JP4397183B2 - Cogeneration system - Google Patents

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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力及び熱を発生する燃料電池と、その燃料電池にて発生する熱にて貯湯タンクに貯湯する貯湯手段と、前記燃料電池にて発生する熱にて暖房対象域を暖房する暖房手段と、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、運転制御手段にて燃料電池を運転させて、その燃料電池にて発電される電力を電力消費機器に供給し、貯湯手段により、燃料電池にて発生する熱にて貯湯タンクに貯湯して、その貯湯タンク内の湯水を給湯先に供給し、暖房手段により、燃料電池にて発生する熱にて暖房対象域を暖房するものであり、家庭等でのエネルギーコストの低減を図ることが可能なようにしたものである。
そして、暖房手段にて暖房対象域を暖房するときに、燃料電池から発生する熱だけでは不足するときにその不足分を補うために、暖房用補助加熱器を設けてある（例えば、特許文献１参照。）。
前記特許文献１には記載されていないが、このようなコージェネレーションシステムでは、前記電力消費機器の消費電力、つまり電力負荷に応じて燃料電池の出力電力を変更調節する電力負荷追従運転を行うようになっていた。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−２４８９０５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来では、暖房手段の運転中及び停止中に拘らず、電力負荷追従運転を行うことになり、暖房手段の運転中は、燃料電池の出力電力が小さいとき程、燃料電池からの発生熱量が少なくなって、暖房用補助加熱器にて補う熱量が多くなることから、暖房用補助加熱器にて補う熱量が多くなり易かった。
ところで、暖房手段は、通常、燃料電池の熱や暖房用補助加熱器にて加熱した熱媒を暖房用端末器に循環供給して、暖房端末器にて熱媒の保有熱を暖房対象域に放熱して、暖房対象域を暖房するように構成し、又、暖房用補助加熱器は、通常、バーナや電気ヒータを熱源として、暖房端末器に循環供給する熱媒を加熱する熱源機にて構成することになる。
しかしながら、このような熱源機により構成される補助加熱器にて暖房用熱を補う場合のエネルギー効率は、低いものである。
例えば、ガスバーナを熱源として、潜熱をも回収するように構成した潜熱回収型のガス燃焼式の熱源機の場合、その熱源機を給湯用に用いたときの給湯効率は９０〜９４％程度であるのに対して、暖房用に用いた場合の暖房効率は８５〜８８％程度であり、補助加熱器にて暖房用熱を補う場合のエネルギー効率が低いことが分かる。
このように、エネルギー効率が低いにも拘らず、従来では、暖房用補助加熱器にて暖房用熱を補う熱量が多くなり易いので、省エネを図る上で未だ改善の余地があった。
【０００５】
本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、省エネ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。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本願発明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燃料電池と、その燃料電池にて発生する熱にて貯湯タンクに貯湯する貯湯手段と、前記燃料電池にて発生する熱にて暖房対象域を暖房する暖房手段と、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、
前記燃料電池を冷却する冷却水を循環させる冷却水循環路が、冷却水を前記燃料電池、前記暖房手段、前記貯湯手段の順に通流させるように設けられて、前記燃料電池にて発生する熱が前記貯湯用熱よりも前記暖房用熱として優先して用いられるように構成され、
前記燃料電池にて発電される電力の余剰電力を熱に変換する電気ヒータが、前記冷却水循環路における前記燃料電池よりも下流側で且つ前記暖房手段よりも上流側の部分を通流する冷却水を加熱するように設けられて、前記電気ヒータにて変換される熱が前記貯湯用熱よりも前記暖房用熱として優先して用いられるように構成され、
前記運転制御手段は、前記暖房手段の停止中は、電力負荷に応じて前記燃料電池の出力電力を変更調節する電力負荷追従運転を実行し、前記暖房手段の運転中は、前記燃料電池の出力電力をその調節範囲における最大値又は略最大値に設定された設定最大出力電力に調節する最大出力運転を実行するように構成されている点を特徴とする。
即ち、前記暖房手段の停止中は、前記電力負荷追従運転が実行されて、前記燃料電池の出力電力が電力負荷に応じて変更調節され、前記暖房手段の運転中は、前記最大出力運転が実行されて、前記燃料電池の出力電力が設定最大出力電力に調節され、その燃料電池の発電電力の余剰電力が前記ヒータにて熱に変換される。
そして、前記暖房手段により、前記燃料電池にて発生する熱及び前記電気ヒータにて前記余剰電力を用いて変換される熱が、前記貯湯用熱よりも前記暖房用熱として優先して用いられて、暖房対象域が暖房される。
つまり、前記燃料電池を前記設定最大出力電力を出力するように運転し、電力負荷よりも多い電力を発電して、その余剰電力を前記電気ヒータにて熱に変換し
、その電気ヒータにて変換した熱及び前記燃料電池にて発生する熱を、前記貯湯用熱よりも前記暖房用熱として優先して用いるようになっているので、エネルギー効率が低いものとなる前記暖房用補助加熱器にて前記暖房用熱を補う状態が起こらないようにするか、又は、前記暖房用補助加熱器にて前記暖房用熱を補うにしても、その補う熱量を極力少なくすることが可能となり、延いては、コージェネレーションシステム全体としてのエネルギー効率を向上することが可能となる。
従って、省エネ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。
【０００７】
第２特徴構成は、上記第１特徴構成に加えて、前記運転制御手段は、時系列的な電力負荷情報、時系列的な給湯熱負荷情報及び時系列的な暖房熱負荷情報を管理して、前記暖房手段の運転が開始されるときに、前記最大出力運転をした場合においてその時点以降の単位時間当たりに前記貯湯タンクに貯湯される貯湯量の積算値がその時点における前記貯湯タンクの貯湯可能量に達するまでに要する時間を、前記最大出力運転を実行した場合において前記貯湯タンクへの貯湯量がその上限貯湯量に達するまでに要する最大出力運転可能時間として求めて、その求めた最大出力運転可能時間が最大出力運転実行可否判断用の設定時間よりも長いときのみ、前記最大出力運転を実行するように構成されている点を特徴とする。
即ち、前記運転制御手段により、時系列的な電力負荷情報、時系列的な給湯熱負荷情報及び時系列的な暖房熱負荷情報が管理されて、前記暖房手段の運転が開始されるときに、前記最大出力運転可能時間が求められて、その求められた最大出力運転可能時間が前記設定時間よりも長いときは、前記最大出力運転を実行され、一方、求められた最大出力運転可能時間が前記設定時間以下のときは、前記電力負荷追従運転が継続される。
つまり、前記最大出力運転を実行している間は、前記燃料電池にて発生する熱と前記余剰電力により前記電気ヒータにて変換される熱とを加えた総発生熱のうち、暖房用に用いられて残った熱が貯湯用に回されて、前記貯湯タンクに貯湯されることになるので、時系列的な電力負荷情報、時系列的な給湯熱負荷情報及び時系列的な暖房熱負荷情報を用いて、前記最大出力運転を開始した時点から、前記貯湯タンクへの貯湯量がその上限貯湯量に達するまでに要する最大出力運転可
能時間を求めることが可能である。ちなみに、前記貯湯タンクの貯湯量が前記上限貯湯量に達した以降も前記最大出力運転が継続されると、貯湯用に回された熱を前記貯湯タンクの湯水に回収できなくなって、その熱が廃棄されることになるので、全体としてのエネルギー効率が低下することになり、省エネを図る上で不利となる。
又、前記燃料電池の出力電力を増大変更する場合、出力電力が目標電力に増大するまでの間は、燃料電池のエネルギー効率（供給エネルギーに対する出力電気エネルギー及び出力熱エネルギーを合わせたエネルギーの比率）が低下し易い。
そこで、前記設定時間として、燃料電池の出力電力の増大変更の間の燃料電池のエネルギー効率の低下があるとしても、前記最大出力運転を実行することにより全体としてのエネルギー効率を向上することが可能な時間に設定する。
そして、前記最大出力運転可能時間が前記設定時間よりも長いときのみ、前記最大出力運転を実行するようにするので、前記最大出力運転の実行時間が短いことにより、出力電力増大変更の間のエネルギー効率の低下が大きく効いて、全体としてのエネルギー効率の向上が得難い状態や、前記貯湯タンクの貯湯量が前記上限貯湯量に達した以降も前記最大出力運転が継続されることにより、熱が無駄に廃棄されて、全体としてのエネルギー効率の向上が得難い状態が起こるのを回避することが可能になる。
従って、全体としてのエネルギー効率の向上が得難いにも拘らず前記最大出力運転が実行される事態を起こり難いようにすることが可能になるので、省エネの向上を一段と図ることができるようになった。
【０００８】
第３特徴構成は、上記第１又は第２特徴構成に加えて、前記運転制御手段は、前記暖房手段の運転が開始されるときに、前記設定最大出力電力と現在の前記燃料電池の出力電力との差を求めて、求めた差が最大出力運転実行可否判断用の設定電力よりも大きいときのみ、前記最大出力運転を実行するように構成されている点を特徴とする。
即ち、前記運転制御手段により、前記暖房手段の運転が開始されるときに、前記設定最大出力電力と現在の前記燃料電池の出力電力との差（以下、電力増大変更幅と称する場合がある）が求められて、求められた電力増大変更幅が前記設定電力よりも大きいときは、前記最大出力運転が実行され、前記電力増大変更幅が前記設定電力以下のときは、前記電力負荷追従運転が継続される。
つまり、燃料電池のエネルギー効率は出力電力を大きくして運転するほど大きくなるものであり、又、前記燃料電池の出力電力を増大変更する場合、出力電力が目標電力に増大するまでの間は、燃料電池のエネルギー効率が低下し易いので、前記電力増大変更幅が小さくなるほど、前記最大出力運転を実行することによる全体としてのエネルギー効率の向上が得難くなる。
そこで、前記設定電力として、前記最大出力運転を実行したときに、出力電力が目標電力に増大するまでの間の前記エネルギー効率の低下を相殺して、全体としてのエネルギー効率を向上することが可能な電力に設定する。
そして、前記電力増大変更幅が前記設定電力よりも大きいときのみ、前記最大出力運転を実行するようにするので、前記電力増大変更幅が小さいことにより、出力電力増大変更の間のエネルギー効率の低下が大きく効いて、全体としてのエネルギー効率の向上が得難い状態を回避することが可能になる。
従って、全体としてのエネルギー効率の向上が得難いにも拘らず前記最大出力運転が実行される事態を起こり難いようにすることが可能になるので、省エネの向上を一段と図ることができるようになった。
ちなみに、この第３特徴構成を前記第２特徴構成と共に実施するようにすると、省エネの向上の上で一段と優れたものにすることができる。
【０００９】
第４特徴構成は、上記第１〜第３特徴構成のいずれかに加えて、前記貯湯手段が、貯湯用循環路を通じて前記貯湯タンクの湯水を貯湯用熱交換器にわたって循環させるように構成され、
前記暖房手段が、暖房用循環路を通じて熱媒を暖房用熱交換器と暖房端末器とにわたって循環させるように構成され、
前記燃料電池を冷却する冷却水を循環させる冷却水循環路が、冷却水を前記燃料電池、前記暖房用熱交換器、前記貯湯用熱交換器の順に通流させるように設けられて、前記燃料電池にて発生する熱が前記貯湯用熱よりも前記暖房用熱として優先して用いられるように構成され、
前記電気ヒータが、前記冷却水循環路における前記燃料電池よりも下流側で且つ前記暖房用熱交換器よりも上流側の部分を通流する冷却水を加熱するように設けられて、前記電気ヒータにて変換される熱が前記貯湯用熱よりも前記暖房用熱として優先して用いられるように構成されている点を特徴とする。
即ち、熱媒が前記暖房用熱交換器において前記燃料電池の発生熱及び前記電気ヒータによる変換熱を吸熱した冷却水にて加熱され、且つ、前記暖房端末器にて熱媒の保有熱が放熱されながら、熱媒が前記暖房用循環路を通じて前記暖房用熱交換器と前記暖房端末器とにわたって循環されて、暖房対象域が暖房され、前記貯湯タンクの湯水が前記貯湯用熱交換器において前記燃料電池の発生熱及び前記電気ヒータによる変換熱を吸熱した冷却水にて加熱されながら、前記貯湯用循環路を通じて前記貯湯用熱交換器にわたって循環されて、貯湯タンクに貯湯される。
前記燃料電池から発生する熱を吸熱して前記燃料電池を冷却した冷却水は、前記冷却水循環路を通じて前記暖房用熱交換器、前記貯湯用熱交換器の順に通流するので、前記燃料電池にて発生する熱が前記貯湯用熱よりも前記暖房用熱として優先して用いられることになる。
又、前記電気ヒータにより、前記冷却水循環路における前記燃料電池よりも下流側で且つ前記暖房用熱交換器よりも上流側の部分を通流する冷却水が加熱されるので、前記電気ヒータにて変換される熱が前記貯湯用熱よりも前記暖房用熱として優先して用いられることになる。
つまり、前記燃料電池にて発生する熱を前記貯湯用熱よりも前記暖房用熱として優先して用いられるようにするための構成として、前記冷却水循環路を、単に冷却水を前記燃料電池、前記暖房用熱交換器、前記貯湯用熱交換器の順に通流させるように設けるだけの簡素な構成を採用し、且つ、前記電気ヒータにて変換される熱を前記貯湯用熱よりも前記暖房用熱として優先して用いるようにするための構成として、前記電気ヒータを、単に前記冷却水循環路における前記燃料電池よりも下流側で且つ前記暖房用熱交換器よりも上流側の部分を通流する冷却水を加熱するように設けるだけの簡素な構成を採用することにより、構成の簡略化による低廉化を図ることが可能になるのである。
ちなみに、前記燃料電池にて発生する熱を前記貯湯用熱よりも前記暖房用熱として優先して用いられるようにするための構成として、前記冷却水循環路を、前記燃料電池を冷却した冷却水が前記暖房用熱交換器と前記貯湯用熱交換器とを並行して通流するように設けると共に、冷却水を前記暖房用熱交換器と前記貯湯用熱交換器とに分流する分流比を調節する分流手段を設けて、その分流手段を前記暖房用熱交換器への分流量が多くなるように調節する構成が可能であるが、この構成は前述の如き構成に比べて複雑なものとなる。
又、前記電気ヒータにて変換される熱を前記貯湯用熱よりも前記暖房用熱として優先して用いるようにするための構成として、前記電気ヒータとして、前記貯湯タンクの湯水に対して加熱作用する貯湯用のものと、前記暖房端末器に循環供給される熱媒に対して加熱作用する暖房用のものとを各別に設けると共に、余剰電力を前記貯湯用の電気ヒータと前記暖房用の電気ヒータとに分配供給する余剰電力分配比を調節する余剰電力分配比調節手段を設けて、その余剰電力分配比調節手段により、前記暖房用の電気ヒータに分配される余剰電力が多くなるように調節する構成が可能であるが、この構成は前述の如き構成に比べて複雑なものとなる。
従って、低廉化を図りながら、省エネの向上を図ることができるようになった。
【００１０】
【発明の実施の形態】
〔第１実施形態〕
以下、図面に基づいて、本発明の第１実施形態を説明する。
図１に示すように、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燃料電池Ｇ、その燃料電池Ｇを商用電源１に系統連系するインバータ２、前記燃料電池Ｇにて発生する熱にて貯湯タンク３に貯湯する貯湯手段としての貯湯部Ｓ、前記燃料電池Ｇにて発生する熱にて暖房対象域（図示省略）を暖房する暖房手段としての暖房部Ｈ、前記燃料電池Ｇの余剰電力を前記貯湯タンク３に貯湯するための貯湯用熱及び前記暖房対象域を暖房するため暖房用熱に変換する電気ヒータ４、及び、運転を制御する運転制御手段としての運転制御部５等を備えて構成してある。
【００１１】
前記商用電源１は、商用電力供給ライン６を介して、テレビ、冷蔵庫、洗濯機等の電力消費機器７に接続してある。
前記インバータ２は、前記燃料電池Ｇの出力電力を商用電源１から供給される電力と同じ電圧および同じ周波数に変換するように構成してあり、コージェネ用供給ライン８を介して前記商用電力供給ライン６に電気的に接続して、前記燃料電池Ｇの発電電力が前記インバータ２にて交流に変換されて、前記コージェネ用供給ライン８を介して前記電力消費機器７に供給されるように構成してある。
【００１２】
前記商用電力供給ライン６には、この商用電力供給ライン６にて供給される商用電力を計測する商用電力計測部Ｐ１を設け、コージェネ用供給ライン８には、燃料電池Ｇの出力電力を計測する出力電力計測部Ｐ２を設けてある。
【００１３】
前記商用電力計測部Ｐ１は、商用電力供給ライン６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してある。
そして、逆潮流が生じないように、前記インバータ２により前記燃料電池Ｇから商用電力供給ライン６に供給される電力が制御され、前記燃料電池Ｇの出力電力の余剰電力が前記電気ヒータ４に供給されるように構成してある。
【００１４】
前記電気ヒータ４は、複数の電気ヒータから構成し、詳細は後述するが、冷却水循環路９を循環する前記燃料電池Ｇの冷却水を加熱するように設けると共に、各電気ヒータに対応する作動スイッチ１０を介してコージェネ用供給ライン８に接続してある。
そして、前記作動スイッチ１０により、余剰電力の大きさが大きくなるほど、電気ヒータ４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４の消費電力を調整するように構成してある。
【００１５】
前記燃料電池Ｇについて説明を加える。
図１及び図２に示すように、前記燃料電池Ｇは、水素を含有する燃料ガス及び酸素含有ガスが供給されて発電するセルスタック１１、そのセルスタック１１に供給する燃料ガスを生成する燃料ガス生成部Ｒ、前記セルスタック１１に酸素含有ガスとして空気を供給するブロア１２、前記セルスタック１１を冷却する冷却水を前記冷却水循環路９を通じて循環させる冷却水循環ポンプ１３、前記セルスタック１１から排出される燃料極側排ガスの保有熱を前記冷却水循環路９を通流する冷却水に回収する第１排熱回収用熱交換器１４、前記セルスタック１１から排出される酸素極側排ガスの保有熱と前記燃料ガス生成部Ｒから排出される燃焼排ガスの保有熱とを回収する第２排熱回収用熱交換器１５、及び、前記冷却水循環路９を通流する冷却水を冷却するラジエータ１６等を備えて構成してある。
【００１６】
以下、燃料電池Ｇを構成する各部について説明を加える。
前記セルスタック１１は周知であるので、詳細な説明及び図示は省略して、簡単に説明すると、前記セルスタック１１は、電解質層としての高分子膜の両側に酸素極と燃料極を振り分けて配置した固体高分子型のセルの複数を積層状態に設けて構成し、並びに、供給される燃料ガスが各セルの燃料極に分配供給され且つ供給される反応用空気が各セルの酸素極に分配供給されるように構成して、各セルに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る。
【００１７】
図２に示すように、前記燃料ガス生成部Ｒは、供給される都市ガス（例えば、天然ガスベースの都市ガス）等の炭化水素系の原燃料ガスを脱硫処理する脱硫器１７、その脱硫器１７から供給される脱硫原燃料ガスと水蒸気生成器（図示省略）から供給される水蒸気とを改質用バーナ１８ｂの加熱により改質反応させて、水素を主成分とする改質ガスを生成する改質器１８、その改質器１８から供給される改質ガス中の一酸化炭素を水蒸気にて二酸化炭素に変成処理する変成器１９、その変成器１９から供給される改質ガス中の一酸化炭素を別途供給される選択酸化用空気にて選択酸化する一酸化炭素除去器２０等を備えて構成して、改質ガス中の一酸化炭素を変成処理及び選択酸化処理により低減した一酸化炭素濃度の低い（例えば１０ｐｐｍ以下）改質ガスを生成するように構成してある。
そして、一酸化炭素を変成処理及び選択酸化処理により低減した改質ガスを、前記燃料ガスとして前記セルスタック１１に供給するようにしてある。
【００１８】
又、前記燃料ガス生成部Ｒへの原燃料ガスの供給量を調節する原燃料供給量調節弁２３を設けてあり、この原燃料供給量調節弁２３により燃料ガス生成部Ｒへの原燃料ガスの供給量を調節することにより、前記セルスタック１１に供給する燃料ガスの供給量を調節して、前記セルスタック１１の出力電力を調節するように構成してある。尚、出力電力の調節範囲における最大出力電力としては、例えば、８００〜２０００Ｗの間に設定してある。
【００１９】
前記改質用バーナ１８ｂには、燃料極側排ガス路２１を通じて前記セルスタック１１の各セルの前記燃料極から排出される燃料極側排ガスを供給すると共に、前記ブロア１２にて燃焼用空気を供給して、その改質用バーナ１８ｂにて燃料極側排ガスを燃焼させて、改質器１８を改質反応が可能なように加熱するようにしてある。
前記セルスタック１１の各セルの酸素極から排出される酸素極排ガスと前記改質用バーナ１８ｂから排出される燃焼排ガスとを混合させて、その混合排ガスを装置外部に排出するように、混合排ガス路２２を前記改質用バーナ１８ｂ及び前記セルスタック１１に接続してある。
【００２０】
図１に示すように、前記冷却水循環路９は、前記セルスタック１１を冷却して前記セルスタック１１から排出される冷却水を、詳細は後述する前記暖房部Ｈを構成する暖房用熱交換器２４、詳細は後述する前記貯湯部Ｓを構成する貯湯用熱交換器２５、前記ラジエータ１６、前記第２排熱回収用熱交換器１５、前記第１排熱回収用熱交換器１４の順に通流させて、前記セルスタックに戻すように設けてある。
図２に示すように、前記燃料極側排ガス路２１は、燃料極排ガスを前記第１排熱回収用熱交換器１４に通流させるように設けて、燃料極排ガスの保有熱を冷却水に回収させるようにしてあり、又、前記混合排ガス路２２は、混合排ガスを前記第２排熱回収用熱交換器１５に通流させるように設けて、混合排ガス、即ち、燃焼排ガス及び酸素極側排ガスの保有熱を冷却水に回収させるようにしてある。
【００２１】
つまり、前記燃料電池Ｇから発生する熱として、前記燃焼排ガス、前記酸素極側排ガス及び前記燃料極側排ガス夫々の保有熱、並びに、前記セルスタック１１から発生する発電反応熱を冷却水に回収させて、その冷却水を前記暖房用熱交換器２４、貯湯用熱交換器２５の順に通流させるようにして、前記燃料電池Ｇにて発生する熱を、前記貯湯タンク３に貯湯するための貯湯用熱よりも前記暖房対象域を暖房するため暖房用熱として優先して用いられるように構成してある。
【００２２】
前記電気ヒータ４は、前記冷却水循環路９における前記燃料電池Ｇ（具体的には前記セルスタック１１）よりも下流側で且つ前記暖房用熱交換器２４よりも上流側の部分を通流する冷却水を加熱するように設けて、前記電気ヒータ４にて変換された熱が前記貯湯用熱よりも前記暖房用熱として優先して用いられるように構成してある。
【００２３】
前記セルスタック１１から流出する冷却水の温度を検出する冷却水温センサＴｗを設けて、その冷却水温センサＴｗの検出温度が設定冷却水温度範囲になるように、前記運転制御部５にて前記冷却水循環ポンプ１３を制御して、冷却水循環流量を調節するようにしてある。
又、前記冷却水循環流量が設定最大流量に調節された状態で、前記冷却水温センサＴｗの検出温度が前記設定冷却水温度範囲を越えるときは、前記運転制御部５にて、前記ラジエータ１６のラジエータファン１６ｆを作動させて前記ラジエータ１６を放熱作動させると共に、前記検出温度が前記設定冷却水温度範囲になるように、前記ラジエータファン１６ｆの作動を制御するように構成してある。
つまり、前記貯湯タンク３の貯湯量が満杯となって、前記燃料電池Ｇにて発生した熱を前記貯湯用熱交換器２５にて前記貯湯タンク３から取り出された湯水に対して放熱できなくなると、前記冷却水温センサＴｗの検出温度が上昇するので、前記ラジエータ１６が放熱作動されることになる。
【００２４】
図１に基づいて、前記貯湯部Ｓについて説明を加える。前記貯湯部Ｓは、前記貯湯タンク３及び前記貯湯用熱交換器２５の他に、前記貯湯タンク３の湯水を前記貯湯用熱交換器２５にわたって循環させる貯湯用循環路２６、その貯湯用循環路２６に設けた貯湯用循環ポンプ２７、及び、前記貯湯用熱交換器２５から流出して前記貯湯タンク３に流入する湯水を加熱する貯湯用補助加熱器としてのガス燃焼式の貯湯用補助熱源機２８等を備えて構成してある。ちなみに、その貯湯用補助熱源機２８は、加熱対象の湯水を通流させる熱交換部２８ａ、その熱交換部２８ａを加熱するバーナ２８ｂ、そのバーナ２８ｂに燃焼用空気を供給するファン２８ｃ等から構成してある。
【００２５】
前記貯湯用循環路２６は前記貯湯タンク３の底部と頂部とに接続し、前記貯湯用循環ポンプ２７を前記貯湯タンク３の底部に吸引作用するように設けて、前記貯湯タンク３の底部から取り出した湯水を前記貯湯用熱交換器２５にて加熱して前記貯湯タンク３の頂部に戻すようにして、前記貯湯タンク３に温度成層を形成する状態で貯湯するように構成してある。
前記貯湯タンク３の底部には給水路２９を接続し、前記貯湯タンク３の頂部には給湯路３０を接続してある。そして、図示しない給湯栓が開栓されると、前記貯湯タンク３の上部から湯水が取り出されて、前記給湯路３０を通じて給湯箇所に給湯するように構成してある。
【００２６】
又、前記給湯路３０には、前記貯湯タンク３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を設けてある。
前記貯湯タンク３には、貯湯タンク３の貯湯量の検出用として、４個の貯湯量検出用温度センサＴｔを上下方向に間隔を隔てて設けてある。つまり、貯湯量検出用温度センサ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貯湯量検出用温度センサＴｔのうちの最下部の貯湯量検出用温度センサ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個の貯湯量検出用温度センサＴｔ全ての検出温度が前記設定温度以上になると、前記貯湯タンク３の貯湯量が上限貯湯量であることが検出されるように構成してある。
【００２７】
又、前記貯湯用補助熱源機２８の入口には、その貯湯用補助熱源機２８への湯水の流入温度を検出する入口サーミスタＴｓｉを設け、貯湯用補助熱源機２８の出口には、その貯湯用補助熱源機２８からの湯水の流出温度を検出する出口サーミスタＴｓｅを設けてある。
そして、前記運転制御部５により、設定貯湯温度の湯水を前記貯湯タンク３に供給するように前記貯湯部Ｓの運転を制御する貯湯制御を実行するように構成してある。この貯湯制御は、前記燃料電池Ｇが運転されているときは、常時実行される。
その貯湯制御では、前記運転制御部５は、前記入口サーミスタＴｓｉ及び前記出口サーミスタＴｓｅの検出温度に基づいて、前記流入温度が前記設定貯湯温度になるように前記貯湯用循環ポンプ２７を制御して、前記貯湯用循環路２６における湯水循環流量を調節し、且つ、その湯水循環流量が設定下限湯水循環流量になっても前記流入温度が前記設定貯湯温度を下回るときは、前記貯湯用補助熱源機２８を加熱作動させると共に、前記流出温度が前記設定貯湯温度になるように前記貯湯用補助熱源機２８の燃焼量を調節する。
【００２８】
ちなみに、前記燃料電池Ｇの停止中で、前記貯湯タンク３の貯湯量が下限量未満のときに、前記給湯栓が開栓されると、前記運転制御部５により、前記貯湯用循環ポンプ２７が作動されると共に、前記貯湯用補助熱源機２８が加熱作動されて、その貯湯用補助熱源機２８にて加熱されて前記貯湯用循環路２６を通じて前記貯湯タンク３に流入した湯が前記給湯路３０を通じて取り出されて、給湯されるように構成してある。
【００２９】
図１に基づいて、前記暖房部Ｈについて説明を加える。前記暖房部Ｈは、前記暖房用熱交換器２４の他に、前記暖房対象域に設置される暖房端末器３２、それら暖房用熱交換器２４と暖房端末器３２とにわたって熱媒を循環させる暖房用循環路３３、その暖房用循環路３３に設けた暖房用循環ポンプ３４、及び、前記暖房用熱交換器２４から流出して前記暖房端末器３２に流入する熱媒を加熱する暖房用補助加熱器としてのガス燃焼式の暖房用補助熱源機３５、前記暖房部Ｈの運転を開始する暖房開始及び前記暖房部Ｈを停止する暖房停止を指令する暖房操作部３６等を備えて構成してある。ちなみに、前記暖房用補助熱源機３５は、加熱対象の熱媒を通流させる熱交換部３５ａ、その熱交換部３５ａを加熱するバーナ３５ｂ、そのバーナ３５ｂに燃焼用空気を供給するファン３５ｃ等から構成してある。
【００３０】
又、前記暖房端末器３２には、その暖房端末器３２での暖房熱負荷を計測する暖房熱負荷計測手段３７を設けてある。
又、前記暖房用補助熱源機３５の入口には、その暖房用補助熱源機３５への熱媒の流入温度を検出する入口サーミスタＴｈｉを設け、暖房用補助熱源機３５の出口には、その暖房用補助熱源機３５からの熱媒の流出温度を検出する出口サーミスタＴｈｅを設けてある。
そして、前記運転制御部５により、前記暖房操作部３６から暖房開始が指令されると、設定熱媒温度の熱媒を前記暖房端末器３２に供給するように前記暖房部Ｈの運転を制御する暖房制御を実行し、前記暖房操作部３６から暖房停止が指令されると、前記暖房部Ｈを停止するように構成してある。
その暖房制御では、前記運転制御部５は、前記暖房用循環ポンプ３４を暖房熱負荷に応じたデューティ−比にて間欠的に運転し、その暖房用循環ポンプ３４の運転中は、前記入口サーミスタＴｈｉ及び前記出口サーミスタＴｈｅの検出温度に基づいて、前記流入温度が前記設定熱媒温度を下回るときは、前記暖房用補助熱源機３５を加熱作動させると共に、前記流出温度が前記設定熱媒温度になるように前記暖房用補助熱源機３５の燃焼量を調節する。
又、前記運転制御部５は、前記暖房操作部３６から暖房停止が指令されると、前記暖房用循環ポンプ３４を停止させ、前記暖房用補助熱源機３５を加熱作動させているときはその加熱作動を停止させて、前記暖房部Ｈを停止する。
【００３１】
以下、運転制御部５により前記燃料電池Ｇの運転を制御する発電制御について説明する。
この発電制御は、図示しない燃料電池操作部から燃料電池Ｇの運転開始が指令されると開始し、前記燃料電池操作部から運転停止が指令されると停止するように構成してある。
予め、前記運転制御部５には、前記燃料ガス生成部Ｒへの原燃料ガスの供給量及び前記セルスタック１１への空気の供給量の夫々を、前記燃料電池Ｇの出力電力が大きくなるほど多くなるように、前記燃料電池Ｇの出力電力に応じて設定して記憶させてある。
【００３２】
前記運転制御部５は、前記発電制御では、前記暖房部Ｈの停止中は、電力負荷に応じて前記燃料電池Ｇの出力電力を変更調節する電力負荷追従運転を実行し、前記暖房部Ｈの運転中は、前記燃料電池Ｇの出力電力をその調節範囲における最大値に設定された設定最大出力電力に調節する最大出力運転を実行するように構成してある。
前記運転制御部５は、前記負荷追従運転では、前記出力電力計測部Ｐ２の検出出力電力に基づいて、前記原燃料ガスの供給量が前記検出出力電力に応じた設定供給量になるように前記原燃料供給量調節弁２３を制御し、且つ、前記セルスタック１１への空気の供給量が前記検出出力電力に応じた設定供給量になるように前記ブロア１２を制御する。ちなみに、この負荷追従運転において、前記電力消費機器７にて消費される電力、即ち、電力負荷が前記設定最大出力電力を超えるときは、前記燃料電池Ｇの出力電力が前記設定最大出力電力に調節され、前記電力負荷のうち、前記燃料電池Ｇの出力電力では不足する分が、前記商用電源１から供給されることになる。
【００３３】
又、前記運転制御部５は、前記最大出力運転では、前記原燃料ガスの供給量が前記設定最大出力電力に応じた設定供給量になるように前記原燃料供給量調節弁２３を制御し、且つ、前記セルスタック１１への空気の供給量が前記設定最大出力電力に応じた設定供給量になるように前記ブロア１２を制御し、且つ、前記出力電力計測部Ｐ２の検出出力電力が前記設定最大出力電力になるように前記作動スイッチ１０を制御する。つまり、前記燃料電池発電部Ｇの出力電力のうち、前記電力消費機器７にて消費された残りの余剰電力が、前記電気ヒータ４にて消費されて、前記冷却水循環路９を通流する冷却水が加熱されることになる。
【００３４】
次に、前記運転制御部５の制御動作について説明を加える。
図３に示すフローチャートのように、前記燃料電池操作部から前記燃料電池Ｇの運転開始が指令されると、前記発電制御を実行し、前記燃料電池操作部から燃料電池Ｇの運転停止が指令されると、停止処理を実行して前記燃料電池Ｇの運転を停止させる。ちなみに、前記停止処理では、前記原燃料供給量調節弁２３を閉弁して前記燃料ガス生成部Ｒへの原燃料ガスの供給を停止する処理、前記ブロア１２を停止させて前記セルスタック１１への空気の供給を停止する処理等を実行する。
【００３５】
図４に示すフローチャートに基づいて、前記発電制御における制御動作について説明する。
前記最大出力運転の実行中か否かを判断し（ステップ＃１）、前記最大出力運転の実行中でないときは、前記暖房操作部３６から暖房開始が指令されるか否かを判断して、暖房開始が指令されないときは、前記負荷追従運転を実行し、暖房開始が指令されると前記最大出力運転を実行する（ステップ＃１〜＃４）。
ステップ＃１で、前記最大出力運転の実行中と判断したときは、前記暖房操作部３６から暖房停止が指令されるか否かを判断し、暖房停止が指令されると前記最大出力運転を停止して前記負荷追従運転を実行し、暖房停止が指令されないときは、前記４個の貯湯量検出用温度センサＴｔの検出情報に基づいて前記貯湯タンク３の貯湯量が前記上限貯湯量以上か否かを判断し、前記上限貯湯量以上のときは前記最大出力運転を停止して前記負荷追従運転を実行し、前記上限貯湯量未満のときは前記最大出力運転を継続する（ステップ＃５，＃６，＃３）。
【００３６】
以下、本発明の第２ないし第４実施形態を説明するが、各実施形態においては、コージェネレーションシステムの全体構成、及び、前記運転制御部５の制御動作のうち前記発電制御以外の制御動作は、第１実施形態と同様であるので、その説明及び図示を省略し、主として、前記発電制御について説明する。
【００３７】
〔第２実施形態〕
以下、図面に基づいて、本発明の第２実施形態を説明する。
この第２実施形態では、前記運転制御部５は、時系列的な電力負荷情報、時系列的な給湯熱負荷情報及び時系列的な暖房熱負荷情報を管理して、前記暖房部Ｈの運転が開始されるときに、前記最大出力運転を実行した場合において前記貯湯タンク３への貯湯量がその上限貯湯量に達するまでに要する最大出力運転可能時間を求めて、その求めた最大出力運転可能時間が最大出力運転実行可否判断用の設定時間よりも長いときのみ、前記最大出力運転を実行するように構成してある。
【００３８】
先ず、前記運転制御部５が時系列的な電力負荷情報、時系列的な給湯熱負荷情報及び時系列的な暖房熱負荷情報を管理する負荷情報管理制御について説明する。
前記運転制御部５は、前記負荷情報管理制御では、電力の時系列消費データに基づいて電力負荷の時系列変動である予測電力負荷情報としての予測電力負荷データを求め、暖房の時系列消費データに基づいて暖房熱負荷の時系列変動である予測暖房熱負荷情報としての予測暖房熱負荷データを求め、給湯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情報としての予測給湯熱負荷データを求める予測負荷演算処理を実行する。
ちなみに、前記電力の時系列消費データは、電力消費機器７の消費電力であり、商用電力計測部Ｐ１及び出力電力計測部Ｐ２夫々の計測電力及び電気ヒータ４の消費電力に基づいて、（商用電力計測部Ｐ１の計測電力）＋（出力電力計測部Ｐ２の計測電力）−（電気ヒータ４の消費電力）の演算式にて求める。
又、前記暖房の時系列消費データは、前記暖房熱負荷計測手段３７にて計測し、前記給湯の時系列消費データは、前記給湯熱負荷計測手段３１にて計測する。
【００３９】
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、実際の消費状況に基づいて、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。
【００４０】
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、暖房熱負荷及び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、暖房熱負荷データ、給湯熱負荷データの３種類の負荷データからなり、図５に示すように、１日分の過去負荷データが日曜日から土曜日までの曜日ごとに区分けした状態で記憶するように構成されている。
そして、１日分の過去負荷データは、２４時間のうち１時間を単位時間として、単位時間当たりの電力負荷データの２４個、単位時間あたりの暖房熱負荷データの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。
【００４１】
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、暖房負荷及び給湯熱負荷の夫々を、前述のように計測し、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。
【００４２】
日曜日を例に挙げて具体的に説明すると、図５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。
【００４３】
【数１】
Ｄ１（ｍ＋１）＝（Ｄ１ｍ×Ｋ）＋｛Ａ１×（１−Ｋ）｝
【００４４】
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、暖房熱負荷、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、暖房熱負荷、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。
【００４５】
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５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６に示すように、１日分の予測電力負荷データ、１日分の予測暖房熱負荷データ、１日分の予測給湯熱負荷データからなり、図６の（イ）は、１日分の予測電力負荷データを示しており、図６の（ロ）は、１日分の予測暖房熱負荷データを示しており、図６の（ハ）は、１日分の予測給湯熱負荷データを示している。
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。
【００４６】
【数２】
Ｂ＝（Ｄ２ｍ×Ｑ）＋｛Ａ１×（１−Ｑ）｝
【００４７】
次に、前記運転制御部５が前記最大出力運転可能時間を求める運転可能時間演算制御について説明する。
尚、前記運転制御部５には、前記設定最大出力電力の他に、運転可能時間演算用単位時間当たりの設定最大出力熱量、設定ヒータ効率、及び、前記最大出力運転実行可否判断用の設定時間を記憶させてある。
運転可能時間演算用単位時間当たりの設定最大出力熱量は、前記燃料電池Ｇをその出力電力が前記設定最大出力電力になるように運転したときに、運転可能時間演算用単位時間当たりの前記燃料電池Ｇから発生する熱量である。
前記設定ヒータ効率は、前記電気ヒータ４にて電気エネルギーが熱エネルギーに変換される効率であり、例えば、０．９に設定する。
前記設定時間としては、前記燃料電池Ｇの出力電力の増大変更の間の燃料電池Ｇのエネルギー効率の低下があるとしても、前記最大出力運転を実行することにより全体としてのエネルギー効率を向上することが可能な時間に設定してある。
【００４８】
前記運転可能時間演算制御では、前記運転制御部５は、前記暖房操作部３６から暖房開始が指令されると、その指令時点における前記貯湯タンク３の貯湯可能量、及び、前記暖房開始が指令された時点以降の運転可能時間演算用単位時間当たりの貯湯量を求めて、その運転可能時間演算用単位時間当たりの貯湯量を積算して、その積算値が前記貯湯可能量に達するまでに要する時間を前記最大出力運転可能時間として求める。
【００４９】
暖房開始の指令時点における前記貯湯タンク３の貯湯可能量は、以下のようにして求める。
即ち、前記４個の貯湯量検出用温度センサＴｔの検出情報に基づいて、暖房開始の指令時点の前記貯湯タンク３の現貯湯量を求め、その求めた現貯湯量を前記上限貯湯量から減じることにより、暖房開始の指令時点における前記貯湯タンク３の貯湯可能量を求める。
【００５０】
運転可能時間演算用単位時間当たりの貯湯量は、以下のようにして求める。
即ち、前記設定最大出力電力と前記予測電力負荷データに基づいて、運転可能時間演算用単位時間当たりの余剰電力を求めて、その運転可能時間演算用単位時間当たりの余剰電力と前記設定ヒータ効率に基づいて、運転可能時間演算用単位時間当たりに、前記余剰電力を用いて前記電気ヒータ４にて熱に変換されるヒータ変換熱量を求める。
次に、運転可能時間演算用単位時間当たりのヒータ変換熱量と運転可能時間演算用単位時間当たりの設定最大出力熱量とを加算して、運転可能時間演算用単位時間当たりの総発生熱量を求める。
次に、運転可能時間演算用単位時間当たりの総発生熱量と予測暖房熱負荷データとに基づいて、総発生熱量から予測暖房熱負荷データを減じることにより、運転可能時間演算用単位時間当たりに、前記貯湯タンク３への貯湯用に回される熱量を求めると共に、その運転可能時間演算用単位時間当たりの貯湯用に回される熱量に基づいて、運転可能時間演算用単位時間当たりに、前記貯湯タンク３へ供給される湯供給量を求める。
次に、その運転可能時間演算用単位時間当たりの湯供給量と前記予測給湯熱負荷データとに基づいて、湯供給量から予測給湯熱負荷データを減じることにより、運転可能時間演算用単位時間当たりに、前記貯湯タンク３に貯湯される貯湯量を求める。ちなみに、予測給湯熱負荷データが大きいときは、運転可能時間演算用単位時間当たりの貯湯量は負の値になる場合もある。
【００５１】
そして、前記暖房開始が指令された以降、時間が進む方向に順に、上述のようにして運転可能時間演算用単位時間当たりの貯湯量を求めると共に、求めた運転可能時間演算用単位時間当たりの貯湯量を積算する処理を、その積算貯湯量が前記貯湯可能量に達するまで実行して、その積算回数と運転可能時間演算用単位時間とを乗じた時間を前記最大出力運転可能時間として求める。
ちなみに、前記暖房開始が指令された時点に、予測暖房熱負荷データが無いときは、前記暖房開始が指令された時点以降において、最も時間的に近い予測暖房熱負荷データに基づいて、上述の運転可能時間演算制御を行うことになる。又、運転可能時間演算用単位時間当たりの貯湯量の積算値が前記貯湯可能量に達するまでに、予測暖房熱負荷データが無くなる場合は、予測暖房熱負荷データのうちの時間的に最後の予測暖房熱負荷データが以降も継続するものとして、上述の運転可能時間演算制御を行うことになる。
【００５２】
次に、図７に示すフローチャートに基づいて、前記発電制御における制御動作について説明する。
前記最大出力運転の実行中か否かを判断し、前記最大出力運転の実行中でないときは、前記暖房操作部３６から暖房開始が指令されるか否かを判断して、暖房開始が指令されないときは、前記負荷追従運転を実行し、暖房開始が指令されると、前記最大出力運転可能時間Ｔａを求めて、その求めた最大出力運転可能時間Ｔａが最大出力運転実行可否判断用の設定時間Ｔｓよりも長いか否かを判断し、長いときは前記最大出力運転を実行し、長くないときは前記負荷追従運転を実行する（ステップ＃１１〜＃１６）。
ステップ＃１１で、前記最大出力運転の実行中と判断したときは、前記暖房操作部３６から暖房停止が指令されるか否かを判断し、暖房停止が指令されると前記最大出力運転を停止して前記負荷追従運転を実行し、暖房停止が指令されないときは、前記４個の貯湯量検出用温度センサＴｔの検出情報に基づいて前記貯湯タンク３の貯湯量が前記上限貯湯量以上か否かを判断し、前記上限貯湯量以上のときは前記最大出力運転を停止して前記負荷追従運転を実行し、前記上限貯湯量未満のときは前記最大出力運転を継続する（ステップ＃１７，＃１８，＃１３）。
【００５３】
〔第３実施形態〕
以下、図面に基づいて、本発明の第３実施形態を説明する。
この第３実施形態では、前記運転制御部５は、前記暖房部Ｈの運転が開始されるときに、前記設定最大出力電力と現在の前記燃料電池Ｇの出力電力との差である電力増大変更幅を求めて、求めた電力増大変更幅が最大出力運転実行可否判断用の設定電力よりも大きいときのみ、前記最大出力運転を実行するように構成してある。
現在の前記燃料電池Ｇの出力電力は、前記出力電力計測部Ｐ２にて計測する。
前記最大出力運転実行可否判断用の設定電力としては、前記最大出力運転を実行したときに、燃料電池Ｇの出力電力が目標電力に増大するまでの間の全体としてのエネルギー効率の低下を相殺して、全体としてのエネルギー効率を向上することが可能な程度の電力に設定して、その設定電力を前記運転制御部５に記憶させてある。
【００５４】
次に、図８に示すフローチャートに基づいて、前記発電制御における制御動作について説明する。
前記最大出力運転の実行中か否かを判断し、前記最大出力運転の実行中でないときは、前記暖房操作部３６から暖房開始が指令されるか否かを判断して、暖房開始が指令されないときは、前記負荷追従運転を実行し、暖房開始が指令されると、前記電力増大変更幅Ｐａを求めて、その求めた電力増大変更幅Ｐａが最大出力運転実行可否判断用の設定電力Ｐｓよりも大きいか否かを判断し、大きいときは前記最大出力運転を実行し、大きくないときは前記負荷追従運転を実行する（ステップ＃２１〜＃２６）。
ステップ＃２１で、前記最大出力運転の実行中と判断したときは、前記暖房操作部３６から暖房停止が指令されるか否かを判断し、暖房停止が指令されると前記最大出力運転を停止して前記負荷追従運転を実行し、暖房停止が指令されないときは、前記４個の貯湯量検出用温度センサＴｔの検出情報に基づいて前記貯湯タンク３の貯湯量が前記上限貯湯量以上か否かを判断し、前記上限貯湯量以上のときは前記最大出力運転を停止して前記負荷追従運転を実行し、前記上限貯湯量未満のときは前記最大出力運転を継続する（ステップ＃２７，＃２８，＃２３）。
【００５５】
〔第４実施形態〕
以下、図面に基づいて、本発明の第４実施形態を説明する。
この第４実施形態では、前記運転制御部５は、時系列的な電力負荷情報、時系列的な給湯熱負荷情報及び時系列的な暖房熱負荷情報を管理して、前記暖房部Ｈの運転が開始されるときに、前記最大出力運転を実行した場合において前記貯湯タンク３への貯湯量がその上限貯湯量に達するまでに要する最大出力運転可能時間を求め、並びに、前記設定最大出力電力と現在の前記燃料電池Ｇの出力電力との差である電力増大変更幅を求めて、前記最大出力運転可能時間が最大出力運転実行可否判断用の設定時間よりも長く、且つ、前記電力増大変更幅が最大出力運転実行可否判断用の設定電力よりも大きいときのみ、前記最大出力運転を実行するように構成してある。
【００５６】
前記最大出力運転可能時間は上記の第２実施形態と同様に求めるので、その求め方の説明を省略し、又、前記電力増大変更幅は上記の第３実施形態と同様に求めるので、その求め方の説明を省略する。
【００５７】
次に、図９に示すフローチャートに基づいて、前記発電制御における制御動作について説明する。
前記最大出力運転の実行中か否かを判断し、前記最大出力運転の実行中でないときは、前記暖房操作部３６から暖房開始が指令されるか否かを判断して、暖房開始が指令されないときは、前記負荷追従運転を実行し、暖房開始が指令されると、前記最大出力運転可能時間Ｔａ及び前記電力増大変更幅Ｐａを求めて、前記最大出力運転可能時間Ｔａが前記設定時間Ｔｓよりも長く且つ前記電力増大変更幅Ｐａが前記設定電力Ｐｓよりも大きいときのみ前記最大出力運転を実行し、それ以外のときは、前記負荷追従運転を実行する（ステップ＃３１〜＃３７）。
ステップ＃３１で、前記最大出力運転の実行中と判断したときは、前記暖房操作部３６から暖房停止が指令されるか否かを判断し、暖房停止が指令されると前記最大出力運転を停止して前記負荷追従運転を実行し、暖房停止が指令されないときは、前記４個の貯湯量検出用温度センサＴｔの検出情報に基づいて前記貯湯タンク３の貯湯量が前記上限貯湯量以上か否かを判断し、前記上限貯湯量以上のときは前記最大出力運転を停止して前記負荷追従運転を実行し、前記上限貯湯量未満のときは前記最大出力運転を継続する（ステップ＃３８，＃３９，＃３３）。
【００５８】
〔別実施形態〕
次に別実施形態を説明する。
【００６０】
（イ） 上記の第２及び第４の各実施形態においては、前記最大出力運転可能時間を求めるときに、前記貯湯タンク３からの放熱を考慮しない場合について例示したが、貯湯タンク３からの放熱を考慮するようにしても良い。
その場合は、上記のようにして求めた前記運転可能時間演算用単位時間当たりの貯湯量に基づいて、前記運転可能時間演算用単位時間毎に、前記貯湯タンク３の予測貯湯量を求めると共に、その予測貯湯量に見合う放熱量を求めて、前記運転可能時間演算用単位時間当たりの貯湯量を積算するときに、前記放熱量に見合う湯量を減算して、前記最大出力運転可能時間を求めるようにしても良い。
【００６１】
（ロ） 上記の第１ないし第４の各実施形態においては、前記最大出力運転の実行中、暖房停止が指令されるよりも前に前記貯湯タンク３の貯湯量が前記上限貯湯量以上になると、前記最大出力運転を停止して前記負荷追従運転を実行する場合について例示したが、前記貯湯タンク３の貯湯量が前記上限貯湯量以上になっても前記最大出力運転を継続して、前記冷却水温センサＴｗの検出温度が前記設定冷却水温度範囲を越えるときは、前記検出温度が前記設定冷却水温度範囲になるように、前記ラジエータファン１６ｆの作動を制御するようにしても良い。
【００６２】
（ハ） 前記貯湯用熱及び前記暖房用熱に用いる前記燃料電池Ｇから発生する熱としては、上記の各実施形態において例示した如き、前記燃焼排ガス、前記酸素極側排ガス及び前記燃料極側排ガス夫々の保有熱、並びに、前記セルスタック１１から発生する発電反応熱に限定されるものではない。
例えば、前記燃焼排ガス、前記酸素極側排ガス及び前記燃料極側排ガス夫々の保有熱のうち、いずれか一つ、いずれか二つ、又は、全てを除いても良い。
又、前記変成器１９から前記一酸化炭素除去器２０に供給される変成処理後の改質ガスの保有熱や、前記燃料ガス生成部Ｒから前記セルスタック１１に供給される燃料ガスの保有熱を用いることが可能である。
【００６３】
（ニ） 前記燃料電池Ｇの具体構成は、上記の各実施形態において例示した構成に限定されるものではない。
例えば、前記燃料ガス生成部Ｒを省略して、燃料ガスとして純水素ガスを供給するものでも良い。
又、上記の実施形態おいて例示した固体高分子型以外に、リン酸型や固体電解質型等の種々の型式のものでも良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係るコージェネレーションシステムの全体構成を示すブロック図
【図２】第１実施形態に係るコージェネレーションシステムの燃料電池の構成を示すブロック図
【図３】第１実施形態に係るコージェネレーションシステムの制御動作のフローチャートを示す図
【図４】第１実施形態に係るコージェネレーションシステムの制御動作のフローチャートを示す図
【図５】データ更新処理を説明する図
【図６】１日分の予測負荷を示す図
【図７】第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動作のフローチャートを示す図
【図８】第３実施形態に係るコージェネレーションシステムの制御動作のフローチャートを示す図
【図９】第４実施形態に係るコージェネレーションシステムの制御動作のフローチャートを示す図
【符号の説明】
３ 貯湯タンク
４ 電気ヒータ
５ 運転制御手段
９ 冷却水循環路
２４ 暖房用熱交換器
２５ 貯湯用熱交換器
２６ 貯湯用循環路
３２ 暖房端末器
３３ 暖房用循環路
Ｇ 燃料電池
Ｈ 暖房手段
Ｓ 貯湯手段[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel cell that generates electric power and heat, hot water storage means for storing hot water in a hot water storage tank with heat generated by the fuel cell, and heating for heating a heating target area with heat generated by the fuel cell. The present invention relates to a cogeneration system provided with a means and an operation control means for controlling the operation.
[0002]
[Prior art]
In such a cogeneration system, a fuel cell is operated by an operation control means, electric power generated by the fuel cell is supplied to a power consuming device, and a hot water storage tank is heated by heat generated by the fuel cell by a hot water storage means. The hot water in the hot water storage tank is supplied to the hot water supply destination, and the heating target area is heated by the heat generated by the fuel cell by the heating means, thereby reducing the energy cost at home etc. It is made possible to plan.
And when heating the area to be heated by the heating means, an auxiliary heater for heating is provided in order to compensate for the shortage when only the heat generated from the fuel cell is insufficient (for example, Patent Document 1). reference.).
Although not described in Patent Document 1, in such a cogeneration system, power load following operation is performed in which the output power of the fuel cell is changed and adjusted according to the power consumption of the power consuming device, that is, the power load. It was.
[0003]
[Patent Document 1]
JP 2001-248905 A
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
Conventionally, power load following operation is performed regardless of whether the heating means is operating or stopped. During operation of the heating means, the smaller the output power of the fuel cell, the smaller the amount of heat generated from the fuel cell. Thus, since the amount of heat supplemented by the auxiliary heater for heating increases, the amount of heat supplemented by the auxiliary heater for heating tends to increase.
By the way, the heating means usually circulates and supplies the heat of the fuel cell and the heating medium heated by the auxiliary heater for heating to the heating terminal, and the heat retained in the heating medium is supplied to the heating target area by the heating terminal. The heating target area is configured to dissipate heat, and the heating auxiliary heater is usually a heat source device that heats a heat medium that is circulated and supplied to the heating terminal unit using a burner or an electric heater as a heat source. Will be composed.
However, the energy efficiency when supplementing the heat for heating with the auxiliary heater constituted by such a heat source device is low.
For example, in the case of a latent heat recovery type gas combustion type heat source device configured to recover latent heat using a gas burner as a heat source, the efficiency of hot water supply is about 90 to 94% when the heat source device is used for hot water supply. On the other hand, the heating efficiency when used for heating is about 85 to 88%, and it can be seen that the energy efficiency when supplementing the heating heat with the auxiliary heater is low.
As described above, although the energy efficiency is low, conventionally, the amount of heat supplemented by the heating auxiliary heater is likely to increase, so there is still room for improvement in energy saving.
[0005]
This invention is made | formed in view of this situation, The objective is to provide the cogeneration system which can aim at the improvement of energy saving.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
  The cogeneration system of the present invention includes a fuel cell that generates electric power and heat, hot water storage means for storing hot water in a hot water storage tank with heat generated by the fuel cell, and a heating target area by heat generated by the fuel cell. A heating means for heating the vehicle and an operation control means for controlling the operation,
  A cooling water circulation path for circulating cooling water for cooling the fuel cell is provided so that the cooling water flows in the order of the fuel cell, the heating means, and the hot water storage means, and heat generated in the fuel cell is generated. It is configured to be used preferentially as the heating heat over the hot water storage heat,
  Surplus power generated by the fuel cellThe heatThe electric heater that converts toThe cooling water circulation path is provided so as to heat cooling water flowing through a portion downstream from the fuel cell and upstream from the heating means, and heat converted by the electric heater is stored in the hot water storage. It is configured to be used preferentially as the heat for heating over the heat for operation,
  The operation control means performs a power load follow-up operation in which the output power of the fuel cell is changed and adjusted according to an electric power load while the heating means is stopped, and the output of the fuel cell is operated during the operation of the heating means. It is characterized by performing the maximum output operation for adjusting the power to the set maximum output power set to the maximum value or the substantially maximum value in the adjustment range.
  That is, the power load following operation is executed while the heating means is stopped, and the output power of the fuel cell is changed and adjusted according to the power load, and the maximum output operation is executed while the heating means is operating. Then, the output power of the fuel cell is adjusted to the set maximum output power, and surplus power of the generated power of the fuel cell is converted into heat by the heater.
  Then, the heat generated by the fuel cell and the heat converted by the surplus power by the electric heater are preferentially used as the heating heat over the hot water storage heat by the heating means. The area to be heated is heated.
  In other words, the fuel cell is operated so as to output the set maximum output power, and more power than the power load is generated, and the surplus power is converted into heat by the electric heater.
Since the heat converted by the electric heater and the heat generated in the fuel cell are used preferentially as the heating heat over the hot water storage heat, the energy efficiency is low. Prevent the heating auxiliary state from being supplemented by the heating auxiliary heater, or reduce the amount of supplemental heat as much as possible even if the heating auxiliary heat is supplemented by the heating auxiliary heater. As a result, the energy efficiency of the entire cogeneration system can be improved.
  Accordingly, it has become possible to provide a cogeneration system capable of improving energy saving.
[0007]
  In the second feature configuration, in addition to the first feature configuration, the operation control unit manages time-series power load information, time-series hot water supply heat load information, and time-series heating heat load information. When the operation of the heating means is started,When the maximum output operation is performed, the time required for the accumulated value of the amount of hot water stored in the hot water storage tank per unit time after that time to reach the hot water storage capacity of the hot water storage tank at that time,Maximum output operation possible time required for the amount of hot water stored in the hot water storage tank to reach the upper limit hot water storage amount when the maximum output operation is executedAsThus, the maximum output operation is performed only when the determined maximum output operation possible time is longer than the set time for determining whether or not the maximum output operation can be executed.
  That is, when the operation control means manages time-series power load information, time-series hot water supply heat load information, and time-series heating heat load information, and starts operation of the heating means, When the maximum output operation possible time is obtained and the obtained maximum output operation available time is longer than the set time, the maximum output operation is executed, while the obtained maximum output operation available time is When the time is shorter than the set time, the power load following operation is continued.
  That is, while the maximum output operation is being performed, out of the total heat generated by adding the heat generated in the fuel cell and the heat converted by the electric heater by the surplus power, it is used for heating. Since the remaining heat is turned to hot water storage and stored in the hot water storage tank, time-series power load information, time-series hot water supply heat load information, and time-series heating heat load information The maximum output operation required from when the maximum output operation is started until the amount of hot water stored in the hot water storage tank reaches the upper limit hot water storage amount is possible.
It is possible to determine the active time. Incidentally, if the maximum output operation is continued even after the hot water storage amount of the hot water storage tank reaches the upper limit hot water storage amount, the heat circulated for hot water storage cannot be recovered in the hot water of the hot water storage tank, and the heat is lost. Since it is discarded, the energy efficiency as a whole is lowered, which is disadvantageous for energy saving.
  Further, when the output power of the fuel cell is increased and changed, the energy efficiency of the fuel cell (ratio of the combined energy of the output electric energy and the output heat energy to the supply energy) until the output power increases to the target power. Tends to decrease.
  Therefore, even if there is a decrease in the energy efficiency of the fuel cell during the increase change of the output power of the fuel cell as the set time, it is possible to improve the overall energy efficiency by executing the maximum output operation. Set to a reasonable time.
  And since the maximum output operation is executed only when the maximum output operation possible time is longer than the set time, the energy during the change in output power increase can be reduced by shortening the execution time of the maximum output operation. The loss of efficiency is greatly effective, and it is difficult to improve the overall energy efficiency, and the maximum output operation is continued even after the hot water storage amount of the hot water storage tank reaches the upper limit hot water storage amount, so that heat is wasted. Therefore, it is possible to avoid a situation in which it is difficult to improve the overall energy efficiency.
  Accordingly, it is possible to make it difficult for the situation where the maximum output operation is executed despite the difficulty in improving the energy efficiency as a whole, so that the energy saving can be further improved. .
[0008]
In the third feature configuration, in addition to the first or second feature configuration, when the operation of the heating unit is started, the operation control unit sets the set maximum output power and the current output power of the fuel cell. And the maximum output operation is executed only when the obtained difference is larger than the set power for determining whether or not maximum output operation can be executed.
That is, when the operation of the heating unit is started by the operation control unit, the difference between the set maximum output power and the current output power of the fuel cell (hereinafter sometimes referred to as a power increase change range). And when the calculated power increase change width is larger than the set power, the maximum output operation is executed, and when the power increase change width is equal to or less than the set power, the power load following operation is performed. Will continue.
That is, the energy efficiency of the fuel cell is increased as the output power is increased, and when the output power of the fuel cell is increased and changed, until the output power increases to the target power, Since the energy efficiency of the fuel cell tends to decrease, the smaller the power increase change width is, the more difficult it is to improve the overall energy efficiency by executing the maximum output operation.
Therefore, when the maximum output operation is executed as the set power, it is possible to offset the decrease in the energy efficiency until the output power increases to the target power, thereby improving the overall energy efficiency. Set to the correct power.
And since the maximum output operation is executed only when the power increase change width is larger than the set power, the energy efficiency change during the output power increase change is reduced because the power increase change width is small. Is greatly effective, and it is possible to avoid a state where it is difficult to improve the overall energy efficiency.
Accordingly, it is possible to make it difficult for the situation where the maximum output operation is executed despite the difficulty in improving the energy efficiency as a whole, so that the energy saving can be further improved. .
Incidentally, when this third feature configuration is implemented together with the second feature configuration, it can be made more excellent in energy saving.
[0009]
In addition to any of the first to third feature configurations, the fourth feature configuration is configured such that the hot water storage means circulates hot water in the hot water storage tank over the hot water storage heat exchanger through the hot water storage circulation path,
The heating means is configured to circulate the heat medium through the heating circulation path between the heating heat exchanger and the heating terminal;
A cooling water circulation path for circulating cooling water for cooling the fuel cell is provided so that the cooling water flows in the order of the fuel cell, the heating heat exchanger, and the hot water storage heat exchanger. The heat generated at is preferentially used as the heating heat over the hot water storage heat,
The electric heater is provided so as to heat cooling water flowing through a portion downstream of the fuel cell in the cooling water circulation path and upstream of the heat exchanger for heating, and the electric heater The heat that is converted in this way is preferentially used as the heating heat over the hot water storage heat.
That is, the heating medium is heated by the cooling water that has absorbed the heat generated by the fuel cell and the conversion heat by the electric heater in the heating heat exchanger, and the heat held by the heating medium is dissipated by the heating terminal. However, the heating medium is circulated through the heating circulation path through the heating heat exchanger and the heating terminal, the heating target area is heated, and the hot water in the hot water storage tank is heated in the hot water storage heat exchanger. While being heated by the cooling water that has absorbed the heat generated by the fuel cell and the conversion heat by the electric heater, it is circulated through the hot water storage heat exchanger and the hot water storage heat exchanger and stored in the hot water storage tank.
The cooling water that has absorbed the heat generated from the fuel cell and cooled the fuel cell flows through the cooling water circulation path in the order of the heat exchanger for heating and the heat exchanger for hot water storage. The heat generated in this manner is preferentially used as the heating heat over the hot water storage heat.
In addition, the electric heater heats the cooling water flowing through the portion of the cooling water circulation path downstream from the fuel cell and upstream from the heating heat exchanger. The heat to be converted is preferentially used as the heating heat over the hot water storage heat.
That is, as a configuration for preferentially using the heat generated in the fuel cell as the heating heat over the hot water storage heat, the cooling water circuit is simply used as the cooling water, the fuel cell, A simple configuration is adopted in which the heating heat exchanger and the hot water storage heat exchanger are provided in this order, and the heat converted by the electric heater is used for the heating rather than the hot water storage heat. As a configuration for preferential use as heat, the electric heater is simply passed through a portion of the cooling water circulation path downstream of the fuel cell and upstream of the heating heat exchanger. By adopting a simple configuration in which the cooling water is provided so as to be heated, it is possible to reduce the cost by simplifying the configuration.
Incidentally, as a configuration for preferentially using the heat generated in the fuel cell as the heating heat over the hot water storage heat, the cooling water that has cooled the fuel cell is provided in the cooling water circulation path. The heating heat exchanger and the hot water storage heat exchanger are provided to flow in parallel, and the diversion ratio for diverting the cooling water to the heating heat exchanger and the hot water heat exchanger is adjusted. Although it is possible to provide a structure for adjusting the flow dividing means to increase the flow rate to the heating heat exchanger, this structure is more complicated than the structure described above. .
In addition, as a configuration for using heat converted by the electric heater preferentially as the heating heat over the hot water storage heat, as the electric heater, the hot water in the hot water storage tank is heated. A hot water storage device and a heating device that heats the heating medium circulated and supplied to the heating terminal are provided separately, and surplus power is supplied to the hot water storage heater and the heating electricity. A surplus power distribution ratio adjusting means for adjusting a surplus power distribution ratio distributed and supplied to the heater is provided, and the surplus power distribution ratio adjusting means adjusts the surplus power to be distributed to the heating electric heater by the surplus power distribution ratio adjusting means. However, this configuration is more complicated than the above-described configuration.
Therefore, energy saving can be improved while reducing the cost.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[First Embodiment]
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described based on the drawings.
As shown in FIG. 1, the cogeneration system includes a fuel cell G that generates electric power and heat, an inverter 2 that interconnects the fuel cell G with a commercial power source 1, and hot water stored by the heat generated by the fuel cell G. A hot water storage section S as hot water storage means for storing hot water in the tank 3, a heating section H as heating means for heating a heating target area (not shown) with heat generated in the fuel cell G, and surplus power of the fuel cell G There are provided hot water for storing hot water in the hot water storage tank 3, an electric heater 4 for converting into heat for heating to heat the heating target area, an operation control unit 5 as operation control means for controlling operation, and the like. It is configured.
[0011]
The commercial power source 1 is connected via a commercial power supply line 6 to a power consuming device 7 such as a television, a refrigerator, or a washing machine.
The inverter 2 is configured to convert the output power of the fuel cell G into the same voltage and the same frequency as the power supplied from the commercial power source 1, and the commercial power supply line via the cogeneration supply line 8. The power generated by the fuel cell G is converted into alternating current by the inverter 2 and supplied to the power consuming device 7 via the cogeneration supply line 8. It is.
[0012]
The commercial power supply line 6 is provided with a commercial power measuring unit P1 that measures the commercial power supplied through the commercial power supply line 6. The cogeneration supply line 8 measures the output power of the fuel cell G. An output power measuring unit P2 is provided.
[0013]
The commercial power measuring unit P1 is configured to detect whether or not a reverse power flow occurs in the current flowing through the commercial power supply line 6.
Then, the electric power supplied from the fuel cell G to the commercial power supply line 6 is controlled by the inverter 2 so that a reverse power flow does not occur, and surplus power of the output power of the fuel cell G is supplied to the electric heater 4. It is configured to be.
[0014]
The electric heater 4 is composed of a plurality of electric heaters, and will be described in detail later. However, the electric heater 4 is provided so as to heat the cooling water of the fuel cell G circulating in the cooling water circulation path 9, and an operation switch corresponding to each electric heater. 10 to a cogeneration supply line 8.
The operation switch 10 is configured to adjust the power consumption of the electric heater 4 according to the amount of surplus power so that the power consumption of the electric heater 4 increases as the amount of surplus power increases. It is.
[0015]
The fuel cell G will be further described.
As shown in FIGS. 1 and 2, the fuel cell G includes a cell stack 11 that is supplied with a fuel gas containing hydrogen and an oxygen-containing gas to generate power, and a fuel gas that generates fuel gas to be supplied to the cell stack 11. The generator R, the blower 12 for supplying air as an oxygen-containing gas to the cell stack 11, the cooling water circulation pump 13 for circulating the cooling water for cooling the cell stack 11 through the cooling water circulation path 9, and the cell stack 11 are discharged. A first heat exchanger 14 for recovering exhaust heat that recovers the retained heat of the fuel electrode side exhaust gas into the cooling water flowing through the cooling water circulation path 9, and the retained heat of the oxygen electrode side exhaust gas discharged from the cell stack 11. Second exhaust heat recovery heat exchanger 15 that recovers the retained heat of the combustion exhaust gas discharged from the fuel gas generator R, and cooling that flows through the cooling water circulation path 9 It is then configured with a radiator 16 or the like to cool the.
[0016]
Hereinafter, each part constituting the fuel cell G will be described.
Since the cell stack 11 is well known, detailed description and illustration are omitted, and briefly described. The cell stack 11 is arranged with an oxygen electrode and a fuel electrode arranged on both sides of a polymer film as an electrolyte layer. A plurality of solid polymer cells are provided in a stacked state, and the supplied fuel gas is distributed and supplied to the fuel electrode of each cell, and the supplied reaction air is distributed to the oxygen electrode of each cell. In this configuration, power is generated by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen in each cell.
[0017]
As shown in FIG. 2, the fuel gas generation unit R includes a desulfurizer 17 for desulfurizing a hydrocarbon-based raw fuel gas such as a supplied city gas (for example, a natural gas-based city gas), and the desulfurizer thereof. The desulfurized raw fuel gas supplied from 17 and the steam supplied from a steam generator (not shown) are reformed by heating the reforming burner 18b to generate a reformed gas mainly composed of hydrogen. A reformer 18, a reformer 19 that transforms carbon monoxide in the reformed gas supplied from the reformer 18 into carbon dioxide with water vapor, and one of the reformed gas supplied from the reformer 19. A carbon monoxide remover 20 that selectively oxidizes carbon oxide with separately supplied selective oxidization air is provided, and the carbon monoxide in the reformed gas is reduced by the conversion treatment and the selective oxidation treatment. Low carbon concentration (eg 10pp Below) is arranged to produce a reformed gas.
Then, the reformed gas obtained by reducing carbon monoxide by the modification process and the selective oxidation process is supplied to the cell stack 11 as the fuel gas.
[0018]
Further, a raw fuel supply amount adjustment valve 23 for adjusting the supply amount of the raw fuel gas to the fuel gas generation unit R is provided, and the raw fuel gas to the fuel gas generation unit R is provided by the raw fuel supply amount adjustment valve 23. By adjusting the supply amount, the supply amount of the fuel gas supplied to the cell stack 11 is adjusted, and the output power of the cell stack 11 is adjusted. The maximum output power in the output power adjustment range is set between 800 and 2000 W, for example.
[0019]
The reformer burner 18b is supplied with the fuel electrode side exhaust gas discharged from the fuel electrode of each cell of the cell stack 11 through the fuel electrode side exhaust gas passage 21, and also supplied with combustion air by the blower 12 The reformer burner 18b burns the fuel electrode side exhaust gas and heats the reformer 18 so that a reforming reaction is possible.
The mixed exhaust gas is mixed so that the oxygen electrode exhaust gas discharged from the oxygen electrode of each cell of the cell stack 11 and the combustion exhaust gas discharged from the reforming burner 18b are mixed and the mixed exhaust gas is discharged outside the apparatus. A path 22 is connected to the reforming burner 18 b and the cell stack 11.
[0020]
As shown in FIG. 1, the cooling water circulation path 9 cools the cell stack 11 and discharges the cooling water discharged from the cell stack 11, and a heating heat exchanger constituting the heating unit H described later in detail. 24, the hot water storage heat exchanger 25 constituting the hot water storage section S, which will be described in detail later, the radiator 16, the second exhaust heat recovery heat exchanger 15, and the first exhaust heat recovery heat exchanger 14 in this order. It is provided so as to flow and return to the cell stack.
As shown in FIG. 2, the fuel electrode side exhaust gas passage 21 is provided so as to flow the fuel electrode exhaust gas to the first exhaust heat recovery heat exchanger 14, and the retained heat of the fuel electrode exhaust gas is used as cooling water. The mixed exhaust gas path 22 is provided so as to flow the mixed exhaust gas through the second exhaust heat recovery heat exchanger 15, and the mixed exhaust gas, that is, the combustion exhaust gas and the oxygen electrode side. The retained heat of the exhaust gas is recovered in the cooling water.
[0021]
That is, as the heat generated from the fuel cell G, the retained heat of each of the combustion exhaust gas, the oxygen electrode side exhaust gas and the fuel electrode side exhaust gas, and the power generation reaction heat generated from the cell stack 11 are recovered in the cooling water. Then, the cooling water is passed through the heating heat exchanger 24 and the hot water storage heat exchanger 25 in this order so that the heat generated in the fuel cell G is stored in the hot water storage tank 3 for hot water storage. It is configured to be used preferentially as heating heat for heating the heating target area over heating heat.
[0022]
The electric heater 4 is a cooling that flows through a portion of the cooling water circulation path 9 downstream of the fuel cell G (specifically, the cell stack 11) and upstream of the heating heat exchanger 24. It is provided so as to heat water, and the heat converted by the electric heater 4 is configured to be used as the heating heat over the hot water storage heat.
[0023]
A cooling water temperature sensor Tw for detecting the temperature of the cooling water flowing out from the cell stack 11 is provided, and the cooling is performed by the operation control unit 5 so that the detected temperature of the cooling water temperature sensor Tw falls within a set cooling water temperature range. The water circulation pump 13 is controlled to adjust the cooling water circulation flow rate.
Further, when the detected temperature of the cooling water temperature sensor Tw exceeds the set cooling water temperature range with the cooling water circulation flow rate adjusted to the set maximum flow rate, the operation control unit 5 causes the radiator 16 of the radiator 16 to be The fan 16f is operated to radiate the radiator 16, and the operation of the radiator fan 16f is controlled so that the detected temperature falls within the set cooling water temperature range.
That is, when the amount of hot water stored in the hot water storage tank 3 is full and the heat generated in the fuel cell G cannot be dissipated to the hot water taken out from the hot water storage tank 3 by the hot water storage heat exchanger 25. Since the detected temperature of the cooling water temperature sensor Tw rises, the radiator 16 is radiated.
[0024]
Based on FIG. 1, the hot water storage section S will be described. The hot water storage section S includes, in addition to the hot water storage tank 3 and the hot water storage heat exchanger 25, a hot water storage circuit 26 for circulating hot water in the hot water storage tank 3 over the hot water storage heat exchanger 25, and its hot water storage circuit. A hot-water storage auxiliary pump for hot water storage as a hot water storage auxiliary heater for heating hot water flowing out of the hot water storage heat exchanger 25 and flowing into the hot water storage tank 3. 28 etc. are comprised. Incidentally, the hot water storage auxiliary heat source unit 28 includes a heat exchanging unit 28a for flowing hot water to be heated, a burner 28b for heating the heat exchanging unit 28a, a fan 28c for supplying combustion air to the burner 28b, and the like. It is.
[0025]
The hot water storage circulation path 26 is connected to the bottom and top of the hot water storage tank 3, and the hot water storage circulation pump 27 is provided so as to suck the bottom of the hot water storage tank 3, and is taken out from the bottom of the hot water storage tank 3. The hot water is heated by the hot water storage heat exchanger 25 and returned to the top of the hot water storage tank 3 so that hot water is stored in a state where temperature stratification is formed in the hot water storage tank 3.
A hot water supply passage 29 is connected to the bottom of the hot water storage tank 3, and a hot water supply passage 30 is connected to the top of the hot water storage tank 3. And when the hot-water tap which is not shown in figure is opened, hot water is taken out from the upper part of the said hot water storage tank 3, and it is comprised so that a hot-water supply location may be supplied through the said hot-water supply path 30.
[0026]
The hot water supply passage 30 is provided with hot water supply heat load measuring means 31 for measuring a hot water supply heat load when supplying hot water taken out from the hot water storage tank 3.
The hot water storage tank 3 is provided with four hot water storage amount detection temperature sensors Tt at intervals in the vertical direction for detecting the hot water storage amount of the hot water storage tank 3. That is, the hot water storage amount detection temperature sensor Tt detects a temperature that is equal to or higher than the set temperature so that hot water is stored at the installation position. The hot water storage amount detection temperature sensor Tt is configured to detect the amount of hot water storage in four stages based on the position of the lowermost hot water storage amount detection temperature sensor Tt. The detection temperatures of all four hot water storage amount detection temperature sensors Tt are equal to or higher than the set temperature. In this case, the hot water storage amount of the hot water storage tank 3 is detected to be the upper limit hot water storage amount.
[0027]
An inlet thermistor Tsi that detects the inflow temperature of hot water to the hot water storage auxiliary heat source device 28 is provided at the inlet of the hot water storage auxiliary heat source device 28, and the hot water storage auxiliary heat source device 28 has an outlet thermistor Tsi. An outlet thermistor Tse for detecting the temperature of hot water flowing out from the auxiliary heat source unit 28 is provided.
And the hot water storage control which controls the operation | movement of the said hot water storage part S is performed by the said operation control part 5 so that the hot water of preset hot water storage temperature may be supplied to the said hot water storage tank 3. This hot water storage control is always executed when the fuel cell G is in operation.
In the hot water storage control, the operation control unit 5 controls the hot water circulation pump 27 based on the detected temperatures of the inlet thermistor Tsi and the outlet thermistor Tse so that the inflow temperature becomes the set hot water storage temperature. When the hot water circulation flow rate in the hot water circulation circuit 26 is adjusted and the hot water circulation flow rate becomes the set lower limit hot water circulation flow rate, and the inflow temperature falls below the set hot water storage temperature, the hot water auxiliary heat source device 28 is heated, and the combustion amount of the hot water storage auxiliary heat source unit 28 is adjusted so that the outflow temperature becomes the set hot water storage temperature.
[0028]
Incidentally, when the hot water tap is opened when the fuel cell G is stopped and the hot water storage amount of the hot water storage tank 3 is less than the lower limit, the operation control unit 5 causes the hot water storage circulation pump 27 to The hot water storage auxiliary heat source device 28 is heated and operated, and the hot water that is heated by the hot water storage auxiliary heat source device 28 and flows into the hot water storage tank 3 through the hot water storage circulation passage 26 is operated. It is configured to be taken out through and supplied with hot water.
[0029]
Based on FIG. 1, the heating unit H will be described. The heating unit H includes, in addition to the heating heat exchanger 24, a heating terminal 32 installed in the heating target area, and heating that circulates a heat medium across the heating heat exchanger 24 and the heating terminal 32. Heating circulation path 33, heating circulation pump 34 provided in the heating circulation path 33, and auxiliary heating for heating that heats the heat medium flowing out from the heating heat exchanger 24 and flowing into the heating terminal 32 A gas-fired auxiliary heating source 35 for heating as a heating device, a heating operation unit 36 for instructing a heating start to start the operation of the heating unit H and a heating stop to stop the heating unit H, and the like. . Incidentally, the heating auxiliary heat source unit 35 includes a heat exchanging portion 35a for passing a heat medium to be heated, a burner 35b for heating the heat exchanging portion 35a, a fan 35c for supplying combustion air to the burner 35b, and the like. It is configured.
[0030]
The heating terminal 32 is provided with heating heat load measuring means 37 for measuring the heating heat load at the heating terminal 32.
In addition, an inlet thermistor Thi for detecting the inflow temperature of the heat medium to the heating auxiliary heat source unit 35 is provided at the inlet of the heating auxiliary heat source unit 35, and the heating is provided at the outlet of the heating auxiliary heat source unit 35. An outlet thermistor The for detecting the temperature of the heat medium flowing out from the auxiliary heat source unit 35 is provided.
When the heating control unit 36 instructs the heating operation unit 36 to start heating, the operation of the heating unit H is controlled so as to supply a heating medium having a set heating medium temperature to the heating terminal unit 32. When the heating control is executed and the heating operation unit 36 is instructed to stop the heating, the heating unit H is stopped.
In the heating control, the operation control unit 5 operates the heating circulation pump 34 intermittently at a duty ratio corresponding to the heating heat load, and the inlet thermistor is operated during the operation of the heating circulation pump 34. When the inflow temperature is lower than the set heat medium temperature based on the detected temperature of Thi and the outlet thermistor The, the heating auxiliary heat source unit 35 is heated and the outflow temperature becomes the set heat medium temperature. Thus, the combustion amount of the heating auxiliary heat source unit 35 is adjusted.
When the heating operation unit 36 is instructed to stop heating, the operation control unit 5 stops the heating circulation pump 34, and when the heating auxiliary heat source unit 35 is in a heating operation, the heating control unit 5 performs heating. The operation is stopped and the heating unit H is stopped.
[0031]
Hereinafter, the power generation control for controlling the operation of the fuel cell G by the operation control unit 5 will be described.
This power generation control is configured to start when an operation start of the fuel cell G is instructed from a fuel cell operation unit (not shown) and to stop when an operation stop is instructed from the fuel cell operation unit.
In advance, the operation control unit 5 increases the supply amount of the raw fuel gas to the fuel gas generation unit R and the supply amount of air to the cell stack 11 as the output power of the fuel cell G increases. Thus, it is set and stored according to the output power of the fuel cell G.
[0032]
In the power generation control, the operation control unit 5 performs a power load following operation in which the output power of the fuel cell G is changed and adjusted according to the power load while the heating unit H is stopped. During operation, a maximum output operation for adjusting the output power of the fuel cell G to the set maximum output power set to the maximum value in the adjustment range is executed.
In the load following operation, the operation control unit 5 is configured so that the supply amount of the raw fuel gas becomes a set supply amount corresponding to the detected output power based on the detected output power of the output power measuring unit P2. The raw fuel supply amount adjustment valve 23 is controlled, and the blower 12 is controlled so that the supply amount of air to the cell stack 11 becomes a set supply amount corresponding to the detected output power. Incidentally, in this load following operation, when the power consumed by the power consuming device 7, that is, when the power load exceeds the set maximum output power, the output power of the fuel cell G is adjusted to the set maximum output power. Thus, a portion of the power load that is insufficient for the output power of the fuel cell G is supplied from the commercial power source 1.
[0033]
Further, the operation control unit 5 controls the raw fuel supply amount adjustment valve 23 so that the supply amount of the raw fuel gas becomes a set supply amount corresponding to the set maximum output power in the maximum output operation, Further, the blower 12 is controlled so that the supply amount of air to the cell stack 11 becomes a set supply amount corresponding to the set maximum output power, and the detected output power of the output power measuring unit P2 is set to the set value. The operation switch 10 is controlled so that the maximum output power is obtained. That is, of the output power of the fuel cell power generation unit G, the remaining surplus power consumed by the power consuming device 7 is consumed by the electric heater 4 and flows through the cooling water circulation path 9. Water will be heated.
[0034]
Next, the control operation of the operation control unit 5 will be described.
When the start of operation of the fuel cell G is instructed from the fuel cell operation unit as shown in the flowchart of FIG. 3, the power generation control is executed, and the operation stop of the fuel cell G is instructed from the fuel cell operation unit. Then, a stop process is executed to stop the operation of the fuel cell G. Incidentally, in the stop process, the raw fuel supply amount adjustment valve 23 is closed to stop the supply of the raw fuel gas to the fuel gas generation unit R, and the blower 12 is stopped to the cell stack 11. The process of stopping the supply of air is performed.
[0035]
Based on the flowchart shown in FIG. 4, the control operation in the power generation control will be described.
It is determined whether or not the maximum output operation is being performed (step # 1), and when the maximum output operation is not being performed, it is determined whether or not the heating operation unit 36 is instructed to start heating, When the start of heating is not instructed, the load following operation is executed, and when the start of heating is instructed, the maximum output operation is executed (steps # 1 to # 4).
When it is determined in step # 1 that the maximum output operation is being performed, it is determined whether or not a heating stop is instructed from the heating operation unit 36, and when the heating stop is instructed, the maximum output operation is stopped. Then, when the load following operation is executed and heating stop is not instructed, whether or not the hot water storage amount of the hot water storage tank 3 is greater than or equal to the upper limit hot water storage amount based on the detection information of the four hot water storage amount detection temperature sensors Tt. If the upper limit hot water storage amount is exceeded, the maximum output operation is stopped and the load following operation is executed. If the upper limit hot water storage amount is less than the upper limit hot water storage amount, the maximum output operation is continued (steps # 5, #). 6, # 3).
[0036]
Hereinafter, although 2nd thru | or 4th embodiment of the present invention is described, in each embodiment, control operations other than the power generation control among the whole composition of a cogeneration system and the control operation of the operation control part 5 are as follows. Since it is the same as that of 1st Embodiment, the description and illustration are abbreviate | omitted and the said electric power generation control is mainly demonstrated.
[0037]
[Second Embodiment]
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described based on the drawings.
In the second embodiment, the operation control unit 5 manages time-series power load information, time-series hot water supply heat load information, and time-series heating heat load information, and operates the heating unit H. When the maximum output operation is performed when the maximum output operation is performed, the maximum output operation time required for the amount of hot water stored in the hot water storage tank 3 to reach the upper limit hot water storage amount is determined, and the maximum output operation obtained is possible The maximum output operation is executed only when the time is longer than the set time for determining whether or not the maximum output operation can be executed.
[0038]
First, load information management control in which the operation control unit 5 manages time-series power load information, time-series hot water supply heat load information, and time-series heating heat load information will be described.
In the load information management control, the operation control unit 5 obtains predicted power load data as predicted power load information that is time-series fluctuations of the power load based on the time-series consumption data of power, and calculates time-series consumption data of heating Predicted heating heat load data as predicted heating heat load information that is time-series fluctuation of heating heat load based on the temperature, and predicted hot water supply heat load information that is time-series fluctuation of hot water supply heat load based on time-series consumption data of hot water supply The predicted load calculation process for obtaining the predicted hot water supply thermal load data is executed.
Incidentally, the time-series consumption data of the power is the power consumption of the power consuming device 7 and is based on the measured power of the commercial power measuring unit P1 and the output power measuring unit P2 and the consumed power of the electric heater 4 (commercial power). It is obtained by an arithmetic expression of (measured power of measuring unit P1) + (measured power of output power measuring unit P2) − (power consumption of electric heater 4).
The heating time-series consumption data is measured by the heating heat load measuring means 37, and the hot water supply time-series consumption data is measured by the hot water supply heat load measuring means 31.
[0039]
Next, a description will be given of the predicted load calculation process.
The operation control unit 7 performs a data update process for updating and storing past load data for one day in a state of associating with the day of the week based on the actual consumption state, and is stored every time the date changes. Predictive load calculation processing for obtaining predicted load data for one day of the day from past load data for the day is configured.
[0040]
When the data update process is further described, the past load data for one day indicating how much power load, heating heat load, and hot water supply heat load existed in which time zone of the day is updated in a state in which it is associated with the day of the week. Configured to memorize.
First, the past load data will be described. The past load data is composed of three types of load data: power load data, heating heat load data, and hot water supply heat load data. As shown in FIG. Is stored in a state of being divided for each day of the week from Sunday to Saturday.
The past load data for one day includes 24 pieces of power load data per unit time, 24 pieces of heating heat load data per unit time, and hot water supply per unit time, with 1 hour of 24 hours as a unit time. It consists of 24 pieces of thermal load data.
[0041]
When the configuration for updating the past load data as described above is added, each of the power load per unit time, the heating load, and the hot water supply heat load is measured as described above from the actual consumption state, and the measurement is performed. In a state where the load data is stored, the actual load data for one day is stored in association with the day of the week.
When the actual load data for one day is stored for one week, new past load data is obtained by adding the past load data and the actual load data at a predetermined ratio for each day of the week. New past load data is stored and the past load data is updated.
[0042]
Specifically, taking Sunday as an example, as shown in FIG. 5, from the past load data D1m corresponding to Sunday among the past load data and the actual load data A1 corresponding to Sunday among the actual load data, New past load data D1 (m + 1) corresponding to Sunday is obtained by the following [Equation 1], and the obtained past load data D1 (m + 1) is stored.
In the following [Equation 1], D1m is past load data corresponding to Sunday, A1 is actual load data corresponding to Sunday, K is a constant of 0.75, and D1 (m + 1) is And new past load data.
[0043]
[Expression 1]
D1 (m + 1) = (D1m × K) + {A1 × (1-K)}
[0044]
When the predicted load calculation process is described further, it is configured to obtain predicted load data indicating how much power load, heating heat load, and hot water supply heat load are predicted in which time zone of the day.
That is, out of the seven past load data for each day of the week, the past load data corresponding to the day of the day and the actual load data of the previous day are added together at a predetermined ratio to determine how much power load and heating in which time zone. It is configured to obtain predicted load data on whether a heat load or a hot water supply heat load is predicted.
[0045]
More specifically, the case of obtaining the predicted load data for one day on Monday is described as an example. As shown in FIG. 5, seven past load data D1m to D7m for each day of the week and seven actual load data A1 for each day of the week are shown. ~ A7 are stored, the predicted load data for one day on Monday is calculated from the past load data D2m corresponding to Monday and the actual load data A1 corresponding to Sunday of the previous day by the following [Equation 2]. Find B.
The predicted load data B for one day consists of predicted power load data for one day, predicted heating heat load data for one day, predicted hot water supply heat load data for one day, as shown in FIG. 6A shows the predicted power load data for one day, FIG. 6B shows the predicted heating heat load data for one day, and FIG. 1 shows the predicted hot water supply heat load data for one day.
In the following [Equation 2], D2m is past load data corresponding to Monday, A1 is actual load data corresponding to Sunday, Q is a constant of 0.25, and B is a predicted load. Data.
[0046]
[Expression 2]
B = (D2m × Q) + {A1 × (1-Q)}
[0047]
Next, the operable time calculation control in which the operation control unit 5 calculates the maximum output operable time will be described.
In addition to the set maximum output power, the operation control unit 5 includes a set maximum output heat amount per unit time for operation possible time calculation, a set heater efficiency, and a set time for determining whether or not the maximum output operation can be executed. Is remembered.
The set maximum output calorie per unit time for operation time calculation is the fuel cell per unit time for operation time calculation when the fuel cell G is operated so that its output power becomes the set maximum output power. This is the amount of heat generated from G.
The set heater efficiency is an efficiency at which electric energy is converted into heat energy by the electric heater 4, and is set to 0.9, for example.
As the set time, even if there is a decrease in the energy efficiency of the fuel cell G during an increase in the output power of the fuel cell G, the overall energy efficiency is improved by executing the maximum output operation. Is set to a possible time.
[0048]
In the operable time calculation control, when the heating operation unit 36 is instructed to start heating, the operation control unit 5 is instructed to store hot water in the hot water storage tank 3 at the time of the command and to start heating. The amount of time required for the hot water storage amount per unit time for operation available time calculation to be calculated after that time, the hot water storage amount per unit time for operation available time calculation is integrated, and the accumulated value reaches the hot water storage amount Is determined as the maximum output operation possible time.
[0049]
The amount of hot water that can be stored in the hot water storage tank 3 at the time of the command to start heating is obtained as follows.
That is, based on the detection information of the four hot water storage amount detection temperature sensors Tt, the current hot water storage amount of the hot water storage tank 3 at the time of the heating start command is determined, and the determined current hot water storage amount is subtracted from the upper limit hot water storage amount. Thus, the hot water storage possible amount of the hot water storage tank 3 at the time of the heating start command is obtained.
[0050]
The amount of stored hot water per unit time for calculating the operable time is obtained as follows.
That is, based on the set maximum output power and the predicted power load data, the surplus power per unit time for the operable time calculation is obtained, and the surplus power per unit time for the operable time calculation and the set heater efficiency are calculated. Based on the unit time for calculating the operable time, the heater conversion heat amount converted into heat by the electric heater 4 using the surplus power is obtained.
Next, the total amount of heat generated per unit time for the operable time calculation is obtained by adding the heater conversion heat amount per unit time for the operable time calculation and the set maximum output heat amount per unit time for the operable time calculation.
Next, by subtracting the predicted heating heat load data from the total generated heat amount based on the total generated heat amount per unit time for the operable time calculation and the predicted heating heat load data, per unit time for the operable time calculation, While calculating | requiring the calorie | heat amount turned for the hot water storage to the said hot water storage tank 3, based on the calorie | heat amount turned for the hot water storage per unit time for the operation time calculation, the said hot water storage per unit time for the operation time calculation The amount of hot water supplied to the tank 3 is obtained.
Next, based on the hot water supply amount per unit time for operation possible time calculation and the predicted hot water supply thermal load data, by subtracting the predicted hot water supply heat load data from the hot water supply amount, The amount of hot water stored in the hot water storage tank 3 is obtained. Incidentally, when the predicted hot water supply heat load data is large, the hot water storage amount per unit time for calculating the operable time may be a negative value.
[0051]
Then, after the start of heating is instructed, the hot water storage amount per unit time for the operable time calculation is obtained as described above in the direction of time advance, and the hot water storage per unit time for the calculated operable time is obtained. The process of accumulating the amount is executed until the accumulated hot water storage amount reaches the hot water storage possible amount, and a time obtained by multiplying the accumulated number and the unit time for calculating the operable time is obtained as the maximum output operable time.
Incidentally, when there is no predicted heating heat load data at the time when the heating start is commanded, the above operation is performed based on the predicted heating heat load data closest in time after the time when the heating start is commanded. The possible time calculation control is performed. In addition, when the predicted heating heat load data disappears before the accumulated value of the hot water storage amount per unit time for calculating the operable time reaches the hot water storage amount, the last prediction in time of the predicted heating heat load data. Assuming that the heating heat load data continues thereafter, the above-described operable time calculation control is performed.
[0052]
Next, the control operation in the power generation control will be described based on the flowchart shown in FIG.
It is determined whether or not the maximum output operation is being performed. When the maximum output operation is not being performed, it is determined whether or not the heating operation unit 36 is instructed to start heating, and the heating start is not instructed. When the load following operation is executed and the start of heating is commanded, the maximum output operation possible time Ta is obtained, and the obtained maximum output operation available time Ta is set time for determining whether or not the maximum output operation can be executed. It is determined whether or not it is longer than Ts. If it is longer, the maximum output operation is executed, and if not longer, the load following operation is executed (steps # 11 to # 16).
When it is determined in step # 11 that the maximum output operation is being executed, it is determined whether or not a heating stop is instructed from the heating operation unit 36, and when the heating stop is instructed, the maximum output operation is stopped. Then, when the load following operation is executed and heating stop is not instructed, whether or not the hot water storage amount of the hot water storage tank 3 is greater than or equal to the upper limit hot water storage amount based on the detection information of the four hot water storage amount detection temperature sensors Tt. If the upper limit hot water storage amount is exceeded, the maximum output operation is stopped and the load following operation is executed. If the upper limit hot water storage amount is less than the upper limit hot water storage amount, the maximum output operation is continued (steps # 17, #). 18, # 13).
[0053]
[Third Embodiment]
The third embodiment of the present invention will be described below based on the drawings.
In the third embodiment, when the operation of the heating unit H is started, the operation control unit 5 changes the power increase that is the difference between the set maximum output power and the current output power of the fuel cell G. The width is obtained, and the maximum output operation is executed only when the obtained power increase change width is larger than the set power for determining whether or not the maximum output operation can be executed.
The current output power of the fuel cell G is measured by the output power measuring unit P2.
The set power for determining whether or not the maximum output operation can be executed cancels the decrease in the overall energy efficiency until the output power of the fuel cell G increases to the target power when the maximum output operation is executed. Thus, the power is set to a level that can improve the overall energy efficiency, and the set power is stored in the operation control unit 5.
[0054]
Next, the control operation in the power generation control will be described based on the flowchart shown in FIG.
It is determined whether or not the maximum output operation is being performed. When the maximum output operation is not being performed, it is determined whether or not the heating operation unit 36 is instructed to start heating, and the heating start is not instructed. When the load following operation is executed and the start of heating is commanded, the power increase change width Pa is obtained, and the obtained power increase change width Pa is determined from the set power Ps for determining whether or not maximum output operation can be performed. If it is large, the maximum output operation is executed, and if it is not large, the load following operation is executed (steps # 21 to # 26).
When it is determined in step # 21 that the maximum output operation is being performed, it is determined whether or not a heating stop is instructed from the heating operation unit 36, and when the heating stop is instructed, the maximum output operation is stopped. Then, when the load following operation is executed and heating stop is not instructed, whether or not the hot water storage amount of the hot water storage tank 3 is greater than or equal to the upper limit hot water storage amount based on the detection information of the four hot water storage amount detection temperature sensors Tt. If the upper limit hot water storage amount is exceeded, the maximum output operation is stopped and the load following operation is executed. If the upper limit hot water storage amount is less than the upper limit hot water storage amount, the maximum output operation is continued (steps # 27, #). 28, # 23).
[0055]
[Fourth Embodiment]
Hereinafter, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
In the fourth embodiment, the operation control unit 5 manages time-series power load information, time-series hot water supply heat load information, and time-series heating heat load information, and operates the heating unit H. When the maximum output operation is executed, the maximum output operation possible time required for the amount of hot water stored in the hot water storage tank 3 to reach the upper limit hot water storage amount is obtained, and the set maximum output power and A power increase change width that is a difference from the current output power of the fuel cell G is obtained, the maximum output operation possible time is longer than a set time for determining whether or not the maximum output operation can be performed, and the power increase change width Is configured to execute the maximum output operation only when the power is larger than the set power for determining whether or not the maximum output operation can be executed.
[0056]
Since the maximum output operation possible time is obtained in the same manner as in the second embodiment, the description of how to obtain it is omitted, and the power increase change width is obtained in the same manner as in the third embodiment. The explanation of the method is omitted.
[0057]
Next, a control operation in the power generation control will be described based on the flowchart shown in FIG.
It is determined whether or not the maximum output operation is being performed. When the maximum output operation is not being performed, it is determined whether or not the heating operation unit 36 is instructed to start heating, and the heating start is not instructed. When the load following operation is executed and the start of heating is instructed, the maximum output operable time Ta and the power increase change width Pa are obtained, and the maximum output operable time Ta is determined from the set time Ts. The maximum output operation is executed only when the power increase change width Pa is longer than the set power Ps, and otherwise the load following operation is executed (steps # 31 to # 37).
When it is determined in step # 31 that the maximum output operation is being performed, it is determined whether or not a heating stop is commanded from the heating operation unit 36, and when the heating stop is commanded, the maximum output operation is stopped. Then, when the load following operation is executed and heating stop is not instructed, whether or not the hot water storage amount of the hot water storage tank 3 is greater than or equal to the upper limit hot water storage amount based on the detection information of the four hot water storage amount detection temperature sensors Tt. If the upper limit hot water storage amount is exceeded, the maximum output operation is stopped and the load following operation is executed. If the upper limit hot water storage amount is less than the upper limit hot water storage amount, the maximum output operation is continued (steps # 38, #). 39, # 33).
[0058]
    [Another embodiment]
  Next, another embodiment will be described.The
[0060]
(B) AboveIn each of the second and fourth embodiments described above, the case where heat dissipation from the hot water storage tank 3 is not taken into consideration when the maximum output operation possible time is obtained is illustrated, but heat dissipation from the hot water storage tank 3 is considered. You may do it.
  In that case, based on the hot water storage amount per unit time for operation possible time calculation obtained as described above, the predicted hot water storage amount of the hot water storage tank 3 is determined for each unit time for operation possible time calculation, When the amount of heat released corresponding to the predicted amount of stored hot water is obtained and the amount of stored hot water per unit time for calculating the operable time is integrated, the amount of hot water corresponding to the amount of heat released is subtracted to obtain the maximum output operable time Anyway.
[0061]
(BIn the first to fourth embodiments described above, when the amount of hot water stored in the hot water storage tank 3 becomes equal to or greater than the upper limit hot water storage amount before the heating stop is commanded during execution of the maximum output operation, Although the case where the maximum output operation is stopped and the load following operation is executed is illustrated, the maximum output operation is continued even when the hot water storage amount of the hot water storage tank 3 is equal to or greater than the upper limit hot water storage amount, and the cooling water temperature sensor When the detected temperature of Tw exceeds the set coolant temperature range, the operation of the radiator fan 16f may be controlled so that the detected temperature falls within the set coolant temperature range.
[0062]
(CAs the heat generated from the fuel cell G used for the hot water storage heat and the heating heat, as exemplified in the above embodiments, the combustion exhaust gas, the oxygen electrode side exhaust gas, and the fuel electrode side exhaust gas respectively It is not limited to the retained heat and the power generation reaction heat generated from the cell stack 11.
  For example, any one, any two, or all of the retained heat of the combustion exhaust gas, the oxygen electrode side exhaust gas, and the fuel electrode side exhaust gas may be removed.
  Also, the retained heat of the reformed gas supplied from the transformer 19 to the carbon monoxide remover 20 and the retained heat of the fuel gas supplied from the fuel gas generator R to the cell stack 11 Can be used.
[0063]
(DThe specific configuration of the fuel cell G is not limited to the configuration exemplified in each of the above embodiments.
  For example, the fuel gas generator R may be omitted and pure hydrogen gas may be supplied as the fuel gas.
  In addition to the solid polymer type exemplified in the above embodiment, various types such as a phosphoric acid type and a solid electrolyte type may be used.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of a cogeneration system according to a first embodiment.
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the fuel cell of the cogeneration system according to the first embodiment.
FIG. 3 is a flowchart illustrating a control operation of the cogeneration system according to the first embodiment.
FIG. 4 is a flowchart showing a control operation of the cogeneration system according to the first embodiment.
FIG. 5 is a diagram for explaining data update processing;
FIG. 6 is a diagram showing a predicted load for one day.
FIG. 7 is a flowchart showing a control operation of the cogeneration system according to the second embodiment.
FIG. 8 is a flowchart showing a control operation of the cogeneration system according to the third embodiment.
FIG. 9 is a flowchart showing a control operation of the cogeneration system according to the fourth embodiment.
[Explanation of symbols]
3 Hot water storage tank
4 Electric heater
5 Operation control means
9 Cooling water circuit
24 Heat exchanger for heating
25 Heat exchanger for hot water storage
26 Hot water storage circuit
32 Heating terminal
33 Heating circuit
G Fuel cell
H Heating means
S Hot water storage means

Claims (4)

電力及び熱を発生する燃料電池と、その燃料電池にて発生する熱にて貯湯タンクに貯湯する貯湯手段と、前記燃料電池にて発生する熱にて暖房対象域を暖房する暖房手段と、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、
前記燃料電池を冷却する冷却水を循環させる冷却水循環路が、冷却水を前記燃料電池、前記暖房手段、前記貯湯手段の順に通流させるように設けられて、前記燃料電池にて発生する熱が前記貯湯用熱よりも前記暖房用熱として優先して用いられるように構成され、
前記燃料電池にて発電される電力の余剰電力を熱に変換する電気ヒータが、前記冷却水循環路における前記燃料電池よりも下流側で且つ前記暖房手段よりも上流側の部分を通流する冷却水を加熱するように設けられて、前記電気ヒータにて変換される熱が前記貯湯用熱よりも前記暖房用熱として優先して用いられるように構成され、
前記運転制御手段は、前記暖房手段の停止中は、電力負荷に応じて前記燃料電池の出力電力を変更調節する電力負荷追従運転を実行し、前記暖房手段の運転中は、前記燃料電池の出力電力をその調節範囲における最大値又は略最大値に設定された設定最大出力電力に調節する最大出力運転を実行するように構成されているコージェネレーションシステム。A fuel cell for generating electric power and heat, a hot water storage means for storing hot water in a hot water storage tank with heat generated by the fuel cell, a heating means for heating a heating target area with the heat generated by the fuel cell, and operation A cogeneration system provided with operation control means for controlling
A cooling water circulation path for circulating cooling water for cooling the fuel cell is provided so that the cooling water flows in the order of the fuel cell, the heating means, and the hot water storage means, and heat generated in the fuel cell is generated. It is configured to be used preferentially as the heating heat over the hot water storage heat,
Cooling water in which an electric heater that converts surplus power generated by the fuel cell into heat flows through a portion of the cooling water circulation path that is downstream of the fuel cell and upstream of the heating means. The heat converted by the electric heater is preferentially used as the heating heat over the hot water storage heat,
The operation control means performs a power load follow-up operation in which the output power of the fuel cell is changed and adjusted according to an electric power load while the heating means is stopped, and the output of the fuel cell is operated during the operation of the heating means. A cogeneration system configured to execute a maximum output operation for adjusting power to a set maximum output power set to a maximum value or a substantially maximum value in the adjustment range. 前記運転制御手段は、時系列的な電力負荷情報、時系列的な給湯熱負荷情報及び時系列的な暖房熱負荷情報を管理して、前記暖房手段の運転が開始されるときに、前記最大出力運転をした場合においてその時点以降の単位時間当たりに前記貯湯タンクに貯湯される貯湯量の積算値がその時点における前記貯湯タンクの貯湯可能量に達するまでに要する時間を、前記最大出力運転を実行した場合において前記貯湯タンクへの貯湯量がその上限貯湯量に達するまでに要する最大出力運転可能時間として求めて、その求めた最大出力運転可能時間が最大出力運転実行可否判断用の設定時間よりも長いときのみ、前記最大出力運転を実行するように構成されている請求項１記載のコージェネレーションシステム。The operation control means manages time-series power load information, time-series hot water supply heat load information, and time-series heating heat load information, and when the operation of the heating means is started, the maximum When the output operation is performed, the maximum output operation is determined as the time required for the accumulated value of the amount of hot water stored in the hot water storage tank per unit time after that time to reach the hot water storage capacity of the hot water storage tank at that time. the amount of hot water storage to the hot water storage tank is determined as the maximum power operation possible time required to reach the upper limit amount of hot water storage in case of executing, its maximum output operable time obtained is higher than the set time for maximum power operation execution determination criterion 2. The cogeneration system according to claim 1, wherein the cogeneration system is configured to execute the maximum output operation only when the output is long. 前記運転制御手段は、前記暖房手段の運転が開始されるときに、前記設定最大出力電力と現在の前記燃料電池の出力電力との差を求めて、求めた差が最大出力運転実行可否判断用の設定電力よりも大きいときのみ、前記最大出力運転を実行するように構成されている請求項１又は２記載のコージェネレーションシステム。The operation control means obtains a difference between the set maximum output power and the current output power of the fuel cell when the operation of the heating means is started, and the obtained difference is for determining whether or not the maximum output operation can be performed. 3. The cogeneration system according to claim 1, wherein the cogeneration system is configured to execute the maximum output operation only when the power is larger than the set power. 前記貯湯手段が、貯湯用循環路を通じて前記貯湯タンクの湯水を貯湯用熱交換器にわたって循環させるように構成され、
前記暖房手段が、暖房用循環路を通じて熱媒を暖房用熱交換器と暖房端末器とにわたって循環させるように構成され、
前記燃料電池を冷却する冷却水を循環させる冷却水循環路が、冷却水を前記燃料電池、前記暖房用熱交換器、前記貯湯用熱交換器の順に通流させるように設けられて、前記燃料電池にて発生する熱が前記貯湯用熱よりも前記暖房用熱として優先して用いられるように構成され、
前記電気ヒータが、前記冷却水循環路における前記燃料電池よりも下流側で且つ前記暖房用熱交換器よりも上流側の部分を通流する冷却水を加熱するように設けられて、前記電気ヒータにて変換される熱が前記貯湯用熱よりも前記暖房用熱として優先して用いられるように構成されている請求項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。The hot water storage means is configured to circulate hot water in the hot water storage tank through a hot water storage circulation path through a hot water storage heat exchanger,
The heating means is configured to circulate the heat medium through the heating circulation path between the heating heat exchanger and the heating terminal;
A cooling water circulation path for circulating cooling water for cooling the fuel cell is provided so that the cooling water flows in the order of the fuel cell, the heating heat exchanger, and the hot water storage heat exchanger. The heat generated at is preferentially used as the heating heat over the hot water storage heat,
The electric heater is provided so as to heat cooling water flowing through a portion downstream of the fuel cell in the cooling water circulation path and upstream of the heat exchanger for heating, and the electric heater The cogeneration system according to any one of claims 1 to 3, wherein heat to be converted is preferentially used as the heating heat over the hot water storage heat.
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