JP4878484B2 - コジェネレーションシステム - Google Patents

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Description

本発明は、コジェネレーションシステムに関するものである。
コジェネレーションシステムは、電力及び熱を発生する電熱発生装置を備える。電熱発生装置にて発生する電力は電気機器に供給され、発電に伴って発生する熱は給湯、暖房等の熱機器に供給される。コジェネレーションシステムによれば発電に伴って発生する熱の有効利用が可能となるため、導入場所でのエネルギコストの低減を図ることができる。
近年、コジェネレーションシステムのエネルギ利用効率を向上するために、事前に電力量及び熱量を予測し、予測された電力量及び熱量に基づいて電熱発生装置を運転することが検討されている。例えば、特許文献１には、導入場所での電力及び熱の供給量に基づいて経済的な運転パターンを予測して運転するコジェネレーションシステムが記載されている。
特開２００５−２８３０２８号公報
しかし、特許文献１に記載したような過去の測定結果に基づいた予測では、自然環境の大幅な変化（例えば、気候条件の変化など）、あるいは生活環境の大幅な変化（例えば、長期不在）に対して適切に対応することは難しい。その場合、予測に基づいた運転を継続しても、経済的な運転を維持することは困難となるおそれがある。
本発明は、上記問題点を解消するためになされたものであり、現在の状況に基づいて経済的な運転をすることが可能なコジェネレーションシステムを提供することを目的とする。
このような目的を達成するために、本発明によるコジェネレーションシステムは、電力および熱を発生する電熱発生装置と、電熱発生装置から発生した熱を回収して温められた水を貯える貯湯槽と、貯湯槽内に設けられ、貯湯槽内に貯えられた水の温度を計測する複数の温度計と、手動によって、又は予め設定された条件に基づいて、予め蓄積された所定の時間帯の使用電力量及び使用熱量を用いて算出された所定の時間帯における電力量及び熱量の予測値に基づいて、電熱発生装置から発生させる電力及び熱を制御する予測運転モードと、貯湯槽内に貯えられた水の温度状況に応じて電熱発生装置の起動及び停止を制御する非予測運転モードとを切り替える運転モード切替手段と、運転モード切替手段によって非予測運転モードに切り替えられた後に、複数の温度計に含まれる第１の温度計により計測された第１の温度が、予め定められた所定の温度未満である場合に、電熱発生装置を起動させ、複数の温度計に含まれ且つ第１の温度計より下方に設置された第２の温度計により計測された第２の温度が、予め定められた所定の温度以上である場合に、電熱発生装置を停止させる起動停止制御手段と、を備えることを特徴とする。
また、本発明によるコジェネレーションシステムは、電力および熱を発生する電熱発生装置と、電熱発生装置から発生した熱を回収して温められた水を貯える貯湯槽と、手動によって、又は予め設定された条件に基づいて、予め蓄積された所定の時間帯の使用電力量及び使用熱量を用いて算出された所定の時間帯における電力量及び熱量の予測値に基づいて、電熱発生装置から発生させる電力及び熱を制御する予測運転モードと、貯湯槽内に貯えられた水の温度状況に応じて電熱発生装置の起動及び停止を制御する非予測運転モードとを切り替える運転モード切替手段と、運転モード切替手段によって非予測運転モードに切り替えられた後、貯湯槽に貯えられている水のうち所定の温度以上に温められている水の割合が第１の閾値未満である場合に、電熱発生装置を起動させ、貯湯槽に貯えられている水のうち所定の温度以上に温められている水の割合が第１の閾値よりも大きな第２の閾値以上である場合に、電熱発生装置を停止させる起動停止制御手段と、を備えることを特徴とする。
これらのコジェネレーションシステムは、予め蓄積されたデータに基づく予測運転モードと貯湯槽内に貯えられた水の温度状況に基づく非予測運転モードとを切り替える運転モード切替手段を備える。そのため、予測が困難な状況に陥った場合であっても、現在の状況に基づいて経済的な運転をすることが可能である。また、非予測運転モードでは、第１の温度計で計測された第１の温度が所定の温度未満である場合、あるいは所定の温度以上に温められている水が第１の閾値未満である場合には、電熱発生装置を起動し貯湯槽内の温水が不足する事態を回避する。一方、第１の温度計より下方にある第２の温度計によって計測された第２の温度が所定の温度以上である場合、あるいは所定の温度以上に温められている水が第１の閾値より大きい第２の閾値以上ある場合には、電熱発生装置を停止して無駄な熱の発生を抑制する。このように、これらのコジェネレーションシステムの非予測運転モードでは、現在の状況に基づいて経済的な運転を実現している。
起動停止制御手段は、電熱発生装置が停止状態であり、且つ第１の温度が所定の温度以上であるときに、複数の温度計によって計測された温度に基づいて求められる所定の温度以上である水量が、所定の時間帯における電力量及び熱量の予測値に基づいて算出される予測使用水量未満である場合には、電熱発生装置を起動させることが好ましい。あるいは、起動停止制御手段は、電熱発生装置が停止状態であって、且つ所定の温度以上に温められている水の割合が第１の閾値以上であるときに、当該第１の閾値以上である水量が、所定の時間帯における熱量の予測値に基づいて算出される予測使用水量未満である場合には、電熱発生装置を起動させることが好ましい。貯湯槽に貯えられている温水の量が現在の使用状況に対しては十分であったとしても、その後さらに多量の温水が必要になる場合がある。そのようなことが予測された場合には、電熱発生装置を停止したままとせず起動させ、温水不足となる事態の発生を抑制することが可能となる。
起動停止制御手段は、電熱発生装置が停止状態であり、且つ第１の温度が所定の温度未満であるときに、現時点において使用されている電力量が予め定められた電熱発生装置の最低発電量未満である場合には、電熱発生装置の停止状態を継続させることが好ましい。あるいは、起動停止制御手段は、電熱発生装置が停止状態であって、所定の温度以上に温められている水の割合が第１の閾値未満であるときに、現時点において使用されている電力量が予め定められた電熱発生装置の最低発電量未満である場合には、電熱発生装置の停止状態を継続させることが好ましい。これにより、使用電力が電熱発生装置の最低発電量よりも少ない場合に無駄に発電することが抑制される。
運転モード切替手段は、予測運転モードに切り替えた後に、所定の時間帯における電力量の予測値と所定の時間帯において実際に使用された電力量との間の電力量相関係数と、所定の時間帯における熱量の予測値と所定の時間帯において実際に使用された熱量との間の熱量相関係数とを以下の式（１）により求め、
Figure 0004878484
 ここで、Ｘｉは前記所定の時間帯ごとの電力量の前記予測値又は熱量の前記予測値であり、Ｘバーは電力量の前記予測値の平均値又は熱量の前記予測値の平均値であり、Ｙｉは前記所定の時間帯ごとの実際に使用された電力量又は熱量であり、Ｙバーは実際に使用された電力量の平均値又は実際に使用された熱量の平均値であり、求めた電力量相関係数と熱量相関係数との和が、所定の相関係数閾値未満である場合に、非予測運転モードに切り替える。
電力量相関係数と熱量相関係数との和は予測運転モードによる予測の精度を表すため、電力量相関係数と熱量相関係数との和に基づいて予測精度の低下を判断することができる。上記コジェネレーションシステムでは、電力量相関係数と熱量相関係数との和から予測精度の低下が判断された場合、すなわち実際の使用量と予測使用量との間の乖離が認識された場合、非予測運転モードに切り替え、経済的な運転を良好に維持することが可能となる。
本発明によれば、現在の状況に基づいて経済的な運転をすることが可能なコジェネレーションシステムを提供することができる。
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。また、以下の説明における「水」とは、上水のように冷たい水だけではなく、温度の高い温水など液体の状態である水（湯）をすべて含み得る。
図１は実施形態に係るコジェネレーションシステム１の構成を示す図である。図１に示すようにコジェネレーションシステム１は、コジェネレーションユニット１０と、貯湯ユニット２０と、給湯器３０と、記録システム４０とを備える。コジェネレーションシステム１は、商用電力系統５０及び給水系統６０に接続している。
コジェネレーションシステム１は、コジェネレーションユニット１０で発電した電力を電気機器ＥＩに供給するとともに、発電に伴って発生した熱で加熱した水を貯湯ユニット２０に貯えて熱機器ＨＩに供給する。
コジェネレーションユニット１０は、電熱発生装置１１と、熱交換器１２と、運転制御部１３とを有する。電熱発生装置１１は、電力及び熱の双方を発生する装置であって、例えば燃料電池、又は内燃機関（例えばガスエンジン）とこの内燃機関により駆動される発電装置との組合せ、又は外燃機関と発電装置との組合せなどである。電熱発生装置１１は、発生させた電力を電力線１４を介して電気機器ＥＩに出力し、発電に伴って発生する熱を熱交換器１２に出力する。
電力線１４は商用電力系統５０から供給される電力を送電する電力線５１と接続しており、電熱発生装置１１において発生された電力だけでなく、商用電力系統５０からの電力も共に電気機器ＥＩに供給する。
電力線５１と接続された電力線１４上には電流計４１が設置されている。電流計４１は、電熱発生装置１１及び商用電力系統５０から電気機器ＥＩに供給される電力を電流値として計測する。
熱交換器１２は、電熱発生装置１１で発生する熱を回収し、熱交換器１２と貯湯ユニット２０との間で水を循環させる熱回収用配管２Ａ、２Ｂ内の水に熱を伝達する。より具体的には、熱交換器１２は、貯湯ユニット２０から流出された熱回収用配管２Ｂ内の水に熱を伝達し、貯湯ユニット２０に流入する熱回収用配管２Ａ内に熱伝達された水を流す。運転制御部１３は、電熱発生装置１１の運転を制御するための手段であり、後述する電力量及び熱量の予測値に基づいて電熱発生装置１１の運転を制御するための手段である。
貯湯ユニット２０は、貯湯槽２１と三方弁２５とを有し、これらは第１出湯用配管２２、配管２３、上水用配管２４、及び第２出湯用配管２６を介して給湯器３０に接続している。貯湯槽２１は、電熱発生装置１１から発生した熱を回収して温められた水を貯えるタンクであり、熱交換器１２において熱伝達された水が貯えられる。
貯湯槽２１内には、複数（本実施形態では５つ）の温度計ＴＭ１〜ＴＭ５が当該貯湯槽２１の上下方向に関して等間隔に配置されるように設けられている。各温度計ＴＭ１〜ＴＭ５は、貯湯槽２１を上下方向に５等分して得られる各領域に対し、当該各領域の上下方向での中間位置に設置される。温度計ＴＭ１〜ＴＭ５は、貯湯槽２１内に貯えられた水の温度を計測する。
複数の温度計ＴＭ１〜ＴＭ５に対して、第１及び第２の温度計が設定される。ただし、第２の温度計は、第１の温度計より下方に位置する。例えば、第１の温度計として温度計ＴＭ２を設定し、第２の温度計として温度計ＴＭ５を設定する。
貯湯槽２１は、上部において熱回収用配管２Ａと接続しており、熱交換器１２で熱伝達された水を熱回収用配管２Ａを介して流入可能な構成となっている。貯湯槽２１は、下部において熱回収用配管２Ｂと接続しており、貯湯槽２１の下部に貯えられた水を流出し、熱交換器１２に流入可能な構成となっている。
貯湯槽２１は、上部においてさらに第１出湯用配管２２と接続しており、貯湯槽２１の上部に貯えられた水を出湯可能な構成となっている。貯湯槽２１は、下部において配管２３と接続しており、貯湯槽２１の下部から上水を給水可能な構成となっている。配管２３には、上水用配管２４から上水が流入する。
三方弁２５は、第１出湯用配管２２及び上水用配管２４の双方から流入した水を第２出湯用配管２６に流出することが可能な構成になっている。上水用配管２４は、商用の給水系統６０から上水を貯湯ユニット２０に供給する水道管６１と接続している。水道管６１上には温度計４３が設置されており、貯湯ユニット２０に供給される上水の温度を計測する。
第２出湯用配管２６は、第１出湯用配管２２によって運ばれた水及び上水用配管２４によって運ばれた水の双方を混合した水又は一方の水を給湯器３０へ流出する。第２出湯用配管２６には流量計４２が接続されており、給湯器３０に流入する水の流量を計測する。
給湯器３０は、第２出湯用配管２６によって流入された水を、出湯用配管３を介して熱機器ＨＩに供給する。給湯器３０は、必要に応じて第２出湯用配管２６によって流入された水を加熱する。出湯用配管３上には温度計４４が設置されている。温度計４４は、給湯器３０から熱機器ＨＩに供給される水の温度を計測する。
記録システム４０は、電流計４１の測定値、流量計４２の測定値、温度計４３の測定値、及び温度計４４の測定値を、測定日及び測定時間帯とともに記録する。電流計４１の測定値、流量計４２の測定値、温度計４３の測定値、及び温度計４４の測定値は、必要に応じて記録時に必要な形式に変更して記録される。
すなわち、記録システム４０は、例えば電流計４１の測定値に基づいて各時間帯の電力量を算出し、測定日及び測定時間とともに内蔵されたハードディスクに記録する。また、記録システム４０は、例えば流量計４２の測定値、温度計４３の測定値、及び温度計４４の測定値に基づいて各時間帯の熱量を算出し、測定日及び測定時間とともに内蔵されたハードディスクに記録する。
次に、図２を参照して運転制御部１３の機能について説明する。図２は、運転制御部１３の機能構成を示す図である。図２に示すように、運転制御部１３は、運転モード切替部（運転モード切替手段）１００と、電熱予測部１０１と、電熱制御部１０２と、温度取得部１０３と、温度判断部１０４と、起動停止制御部（起動停止制御手段）１０５と、起動停止判断部１０６と、予測使用水量有無判断部１０７と、電力判断部１０８とを有する。
運転モード切替部１００は、予測運転モードと非予測運転モードとを切り替える。予測運転モードとは、予め蓄積された所定の時間帯の使用電力量及び使用熱量を用いて算出された所定の時間帯における電力量及び熱量の予測値に基づいて、電熱発生装置から発生させる電力及び熱を制御するモードである。予測運転モードは、主に電熱予測部１０１と、電熱制御部１０２とによって実現される。
一方、非予測運転モードとは、貯湯槽内に貯えられた水の温度状況に応じて電熱発生装置の起動及び停止を制御するモードである。非予測モードは、主に温度取得部１０３と、温度判断部１０４と、起動停止制御部（起動停止制御手段）１０５と、起動停止判断部１０６と、予測使用水量有無判断部１０７と、電力判断部１０８とによって実現される。
運転モード切替部１００は、手動によってモードが切り替えられてもよいし、予め設定された条件に基づいて運転制御部１３により切り替えられてもよい。本実施形態においては、運転モード切替部１００が例えば、所定の時間帯における予測値と所定の時間帯において実際に使用された計測値データとの間の相関係数を条件としてモードを切り替える場合について説明する。
相関係数を条件としてモードを切り替える場合について具体的に説明する。運転モード切替部１００は、予測運転モードに切り替えられた後、所定の時間帯における電力量の予測値と所定の時間帯において実際に使用された電力量との間の電力量相関係数、及び所定の時間帯における熱量の予測値と所定の時間帯において実際に使用された熱量との間の熱量相関係数を求める。電力量相関係数ＲＥ及び熱量相関係数ＲＨはいずれも、以下の式（１）で求められる。
Figure 0004878484
Ｒ…電力量相関係数ＲＥ、又は熱量相関係数ＲＨ
Ｘｉ…所定の時間帯ごとの予測電力量、又は予測熱量
Ｘ０…予測電力量の平均値、又は予測熱量の平均値
Ｙｉ…所定の時間帯ごとの使用電力量、又は使用熱量
Ｙ０…使用電力量の平均値、又は使用熱量の平均値
Ｎ…データの数
運転モード切替部１００は、求められた電力量相関係数ＲＥと熱量相関係数ＲＨとを加算してこれらの和を求め、当該和が相関係数閾値（例えば、１．０）未満であるか否か判断する。運転モード切替部１００は、予測運転モードに切り替えた後に、電力量相関係数ＲＥと熱量相関係数ＲＨとの和が相関係数閾値未満である場合に、非予測運転モードに切り替える。
図３に示した表は、予測対象日の１日前の１時間ごとに使用された電力量（予測対象日１日前の使用電力量（ｋＷＨ)）、１時間ごとに予測された電力量（予測電力量（ｋＷＨ)）、及び実際に１時間ごとに使用された電力量（実際の使用電力量（ｋＷＨ)）のデータをそれぞれの１日分（２４時間分）表す。ここでは、予測対象日の１日前のデータを予測値としている。このデータに対し、式（１）を適用した場合、電力量相関係数ＲＥは約０．３９を示す。
電熱予測部１０１は、予測対象日の所定の時間帯（すわなち、予測対象時間帯）において必要とされる電力量及び熱量の予測値を算出する。予測の方法としては、例えば過去一週間の予測対象時間での使用電力量及び使用熱量のデータをそれぞれ平均して、予測値を算出してもよい。
あるいは、例えば、予測対象日の１日前から７日前までの使用電力量及び使用熱量のうち、１日前及び７日前の使用電力量及び使用熱量に対する重み付け係数を他の日の使用電力量及び使用熱量に対する重み付け係数よりも重くした上で、予測対象日の１日前から７日前までの各日における使用電力量及び使用熱量のそれぞれに対して、それぞれの使用電力量及び使用熱量に対応する重み付け係数を乗算し、当該乗算された各値を加算することによって予測値を算出してもよい。なお、重み付け係数とは、各対象データが予測値に対して占める割合を表す係数をいう。すなわち、予測値に対して各対象データが与える影響の度合いを示す係数である。
あるいは、予測対象日の１日前の予測対象時間帯の電力量及び熱量をそれぞれ予測値として算出してもよい。
電熱発生制御部１０２は、電熱予測部１０１が算出した電力量及び熱量の予測値に基づいて、電熱発生装置１１において発生させる電力及び熱を制御する。
温度取得部１０３は、貯湯槽２１内に設けられた各温度計ＴＭ１〜ＴＭ５によって計測された貯湯槽内の水の温度Ｔ１〜Ｔ５を取得する。ここで、第１の温度計によって計測された温度を第１の温度とし、第２の温度計によって計測された温度を第２の温度とする。したがって、例えば第１及び第２の温度計として温度計ＴＭ２、ＴＭ５がそれぞれ設定される場合、温度計ＴＭ２によって計測された温度が第１の温度であり、温度計ＴＭ５によって計測された温度が第２の温度である。
温度判断部１０４は、第１の温度計ＴＭ２によって計測された第１の温度Ｔ２が４０℃（所定の温度）未満であるか否か判断する。また、温度判断部１０４は、第２の温度計ＴＭ５によって計測された第２の温度Ｔ５が４０℃以上であるか否か判断する。
温度判断部１０４は上記したように温度を判断することによって、貯湯槽２１に貯えられている水のうち４０℃以上に温められている水の割合が所定の閾値以上（あるいは所定の閾値未満）であるか否かを判断する。
温度判断部１０４での温度判断と、４０℃以上に温められている水の割合についての判断との関係を具体的に説明する。温度判断部１０４が、第１の温度計ＴＭ２によって計測された第１の温度Ｔ２は４０℃未満であると判断した場合を考える。この場合、第１の温度計ＴＭ２より下方にある水は４０℃未満であると考えられるため、４０℃以上の水の割合は多くても第１の温度計ＴＭ２より上方の水の割合ということになる。したがって、本実施形態においては、第１の温度Ｔ２が４０℃未満である場合には４０℃以上の水の割合は貯湯槽全体の３０％（第１の閾値）未満ということになる。
一方、温度判断部１０４が、第２の温度計ＴＭ５によって計測された第２の温度Ｔ５は４０℃以上であると判断した場合を考える。この場合、第２の温度計ＴＭ５より上方にある水は４０℃以上であると考えられるため、４０℃以上の水の割合は少なくとも第２の温度計ＴＭ５より上方の水の割合ということになる。したがって、本実施形態においては、第２の温度Ｔ５が４０℃以上である場合には４０℃以上の水の割合は貯湯槽全体の９０％（第２の閾値）以上ということになる。なお、ここに示した例のように、第１の閾値（この例では、３０％）は、第２の閾値（この例では、９０％）よりも小さい。
起動停止制御部１０５は、温度判断部１０４の判断に基づいて、電熱発生装置１１の起動及び停止を制御する。したがって、起動停止制御部１０５は、第１の温度Ｔ２が４０℃未満であると温度判断部１０４が判断した場合に、電熱発生装置１１を起動させる。一方、起動停止制御部１０５は、第２の温度Ｔ５が４０℃以上であると温度判断部１０４が判断した場合に、電熱発生装置１１を停止させる。
このことは、閾値にしたがって考えることもできる。すなわち、起動停止制御部１０５は、貯湯槽２１に貯えられている水のうち４０℃以上に温められている水の割合が第１の閾値（例えば、３０％）未満であると温度判断部１０４が判断した場合に、電熱発生装置１１を起動させる。一方、起動停止制御部１０５は、貯湯槽２１に貯えられている水のうち４０℃以上に温められている水の割合が第２の閾値（例えば、９０％）以上であると温度判断部１０４が判断した場合に、電熱発生装置１１を停止させる。
起動停止判断部１０６は、電熱発生装置１１が起動状態にあるか、あるいは停止状態にあるかを判断する。
予測使用水量有無判断部１０７は、温度計ＴＭ１〜ＴＭ５によって計測された温度Ｔ１〜Ｔ５に基づいて求められる４０℃以上の水の量が、所定の時間帯における電力量及び熱量の予測値に基づいて算出される予測使用水量未満であるか否か、すなわち貯湯槽２１内で４０℃以上に温められている水の量が、所定の時間帯における熱量の予測値に基づいて算出される予測使用水量未満であるか否かを判断する。
具体的には、予測使用水量判断部１０７はまず、電熱予測部１０１で所定の時間帯において必要とされる熱量の予測値を算出し、当該予測値から所定の時間において使用されるであろう水の量（予測使用水量）を予測する。予測使用水量有無判断部１０７は、求められた水の量（予測使用水量）に相当する位置と同じ位置、あるいは同じ位置に温度計が存在しない場合には予測使用水量に相当する位置の下方直近の位置にある温度計ＴＭｉ（ｉ＝１〜５）を、貯湯槽２１内に設けられた複数の温度計ＴＭ１〜ＴＭ５の中から特定する。予測使用水量有無判断部１０７はさらに、特定された温度計ＴＭｉの温度Ｔｉを取得し、温度Ｔｉが４０℃未満であるか否かを判断する。すなわち、温度Ｔｉが４０℃未満である場合というのが、予測使用水量未満の場合に相当する。
電力判断部１０８は、現時点において使用されている電力量が、予め定められた電熱発生装置１１の最低発電量未満であるか否かを判断する。
次に、本実施形態に係るコジェネレーションシステム１の動作について、図４〜図６を参照しながら説明する。
図４は、予測運転モードから非予測運転モードに切り替えて運転される場合のコジェネレーションシステムの動作を示すフロー図である。図４に示すように、まず、コジェネレーションシステム１は、予測運転モードによって運転されている（ステップＳ１、Ｓ２）。すなわち、電熱予測部１０１は、予測対象時間帯における電力量及び熱量の予測値を算出する（ステップＳ１）。電熱制御部１０２は、電熱予測部１０１において算出された電力量及び熱量の予測値に基づいて、電熱発生装置１１が発生する電力及び熱を制御する（ステップＳ２）。
運転モード切替部１００は、電力量相関係数と熱量相関係数との和が相関係数閾値未満であるか否か判断する（ステップＳ３）。電力量相関係数と熱量相関係数との和が相関係数閾値未満でない場合（ステップＳ３：ｎｏ）、そのまま予測運転モードでの運転が継続される。電力量相関係数と熱量相関係数との和が相関係数閾値未満である場合（ステップＳ３：ｙｅｓ）、運転モード切替部１００は運転モードを非予測運転モードに切り替える（ステップＳ４）。
非予測運転モードに切り替えられた後、温度取得部１０３は、貯湯槽２１内に設けられた各温度計ＴＭ１〜ＴＭ５によって計測された貯湯槽内の水の温度Ｔ１〜Ｔ５を取得する（ステップＳ５）。起動停止判断部１０６は、電熱発生装置１１が起動状態にあるか、あるいは停止状態にあるかを判断する（ステップＳ６）。
起動停止判断部１０６が電熱発生装置１１は起動状態にあると判断した場合（ステップＳ６：ｙｅｓ）、温度判断部１０４は、第２の温度計ＴＭ５によって計測された第２の温度Ｔ５が、４０℃以上であるか否かを判断する（ステップＳ７）。この判断により、貯湯槽２１に貯えられている水のうち４０℃以上に温められている水の割合が第２の閾値以上であるか否かが判断される。
第２の温度Ｔ５は４０℃以上であると温度判断部１０４が判断した場合（ステップＳ７：ｙｅｓ）、起動停止制御部１０５は電熱発生装置１１を停止する（ステップＳ８）。一方、第２の温度Ｔ５は４０℃以上でないと温度判断部１０４が判断した場合（ステップＳ７：ｎｏ）には、起動停止制御部１０５は電熱発生装置１１の起動状態を継続する（ステップＳ９）。
起動停止判断部１０６が電熱発生装置１１は起動状態にない、すなわち停止状態にあると判断した場合（ステップＳ６：ｎｏ）、温度判断部１０４は、第１の温度計ＴＭ２によって計測された第１の温度Ｔ２が４０℃未満であるか否かを判断する（ステップＳ１０）。この判断により、貯湯槽２１に貯えられている水のうち４０℃以上に温められている水の割合が第１の閾値未満であるか否かが判断される。
第１の温度Ｔ２は４０℃未満であると温度判断部１０４が判断した場合（ステップＳ１０：ｙｅｓ）、起動停止制御部１０５は起動処理を実行する（ステップＳ１１）。一方、第２の温度Ｔ５は４０℃以上であると温度判断部１０４が判断した場合（ステップＳ１０：ｎｏ）、起動停止制御部１０５は停止継続処理を実行する（ステップＳ１２）。
次に、図５を参照して上述したステップＳ１１の起動処理における動作を説明する。図５は、起動処理における動作を示すフロー図である。まず、電力判断部１０８は、現時点において使用されている電力量が、予め定められた電熱発生装置１１の最低発電量未満であるか否かを判断する（ステップＳ１０１）。
現時点において使用されている電力量は最低発電量未満であると電力判断部１０８が判断した場合（ステップＳ１０１：ｙｅｓ）、起動停止制御部１０５は電熱発生装置１１の停止状態を継続する（ステップＳ１０２）。一方、現時点において使用されている電力量は最低発電量未満でないと電力判断部１０８が判断した場合（ステップＳ１０１：ｎｏ）、起動停止制御部１０５は電熱発生装置１１を起動する（ステップＳ１０３）。
次に、図６を参照して上述したステップＳ１２の停止継続処理における動作を説明する。図６は、停止継続処理における動作を示すフロー図である。まず、予測使用水量有無判断部１０７は、温度計ＴＭ１〜ＴＭ５によって計測された温度Ｔ１〜Ｔ５に基づいて求められる４０℃以上の水の量が、所定の時間帯における熱量の予測値に基づいて算出される予測使用水量未満であるか否かを判断する（ステップＳ１１１）。
４０℃以上に温められている水の量は予測使用水量未満でない、すなわち４０℃以上に温められている水の量は予測使用水量を満たすと予測使用水量有無判断部１０７が判断した場合（ステップＳ１１１：ｎｏ）、起動停止制御部１０５は電熱発生装置１１の停止状態を継続する（ステップＳ１１２）。４０℃以上に温められている水の量は予測使用水量未満である、すなわち４０℃以上に温められている水の量は予測使用水量を満たさないと予測使用水量有無判断部１０７が判断した場合（ステップＳ１１１：ｙｅｓ）、起動停止制御部１０５は電熱発生装置１１を起動する（ステップＳ１１３）。
コジェネレーションシステム１は予測運転モードだけでなく、貯湯槽２１内の状況に基づいて運転する非予測運転モードを備える。そのため、予測が困難な状況に陥った場合であっても、現在の状況に基づいて経済的な運転をすることが可能である。
非予測運転モードでは、第１の温度計ＴＭ２によって計測された第１の温度Ｔ２が４０℃未満であると温度判断部１０４において判断された場合、起動停止制御部１０５は電熱発生装置１１を起動する。すなわち、４０℃以上に温められている水が第１の閾値（この場合３０％）未満である場合、起動停止制御部１０５が電熱発生装置１１を起動する。仮に必要な量の温水が貯湯槽２１内に貯えられていなければ、使用時に温水が不足するおそれがある。したがって、貯湯槽２１に貯えておく温水の量として最低限必要な量に対応する位置の温度計を第１の温度計として設定しておくことで、温水が不足してしまう事態に至ることを抑制できる。
また、非予測運転モードでは、第２の温度計ＴＭ５によって計測された第２の温度Ｔ５が４０℃以上であると温度判断部１０４において判断された場合、起動停止制御部１０５は電熱発生装置１１を停止する。４０℃以上に温められている水が第２の閾値（この場合９０％）以上ある場合、起動停止制御部１０５が電熱発生装置１１を停止する。仮に十分な量以上の温水を貯湯槽２１に貯えておいたとしても、使うことなく冷めてしまえばこの温水を得るのに発生した熱が無駄になってしまう。したがって、第１の温度計の下方にあり、且つ貯湯槽２１に貯えておくのに十分な量に対応する位置にある温度計を第２の温度計として設定しておくことで、電熱発生装置１１で無駄な熱を発生することが抑制される。
このように、コジェネレーションシステム１の非予測運転モードでは、電熱発生装置１１において無駄な熱を発生することを抑制すると同時に、温水が不足してしまう事態に至ることを抑制している。そのため、経済的な運転をすることが可能である。
なお、貯湯槽２１内の水の温度は、上方から下方への一方向で低下する。したがって、第１の温度計を第２の温度計の上方に設定することで、第１の温度計により必要条件を判断でき、第２の温度計により十分条件を判断できる。
運転モード切替部１００は、電力量相関係数と熱量相関係数との和に基づいて、予測運転モードから非予測運転モードに切り替える。予測値による運転では、自然環境の大幅な変化、あるいは生活環境の大幅な変化に対して適切に対応することは困難である。電力量相関係数と熱量相関係数との和から、実際の使用量と予測使用量との間の乖離が認識された場合、コジェネレーションシステム１は貯湯槽に貯えられた水の温度状況に基づいて運転する非予測運転モードに切り替えられる。そのため、予測が困難な状況に陥った場合であっても、経済的な運転を良好に維持することが可能である。
貯湯槽２１に設けられた温度計ＴＭ１〜ＴＭ５は上下方向に並んで配置されている。すなわち、複数の温度計ＴＭ１〜ＴＭ５は、貯湯槽２１内の水の温度が低くなる方向に沿ってこの順で並んで配置されている。したがって、特定の温度計Ｔｉの温度を得ることで、温度判断部１０４は当該温度計Ｔｉより上方の水の温度状況及び下方の水の温度状況を的確に把握することができる。そのため、温度判断部１０４は、複数の温度計ＴＭ１〜ＴＭ５によって計測された温度Ｔ１〜Ｔ５に基づいて、４０℃の水の割合を算出することが可能である。
コジェネレーションシステム１では、第１の温度Ｔ２が４０℃未満であり電熱発生装置１１を起動した方がよいと判断される場合であっても、現時点において使用されている電力量が最低発電量未満である場合、電熱発生装置１１の停止状態を継続する。そのため、電熱発生装置１１を起動してしまい必要とされる電力量以上の無駄な電力を発生してしまう事態の発生を抑制することができる。
また、コジェネレーションシステム１では、第１の温度Ｔ２が４０℃以上であり電熱発生装置１１を停止状態にしておいた方がよいと判断される場合であっても、４０℃以上である水の量が予測使用水量未満である場合、電熱発生装置１１を起動する。現在の使用状況に対しては、貯湯槽２１に貯えられている温水の量が十分であったとしても、その後さらに多量の温水が必要になる場合がある。そのようなことが予測された場合には、電熱発生装置１１を停止したままとせず起動させ、温水不足となる事態の発生を抑制することができる。
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、運転制御部１３は、温度計によって計測された温度に基づいて、温度計ＴＭ１〜ＴＭ５のうち４０℃以上の温度が計測された温度計の割合を算出する算出部（算出手段）を更に備えてもよい。算出部は、例えば４０℃以上が計測された温度計がＴＭ１である場合温度計の割合を１／１０（１０％）として算出し、４０℃以上が計測された温度計がＴＭ１、ＴＭ２である場合温度計の割合を３／１０（３０％）として算出し、４０℃以上が計測された温度計がＴＭ１、ＴＭ２、ＴＭ３である場合温度計の割合を５／１０（５０％）として算出し、４０℃以上が計測されたか温度計がＴＭ１、ＴＭ２、ＴＭ３、ＴＭ４である場合温度計の割合を７／１０（７０％）として算出し、４０℃以上が計測されたか温度計がＴＭ１、ＴＭ２、ＴＭ３、ＴＭ４、ＴＭ５である場合温度計の割合を９／１０（９０％）として算出する。起動停止制御部１０５は、算出部により算出された温度計の割合が第２の閾値（例えば９０％）以上である場合に、電熱発生装置１１を停止させ、算出された温度計の割合が第１の閾値（例えば３０％）未満である場合に、電熱発生装置を起動させる。
また、設置される温度計の数は、上記実施形態に係るコジェネレーションシステム１の貯湯槽２１に設けられた数に限らず、４つ以下であっても、あるいは６つ以上であってもよい。さらに、複数の温度計は、貯湯槽内において上下方向に関して予め定められた所定の間隔を有していればよく、等間隔で設置されていなくてもよい。
また、運転切り替え手段が、モードを切り替える際に判断する所定の温度は、上記実施形態で例示した４０℃に限らず、他の温度であってもよい。
実施形態に係るコジェネレーションシステムの構成を示す図である。 実施形態に係るコジェネレーションシステムの運転制御部の機能ブロック図である。 １時間ごとの使用電力量、及び予測電力量のデータの表である。 実施形態に係るコジェネレーションシステムの動作を示すフロー図である。 実施形態に係るコジェネレーションシステムの起動処理における動作を示すフロー図である。 実施形態に係るコジェネレーションシステムの停止継続処理における動作を示すフロー図である。
符号の説明
１…コジェネレーションシステム、２Ａ、２Ｂ…熱回収用配管、３…出湯用配管、１０…コジェネレーションユニット、１１…電熱発生装置、１２…熱交換器、１３…運転制御部、１４、５１…電力線、２０…貯湯ユニット、２１…貯湯槽、２２…第１出湯用配管、２３…配管、２４…上水用配管、２５…三方弁、２６…第２出湯用配管、３０…給湯器、４０…記録システム、４１…電流計、４２…流量計、４３、４４…温度計、５０…商用電力系統、６０…給水系統、６１…水道管、ＥＩ…電気機器、ＨＩ…熱機器、１００…運転モード切替部、１０１…電熱予測部、１０２…電熱制御部、１０３…温度取得部、１０４…温度判断部、１０５…起動停止制御部、１０６…起動停止判断部、１０７…予測使用水量有無判断部、１０８…電力判断部

Claims (6)

  1. 電力および熱を発生する電熱発生装置と、
    前記電熱発生装置から発生した熱を回収して温められた水を貯える貯湯槽と、
    前記貯湯槽内に設けられ、前記貯湯槽内に貯えられた前記水の温度を計測する複数の温度計と、
    手動によって、又は予め設定された条件に基づいて、予め蓄積された所定の時間帯の使用電力量及び使用熱量を用いて算出された前記所定の時間帯における電力量及び熱量の予測値に基づいて、前記電熱発生装置から発生させる電力及び熱を制御する予測運転モードと、前記貯湯槽内に貯えられた前記水の温度状況に応じて前記電熱発生装置の起動及び停止を制御する非予測運転モードとを切り替える運転モード切替手段と、
    前記運転モード切替手段によって前記非予測運転モードに切り替えられた後に、前記複数の温度計に含まれる第１の温度計により計測された第１の温度が、予め定められた所定の温度未満である場合に、前記電熱発生装置を起動させ、
    前記複数の温度計に含まれ且つ前記第１の温度計より下方に設置された第２の温度計により計測された第２の温度が、予め定められた前記所定の温度以上である場合に、前記電熱発生装置を停止させる起動停止制御手段と、を備え、
    前記運転モード切替手段は、前記予測運転モードに切り替えた後に、前記所定の時間帯における電力量の前記予測値と前記所定の時間帯において実際に使用された電力量との間の電力量相関係数と、前記所定の時間帯における熱量の前記予測値と前記所定の時間帯において実際に使用された熱量との間の熱量相関係数とを以下の式（１）により求め、
    Figure 0004878484
     ここで、Ｘｉは前記所定の時間帯ごとの電力量の前記予測値又は熱量の前記予測値であり、Ｘバーは電力量の前記予測値の平均値又は熱量の前記予測値の平均値であり、Ｙｉは前記所定の時間帯ごとの実際に使用された電力量又は熱量であり、Ｙバーは実際に使用された電力量の平均値又は実際に使用された熱量の平均値であり、求めた電力量相関係数と熱量相関係数との和が、所定の相関係数閾値未満である場合に、非予測運転モードに切り替えることを特徴とするコジェネレーションシステム。
  2. 前記起動停止制御手段は、前記電熱発生装置が停止状態であり、且つ前記第１の温度が前記所定の温度以上であるときに、前記複数の温度計によって計測された前記温度に基づいて求められる前記所定の温度以上である水量が、前記所定の時間帯における電力量及び熱量の予測値に基づいて算出される予測使用水量未満である場合には、前記電熱発生装置を起動させることを特徴とする請求項１記載のコジェネレーションシステム。
  3. 前記起動停止制御手段は、前記電熱発生装置が停止状態であり、且つ前記第１の温度が前記所定の温度未満であるときに、現時点において使用されている電力量が予め定められた前記電熱発生装置の最低発電量未満である場合には、前記電熱発生装置の停止状態を継続させることを特徴とする請求項１又は２記載のコジェネレーションシステム。
  4. 電力および熱を発生する電熱発生装置と、
    前記電熱発生装置から発生した熱を回収して温められた水を貯える貯湯槽と、
    手動によって、又は予め設定された条件に基づいて、予め蓄積された所定の時間帯の使用電力量及び使用熱量を用いて算出された前記所定の時間帯における電力量及び熱量の予測値に基づいて、前記電熱発生装置から発生させる電力及び熱を制御する予測運転モードと、前記貯湯槽内に貯えられた前記水の温度状況に応じて前記電熱発生装置の起動及び停止を制御する非予測運転モードとを切り替える運転モード切替手段と、
    前記運転モード切替手段によって前記非予測運転モードに切り替えられた後、前記貯湯槽に貯えられている水のうち所定の温度以上に温められている水の割合が第１の閾値未満である場合に、前記電熱発生装置を起動させ、前記貯湯槽に貯えられている水のうち前記所定の温度以上に温められている水の割合が第１の閾値よりも大きな第２の閾値以上である場合に、前記電熱発生装置を停止させる起動停止制御手段と、を備え、
    前記運転モード切替手段は、前記予測運転モードに切り替えた後に、前記所定の時間帯における電力量の前記予測値と前記所定の時間帯において実際に使用された電力量との間の電力量相関係数と、前記所定の時間帯における熱量の前記予測値と前記所定の時間帯において実際に使用された熱量との間の熱量相関係数とを以下の式（１）により求め、
    Figure 0004878484
     ここで、Ｘｉは前記所定の時間帯ごとの電力量の前記予測値又は熱量の前記予測値であり、Ｘバーは電力量の前記予測値の平均値又は熱量の前記予測値の平均値であり、Ｙｉは前記所定の時間帯ごとの実際に使用された電力量又は熱量であり、Ｙバーは実際に使用された電力量の平均値又は実際に使用された熱量の平均値であり、求めた電力量相関係数と熱量相関係数との和が、所定の相関係数閾値未満である場合に、非予測運転モードに切り替えることを特徴とするコジェネレーションシステム。
  5. 前記起動停止制御手段は、前記電熱発生装置が停止状態であって、且つ前記所定の温度以上に温められている水の割合が前記第１の閾値以上であるときに、当該第１の閾値以上である水量が、前記所定の時間帯における熱量の予測値に基づいて算出される予測使用水量未満である場合には、前記電熱発生装置を起動させることを特徴とする請求項４に記載のコジェネレーションシステム。
  6. 前記起動停止制御手段は、前記電熱発生装置が停止状態であって、前記所定の温度以上に温められている水の割合が前記第１の閾値未満であるときに、現時点において使用されている電力量が予め定められた前記電熱発生装置の最低発電量未満である場合には、前記電熱発生装置の停止状態を継続させることを特徴とする請求項４又は５記載のコジェネレーションシステム。
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