JPWO2013069174A1 - 熱電併給システムおよびその制御方法 - Google Patents

Abstract

熱電併給システムが自立運転している時に、ユーザーが残発電時間を容易に認識することができ、ユーザーが発電停止に対して予め備えられるようにすることを可能にする熱電併給システムを提供する。供給された燃料ガス（１５１）を用いて発電を行い、電力および熱を供給する熱電併給装置（１０２）と、熱電併給装置（１０２）が供給する熱を蓄熱する蓄熱器（１０３）と、少なくとも熱電併給装置（１０２）の起動および停止を制御する制御器（１０６）と、熱電併給装置（１０２）が発電できる時間である残発電時間を表示する表示器（１０４）とを備え、制御器（１０６）は、さらに、蓄熱器（１０３）が蓄熱できる熱量である最大蓄熱量と蓄熱器（１０３）が蓄熱している熱量である現在蓄熱量との差である空き蓄熱量に基づいて残発電時間を算出し、算出した残発電時間を表示器（１０４）に表示させる。

Description

本発明は、少なくとも電力と熱を供給する熱電併給システムに関し、特に、熱電併給システムが自立運転している時に、ユーザーに対して電力供給の停止に対する備えを注意喚起することが可能な熱電併給システムに関する。

近年、高効率な小規模発電が可能である燃料電池は、発電の際に発生する熱エネルギーを利用するためのシステムの構築が容易であるため、高いエネルギー利用効率を実現可能な家庭用の熱電併給システムとして普及が進んでいる。この熱電併給システムは太陽光発電システムなどと同様な分散型電源であり、電気事業者の供給する系統電源に連系して電力供給を行う。そして、家庭内の電力負荷が熱電併給システムの供給能力範囲内である場合には、電力負荷全てを熱電併給システムで供給し、供給能力を超える場合には、不足分が系統電源から供給される。また、熱電併給システムの表示器には、熱電併給システムの貢献度をユーザーに認知してもらうために、現在の発電電力と系統電源からの購入電力が表示されているのが一般的である。

ここで、分散型電源は系統電源からは自立した電源として電力を供給することも技術的には可能であり、災害発生時や電気事業者の供給能力不足などに伴う停電時に非常用電源として自立運転できることが望まれている。通常は系統電源に連系している分散型電源を非常用電源などとして利用する場合には、系統電源の配電網側での安全を確保するために、系統電源の停電を検知したときに分散型電源は系統電源から解列するとともに動作を停止する必要がある。一方で、燃料電池の起動には、燃料電池を所定の温度まで昇温させ、また燃料電池に燃料を供給するポンプなどを動作させるために、発電を開始する前の燃料電池に対して電力を供給する必要がある。

そこで、燃料電池システムのような分散型電源の自立運転を可能とするために、停電時に系統電源と分散型電源とを切り離しつつ、分散型電源と家庭内の電力負荷のみを接続するといった機能や、分散型電源の起動に必要な電力を供給するといった機能を備えた自立運転支援装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−２２６５０号公報

ところで、燃料電池システムのような熱電併給システムは、発電と同時に発生する熱を一時的に蓄熱しておく必要がある。これは家庭内での電力需要と給湯需要のタイミングが一致しないためである。そこで、発電時の排熱を熱交換して温水として貯湯タンクに蓄えておき、ユーザーが入浴や洗顔、炊事などで給湯利用する時に貯湯タンクのお湯を供給するというのが現在普及している家庭用の熱電併給システムの一般的な熱利用方法である。そのため、貯湯タンク等が高温の湯で満タンになり、熱電併給システムの発電時の熱を貯湯タンクの水で吸熱して処理できなくなると熱電併給システムの発電を継続することができないため、熱電併給システムは電力供給を停止する。

通常時は熱電併給システムが電力供給を停止しても系統電源と連系しているため、家庭内の電力負荷への電力供給は問題なく継続される。ところが、停電時に非常用電源として自立運転して電力を供給している時は、熱電併給システムの発電が停止すると、家庭内の電力負荷への電力供給が即座に停止される。蓄電池を備えた自立運転支援装置と連動している場合においても、当然蓄電池の充電容量分を使用し終わった後に電力供給が停止してしまう。

しかしながら、従来の熱電併給システムは、現在の発電電力と購入電力といった通常時の使用を想定した表示しか行っていないために、非常用電源として自立運転した時に重要な「いつ、貯湯タンク内の水が熱電併給システムの熱を吸収できないために、熱電併給システムの発電が終わるのか」ということに対して、ユーザーに有益な情報を与えることができない。そのため、ユーザーは非常用電源からの電力供給停止に対して予め備えることができないという課題があることを本願の発明者らが見出した。

また、熱電併給システムが非常用電源として自立運転している時には系統電源からの電力供給は遮断されているため、家庭内の電力負荷が熱電併給システムの定格発電電力（最大発電電力）を超えても不足分が補われることがない。そのため、電力負荷が熱電併給システムの定格発電電力を超えた時点で、過負荷となって熱電併給システムは発電を停止する。

以上のことをまとめると、従来の熱電併給システムは、現在の発電電力と購入電力といった通常時を想定した表示しか行っていないために、非常用電源として自立運転している時に重要な「現在は定格発電電力に対してどのくらいの余裕があるのか」ということに対して、ユーザーに有益な情報を与えることができない。そのため、ユーザーは非常用電源として熱電併給システムを使用している時には、電力負荷が定格発電電力を超過することによる発電停止のリスクを抱えながら電力使用量を増加させなければならない、という課題がある。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、熱電併給システムが自立運転している時に、ユーザーが発電停止に対して予め備えることを可能にする熱電併給システムを提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明の熱電併給システムの一形態は、供給された燃料ガスを用いて発電を行い、電力および熱を供給する熱電併給装置と、前記熱電併給装置が供給する熱を蓄熱する蓄熱器と、少なくとも前記熱電併給装置の起動および停止を制御する制御器と、前記熱電併給装置が発電できる時間である残発電時間を表示する表示器とを備え、前記制御器は、さらに、前記蓄熱器が蓄熱できる熱量である最大蓄熱量と前記蓄熱器が蓄熱している熱量である現在蓄熱量との差である空き蓄熱量に基づいて前記残発電時間を算出し、算出した前記残発電時間を前記表示器に表示させる。

本発明によれば、熱電併給システムの残発電時間が表示されるので、ユーザーは、熱電併給システムが停止するまでの残発電時間を容易に認識し、発電停止に予め備えることが出来る。

図１は、本発明の実施の形態１における熱電併給システムの構成を模式的に示すブロック図である。 図２は、本発明の実施の形態１および２における熱電併給システムの熱供給に関する構成を詳細に示すブロック図である。 図３は、本発明の実施の形態１および２における貯湯タンクに蓄えられている温水の状態を示す図である。 図４は、本発明の実施の形態１における熱電併給システムの表示器における表示内容を示す図である。 図５は、本発明の熱電併給システムにおける制御方法の主要な手順を示すフローチャートである。 図６は、蓄熱器における現在蓄熱量の算出例を説明する図である。 図７は、本発明の実施の形態２における熱電併給システムの構成を模式的に示すブロック図である。 図８は、本発明の実施の形態２における熱電併給システムの表示器における表示内容を示す図である。 図９は、本発明の実施の形態２における熱電併給システムの表示器における別の表示例を示す図である。 図１０は、残発電時間の算出式を説明する図である。

本発明の熱電併給システムについて、以下に説明する。

本発明の熱電併給システムの一形態は、供給された燃料ガスを用いて発電を行い、電力および熱を供給する熱電併給装置と、前記熱電併給装置が供給する熱を蓄熱する蓄熱器と、少なくとも前記熱電併給装置の起動および停止を制御する制御器と、前記熱電併給装置が発電できる時間である残発電時間を表示する表示器とを備え、前記制御器は、さらに、前記蓄熱器が蓄熱できる熱量である最大蓄熱量と前記蓄熱器が蓄熱している熱量である現在蓄熱量との差である空き蓄熱量に基づいて前記残発電時間を算出し、算出した前記残発電時間を前記表示器に表示させる。

これにより、残発電時間が表示器に表示されるので、ユーザーは残発電時間を容易に認識することができ、電力供給の停止に対して予め備えた行動を自発的に行うことが出来る。特に、系統電源の停電時などの非常用電源として自立運転をしている時には、熱電併給システムが発電停止すると家庭内の電力負荷への供給が停止するため、残発電時間をユーザーが認識することで、電気製品の電源をユーザー自らがオフし、突然の電力供給停止による電気製品への悪影響を回避する、例えば、電力供給が停止される前にＰＣ等の情報機器の電源をオフしておくことで、ＰＣ等の情報機器における作業中の貴重なデータの消失を未然に防止することが出来る。または、ユーザーにとって優先度の低い電気製品の電源をオフして電力消費量を低減する、あるいは、入浴して蓄熱器の熱を消費して、空き蓄熱量を増やすなどの行動を自発的に行い、発電時間を延長して優先度の高い電気製品へ電力供給を長く継続させることが出来る。

また、熱電併給システムの現在の発電電力が最大発電電力に対してどの程度の割合であるかも併せて表示することで、熱電併給システムが非常用電源として自立運転している時に、ユーザーは熱電併給システムの発電電力の余力を意識しながら電力を使用することが出来る。そのため、発電電力を超過した電力使用による不意の電力供給の停止を防止することが出来る。

ここで、前記制御器は、前記蓄熱器の空き蓄熱量を、前記熱電併給装置から前記蓄熱器に供給される単位時間当たりの熱量である供給熱量で除することで、前記残発電時間を算出してもよい。

これにより、蓄熱器への蓄熱速度を加味してより適切な残発電時間が算出され、表示される。

また、前記制御器は、前記熱電併給装置が供給する熱についての負荷の予測値である予測熱負荷を記憶しており、前記空き蓄熱量と前記予測熱負荷との加算値を、前記熱電併給装置から前記蓄熱器に供給される単位時間当たりの熱量である供給熱量で除することで、前記残発電時間を算出してもよい。

これにより、予測熱負荷を加味してより適切な残発電時間が算出され、表示される。

また、前記制御器は、前記熱電併給装置による現在の発電電力から前記供給熱量を算出してもよい。

これにより、現在の発電電力が継続したと仮定した場合の残発電時間が算出されて表示される。

また、前記制御器は、前記熱電併給装置が供給する電力についての負荷の予測値である予測電力負荷を記憶しており、前記予測電力負荷に基づいて前記供給熱量を算出してもよい。

これにより、予測電力負荷を考慮して供給熱量が算出され、その供給熱量を用いて残発電時間が算出されるので、電力負荷の変動を加味した、より適切な残発電時間が算出され、表示される。

また、前記蓄熱器は、湯を貯める貯湯タンクであり、前記表示器は、ユーザーが前記貯湯タンクから風呂にお湯を供給する時刻である風呂時間を設定するための操作部を有しており、前記制御器は、前記風呂時間が予め設定されていた場合は、前記風呂時間に前記貯湯タンクから前記風呂へ供給される熱量を前記予測熱負荷として記憶してもよい。

これにより、蓄熱器から放出される放熱量として、家庭内で使用される最も大きな熱量である風呂給湯熱量を加味してより適切な残発電時間算出され、表示される。

また、前記制御器は、さらに、前記空き蓄熱量を、前記熱電併給装置から前記蓄熱器に供給される単位時間当たりの最大の熱量である最大供給熱量で除することで、最短発電時間を算出して前記表示器に表示させてもよい。

これにより、ユーザーは、最短発電時間を認識することができるので、使用電力負荷が変動する場合であっても、電力供給の停止に対して予め備えることが出来る。

また、前記制御器は、さらに、前記熱電併給装置が発電可能な最大発電電力に対する前記熱電併給装置が発電している発電電力の割合を算出して前記表示器に表示させてもよい。

これにより、ユーザーは、熱電併給システムにおける最大発電電力に対する現時点での発電電力の割合、つまり、発電電力の余力を意識しながら電力を使用することが出来るので、発電電力を超過した電力使用による電力供給の停止を防止することが出来る。

また、前記制御器は、さらに、前記残発電時間が予め定められる閾値以下になった場合、前記蓄熱器に蓄熱されている熱の消費を薦めることを報知してもよい。

これにより、残発電時間が少なくなってきたときに、蓄熱器に蓄熱されている熱の消費を薦める報知が行われるので、ユーザーは、発電を継続させるために必要な行動を確実に認識することができ、蓄熱器に蓄熱された熱をより確実に消費させることができる。その結果、そして蓄熱器の蓄熱が完了してしまうことを未然に防止して、熱電併給システムの電力供給を継続させることが出来る。

また、さらに、前記熱電併給装置に接続されている系統電源からの電力の供給状態を検知する系統検知部を備え、前記制御器は、前記系統検知部が前記系統電源からの電力供給の停止を検知した場合に、前記残発電時間を前記表示器に表示させてもよい。

これにより、系統電源の停電における非常用電源として自立運転している時に残発電時間が表示されるので、ユーザーは、熱電併給システムからのみ電力供給が行われていることを容易に認識して、適切な電力使用および電力供給の停止に対する備えをより確実に行うことが出来る。

また、さらに、前記熱電併給装置が電力を供給する電力負荷に電力を供給する蓄電池を備え、前記制御器は、さらに、前記蓄電池が前記電力負荷に電力を供給できる時間である残供給時間を算出して前記表示器に表示させてもよい。

これにより、蓄電池からの電力供給による残供給時間も表示されるので、ユーザーは、熱電併給システムの電力供給可能時間として、熱電併給装置からの電力分だけでなく、蓄電池に蓄えられた電力分も加味して認識することが出来る。

また、前記制御器は、さらに、前記蓄電池が前記熱電併給装置から供給されている電力を充電している場合は、前記熱電併給装置から前記蓄電池に電力が供給されている旨の表示を行ってもよい。

これにより、蓄電池に電力が供給されていることも表示されるので、ユーザーは熱電併給装置の発電電力に余裕があり、蓄電池への充電が行われていることを容易に認識することが出来る。

なお、以上の全般的または具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたはコンピュータ読み取り可能なＣＤ−ＲＯＭなどの記録媒体で実現されてもよく、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたは記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。

以下、本発明の好ましい実施の形態の燃料電池システムを、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明では、同一または相当部分には同一符号付し、重複する説明は省略する。

また、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。つまり、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における熱電併給システム１０１の構成を模式的に示すブロック図である。ここでは、熱電併給システム１０１の周辺設備として、分電盤１３１、燃料ガス１５１、系統電源１５２、電力負荷１５３、および、熱負荷１５４も併せて図示されている。なお、図１において、各構成要素の間の太実線は配管を示しており、それらの太実線上に記される矢印は、配管内に流れる水や改質ガス等の通常時における流動方向を示している。細実線は系統を含む電力ライン（電力負荷１５３に電力を供給する電線）を示しており、それらの細実線上に記される矢印は、電力ラインの電力方向を示している。点線は各構成要素間の信号ラインを示しており、それらの点線上に記される矢印は、信号ラインで伝達される信号の伝達方向を示している。

図１に示すように、本発明の実施の形態１に係る熱電併給システム１０１は、熱電併給装置１０２備えている。この熱電併給装置１０２は、供給された燃料ガスを用いて発電を行い、電力および熱を供給する装置であり、本発明の実施の形態１では燃料電池を用いて構成されている。なお、熱電併給装置１０２は、固体高分子形燃料電池および固体酸化物形燃料電池など様々なタイプの燃料電池を用いることができ、さらに、ガスエンジンなどでもよい。

本実施の形態では、熱電併給装置１０２は、供給される燃料ガス１５１より水素を生成する水素生成部（図示しない）、生成された水素と空気中の酸素の化学反応を利用して、所定の電力を出力する燃料電池（図示しない）、そして水素や酸素などを供給するためのポンプや弁など（図示しない）を有している。なお、熱電併給装置１０２は、これに限定されることはなく、発電電力の供給と同時に熱の供給が可能であれば、如何なる装置であってもよく、例えばガスエンジン等でも構わない。ここで、本発明の実施の形態１では、燃料ガス１５１は、天然ガスをインフラストラクチャーから供給する構成としている（図示しない）。なお、燃料ガス１５１の供給形態はこれに限定されることはなく、水素を生成することが可能な燃料ガス、例えばＬＰＧ等の炭化水素系成分、メタノール等のアルコール、或いは、ナフサ成分等に例示される少なくとも炭素及び水素から構成される有機化合物を含む燃料ガスであれば、如何なる燃料ガスを用いてもよい。

また、熱電併給システム１０１は、さらに、熱電併給装置１０２で発電の際に発生する熱を蓄熱するための蓄熱器１０３を備えている。この蓄熱器１０３は、熱電併給装置１０２が供給する熱を蓄熱する装置であり、本発明の実施の形態１では貯湯タンクを用いて構成されており、熱電併給装置１０２で発生する熱を、熱交換器（図示しない）を介して温水に変換し、その温水を貯湯タンクに蓄えることで蓄熱する。なお、蓄熱器１０３の構成はこれに限定されることはなく、熱電併給装置１０２で発生した熱を蓄熱できる構成であれば如何なる構成を用いてもよく、例えば熱容量の大きな耐熱煉瓦等でも構わない。

また、この熱電併給システム１０１は、さらに、ユーザーと対話を行うための入出力装置である表示器１０４を備える。表示器１０４は、熱電併給装置１０２が発電できる時間である残発電時間を含む各種情報を表示する表示部１７１と、貯湯タンクから風呂にお湯を供給する時刻である風呂時間の設定を含むユーザーからの各種設定を受け付ける操作部１０５とを備えている。本発明の実施の形態１では、この表示器１０４は液晶ディスプレイを、操作部１０５はタクトＳＷを用いて構成されている。

また、この熱電併給システム１０１は、さらに、制御器１０６を備えている。この制御器１０６は、少なくとも熱電併給装置１０２の起動および停止を制御する処理部であり、本実施の形態では、熱電併給システム１０１内部に備えられたポンプや弁などを制御して、熱電併給装置１０２の起動、発電、停止の一連の動作と、蓄熱器１０３への熱の供給（蓄熱）を制御する。また、制御器１０６は、操作部１０５からの信号を取り込んで熱電併給システム１０１の制御に反映させると共に、熱電併給システム１０１に関する情報を表示器１０４に表示させる。具体的には、制御器１０６は、蓄熱器１０３が蓄熱できる熱量である最大蓄熱量と蓄熱器１０３が蓄熱している熱量である現在蓄熱量との差である空き蓄熱量に基づいて残発電時間を算出し、算出した残発電時間を表示器１０４に表示させる。

この制御器１０６は、例えば、図１では特に図示しないが、中央演算処理装置（ＣＰＵ）やメモリ等を備えている。なお、熱電併給システム１０１の各構成要素の動作に係るプログラムは予め制御器１０６のメモリに記憶されており、このメモリに記憶されているプログラムに基づいて、制御器１０６が熱電併給システム１０１の動作を適宜制御する。

また、この熱電併給システム１０１は分電盤１３１を介して電気事業者の系統電源１５２の電力ラインに接続されている。これにより熱電併給装置１０２が発電した電力は家庭内の電力負荷１５３に電力を供給することが可能となっている。

また、分電盤１３１の内部には系統遮断スイッチ１３２があり、系統遮断スイッチ１３２によって系統電源１５２と開／閉、つまり接続と切断との切り替えが可能となっている。系統遮断スイッチ１３２はユーザーが任意に切り替えることが可能な構成となっており、系統電源１５２より家庭内の電力負荷１５３に電力を供給しているいわゆる通常の状態では、系統遮断スイッチ１３２は閉状態、つまり接続状態となっている。

また、熱電併給装置１０２の出力段には解列リレー（図示しない）があり、系統電源１５２への連系および解列の切り替えが可能になっている。系統電源１５２の電力ラインは一般的には単相三線方式あるいは三相三線方式で交流電力が供給されている。なお、電力ラインは、当然であるが、単相二線方式でもよい。

また、この熱電併給システム１０１は、さらに、系統検知部１０７を備えている。この系統検知部１０７は系統電源１５２からの電力供給の有無を検出し、その検知結果を示す情報を制御器１０６に送信する。本発明の実施の形態１では、この系統検知部１０７はＣＴ（カレントトランス）と電圧検知回路を用いて構成されている。また、系統検知部１０７は系統遮断スイッチ１３２の開／閉状態も検知し、同様に制御器１０６に検知結果を示す情報を送信している。

また、この熱電併給システム１０１は、家庭内の熱負荷１５４と、そこへ熱を供給可能になるように接続されている。本発明の実施の形態１では、熱負荷１５４は給湯負荷であり、蓄熱器１０３が蓄えている熱が温水として供給される。ここで、給湯の使用はユーザーの使用用途に応じて様々であるが、日本国内においては一般的に風呂１３３にお湯を張る場合に最も大きな熱負荷が使用される。

次に、本発明の実施の形態１に係る熱電併給システム１０１の動作について、図面を参照しながら詳細に説明する。

まず、熱電併給システム１０１の通常の動作について説明する。制御器１０６は、内部に備える自動運転機能の発電開始条件や、操作部１０５からのユーザー操作による発電開始の信号を受信すると、熱電併給装置１０２内部に備えられたポンプや弁などを制御して、水素生成部などを加熱したりして、熱電併給装置１０２を発電可能な状態にする。そして、制御器１０６は、熱電併給装置１０２が発電可能な状態になると系統検知部１０７を用いて系統電源１５２の状態を確認する。ここで、系統電源１５２が正常である場合には、制御器１０６は、熱電併給装置１０２内の解列リレーを連系し、系統電源１５２の電力ラインに発電電力を出力する。これにより家庭内の電力負荷１５３には系統電源１５２からの電力と、熱電併給装置１０２の発電電力とが重畳して供給される。具体的には、電力負荷１５３での電力需要が熱電併給装置１０２の最大発電電力よりも小さい場合には、電力負荷１５３の電力需要がすべて熱電併給装置１０２から供給され、電力負荷１５３での電力需要が熱電併給装置１０２の最大発電電力よりも大きい場合には、不足する分が系統電源１５２から補われる。

熱電併給装置１０２が発電を開始すると同時に、熱が発生する。そこで、制御器１０６は熱電併給システム１０１内に備えられたポンプや弁などを制御して、熱電併給装置１０２の熱を蓄熱器１０３へ供給する。本発明の実施の形態１では、熱を供給する媒体として水を使用し、熱電併給装置１０２で発生した熱を、熱交換器を介して媒体である水の温度を上昇させて温水に変換し、この温水を蓄熱器１０３である貯湯タンクに蓄えている。そして、ユーザーが必要に応じて家庭内の給湯蛇口を開栓すると、貯湯タンクに蓄えられたお湯が供給される。あるいは操作部１０５によってユーザーが風呂への湯張りを指示すると、制御器１０６は熱電併給システム１０１内に備えた弁やポンプなどを制御し、風呂１３３への給湯を行う。これらの動作によって、熱電併給システム１０１から家庭内の熱負荷に対して熱の供給が行われる。

続いて、系統電源１５２に何らかの異常が発生し、系統電源１５２からの電力供給が停止した、いわゆる停電した場合の動作について説明する。系統電源１５２が停電すると、系統検知部１０７は、系統から電力が供給されていないことを電圧値および電流値の少なくとも一方を検知することにより、停電を検知して、制御器１０６にその検知結果の信号を送信する。制御器１０６は系統電源１５２が異常であることを認識すると直ちに、熱電併給装置１０２内の解列リレーを解列して電力の供給を停止する。このとき、熱電併給装置１０２は発電可能状態で発電をしていない待機状態となる。すると家庭内の電力負荷１５３には系統電源１５２と熱電併給システム１０１の双方からの電力供給が停止、すなわち家庭内が停電状態となるために、電力負荷１５３は停止する。ユーザーはそれまでに使用していた電力負荷１５３、例えば照明やＴＶなどが消灯することで停電を認識すると、家庭内の電力負荷１５３である照明、ＴＶ、エアコンなどの電気製品の電源を一旦オフして、分電盤１３１に備えられた系統遮断スイッチ１３２を開状態へ切り替える。なお、系統遮断スイッチ１３２の開状態への切り替えは自動的に行うように構成してもよい。

系統遮断スイッチ１３２が開状態になったことを系統検知部１０７が検知すると、制御器１０６は熱電併給装置１０２内の解列リレーを連系し、発電電力を再び電力ラインに供給する。これにより家庭内の電力負荷１５３には再び電力供給が行われるので、ユーザーは電力負荷１５３である照明、ＴＶなどの電源を順次オンしてそれらの電気製品の機能を有効にしていく。

このような動作によって、系統電源１５２が停電した際には、家庭内の電力負荷１５３に単独で電力供給を行う非常用電源として熱電併給システム１０１が動作するので、停電時にも快適な生活を送ることが出来る。

しかしながら、熱電併給システム１０１が上述のように非常用電源として動作している場合には、二つの大きな制約事項がある。一つの制約事項は、蓄熱器１０３の蓄熱量の限界による発電停止である。先に述べたように熱電併給装置１０２は発電時に熱が発生するが、その熱が処理（放熱）できなくなると、熱電併給装置１０２の温度が上昇しすぎて、発電を継続することが出来ない。熱電併給装置１０２が燃料電池である場合は、スタックの温度が上昇しすぎて、発電を継続することができなくなる。本実施の形態１では熱を蓄熱器１０３に蓄熱している。すなわちこの蓄熱量が上限に達すると発生した熱を処理することが出来ないために熱電併給装置１０２の発電を停止させなければならない。この発電停止を回避するためには、蓄熱器１０３に蓄熱されている熱を使用する、つまり、本発明の実施の形態１であれば貯湯タンクに蓄えられた温水をユーザーが給湯に使用する必要がある。

もう一つの制約事項は、発電電力を超過した電力使用による発電停止である。熱電併給システム１０１が非常用電源として動作している時に、熱電併給装置１０２の発電電力よりも電力負荷１５３での電力需要が大きくなると、その不足分の電力を補ってくれる系統電源１５２がないために、電力不足となって電圧が低下し、最終的には発電を停止させなければならない。この発電停止を回避するためには、家庭内の電力負荷１５３での使用電力を熱電併給装置１０２の最大発電電力以下に抑制する、例えば本発明の実施の形態１であれば、ユーザーが一旦電源オフした電気製品の電源をオンする際に、それぞれの電気製品の消費電力を認識した上で、消費電力が熱電併給装置１０２の最大発電電力を超過しないように使用する必要がある。そこで、上記二つの制約事項に対してユーザーに有益な情報を与えるための表示について図面を参照しながら詳細に説明する。

まず、表示に使用する数値の算出方法について説明する。図２は、本実施の形態１における熱電併給システム１０１の熱供給に関する構成を詳細に示すブロック図である。ここには、熱電併給装置１０２とともに熱電併給システム１０１を構成する熱交換器１０８および貯湯タンク１０３ａと、熱電併給システム１０１の周辺設備である市水１５５および熱負荷１５４とが図示されている。熱交換器１０８は熱電併給装置１０２で発生した熱を温水へ変換する装置であり、低温水の入口となる低温側ポート１０８ａと温水の出口となる高温側ポート１０８ｂを備える。

また、貯湯タンク１０３ａは図１で示した蓄熱器１０３の構成部材であり、貯湯容量は例えば２００Ｌとする。貯湯タンク１０３ａの下部と熱交換器１０８の低温側ポート１０８ａが、貯湯タンク１０３ａの上部と熱交換器１０８の高温側ポート１０８ｂが、それぞれ配管で接続されている。

また、貯湯タンク１０３ａの下部は市水１５５と、貯湯タンク１０３ａの上部は家庭内の熱負荷１５４と配管で接続されている。また、貯湯タンク１０３ａの蓄熱量を測定する温度検知器（図示せず）が貯湯タンク１０３ａに複数配置されている。

次に、本発明の実施の形態１に係る熱電併給システム１０１の給湯に関する単純化した動作について、図面を参照しながら詳細に説明する。本発明の実施の形態１では市水１５５の水の温度を２０℃、熱交換器１０８の高温側ポート１０８ｂより出力される温水の温度を６０℃として説明する。図３は本発明の実施の形態１における貯湯タンク１０３ａに蓄えられている温水の状態を示した図である。

熱電併給装置１０２がまだ発電を行っていない場合、貯湯タンク１０３ａは全て市水１５５から供給された水で満たされている（図３の（ａ））。熱電併給装置１０２における発電が開始すると発電時に発生する熱を回収するために熱電併給装置１０２内のポンプ、弁など（図示しない）を動作させ、貯湯タンク１０３ａ下部より熱交換器１０８の低温側ポート１０８ａへ水が供給される。供給された水は、熱交換器１０８で熱を受け取り、６０℃の温水となって高温側ポート１０８ｂより貯湯タンク１０３ａ上部へ戻される。その結果、貯湯タンク１０３ａには上方より温水が積層して蓄えられていく（図３の（ｂ））。

さて、熱電併給装置１０２の発電中のある時点での貯湯タンク１０３ａの状態が図３の（ｂ）で示すように、６０℃の温水が１００Ｌ蓄えられていたとする。つまり、水面から１００リットル分下方に下がった高さに配置されている温度検知器が６０℃を検知していたとする。この時、貯湯タンク１０３ａが蓄えている熱量を現在蓄熱量とする。この現在蓄熱量は、貯湯タンク１０３ａの水が熱交換器１０８を通過する際に受け取った熱量の積算値と考えることが出来る。したがって、熱交換器１０８による温度上昇と湯量によって、下記式１０１のように算出することが出来る。

（現在蓄熱量）
＝（（熱交換器１０８からの出湯温度）−（熱交換器１０８への入水温度））［℃］×（蓄えられた湯量）［Ｌ］
＝（６０−２０）［℃］×１００［Ｌ］
＝４，０００［ｋｃａｌ］ （１０１）

また、貯湯タンク１０３ａに蓄熱できる最大蓄熱量は、貯湯タンク１０３ａの貯湯容量２００Ｌを用いて同様に下記式１０２のように算出できる。

（最大蓄熱量）
＝（６０−２０）［℃］×２００［Ｌ］
＝８，０００［ｋｃａｌ］ （１０２）

ここで、図３の（ｂ）に示される時点での、貯湯タンク１０３ａにまだ蓄えることが出来る熱量を空き蓄熱量とすると、空き蓄熱量は下記式１０３のように算出できる。

（空き蓄熱量）
＝（最大蓄熱量）［ｋｃａｌ］−（現在蓄熱量）［ｋｃａｌ］
＝８，０００［ｋｃａｌ］−４０００［ｋｃａｌ］
＝４，０００［ｋｃａｌ］
＝１６，７２７，６００［Ｊ］（＝４，０００×４．１８１９）
＝４．６５［ｋＷｈ］（＝１６，７２７，６００÷３，６００，０００） （１０３）

熱電併給装置１０２は発電時に発生した熱を回収できなくなると発電を停止するので、この空き蓄熱量を満たす（つまり、貯湯タンク１０３ａを６０℃の温水で満たす）のに必要な時間がすなわち残発電時間となる。熱電併給装置１０２は本発明の実施の形態１では燃料電池で構成されており、その定格発電電力を１ｋＷ、発電効率を３０％、排熱回収効率を４０％とする。貯湯タンク１０３ａが図３の（ｂ）に示される時点での電力負荷１５３での使用電力が０．５ｋＷであったとすると、熱電併給装置１０２である燃料電池は０．５ｋＷで発電しており、その時、熱交換器１０８を介して貯湯タンク１０３ａへ供給される、すなわち蓄えられる熱量（単位時間あたりの熱量）を、供給熱量とすると、下記式１０４のように算出できる。

（供給熱量）
＝（現在の発電電力）［ｋＷ］×（（排熱回収効率）［％］／（発電効率）［％］）
＝０．５［ｋＷ］×（４０［％］／３０［％］）
＝０．６７［ｋＷ］ （１０４）

図３の（ｂ）に示される時点での発電電力０．５ｋＷで発電を継続した場合、残発電時間は、上記空き蓄熱量（式１０３）と供給熱量（式１０４）より、下記式１０５で算出することが出来る。

（残発電時間）
＝（空き蓄熱量）［ｋＷｈ］÷（供給熱量）［ｋＷ］
＝４．６５［ｋＷｈ］÷０．６７［ｋＷ］
＝７時間 （１０５）

つまり、制御器１０６は、蓄熱器１０３の空き蓄熱量を、熱電併給装置１０２から蓄熱器１０３に供給される単位時間当たりの熱量である供給熱量で除することで、残発電時間を算出することができる。

ここで、熱電併給装置１０２が発電電力を変更した場合には熱交換器１０８を介して貯湯タンク１０３ａに供給される（蓄熱される）熱量が変化する。発電電力が増加した場合、供給熱量も増加するので、残発電時間は短くなる。逆に発電電力が減少した場合、残発電時間は長くなる。これより、熱電併給装置１０２が最大発電電力、すなわち定格発電電力１ｋＷで発電した場合が、貯湯タンク１０３ａへの供給熱量も最大となり、その時に、残発電時間が最短となる。このような場合における供給熱量と残発電時間、つまり、最大供給熱量と最短発電時間は、それぞれ、下記式１０６、式１０７より算出することが出来る。

（最大供給熱量）
＝（定格発電電力）［ｋＷ］×（（排熱回収効率）［％］／（発電効率）［％］）
＝１［ｋＷ］×（４０［％］／３０［％］）
＝１．３３［ｋＷ］ （１０６）
（最短発電時間）
＝（空き蓄熱量）［ｋＷｈ］÷（最大供給熱量）［ｋＷ］
＝４．６５［ｋＷｈ］÷１．３３［ｋＷ］
＝３．５時間 （１０７）

続いて、表示内容について説明する。図４は、本発明の実施の形態１における熱電併給システムの表示器１０４が有する表示部１７１における表示内容を示す図であり、先ほどの数値算出の時と同様に、図３の（ｂ）に示される時点の熱電併給システム１０１について示している。

図４において、表示器１０４の表示部１７１は、本発明の実施の形態１ではドットマトリクスの液晶表示で構成されており、制御器１０６による制御の下で、この部分に全ての表示が行われる。

表示１７２ａは熱電併給装置１０２の起動、発電、停止などの状態表示を行っている表示部１７１の表示内容である。表示１７２ｂは貯湯タンク１０３ａに貯まっているお湯の量を４段階表示で行っている表示部１７１の表示内容である。

また、表示部１７１の表示内容である表示１７１ａは熱電併給装置１０２の発電電力に関する表示であり、具体的には、表示１７１ａには、現在の発電電力の表示１７３ａ、定格発電電力の表示１７３ｂ、すなわち最大発電電力の表示、および、最大発電電力（表示１７３ｂの値）に対する現在の発電電力（表示１７３ａの値）の割合（パーセント）の表示１７３ｃが含まれる。

また、表示部１７１の表示内容である表示１７１ｂには、現在の発電電力（表示１７３ａの値）で発電を継続した場合の残発電時間の表示１７４ａ、および、最大の発電電力（表示１７３ｂの値）で発電を継続した場合の残発電時間の表示１７４ｂ、すなわち最短発電時間の表示が含まれる。

また、ユーザー宅の表示１７５および矢印１７６は熱電併給装置１０２の発電電力がユーザーの家に供給されていることを表す。

次に、表示に使用されている数値等を参照しながら、表示部１７１における表示の意図する内容を詳細に説明する。図３の（ｂ）に示される時点で熱電併給システム１０１は貯湯タンク１０３ａに貯湯容量２００Ｌの半分である１００Ｌのお湯を貯めた状態で発電を行い、ユーザー宅（表示１７５）に電力供給しているので、表示１７２ａには「発電中」を、表示１７２ｂには２目盛を、表示１７６には表示１７５に向かう矢印を表示している。

ここで、熱電併給装置１０２は０．５ｋＷで発電しているので、表示部１７１は、表示１７３ａには現在の発電電力として「０．５ｋＷ」を、表示１７３ｂには最大発電電力として「１．０ｋＷ」を、表示１７３ｃには最大発電電力に対する現在の発電電力の割合として「５０％」を表示する。上記割合の表示１７３ｃによって、ユーザーは、現在の使用電力が、熱電併給装置１０２が供給可能な最大発電電力の半分で使用していることが分かるので、さらに電気製品の電源をオンしても良いのかという判断をより正しく行うことが出来る。更に、ユーザーは、現在の発電電力の表示１７３ａ、最大発電電力の表示１７３ｂによって、更に使用可能な電力量の絶対値０．５ｋＷ（＝１．０ｋＷ−０．５ｋＷ）を容易に認識できるので、前述の電気製品の追加使用に対しての判断をより正しく行うことが出来る。

また、表示部１７１は、表示１７４ａには残発電時間として上記式１０５で算出した「７時間」を、表示１７４ｂには最短発電時間として上記式１０７で算出した「３．５時間」を表示する。残発電時間の表示１７４ａによって、ユーザーは現在の使用電力を使用続けた場合、言い換えると現在使用している電気製品だけを使い続けた場合に、どれくらいの時間継続可能なのかを容易に知ることが出来る。よって、ユーザーはさらに使用時間を延長したい場合には、例えば優先度の低い電気製品の電源をオフする、入浴して貯湯タンク１０３ａのお湯を使用し、空き蓄熱量を増やすなどの行動を自発的に行い、発電時間の延長を行うことが出来る。または、発電が停止して電力供給が停止する前に電気製品の電源をユーザー自らオフし、突然の電力供給停止による電気製品への悪影響、例えばＰＣ等の保存データの消失などを未然に防止することが出来る。更に、ユーザーは、最短発電時間の表示１７４ｂによって、電力の使用量を最大にした場合の最短発電時間を知ることが出来るので、電気製品自体の自動運転などによって消費電力が今後変動した場合も想定して先に述べたような使用時間を延長するための行動や自発的な電気製品のオフを行うことが出来る。

上述したように、熱電併給システム１０１の表示器１０４には、発電電力に関する表示１７３ａ〜１７３ｃ、及び、残発電時間に関する表示１７４ａ〜１７４ｂにより、ユーザーは熱電併給システム１０１が非常用電源として動作しているという情報に加え、その時の二つの大きな制約事項（蓄熱量の限界による発電停止と発電電力を超過した電力使用による発電停止）を守るために必要な情報である残発電時間と発電電力を容易に知ることが出来るので、ユーザーが自発的に電力供給の停止に予め備えたり、発電電力の余力を意識しながら行動したりすることが出来る。

また、熱電併給システム１０１では、貯湯タンク１０３ａの最大蓄熱量と現在の蓄熱量である現在蓄熱量との差から空き蓄熱量を算出し、その空き蓄熱量を熱電併給装置１０２が現在供給している供給熱量で満たすまでの時間ということで残発電時間を算出しているので、貯湯タンク１０３ａへの蓄熱速度も加味した上で適切に残発電時間を算出することが出来る。

さらに、本発明の実施の形態１では、制御器１０６は、残発電時間が予め定めた閾値以下になった場合、「お風呂にお湯はりをしてください」や「発電を継続するにはお湯を使ってください」など、貯湯タンク１０３ａのお湯使用を薦めるコメントを表示部１７１に表示するようにしても良い。つまり、制御器１０６は、さらに、残発電時間が予め定められる閾値以下になった場合に、蓄熱器１０３に蓄熱されている熱の消費を薦めることを報知してもよい。これにより発電継続するために必要な行動をユーザーに確実に認識させることが出来るので、貯湯タンク１０３ａがお湯で満たされることによる発電停止をより確実に防止することが出来る。なお、閾値はユーザーがお湯使用を行うための行動を行うのに十分な時間を確保する必要があり、本発明の実施の形態１では一般的なお風呂のお湯はりに必要な２０分を十分に確保するということで倍の４０分とした。

また、操作部１０５より風呂１３３への湯張り時刻を予約（風呂予約）することが可能な熱電併給システム１０１においては、先の残発電時間７時間以内に、風呂予約がある場合には、風呂１３３への給湯熱量を加味して、残発電時間を算出するのが好適である。例えば、風呂１３３の容量を２００Ｌとし、それを４０℃で湯張りをする場合を考えてみると、６０℃の温水１００Ｌと、２０℃の水１００Ｌを混ぜればよい。つまり、貯湯タンク１０３ａの温水１００Ｌが風呂へ給湯される。そして６０℃の温水１００Ｌが持つ熱量とは、上記式１０１で算出した現在蓄熱量４，０００ｋｃａｌと同じである。ここで、貯湯タンク１０３ａから風呂へ１ＯＯＬの温水が供給されたとすると、その分だけ貯湯タンク１０３ａの蓄熱量が増えることになる。そこで、残発電時間は上記式１０５の代わりに、下記式１０８を用いて算出することが出来る。

（残発電時間）
＝（（空き蓄熱量）［ｋＷｈ］＋（風呂への給湯熱量）［ｋＷｈ］）÷（供給熱量）［ｋＷ］
＝（４．６５［ｋＷｈ］＋４．６５［ｋＷｈ］）÷０．６７［ｋＷ］
＝１４時間 （１０８）
ただし、４，０００ｋｃａｌ＝４．６５ｋＷｈ

つまり、制御器１０６は、操作部１０５によって風呂時間が予め設定されていた場合は、風呂時間に貯湯タンクから風呂１３３へ供給される熱量を予測熱負荷として記憶しておき、空き蓄熱量と予測熱負荷との加算値を、熱電併給装置１０２から蓄熱器１０３に供給される単位時間当たりの熱量である供給熱量で除することで、残発電時間を算出してもよい。

そして、上記式１０８で算出した残発電時間を表示することで、家庭内で最も大きな熱負荷である風呂給湯による蓄熱量の変化も反映したより正確な時間をユーザーが認識することが出来る。

なお、表示部１７１にユーザーの操作などに応じて上述以外の表示を行う、例えば熱電併給システムの各種設定のための表示や、過去の熱電併給システムの状態履歴表示などを行う場合には、本実施の形態１で示した表示内容を通常表示にすることで、ユーザーが残発電時間や使用電力などを容易に認識できるので、好適である。

なお、本発明は、以下に説明する手順を含む、熱電併給システムにおける制御方法として実現することもできる。

図５は、本発明に係る熱電併給システム１０１における制御方法の主要な手順を示すフローチャートである。この制御方法は、電力および熱を供給する熱電併給装置１０２と、熱電併給装置１０２から供給される熱を蓄熱する蓄熱器１０３とを備える熱電併給システム１０１における制御方法である。まず、制御器１０６は、式１０１に従って、蓄熱器１０３が蓄熱している熱量である現在蓄熱量を算出する（Ｓ１０）。次に、制御器１０６は、式１０３に従って、蓄熱器１０３が蓄熱できる熱量である最大蓄熱量と、いま算出した現在蓄熱量との差を算出することで、蓄熱器１０３の空き蓄熱量を算出する（Ｓ１１）。続いて、制御器１０６は、式１０５に従って、算出した空き蓄熱量に基づいて、熱電併給装置１０２が発電できる時間である残発電時間を算出する（Ｓ１２）。最後に、制御器１０６は、算出した残発電時間を表示器１０４に表示させる（Ｓ１３）。

なお、熱電併給システム１０１における制御方法としては、上記主要なステップだけに限定されず、より詳しくは、式１０２に従って最大蓄熱量を算出したり、式１０４に従って供給熱量を算出したりするステップが追加されてもよい。

また、本実施の形態では、蓄熱器１０３における現在蓄熱量の算出方法として、熱交換器１０８からの出湯温度、熱交換器１０８への入水温度、および、湯量を用いて算出したが、この方法に限定されない。たとえば、図６に示すように、貯湯タンク１０３ａ内に、高さを４分割する位置の夫々に温度検知器１１０ａ〜１１０ｄを設け、それらの温度検知器１１０ａ〜１１０ｄで検知した温度を用いて現在蓄熱量を算出してもよい。そのときに、温度検知器１１０ａ〜１１０ｄで検知された温度が、その温度検知器１１０ａ〜１１０ｄが取り付けられている位置に対応する容量（全容量の１／４）の水の代表温度として、現在蓄熱量を算出する。たとえば、図６に示された温度例であれば、現在蓄熱量として、４，５００［ｋｃａｌ］（＝６０［℃］×２５［Ｌ］＋６０［℃］×２５［Ｌ］＋４０［℃］×２５［Ｌ］＋２０［℃］×２５［Ｌ］）と算出できる。

（実施の形態２）
以下に、本発明にかかる実施の形態２の熱電併給システム１０１ａについて説明する。図７は、本発明の実施の形態２における熱電併給システム１０１ａの構成を模式的に示すブロック図である。実施の形態１と同一構成のものについては同一符号を付し、説明を省略する。実施の形態１と異なる点は、蓄電池２０１を備えた点と、制御器１０６ａ内に記憶部２０２を備えた点である。この蓄電池２０１は熱電併給システム１０１ａと電気的に同じ接続点で、分電盤１３１を介して電気事業者の系統電源１５２の電力ラインに接続されている。

また、蓄電池２０１の充電容量は、例えば、１０ｋＷｈであり、内部に双方向インバータ（図示しない）を備えており、充電と放電の両方が可能に構成されている。定格電力は、例えば、充放電共に２ｋＷである。

また、記憶部２０２には電力負荷１５３の電力需要データと、熱負荷１５４の熱需要データが随時記録されている。そして、制御器１０６ａがその電力需要データと熱需要データから今後のユーザー宅における電力需要と熱需要を予測し、その結果を記憶部２０２が予測電力負荷と予測熱負荷として記憶している。本発明の実施の形態２においては、電力需要データおよび熱需要データの記録と、電力負荷および熱負荷の今後の予測を１時間毎に行っている。具体的には、制御器１０６ａは、電力需要データと熱需要データのそれぞれについて、１日、１週間、１ヶ月、あるいは、１年の単位で、記憶して平均化する（例えば、より新しいデータほど大きな重みづけをした平均化をする）ことで、１日における時間ごと、１週間における曜日ごと、１ヶ月における日ごと、あるいは、１年における月ごとの予測電力負荷と予測熱負荷とを算出する。

続いて、熱電併給システム１０１ａの動作について説明する。基本的な動作は実施の形態１と同じであるが、制御器１０６ａが蓄電池２０１も制御する点が異なっている。そこで、本相違点を中心に説明する。

通常、蓄電池２０１は系統電源１５２および熱電併給装置１０２から電力供給を受けて充電を行っている。この時に、系統電源１５２が停電すると実施の形態１同様に、熱電併給装置１０２も電力供給を停止する。そのため蓄電池２０１は電力供給がなくなるため充電を停止する。その後、ユーザーが系統遮断スイッチ１３２を開にしたことを系統検知部１０７が検出すると、制御器１０６ａは熱電併給装置１０２に電力供給を開始するように指令するのと同時に、蓄電池２０１を充電モードから放電モードに切り替えて電力供給を開始するように指令する。本実施の形態２では制御器１０６ａは熱電併給装置１０２と蓄電池２０１の発電電力を同じになるように、すなわち電力負荷１５３での電力需要の半分の電力量をそれぞれ供給するように指令する。

このような動作によって、熱電併給システム１０１ａは系統電源１５２が停電した際の非常用電源として機能する。しかも、蓄電池２０１を備えているので、実施の形態１に比べ、少なくとも以下の２点で優れている。一つは、熱電併給装置１０２が蓄熱量の限界によって発電を停止しても、蓄電池２０１による電力供給を継続できる点である。もう一つは、熱電併給装置１０２の発電電力を超過した電力使用があっても、超過分を蓄電池２０１が補える点である。

しかしながら、蓄電池２０１の充電容量および供給電力量は有限であるために、下記２つの制約事項が存在する。一つの制約事項は、充電容量を使い果たした場合の電力供給停止であり、もう一つの制約事項は定格電力量を超過した電力使用による電力供給停止である。

そこで、上記の二つの制約事項に対してユーザーに有益な情報を与えるための表示について図面を参照しながら詳細に説明する。

まず、表示に使用する数値の算出方法について説明する。本発明の実施の形態２の熱供給に関する構成、および貯湯タンク１０３ａに蓄えられている温水の状態は、実施の形態１と基本的に同じであるため、図２および図３を参照し、その説明は省略する。また、その動作についても、実施の形態１と基本的に同じであるため、その説明は省略する。実施の形態１と異なるのは、残発電時間の算出方法および、蓄電池２０１に関する供給電力量および残供給時間に関する数値の算出方法が異なっている。そのため、本相違点を中心に説明する。

実施の形態１で述べたように、残発電時間は、実施の形態１の式１０３で算出した空き蓄熱量を満たすのに必要な時間である。しかしながら、空き蓄熱量は貯湯タンク１０３ａの温水を使用すれば増加する。そこで、ユーザー宅における温水の使用を予め予測してそれを現在の空き蓄熱量に加味することが出来れば、残発電時間をより正確に算出することが出来る。

本発明の実施の形態２においても、実施の形態１と同様に電力負荷１５３での使用電力が０．５ｋＷであるとすると、熱電併給装置１０２と蓄電池２０１がそれぞれ０．２５ｋＷの電力供給を行う。つまり、熱電併給装置１０２の発電電力が０．２５ｋＷであるので、上記式１０４の代わりに下記式２０４を用いて、制御器１０６ａは、供給熱量を算出することが出来る。

（供給熱量）
＝（現在の発電電力）［ｋＷ］×（（排熱回収効率）［％］／（発電効率）［％］） ＝０．２５［ｋＷ］×（４０［％］／３０［％］）
＝０．３３［ｋＷ］ （２０４）

図３の（ｂ）に示される時点での発電電力０．２５ｋＷで発電を継続した場合、１４時間後までの予測熱負荷を２ｋＷｈとすれば、残発電時間は空き蓄熱量（式１０３）と供給熱量（式２０４）と予測熱負荷より、下記式２０５で算出することが出来る。

（残発電時間）
＝（（空き蓄熱量）［ｋＷｈ］＋（予測熱負荷）［ｋＷｈ］）÷供給熱量［ｋＷ］
＝（４．６５［ｋＷｈ］＋２［ｋＷｈ］）÷０．３３［ｋＷ］
＝２０時間 （２０５）

つまり、制御器１０６ａは、空き蓄熱量と予測熱負荷との加算値を、供給熱量で除することで、残発電時間を算出する。

なお、最短発電時間は、予測熱負荷が消費されなかった場合が最短時間になることを考慮すると、上記式１０７のままで適切である。

次に、蓄電池２０１に関する供給電力量および残供給時間に関する数値の算出方法について説明する。ここで、蓄電池２０１は充電容量１０ｋＷｈ全てが充電されているとすると、蓄電池２０１の供給電力量は０．２５ｋＷであるので、制御器１０６ａは、蓄電池が電力供給可能な残供給時間を、下記式２５１を用いて算出することが出来る。

（残供給時間）
＝（充電量）［ｋＷｈ］÷（供給電力量）［ｋＷ］
＝１０［ｋＷｈ］÷０．２５［ｋＷ］
＝４０時間 （２５１）

また、蓄電池２０１の定格電力（ここでは、２ｋＷ）を用いて、制御器１０６ａは、下記式２５２のように、最短供給時間を算出することが出来る。

（最短供給時間）
＝（充電量）［ｋＷｈ］÷（定格供給電力量）［ｋＷ］
＝１０［ｋＷｈ］÷２［ｋＷ］
＝５時間 （２５２）

続いて、表示内容について説明する。図８は、本発明の実施の形態２における熱電併給システム１０１ａの表示器１０４が有する表示部１７１における表示内容を示す図である。実施の形態１と同一構成のものについては同一符号を付し、説明を省略する。

図８において、表示部１７１には、蓄電池２０１の表示である表示２７２として、蓄電池２０１の充電状態が５段階で表示される。

また、表示部１７１には、蓄電池２０１の供給電力に関する表示である表示２７３が表示され、具体的には、現在の供給電力量の表示２７３ａ、定格電力量の表示２７３ｂ、すなわち最大供給電力量の表示、および、最大供給電力量（表示２７３ｂの値）に対する現在の供給電力量（表示２７３ａの値）の割合（パーセント）の表示２７３ｃが含まれる。

また、残供給時間に関する表示である表示２７４が表示部１７１に表示され、具体的には、現在の供給電力量（表示２７３ａの値）で発電を継続した場合の残供給時間の表示２７４ａ、および、最大の供給電力量（表示２７３ｂの値）で発電を継続した場合の残供給時間の表示２７４ｂ、すなわち最短供給時間の表示が含まれる。

また、矢印２７６は蓄電池２０１からユーザーの家に電力供給されていることを表す。

次に、表示に使用されている数値等を参照しながら、表示部１７１における表示の意図する内容を詳細に説明する。

熱電併給装置１０２は０．２５ｋＷで発電しているので、表示部１７１は、表示１７３ａには現在の発電電力として「０．２５ｋＷ」を、表示１７３ｂには最大発電電力として「１．０ｋＷ」を、表示１７３ｃには最大発電電力に対する現在の発電電力の割合として「２５％」を表示する。

また、表示部１７１は、表示１７４ａには残発電時間として上記式２０５で算出した「２０時間」を、表示１７４ｂには最短発電時間として上記式１０７で算出した「３．５時間」を表示する。先に述べたように、表示１７４ａには、予測電力負荷も考慮した残発電時間が表示されるので、ユーザーは現在使用している電気製品だけを使い続けた場合に、どれくらいの時間継続可能なのかを、今後の給湯利用も加味したより正確な時間として認識することが出来るので、より適切な発電停止に備えた予防処置等を行うことが出来る。

また、蓄電池２０１は完全に充電された状態でユーザー宅に０．２５ｋＷの電力を供給しているので、表示部１７１は、表示２７２には５目盛を、表示２７６には表示１７５向きへの矢印を、表示２７３ａには現在の供給電力量として「０．２５ｋＷ」を、表示２７３ｂには最大の供給電力量として「２．０ｋＷ」を、表示２７３ｃには最大供給電力量に対する現在の供給電力量の割合として「１２．５％」を表示する。表示２７３ｃと表示１７３ｃによって、ユーザーは現在の使用電力が、熱電併給装置１０２と蓄電池２０１の供給可能電力の何割使用しているのかを認識することができるので、これ以上電気製品の電源をオンしても良いのかという判断をより正しく行うことが出来る。更に、ユーザーは、現在の供給電力量の表示２７３ａ、最大の供給電力量の表示２７３ｂによって、蓄電池２０１で使用可能な電力量の絶対値１．７５ｋＷ（＝２．０ｋＷ−０．２ｋＷ）を容易に認識できるので、前述の電気製品の追加使用に対しての判断をより正しく行うことが出来る。

また、表示部１７１は、表示２７４ａには残供給時間として上記式２５１で算出した「４０時間」を、表示２７４ｂには最短供給時間として上記式２５２で算出した「５時間」を表示する。残供給時間の表示２７４ａによって、ユーザーは現在の使用電力を使用続けた場合、言い換えると現在使用している電気製品だけを使い続けた場合に、どれくらいの時間継続可能なのかを蓄電池２０１を含めて容易に知ることが出来るので、より適切な発電停止に備えた予防処置等を行うことが出来る。

上述したように、熱電併給システム１０１ａの表示器１０４に発電電力に関する表示１７３ａ〜１７３ｃ、及び、残発電時間に関する表示１７４ａ〜１７４ｂ、更には、蓄電池２０１の供給電力量に関する表示２７３ａ〜２７３ｂ、および、残供給時間に関する表示２７４ａ〜２７４ｂにより、ユーザーは熱電併給システム１０１ａが非常用電源として動作しているという情報に加え、その時の二つの大きな制約事項（充電容量を使い果たした場合の電力供給停止と定格電力量を超過した電力使用による電力供給停止）を守るために必要な情報を容易に得ることが出来るので、ユーザーが自発的に電力供給の停止に予め備えたり、熱電併給システム１０１ａの余力を意識しながら行動したりすることが出来る。

なお、熱電併給装置１０２と蓄電池２０１に関する表示としては、図８に示された例だけに限定されない。たとえば、図９に示される表示部１７１の表示例のように、数字だけでなく、バーグラフを用いたビジュアルな表示がされてもよい。

図９では、停電中であることを示す表示３７１、熱電併給装置１０２の供給電力量（２０時間分）を示す表示３７２、蓄電池２０１の供給電力量（２０時間、および、その後の１０時間分）を示す表示３７３、熱電併給装置１０２と蓄電池２０１とを併せた電力供給をした場合における残り供給時間（２０時間、および、その後の１０時間）を示す表示３７４が示されている。ここでは、供給電力量を示すバーグラフにおける幅（図における縦方向の大きさ）は、供給電力量が大きいほど大きくなっている。また、残り供給時間を示すバーグラフにおける長さ（図における横方向の長さ）は、時間の大きさと対応している。さらに、供給電力量を示すバーグラフは、残り供給時間を示すバーグラフと、横方向における位置が対応している。つまり、本図の例では、０．５ｋＷの電力負荷が継続することを前提に、最初の２０時間については、熱電併給装置１０２からの０．２５ｋＷの電力と、蓄電池２０１からの０．２５ｋＷの電力とが供給され、その後の１０時間については、蓄電池２０１からの０．５ｋＷの電力が供給されることが示されている。

なお、制御器１０６ａによって算出された予測電力負荷の使用例としては、予測電力負荷を供給熱量の算出に用いることができる。たとえば、上記実施の形態１では、供給熱量は、現在の発電電力を用いて式１０４に従って算出されたが、現在の発電電力に代えて、予測電力負荷を用いて式１０４に従って算出されてもよい。つまり、予測電力負荷を用いて予測される供給熱量を算出し、算出した供給熱量を用いて残発電時間を算出することで、電力負荷の変動を加味した正確な残発電時間が算出される。

以上のことをまとめると、ユーザーにとって有益な情報である残発電時間は、図１０に示される式に従って算出される。つまり、基本的には、残発電時間は、最大蓄熱量と現在蓄熱量との差である空き蓄熱量を供給熱量で除することで算出される。このとき、予測熱負荷を利用できる場合には、空き蓄熱量に予測熱負荷を加算したうえで、供給熱量で除するのが好ましい。また、供給熱量については、現在の発電電力が継続すると仮定して現在の発電電力から算出してもよいが、予測電力負荷を利用できる場合には予測電力負荷から算出してもよい。

以上、本発明の一つまたは複数の態様に係る熱電併給システムおよびその制御方法について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の一つまたは複数の態様の範囲内に含まれてもよい。

以上のように、本発明にかかる熱電併給システムは、蓄熱器に蓄熱可能な熱量や、電力の供給量などから熱電併給システムの残発電時間を算出し、それを表示することで、熱電併給システムが非常用電源として自立運転している時に、ユーザーに残発電時間を容易に認識させ、ユーザーに対して電力供給の停止に対する備えを注意喚起することが出来る。そのため、本発明の熱電併給システムは、熱電併給システムなどを用いた自立運転システムの分野および用途に好適に適用することができる。

１０１、１０１ａ 熱電併給システム
１０２ 熱電併給装置
１０３ 蓄熱器
１０３ａ 貯湯タンク
１０４ 表示器
１０５ 操作部
１０６、１０６ａ 制御器
１０７ 系統検知部
１０８ 熱交換器
１０８ａ 低温側ポート
１０８ｂ 高温側ポート
１１０ａ〜１１０ｄ 温度検知器
１３１ 分電盤
１３２ 系統遮断スイッチ
１３３ 風呂
１５１ 燃料ガス
１５２ 系統電源
１５３ 電力負荷
１５４ 熱負荷
１５５ 市水
１７１ 表示部
２０１ 蓄電池
２０２ 記憶部

上記目的を達成するために、本発明の熱電併給システムの一形態は、供給された燃料ガスを用いて発電を行い、電力および熱を供給する熱電併給装置と、前記熱電併給装置が供給する熱を蓄熱する蓄熱器と、少なくとも前記熱電併給装置の起動および停止を制御する制御器と、前記熱電併給装置が発電できる時間である残発電時間を表示する表示器と、前記熱電併給装置に接続されている系統電源からの電力の供給状態を検知する系統検知部とを備え、前記制御器は、さらに、前記蓄熱器が蓄熱できる熱量である最大蓄熱量と前記蓄熱器が蓄熱している熱量である現在蓄熱量との差である空き蓄熱量に基づいて前記残発電時間を算出し、前記系統検知部が前記系統電源からの電力供給の停止を検知した場合に、算出した前記残発電時間を前記表示器に表示させる。

また、前記熱電併給装置に接続されている系統電源からの電力の供給状態を検知する系統検知部を備え、前記制御器は、前記系統検知部が前記系統電源からの電力供給の停止を検知した場合に、前記残発電時間を前記表示器に表示させる。

Claims (13)

1. 供給された燃料ガスを用いて発電を行い、電力および熱を供給する熱電併給装置と、
   前記熱電併給装置が供給する熱を蓄熱する蓄熱器と、
   少なくとも前記熱電併給装置の起動および停止を制御する制御器と、
   前記熱電併給装置が発電できる時間である残発電時間を表示する表示器とを備え、
   前記制御器は、さらに、前記蓄熱器が蓄熱できる熱量である最大蓄熱量と前記蓄熱器が蓄熱している熱量である現在蓄熱量との差である空き蓄熱量に基づいて前記残発電時間を算出し、算出した前記残発電時間を前記表示器に表示させる、
   熱電併給システム。
2. 前記制御器は、前記蓄熱器の空き蓄熱量を、前記熱電併給装置から前記蓄熱器に供給される単位時間当たりの熱量である供給熱量で除することで、前記残発電時間を算出する、
   請求項１に記載の熱電併給システム。
3. 前記制御器は、
   前記熱電併給装置が供給する熱についての負荷の予測値である予測熱負荷を記憶しており、
   前記空き蓄熱量と前記予測熱負荷との加算値を、前記熱電併給装置から前記蓄熱器に供給される単位時間当たりの熱量である供給熱量で除することで、前記残発電時間を算出する、
   請求項１に記載の熱電併給システム。
4. 前記制御器は、前記熱電併給装置による現在の発電電力から前記供給熱量を算出する、
   請求項２または３に記載の熱電併給システム。
5. 前記制御器は、
   前記熱電併給装置が供給する電力についての負荷の予測値である予測電力負荷を記憶しており、
   前記予測電力負荷に基づいて前記供給熱量を算出する、
   請求項２または３に記載の熱電併給システム。
6. 前記蓄熱器は、湯を貯める貯湯タンクであり、
   前記表示器は、ユーザーが前記貯湯タンクから風呂にお湯を供給する時刻である風呂時間を設定するための操作部を有しており、
   前記制御器は、前記風呂時間が予め設定されていた場合は、前記風呂時間に前記貯湯タンクから前記風呂へ供給される熱量を前記予測熱負荷として記憶する、
   請求項３に記載の熱電併給システム。
7. 前記制御器は、さらに、前記空き蓄熱量を、前記熱電併給装置から前記蓄熱器に供給される単位時間当たりの最大の熱量である最大供給熱量で除することで、最短発電時間を算出して前記表示器に表示させる、
   請求項１〜６のいずれか１項に記載の熱電併給システム。
8. 前記制御器は、さらに、前記熱電併給装置が発電可能な最大発電電力に対する前記熱電併給装置が発電している発電電力の割合を算出して前記表示器に表示させる、
   請求項１〜７のいずれか１項に記載の熱電併給システム。
9. 前記制御器は、さらに、前記残発電時間が予め定められる閾値以下になった場合、前記蓄熱器に蓄熱されている熱の消費を薦めることを報知する、
   請求項１〜８のいずれか１項に記載の熱電併給システム。
10. さらに、前記熱電併給装置に接続されている系統電源からの電力の供給状態を検知する系統検知部を備え、
    前記制御器は、前記系統検知部が前記系統電源からの電力供給の停止を検知した場合に、前記残発電時間を前記表示器に表示させる、
    請求項１〜９のいずれか１項に記載の熱電併給システム。
11. さらに、前記熱電併給装置が電力を供給する電力負荷に電力を供給する蓄電池を備え、
    前記制御器は、さらに、前記蓄電池が前記電力負荷に電力を供給できる時間である残供給時間を算出して前記表示器に表示させる、
    請求項１〜９のいずれか１項に記載の熱電併給システム。
12. 前記制御器は、さらに、前記蓄電池が前記熱電併給装置から供給されている電力を充電している場合は、前記熱電併給装置から前記蓄電池に電力が供給されている旨の表示を行う、
    請求項１１に記載の熱電併給システム。
13. 電力および熱を供給する熱電併給装置と、前記熱電併給装置から供給される熱を蓄熱する蓄熱器とを備える熱電併給システムにおける制御方法であって、
    前記蓄熱器が蓄熱できる熱量である最大蓄熱量と前記蓄熱器が蓄熱している熱量である現在蓄熱量との差を算出することで、前記蓄熱器の空き蓄熱量を算出するステップと、
    算出した前記空き蓄熱量に基づいて、前記熱電併給装置が発電できる時間である残発電時間を算出するステップと、
    算出した前記残発電時間を前記表示器に表示させるステップとを含む、
    熱電併給システムにおける制御方法。

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