＳ２５からステップＳ３４が遂行され、設定された再演算時刻になるとステップＳ２２に戻り、上述した仮稼動時間帯の設定が行われ、再演算時刻になる毎に上述した動作が繰り返し遂行される。

以上、本発明に従うコージェネレーションシステムの実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形乃至修正が可能である。

例えば、上述した実施形態では、仮運転パターンの時間範囲、即ち特定時刻からの所定時間範囲を２４時間（一日）に設定しているが、（２時間、４８時間、７２時間などと適宜の時間にも設定することができる。また、所定負荷時間の範囲についても、４８時間などと所定時間範囲よりも長い適宜の時間に設定することができる。

また、図１２〜図１５に示す実施形態では、タンク空判定手段１１６は貯湯タンク２２の温水が空になる時点（予測貯湯終了時点）を判定し、貯湯タンク２２が空になるまでの日数に基づいて予測貯湯一日当たりの予測エネルギー削減量（予測削減量）を演算し、各演算した予測削減量の最大値を選定するようにしているが、このような構成代えて、例えば次のように構成することもできる。即ち、貯湯日数演算手段１１８に代えて貯湯時間演算手段を設け、貯湯タンク２２が空になるまでの時間（所定特定時刻から予測貯湯終了時刻までの予測貯湯時間）に基づいて予測貯湯一時間当たりの予測エネルギー削減量（予測削減量）を演算し、各演算した予測削減量の最大値を選定して仮運転時間帯を設定するようにしてもよい。

コージェネレーションシステムの一実施形態を簡略的に示す簡略図。 図１のコージェネレーションシステムの制御系の一部を簡略的に示すブロック図。 予測電力負荷及び予測給湯熱負荷などを説明するための図。 仮運転パターンの各種パターンを示す図。 コージェネレーションシステムの制御の概要を示すフローチャート。 図５のフローチャートにおける仮稼動時間帯の設定の内容を示すフローチャート。 仮運転パターンの第１番目のパターン１における予測エネルギー削減量の演算を説明するための図。 仮運転パターンの第２番目のパターン２における予測エネルギー削減量の演算を説明するための図。 仮運転パターンの第２４番目のパターン２４における予測エネルギー削減量の演算を説明するための図。 仮運転パターンの第２５番目のパターン２５における予測エネルギー削減量の演算を説明するための図。 仮運転パターンの第３００番目のパターン３００における予測エネルギー削減量の演算を説明するための図。 コージェネレーションシステムの他の実施形態の制御系の一部を簡略的に示す図。 図１２のコージェネレーションシステムの制御の概要を示すフローチャート。 図１３のフローチャートにおける仮稼動時間帯の設定の内容を示すフローチャート。 仮運転パターンの第２番目のパターン２における予測削減量の演算を説明するための図。

符号の説明

２ 熱電併給装置
４ 貯湯装置
６ 燃料電池
２２ 貯湯タンク
４２ ボイラ手段
５０ 熱交換器
５２ ヒータ手段
５３ ラジエター
７０，７０Ａ 制御手段
７２ 予測電力負荷演算手段
７４ 予測熱負荷演算手段
７６ 仮パターン読出し手段
７８ 予測エネルギー削減量演算手段
８０ 最大予測エネルギー削減量選定手段
８２，８２Ａ 仮稼動時間帯設定手段
８４ 予測熱出力積算手段
９４ 現電力負荷演算手段
９６ 電池出力設定手段
９８ 現熱出力積算手段
１００ 熱出力比較手段
１１６ タンク空判定手段
１１８ 予測貯湯日数演算手段
１２０ 予測削減量演算手段
１２２ 最大予測削減量選定手段

Claims (9)

1. 電力及び熱を発生する熱電併給装置と、前記熱電併給装置から発生する電力を商業電力供給ラインに系統連系するためのインバータと、前記熱電併給装置からの排熱を回収して温水として貯えるための貯湯装置と、前記熱電併給装置を運転制御するための制御手段と、を備えたコージェネレーションであって、
   前記制御手段は、所定時間範囲を設定時間間隔に分割して、特定時刻から前記所定時間範囲において前記熱電併給装置を起動時刻から停止時刻まで前記設定時間単位で１回稼動させる仮運転パターンの全パターンの各々について予測電力負荷をまかなうように稼動させたときの予測エネルギー削減量を演算し、演算した前記予測エネルギー削減量に基づいて稼動停止が前記所定時間範囲において最大１回となるように前記熱電併給装置を運転制御することを特徴とするコージェネレーションシステム。
2. 前記制御手段は、前記所定時間範囲における前記予測電力負荷及び前記所定時間範囲よりも長い所定負荷時間範囲における予測熱負荷に基づいて、前記所定時間範囲において前記熱電併給装置を前記起動時刻から前記停止時刻まで前記設定時間単位で１回稼動させる仮運転パターンの全パターンの各々について前記予測電力負荷をまかなうように前記熱電併給装置を稼動させたときの前記予測エネルギー削減量を演算し、演算した前記予測エネルギー削減量に基づいて稼動停止が前記所定負荷時間範囲において最少１回となるように前記熱電併給装置を運転制御することを特徴とする請求項１に記載のコージェネレーションシステム。
3. 前記所定時間範囲が２４時間であり、前記制御手段は、前記予測エネルギー削減量に基づいて稼動停止が２４時間当たり最大１回となるように前記熱電併給装置を運転制御することを特徴とする請求項１又は２に記載のコージェネレーションシステム。
4. 前記制御手段は、前記所定時間範囲において前記熱電併給装置を前記起動時刻から前記停止時刻まで前記設定時間単位で１回稼動させる前記仮運転パターンの全パターンの各々について前記予測電力負荷をまかなうように前記熱電併給装置を稼動させたときの前記予測エネルギー削減量を演算するための予測エネルギー削減量演算手段と、前記仮運転パターンの全パターンの各々について演算した前記予測エネルギー削減量のうち最大値を選定する最大予測エネルギー削減量選定手段と、選定した前記最大予測エネルギー削減量に対応する前記仮運転パターンの選定パターンの稼動時間帯を仮稼動時間帯として設定する仮稼動時間帯設定手段と、を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のコージェネレーションシステム。
5. 前記制御手段は、前記所定時間範囲において前記熱電併給装置を前記起動時刻から前記停止時刻まで前記設定時間単位で１回稼動させる前記仮運転パターンの全パターンの各々について前記予測電力負荷をまかなうように前記熱電併給装置を稼動させたときの前記予測エネルギー削減量を演算するための予測エネルギー削減量演算手段と、前記特定時刻から前記貯湯装置の貯湯蓄熱量が最低蓄熱量以下になるまでの予測貯湯日数を演算するための予測貯湯日数演算手段と、前記予測貯湯日数一日当たりの予測削減量を演算するための予測削減量演算手段と、前記仮運転パターンの全パターンの各々について演算した前記予測削減量のうち最大値を選定する最大予測削減量選定手段と、選定した前記最大予測削減量に対応する前記仮運転パターンの選定パターンの稼動時間帯を仮稼動時間帯として設定する仮稼動時間帯設定手段と、を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のコージェネレーションシステム。
6. 前記制御手段は、前記所定時間範囲において前記熱電併給装置を前記起動時刻から前記停止時刻まで設定時間単位で１回稼動させる前記仮運転パターンの全パターンの各々について前記予測電力負荷をまかなうように前記熱電併給装置を稼動させたときの前記予測エネルギー削減量を演算するための予測エネルギー削減量演算手段と、前記特定時刻から前記貯湯装置の貯湯蓄熱量が最低蓄熱量以下になるまでの予測貯湯時間を演算するための予測貯湯時間演算手段と、前記予測貯湯時間一時間当たりの予測削減量を演算するための予測削減量演算手段と、前記仮運転パターンの全パターンの各々について演算した前記予測削減量のうち最大値を選定する最大予測削減量選定手段と、選定した前記最大予測削減量に対応する前記仮運転パターンの選定パターンの稼動時間帯を仮稼動時間帯として設定する仮稼動時間帯設定手段と、を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のコージェネレーションシステム。
7. 前記制御手段は、前記稼動時間帯設定手段により設定された前記仮稼動時間帯の稼動開始時刻になると前記熱電併給装置を稼動開始し、前記仮稼動時間帯の稼動終了時刻になると前記熱電併給装置を稼動停止することを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載のコージェネレーションシステム。
8. 前記制御手段は、前記稼動時間帯設定手段により設定された前記仮稼動時間帯における前記熱電併給装置の予測熱出力を積算する予測熱出力積算手段と、前記熱電併給装置が稼動したときに発生する現熱出力を積算する現熱出力積算手段と、を更に含み、前記仮稼動時間帯の稼動開始時刻になると前記熱電併給装置を稼動開始し、前記現熱出力積算手段による現積算熱出力が前記予測熱出力積算手段による前記予測積算熱出力以上になると前記熱電併給装置を稼動停止することを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載のコージェネレーションシステム。
9. 前記制御手段は、前記所定時間範囲において前記熱電併給装置を前記起動時刻から前記停止時刻まで設定時間単位で１回稼動させる前記仮運転パターンの全パターンの各々について前記予測電力負荷をまかなうように前記熱電併給装置を稼動させたときの前記予測エネルギー削減量を演算し、前記特定時刻から前記貯湯装置の貯湯蓄熱量が最低蓄熱量以下になる予測貯湯終了時刻を演算し、前記予測貯湯終了時刻の属する所定時間範囲が前記特定時刻の属する所定時間範囲と同じ所定時間範囲であるときには前記特定時刻の属する所定時間範囲の次の所定時間範囲の前記特定時刻からの、また前記予測貯湯終了時刻の属する所定時間範囲が前記特定時刻が属する所定時間範囲と異なる所定時間範囲であるときには前記予測貯湯終了時刻の属する所定時間範囲の前記特定時刻からの前記仮運転パターンの全パターンの各々について稼動させたときの前記予測エネルギー削減量を再演算することを特徴とする請求項３に記載のコージェネレーションシステム。

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