JP7165613B2 - Energy management controller - Google Patents

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Description

本発明は、エアコンディショナーを主体とする電力需要と、床暖房及び給湯を主体とする熱需要と、を含むエネルギー需要を管理するエネルギー管理制御装置に関するものである。 BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an energy management control device that manages energy demand including power demand mainly for air conditioners and heat demand mainly for floor heating and hot water supply.

コージェネレーション装置、例えば、家庭用燃料電池コージェネレーション装置(エネファームという場合がある)は、貯湯ユニットと燃料電池ユニットとが併設されたシステムである。 A cogeneration system, for example, a domestic fuel cell cogeneration system (sometimes called Ene-Farm) is a system in which a hot water storage unit and a fuel cell unit are installed together.

燃料電池ユニットでは、発電を目的として都市ガスを消費し続けており、発電に伴う発熱で、貯湯ユニット内の水を加熱して温水を生成する。 The fuel cell unit continues to consume city gas for the purpose of power generation, and the heat associated with the power generation heats the water in the hot water storage unit to generate hot water.

燃料電池ユニットでは、都市ガス中のメタンを改質し、水素を精製して大気中の酸素と反応させることで電気を生成する。発電した電力は、電力消費機器(例えば、エアコンディショナー等)に供給される(電力需要)。 In the fuel cell unit, electricity is generated by reforming methane in city gas, purifying hydrogen, and reacting it with oxygen in the atmosphere. The generated power is supplied to power consuming devices (eg, air conditioners, etc.) (power demand).

燃料電池ユニットにおいて、電気を生成する場合、発熱を伴う。この発電によって発生した熱は、熱交換器によって回収し、貯湯ユニットの貯湯タンクに貯留された水を温めるために有効に利用され、家庭用燃料電池コージェネレーション装置が構築される。 When generating electricity in a fuel cell unit, heat is generated. The heat generated by this power generation is recovered by a heat exchanger and effectively used to heat the water stored in the hot water storage tank of the hot water storage unit, thereby constructing a domestic fuel cell cogeneration system.

また、貯湯ユニットはバックアップ熱源機を搭載しており、発熱により貯湯タンク内の水を温めるための熱が十分でない場合には、バックアップ熱源機によって必要な熱を補い、給湯を行うようになっている(熱需要)。なお、熱需要としては、温水を消費する給湯の他、貯湯タンク内の温水を床暖房として循環させる場合を含む。 In addition, the hot water storage unit is equipped with a backup heat source, and when heat is not enough to warm the water in the hot water storage tank due to heat generation, the backup heat source will supplement the necessary heat and supply hot water. (heat demand). The heat demand includes hot water supply that consumes hot water as well as hot water in a hot water storage tank that is circulated as floor heating.

ところで、家庭用燃料電池コージェネレーション装置において、貯湯タンク内の水が所定温度以上になると、それ以上は発電による熱を回収することできず、発電ユニットによる発電を停止させる場合がある。 In a domestic fuel cell cogeneration system, when the temperature of the water in the hot water storage tank reaches or exceeds a predetermined temperature, heat generated by power generation cannot be recovered any more, and power generation by the power generation unit may be stopped.

特許文献1には、エアコンディショナーと床暖併用の空調を行う場合、それぞれの機器が独立して制御を行うため、床暖の設定温度や設定室温が高くなりすぎ、省エネ性や快適性を損なうことを課題として、機器コントロール装置によって、試運転で行われる床温センサを用いた床温度上昇確認の際に、部屋の熱的特性を把握することによって、床の表面温度を予想し、ネットワークに接続した床暖とエアコンディショナーを併用した場合に、快適性を損なわない範囲で、省エネルギーまたは、低コスト、または低CO2排出量になる制御を行うことが記載されている。 In Patent Document 1, when air conditioning is performed in combination with an air conditioner and floor heating, each device is controlled independently, so the set temperature of the floor heating and the set room temperature become too high, which impairs energy saving and comfort. With this as an issue, the equipment control device detects the thermal characteristics of the room when checking the floor temperature rise using the floor temperature sensor during the test run, predicts the surface temperature of the floor, and connects it to the network. It is described that when floor heating and an air conditioner are used together, energy saving, low cost, or low CO2 emissions are controlled within a range that does not impair comfort.

すなわち、特許文献1では、機器の運転制御情報と、室内の床面積と天井高さの情報とから室内の熱損失係数を算出し、算出した熱損失係数に基づき室内の床表面温度を算出することで、機器をコントロールする構成となっている。 That is, in Patent Document 1, the indoor heat loss coefficient is calculated from the operation control information of the equipment and the information of the indoor floor area and ceiling height, and the indoor floor surface temperature is calculated based on the calculated heat loss coefficient. By doing so, it is configured to control the device.

参考として、特許文献2には、HEMS(ホームエネルギーマネージメントシステム)において、電気、ガス、水道等を使用する家庭内の設備機器をモニタリングし、これらを目的に沿って制御し、日々変動する気象条件や改定される電力料金を加味した運転計画を生成し、運転計画に基づき、家庭内の設備機器を制御することが記載されている。なお、特許文献2は、機器の運転計画が更新されない状態に陥った場合の対応が特徴となっている。 For reference, in Patent Document 2, in HEMS (home energy management system), equipment in the home that uses electricity, gas, water, etc. is monitored, these are controlled according to the purpose, weather conditions that change daily It is described that an operation plan is generated taking into consideration the revised power rate and the operation plan, and the equipment and devices in the home are controlled based on the operation plan. In addition, Patent Document 2 is characterized by a countermeasure when it falls into a state where the operation plan of the equipment is not updated.

特開2005-55102号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-55102 特開2018-042348号公報JP 2018-042348 A

しかしながら、例えば、部屋の暖房において、エアコンディショナーで行うか、又は床暖房で行うかの選択は、需要家に委ねられているのが実情であり、省エネ性又は快適性を考慮するエネルギー需要管理は確立されていない。 However, for example, in the heating of a room, the actual situation is that the choice of whether to use an air conditioner or floor heating is entrusted to the consumer, and energy demand management considering energy saving or comfort is Not established.

特許文献1では、暖房対象機器を総括的に制御することで、部屋の省エネ性や快適性は考慮されるものの、エネルギー需要全体のバランスは考慮されていない。 In Patent Literature 1, by comprehensively controlling the equipment to be heated, the energy efficiency and comfort of the room are taken into consideration, but the balance of the overall energy demand is not taken into consideration.

特許文献2は、HEMSによる日々の運転計画を生成しているが、主として、発電した電気の利用形態(電力消費、売電等)を計画するものであり、給湯需要とのバランスを考慮するものではない。 In Patent Document 2, a daily operation plan is generated by HEMS, but it mainly plans how to use the generated electricity (electricity consumption, electricity sales, etc.), and considers the balance with the demand for hot water supply. is not.

すなわち、省エネ性又は快適性は、エアコンディショナーによる電力需要と、床暖房や給湯による熱需要を含むエネルギー需要のバランスによって、大きく左右されることになる。ここで、省エネ性とは、主として、エネルギー消費に依存するコストダウンの大きさを言い、快適性とは、エネルギー源の消費軽減に伴う空調性能の低下の度合いを言う。 In other words, energy saving or comfort is greatly influenced by the balance between energy demand including power demand by air conditioners and heat demand by floor heating and hot water supply. Here, energy saving refers mainly to the degree of cost reduction that depends on energy consumption, and comfort refers to the degree of deterioration in air conditioning performance due to the reduction in consumption of energy sources.

なお、エネルギー需要のバランスによる省エネ性又は快適性の変動は、発電能力を持つ上記家庭用燃料電池コージェネレーション装置(システムA)では特に顕著に現われるが、システムAに限らず、ガスエンジンを搭載した家庭用ガスコージェネレーション装置(システムB)、発電能力は持たず排熱を利用した潜熱回収型ガス給湯器(システムC)、及び、発電能力は持たず比較的易い夜間電力を使って夜間の内に貯湯タンク内の水を温めるヒートポンプ式給湯器(システムD)に代表されるその他の給湯システムでも同様のことが言える。 In addition, fluctuations in energy saving performance or comfort due to the balance of energy demand appear particularly conspicuously in the above household fuel cell cogeneration device (system A) with power generation capacity, but not limited to system A, which is equipped with a gas engine. A gas cogeneration system for home use (System B), a latent heat recovery type gas water heater (System C) that does not have power generation capacity but uses exhaust heat, and a relatively easy nighttime electricity that does not have power generation capacity and can be used during the night The same can be said for other hot water supply systems typified by a heat pump type water heater (system D) that heats water in a hot water storage tank.

参考として、エネルギー需要のバランスを考慮するべき給湯システムの種類を示す。 For reference, the types of hot water supply systems that should be considered for energy demand balance are shown.

Figure 0007165613000001
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本発明は、電力消費機器による電力需要と、熱消費機器による熱需要とを含むエネルギー需要を監視して、エネルギー需要バランスを最適化することができるエネルギー管理制御装置を得ることが目的である。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an energy management controller that monitors energy demand, including power demand by power consuming equipment and heat demand by heat consuming equipment, to optimize the energy demand balance.

本発明のエネルギー管理制御装置は、電力消費機器による電力需要と熱消費機器による熱需要とを含むエネルギー需要を管理するエネルギー管理制御装置であって、前記電力消費機器の一部であるエアコンディショナー、及び前記熱消費機器としての床暖房装置の少なくとも一方を選択して運転することで、室内空間の温度を制御する空調制御部と、過去の前記電力消費機器の電力需要状況、及び前記熱消費機器の熱需要状況に関する履歴情報を蓄積するデータベースと、前記データベースに蓄積された過去の一定期間の履歴情報に基づいて、前記空調制御部による空調制御を床暖房装置で行った場合の電力消費機器の消費電力を予測する予測部と、予め目標とされた目標消費電力と前記予測部で予測した予測消費電力との差に基づいて、前記空調制御部における全エネルギー需要に対する前記エアコンディショナーと前記床暖房装置とのエネルギー需要の割合を設定する設定部と、を有している。 An energy management control device of the present invention is an energy management control device that manages energy demand including power demand by a power consumption device and heat demand by a heat consumption device, comprising: an air conditioner that is a part of the power consumption device; and at least one of a floor heating device as the heat consuming device and operating it, an air conditioning control unit that controls the temperature of the indoor space, the past power demand status of the power consuming device, and the heat consuming device A database for accumulating history information about the heat demand situation, and based on the history information accumulated in the database for a certain period of time in the past, the number of power consumption equipment when the air conditioning control by the air conditioning control unit is performed by the floor heating device A prediction unit that predicts power consumption, and the air conditioner and the floor heating for the total energy demand in the air conditioning control unit based on the difference between the target power consumption set in advance and the predicted power consumption predicted by the prediction unit. and a setting unit for setting the ratio of energy demand with the device.

本発明によれば、電力消費機器と熱消費機器とが併用され、総合的にエネルギー需要が管理される。例えば、省エネ性又は快適性のどちらを優先するかによって、エネルギー需要のバランスを管理する必要がある。 According to the present invention, power consumption equipment and heat consumption equipment are used together, and energy demand is managed comprehensively. For example, it is necessary to manage the balance of energy demand depending on whether energy saving or comfort is prioritized.

ところで、空調制御部では、目的が同じ、すなわち、室内空間の温度を制御する機器として、エアコンディショナー(電力消費機器)及び床暖房装置(熱消費機器)が併用されている場合がある。 By the way, in the air conditioning control unit, an air conditioner (power consumption device) and a floor heating device (heat consumption device) may be used together for the same purpose, that is, as devices for controlling the temperature of the indoor space.

本発明では、室内空間の温度の制御として、エアコンディショナーを用いるか、床暖房装置を用いるかを、データベースに蓄積された過去の電力消費機器の電力需要状況、及び熱消費機器の熱需要状況に関する履歴情報に基づいて管理するようにした。 In the present invention, whether to use an air conditioner or a floor heating system to control the temperature of the indoor space is related to the past power demand status of the power consuming equipment stored in the database and the heat demand status of the heat consuming equipment. Managed based on historical information.

すなわち、予測部では、データベースに蓄積された過去の一定期間の履歴情報に基づいて、前記空調制御を床暖房装置で行った場合の電力消費機器の消費電力を予測する(予測消費電力)。 That is, the prediction unit predicts the power consumption of the power consumption equipment when the air conditioning control is performed by the floor heating system based on the history information accumulated in the database for a certain period of time in the past (predicted power consumption).

設定部では、予め目標とされた目標消費電力と予測部で予測した予測消費電力との差に基づいて、空調制御部における全エネルギー需要に対するエアコンディショナーと床暖房装置とのエネルギー需要の割合を設定する。 Based on the difference between the target power consumption set in advance and the predicted power consumption predicted by the prediction unit, the setting unit sets the ratio of the energy demand of the air conditioner and the floor heating system to the total energy demand of the air conditioning control unit. do.

これにより、省エネ性又は快適性に基づく、エネルギー需要バランスを維持することができる。 This can maintain an energy demand balance based on energy efficiency or comfort.

本発明において、原料ガスを改質し水素を精製して大気中の酸素と反応させることで発電する燃料電池ユニットと、前記燃料電池ユニットでの発電に伴い発生する熱を利用して、前記熱消費機器へ供給する給湯のための温水を生成し、かつ貯留する貯湯ユニットと、を備えたコージェネレーション装置をさらに有し、前記目標消費電力が、前記燃料電池ユニットによる発電において最大発電効率で出力される電力であることを特徴としている。 In the present invention, a fuel cell unit that generates power by reforming a raw material gas, purifying hydrogen, and reacting with oxygen in the atmosphere, and heat generated by power generation in the fuel cell unit are used to generate the heat. and a hot water storage unit for generating and storing hot water for supplying hot water to consuming equipment, wherein the target power consumption is output at maximum power generation efficiency in power generation by the fuel cell unit. It is characterized by being the power that is

目標消費電力が、燃料電池ユニットによる発電において最大発電効率で出力される電力であるので、エアコンディショナーの運転状態を制御することで、燃料電池ユニットにおける発電を、最大発電効率での発電に近づけることができる。例えば、最大発電効率の状態で発電することで、原料ガスの消費量を軽減でき、快適性(原料ガス消費軽減による空調性能低下等)を損なわず省エネ性を高めることができる。 Since the target power consumption is the power output at the maximum power generation efficiency in power generation by the fuel cell unit, by controlling the operating state of the air conditioner, the power generation in the fuel cell unit is brought closer to the power generation at the maximum power generation efficiency. can be done. For example, by generating power in the state of maximum power generation efficiency, it is possible to reduce consumption of raw material gas and improve energy saving without impairing comfort (decreased air conditioning performance due to reduced consumption of raw material gas, etc.).

本発明において、前記燃料電池ユニットは、前記貯湯ユニットにおける貯湯タンク内の温水の温度が所定以上となった場合に、発電を停止する発電停止制御部をさらに有し、前記設定部で設定した、前記エアコンディショナーの消費電力を、貯湯タンク内の温水の温度に基づいて補正することを特徴としている。 In the present invention, the fuel cell unit further includes a power generation stop control section that stops power generation when the temperature of the hot water in the hot water storage tank in the hot water storage unit reaches or exceeds a predetermined value, and the setting section sets: The power consumption of the air conditioner is corrected based on the temperature of hot water in the hot water storage tank.

貯湯タンク内の温水の温度を監視して、エアコンディショナーの消費電力を少なくなるように制御することで、燃料電池システムにおける、貯湯タンクの温水の所定以上の温度情報に伴う発電停止を回避することができる(床暖房装置への温水利用促進)。なお、エアコンディショナーの消費電力を多く補正することが可能であれば、貯湯タンク内の温水の湯量や温度を適正に維持することもできる(床暖房装置への温水利用抑制)。 To avoid stopping power generation in a fuel cell system due to temperature information of hot water in a hot water storage tank exceeding a predetermined temperature by monitoring the temperature of the hot water in the hot water storage tank and controlling the power consumption of an air conditioner to reduce. (promoting the use of hot water for floor heating equipment). If the power consumption of the air conditioner can be corrected to a large extent, the amount and temperature of hot water in the hot water storage tank can be appropriately maintained (suppression of use of hot water in the floor heating system).

以上説明したように本発明は、電力需要と熱需要とを含むエネルギー需要バランスを最適化することができ、例えば、燃料電池を搭載する場合に、発電効率を最大に維持することができる。 As described above, the present invention can optimize the energy demand balance including power demand and heat demand, and can maintain the maximum power generation efficiency when a fuel cell is installed, for example.

本発明において、エアコンディショナー(以下、エアコンという)は、水以外の熱媒体を循環させて室内空間の温度を制御する空調制御部の代表である。一方、床暖房装置は、水を熱媒体として循環させて室内空間の温度を制御する空調制御部の代表である。両者共に、室内空間を暖房する目的で設置される。 In the present invention, an air conditioner (hereinafter referred to as an air conditioner) is representative of an air conditioning control unit that controls the temperature of an indoor space by circulating a heat medium other than water. On the other hand, a floor heating system is representative of an air conditioning controller that controls the temperature of a room by circulating water as a heat medium. Both are installed for the purpose of heating the indoor space.

本発明によれば、電力消費機器による電力需要と、熱消費機器による熱需要とを含むエネルギー需要を監視して、エネルギー需要バランスを最適化することができるという効果を奏する。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it is effective in being able to monitor the energy demand including the electric power demand by an electric power consumption apparatus, and the heat demand by a heat consumption apparatus, and to optimize energy demand balance.

本実施の形態に係るコージェネレーション装置(エネファーム)の概略図である。1 is a schematic diagram of a cogeneration system (ENE-FARM) according to an embodiment; FIG. 本実施の形態に係るコントローラの構成を示すブロック図である。3 is a block diagram showing the configuration of a controller according to this embodiment; FIG. 実施の形態に係るコントローラで実行されるエネルギー管理制御のための処理を示す機能ブロック図である。4 is a functional block diagram showing processing for energy management control executed by the controller according to the embodiment; FIG. コントローラにおいて、HEMSコントローラからエネルギー需要状況を取得し、蓄積するためのエネルギー需要状況蓄積ルーチンを示すフローチャートである。In the controller, it is a flow chart showing an energy demand situation accumulation routine for acquiring energy demand situation from the HEMS controller and accumulating it. 本実施の形態に係る予測制御ルーチンを示すフローチャートである。4 is a flow chart showing a predictive control routine according to the embodiment; 本実施の形態に係るコントローラにおいて、暖房モードのエアコンと床暖房装置への電力振り分けを行った実施例1であり、予測電力需要と、燃料電池出力との関係を示す特性図である。4 is a characteristic diagram showing the relationship between predicted power demand and fuel cell output in Example 1 in which power is distributed to the air conditioner in the heating mode and the floor heating device in the controller according to the present embodiment. FIG. 本実施の形態の実施例2に係り、暖房モードのエアコンと床暖房装置への電力振り分けを、一般的な家庭の生活パターンに取り入れたときの湯使用量、貯湯タンクの貯湯量、及び発電の推移を示すタイミングチャートである。According to Example 2 of the present embodiment, the amount of hot water used, the amount of hot water stored in the hot water storage tank, and the amount of power generation when the power distribution to the air conditioner in the heating mode and the floor heating system is incorporated into a general household life pattern. It is a timing chart showing transition.

図1には、本発明のコージェネレーション装置の一例としての、本実施の形態に係る家庭用燃料電池コージェネレーション装置、(以下、本実施の形態において、「エネファーム10」という)の概略図が示されている。 FIG. 1 is a schematic diagram of a home-use fuel cell cogeneration system according to the present embodiment (hereinafter referred to as "ENE-FARM 10" in the present embodiment) as an example of the cogeneration system of the present invention. It is shown.

エネファーム10は、貯湯ユニット12と燃料電池ユニット14とが併設されたシステムである。なお、併設とは、物理的に隣接していることに限定するものではなく、相互に連携しあうことを意味する。すなわち、貯湯ユニット12と燃料電池ユニット14とが離れた状態で設置され、配管や電気配線等で連結するようにしてもよい。 The Ene-Farm 10 is a system in which a hot water storage unit 12 and a fuel cell unit 14 are installed side by side. It should be noted that juxtaposition is not limited to physical adjacency, but means mutual cooperation. That is, the hot water storage unit 12 and the fuel cell unit 14 may be installed separately and connected by piping, electrical wiring, or the like.

エネファーム10において、貯湯ユニット12は、貯湯タンク32に貯留された温水を供給する機能を有し、燃料電池ユニット14は、都市ガスを原料として製造した水素をもとに発電する機能を有し(詳細後述)、それぞれ、コントローラ16によって制御される。 In the Ene-Farm 10, the hot water storage unit 12 has the function of supplying hot water stored in the hot water storage tank 32, and the fuel cell unit 14 has the function of generating electricity based on hydrogen produced using city gas as a raw material. (described later in detail), respectively, are controlled by the controller 16 .

(コントローラ16の構成) (Configuration of controller 16)

図2に示される如く、コントローラ16は、CPU34、RAM36、ROM38、I/O40、及びこれらを接続するデータバスやコントロールバス等のバス42で構成されたマイクロコンピュータ44を備える。 As shown in FIG. 2, the controller 16 comprises a microcomputer 44 comprising a CPU 34, a RAM 36, a ROM 38, an I/O 40, and a bus 42 such as a data bus and a control bus connecting them.

I/O40には、貯湯ユニット12の制御対象機器12Dと、燃料電池ユニット14の制御対象機器14Dとが接続され、コントローラ16の制御によるそれぞれの動作が制御される。 The control target device 12D of the hot water storage unit 12 and the control target device 14D of the fuel cell unit 14 are connected to the I/O 40, and their respective operations are controlled by the control of the controller 16. FIG.

また、I/O40には、リモコンパネル46及び大規模記憶装置52が接続されている。大規模記憶装置52は、各種データを記憶する本来の機能に加え、後述するエネルギー需要の履歴データベースとして機能する。 A remote control panel 46 and a mass storage device 52 are also connected to the I/O 40 . The large-scale storage device 52 functions as an energy demand history database, which will be described later, in addition to its original function of storing various data.

さらに、I/O40には、貯湯タンク32に貯留された温水の温度を検出する複数のサーミスタ51(図1では図示省略)が接続されている。 Further, the I/O 40 is connected with a plurality of thermistors 51 (not shown in FIG. 1) for detecting the temperature of hot water stored in the hot water storage tank 32 .

貯湯タンク32(図1参照)内の水温は、複数の温度層に分類される。水は、上層ほど温度が高くなる。このため、貯湯タンク32内の水温は、最上層の温度が高く(高温)、下層に行くに従い温度が低くなり、最下層の温度が低い(低温)。 The water temperature in the hot water storage tank 32 (see FIG. 1) is classified into a plurality of temperature layers. Water gets hotter in higher layers. Therefore, the temperature of the water in the hot water storage tank 32 is high (high temperature) in the uppermost layer, decreases toward the lower layers, and is low (low temperature) in the lowest layer.

サーミスタ51は、貯湯タンク32内の各層(例えば、4層に分類した場合は、4層各々)の温度を検出する。コントローラ16では、サーミスタ51で検出した温度に基づいて、水道管33(図1参照)からの給水時期や給水量等を制御する。 The thermistor 51 detects the temperature of each layer in the hot water storage tank 32 (for example, when classified into four layers, each of the four layers). Based on the temperature detected by the thermistor 51, the controller 16 controls the timing and amount of water supply from the water pipe 33 (see FIG. 1).

I/Oには、I/F54を介して、HEMS(ホームエネルギーマネージメントシステム)を管理するHEMSコントローラ56が接続されている。 A HEMS controller 56 that manages HEMS (home energy management system) is connected to the I/O via an I/F 54 .

HEMSは、家電や電気設備とつないで、電気やガスなどの使用量をモニタ画面などで「見える化」し、負荷設備(家電機器等)の自動制御を実行するシステムであり、HEMSコントローラ56がこの自動制御を一括管理する。 HEMS is a system that connects with home appliances and electric equipment, "visualizes" the amount of electricity, gas, etc. used on a monitor screen, etc., and executes automatic control of load equipment (household appliances, etc.). This automatic control is collectively managed.

すなわち、HEMSコントローラ56には、電力消費機器24(本発明の電力消費機器として機能する、暖房モードのエアコン24Aを含むスマート家電)、マイコンガスメータ50、及びスマートメータ63が接続されている。 That is, the HEMS controller 56 is connected to the power consumption device 24 (a smart home appliance including the heating mode air conditioner 24A that functions as the power consumption device of the present invention), the microcomputer gas meter 50 and the smart meter 63 .

言い換えれば、コントローラ16は、HEMSコントローラ56と通信することで、エネルギー需要情報の履歴データを取得することができる。 In other words, the controller 16 can acquire history data of energy demand information by communicating with the HEMS controller 56 .

図1に示される如く、貯湯ユニット12は、貯湯タンク32を備えている。また、燃料電池ユニット14は、ガス供給管18からガス(例えば、都市ガス13A)を取り込んで水素を精製する燃料処理器20と、水素と酸素とによる改質を中心とした処理で発電しかつ蓄電するスタック22と、スタック22に蓄電された電力(直流)を交流に変換し、家屋48内の家電(家庭電化製品)や照明等の電力消費機器24に供給するインバータ28とを備えている。 As shown in FIG. 1 , the hot water storage unit 12 includes a hot water storage tank 32 . The fuel cell unit 14 also includes a fuel processor 20 that takes in gas (for example, city gas 13A) from a gas supply pipe 18 and refines hydrogen, and a process centered on reforming with hydrogen and oxygen to generate power and It is provided with a stack 22 that stores electricity, and an inverter 28 that converts the power (direct current) stored in the stack 22 into alternating current and supplies it to power consuming devices 24 such as home appliances (household appliances) and lighting in a house 48 . .

なお、電力消費機器24の代表例としては、エアコン、照明器具、テレビ、洗濯機、乾燥機、冷蔵庫、食器洗浄機、及び炊飯器等に代表される家庭電化製品が挙げられるが、その他、エネファーム10に関わる制御対象機器12D、14D、並びに、エネファーム10に関わる制御対象機器12D、14D(図2参照)、及びリモコンパネル46等を言う。なお、家庭電化製品の一部又は全部は、HEMSコントローラ56によって管理されることで、所謂スマート家電と言う場合がある。 Representative examples of the power consumption device 24 include home electric appliances such as air conditioners, lighting fixtures, televisions, washing machines, dryers, refrigerators, dishwashers, and rice cookers. It refers to the controlled devices 12D and 14D related to the farm 10, the controlled devices 12D and 14D related to the ENE-FARM 10 (see FIG. 2), the remote control panel 46, and the like. Some or all of the home appliances are managed by the HEMS controller 56 and may be called so-called smart home appliances.

ここで、エネファーム10において、燃料電池ユニット14では、スタック22で発電する際に発熱するため、冷却する必要がある。 Here, in the ENE-FARM 10, the fuel cell unit 14 generates heat when the stack 22 generates power, so it needs to be cooled.

一方、エネファーム10において、貯湯ユニット12では、水道管33から貯湯タンク32内に水道水等を取り入れ(給水)、給湯設備49(シャワー、風呂、シンク等)への給湯用として利用するため、加熱(加温)する必要がある。 On the other hand, in the ENE-FARM 10, the hot water storage unit 12 takes tap water or the like from the water pipe 33 into the hot water storage tank 32 (water supply), and uses it to supply hot water to the hot water supply equipment 49 (shower, bath, sink, etc.). It is necessary to heat (warm).

このため、燃料電池ユニット14は、熱交換器30を備えており、熱交換器30では、スタック22での発電で発生した高熱と、水道管33を介して貯湯ユニット12に設けられた貯湯タンク32内に供給する水の低熱とが熱交換される。 For this reason, the fuel cell unit 14 is provided with a heat exchanger 30. In the heat exchanger 30, the high heat generated by the power generation in the stack 22 is mixed with the hot water storage tank provided in the hot water storage unit 12 through the water pipe 33. Heat is exchanged with the low heat of the water supplied in 32 .

燃料電池ユニット14の一部を構成するインバータ28は、商用電源60との切り替えを制御する切替部62に接続されている。切替部62は、コントローラ16の指示に基づき、電力供給源(燃料電池ユニット14で発電した電力又は商用電源60からの電力)を切り替える。 The inverter 28 forming part of the fuel cell unit 14 is connected to a switching section 62 that controls switching with the commercial power source 60 . The switching unit 62 switches the power supply source (power generated by the fuel cell unit 14 or power from the commercial power source 60 ) based on instructions from the controller 16 .

切替部62の下流側には、電力の消費状態を監視するメータとして、スマートメータ63が取り付けられている。 A smart meter 63 is attached to the downstream side of the switching unit 62 as a meter for monitoring the power consumption state.

スマートメータ63には、切替部62による切り替えに依存して、燃料電池ユニット14で発電した電力、或いは、商用電源60からの電力が入力され、電力消費機器24へ供給されるようになっている。言い換えれば、利用者が電力消費機器24を利用する場合、何れかの電力が供給されるため、問題無く電力消費機器24が利用できる。 The power generated by the fuel cell unit 14 or the power from the commercial power supply 60 is input to the smart meter 63 depending on the switching by the switching unit 62, and supplied to the power consumption device 24. . In other words, when the user uses the power consuming device 24, the power consuming device 24 can be used without any problem because any power is supplied.

なお、スマートメータ63は、コントローラ16に接続されており、コントローラ16で制御されるリモコンパネル46に、電力源が表示されるようになっている。 The smart meter 63 is connected to the controller 16 and the power source is displayed on the remote control panel 46 controlled by the controller 16 .

一方、ガス供給管18には、マイコンガスメータ50が取り付けられている。マイコンガスメータ50の下流側には、分岐部18Aが設けられ、その一方の枝管18Bが前記燃料処理器20及びバックアップ熱源機58へガスを供給する管路となる。 On the other hand, a microcomputer gas meter 50 is attached to the gas supply pipe 18 . A branch pipe 18 A is provided downstream of the microcomputer gas meter 50 , and one of the branch pipes 18 B serves as a pipeline for supplying gas to the fuel processor 20 and the backup heat source device 58 .

また、他方の枝管18Cは、家屋48内のガス消費機器66(コンロ、ガスファンヒータ等)へガスを供給する管路とされる。 The other branch pipe 18C is used as a pipeline for supplying gas to a gas consuming device 66 (stove, gas fan heater, etc.) in the house 48 .

バックアップ熱源機58は、貯湯タンク32内の温水の温度(サーミスタ51により検出した各層の温度)が予め定めた基準温度に達していない場合に、給湯設備49等へ供給する温水を加熱するバックアップ機能を備えている。 The backup heat source device 58 has a backup function of heating the hot water supplied to the hot water supply equipment 49 and the like when the temperature of the hot water in the hot water storage tank 32 (the temperature of each layer detected by the thermistor 51) does not reach a predetermined reference temperature. It has

また、バックアップ熱源機58は、床暖房装置64を循環する熱媒体(水)を加熱する機能を有している。 The backup heat source device 58 also has a function of heating the heat medium (water) circulating in the floor heating device 64 .

床暖房装置64は、室内空間を形成する床面に敷設された床暖房パネル64Aを備えている。床暖房パネル64Aには、放熱配管(図示省略)が埋設されている。 The floor heating device 64 includes a floor heating panel 64A laid on the floor surface forming the indoor space. A heat radiation pipe (not shown) is embedded in the floor heating panel 64A.

放熱配管には、循環配管65を介して、バックアップ熱源機58から温水が供給され、かつ回収されることが繰り返され(循環構造)、放熱配管からの放熱により、室内空間内の空気が温められ、暖房される。 Hot water is repeatedly supplied to and recovered from the backup heat source device 58 through the circulation pipe 65 to the heat radiation pipe (circulation structure), and the air in the indoor space is warmed by the heat radiation from the heat radiation pipe. , heated.

(熱消費機器と電力消費機器について) (Regarding heat consumption equipment and power consumption equipment)

ここで、床暖房装置64と同等の機能を発揮する暖房モードのエアコン24Aを併用する場合がある。 Here, the air conditioner 24A in the heating mode, which exhibits the same function as the floor heating device 64, may be used together.

床暖房装置64の主たる構成機器であるバックアップ熱源機58は、都市ガスを燃焼させて循環水を加熱する熱消費機器であり、床暖房装置64は、居室空間の温度を制御する(加温制御する)空調機器の内、熱消費機器ということができる。厳密に言えば、循環のためのポンプの電力を消費するが、消費電力量はわずかなため、ここでは考慮しないこととする。 The backup heat source device 58, which is the main component of the floor heating device 64, is a heat consuming device that burns city gas to heat circulating water, and the floor heating device 64 controls the temperature of the living room space (heating control It can be called a heat consuming device among air conditioners. Strictly speaking, it consumes the power of the pump for circulation, but since the power consumption is so small, it is not considered here.

一方、暖房モードのエアコン24Aは、床暖房装置64と同様に居室空間を加温制御するものであり、電力を消費して熱媒体(水以外)を循環させて熱交換する。暖房モードのエアコン24Aは、熱消費機器である床暖房装置64に対して、居室空間の温度を制御する(加温制御する)空調機器の内、電力消費機器ということができる。 On the other hand, the air conditioner 24A in the heating mode controls heating of the room space similarly to the floor heating device 64, and consumes power to circulate a heat medium (other than water) to exchange heat. The air conditioner 24A in the heating mode can be said to be a power consumption device among the air conditioners that control the temperature of the living room space (heating control) in contrast to the floor heating device 64 that is a heat consumption device.

(燃料電池ユニット14による発電) (Power generation by fuel cell unit 14)

燃料電池ユニット14は、その定格に基づき、発電効率が最大となる出力(最大発電効率出力)が定められている。例えば、定格出力が700Wの場合、最大発電効率出力は500Wである。 For the fuel cell unit 14, an output at which power generation efficiency is maximized (maximum power generation efficiency output) is determined based on its rating. For example, if the rated output is 700W, the maximum power generation efficiency output is 500W.

燃料電池ユニット14の運転(発電)において、最大発電効率出力を目標に発電を行うことが望ましい(電力消費制御)。 In the operation (power generation) of the fuel cell unit 14, it is desirable to generate power with the maximum power generation efficiency output as a target (power consumption control).

ところが、熱消費が少なく、貯湯タンク32内の水の温度が上限値になると、熱交換器30において、発電による熱を回収することできず、発電ユニットによる発電を停止せざるを得なくなる。 However, when the heat consumption is low and the temperature of the water in the hot water storage tank 32 reaches the upper limit, the heat generated by the power generation cannot be recovered in the heat exchanger 30, and power generation by the power generation unit must be stopped.

一方、熱消費が多く、貯湯タンク32内の水の温度が上限値に至らないと、発電(燃料電池出力)が継続される。 On the other hand, when the heat consumption is high and the temperature of the water in the hot water storage tank 32 does not reach the upper limit, power generation (fuel cell output) is continued.

すなわち、電力消費状況及び熱消費状況(エネルギー需要)のバランスが悪いと、省エネ性及び快適性の双方に悪影響を与えることになる。一例として、エアコン24Aの使用頻度が高いと、貯湯タンク32内の温度が高くなって発電が停止し易くなり、発電効率が低下して省エネ性が損なわれる。一方、床暖房装置64の使用頻度が高いと、発電による温水の加熱が間に合わず、空調性能が低下して、快適性が損なわれる。 In other words, poor balance between power consumption and heat consumption (energy demand) adversely affects both energy saving and comfort. As an example, if the air conditioner 24A is used frequently, the temperature in the hot water storage tank 32 becomes high and power generation is likely to stop, resulting in reduced power generation efficiency and loss of energy saving. On the other hand, if the frequency of use of the floor heating device 64 is high, the hot water generated by the power generation cannot be heated in time, and the air-conditioning performance is lowered, resulting in a loss of comfort.

例えば、AI等の学習によって、将来に向けたエネルギー需要を予測することはできるが、従来は、予測した結果を反映させ、エネルギー需要バランスを最適化する手段が確立されていなかった。 For example, it is possible to predict energy demand for the future by learning AI, etc., but conventionally, no means has been established to reflect the predicted results and optimize the energy demand balance.

そこで、本実施の形態では、同一の目的(居室内空間の温度制御(加温制御))で適用する空調制御部として、電力消費機器の代表される暖房モードのエアコン24Aと、熱消費機器の代表される床暖房装置64とが存在することに着目し、エアコン24Aと床暖房装置64との運転振り分け(出力制御)によって、エネルギー需要バランスを最適化する制御を確立した。 Therefore, in the present embodiment, as air conditioning control units applied for the same purpose (temperature control (heating control) in the living room space), the air conditioner 24A in the heating mode, which is represented by the power consumption equipment, and the heat consumption equipment, Focusing on the presence of the representative floor heating device 64, control for optimizing the energy demand balance was established by dividing the operation (output control) between the air conditioner 24A and the floor heating device 64.

(コントローラ16によるエネルギー管理制御) (Energy management control by controller 16)

図3は、本実施の形態に係るコントローラ16で実行されるエネルギー管理制御のための処理を示す機能ブロック図である。なお、一部又は全部のブロックは機能別に分類したものであり、ハード構成を限定するものではない。 FIG. 3 is a functional block diagram showing processing for energy management control executed by controller 16 according to the present embodiment. Some or all of the blocks are classified according to function, and the hardware configuration is not limited.

エネルギー需要情報取込部100は、HEMSコントローラ56に接続されており、当該HEMSコントローラ56からエネルギー需要情報を取り込む。なお、エネルギー需要情報の取り込みインタバルは、特に限定されないが、例えば、10分おき程度に取り込むことが好ましい。 The energy demand information acquisition unit 100 is connected to the HEMS controller 56 and acquires energy demand information from the HEMS controller 56 . Although the interval at which the energy demand information is taken is not particularly limited, it is preferable to take it in, for example, every 10 minutes.

エネルギー需要情報取込部100で取り込んだエネルギー需要情報は、大規模記憶装置52(履歴データベース)に格納される。なお、大規模記憶装置52の別の記憶領域には、予め最大発電効率出力Wmaxの値が記憶されている。最大発電効率出力Wmaxは、燃料電池ユニット14の仕様に依存する。例えば、定格出力700Wの場合、発電効率が最大となる出力は500W程度である。 The energy demand information captured by the energy demand information capturing unit 100 is stored in the large-scale storage device 52 (history database). In another storage area of the large-scale storage device 52, the value of the maximum power generation efficiency output Wmax is stored in advance. The maximum power generation efficiency output Wmax depends on the specifications of the fuel cell unit 14 . For example, when the rated output is 700W, the output at which the power generation efficiency is maximized is about 500W.

コントローラ16は、計時部102を備えている。計時部102は、エネルギー管理制御を実行するトリガとしての役目を有する。計時部102は、履歴読出部104及び床暖房熱需要設定部106に接続されており、所定時間毎(例えば、1時間毎)に、履歴読出部104及び床暖房熱需要設定部106に対して起動を指示する。 The controller 16 has a clock section 102 . The timer 102 serves as a trigger for executing energy management control. The timer unit 102 is connected to the history reading unit 104 and the floor heating heat demand setting unit 106, and at predetermined time intervals (for example, every hour), the history reading unit 104 and the floor heating heat demand setting unit 106 Instruct to start.

履歴読出部104では、計時部102から起動が指示されると、大規模記憶装置52にアクセスして、過去の一定期間(例えば、1週間)のエネルギー需要情報を読み出して、電力需要予測部108へ送出する。 When the timer unit 102 instructs the history reading unit 104 to start up, the history reading unit 104 accesses the large-scale storage device 52 to read the energy demand information for a certain period of time (for example, one week) in the past. Send to

電力需要予測部108では、過去のエネルギー需要情報に基づいて、将来に向けての電力需要Wcalを予測すると共に、最大発電効率出力読出部110へ起動信号を出力する。 Power demand prediction unit 108 predicts future power demand Wcal based on past energy demand information, and outputs a start signal to maximum power generation efficiency output reading unit 110 .

電力需要予測部108及び最大発電効率出力読出部110は、それぞれ第1比較部112に接続されている。 The power demand prediction unit 108 and the maximum power generation efficiency output reading unit 110 are each connected to a first comparison unit 112 .

電力需要予測部108は、過去1週間分のエネルギー需要情報に基づいて、将来に向けたエネルギー需要を予測し、予測した電力需要Wcalを第1比較部112へ送出する。 Power demand prediction unit 108 predicts future energy demand based on energy demand information for the past one week, and sends predicted power demand Wcal to first comparison unit 112 .

また、最大発電効率出力読出部110は、最大発電効率出力読出部110からの起動信号により、大規模記憶装置52へアクセスして、最大発電効率出力Wmaxを読み出し、第1比較部112へ送出する。 Also, maximum power generation efficiency output reading unit 110 accesses large-scale storage device 52 in response to a start signal from maximum power generation efficiency output reading unit 110 , reads maximum power generation efficiency output Wmax, and sends it to first comparison unit 112 . .

一方、床暖房熱需要設定部106では、計時部102から起動が指示されると、室温情報及び室温設定値情報を取り込み、その温度差等に基づいて、床暖房装置64における、必要な熱量(熱需要、単位「joule」)を設定する。 On the other hand, when the timer unit 102 instructs the floor heating heat demand setting unit 106 to start, the room temperature information and the room temperature set value information are taken in, and based on the temperature difference, the required heat amount ( Set the heat demand, unit "joule").

床暖房熱需要設定部106で設定された熱量(joule)は、床暖房出力換算部114へ送出され、電力値(床暖房出力Wjoule)に換算される。 The amount of heat (joule) set by the floor heating heat demand setting unit 106 is sent to the floor heating output conversion unit 114 and converted into a power value (floor heating output Wjoule).

床暖房出力換算部114は、換算した床暖房出力Wjouleを、後述する出力振分部118及び第2比較部120へ送出する。 The floor heating output conversion unit 114 sends the converted floor heating output Wjoule to the output distribution unit 118 and the second comparison unit 120, which will be described later.

第1比較部112では、最大発電効率出力Wmaxと予測電力需要Wcalとが比較される(Wmax:Wcal)。 First comparison unit 112 compares maximum power generation efficiency output Wmax with predicted power demand Wcal (Wmax:Wcal).

第1比較部112は、出力余裕分計算部116及び出力振分部118に接続されており、比較結果に基づいて、信号出力先を異ならせている。 The first comparison section 112 is connected to the output margin calculation section 116 and the output allocation section 118, and changes the signal output destination based on the comparison result.

第1比較部112の比較の結果が、Wmax>Wcalの場合は出力余裕分計算部116に指示信号が出力され、Wmax≦Wcalの場合は出力振分部118に振分指示信号1が出力される。 If the comparison result of the first comparison unit 112 is Wmax>Wcal, an instruction signal is output to the output margin calculation unit 116, and if Wmax≦Wcal, a distribution instruction signal 1 is output to the output allocation unit 118. be.

出力余裕分計算部116では、出力余分分Wm(=Wmax-Wcal)が計算され、第2比較部120へ送出される。 The output margin calculation unit 116 calculates the excess output Wm (=Wmax−Wcal) and sends it to the second comparison unit 120 .

第2比較部120では、出力余分分Wmと床暖房出力Wjouleとが比較される(Wm:Wjoule)。 The second comparison unit 120 compares the excess output Wm and the floor heating output Wjoule (Wm:Wjoule).

第2比較部120は、差分計算部122及び出力振分部118に接続されており、比較結果に基づいて、信号出力先を異ならせている。 The second comparison section 120 is connected to the difference calculation section 122 and the output distribution section 118, and changes the signal output destination based on the comparison result.

第2比較部120の比較の結果が、Wm>Wjouleの場合は出力振分部118に振分指示信号2が出力され、Wm≦Wjouleの場合は差分計算部122に指示信号が出力される。 If the result of comparison by the second comparison unit 120 is Wm>Wjoule, the distribution instruction signal 2 is output to the output distribution unit 118, and if Wm≦Wjoule, the instruction signal is output to the difference calculation unit 122.

差分計算部122では、差分ΔW(=Wjoule-Wm)を計算し、当該差分ΔWと共に振分指示信号3を出力振分部118へ送出する。 The difference calculation unit 122 calculates the difference ΔW (=Wjoule−Wm), and sends the distribution instruction signal 3 to the output distribution unit 118 together with the difference ΔW.

ここで、出力振分部118では、第1比較部112からの振分指示信号1、第2比較部120からの振分指示信号2、差分計算部122からの振分指示信号3の何れかを受信することになる。 Here, in the output distribution unit 118, any of the distribution instruction signal 1 from the first comparison unit 112, the distribution instruction signal 2 from the second comparison unit 120, and the distribution instruction signal 3 from the difference calculation unit 122 will receive

出力振分部118では、表2に示される如く、受信した振分指示信号の種類に基づいて、床暖房制御系へ出力値を設定すると共に、HEMSコントローラ56へ暖房モードのエアコン24Aの出力値を指示する。 As shown in Table 2, the output distribution unit 118 sets the output value to the floor heating control system based on the type of the distribution instruction signal received, and also sets the output value of the air conditioner 24A in the heating mode to the HEMS controller 56. to direct.

Figure 0007165613000002
Figure 0007165613000002

以下に、本実施の形態の作用を、図4及び図5のフローチャートに従い説明する。 The operation of this embodiment will be described below with reference to the flow charts of FIGS. 4 and 5. FIG.

図4は、コントローラ16において、HEMSコントローラ56からエネルギー需要状況を取得し、蓄積するためのエネルギー需要状況蓄積ルーチンを示すフローチャートである。この図4のフローチャートは、例えば、コントローラ16における、主制御(貯湯ユニット12及び燃料電池ユニット14の動作制御)の実行中に、10分毎に割り込まれて実行される。 FIG. 4 is a flow chart showing an energy demand accumulation routine for acquiring and accumulating energy demand conditions from the HEMS controller 56 in the controller 16 . 4 is interrupted every 10 minutes during execution of main control (operation control of the hot water storage unit 12 and the fuel cell unit 14) in the controller 16, for example.

ステップ150では、HEMSコントローラ56へアクセスし、次いで、ステップ152へ移行してHEMSコントローラ56からエネルギー需要情報を取り込み、ステップ154へ移行して大規模記憶装置52(履歴データベース)へ格納し、このルーチンは終了する。 Step 150 accesses the HEMS controller 56, then proceeds to step 152 to retrieve energy demand information from the HEMS controller 56, proceeds to step 154 to store to mass storage device 52 (historical database), and this routine ends.

なお、この図4のフローチャートは、10分毎に実行するようにしたが、割込時間のインタバルが短ければ短いほど、リアルタイムな情報を得ることができるが容量が増大する。また、割込時間のインタバルが長ければ長いほど、リアルタイム性が喪失するが容量が減少できる。 Although the flowchart of FIG. 4 is executed every 10 minutes, the shorter the interrupt time interval, the more real-time information can be obtained, but the capacity increases. Also, the longer the interrupt time interval, the more real-time performance is lost, but the capacity can be reduced.

従って、一定のインタバルではなく、変化が多いと予測される時間帯(朝の外出準備の時間帯、夕方帰宅後の数時間等)はインタバルを比較的短くし、変化が少ないと予測される時間帯(昼間留守の時間帯、深夜等)はインタバルを比較的長くしてもよい。 Therefore, rather than using a fixed interval, the interval should be set relatively short during times when it is expected that there will be a lot of changes (time in the morning when preparing to go out, several hours after returning home in the evening, etc.). The intervals may be relatively long during periods (daytime hours, midnight, etc.).

図5は、本実施の形態に係る予測制御ルーチンを示すフローチャートである。この図5のフローチャートは、例えば、コントローラ16における主制御(貯湯ユニット12及び燃料電池ユニット14の動作制御)の実行中に、1時間毎に割り込まれて実行される。 FIG. 5 is a flow chart showing a predictive control routine according to this embodiment. The flow chart of FIG. 5 is interrupted every hour during execution of main control (operation control of the hot water storage unit 12 and the fuel cell unit 14) in the controller 16, for example.

ステップ160では、大規模記憶装置52の履歴データベースから、例えば、過去1週間程度のエネルギー需要情報を読み出し、ステップ162へ移行する。 At step 160 , for example, energy demand information for the past week or so is read from the history database of the large-scale storage device 52 , and the process proceeds to step 162 .

ステップ162では、読み出した過去のエネルギー需要情報(例、1週間分)に基づいて、単位時間毎の電力需要、給湯需要、暖房需要を予測し、それぞれの平均値を計算することで、電力需要予測値Wcalを得る。 In step 162, based on the read past energy demand information (for example, for one week), the power demand, hot water supply demand, and space heating demand are predicted for each unit time, and the average value of each is calculated. Obtain the predicted value Wcal.

次のステップ164では、大規模記憶装置52から、燃料電池ユニット14において、発電効率が最大となる出力Wmaxを読み出す。この発電効率最大出力Wmaxは、燃料電池ユニット14の仕様に依存した固定値である。例えば、定格出力が700Wの場合、規格上の発電効率最大出力Wmaxは500Wである。 In the next step 164 , the output Wmax that maximizes the power generation efficiency in the fuel cell unit 14 is read from the large-scale storage device 52 . This power generation efficiency maximum output Wmax is a fixed value that depends on the specifications of the fuel cell unit 14 . For example, when the rated output is 700W, the standard power generation efficiency maximum output Wmax is 500W.

なお、大規模記憶装置52には、経時的に発電効率最大出力Wmaxが変動(規格から逸脱)することを予想して、燃料電池ユニット14の定格出力のみを記憶しておき、定格出力に所定の経時劣化に依存する補正係数を加味してWmaxを計算によって得るようにしてもよい。 In the large-scale storage device 52, only the rated output of the fuel cell unit 14 is stored in anticipation that the power generation efficiency maximum output Wmax will fluctuate (deviate from the standard) over time. Wmax may be obtained by calculation taking into account a correction coefficient that depends on deterioration over time.

次のステップ166では、床暖房装置64を利用して床暖房するときに必要な熱需要出力Wjouleを、熱需要(ジュール熱)から換算する。具体的には、床暖房対象の室内空間の現在の温度(室温)と設定温度差に基づいて、熱需要を設定し、設定した熱需要を電力需要に換算する(例えば、Wjoule=300W)。 In the next step 166, the heat demand output Wjoule required for floor heating using the floor heating device 64 is converted from the heat demand (Joule heat). Specifically, the heat demand is set based on the difference between the current temperature (room temperature) of the indoor space to be floor-heated and the set temperature, and the set heat demand is converted into electric power demand (eg, Wjoule=300 W).

次のステップ168では、最大発電効率出力Wmaxと、電力需要予測値Wcalとを比較する。 In the next step 168, the maximum power generation efficiency output Wmax and the power demand forecast value Wcal are compared.

このステップ168において、Wmax≦Wcalと判定された場合は、電力需要が多く、燃料電池ユニット14の発電出力分を暖房モードのエアコン24Aに回す余裕が無いと判断し、ステップ170へ移行して、HEMSコントローラ56へ、エアコン出力として、「0」W(すなわちエアコンオフ)を指示し、次いで、ステップ172へ移行して、床暖房装置64による床暖房出力を、熱需要出力Wjouleに設定し、このルーチンは終了する。 In step 168, if it is determined that Wmax≤Wcal, it is determined that the power demand is high and there is no margin for supplying the power output of the fuel cell unit 14 to the air conditioner 24A in the heating mode, and the process proceeds to step 170. The HEMS controller 56 is instructed to set the air conditioner output to "0" W (that is, the air conditioner is turned off). The routine ends.

また、ステップ168において、Wmax>Wcalと判定された場合は、電力需要が少なく、燃料電池ユニット14の発電出力分を暖房モードのエアコン24Aに回す余裕が有ると判断し、ステップ174へ移行する。 If it is determined that Wmax>Wcal in step 168, it is determined that the power demand is small and that there is a margin for supplying the power output of the fuel cell unit 14 to the air conditioner 24A in the heating mode, and the process proceeds to step 174.

ステップ174では、出力余裕分Wmを計算し(Wm=Wmax-Wcal)、ステップ176へ移行する。 At step 174 , the output margin Wm is calculated (Wm=Wmax−Wcal), and the process proceeds to step 176 .

ステップ176では、出力余裕分Wmと、床暖房に必要な熱需要出力Wjouleとを比較する。 In step 176, the output margin Wm is compared with the heat demand output Wjoule required for floor heating.

ステップ176において、Wm>Wjouleと判定された場合は、出力余裕分Wmの全ての電力を消費することができると判断し、ステップ178へ移行して、HEMSコントローラ56へ、エアコン出力として、熱需要出力Wjouleを指示し、次いで、ステップ180へ移行して、床暖房装置64による床暖房出力を「0」W(すなわち床暖房装置64のオフ)に設定し、このルーチンは終了する。 If it is determined in step 176 that Wm>Wjoule, it is determined that all the electric power corresponding to the output margin Wm can be consumed, and the process proceeds to step 178 to output heat demand to the HEMS controller 56 as air conditioner output. The output Wjoule is instructed, then the process proceeds to step 180 to set the floor heating output of the floor heating device 64 to "0" W (that is, the floor heating device 64 is turned off), and this routine ends.

また、ステップ176において、Wm≦Wjouleと判定された場合は、消費電力が制限されると判断し、ステップ182へ移行して、熱需要出力Wjouleと出力余裕分Wmとの差分ΔWを計算し、ステップ184へ移行する。この差分ΔWが消費可能な電力となる。 If it is determined in step 176 that Wm≤Wjoule, it is determined that the power consumption is limited, and the process proceeds to step 182 to calculate the difference ΔW between the heat demand output Wjoule and the output margin Wm, Go to step 184 . This difference ΔW becomes the power that can be consumed.

ステップ184では、HEMSコントローラ56へ、エアコン出力として、差分Wmを指示し、次いで、ステップ186へ移行して、床暖房装置64による床暖房出力を差分ΔWに設定し、このルーチンは終了する。 At step 184, difference Wm is instructed to HEMS controller 56 as the air conditioner output, then the routine proceeds to step 186 to set the floor heating output of floor heating device 64 to difference ΔW, and this routine ends.

なお、本実施の形態では、燃料電池ユニット14の最大発電効率出力Wmaxと予測電力需要Wcalとの比較(図3に示す第1の比較部112)、並びに、出力余裕分Wmと床暖房出力Wjouleとの比較(図3に示す第2の比較部120)を行い、エアコン24Aと床暖房装置64へのエネルギー需要(出力)を振り分けたが、貯湯タンク32内の温水の温度によって、当該出力を補正するようにしてもよい。 In the present embodiment, the maximum power generation efficiency output Wmax of the fuel cell unit 14 and the predicted power demand Wcal are compared (first comparison unit 112 shown in FIG. 3), and the output margin Wm and the floor heating output Wjoule are compared. (second comparison unit 120 shown in FIG. 3), and distributed the energy demand (output) to the air conditioner 24A and the floor heating device 64, but depending on the temperature of the hot water in the hot water storage tank 32, the output You may make it correct|amend.

これにより、貯湯タンク32内の温水の温度が、発電停止温となることを抑制することができる。また、逆に、給湯量が急増して、貯湯タンク32内の温水の温度が極端に低い場合、エアコン24Aの出力を多くすることで、発電期間が増加して、貯湯タンク32内の湯量と温度を適正に維持することができる。 As a result, it is possible to prevent the temperature of the hot water in the hot water storage tank 32 from reaching the power generation stop temperature. Conversely, when the amount of hot water supplied increases rapidly and the temperature of the hot water in the hot water storage tank 32 is extremely low, the power generation period is increased by increasing the output of the air conditioner 24A. The temperature can be properly maintained.

(実施例1) (Example 1)

図6は、本実施の形態に係るコントローラ16において、暖房モードのエアコン24Aと床暖房装置64への電力振り分け(熱需要は電力に換算)を行った実施例1であり、予測電力需要と、燃料電池出力(すなわち、発電出力)との関係を示す特性図である。 FIG. 6 shows Example 1 in which electric power is distributed to the air conditioner 24A in the heating mode and the floor heating device 64 (heat demand is converted to electric power) in the controller 16 according to the present embodiment. FIG. 4 is a characteristic diagram showing the relationship with fuel cell output (that is, power generation output);

前提として、暖房に必要な電力需要を、暖房モードのエアコン24Aと床暖房装置64とに振り分けて、一定(以下では、300W)の電力需要を確保することとする。 As a premise, the power demand required for heating is divided between the air conditioner 24A in the heating mode and the floor heating device 64 to ensure a constant power demand (300 W below).

ここで、暖房モードのエアコン24Aによる電力需要(エアコン出力)を多くすると、発電効率は高くなるが、貯湯タンク内の温水の温度が高くなる。本実施の形態のエネファーム10は、貯湯タンク32の下部温度が60℃を上回ると発電を停止する仕様となっている。 Here, if the power demand (air conditioner output) by the air conditioner 24A in the heating mode is increased, the power generation efficiency is increased, but the temperature of the hot water in the hot water storage tank is increased. The ENE-FARM 10 of the present embodiment is designed to stop power generation when the temperature of the lower portion of the hot water storage tank 32 exceeds 60°C.

一方、床暖房装置64による熱需要を多くすると、発電は停止し難くなるが、発電効率は低くなる。 On the other hand, if the heat demand by the floor heating device 64 is increased, it becomes difficult to stop power generation, but the power generation efficiency is lowered.

そこで、電力需要と熱需要とのバランスを最適化し、快適性を維持しつつ省エネ性を向上する(図5のフローチャート参照)。 Therefore, the balance between power demand and heat demand is optimized to improve energy efficiency while maintaining comfort (see the flowchart in FIG. 5).

図6に示される如く、本実施例では、具体的数値として、燃料電池定格出力が700W、発電効率が最大となる出力が500W、床暖房に必要な出力が300W(熱需要(ジュール熱)を電力換算)の場合、発電効率が500Wに近くなるように、電力需要を制御する。 As shown in FIG. 6, in this embodiment, as specific numerical values, the rated output of the fuel cell is 700 W, the output that maximizes power generation efficiency is 500 W, and the output required for floor heating is 300 W (heat demand (Joule heat) is In the case of power conversion), the power demand is controlled so that the power generation efficiency is close to 500W.

図6の矢印Aは、図3及び図5に示す「振分2」に相当する一例である。図6の矢印Aに示される如く、暖房を床暖房装置64のみで行った場合において、予測される電力需要が100Wのときは、エアコン24Aの出力を300Wとする。この結果、床暖房装置64の出力は「0」Wとなる。 Arrow A in FIG. 6 is an example corresponding to "distribution 2" shown in FIGS. As indicated by arrow A in FIG. 6, when heating is performed only by the floor heating device 64 and the predicted power demand is 100 W, the output of the air conditioner 24A is set to 300 W. As a result, the output of the floor heating device 64 becomes "0"W.

この場合、エアコンフルモードということができ、最大発電効率の500Wにはならないが、予測電力需要(100W)を加味すると、400Wまでは到達させることができる。 In this case, it can be said to be an air conditioner full mode, and although the maximum power generation efficiency of 500 W is not achieved, considering the predicted power demand (100 W), it is possible to reach up to 400 W.

図6の矢印Bは、図3及び図5に示す「振分3」に相当する一例である。図6の矢印Bに示される如く、暖房を床暖房装置64のみで行った場合において、予測される電力需要が300Wのときは、エアコン24Aの出力を200W出力とする。この結果、床暖房装置64の出力は100Wとなる。 Arrow B in FIG. 6 is an example corresponding to "distribution 3" shown in FIGS. As indicated by arrow B in FIG. 6, when heating is performed only by the floor heating device 64 and the predicted power demand is 300 W, the output of the air conditioner 24A is set to 200 W. As a result, the output of the floor heating device 64 becomes 100W.

この場合、エアコン出力(200W)と、予測電力需要(300W)とを足して、ちょうど500Wとすることができる。 In this case, the output of the air conditioner (200W) and the predicted power demand (300W) can be added to give exactly 500W.

図6の矢印Cは、図3及び図5に示す「振分1」に相当する一例である。図6の矢印Cに示される如く、暖房を床暖房装置64のみで行った場合において、予測される電力需要が600WのときHA,エアコン24Aの出力を「0」Wとする、この結果、床暖房装置64の出力は300Wとなる。 Arrow C in FIG. 6 is an example corresponding to "distribution 1" shown in FIGS. As indicated by the arrow C in FIG. 6, when heating is performed only by the floor heating device 64, when the predicted power demand is 600 W, the output of the HA and the air conditioner 24A is set to "0" W. The output of the heating device 64 is 300W.

この場合、すでに、予測電力需要が最大発電効率を100Wオーバーしているので、エアコン24Aを適用しないで暖房を行う。 In this case, since the predicted power demand already exceeds the maximum power generation efficiency by 100 W, heating is performed without applying the air conditioner 24A.

なお、本実施の形態では、大規模記憶装置52の履歴データベースとして大量の予測データが格納されていることを前提としたが、予測データがない場合は、床暖房スイッチオン時は床暖房装置64の出力を300Wとし、床暖房スイッチオフ時はエアコン24Aの出力を300W出力とすればよい。床暖房装置64を優先する方が、電力需要のばらつきが抑制されるからである。 In this embodiment, it is assumed that a large amount of prediction data is stored as the history database of the large-scale storage device 52, but if there is no prediction data, the floor heating device 64 is set to 300 W, and the output of the air conditioner 24A is set to 300 W when the floor heating switch is turned off. This is because giving priority to the floor heating device 64 suppresses variations in power demand.

本実施の形態では、表1に示すシステムの内、家庭用燃料電池コージェネレーションシステムを例にとり説明したが、本発明は、表1に記載されたシステムに代表される、他のシステムにも適用可能である。 Of the systems shown in Table 1, the home fuel cell cogeneration system has been described as an example in this embodiment, but the present invention is also applicable to other systems represented by the systems shown in Table 1. It is possible.

(実施例2) (Example 2)

図7は、本実施の形態の実施例2に係り、暖房モードのエアコン24Aと床暖房装置64への電力振り分けを、一般的な家庭の生活パターンに取り入れたときの湯使用量、貯湯タンク32の貯湯量、及び発電の推移を示すタイミングチャートである。 FIG. 7 relates to Example 2 of the present embodiment, and shows the amount of hot water used when power distribution to the air conditioner 24A in the heating mode and the floor heating device 64 is incorporated into a general household life pattern, and the hot water storage tank 32. 2 is a timing chart showing changes in hot water storage amount and power generation.

図7に示す生活パターンでは、午前6時頃に起床して午前8時頃に外出しており、この起床時刻から外出時刻までの期間に、洗面や朝食の支度等のために、お湯が使用される。 In the life pattern shown in FIG. 7, the person wakes up at about 6:00 am and goes out at about 8:00 am, and hot water is used for washing clothes, preparing breakfast, etc. during the period from the time of waking up to the time of going out. be done.

また、午前8時頃に外出し、例えば、夕飯の支度、入浴等で、お湯が使用され、午後9時頃(例えば、就寝時刻)には、お湯の使用が減少している。 In addition, hot water is used for, for example, preparing dinner, taking a bath, etc. after leaving the house at around 8:00 am, and the use of hot water decreases at around 9:00 pm (for example, bedtime).

湯使用量に合わせて、貯湯タンク32内の貯湯量は変化するが、その分、水道水が補充され、燃料電池ユニット14の発電によって加熱されるため、貯湯タンク32内の貯湯量は、必ずしもお湯の使用量に比例しない。 Although the amount of hot water stored in the hot water storage tank 32 changes according to the amount of hot water used, tap water is replenished accordingly and heated by the power generation of the fuel cell unit 14, so the amount of hot water stored in the hot water storage tank 32 does not necessarily change. Not proportional to the amount of hot water used.

上記生活パターンにおいて、起床時刻から外出時刻までと、帰宅時刻から就寝時刻までを、空調を行う期間、すなわち、エアコン24A及び床暖房装置64の少なくとも一方による空調(暖房)を行っている期間とする。 In the above lifestyle pattern, the period from the time of waking up to the time of going out and from the time of returning home to the time of going to bed are the periods in which air conditioning is performed, that is, the period in which air conditioning (heating) is performed by at least one of the air conditioner 24A and the floor heating device 64. .

仮に、空調(暖房)を床暖房装置64のみによって行っており、予測した電力需要と実測した電力需要とがほぼ一致(予測電力≒実測電力)した場合、図7の実線Dに示される如く推移する。 If air conditioning (heating) is performed only by the floor heating device 64, and the predicted power demand and the actually measured power demand nearly match (predicted power ≈ actually measured power), the transition is as shown by the solid line D in FIG. do.

この電力推移に対して、本実施の形態の振り分け制御を行うと、図7の点線Eに示される如く、空調制御期間中は、実測電力を最大発電効率出力500Wに近づけることができる。 If the distribution control of the present embodiment is performed for this power transition, the actually measured power can be brought close to the maximum power generation efficiency output of 500 W during the air conditioning control period, as indicated by the dotted line E in FIG.

なお、実施例2は、外出中も空調を継続しない生活パターンとしが、外出中も空調を継続する生活パターンであれば、不在中の燃料電池ユニット14の発電効率も最大発電効率に近づけることができる。 In the second embodiment, the life pattern is one in which the air conditioning is not continued even when one is out of the house. can.

10 家庭用燃料電池コージェネレーション装置(エネファーム)
12 貯湯ユニット
12D 制御対象機器
14 燃料電池ユニット
14D 制御対象機器
16 コントローラ(エネルギー管理制御装置)
18 ガス供給管
18A 分岐部
18B 枝管
18C 枝管
20 燃料処理器
22 スタック
24 電力消費機器
24A エアコン(エアコンディショナー)
28 インバータ
30 熱交換器
32 貯湯タンク
33 水道管
34 CPU
36 RAM
38 ROM
40 I/O
42 バス
44 マイクロコンピュータ
46 リモコンパネル
48 家屋
49 給湯設備
50 マイコンガスメータ
51 サーミスタ
52 大規模記憶装置(データベース)
56 HEMSコントローラ
58 バックアップ熱源機
60 商用電源
62 切替部
63 スマートメータ
66 ガス消費機器
100 エネルギー需要情報取込部
102 計時部
104 履歴読出部
106 床暖房熱需要設定部
108 電力需要予測部(予測部)
110 最大発電効率出力読出部
112 第1比較部(設定部)
114 床暖房出力換算部
116 出力余裕分計算部(設定部)
118 出力振分部(空調制御部)
120 第2比較部(設定部)
122 差分計算部(設定部)
10 Household fuel cell cogeneration equipment (ENE-FARM)
12 hot water storage unit 12D device to be controlled 14 fuel cell unit 14D device to be controlled 16 controller (energy management control device)
18 Gas Supply Pipe 18A Branch Portion 18B Branch Pipe 18C Branch Pipe 20 Fuel Processor 22 Stack 24 Power Consuming Equipment 24A Air Conditioner (Air Conditioner)
28 inverter 30 heat exchanger 32 hot water storage tank 33 water pipe 34 CPU
36 RAMs
38 ROMs
40 I/O
42 bus 44 microcomputer 46 remote control panel 48 house 49 hot water supply equipment 50 microcomputer gas meter 51 thermistor 52 large-scale storage device (database)
56 HEMS controller 58 Backup heat source machine 60 Commercial power source 62 Switching unit 63 Smart meter 66 Gas consumption device 100 Energy demand information acquisition unit 102 Clock unit 104 History reading unit 106 Heat demand setting unit for floor heating 108 Power demand prediction unit (prediction unit)
110 Maximum power generation efficiency output reading unit 112 First comparison unit (setting unit)
114 floor heating output conversion unit 116 output margin calculation unit (setting unit)
118 output distribution unit (air conditioning control unit)
120 Second comparison unit (setting unit)
122 difference calculation unit (setting unit)

Claims (3)

電力消費機器による電力需要と熱消費機器による熱需要とを含むエネルギー需要を管理するエネルギー管理制御装置であって、
前記電力消費機器の一部であるエアコンディショナー、及び前記熱消費機器としての床暖房装置の少なくとも一方を選択して運転することで、室内空間の温度を制御する空調制御部と、
過去の前記電力消費機器の電力需要状況、及び前記熱消費機器の熱需要状況に関する履歴情報を蓄積するデータベースと、
前記データベースに蓄積された過去の一定期間の履歴情報に基づいて、前記空調制御部による空調制御を床暖房装置で行った場合の電力消費機器の消費電力を予測する予測部と、
予め目標とされた目標消費電力と前記予測部で予測した予測消費電力との差に基づいて、前記空調制御部における全エネルギー需要に対する前記エアコンディショナーと前記床暖房装置とのエネルギー需要の割合を設定する設定部と、
を有するエネルギー管理制御装置。
An energy management control device that manages energy demand including power demand by power consuming equipment and heat demand by heat consuming equipment,
an air conditioning control unit that controls the temperature of an indoor space by selecting and operating at least one of an air conditioner that is part of the power consumption device and a floor heating device that is the heat consumption device;
a database for accumulating historical information about the power demand status of the power consumption equipment and the heat demand status of the heat consumption equipment in the past;
a prediction unit that predicts the power consumption of the power consumption equipment when air conditioning control by the air conditioning control unit is performed by a floor heating device based on history information accumulated in the database for a certain past period of time;
Based on the difference between the target power consumption set in advance and the predicted power consumption predicted by the prediction unit, the ratio of the energy demand of the air conditioner and the floor heating device to the total energy demand of the air conditioning control unit is set. a setting unit for
An energy management controller having
原料ガスを改質し水素を精製して大気中の酸素と反応させることで発電する燃料電池ユニットと、前記燃料電池ユニットでの発電に伴い発生する熱を利用して、前記熱消費機器へ供給する給湯のための温水を生成し、かつ貯留する貯湯ユニットと、を備えたコージェネレーション装置をさらに有し、
前記目標消費電力が、前記燃料電池ユニットによる発電において最大発電効率で出力される電力であることを特徴とする請求項1記載のエネルギー管理制御装置。
A fuel cell unit that generates electricity by reforming the raw material gas to purify hydrogen and reacting it with oxygen in the atmosphere, and the heat generated by the power generation in the fuel cell unit is used to supply the heat consumption device. and a hot water storage unit for generating and storing hot water for hot water supply,
2. The energy management control device according to claim 1, wherein said target power consumption is power output at maximum power generation efficiency in power generation by said fuel cell unit.
前記燃料電池ユニットは、前記貯湯ユニットにおける貯湯タンク内の温水の温度が所定以上となった場合に、発電を停止する発電停止制御部をさらに有し、
前記設定部で設定した、前記エアコンディショナーの消費電力を、貯湯タンク内の温水の温度に基づいて補正することを特徴とする請求項2記載のエネルギー管理制御装置。
The fuel cell unit further has a power generation stop control unit that stops power generation when the temperature of the hot water in the hot water storage tank in the hot water storage unit reaches or exceeds a predetermined value,
3. The energy management control device according to claim 2, wherein the power consumption of said air conditioner set by said setting unit is corrected based on the temperature of hot water in a hot water storage tank.
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