(57)【要約】【課題】熱負荷に応じて熱電併給装置を稼働させると共に、当該熱電併給装置の稼働時における出力を出力設定範囲内で電力負荷に追従させる形態で、熱電併給装置の運転を制御するコージェネレーションシステムにおいて、熱電併給装置の発電電力と排熱とを有効に利用しながら、想定外の寿命の短縮を抑制することができる技術を提供する。【解決手段】出力設定範囲の上限出力Ｐｍａｘ及び下限出力Ｐｍｉｎの少なくとも一方の限界出力を変更することで、熱電併給装置の運転頻度を調整する運転頻度調整処理を実行すると共に、当該運転頻度調整処理において、熱電併給装置の運転頻度を減少側に調整する場合には出力設定範囲の限界出力を上昇させ、熱電併給装置の運転頻度を増加側に調整する場合には出力設定範囲の限界出力を低下させる。【選択図】図２
2015063989.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱と電力とを併せて発生する熱電併給装置と、
前記熱電併給装置の排熱により生成した温水を貯留する貯湯槽と、
熱負荷に応じて前記熱電併給装置を稼働させると共に、当該熱電併給装置の稼働時における出力を所定の出力設定範囲内で電力負荷に追従させる形態で、前記熱電併給装置の運転を制御する運転制御手段とを備えたコージェネレーションシステムであって、
前記運転制御手段が、前記出力設定範囲の上限出力及び下限出力の少なくとも一方の限界出力を変更することで、前記熱電併給装置の運転頻度を調整する運転頻度調整処理を実行すると共に、当該運転頻度調整処理において、前記熱電併給装置の運転頻度を減少側に調整する場合には前記出力設定範囲の限界出力を上昇させ、前記熱電併給装置の運転頻度を増加側に調整する場合には前記出力設定範囲の限界出力を低下させるコージェネレーションシステム。
【請求項２】
電力負荷に対する前記熱電併給装置の発電電力の余剰分である余剰電力により前記貯湯槽に貯留される温水を生成する電気ヒータを備え、
前記運転制御手段が、前記運転頻度調整処理において、前記出力設定範囲の下限出力を前記限界出力として変更する請求項１に記載のコージェネレーションシステム。
【請求項３】
前記運転制御手段が、前記運転頻度調整処理において、前記出力設定範囲の限界出力を変更するにあたり、所定の定格出力から当該定格出力よりも小さい部分出力までの範囲を前記出力設定範囲とする状態と、前記定格出力のみを前記出力設定範囲とする状態とを切り替える請求項２に記載のコージェネレーションシステム。
【請求項４】
前記電気ヒータの定格入力が前記熱電併給装置の定格出力未満であり、
前記運転制御手段が、前記運転頻度調整処理において、前記電気ヒータの定格入力と等しい電力負荷となる部分負荷値と、前記熱電併給装置の定格出力と等しい電力負荷となる定格負荷値とを設定すると共に、
前記熱電併給装置の運転頻度を増加側に調整する場合には、前記電力負荷が零値以上で前記部分負荷値未満の範囲では前記発電電力を前記電気ヒータの定格入力に、前記電力負荷が前記部分負荷値以上で前記定格負荷値未満の範囲では前記発電電力を当該電力負荷に、前記電力負荷が前記定格負荷値以上の範囲では前記発電電力を前記熱電併給装置の定格出力に、それぞれ制御し、
前記熱電併給装置の運転頻度を減少側に調整する場合には、前記電力負荷が零値以上で前記定格負荷値と前記部分負荷値との差分値未満の範囲では前記発電電力を当該発電電力の余剰電力が前記電気ヒータの定格入力となるように、前記電力負荷が前記定格負荷値と前記部分負荷値との差分値以上の範囲では前記発電電力を前記熱電併給装置の定格出力に、それぞれ制御する請求項３に記載のコージェネレーションシステム。
【請求項５】
前記運転制御手段が、前記熱電併給装置の運転頻度を予測する運転頻度予測処理を実行すると共に、前記運転頻度調整処理において、前記運転頻度予測処理で予測した運転頻度の所定の目標運転頻度に対する乖離状態に基づいて、前記出力設定範囲の限界出力を調整する請求項１〜４の何れか１項に記載のコージェネレーションシステム。
【請求項６】
前記運転制御手段が、前記運転頻度予測処理において、予め記憶されている標準的な運転頻度を、利用者により入力された家族構成情報に基づいて補正する形態で、前記運転頻度を予測する請求項５に記載のコージェネレーションシステム。
【請求項７】
熱と電力とを併せて発生する熱電併給装置と、
前記熱電併給装置が発生した熱により加熱された温水を貯留する貯湯槽と、
熱負荷に応じて前記熱電併給装置を稼働させると共に、当該熱電併給装置の稼働時における出力を所定の出力設定範囲内で電力負荷に追従させる形態で、前記熱電併給装置の運転を制御するコージェネレーションシステムの運転制御方法であって、
前記出力設定範囲の上限出力及び下限出力の少なくとも一方の限界出力を変更することで、前記熱電併給装置の運転頻度を調整する運転頻度調整処理を実行すると共に、当該運転頻度調整処理において、前記熱電併給装置の運転頻度を減少側に調整する場合には前記出力設定範囲の限界出力を上昇させ、前記熱電併給装置の運転頻度を増加側に調整する場合には前記出力設定範囲の限界出力を低下させるコージェネレーションシステムの運転制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱と電力とを併せて発生する熱電併給装置と、
前記熱電併給装置の排熱により生成した温水を貯留する貯湯槽と、
熱負荷に応じて前記熱電併給装置を稼働させると共に、当該熱電併給装置の稼働時における出力を所定の出力設定範囲内で電力負荷に追従させる形態で、前記熱電併給装置の運転を制御する運転制御手段とを備えたコージェネレーションシステム及びその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のコージェネレーションシステムとして、熱負荷に応じて熱電併給装置を稼働させるものが知られている（例えば特許文献１を参照）。
かかるコージェネレーションシステムは、熱電併給装置が発生する排熱により生成した温水を貯湯槽に貯留するにあたり、貯湯槽の貯湯量が上限量に達して当該貯湯槽が温水で満杯になると、その熱電併給装置の運転を停止するように構成されている。
そして、このように熱負荷に応じて熱電併給装置を稼働することで、熱電併給装置の排熱の有効利用を図ることができる。
【０００３】
また、別の従来のコージェネレーションシステムとして、熱電併給装置の稼働時における出力を所定の出力設定範囲内で電力負荷に追従させる形態で、その熱電併給装置の運転を制御するものが知られている（例えば特許文献２を参照）。
かかるコージェネレーションシステムは、熱電併給装置の稼働時における出力を例えば出力設定範囲の下限出力として設定された所定の部分出力から出力設定範囲の上限出力として設定された所定の定格出力までの出力設定範囲において変更可能に構成し、電力負荷が定格出力以上である場合には、熱電併給装置の出力を定格出力に設定し、電力負荷が定格出力未満且つ部分出力以上である場合には、熱電併給装置の出力を電力負荷に追従する出力に設定し、電力負荷が部分出力未満である場合には、熱電併給装置の出力を部分出力に設定する。
また、電力負荷が部分出力未満であるときに熱電併給装置の出力を部分出力に設定したときには、電力負荷に対する熱電併給装置の発電電力の余剰分である余剰電力が発生するが、この余剰電力は、電気ヒータに供給して貯湯槽に貯留される温水の生成に利用したり、商用電力系統に逆潮流して売却することができる。
そして、このように熱電併給装置の稼働時における出力を出力設定範囲内で電力負荷に追従させることで、電力負荷が小さいときでも熱電併給装置の出力を低下させて、余剰電力をできるだけ発生させないようにして、余剰電力の増加による発電電力の利用効率の悪化を抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２６３９４２号公報
【特許文献２】特開２００６−２７５４７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このようなコージェネレーションシステムの寿命は、一般的に運転頻度が標準的なものよりやや高いと仮定した上で想定されているが、実際の運転頻度が標準的なものを大きく超える場合には、実際の寿命が想定したものよりも短くなるという問題がある。ここで、本願において運転頻度とは、１年間など単位期間あたりの積算運転時間などのように、熱電併給装置がどの程度の頻度で運転されたかを表す値を示す。
特に、熱負荷（単位時間あたりの消費熱量）に応じて熱電併給装置を稼働させると共に、当該熱電併給装置の稼働時における出力を出力設定範囲内で電力負荷（単位時間あたりの消費電力）に追従させる形態で、熱電併給装置の運転を制御するコージェネレーションシステムは、電力負荷が小さい時間帯でも、その電力負荷に合わせて熱電併給装置の出力を低下させて運転するため、特に、熱負荷の大きい世帯では、熱負荷に対して充分な熱を発生するべく熱電併給装置を長時間運転する場合があり、結果、実際の寿命が想定したものよりも短縮されるという問題があった。
【０００６】
本発明は、かかる点に着目してなされたものであり、その目的は、熱負荷に応じて熱電併給装置を稼働させると共に、当該熱電併給装置の稼働時における出力を出力設定範囲内で電力負荷に追従させる形態で、熱電併給装置の運転を制御するコージェネレーションシステムにおいて、熱電併給装置の発電電力と排熱とを有効に利用しながら、想定外の寿命の短縮を抑制することができる技術を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的を達成するための本発明に係るコージェネレーションシステムは、
熱と電力とを併せて発生する熱電併給装置と、
前記熱電併給装置の排熱により生成した温水を貯留する貯湯槽と、
熱負荷に応じて前記熱電併給装置を稼働させると共に、当該熱電併給装置の稼働時における出力を所定の出力設定範囲内で電力負荷に追従させる形態で、前記熱電併給装置の運転を制御する運転制御手段とを備えたコージェネレーションシステムであって、
その特徴構成は、
前記運転制御手段が、前記出力設定範囲の上限出力及び下限出力の少なくとも一方の限界出力を変更することで、前記熱電併給装置の運転頻度を調整する運転頻度調整処理を実行すると共に、当該運転頻度調整処理において、前記熱電併給装置の運転頻度を減少側に調整する場合には前記出力設定範囲の限界出力を上昇させ、前記熱電併給装置の運転頻度を増加側に調整する場合には前記出力設定範囲の限界出力を低下させる点にある。
【０００８】
また、この目的を達成するための本発明に係るコージェネレーションシステムの運転制御方法は、
熱と電力とを併せて発生する熱電併給装置と、
前記熱電併給装置が発生した熱により加熱された温水を貯留する貯湯槽と、
熱負荷に応じて前記熱電併給装置を稼働させると共に、当該熱電併給装置の稼働時における出力を所定の出力設定範囲内で電力負荷に追従させる形態で、前記熱電併給装置の運転を制御するコージェネレーションシステムの運転制御方法であって、
その特徴構成は、
前記出力設定範囲の上限出力及び下限出力の少なくとも一方の限界出力を変更することで、前記熱電併給装置の運転頻度を調整する運転頻度調整処理を実行すると共に、当該運転頻度調整処理において、前記熱電併給装置の運転頻度を減少側に調整する場合には前記出力設定範囲の限界出力を上昇させ、前記熱電併給装置の運転頻度を増加側に調整する場合には前記出力設定範囲の限界出力を低下させる点にある。
【０００９】
本特徴構成によれば、熱負荷に応じて熱電併給装置を稼働させると共に、当該熱電併給装置の稼働時における出力を出力設定範囲内で電力負荷に追従させる形態で、熱電併給装置の運転を制御するコージェネレーションシステムにおいて、上記運転頻度調整処理を実行することで、熱電併給装置の出力設定範囲の限界出力を変更するという合理的且つ簡単な処理で、熱電併給装置の運転頻度を調整することができる。
即ち、熱電併給装置の出力設定範囲の限界出力を上昇させると、電力負荷に追従して変化する熱電併給装置の出力が比較的高めの出力設定範囲内で推移することになり、熱電併給装置の排熱が増加する。そして、熱電併給装置は熱負荷に応じて稼働されるため、排熱が増加することで稼働頻度が少なくなり、結果、将来の運転頻度を減少側に調整して、当該運転頻度の想定を超える増加による寿命の短縮を抑制することができる。
一方、熱電併給装置の出力設定範囲の限界出力を低下させると、電力負荷に追従して変化する熱電併給装置の出力が比較的低めの出力設定範囲内で推移することになるので、熱電併給装置の排熱が減少する。そして、熱電併給装置は熱負荷に応じて稼働されるため、排熱が減少することで稼働頻度が多くなり、結果、将来の運転頻度を増加側に調整して、当該運転頻度の想定を下回る減少による電力負荷及び熱負荷の利用効率の低下を抑制することができる。
従って、本発明により、熱負荷に応じて熱電併給装置を稼働させると共に、当該熱電併給装置の稼働時における出力を出力設定範囲内で電力負荷に追従させる形態で、熱電併給装置の運転を制御するコージェネレーションシステムにおいて、熱電併給装置の発電電力と排熱とを有効に利用しながら、想定外の寿命の短縮を抑制することができる技術を提供することができる。
【００１０】
本発明に係るコージェネレーションシステムの更なる特徴構成は、
電力負荷に対する前記熱電併給装置の発電電力の余剰分である余剰電力により前記貯湯槽に貯留される温水を生成する電気ヒータを備え、
前記運転制御手段が、前記運転頻度調整処理において、前記出力設定範囲の下限出力を前記限界出力として変更する点にある。
【００１１】
本特徴構成によれば、電力負荷が低下して熱電併給装置の出力設定範囲の下限出力を下回った時点で余剰電力が発生し始めることになり、その余剰電力が上記電気ヒータに供給されて貯湯槽に貯留される温水が生成されることになる。よって、その下限出力を変化させれば、その電気ヒータによる温水の生成量が変化することになり、結果、熱電併給装置の排熱により賄う熱負荷が変化することになる。
具体的には、熱電併給装置の出力設定範囲の下限出力を上昇させることで、積極的に余剰電力を発生させて、電気ヒータによる温水の生成量を増加させ、熱電併給装置の排熱で賄う熱負荷を減少させることができ、結果、熱負荷に応じて稼働される熱電併給装置の将来の運転頻度を減少側に調整することができる。一方、熱電併給装置の出力設定範囲の下限出力を低下させることで、余剰電力の発生を抑制して、電気ヒータによる温水の生成量を減少させ、熱電併給装置で賄う熱負荷を増加させることができ、結果、熱負荷に応じて稼働される熱電併給装置の将来の運転頻度を増加側に調整することができる。
従って、運転頻度調整処理において、熱電併給装置の出力設定範囲の下限出力を調整することで、その熱電併給装置の排熱を変化させるのに加えて、その排熱により賄う熱負荷も変化させることができる。よって、熱負荷に応じて稼働される熱電併給装置の稼働頻度を確実に変化させて、将来の運転頻度を合理的に調整することができる。
【００１２】
本発明に係るコージェネレーションシステムの更なる特徴構成は、
前記運転制御手段が、前記運転頻度調整処理において、前記出力設定範囲の限界出力を変更するにあたり、所定の定格出力から当該定格出力よりも小さい部分出力までの範囲を前記出力設定範囲とする状態と、前記定格出力のみを前記出力設定範囲とする状態とを切り替える点にある。
【００１３】
本特徴構成によれば、運転頻度調整処理において、定格出力から部分出力までの範囲を熱電併給装置の出力設定範囲とすれば、熱電併給装置の稼働時における出力をその定格出力から部分出力までの範囲内で電力負荷に追従させて、当該熱電併給装置の出力を比較的低めに推移させることができ、結果、排熱の減少に伴って、熱負荷に応じて稼働される熱電併給装置の将来の運転頻度を増加側に調整することができる。
一方、出力設定範囲の下限出力を上限出力と同じ定格出力まで上昇させて、定格出力のみを熱電併給装置の出力設定範囲とすれば、熱電併給装置の稼働時における出力を高めの定格出力に維持することができ、結果、排熱の増加に伴って、熱負荷に応じて稼働される熱電併給装置の将来の運転頻度を減少側に調整することができる。
【００１４】
本発明に係るコージェネレーションシステムの更なる特徴構成は、
前記電気ヒータの定格入力が前記熱電併給装置の定格出力未満であり、
前記運転制御手段が、前記運転頻度調整処理において、前記電気ヒータの定格入力と等しい電力負荷となる部分負荷値と、前記熱電併給装置の定格出力と等しい電力負荷となる定格負荷値とを設定すると共に、
前記熱電併給装置の運転頻度を増加側に調整する場合には、前記電力負荷が零値以上で前記部分負荷値未満の範囲では前記発電電力を前記電気ヒータの定格入力に、前記電力負荷が前記部分負荷値以上で前記定格負荷値未満の範囲では前記発電電力を当該電力負荷に、前記電力負荷が前記定格負荷値以上の範囲では前記発電電力を前記熱電併給装置の定格出力に、それぞれ制御し、
前記熱電併給装置の運転頻度を減少側に調整する場合には、前記電力負荷が零値以上で前記定格負荷値と前記部分負荷値との差分値未満の範囲では前記発電電力を当該発電電力の余剰電力が前記電気ヒータの定格入力となるように、前記電力負荷が前記定格負荷値と前記部分負荷値との差分値以上の範囲では前記発電電力を前記熱電併給装置の定格出力に、それぞれ制御する点にある。
【００１５】
本特徴構成によれば、電気ヒータの定格入力が熱電併給装置の定格出力未満とされる比較的小さな容量の電気ヒータを使用することができるので、装置コストを安価にすることができる。また、熱電併給装置の運転頻度を減少側に調整する場合では、電力負荷が零値以上で定格負荷値と部分負荷値との差分値未満の範囲において、電気ヒータを定格入力で運転するので、電気ヒータの加熱性能を無駄なく発揮することができる。
【００１６】
本発明に係るコージェネレーションシステムの更なる特徴構成は、
前記運転制御手段が、前記熱電併給装置の運転頻度を予測する運転頻度予測処理を実行すると共に、前記運転頻度調整処理において、前記運転頻度予測処理で予測した運転頻度の所定の目標運転頻度に対する乖離状態に基づいて、前記出力設定範囲の限界出力を調整する点にある。
【００１７】
本特徴構成によれば、運転制御手段は、運転頻度予測処理を実行して予測した将来の運転頻度が目標運転頻度に対して乖離している場合には、将来における実際の運転頻度がその目標運転頻度に近づくように、熱電併給装置の出力設定範囲の限界出力を調整することができる。
具体的には、予測した運転頻度が目標運転頻度よりも小さい場合には、熱電併給装置の出力設定範囲の限界出力を低下させて、実際の運転頻度を目標運転頻度に近づくように増加させることができる。
一方、予測した運転頻度が目標運転頻度よりも大きい場合には、熱電併給装置の出力設定範囲の限界出力を上昇させて、実際の運転頻度を目標運転頻度に近づくように減少させることができる。
【００１８】
本発明に係るコージェネレーションシステムの更なる特徴構成は、
前記運転制御手段が、前記運転頻度予測処理において、予め記憶されている標準的な運転頻度を、利用者により入力された家族構成情報に基づいて補正する形態で、前記運転頻度を予測する点にある。
【００１９】
本特徴構成によれば、運転頻度予測処理において、標準的な運転頻度を予め記憶しておき、その運転頻度を利用者が入力した家族構成情報に基づいて補正して、利用者特有の将来の運転頻度をより正確に予測することができる。
例えば、利用者の家族が標準的なものよりも人数が多いほど、標準的な運転頻度を増加側に補正して、その補正後の運転頻度を利用者特有の将来の運転頻度とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】コージェネレーションシステムの実施の形態を示す概略構成図
【図２】電力負荷と発電電力の関係並びに下限出力の変更状態を示す図
【図３】予測電力負荷及び予測熱負荷の時系列変化を示す図
【図４】別実施形態における電力負荷と発電電力の関係並びに下限出力の変更状態を示す図
【図５】別実施形態における電力負荷と発電電力の関係並びに上限出力の変更状態を示す図
【図６】別実施形態における電力負荷と発電電力の関係並びに下限出力の変更状態を示す図
【図７】別実施形態における電力負荷に対する発電電力の追従状態を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明に係るコージェネレーションシステムについて図面に基づいて説明する。
図１に示すコージェネレーションシステムは、熱電併給装置７を備え、その熱電併給装置７は、詳細な図示は省略するが、例えば発電機をエンジンにより回転駆動して発電を行うと共に冷却水でエンジンの排熱を回収する形態で、熱と電力とを併せて発生するエンジン駆動式発電機などで構成される。
その熱電併給装置７の発電電力は、電力消費部４に供給されると共に、熱電併給装置７の排熱により加熱された温水は、貯湯槽１０に一旦貯留されて給湯部１６への給湯に利用されると共に、床暖房装置や浴室暖房装置などの暖房端末３８での放熱に利用される。
即ち、コージェネレーションシステムは、熱電併給装置７に加えて、その熱電併給装置７の排熱により生成した温水を貯留する貯湯槽１０を備え、更には、運転制御を行う運転制御装置５０（運転制御手段の一例）を備える。
【００２２】
熱電併給装置７は、例えば２５０Ｗから１０００Ｗまでの範囲内で発電出力を変更可能に構成されており、その熱電併給装置７の電力の出力側には、系統連系用のインバータ６が設けられている。そのインバータ６は、熱電併給装置７の発電電力を商用電力系統１から受電する受電電力と同じ電圧及び同じ周波数にするように構成されている。
商用電力系統１は、例えば、単相３線式１００／２００Ｖであり、消費電力供給ライン３を介して、テレビ、冷蔵庫、洗濯機などの電力消費部４に電気的に接続されている。
また、インバータ６は、発電電力供給ライン５を介して消費電力供給ライン３に電気的に接続され、熱電併給装置７からの発電電力がインバータ６及び発電電力供給ライン５を介して電力消費部４に供給されるように構成されている。
【００２３】
消費電力供給ライン３には、商用電力系統１から受電される受電電力を計測する電力計測器２が設けられており、この電力計測器２は、商用電力系統１に向けて電力が供給される所謂逆潮流が発生するか否かをも検出するように構成されている。
そして、運転制御装置５０は、逆潮流が生じないように、インバータ６により熱電併給装置７から消費電力供給ライン３に供給される電力が制御され、発電電力のうち電力消費部４で消費されない分の余剰電力は、電気ヒータ８に供給されて熱に変換される。
【００２４】
電気ヒータ８は、冷却水循環ポンプ２５の作動により冷却水循環路２６を通流する熱電併給装置７の冷却水を加熱するように設けられ、インバータ６の出力側に接続された作動スイッチ９によりＯＮ／ＯＦＦが切り換えられている。
作動スイッチ９は、余剰電力の大きさが大きくなるほど、電気ヒータ８の消費電力が大きくなるように、余剰電力の大きさに応じて電気ヒータ８への供給電力を調整するように作動する。
尚、電気ヒータ８の消費電力を調整する構成については、上記のように複数の電気ヒータ８のＯＮ／ＯＦＦを切り換える構成以外に、その電気ヒータ８の出力を例えば位相制御等により調整する構成を採用しても構わない。
【００２５】
熱電併給装置７の排熱を冷却水にて回収し、その排熱を回収して高温となった冷却水を利用して貯湯槽１０への貯湯や暖房端末３８の放熱を行う貯湯ユニットが設けられている。この貯湯ユニットには、温度成層を形成する状態で湯水を貯湯する貯湯槽１０、湯水循環路２１を通して貯湯槽１０内の湯水を循環させる湯水循環ポンプ２２、熱源用循環路３５を通して熱源用湯水を循環させる熱源用循環ポンプ３２、熱媒循環路３６を通して熱媒を暖房端末３８に循環供給させる熱媒循環ポンプ３７、湯水循環路２１を通流する湯水を加熱させる貯湯用熱交換器２０、熱源用循環路３５を通流する熱源用湯水を加熱させる熱源用熱交換器３１、熱媒循環路３６を通流する熱媒を加熱させる熱媒加熱用熱交換器３３、貯湯槽１０内から取り出した湯水及び熱源用循環路３５を通流する熱源用湯水をバーナ燃焼により加熱する補助熱源機１１などが備えられている。
【００２６】
湯水循環路２１は、その一部が並列になるように分岐接続され、その接続箇所に三方弁２３が設けられており、分岐された一方側の流路には、ラジエータ２４が設けられている。
そして、三方弁２３を切り換えることにより、貯湯槽１０の下部から取り出した湯水がラジエータ２４を通過するように循環させる状態と、貯湯槽１０の下部から取り出した湯水がラジエータ２４をバイパスするように循環させる状態とに切り換えられる。
【００２７】
貯湯用熱交換器２０は、熱電併給装置７の排熱を回収し冷却水循環路２６を通流する高温の冷却水との熱交換により、湯水循環路２１を通流する湯水を加熱するように構成されている。
熱源用熱交換器３１は、熱電併給装置７の排熱を回収し冷却水循環路２６を通流する高温の冷却水との熱交換により、熱源用循環路３５を通流する熱源用湯水を加熱するように構成されている。
補助熱源機１１は、ファン１４により供給された燃焼用空気を利用して燃料を燃焼させるバーナ１３と、そのバーナ１３で発生する燃焼排ガスとの熱交換により貯湯槽１０内から取り出した湯水及び熱源用循環路３５を通流する湯水を加熱する補助加熱用熱交換器１２を備えて構成された一般的な給湯器で構成されている。
熱源用循環路３５には、熱源用湯水の通流を断続させる熱源用断続弁３４が設けられている。
【００２８】
冷却水循環路２６は、貯湯用熱交換器２０側と熱源用熱交換器３１側とに分岐され、その分岐箇所に、貯湯用熱交換器２０側に通流させる冷却水の流量と熱源用熱交換器３１側に通流させる冷却水の流量との割合を調整する分流弁３０が設けられている。
そして、分流弁３０は、冷却水循環路２６の冷却水の全量を貯湯用熱交換器２０側に通流させる状態と、冷却水循環路２６の冷却水の全量を熱源用熱交換器３１側に通流させる状態との間で、冷却水の通流状態を切り替えることができる。
【００２９】
熱媒加熱用熱交換器３３は、熱源用熱交換器３１や補助加熱用熱交換器１２にて加熱された高温の熱源用湯水との熱交換により、熱媒循環路３６を通流する熱媒を加熱するように構成されている。
暖房端末３８は、熱媒循環路３６を通流する熱媒を放熱させて暖房を行う床暖房装置や浴室暖房装置などで構成されている。
【００３０】
また、給湯部１６に供給される温水を生成するために必要な熱量に相当する給湯負荷を計測する給湯負荷計測器１５が設けられ、暖房端末３８で放熱される熱量に相当する暖房負荷を計測する暖房負荷計測器３９も設けられている。
【００３１】
運転制御装置５０は、熱電併給装置７の運転中には冷却水循環ポンプ２５を作動させる状態で、熱電併給装置７の運転及び冷却水循環ポンプ２５の作動状態を制御すると共に、湯水循環ポンプ２２、熱源用循環ポンプ３２、熱媒循環ポンプ３７の作動状態を制御することによって、貯湯槽１０内に湯水を貯湯する貯湯運転や、暖房端末３８に熱媒を供給する熱媒供給運転を行うように構成されている。
【００３２】
尚、給湯時には、熱源用断続弁３４を閉弁した状態で貯湯槽１０から取り出された温水を給湯部１６に供給するように構成され、更に、貯湯槽１０から取り出された温水を補助熱源機１１にて再加熱したり、貯湯槽１０から取り出された温水に給水を混合することで、給湯部１６に供給される温水の温度が、図外のリモコンにて設定されている給湯設定温度に調整される。
従って、貯湯槽１０では、貯湯槽１０の容量の範囲内で、熱電併給装置７の出力に応じて追加された温水から、給湯用として取り出された温水を差し引いた分の温水が貯湯されていることになる。
【００３３】
次に、運転制御装置５０による熱電併給装置７の運転の制御について説明を加える。
運転制御装置５０は、熱電併給装置７の稼動時において、当該熱電併給装置７の出力を、所定の出力設定範囲内で、現在要求されている電力負荷に追従させる運転を実行する。
詳しくは、運転制御装置５０は、５分等の比較的短い所定の出力調整周期毎に電力負荷を求め、熱電併給装置７の発電電力が、所定の下限出力Ｐｍｉｎからそれよりも大きい所定の上限出力Ｐｍａｘまでの出力設定範囲内において、連続的又は段階的に上記電力負荷に沿って変化するように、熱電併給装置７の出力を決定する。
尚、上記電力負荷は、電力消費部４の消費電力を示し、電力計測器２で計測された受電電力とインバータ６で計測された発電電力との合計から、電気ヒータ８の消費電力を差し引いた値として求めることができる。
【００３４】
このような運転が行われることで、電力負荷に対して熱電併給装置７の発電電力は、例えば図２（ａ）に示すような状態で調整されることになる。
即ち、電力負荷が上限出力Ｐｍａｘ以上である場合には、熱電併給装置７の発電電力が上限出力Ｐｍａｘに設定され、電力負荷が上限出力Ｐｍａｘ未満且つ下限出力Ｐｍｉｎ以上である場合には、熱電併給装置７の発電電力は電力負荷に追従する出力に設定され、電力負荷が下限出力Ｐｍｉｎ未満である場合には、熱電併給装置７の発電電力が下限出力Ｐｍｉｎに設定される。
また、電力負荷が下限出力Ｐｍｉｎ未満であるときに熱電併給装置７の発電電力を下限出力Ｐｍｉｎに設定したときには、電力負荷に対する熱電併給装置７の発電電力の余剰分である余剰電力が発生するが、この余剰電力は電気ヒータ８に供給されることで熱に変換され、その熱により貯湯槽１０に貯留される温水が生成される。
【００３５】
更に、運転制御装置５０は、熱電併給装置７を熱負荷に応じて起動及び停止を行って断続的に稼働させ、その稼働時に上述した運転制御を実行する。
即ち、運転制御装置５０は、ある熱電併給装置７の運転パターンに対して、予測電力負荷及び予測熱負荷についてのエネルギの削減量である予測エネルギ削減量を演算可能に構成されており、その予測エネルギ削減量の演算方法について、説明を加える。尚、本願において、エネルギとは、電力負荷及び熱負荷を賄うのに必要な一次エネルギを示す。よって、商用電力系統１からの受電電力については、その受電電力を発生するのに消費した燃料消費量に相当する値が用いられ、熱電併給装置７の発電電力及び排熱については、その熱電併給装置７の燃料消費量に相当する値が用いられ、補助熱源機１１の発生熱については、その補助熱源機１１の燃料消費量に相当する値が用いられる。
【００３６】
運転制御装置５０は、先ず、時系列的な過去の電力負荷及び熱負荷に基づいて、図３に示すような、午前０時の判定時点から２４時間の判定対象期間の時系列的な予測電力負荷及び予測熱負荷を予測するように構成されている。
【００３７】
次に、運転制御装置５０は、予め設定された仮運転パターンにおける稼動時間帯において熱電併給装置７を稼動させる形態で上記予測電力負荷に対して運転制御を実行すると仮定して、熱電併給装置７の時系列的な予測発電電力及び予測発生熱を演算する。
【００３８】
そして、運転制御装置５０は、例えば下記の［数１］に示すように、熱電併給装置７を稼動させない場合のエネルギ消費量Ｅ１を基準に、熱電併給装置７を上記仮運転パターンで稼動させた場合のエネルギ消費量Ｅ２の削減量を、上記予測エネルギ削減量ΔＥとして演算する。
【００３９】
［数１］
ΔＥ＝Ｅ１−Ｅ２
ΔＥ：予測エネルギ削減量
Ｅ１：熱電併給装置７を稼動しない場合のエネルギ消費量
Ｅ２：熱電併給装置７を稼動した場合のエネルギ消費量
【００４０】
また、時系列的な電力負荷及び時系列的な熱負荷は、運転制御装置５０により以下に示すように管理される。
即ち、運転制御装置５０は、例えば、熱負荷を給湯負荷と暖房負荷として、単位時間あたりの実電力負荷、実給湯負荷及び実暖房負荷の夫々を、電力計測器２の計測値及びインバータ６の出力値、電気ヒータ８の消費電力、給湯負荷計測器１５及び暖房負荷計測器３９の計測値を用いて演算する。
そして、運転制御装置５０は、電力計測器２の計測値及びインバータ６の出力値、電気ヒータ８の消費電力、給湯負荷計測器１５及び暖房負荷計測器３９の計測値を用いて演算された値を記憶することにより、時系列的な電力負荷及び時系列的な熱負荷を１時間毎に管理するように構成されている。
また、運転制御装置５０は、実際の使用状況に応じて時系列的な電力負荷及び時系列的な熱負荷を更新する場合には、電力計測器２の計測値及びインバータ６の出力値、電気ヒータ８の消費電力、給湯負荷計測器１５及び暖房負荷計測器３９の計測値を用いて演算された値と、既に記憶されている値とを所定の割合で足し合わせ、その足し合わせた値を記憶するように構成されている。
【００４１】
そして、運転制御装置５０は、午前０時の判定時点から２４時間の判定対象期間において上述した予測エネルギ削減量ΔＥが最大となるように、熱電併給装置７の稼動時間帯を設定する。
具体的に、２４時間等の判定対象期間において熱電併給装置７の稼動時間帯が異なる複数の仮運転パターンの夫々についての予測エネルギ削減量ΔＥを、判定対象期間における予測電力負荷と判定対象期間における予測熱負荷とに基づいて演算して、その予測エネルギ削減量ΔＥが最大となるように、判定対象期間において熱電併給装置７の起動時間と停止時間を設定する。
即ち、運転制御装置５０は、上記複数の仮運転パターンとしての、判定対象期間において熱電併給装置７の起動時間と停止時間との組み合わせが互いに異なる全ての仮運転パターンについて、その起動時間から停止時間までの稼動時間帯において熱電併給装置７に対して運転制御を実行することによる予測エネルギ削減量ΔＥを、上述した［数１］等を用いて、演算する。
【００４２】
そして、その複数の仮運転パターンのうち、上記のように求めた予測エネルギ削減量ΔＥが最も優れた即ち最大である仮運転パターンを、その判定対象期間における正式な運転パターンとして決定し、その運転パターンで定義される運転時間帯で熱電併給装置７を運転するように、判定時間帯における熱電併給装置７の起動時間と停止時間とを設定する。
【００４３】
尚、予測エネルギ削減量ΔＥが最大となるように判定対象期間において熱電併給装置７の起動時間と停止時間を設定するのではなく、例えば、熱電併給装置７の発生熱により熱負荷の全てを賄うように熱電併給装置７の起動時間と停止時間とを設定するように構成する、又は、一定の出力調整周期毎に、予測エネルギ削減量ΔＥを再計算して、熱電併給装置７を起動するか停止するかを判定するように構成しても構わない。
尚、上記実施形態では、出力調整周期を５分、判定対象時間帯を２４時間とした例を示したが、それらをどのように設定するかについては適宜変更が可能である。
【００４４】
更に、熱電併給装置７は、図２に示すように、熱電併給装置７の出力設定範囲の下限出力Ｐｍｉｎを熱電併給装置７の運転が継続できる範囲内において低下側下限出力Ｌ１とそれよりも大きい上昇側下限出力Ｌ２との間で変更可能に構成されている。尚、熱電併給装置７の出力設定範囲の上限出力Ｐｍａｘは、熱電併給装置７の定格出力Ｈに固定する。
そして、運転制御装置５０は、熱電併給装置７の想定外の寿命短縮を抑制するべく、出力設定範囲の下限出力Ｐｍｉｎを変更することで、熱電併給装置７の１年間の積算運転時間などの運転頻度を調整する運転頻度調整処理を実行する。
即ち、図２（ａ）の状態から図２（ｂ）の状態に変移させる形態で、熱電併給装置７の下限出力Ｐｍｉｎを上昇側下限出力Ｌ２に上昇させると、電力負荷に追従して変化する熱電併給装置７の出力が比較的高めの出力設定範囲内で推移することになって、熱電併給装置７の排熱が増加する。
更に、下限出力Ｐｍｉｎを上昇させると、電力負荷が低下側下限出力Ｌ１以上であっても上昇側下限出力Ｌ２未満であることで、積極的に余剰電力が発生することになり、その余剰電力が供給される電気ヒータ８の発生熱量が増加する。
従って、下限出力Ｐｍｉｎを上昇させると、熱電併給装置７の排熱で賄う熱負荷の程度が小さくなり、結果、その熱負荷に応じて起動時間と停止時間とが設定される形態で稼働する熱電併給装置７の積算運転時間が短縮されて、熱電併給装置７がどの程度の頻度で運転されるかを示す将来の運転頻度が減少側に調整されることになる。
そして、熱電併給装置７の将来の運転頻度を減少側に調整すれば、当該運転頻度の想定を超える増加による熱電併給装置７の寿命の短縮が抑制されることになる。
【００４５】
更に、運転制御装置５０は、熱電併給装置７の運転頻度を予測する運転頻度予測処理を実行する。
具体的には、運転制御装置５０は、例えば標準的な家族構成の家族が居住する住居にかかるコージェネレーションシステムを設置した場合に、そのコージェネレーションシステムの熱電併給装置７の単位期間としての１年間の積算運転時間を標準的な運転頻度として予め記憶している。
そして、運転制御装置５０は、運転頻度予測処理において、実際にコージェネレーションシステムを設置する住居における実際の家族構成を示す大人の人数や子供の人数などの家族構成情報についての入力を、利用者により受け付ける。
このことにより、運転制御装置５０は、標準的な家族構成に対する実際の家族構成の乖離状態を認識し、その実際の家族構成に基づいて、熱電併給装置７の運転頻度が標準的な運転頻度に対してどの程度増減するかを判断して、その判断結果に基づいて標準的な運転頻度を補正する形態で、熱電併給装置７の将来の運転頻度を予測する。
また、運転制御装置５０は、コージェネレーションシステムを設置して１年が経過した後には、その時点までの過去の１年間において実際に計測した熱電併給装置７の積算運転時間により、この予測した将来の運転頻度を適宜補正することができる。
【００４６】
更に、運転制御装置５０は、運転頻度調整処理において、上記運転頻度予測処理で予測した実際の運転頻度と、上記標準的な運転頻度等として設定された目標運転頻度とを比較し、それらの乖離状態に基づいて、出力設定範囲の下限出力Ｐｍｉｎを調整することで、実際の運転頻度を目標運転頻度に近づけて、熱電併給装置７の寿命を想定したものに近づけることができる。
【００４７】
〔その他の実施形態〕
最後に、本発明のその他の実施形態について説明する。尚、以下に説明する各実施形態の構成は、それぞれ単独で適用されるものに限らず、矛盾が生じない限り、他の実施形態の構成と組み合わせて適用することも可能である。
【００４８】
（１）
上記実施形態では、運転制御装置５０は、運転頻度調整処理において、熱電併給装置７の出力設定範囲の下限出力Ｐｍｉｎを、図２に示すように、低下側下限出力Ｌ１と上昇側下限出力Ｌ２との間で変更することで、熱電併給装置７の運転頻度を調整したが、図４及び図５に示すように、別の形態で熱電併給装置７の出力設定範囲の限界出力を変更することで、熱電併給装置７の運転頻度を調整するように構成しても構わない。
【００４９】
即ち、図４に示す別実施形態では、熱電併給装置７を定格出力Ｈとそれよりも小さい部分出力Ｌまでの範囲内で出力変更可能に構成した場合に、運転頻度調整処理において、出力設定範囲の限界出力を変更するにあたり、定格出力Ｈから部分出力Ｌまでの範囲を出力設定範囲とする状態（図４（ａ）の状態）と、定格出力Ｈのみを出力設定範囲とする状態（図４（ｂ）の状態）とを切り替える。
即ち、図４（ａ）の状態から図４（ｂ）の状態に変移させることで、熱電併給装置７の下限出力Ｐｍｉｎが、部分出力Ｌから定格出力Ｈに上昇することになる。
よって、上記実施形態と同様に、熱電併給装置７の下限出力Ｐｍｉｎを定格出力Ｈまで上昇させると、熱電併給装置７の排熱が一層増加すると共に、余剰電力が供給される電気ヒータ８の発生熱量が一層増加することになり、結果、熱電併給装置７の運転頻度が一層減少側に調整されることになる。
【００５０】
また、図５に示す別実施形態では、熱電併給装置７の出力設定範囲の上限出力Ｐｍａｘを熱電併給装置７の運転が継続できる範囲内において低下側上限出力Ｈ１とそれよりも大きい上昇側上限出力Ｈ２との間で変更可能に構成されている。尚、熱電併給装置７の出力設定範囲の下限出力Ｐｍｉｎは、熱電併給装置７の部分出力Ｌに固定する。
即ち、図５（ａ）の状態から図５（ｂ）の状態に変移させることで、熱電併給装置７の上限出力Ｐｍａｘが、低下側上限出力Ｈ１から上昇側上限出力Ｈ２に上昇することになる。
そして、熱電併給装置７の上限出力Ｐｍａｘを上昇させると、余剰電力の増減は発生しないが、上記実施形態と同様に、電力負荷に追従して変化する熱電併給装置７の出力が比較的高めの出力設定範囲内で推移することになって、熱電併給装置７の排熱が増加する。よって、熱電併給装置７の運転頻度が減少側に調整されることになる。
【００５１】
（２）
上記実施形態では、熱電併給装置７をエンジン駆動式発電機として構成したが、燃料電池やその他熱と電力とを併せて発生する別の形式の熱電併給装置を設けても構わない。
【００５２】
（３）
上記実施形態では、暖房端末３８を設けて、熱負荷を給湯負荷と暖房負荷としたコージェネレーションシステムを例示したが、暖房端末３８を設けずに、給湯負荷のみを熱負荷とするコージェネレーションシステムとしてもよい。
【００５３】
（４）
上記実施形態では、電気ヒータ８が熱電併給装置７の冷却水を加熱するように構成されているが、電気ヒータ８を省略したり、電気ヒータ８にて貯湯槽１０内の湯水を加熱するように構成しても構わない。また、電気ヒータ８に代えて、ヒートポンプなど別の湯水加熱装置を設けても構わない。
【００５４】
（５）
熱電併給装置７の定格出力Ｈから部分出力Ｌまでの範囲を出力設定範囲とする状態と、定格出力Ｈのみを出力設定範囲とする状態とを切り替えるように構成した図４の実施形態では、熱電併給装置７の定格出力Ｈを定格入力とする電気ヒータ８が必要であったが、より小さな定格入力の電気ヒータ８を使用するため、図６に示すように、熱電併給装置７の発電電力を制御しても構わない。
即ち、図６に示す別実施形態では、まず、電気ヒータ８の定格入力と等しい電力負荷となる部分負荷値Ｌと、熱電併給装置７の定格出力Ｈと等しい電力負荷となる定格負荷値Ｈを設定する。
そして、図６（ａ）に示すように、熱電併給装置７の運転頻度を増加側に調整する場合、つまり、熱電併給装置７の下限出力Ｐｍｉｎを低下させる場合には、電力負荷が零値以上で部分負荷値Ｌ未満の範囲では熱電併給装置７の発電電力を下限出力Ｐｍｉｎとしての電気ヒータ８の定格入力と等しくなるように制御し、電力負荷が部分負荷値Ｌ以上で定格負荷値Ｈ未満の範囲では熱電併給装置７の発電電力を電力負荷と等しくなるように制御し、電力負荷が定格負荷値Ｈ以上の範囲では、熱電併給装置７の発電電力を上限出力Ｐｍａｘとしての定格出力Ｈと等しくなるように制御する。このように下限出力Ｐｍｉｎを低下させる場合、下限出力Ｐｍｉｎとしての電気ヒータ８の定格入力から上限出力Ｐｍａｘとしての熱電併給装置７の定格出力Ｈまでの発電電力の範囲が出力設定範囲となる。
一方、図６（ｂ）に示すように、熱電併給装置７の運転頻度を減少側に調整する場合、つまり、熱電併給装置７の下限出力Ｐｍｉｎを定格出力Ｈにまで上昇させる場合には、電力負荷が零値以上で定格負荷値Ｈと部分負荷値Ｌとの差分値（Ｈ−Ｌ）未満の範囲では、熱電併給装置７の発電電力の余剰電力を電気ヒータ８の定格入力と等しくなるように制御し、電力負荷が定格負荷値Ｈと部分負荷値Ｌとの差分値（Ｈ−Ｌ）以上の範囲では、熱電併給装置７の発電電力を熱電併給装置７の定格出力Ｈと等しくなるように制御する。
このように、下限出力Ｐｍｉｎを上昇させる場合には、電力負荷が、零値から定格負荷値Ｈまでの範囲内全体ではなく、差分値（Ｈ−Ｌ）から定格負荷値Ｈまでの一部の範囲内において、熱電併給装置７の下限出力Ｐｍｉｎを定格出力Ｈに設定して、熱電併給装置７の定格出力Ｈのみが出力設定範囲となる。
これにより、電気ヒータ８の定格入力が熱電併給装置７の定格出力Ｈ未満とされる比較的小さな容量の電気ヒータ８を使用することができるので、装置コストを安価にすることができる。また、熱電併給装置７の運転頻度を減少側に調整する場合では、電力負荷が零値以上で定格負荷値Ｈと部分負荷値Ｌとの差分値（Ｈ−Ｌ）未満の範囲において、電気ヒータ８を定格入力において運転するので、電気ヒータ８の加熱性能を無駄なく発揮することができる。
【００５５】
（６）
上記実施形態では、熱電併給装置７の発電電力を電力負荷に追従させるにあたり、発電電力と電力負荷とを合致させるように構成したが、例えば図７に示すように、発電電力を電力負荷よりも若干高めに構成したり、その差を電力負荷によって漸次変化させるなどのように、発電電力と電力負荷とを完全に合致させなくても構わない。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明は、熱と電力とを併せて発生する熱電併給装置と、
前記熱電併給装置の排熱により生成した温水を貯留する貯湯槽と、
熱負荷に応じて前記熱電併給装置を稼働させると共に、当該熱電併給装置の稼働時における出力を所定の出力設定範囲内で電力負荷に追従させる形態で、前記熱電併給装置の運転を制御する運転制御手段とを備えたコージェネレーションシステムとして好適に利用可能である。
【符号の説明】
【００５７】
７        ：熱電併給装置
８        ：電気ヒータ
１０      ：貯湯槽
５０      ：運転制御装置（運転制御手段）
Ｈ        ：定格出力
Ｌ        ：部分出力
Ｐｍａｘ  ：上限出力
Ｐｍｉｎ  ：下限出力
【図１】
2015063989.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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