JP4465168B2 - コージェネレーションシステム - Google Patents

Description

本発明は、電力と熱とを出力してその出力を調整可能な熱電併給装置と、その熱電併給装置から出力される熱にて加熱された湯水を貯湯する貯湯タンクと、運転を制御する運転制御手段とが設けられ、
前記運転制御手段は、現在要求されている現電力負荷を賄えるように、前記熱電併給装置の出力を調整する電力負荷追従運転を行うように構成されているコージェネレーションシステムに関する。

上記のようなコージェネレーションシステムは、熱電併給装置が、内燃機関や外燃機関と発電機とを組み合わせたものや燃料電池などから構成され、熱電併給手段にて出力される電力を使用するとともに、熱電併給装置にて出力される熱を湯水として貯湯タンクに溜めることにより、熱電併給装置にて出力される電力と熱とを活用して、省エネルギーを図るようにしているものである。

上記のようなコージェネレーションシステムにおいて、従来では、運転制御手段が、現在要求されている現電力負荷を賄えるように、熱電併給装置の出力を調整する電力負荷追従運転を行うことにより、現電力負荷を賄いながら、貯湯タンクへの貯湯を行うようにしている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００１−２５８２９３号公報

しかしながら、上記従来のコージェネレーションシステムでは、運転制御手段が電力負荷追従運転を行うことにより、現電力負荷を賄うことができるものの、現在要求されている現熱負荷には対応しておらず、現熱負荷を賄えない熱不足状態や現熱負荷に対して熱が余る熱余り状態が発生する虞があった。
すなわち、例えば、冬季などのように、現電力負荷が小さくて、現熱負荷が大きい場合に、運転制御手段が電力負荷追従運転を行うと、熱電併給装置から出力される熱は小さいので、現熱負荷を賄うことができず、熱不足状態が発生することになる。
また、例えば、夏季などのように、現電力負荷が大きくて、現熱負荷が小さい場合に、運転制御手段が電力負荷追従運転を行うと、熱電併給装置から出力される熱は大きいので、現熱負荷に対して熱が余り、熱余り状態が発生することになる。

そして、熱不足状態が発生すると、現熱負荷を賄うために、貯湯タンク内に湯水が貯湯されていないときに湯水を加熱するための補助加熱手段を作動させることになるので、システムの効率が低下する虞がある。
また、熱余り状態が発生すると、現熱負荷に対して余った熱が貯湯タンクに溜められるが、その貯湯タンクに溜められた熱は、使用されずにただ放熱するだけとなって、システムの効率が低下することになる。

本発明は、かかる点に着目してなされたものであり、その目的は、更なる省エネルギー化を実現することができるコージェネレーションシステムを提供する点にある。

上記目的を達成するための本発明に係るコージェネレーションシステムの第１特徴構成は、電力と熱とを出力してその出力を調整可能な熱電併給装置と、その熱電併給装置から出力される熱にて加熱された湯水を貯湯する貯湯タンクと、運転を制御する運転制御手段とが設けられ、
前記運転制御手段は、現在要求されている現電力負荷を賄えるように、前記熱電併給装置の出力を調整する電力負荷追従運転を行うように構成されているコージェネレーションシステムであって、
前記運転制御手段は、電力負荷及び熱負荷を計測して記憶することにより、時系列的な電力負荷、及び、時系列的な熱負荷を管理するように構成され、かつ、管理している前記時系列的な電力負荷に基づいて予測される時系列的な電力負荷に対して前記電力負荷追従運転を行うことを想定したときに出力される熱では管理している前記時系列的な熱負荷に基づいて予測される時系列的な熱負荷に対して熱が不足する熱不足状態が予測される場合には、熱不足状態が予測される時間帯以前の所定の出力上昇対象時間帯において、現電力負荷を賄えるようにする前記電力負荷追従運転に代えて、現電力負荷よりも大きい出力側に前記熱電併給装置の出力を調整する出力上昇運転を行うように構成され、且つ、
前記予測される時系列的な電力負荷に対して前記電力負荷追従運転を行うことにより前記熱不足が予測されても、前記出力上昇対象時間帯において前記出力上昇運転を行うことにより前記予測される時系列的な熱負荷に対して熱が余る熱余り状態となる時間帯が予測される場合には、前記出力上昇対象時間帯において前記出力上昇運転を行うことを禁止するように構成されている点にある。

すなわち、運転制御手段は、時系列的な電力負荷、及び、時系列的な熱負荷を管理しているので、時系列的な電力負荷に対して電力負荷追従運転を行うことにより、時系列的な熱負荷に対して熱が不足する熱不足状態が発生するか否かを予測することができることになる。
そして、運転制御手段は、時系列的な電力負荷に対して電力負荷追従運転を行うことにより時系列的な熱負荷に対して熱が不足する熱不足状態が予測される場合には、所定の出力上昇対象時間帯において出力上昇運転を行うので、電力負荷追従運転を行うよりも大きい熱を出力することができることになる。
したがって、出力上昇運転を行うことによって出力された大きい熱にて時系列的な熱負荷を賄うことができることになるので、熱不足状態の発生を抑制することができることになる。

以上のことから、第１特徴構成によれば、熱不足状態の発生を抑制することができるので、貯湯タンク内に湯水が貯湯されていないときに湯水を加熱するための補助加熱手段の作動を極力回避することができることとなって、更なる省エネルギー化を実現することができるコージェネレーションシステムを提供できるに至った。

又、第１特徴構成によれば、運転制御手段は、電力負荷追従運転を行うことにより熱不足状態が予測される設定時間帯以前等に熱余り状態が予測されない場合に、出力上昇対象時間帯において出力上昇運転を行うことを想定した状態で、設定周期内において熱余り状態が予測されるか否かを特定することができることになる。

そして、熱不足状態を抑制するために出力上昇運転を行うと、他の設定時間帯において熱余り状態が発生する場合があり、その余った熱がただ放熱するだけとなって、かえって省エネルギーを阻害する虞がある。

そこで、運転制御手段は、電力負荷追従運転を行うことにより熱不足状態が予測される設定時間帯以前等に熱余り状態が予測されない場合でも、上述のように、出力上昇対象時間帯において出力上昇運転を行うことにより熱余り状態が予測される場合には、出力上昇対象時間帯において、出力上昇運転を行うことを禁止して、電力負荷追従運転を行うことになる。

したがって、運転制御手段は、熱不足の発生を抑制しながら、その熱不足抑制のための出力上昇運転による熱余りを回避することができる。

上記目的を達成するための本発明に係るコージェネレーションシステムの第２特徴構成は、電力と熱とを出力してその出力を調整可能な熱電併給装置と、その熱電併給装置から出力される熱にて加熱された湯水を貯湯する貯湯タンクと、運転を制御する運転制御手段とが設けられ、
前記運転制御手段は、現在要求されている現電力負荷を賄えるように、前記熱電併給装置の出力を調整する電力負荷追従運転を行うように構成されているコージェネレーションシステムであって、
前記運転制御手段は、電力負荷及び熱負荷を計測して記憶することにより、時系列的な電力負荷、及び、時系列的な熱負荷を管理するように構成され、かつ、管理している前記時系列的な電力負荷に基づいて予測される時系列的な電力負荷に対して前記電力負荷追従運転を行うことを想定したときに出力される熱では管理している前記時系列的な熱負荷に基づいて予測される時系列的な熱負荷に対して熱が余る熱余り状態が予測される場合には、熱余り状態が予測される時間帯以前の所定の出力下降対象時間帯において、現電力負荷を賄えるようにする前記電力負荷追従運転に代えて、現電力負荷よりも小さい出力側に前記熱電併給装置の出力を調整する出力下降運転を行うように構成され、且つ、
前記予測される時系列的な電力負荷に対して前記電力負荷追従運転を行うことにより前記熱余りが予測されても、前記出力下降対象時間帯において前記出力下降運転を行うことにより前記予測される時系列的な熱負荷に対して熱が不足する熱不足状態となる時間帯が予測される場合には、前記出力下降対象時間帯において前記出力下降運転を行うことを禁止するように構成されている点にある。

すなわち、運転制御手段は、時系列的な電力負荷、及び、時系列的な熱負荷を管理しているので、時系列的な電力負荷に対して電力負荷追従運転を行うことにより、時系列的な熱負荷に対して熱が余る熱余り状態が発生するか否かを予測することができることになる。
そして、運転制御手段は、時系列的な電力負荷に対して電力負荷追従運転を行うことにより時系列的な熱負荷に対して熱が余る熱余り状態が予測される場合には、所定の出力下降昇対象時間帯において出力下降運転を行うので、電力負荷追従運転を行うよりも小さい熱を出力することができることになる。
したがって、出力下降運転を行うことによって、時系列的な熱負荷に対して余剰に熱を出力することを防止できることになるので、熱余り状態の発生を抑制することができることになる。

以上のことから、第２特徴構成によれば、熱余り状態の発生を抑制することができるので、貯湯タンクに溜められた熱がただ放熱するだけとなるのを極力回避することができることとなって、更なる省エネルギー化を実現することができるコージェネレーションシステムを提供できるに至った。

又、第２特徴構成によれば、運転制御手段は、電力負荷追従運転を行うことにより熱余り状態が予測される設定時間帯以前等に熱不足状態が予測されない場合に、出力下降対象時間帯において出力下降運転を行うことを想定した状態で、設定周期内において熱不足状態が予測されるか否かを特定することができることになる。

そして、熱余り状態を抑制するために出力下降運転を行うと、他の設定時間帯において熱不足状態が発生する場合があり、貯湯タンク内に湯水が貯湯されていないときに湯水を加熱するための補助加熱手段を働かせると、かえって省エネルギーを阻害する虞がある。

そこで、運転制御手段は、電力負荷追従運転を行うことにより熱余り状態が予測される設定時間帯以前等に熱不足状態が予測されない場合でも、上述のように、出力下降対象時間帯において出力下降運転を行うことにより熱不足状態が予測される場合には、出力下降対象時間帯において、出力下降運転を行うことを禁止して、電力負荷追従運転を行うことになる。

したがって、運転制御手段は、熱余りの発生を抑制しながら、その熱余り抑制のための出力下降運転による熱不足を回避することができる。

本発明に係るコージェネレーションシステムの第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、時系列的な電力負荷、及び、時系列的な熱負荷を設定周期内において設定時間帯ごとに管理するように構成され、前記設定周期が１日に設定されている点にある。

すなわち、運転制御手段は、時系列的な電力負荷、及び、時系列的な熱負荷を、設定周期である１日において設定時間帯ごとに管理するので、例えば、設定周期を１週間とするよりも、管理する情報量が少なくなり、メモリーの容量を小さくすることができ、しかも、使用者の生活パターンの１単位が１日である場合が多いことから、使用者の生活パターンに対応する状態で時系列的な電力負荷、及び、時系列的な熱負荷を管理することができることになる。

本発明に係るコージェネレーションシステムの第４特徴構成は、上記第１〜３特徴構成の何れかに加えて、前記前記運転制御手段は、前記電力負荷追従運転において、最小出力から最大出力の範囲内で現電力負荷に応じて前記熱電併給装置の出力を調整するように構成されている点にある。

すなわち、運転制御手段は、現電力負荷が最小出力から最大出力の範囲内であれば、その現電力負荷を賄える出力と同じ又はほぼ同じ出力に熱電併給装置の出力を調整することができることになるので、現電力負荷に対して極力過不足ない状態で熱電併給装置の出力を調整することができることになる。
したがって、現電力負荷を賄える出力を極力過不足なく出力することができることとなって、現電力負荷を的確に賄えることができることになる。

本発明に係るコージェネレーションシステムについて図面に基づいて説明する。
〔参考の第１実施形態〕
このコージェネレーションシステムは、図１及び図２に示すように、熱電併給装置としての燃料電池１と、その燃料電池１にて出力される熱を冷却水にて回収し、その冷却水を利用して、貯湯タンク２への貯湯及び熱消費端末３への熱媒供給を行う貯湯ユニット４と、燃料電池１及び貯湯ユニット４の運転を制御する運転制御手段としての運転制御部５などから構成されている。

前記燃料電池１は、電力と熱とを出力してその出力を調整可能に構成され、その燃料電池１の出力側には、系統連係用のインバータ６が設けられ、そのインバータ６は、燃料電池１の出力電力を商用系統７から供給される電力と同じ電圧及び同じ周波数にするように構成されている。
前記商用系統７は、例えば、単相３線式１００／２００Ｖであり、商業用電力供給ライン８を介して、テレビ、冷蔵庫、洗濯機などの電力負荷９に電気的に接続されている。
また、インバータ６は、コージェネ用供給ライン１０を介して商業用電力供給ライン８に電気的に接続され、燃料電池１からの発電電力がインバータ６及びコージェネ用供給ライン１０を介して電力負荷９に供給するように構成されている。

前記商業用電力供給ライン８には、電力負荷９の負荷電力を計測する電力負荷計測手段１１が設けられ、この電力負荷計測手段１１は、商業用電力供給ライン８を通して流れる電流に逆潮流が発生するか否かをも検出するように構成されている。
そして、逆潮流が生じないように、インバータ６により燃料電池１から商業用電力供給ライン８に供給される電力が制御され、発電電力の余剰電力は、その余剰電力を熱に代えて回収する電気ヒータ１２に供給されるように構成されている。

前記電気ヒータ１２は、複数の電気ヒータから構成され、冷却水循環ポンプ１５の作動により冷却水循環路１３を通流する燃料電池１の冷却水を加熱するように設けられ、インバータ６の出力側に接続された作動スイッチ１４によりＯＮ／ＯＦＦが切り換えられている。
また、作動スイッチ１４は、余剰電力の大きさが大きくなるほど、電気ヒータ１２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１２の消費電力を調整するように構成されている。

前記貯湯ユニット４は、温度成層を形成する状態で湯水を貯湯する貯湯タンク２、湯水循環路１６を通して貯湯タンク２内の湯水を循環させる湯水循環ポンプ１７、熱源用循環路２０を通して熱源用湯水を循環させる熱源用循環ポンプ２１、熱媒循環路２２を通して熱媒を熱消費端末３に循環供給させる熱媒循環ポンプ２３、湯水循環路１６を通流する湯水を加熱させる貯湯用熱交換器２４、熱源用循環路２０を通流する熱源用湯水を加熱させる熱源用熱交換器２５、熱媒循環路２２を通流する熱媒を加熱させる熱媒加熱用熱交換器２６、ファン２７を作動させた状態でのバーナ２８の燃焼により貯湯タンク２内から取り出した湯水及び熱源用循環路２０を通流する熱源用湯水を加熱させる補助加熱用熱交換器２９などを備えて構成されている。

前記湯水循環路１６は、その一部が並列になるように分岐接続され、その接続箇所に三方弁１８が設けられており、分岐された一方側の流路には、ラジエター１９が設けられている。
そして、三方弁１８を切り換えることにより、貯湯タンク２の下部から取り出した湯水がラジエター１９を通過するように循環させる状態と、貯湯タンク２の下部から取り出した湯水がラジエター１９をバイパスするように循環させる状態とに切り換えるように構成されている。

前記貯湯用熱交換器２４においては、燃料電池１から出力される熱を回収した冷却水循環路１５の冷却水を通流させることにより、湯水循環路１６を通流する湯水を加熱させるように構成されている。
前記熱源用熱交換器２５においては、燃料電池１にて出力される熱を回収した冷却水循環路１５の冷却水を通流させることにより、熱源用循環路２０を通流する熱源用湯水を加熱させるように構成されている。
そして、補助加熱手段Ｍが、ファン２７、バーナ２８、補助加熱用熱交換器２９により構成されている。
また、熱源用循環路２０には、熱源用湯水の通流を断続させる熱源用断続弁４０が設けられている。

前記冷却水循環路１５は、貯湯用熱交換器２４側と熱源用熱交換器２５側とに分岐され、その分岐箇所に、貯湯用熱交換器２４側に通流させる冷却水の流量と熱源用熱交換器２５側に通流させる冷却水の流量との割合を調整する分流弁３０が設けられている。
そして、分流弁３０は、冷却水循環路１５の冷却水の全量を貯湯用熱交換器２４側に通流させたり、冷却水循環路１５の冷却水の全量を熱源用熱交換器２５側に通流させることもできるように構成されている。

前記熱媒加熱用熱交換器２６においては、熱源用熱交換器２５や補助加熱用熱交換器２９にて加熱された熱源用湯水を通流させることにより、熱媒循環路２２を通流する熱媒を加熱させるように構成されている。
前記熱消費端末３は、床暖房装置や浴室暖房装置などの暖房端末にて構成されている。

また、貯湯タンク２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負荷計測手段３１が設けられ、熱消費端末３での端末熱負荷を計測する端末熱負荷計測手段３２も設けられている。

前記運転制御部５は、燃料電池１の運転中には冷却水循環ポンプ１５を作動させる状態で、燃料電池１の運転及び冷却水循環ポンプ１５の作動状態を制御するとともに、湯水循環ポンプ１７、熱源用循環ポンプ２１、熱媒循環ポンプ２３の作動状態を制御することによって、貯湯タンク２内に湯水を貯湯する貯湯運転や、熱消費端末３に熱媒を供給する熱媒供給運転を行うように構成されている。

ちなみに、給湯するときには、熱源用断続弁４０を閉弁した状態で貯湯タンク２から取り出した湯水を給湯するように構成され、貯湯タンク２から取り出した湯水を補助加熱手段Ｍにて加熱したり、貯湯タンク２から取り出した湯水に水を混合させて、図外のリモコンにて設定されている給湯設定温度の湯水を給湯するように構成されている。
したがって、貯湯タンク２では、貯湯タンク２の容量の範囲内で、燃料電池１の出力に応じて追加された湯水から、給湯用として取り出された湯水を差し引いた分の湯水が貯湯されていることになる。

まず、運転制御部５による燃料電池１の運転の制御について説明を加える。
前記運転制御部５は、現在要求されている現電力負荷を賄えるように、燃料電池１の出力を調整する電力負荷追従運転を行い、その電力負荷追従運転において、最小出力（例えば、２５０Ｗ）から最大出力（例えば、１ｋＷ）の範囲内で現電力負荷に応じて燃料電池１の出力を調整するように構成されている。

説明を加えると、運転制御部５は、電力負荷計測手段１１の計測値及びインバータ６の出力値に基づいて、現電力負荷を求めて、その現電力負荷よりもα（例えば、１００Ｗ）だけ小さい出力になるように、燃料電池１の出力を調整するように構成されている。
例えば、図３に示すように、現電力負荷が時間経過に伴って推移すると、現電力負荷よりもα（例えば、１００Ｗ）だけ小さい出力にて、現電力負荷の推移に応じて燃料電池１の出力を調整するようにしている。
ちなみに、運転制御部５は、現電力負荷の設定時間帯（例えば、５分）の平均値に基づいて、燃料電池１の出力を変更するように構成されている。

そして、運転制御部５は、時系列的な電力負荷、及び、時系列的な熱負荷を管理するように構成され、かつ、時系列的な電力負荷に対して電力負荷追従運転を行うことにより時系列的な熱負荷に対して熱が不足する熱不足状態が予測される場合には、所定の出力上昇対象時間帯において、現電力負荷よりも大きい出力側に燃料電池１の出力を調整する出力上昇運転を行うように構成されている。
また、運転制御部５は、時系列的な電力負荷に対して電力負荷追従運転を行うことにより時系列的な熱負荷に対して熱が余る熱余り状態が予測される場合には、所定の出力下降対象時間帯において、現電力負荷よりも小さい出力側に燃料電池１の出力を調整する出力下降運転を行うように構成されている。

ちなみに、熱不足状態とは、例えば、貯湯タンク２内に湯水が貯湯されておらず、補助加熱手段Ｍを作動させる状態や、熱媒供給運転中に燃料電池１から出力される熱だけでは熱消費端末３で要求されている端末熱負荷を賄えない状態である。
また、熱余り状態とは、例えば、貯湯タンク２内に貯湯されている湯水が満杯であり、ラジエター１９を作動させる状態や、熱媒供給運転中に燃料電池１から出力される熱が熱消費端末３で要求されている端末熱負荷よりも大きくて、貯湯タンク２内に貯湯されている湯水が満杯であり、ラジエター１９を作動させる状態である。

まず、時系列的な電力負荷、及び、時系列的な熱負荷を管理する構成について説明を加える。
前記運転制御部５は、例えば、設定周期を１日とし、設定時間帯を１時間とし、熱負荷を給湯熱負荷と端末熱負荷として、設定時間帯当たりの実電力負荷、実給湯熱負荷、及び、実端末熱負荷の夫々を、電力負荷計測手段１１及びインバータ６の出力値、給湯熱負荷計測手段３１、及び、端末熱負荷計測手段３２にて計測する。
そして、運転制御部５は、電力負荷計測手段１１及びインバータ６の出力値、給湯熱負荷計測手段３１、及び、端末熱負荷計測手段３２にて計測された値を記憶することにより、時系列的な電力負荷及び時系列的な熱負荷を設定周期内において設定時間帯ごとに管理するように構成されている。
また、運転制御部５は、実際の使用状況に応じて時系列的な電力負荷及び時系列的な熱負荷を更新する場合には、電力負荷計測手段１１及びインバータ６の出力値、給湯熱負荷計測手段３１、及び、端末熱負荷計測手段３２にて計測された値と、既に記憶されている値とを所定の割合で足し合わせ、その足し合わせた値を記憶するように構成されている。

次に、熱不足状態及び熱余り状態の予測について説明を加える。
前記運転制御部５は、管理している時系列的な電力負荷及び時系列的な熱負荷に基づいて、設定周期内において設定時間帯ごとの時系列的な電力負荷及び時系列的な熱負荷を予測するように構成されている。
例えば、設定周期が１日で、設定時間帯が１時間である場合を例に挙げて説明を加えると、図４に示すように、１日のうちのどの時間帯にどれだけの電力負荷及び熱負荷があるかを予測するようにしている。
そして、運転制御部５は、予測された時系列的な電力負荷を賄うように、電力負荷追従運転を行うことを想定して、燃料電池１から出力される熱では予測された時系列的な熱負荷に対して熱が不足する設定時間帯を熱不足状態が予測される設定時間帯と特定し、燃料電池１から出力される熱では予測された時系列的な熱負荷に対して熱が余る設定時間帯を熱余り状態が予測される設定時間帯と特定するようにしている。

図４に示すものでは、０時から６時については深夜時間帯として特別な時間帯として扱い、その深夜時間帯を除いた設定時間帯から熱不足状態が予測される設定時間帯や熱余り状態が予測される設定時間帯を特定するようにしている。
そして、図４に示すものでは、２０時から２２時までの設定時間帯が、熱不足状態が予測される設定時間帯Ｔ１と特定し、７時から１２時までの設定時間帯及び１３時から１８時までの設定時間帯が、熱余り状態が予測される設定時間帯Ｔ２と特定している。

ちなみに、熱余り状態が予測される設定時間帯Ｔ２については、深夜時間帯を熱余り状態が予測される設定時間帯Ｔ２と特定してもよく、熱余り状態が予測されかつその後時系列的な熱負荷が予測されていない時間帯を、熱余り状態が予測される設定時間帯Ｔ２と特定することも可能である。

前記出力上昇運転について説明を加えると、運転制御部５は、時系列的な熱負荷に対して不足する熱分を先行して貯湯タンク２に溜めるように、熱不足状態が予測される設定時間帯よりも以前でかつ熱不足状態が予測される設定時間帯に近いものから選択されたひとつ又は複数の設定時間帯を出力上昇対象時間帯とし、その出力上昇対象時間帯において、出力上昇運転として燃料電池１の出力を最大出力に調整するように構成されている。

説明を加えると、熱不足状態が予測される設定時間帯に予測されている時系列的な熱負荷に対して不足する熱分を求めるとともに、熱不足状態が予測される設定時間帯よりも以前でかつ熱不足状態が予測される設定時間帯に近いものから出力上昇対象時間帯として選択していく状態で、選択した出力上昇対象時間帯に燃料電池１の出力を最大出力に調整することにより、先行して貯湯タンク２に溜めることができる熱分を求める。
そして、先行して貯湯タンク２に溜めることができる熱分が不足する熱分に達するまで、出力上昇対象時間帯の選択を繰り返し、時系列的な熱負荷に対して不足する熱分を先行して貯湯タンク２に溜めることができるように、出力上昇対象時間帯として、ひとつ又は複数の設定時間帯を選択するようにしている。

図４に示すものでは、熱不足状態が予測される設定時間帯Ｔ１よりもひとつ以前の設定時間帯を出力上昇対象時間帯として選択するだけでは、先行して貯湯タンク２に溜めることができる熱分が不足する熱分に達しないので、熱不足状態が予測される設定時間帯Ｔ１よりもひとつ以前の設定時間帯と２つ以前の設定時間帯を出力上昇対象時間帯として設定することにより、先行して貯湯タンク２に溜めることができる熱分が不足する熱分に達した場合を示しており、１８時から２０時までの２つの設定時間帯を出力上昇対象時間帯として選択された選択設定時間帯Ｔ３と設定している。

そして、運転制御部５は、図５の（イ）に示すように、現電力負荷が時間経過に伴って推移すると、選択設定時間帯Ｔ３以外の時間帯においては、現電力負荷を賄うように、燃料電池１の出力を調整し、選択設定時間帯Ｔ３を出力上昇対象時間帯とし、その出力上昇対象時間帯においては、現電力負荷にかかわらず、燃料電池１の出力を最大出力に調整するように構成されている。

なお、熱不足状態が予測される設定時間帯に近いものからではなく、熱不足状態が予測される設定時間帯以前の任意の設定時間帯において、出力上昇運転を行っても構わない。例えば、熱不足状態が予測される設定時間帯よりも２以上手前の設定時間帯を出力上昇対象時間帯とし、その出力上昇対象時間帯において出力上昇運転を行うように構成することで、時系列的な熱負荷に対して不足する熱分を、その熱不足が予測される設定時間帯に対して余裕をもって貯湯タンク２に溜めることができる。

前記出力下降運転について説明を加えると、運転制御部５は、熱余り状態が予測される設定時間帯Ｔ２を出力下降対象時間帯とし、その出力下降対象時間帯において、出力下降運転として燃料電池１の出力を最小出力に調整するように構成されている。
説明を加えると、運転制御部５は、図５の（ロ）に示すように、現電力負荷が時間経過に伴って推移すると、熱余り状態が予測される設定時間帯Ｔ２以外の時間帯においては、現電力負荷を賄うように、燃料電池１の出力を調整し、熱余り状態が予測される設定時間帯Ｔ２を出力下降対象時間帯とし、その出力下降対象時間帯においては、現電力負荷にかかわらず、燃料電池１の出力を最小出力に調整するように構成されている。

なお、熱余り状態が予測される設定時間帯ではなく、熱余り状態が予測される設定時間帯以前の任意の設定時間帯において、出力下降運転を行っても構わない。例えば、熱余り状態が予測される設定時間帯よりも以前の設定時間帯を出力下降対象時間帯とし、その出力下降対象時間帯において出力下降運転を行うように構成することで、時系列的な熱負荷に対して余る熱分に対して、余裕をもって貯湯タンク２に貯める熱分を減らすことができる。

また、運転制御部５は、時間経過に伴う熱負荷の積算値の条件に基づいて、出力上昇運転及び出力下降運転を行うか否か、及び、出力上昇運転及び出力下降運転を行うタイミングを判別しているので、以下、その点について説明を加える。

前記運転制御部５は、過去の使用状況から、給湯熱負荷計測手段３１、及び、端末熱負荷計測手段３２による計測値を時間経過に伴い積算することにより、どの時点で熱負荷の積算値がどれだけであるかの過去積算値を記憶するとともに、実際の使用状況から、給湯熱負荷計測手段３１、及び、端末熱負荷計測手段３２による計測値を時間経過に伴い積算して実積算値を求めて、設定期間内の時間経過に伴う熱負荷の積算値を管理するように構成されている。
そして、運転制御部５が、過去積算値と実積算値とを比較することにより、出力上昇運転及び出力下降運転を行うか否かなどの判別を行うように構成されている。

説明を加えると、運転制御部５は、過去積算値と実積算値との偏差が設定範囲内である場合には、選択設定時間帯Ｔ３を出力上昇対象時間帯とし、その出力上昇対象時間帯において出力上昇運転を行い、熱余り状態が予測される設定時間帯Ｔ２を出力下降対象時間帯とし、その出力下降対象時間帯において出力下降運転を行うように構成されている。
また、運転制御部５は、過去積算値と実積算値との偏差が設定範囲外でありかつ実積算値の方が過去積算値よりも許容値以上大きい場合には、予測されている時間帯よりも前倒しで熱負荷があったとして、選択設定時間帯Ｔ３であっても出力上昇運転を行うことを禁止し、熱余り状態が予測される設定時間帯Ｔ２等の出力下降対象時間帯についてはそれを所定期間延長するように構成されている。

さらに、運転制御部５は、過去積算値と実積算値との偏差が設定範囲外でありかつ過去積算値の方が実積算値よりも許容値以上大きい場合には、予測されている時間帯よりも後倒しで熱負荷があるとして、過去積算値と実積算値との比に基づいて選択設定時間帯Ｔ３を遅らせた設定時間帯を出力上昇対象時間帯として、その出力上昇対象時間帯において出力上昇運転を行い、過去積算値と実積算値との比に基づいて熱余り状態が予測される設定時間帯Ｔ２を遅らせた設定時間帯を出力下降対象時間帯として、その出力下降対象時間帯において出力下降運転を行うように構成されている。

前記運転制御部５による燃料電池１の運転について、図６のフローチャートに基づいて説明を加える。
まず、過去積算値と実積算値との偏差が設定範囲内であり、かつ、選択設定時間帯Ｔ３又は過去積算値と実積算値との比に基づいて選択設定時間帯Ｔ３を遅らせた設定時間帯等の出力上昇対象時間帯となると、出力上昇運転用条件を満たしているとして、出力上昇運転を行う（ステップ１，２）。
また、過去積算値と実積算値との偏差が設定範囲内であり、かつ、熱余り状態が予測される設定時間帯Ｔ２又は過去積算値と実積算値との比に基づいて熱余り状態が予測される設定時間帯Ｔ２を遅らせた設定時間帯等の出力下降対象時間帯となると、出力下降運転用条件を満たしているとして、出力下降運転を行う（ステップ３，４）。
そして、出力上昇運転用条件及び出力下降運転用条件の何れの条件も満たしていなければ、電力負荷追従運転を行う（ステップ１，３，５）。

前記運転制御部５による貯湯運転及び熱媒供給運転の動作について説明を加える。
前記貯湯運転は、燃料電池１の運転中で冷却水循環ポンプ１５の作動により、排熱式熱交換器２４において、冷却水循環路１３を通流する冷却水にて湯水循環路１６を通流する湯水を加熱させることができる状態で行われる。
そして、貯湯タンク２の下部から取り出した湯水がラジエター１９をバイパスするように循環させる状態に三方弁１８を切り換えて、湯水循環ポンプ１７を作動させて、貯湯タンク２の下部から湯水を湯水循環路１６に取出し、その湯水を排熱式熱交換器２４を通過させて加熱したのち、貯湯タンク２の上部に戻して、貯湯タンク２内に貯湯用設定温度の湯水を貯湯するようにしている。
また、排熱式熱交換器２４を通過した湯水の温度が貯湯設定温度になるように、貯湯弁２９と断続弁３０の開度を調整するように構成されている。

ちなみに、貯湯運転において、貯湯タンク２内に貯湯された湯水が満杯である熱余り状態の場合には、貯湯タンク２の下部から取り出した湯水がラジエター１９を通過するように循環させる状態に三方弁１８を切り換えて、ラジエター１９を作動させ、貯湯タンク２の下部から取り出した湯水をラジエター１９にて放熱させたのち、排熱式熱交換器２４を通過させて加熱するように構成されている。

前記熱媒供給運転は、熱消費端末３にて熱が要求されていることを図外のリモコンにより指令されると、熱源用断続弁４０を開弁させる状態で熱源用循環ポンプ２１と熱媒循環ポンプ２３とを作動させて、熱源用熱交換器２５と補助加熱用熱交換器２９との少なくとも一方にて熱源用湯水を加熱させて、その加熱された熱源用湯水を熱媒加熱用熱交換器２６を通過する状態で循環させ、熱媒加熱用熱交換器２６において熱源用湯水により加熱される熱媒を熱消費端末３に循環供給するようにしている。

熱源用湯水の加熱について説明を加えると、燃料電池１の運転中である場合には、分流弁３０にて熱源用熱交換器２５側に冷却水が通流するように調整した状態での冷却水循環ポンプ１５の作動により、熱源用熱交換器２５において熱源用湯水を加熱させるように構成されている。
また、燃料電池１からの冷却水だけでは熱消費端末３で要求されている現端末熱負荷を賄えない場合や、燃料電池１の非運転中の場合には、補助加熱手段Ｍを加熱状態で作動させることにより、補助加熱用熱交換器２９において熱源用湯水を加熱させるように構成されている。

ちなみに、運転制御部５は、燃料電池１の運転中に、貯湯運転と熱媒供給運転とを同時に行う場合には、熱消費端末３で要求されている現端末熱負荷に基づいて、分流弁３０にて貯湯用熱交換器２４側に通流させる冷却水の流量と熱源用熱交換器２５側に通流させる冷却水の流量との割合を調整するように構成されている。

〔参考の第２実施形態〕
この参考の第２実施形態は、参考の第１実施形態における出力上昇運転及び出力下降運転についての別実施形態を示すものであるので、その点を中心に説明を加える。
ちなみに、その他の構成については、上記参考の第１実施形態と同様であるので、その詳細な説明は省略する。

前記運転制御部５は、出力上昇対象時間帯において、最小出力と最大出力との間に設定された出力上昇用基準値よりも現電力負荷が大きい場合には、出力上昇運転として燃料電池１の出力を最大出力に調整し、出力上昇用基準値よりも現電力負荷が小さい場合には、出力上昇対象時間帯において出力上昇運転を行うことを禁止して、現電力負荷を賄えるように燃料電池１の出力を調整するように構成されている。

説明を加えると、運転制御部５は、例えば、図７の（イ）に示すように、現電力負荷が時間経過に伴って推移すると、熱不足状態が予測される設定時間帯Ｔ１以外の時間帯においては、現電力負荷が賄えるように、燃料電池１の出力を調整する電力負荷追従運転を行う。
そして、運転制御部５は、熱不足状態が予測される設定時間帯Ｔ１を出力上昇対象時間帯とし、その出力上昇対象時間帯においては、出力上昇用基準値よりも現電力負荷が大きい場合には、出力上昇運転として燃料電池１の出力を最大出力に調整し、出力上昇用基準値よりも現電力負荷が小さい場合には、現電力負荷よりもα（例えば、１００Ｗ）だけ小さい出力になるように、燃料電池１の出力を調整するように構成されている。

ちなみに、出力上昇用基準値は、燃料電池１や補助加熱手段Ｍの効率など、システムの効率を鑑みて、その値を超えることにより燃料電池１の出力を最大出力に調整しても、省エネルギーを実現可能な値として設定され、例えば、燃料電池１の最大出力の５０パーセントとなっている。

また、運転制御部５は、出力下降対象時間帯において、最小出力と最大出力との間に設定された出力下降用基準値よりも現電力負荷が小さい場合には、出力下降運転として燃料電池１の出力を最小出力に調整し、出力下降用基準値よりも現電力負荷が大きい場合には、出力下降対象時間帯において出力下降運転を行うことを禁止して、現電力負荷を賄えるように燃料電池１の出力を調整するように構成されている。

説明を加えると、運転制御部５は、例えば、図７の（ロ）に示すように、現電力負荷が時間経過に伴って推移すると、熱余り状態が予測される設定時間帯Ｔ２以外の時間帯においては、現電力負荷が賄えるように、燃料電池１の出力を調整する電力負荷追従運転を行う。
そして、運転制御部５は、熱余り状態が予測される設定時間帯Ｔ２を出力下降対象時間帯とし、その出力下降対象時間帯においては、出力下降用基準値よりも現電力負荷が大きい場合には、現電力負荷よりもα（例えば、１００Ｗ）だけ小さい出力になるように、燃料電池１の出力を調整し、出力下降用基準値よりも現電力負荷が小さい場合には、出力下降運転として燃料電池１の出力を最小出力に調整するように構成されている。

ちなみに、出力下降用基準値は、燃料電池１の効率や貯湯タンク２の放熱ロスなど、システムの効率を鑑みて、その値を下回ることにより燃料電池１の出力を最小出力に調整しても、省エネルギーを実現可能な値として設定され、例えば、燃料電池１の最大出力の４０パーセントとなっている。

なお、この参考の第２実施形態では、過去積算値と実積算値との偏差が設定範囲内でありかつ熱不足状態が予測される設定時間帯Ｔ１である、又は、過去積算値と実積算値との比に基づいて熱不足状態が予測される設定時間帯Ｔ１を遅らせた設定時間帯であると、出力上昇運転用条件を満たしているとしている。

〔参考の第３実施形態〕
この参考の第３実施形態は、参考の第１実施形態における出力上昇運転及び出力下降運転についての別実施形態を示すものであるので、その点を中心に説明を加える。
ちなみに、その他の構成については、上記参考の第１実施形態と同様であるので、その詳細な説明は省略する。

前記運転制御部５は、出力上昇対象時間帯において、出力上昇運転として、時系列的な熱負荷に対して不足する熱分に応じて設定された上昇用設定量だけ現電力負荷よりも大きい出力に燃料電池１の出力を調整するように構成されている。

説明を加えると、運転制御部５は、例えば、図８の（イ）に示すように、現電力負荷が時間経過に伴って推移すると、熱不足状態が予測される設定時間帯Ｔ１以外の時間帯においては、現電力負荷が賄えるように、燃料電池１の出力を調整する電力負荷追従運転を行う。
そして、運転制御部５は、熱不足状態が予測される設定時間帯Ｔ１を出力上昇対象時間帯とし、その出力上昇対象時間帯においては、出力上昇運転として、現電力負荷よりもα（例えば、１００Ｗ）だけ小さい出力よりも上昇用設定量だけ大きい出力に燃料電池１の出力を調整するように構成されている。

ちなみに、上昇用設定量は、時系列的な熱負荷に対して不足する熱分が大きくなるにつれて、例えば、設定量を、１倍から２倍に、２倍から３倍にした量として、時系列的な熱負荷に対して不足する熱分に応じた量を設定するようにしている。

また、運転制御部５は、出力下降対象時間帯において、出力下降運転として、時系列的な熱負荷に対して余る熱分に応じて設定された下降用設定量だけ現電力負荷よりも小さい出力に燃料電池１の出力を調整するように構成されている。

説明を加えると、運転制御部５は、例えば、図８の（ロ）に示すように、現電力負荷が時間経過に伴って推移すると、熱余り状態が予測される設定時間帯Ｔ２以外の時間帯においては、現電力負荷が賄えるように、燃料電池１の出力を調整する電力負荷追従運転を行う。
そして、運転制御部５は、熱余り状態が予測される設定時間帯Ｔ２を出力下降対象時間帯とし、その出力下降対象時間帯においては、出力下降運転として、現電力負荷よりもα（例えば、１００Ｗ）だけ小さい出力よりも下降用設定量だけ小さい出力に燃料電池１の出力を調整するように構成されている。

ちなみに、下降用設定量は、時系列的な熱負荷に対して余る熱分が大きくなるにつれて、例えば、設定量を、１倍から２倍に、２倍から３倍にした量として、時系列的な熱負荷に対して不足する熱分に応じた量を設定するようにしている。

なお、この参考の第３実施形態では、過去積算値と実積算値との偏差が設定範囲内でありかつ熱不足状態が予測される設定時間帯Ｔ１である、又は、過去積算値と実積算値との比に基づいて熱不足状態が予測される設定時間帯Ｔ１を遅らせた設定時間帯であると、出力上昇運転用条件を満たしているとしている。

〔参考の第４実施形態〕
この参考の第４実施形態は、参考の第１実施形態における出力上昇運転及び出力下降運転についての別実施形態を示すものであるので、その点を中心に説明を加える。
ちなみに、その他の構成については、上記参考の第１実施形態と同様であるので、その詳細な説明は省略する。

前記運転制御部５は、出力上昇対象時間帯において、出力上昇運転として、燃料電池１の出力を上昇用設定出力に調整するように構成されている。

説明を加えると、運転制御部５は、例えば、図９の（イ）に示すように、現電力負荷が時間経過に伴って推移すると、熱不足状態が予測される設定時間帯Ｔ１以外の時間帯においては、現電力負荷が賄えるように、燃料電池１の出力を調整する電力負荷追従運転を行う。
そして、運転制御部５は、熱不足状態が予測される設定時間帯Ｔ１を、出力上昇対象時間帯とし、その出力上昇対象時間帯においては、現電力負荷にかかわらず、出力上昇運転として、燃料電池１の出力を上昇用設定出力に調整するように構成されている。

ちなみに、上昇用設定出力は、例えば、時系列的な熱負荷に対して不足する熱分が大きいほど大きな出力に設定して、時系列的な熱負荷に対して不足する熱分に応じて設定するようにしている。

また、運転制御部５は、出力下降対象時間帯において、出力下降運転として、燃料電池１の出力を下降用設定出力に調整するように構成されている。

説明を加えると、運転制御部５は、例えば、図９の（ロ）に示すように、現電力負荷が時間経過に伴って推移すると、熱余り状態が予測される設定時間帯Ｔ２以外の時間帯においては、現電力負荷が賄えるように、燃料電池１の出力を調整する電力負荷追従運転を行う。
そして、運転制御部５は、熱余り状態が予測される設定時間帯Ｔ２を出力下降対象時間帯とし、その出力下降対象時間帯においては、現電力負荷にかかわらず、出力下降運転として、燃料電池１の出力を下降用設定出力に調整するように構成されている。

ちなみに、下降用設定出力は、例えば、時系列的な熱負荷に対して余る熱分が大きいほど小さな出力に設定して、時系列的な熱負荷に対して余る熱分に応じて設定するようにしている。

なお、この参考の第４実施形態では、過去積算値と実積算値との偏差が設定範囲内でありかつ熱不足状態が予測される設定時間帯Ｔ１である、又は、過去積算値と実積算値との比に基づいて熱不足状態が予測される設定時間帯Ｔ１を遅らせた設定時間帯であると、出力上昇運転用条件を満たしているとしている。

〔参考の第５実施形態〕
この参考の第５実施形態は、参考の第１実施形態における出力下降運転についての別実施形態を示すものであるので、その点を中心に説明を加える。
ちなみに、その他の構成については、上記参考の第１実施形態と同様であるので、その詳細な説明は省略する。

前記運転制御部５は、出力下降運転として、時系列的な電力負荷が停止用設定値よりも小さい設定時間帯において、燃料電池１の運転を停止させるように構成されている。
すなわち、運転制御部５は、使用者の就寝などによって、設定周期である１日のうちに、時系列的な電力負荷が停止用設定値よりも小さい設定時間帯が存在する場合には、その設定時間帯においては、燃料電池１の運転を行わず、それ以外の時間帯においては、現電力負荷が賄えるように、燃料電池１の出力を調整する電力負荷追従運転を行うように構成されている。

〔参考の第６実施形態〕
この参考の第６実施形態は、参考の第１実施形態における出力下降運転についての別実施形態を示すものであるので、その点を中心に説明を加える。
ちなみに、その他の構成については、上記参考の第１実施形態と同様であるので、その詳細な説明は省略する。

前記運転制御部５は、出力下降運転として、設定周期内のすべての設定時間帯において、燃料電池１の運転を停止させるように構成されている。
説明を加えると、運転制御部５は、例えば、夏など、熱負荷が極端に小さくなる場合には、設定周期である１日中、燃料電池１を運転させずに、熱余り状態の発生を的確に抑制するとともに、余剰電力の発生をも抑制するように構成されている。

〔発明の実施形態〕
この発明の実施形態は、参考の第１実施形態における、熱不足状態又は熱余り状態が予測される設定時間帯の特定、及び、出力上昇運転及び出力下降運転を行うタイミングとそれを行うか否かの判定についての別実施形態を示すものであるので、その点を中心に説明を加える。
ちなみに、その他の構成については、上記参考の第１実施形態と同様であるので、その詳細な説明は省略する。

本実施形態において、運転制御部５は、これまで説明してきた実施形態と同様に、時系列的な電力負荷及び時系列的な熱負荷を設定周期（本実施形態では１日とする。）内において設定時間帯（本実施形態では１時間とする。）ごとに管理するように構成されている。そして、運転制御部５は、上記の設定周期における設定時間帯（ｉ）（ｉ＝１〜２４）毎の電力負荷及び時系列的な熱負荷を用いて、最早の設定時間帯（次の設定時間帯）（１）を出力上昇対象時間帯又は出力下降対象時間帯として、出力上昇運転又は出力下降運転を行うか否かを決定するように構成されている。
以下、その詳細な処理方法について、図１０〜図１７に基づいて説明する。
なお、図１０〜図１２は、本実施形態の処理フローを示す図であり、図１３〜図１７において、（イ）は、各設定時間帯（ｉ）における貯湯タンク２に貯えられるべき熱量（以下、「予測貯熱量」と呼ぶ。）の演算条件としての各設定時間帯（ｉ）における燃料電池１の出力Ｆ（ｉ）を示す図、及び、（ロ）は、その演算条件下での演算結果である各設定時間帯（ｉ）における予測貯熱量Ｔ（ｉ）を示す図である。なお、図１３〜図１７において、設定時間帯（ｉ＝０）に相当する貯熱量Ｔ（０）は、現時点で貯湯タンク２に貯えられている熱量を示すものである。

図１０に示すように、運転制御部５は、各設定時間帯（ｉ）における燃料電池１の出力Ｆ（ｉ）を電力負荷追従運転時に設定される出力ｆとする条件で、各設定時間帯（ｉ）における予測貯熱量Ｔ（ｉ）を求める（ステップ１０）。

具体的には、運転制御部５は、上記ステップ１０において、まず、各設定時間帯（ｉ）において予測される電力負荷及び熱負荷等から、各設定時間帯（ｉ）において貯湯タンク２に追加される熱量（以下、「追加熱量」と呼ぶ。）を求める。この追加熱量は、その設定時間帯（ｉ）内において、燃料電池１の出力Ｆ（ｉ）に応じて出力される熱量と余剰電力に応じて電気ヒータ１２から出力される熱との和から熱負荷を差し引いたものとなり、その追加熱量が正の場合には、貯湯タンク２に貯えられる熱量が増加し、その追加熱量が負の場合には、貯湯タンク２に貯えられる熱量が減少することになる。
次に、運転制御手段５は、最早の設定時間帯（ｉ＝１）から順に選択する状態で、各設定時間帯（ｉ）において、前の設定時間帯（ｉ−１）が経過したときに貯湯タンク２に貯えられている熱量（最早の設定時間帯（ｉ＝１）においては現在貯湯タンク２に貯えられている熱量）に上記のように求めた追加熱量を加えた熱量を、上記予測貯熱量Ｔ（ｉ）として求めるのである。

なお、その予測貯熱量Ｔ（ｉ）が、貯湯タンク２に貯えることができる最大貯熱量ｔｍａｘを超える場合、即ち、ラジエター１９を作動させる必要がある場合には、その設定時間帯（ｉ）を熱余り状態が予測される設定時間帯（ｉ＝ｆｕｌ）と特定でき、その予測貯熱量Ｔ（ｉ）が、貯湯タンク２に貯えるべき最小貯熱量ｔｍｉｎ（例えば、０）を下回る場合、即ち、補助加熱手段Ｍを作動させる必要がある場合には、その設定時間帯（ｉ）を熱不足状態が予測される設定時間帯（ｉ＝ｅｍｐ）と特定できる。
また、各設定時間帯（ｉ）において貯湯タンク２に使用可能な状態で有効に貯えられる熱量（以下、「有効貯熱量」と呼ぶ。）Ｔ’（ｉ）は、上記予測貯熱量Ｔ（ｉ）が貯湯タンク２に貯えることができる最小貯熱量ｔｍｉｎ以上且つ最大貯熱量ｔｍａｘ以下の範囲内であれば、予測貯熱量Ｔ（ｉ）とされるが、その予測貯熱量Ｔ（ｉ）が貯湯タンク２に貯えることができる最大貯熱量ｔｍａｘを超える場合には最大貯熱量ｔｍａｘとされ、その予測貯熱量が貯湯タンク２に貯えるべき最小貯熱量ｔｍｉｎを下回る場合には最小貯熱量ｔｍｉｎとされる。

次に、運転制御部５は、上記のようにステップ１０で求めた各設定時間帯（ｉ）における予測貯熱量Ｔ（ｉ）を参照して、熱余り状態又は熱不足状態となる設定時間帯を特定し、最初に熱余り状態となるか否か、さらには、最初に熱不足状態となるか否かを判定する（ステップ１１，１２）。

そして、先に熱余り状態となる場合には、詳細については後述するが、最早の設定時間帯（ｉ＝１）において出力下降運転を行うか否かを判定するための出力下降運転判定処理（ステップ１００）を実行し、先に熱不足状態となる場合には、詳細については後述するが、最早の設定時間帯（ｉ＝１）において出力上昇運転を行うか否かを判定するための出力上昇運転判定処理（ステップ２００）を実行し、熱余り状態及び熱不足状態にならない場合には、最早の設定時間帯（ｉ＝１）において電力追従運転を行うことを決定する（ステップ１３）。

以下、最早の設定時間帯（ｉ＝１）で電力追従運転を行うことを決定する場合について、図１３に基づいて説明を加える。
図１３（イ）に示すように、各設定時間帯（ｉ）における燃料電池１の出力Ｆ（ｉ）を電力負荷追従運転時に設定される出力ｆとする条件で、各設定時間帯（ｉ）における予測貯熱量Ｔ（ｉ）を求めた結果、図１３（ロ）に示すように、各設定時間帯（ｉ）において予測貯熱量Ｔ（ｉ）が、最小貯熱量ｔｍｉｎ以上且つ最大貯熱量ｔｍａｘ以下の範囲内となる場合、即ち、熱余り状態及び熱不足状態にならない場合には、最早の設定時間帯（ｉ＝１）において電力追従運転を行うように決定されるのである。

なお、上記出力上昇運転判定処理及び上記出力下降運転判定処理を行うことなく、上記図１０のステップ１０で求めた各設定時間帯（ｉ）における予測貯熱量Ｔ（ｉ）を参照して、先に熱余り状態となる場合には、最早の設定時間帯（ｉ＝１）において出力下降運転を行うことを決定し、先に熱不足状態となる場合には、最早の設定時間帯（ｉ＝１）において出力上昇運転を行うことを決定するように構成しても構わない。

次に、出力下降運転判定処理について、図１１に基づいて説明する。
運転制御部５は、出力下降運転判定処理において、先ず、最早の設定時間帯（ｉ＝１）における燃料電池１の出力Ｆ（１）を出力下降運転時に設定される出力ｆｍｉｎとし、その他の設定時間帯（ｉ＝２〜２４）における燃料電池１の出力Ｆ（ｉ＝２〜２４）を電力負荷追従運転時に設定される出力ｆとする条件で、各設定時間帯（ｉ）における予測貯熱量Ｔ（ｉ）を求める（ステップ１０１）。
そして、このように求めた予測貯熱量Ｔ（ｉ）を参照して、最早の設定時間帯（ｉ＝１）において出力下降運転を行った場合に、熱不足状態となるか否かを判定し（ステップ１０２）、熱不足状態とならない場合には、最早の設定時間帯（ｉ＝１）において出力下降運転を行うことを決定し（ステップ１０３）、一方、熱不足状態となる場合には、最早の設定時間帯（ｉ＝１）において出力下降運転を行うことを禁止して電力追従運転を行うことを決定する（ステップ１０４）。

以下、出力下降運転判定処理において、最早の設定時間帯（ｉ＝１）において出力下降運転を行うことを禁止して電力追従運転を行うことを決定する場合について、図１４及び図１５に基づいて説明を加える。
図１４（イ）に示すように、各設定時間帯（ｉ）における燃料電池１の出力Ｆ（ｉ）を電力負荷追従運転時に設定される出力ｆとする条件で、各設定時間帯（ｉ）における予測貯熱量Ｔ（ｉ）を求めた結果、図１４（ロ）に示す設定時間帯（ｉ＝１７）の貯熱量Ｔ（１７）のように、先に熱余り状態となる場合に、出力下降運転判定処理が行われる。
そして、出力下降運転判定処理において、図１５（イ）に示すように、最早の設定時間帯（ｉ＝１）における燃料電池１の出力Ｆ（ｉ）を出力下降運転時に設定される出力ｆｍｉｎとする条件で、各設定時間帯（ｉ）における予測貯熱量Ｔ（ｉ）を求めた結果、図１５（ロ）に示す設定時間帯（ｉ＝１９，２０）の貯熱量Ｔ（１９），Ｔ（２０）のように、熱不足状態となる場合には、最早の設定時間帯（ｉ＝１）においては、出力下降運転を行うことを禁止して、電力追従運転を行うように決定されるのである。

なお、出力下降運転判定処理のステップ１０２において、最早の設定時間帯（ｉ＝１）において出力下降運転を行った場合に熱不足状態となる設定時間帯が、各設定時間帯（ｉ）において電力追従運転を行った場合に熱余り状態となった設定時間帯（ｉ＝ｆｕｌ）の前にあるときのみ、最早の設定時間帯（ｉ＝１）において出力下降運転を行うことを禁止して電力追従運転を行うことを決定するように構成しても構わない。

次に、出力上昇運転判定処理について、図１２に基づいて説明する。
運転制御部５は、出力上昇運転判定処理において、最早の設定時間帯（ｉ＝１）から電力追従運転を行った場合に熱不足状態となった設定時間帯（ｉ＝ｅｍｐ）までの燃料電池１の出力Ｆ（１〜ｅｍｐ）を出力上昇運転時に設定される出力ｆｍａｘとし、その他の設定時間帯（ｉ＝ｅｍｐ＋１〜２４）における燃料電池１の出力Ｆ（ｅｍｐ＋１〜２４）を電力負荷追従運転時に設定される出力ｆとする条件で、各設定時間帯（ｉ）における予測貯熱量Ｔ（ｉ）を求める（ステップ２０１）。
そして、このように求めた予測貯熱量Ｔ（ｉ）を参照して、最早の設定時間帯（ｉ＝１）から電力追従運転を行った場合に熱不足状態となった設定時間帯（ｉ＝ｅｍｐ）まで出力上昇運転を行った場合に熱余り状態となる設定時間帯が、各設定時間帯（ｉ）において電力追従運転を行った場合に熱不足状態となった設定時間帯（ｉ＝ｅｍｐ）の前にあるか否かを判定する（ステップ２０２）。
そして、設定時間帯（ｉ＝１〜ｅｍｐ）において出力上昇運転を行った場合に熱余り状態となる設定時間帯が熱不足状態であった設定時間帯（ｉ＝ｅｍｐ）の前にない場合には、最早の設定時間帯（ｉ＝１）において出力上昇運転を行うことを決定し（ステップ２０３）、一方、設定時間帯（ｉ＝１〜ｅｍｐ）において出力上昇運転を行った場合に熱余り状態となる設定時間帯が熱不足状態であった設定時間帯（ｉ＝ｅｍｐ）の前にある場合には、最早の設定時間帯（ｉ＝１）において電力追従運転を行うことを決定する（ステップ２０４）。

以下、出力上昇運転判定処理において、最早の設定時間帯（ｉ＝１）で電力追従運転を行うことを決定する場合について、図１６及び図１７に基づいて説明を加える。
図１６（イ）に示すように、各設定時間帯（ｉ）における燃料電池１の出力Ｆ（ｉ）を電力負荷追従運転時に設定される出力ｆとする条件で、各設定時間帯（ｉ）における予測貯熱量Ｔ（ｉ）を求めた結果、図１６（ロ）に示す設定時間帯（ｉ＝１９，２０）の貯熱量Ｔ（１９），Ｔ（２０）のように、先に熱不足状態となる場合に、出力上昇運転判定処理が行われる。
そして、出力上昇運転判定処理において、図１７（イ）に示すように、最早の設定時間帯（ｉ＝１）から各設定時間帯（ｉ）で電力追従運転を行った場合に熱不足状態となった設定時間帯（ｉ＝１９）までの燃料電池１の出力Ｆ（１）〜Ｆ（１９）を出力上昇運転時に設定される出力ｆｍａｘとする条件で、各設定時間帯（ｉ）における予測貯熱量Ｔ（ｉ）を求めた結果、図１７（ロ）に示す設定時間帯（ｉ＝５）の貯熱量Ｔ（５）等のように、設定時間帯（ｉ＝１〜１９）において出力上昇運転を行った場合に熱余り状態となる設定時間帯（ｉ＝５）が熱不足状態であった設定時間帯（ｉ＝１９）の前にある場合には、最早の設定時間帯（ｉ＝１）においては、出力上昇運転を行うことを禁止して、電力追従運転を行うように決定されるのである。

なお、出力上昇運転判定処理のステップ２０２において、設定時間帯（ｉ＝１〜ｅｍｐ）において出力上昇運転を行った場合に、熱余り状態となるか否かを判定し、熱余り状態とならない場合には、最早の設定時間帯（ｉ＝１）において出力上昇運転を行うことを決定し、一方、熱余り状態となる場合には、最早の設定時間帯（ｉ＝１）において電力追従運転を行うことを決定するように構成しても構わない。

なお、本実施形態において、出力上昇運転時に設定される燃料電池１の出力ｆｍａｘは、第１実施形態のように、燃料電池１の最大出力とすることができるが、別に、第３実施形態のように、各設定時間帯（ｉ）で電力追従運転を行った場合に不足する熱分に応じて設定された上昇用設定量だけ電力追従運転時の現電力負荷よりも大きい出力とすることもできる。
また、本実施形態において、出力下降運転時に設定される燃料電池１の出力ｆｍｉｎは、第１実施形態のように、燃料電池１の最小出力とすることができるが、別に、第３実施形態のように、各設定時間帯（ｉ）で電力追従運転を行った場合に余る熱分に応じて設定された下降用設定量だけ電力追従運転時の現電力負荷よりも大きい出力とすることもできる。

〔別実施形態〕
（１）上記参考の第１〜第６実施形態及び発明の実施形態では、運転制御部５が、設定周期内において設定時間帯ごとの時系列的な電力負荷及び時系列的な熱負荷を予測して、熱不足状態が予測される設定時間帯及び熱余り状態が予測される設定時間帯を特定するようにしているが、熱不足状態や熱余り状態を特定する構成については、適宜変更が可能である。

例えば、運転制御部５が、設定周期（例えば、１日）内において補助加熱手段Ｍを作動した状態での給湯量を積算し、その積算値が設定値以上となることにより、設定周期内において熱不足状態を予測することができ、この場合には、設定周期中、出力上昇運転を行うことになる。
そして、運転制御部５が、設定周期（例えば、１日）内においてラジエター１９における放熱量を積算し、その積算値が設定値以上となることにより、設定周期内において熱余り状態を予測することができ、この場合には、設定周期中、出力下降運転を行うことになる。

また、運転制御部５が、設定周期（例えば、１日）内において設定時間帯ごとに、補助加熱手段Ｍを作動した状態での給湯量やラジエター１９における放熱量を積算値、その積算値が設定値以上となることにより、熱不足状態や熱余り状態を予測することができることになる。
そして、この場合には、例えば、６時間や１２時間の一定時間を設定時間帯と設定したり、深夜時間帯（０時〜６時）、朝時間帯（６時〜１１時）、昼時間帯（１１時〜１７時）、夜時間帯（１７時〜２４時）などのように、異なる長さの時間帯を設定時間帯と設定することが可能である。
ちなみに、この場合には、補助加熱手段Ｍを作動した状態での給湯量やラジエター１９における放熱量が時系列的な熱負荷となり、設定周期内の現電力負荷の推移が時系列的な電力負荷となる。

（２）上記参考の第１〜第４実施形態において、運転制御部５が、出力上昇運転を行っても、設定周期内で熱不足状態が発生した場合には、次の設定周期において、さらに大きい出力側に燃料電池１の出力を調整する状態で出力上昇運転を行うように、実際の使用状況に基づいて、出力上昇運転の補正を行うように構成してもよい。

例えば、参考の第１実施形態を挙げて説明すると、出力上昇運転を行っても、設定周期内で熱不足状態が発生した場合には、次の設定周期において、選択設定時間帯Ｔ３がひとつの設定時間帯であれば、２つの設定時間帯を選択設定時間帯Ｔ３とするように、選択設定時間帯Ｔ３の範囲を補正するように構成してもよい。

ちなみに、出力上昇運転の補正は、次の設定周期内のすべての設定時間帯において、出力上昇運転の補正を行うように構成したり、あるいは、熱不足状態が発生した設定時間帯が特定できれば、次の設定周期において、熱不足状態が発生した設定時間帯と同じ設定時間帯のみ、出力上昇運転の補正を行うように構成することが可能である。

（３）上記参考の第１〜第４実施形態において、運転制御部５が、出力下降運転を行っても、設定周期内で熱余り状態が発生した場合には、次の設定周期において、さらに小さい出力側に燃料電池１の出力を調整する状態で出力下降運転を行うように、実際の使用状況に基づいて、出力下降運転の補正を行うように構成してもよい。

例えば、参考の第２実施形態を挙げて説明すると、出力下降運転を行っても、設定周期内で熱余り状態が発生した場合には、次の設定周期において、出力下降用基準値を設定量だけ大きくするように、出力下降用基準値を補正するように構成してもよい。

ちなみに、出力下降運転の補正は、次の設定周期内のすべての設定時間帯において、出力下降運転の補正を行うように構成したり、あるいは、熱余り状態が発生した設定時間帯が特定できれば、次の設定周期において、熱余り状態が発生した設定時間帯と同じ設定時間帯のみ、出力下降運転の補正を行うように構成することが可能である。

（４）上記参考の第１〜第４実施形態において、４種類の出力上昇運転を例示し、上記第１〜第６実施形態において、６種類の出力下降運転を例示したが、４種類の出力上昇運転のうち、どの出力上昇運転を採用するか、６種類の出力下降運転のうち、どの出力下降運転を採用するかは、適宜変更が可能であり、例えば、第１実施形態で例示した出力上昇運転と、第２実施形態で例示した出力下降運転を行うように構成して実施することも可能である。

（５）上記参考の第１〜第６実施形態及び発明の実施形態では、設定周期を１日、設定時間帯を１時間とした例を示したが、設定周期及び設定時間帯ともに、どのように設定するかについては適宜変更が可能である。
例えば、設定周期については、１週間を設定周期と設定することも可能であり、設定時間帯についても、６時間や１２時間の一定時間を設定時間帯と設定したり、深夜時間帯（０時〜６時）、朝時間帯（６時〜１１時）、昼時間帯（１１時〜１７時）、夜時間帯（１７時〜２４時）などのように、異なる長さの時間帯を設定時間帯と設定することが可能である。

（６）上記参考の第１〜第６実施形態及び発明の実施形態では、運転制御部５が、電力負荷追従運転において、現電力負荷よりもα（例えば、１００Ｗ）だけ小さい出力になるように、燃料電池１の出力を調整するように構成されているが、運転制御部５を、電力負荷追従運転において、現電力負荷と同じ又はほぼ同じ出力になるように、燃料電池１の出力を調整するように構成して実施することも可能である。
また、前記運転制御部５は、電力負荷追従運転における燃料電池１の出力の調整範囲は、最小出力から最大出力の範囲内とするのではなく、下限又は上限を、上記最小出力と最大出力との間の所定の出力とするように、制限を与えても構わない。

（７）上記参考の第１〜第６実施形態及び発明の実施形態では、貯湯タンク２に加えて、熱消費端末３を設けて、熱負荷を給湯熱負荷と端末熱負荷としたコージェネレーションシステムを例示したが、熱消費端末３を設けずに、給湯熱負荷を熱負荷とするコージェネレーションシステムとしてもよい。

（８）上記参考の第１〜第６実施形態及び発明の実施形態では、電気ヒータ１２が燃料電池１の冷却水を加熱するように構成されているが、電気ヒータ１２にて貯湯タンク２内の湯水を加熱するように構成して実施することも可能である。

（９）上記参考の第１〜第６実施形態及び発明の実施形態では、熱電併給装置として、燃料電池１を例示したが、熱電併給装置として、例えば、ガスエンジンなどの内燃機関と発電装置とを組み合わせたものや、スターリングエンジンなどの外燃機関と発電装置とを組み合わせたものなどを適応することも可能である。
また、何れの構成においても、ラジエター１９の設置位置を冷却水循環路１３の流路中としてもよい。

コージェネレーションシステムの概略構成図 コージェネレーションシステムの制御ブロック図 電力負荷追従運転における説明図 予測電力負荷及び予測熱負荷を示すグラフ 参考の第１実施形態における出力上昇運転及び出力下降運転の説明図 制御動作を示すフローチャート 参考の第２実施形態における出力上昇運転及び出力下降運転の説明図 参考の第３実施形態における出力上昇運転及び出力下降運転の説明図 参考の第４実施形態における出力上昇運転及び出力下降運転の説明図 発明の実施形態における制御動作を示すフローチャート 図１０の制御動作における出力下降運転判定処理を示すフローチャート 図１０の制御動作における出力上昇運転判定処理を示すフローチャート 予測貯熱量の演算条件（イ）と演算結果（ロ）を示すグラフ 予測貯熱量の演算条件（イ）と演算結果（ロ）を示すグラフ 予測貯熱量の演算条件（イ）と演算結果（ロ）を示すグラフ 予測貯熱量の演算条件（イ）と演算結果（ロ）を示すグラフ 予測貯熱量の演算条件（イ）と演算結果（ロ）を示すグラフ

符号の説明

１：熱電併給装置
２：貯湯タンク
５：運転制御手段
Ｍ：補助加熱手段

Claims (4)

1. 電力と熱とを出力してその出力を調整可能な熱電併給装置と、その熱電併給装置から出力される熱にて加熱された湯水を貯湯する貯湯タンクと、運転を制御する運転制御手段とが設けられ、
   前記運転制御手段は、現在要求されている現電力負荷を賄えるように、前記熱電併給装置の出力を調整する電力負荷追従運転を行うように構成されているコージェネレーションシステムであって、
   前記運転制御手段は、電力負荷及び熱負荷を計測して記憶することにより、時系列的な電力負荷、及び、時系列的な熱負荷を管理するように構成され、かつ、管理している前記時系列的な電力負荷に基づいて予測される時系列的な電力負荷に対して前記電力負荷追従運転を行うことを想定したときに出力される熱では管理している前記時系列的な熱負荷に基づいて予測される時系列的な熱負荷に対して熱が不足する熱不足状態が予測される場合には、熱不足状態が予測される時間帯以前の所定の出力上昇対象時間帯において、現電力負荷を賄えるようにする前記電力負荷追従運転に代えて、現電力負荷よりも大きい出力側に前記熱電併給装置の出力を調整する出力上昇運転を行うように構成され、且つ、
   前記予測される時系列的な電力負荷に対して前記電力負荷追従運転を行うことにより前記熱不足が予測されても、前記出力上昇対象時間帯において前記出力上昇運転を行うことにより前記予測される時系列的な熱負荷に対して熱が余る熱余り状態となる時間帯が予測される場合には、前記出力上昇対象時間帯において前記出力上昇運転を行うことを禁止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。
2. 電力と熱とを出力してその出力を調整可能な熱電併給装置と、その熱電併給装置から出力される熱にて加熱された湯水を貯湯する貯湯タンクと、運転を制御する運転制御手段とが設けられ、
   前記運転制御手段は、現在要求されている現電力負荷を賄えるように、前記熱電併給装置の出力を調整する電力負荷追従運転を行うように構成されているコージェネレーションシステムであって、
   前記運転制御手段は、電力負荷及び熱負荷を計測して記憶することにより、時系列的な電力負荷、及び、時系列的な熱負荷を管理するように構成され、かつ、管理している前記時系列的な電力負荷に基づいて予測される時系列的な電力負荷に対して前記電力負荷追従運転を行うことを想定したときに出力される熱では管理している前記時系列的な熱負荷に基づいて予測される時系列的な熱負荷に対して熱が余る熱余り状態が予測される場合には、熱余り状態が予測される時間帯以前の所定の出力下降対象時間帯において、現電力負荷を賄えるようにする前記電力負荷追従運転に代えて、現電力負荷よりも小さい出力側に前記熱電併給装置の出力を調整する出力下降運転を行うように構成され、且つ、
   前記予測される時系列的な電力負荷に対して前記電力負荷追従運転を行うことにより前記熱余りが予測されても、前記出力下降対象時間帯において前記出力下降運転を行うことにより前記予測される時系列的な熱負荷に対して熱が不足する熱不足状態となる時間帯が予測される場合には、前記出力下降対象時間帯において前記出力下降運転を行うことを禁止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。
3. 前記運転制御手段は、時系列的な電力負荷、及び、時系列的な熱負荷を設定周期内において設定時間帯ごとに管理するように構成され、前記設定周期が１日に設定されている請求項１又は２に記載のコージェネレーションシステム。
4. 前記運転制御手段は、前記電力負荷追従運転において、最小出力から最大出力の範囲内で現電力負荷に応じて前記熱電併給装置の出力を調整するように構成されている請求項１〜３の何れか１項に記載のコージェネレーションシステム。

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