(57)【要約】【課題】貯湯槽を小容量化した場合においても、運転メリットを的確に向上させるように計画運転を実行し得るコージェネレーションシステムを提供する。【解決手段】運転制御手段が、運転周期の開始時点において、その運転周期の予測電力負荷データに対して電主運転を行うと仮定したときにおける時間経過に伴う貯湯槽２の予測貯湯量が設定上限量よりも多くなる貯湯不能状態にならない場合には、その運転周期における全ての単位時間を運転する単位時間として定める状態で、且つ、貯湯不能状態となる場合には、その貯湯不能状態になる単位時間以前の単位時間のうちで、熱電併給装置１を運転することによる運転メリットの程度が小さい単位時間ほど優先して停止させる単位時間として定める形態で、運転周期の全ての単位時間において貯湯不能状態にならないように、各単位時間について運転する単位時間と運転停止する単位時間とを定める状態で、熱電併給装置１の計画運転を実行するように構成されている。【選択図】図２
2008116109.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力と熱とを併せて発生する熱電併給装置と、その熱電併給装置にて発生する熱のうちの未使用となる熱にて貯湯槽に貯湯する貯湯手段と、運転を制御する運転制御手段とが設けられ、
前記運転制御手段が、複数の単位時間からなる運転周期における予測電力負荷データ及び予測熱負荷データを単位時間毎に区分けして管理して、その管理している予測電力負荷データ及び予測熱負荷データに基づいて、発電出力を前記予測電力負荷データに追従させる電主運転を行う形態で、前記熱電併給装置の計画運転を実行するように構成され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、
運転周期の開始時点において、その運転周期の予測電力負荷データに対して電主運転を行うと仮定したときにおける時間経過に伴う前記貯湯槽の予測貯湯量が設定上限量よりも多くなる貯湯不能状態にならない場合には、その運転周期における全ての単位時間を運転する単位時間として定める状態で、且つ、前記貯湯不能状態となる場合には、その貯湯不能状態になる単位時間以前の単位時間のうちで、前記熱電併給装置を運転することによる運転メリットの程度が小さい単位時間ほど優先して停止させる単位時間として定める形態で、運転周期の全ての単位時間において前記貯湯不能状態にならないように、各単位時間について運転する単位時間と運転停止する単位時間とを定める状態で、前記熱電併給装置の計画運転を実行するように構成されているコージェネレーションシステム。
【請求項２】
電力と熱とを併せて発生する熱電併給装置と、その熱電併給装置にて発生する熱のうちの未使用となる熱にて貯湯槽に貯湯する貯湯手段と、運転を制御する運転制御手段とが設けられ、
前記運転制御手段が、複数の単位時間からなる運転周期における予測電力負荷データ及び予測熱負荷データを単位時間毎に区分けして管理して、その管理している予測電力負荷データ及び予測熱負荷データに基づいて、発電出力を前記予測電力負荷データに追従させる電主運転を行う形態で、前記熱電併給装置の計画運転を実行するように構成され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、
運転周期の開始時点において、その運転周期の複数の単位時間のうちの選択した単位時間を予測電力負荷データに対して電主運転を行う単位時間とし且つ残る単位時間を運転停止する単位時間とする形態で、その運転周期における複数の単位時間のうちの電主運転を行う単位時間の組み合わせを異ならせた全ての仮運転パターンのうちで、その運転周期の予測電力負荷データに対して電主運転を行うと仮定したときにおける時間経過に伴う前記貯湯槽の予測貯湯量が設定上限量よりも多くなる貯湯不能状態にならない仮運転パターンであり、且つ、前記熱電併給装置を運転することによる運転メリットの程度が最も大きい仮運転パターンに基づいて、各単位時間について運転する単位時間と運転停止する単位時間とを定める状態で、前記熱電併給装置の計画運転を実行するように構成されているコージェネレーションシステム。
【請求項３】
前記運転制御手段が、運転する単位時間のうち、運転停止する単位時間ののちに運転する単位時間の運転メリットを、前記熱電併給装置を起動させるのに要するエネルギを考慮した状態で求めるように構成されている請求項１又は２記載のコージェネレーションシステム。
【請求項４】
前記運転制御手段が、
運転する１つ又は連続する複数の単位時間について、前記熱電併給装置を運転することによりその運転する単位時間の終了時点において前記貯湯槽に貯えられると予測される予測貯湯熱量を求めるように構成され、且つ、
運転する単位時間の開始時点に前記熱電併給装置の運転を開始した後、その運転開始後の前記貯湯槽の実際の貯湯熱量が運転する単位時間の終了時点において前記予測貯湯熱量に達しないときは、前記予測貯湯熱量に達するまで前記熱電併給装置の運転を継続するように構成されている請求項１〜３のいずれか１項に記載のコージェネレーションシステム。
【請求項５】
前記運転メリットが、省エネルギ性、経済性又は環境性である請求項１〜４のいずれか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、前記貯湯槽の実貯湯量が設定上限量以上になると、前記熱電併給装置を停止させるように構成されている請求項１〜５のいずれか１項に記載のコージェネレーションシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力と熱とを併せて発生する熱電併給装置と、その熱電併給装置にて発生する熱のうちの未使用となる熱にて貯湯槽に貯湯する貯湯手段と、運転を制御する運転制御手段とが設けられ、
前記運転制御手段が、複数の単位時間からなる運転周期における予測電力負荷データ及び予測熱負荷データを単位時間毎に区分けして管理して、その管理している予測電力負荷データ及び予測熱負荷データに基づいて、発電出力を前記予測電力負荷データに追従させる電主運転を行う形態で、前記熱電併給装置の計画運転を実行するように構成されたコージェネレーションシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
かかるコージェネレーションシステムは、一般家庭等に設置して、熱電併給装置の発電電力を電気機器等にて消費し、熱電併給装置から発生する熱のうちの未使用となる熱にて貯湯槽に貯湯して、その貯湯槽に貯湯されている湯水を台所や風呂等にて消費するものである。つまり、熱電併給装置から発生する熱は、例えば、給湯用や暖房用等に使用され、熱電併給装置から発生する熱のうち、給湯用や暖房用等にて使用されない未使用となる熱にて貯湯槽に貯湯されることになる。ちなみに、熱電併給装置は、燃料電池やエンジン駆動式の発電機等にて構成される。
【０００３】
このようなコージェネレーションシステムにおいて、従来は、運転周期の開始時点において、その運転周期の予測電力負荷データに対して電主運転を行うと仮定したときに予測熱負荷データに対して貯湯槽に貯湯されると予測される熱量が余る熱余り状態にならない場合には、その運転周期における全ての単位時間を運転する単位時間として定める状態で、且つ、熱余り状態となる場合には、その運転周期における所定の単位時間（例えば、予測電力負荷データが予め所定の値に設定した設定値よりも小さい単位時間）を停止させる単位時間として定める形態で、各単位時間について運転する単位時間と運転停止する単位時間とを定める状態で、熱電併給装置の計画運転を実行するように構成していた。
そして、運転する単位時間として定められた単位時間では、発電出力を現電力負荷に追従させる電主運転が行われ、運転停止する単位時間として定められた単位時間では熱電併給装置が停止されるようにして、熱余り状態になるのを抑制するようにしていた（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２８６００８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記した従来のコージェネレーションシステムは、貯湯槽の容量を、例えば２００リットル等、一般家庭において短時間の間に多量に消費されると予想される湯量、例えば、浴槽に湯張りされる湯量とその湯張り時に給湯栓等にて使用される湯量とを合わせた湯量を十分に貯湯することができる容量に設定したものであるが、近年、このようなコージェネレーションシステムにおいて、貯湯槽の容量を例えば５０リットル等に小容量化することにより小型化を図って、設置に必要なスペースのコンパクト化を図り、集合住宅の各住戸にも容易に設置可能なように構成することが提案されている。
【０００６】
そして、このように貯湯槽を小容量化した場合においても、設置箇所での熱負荷が大きく、しかも、電力負荷に対して熱負荷のバランスが良いときには、時間経過に伴う貯湯槽の実貯湯量が設定上限量よりも多くなることなく、熱電併給装置を連続して運転することができるが、設置箇所での熱負荷が小さい、あるいは、電力負荷に対して熱負荷のバランスが悪い時には、実貯湯量が設定上限量よりも多くなって貯湯槽に追加して貯湯することができない貯湯不能状態になるものであり、このような場合には、熱電併給装置を停止させることになる。
つまり、実貯湯量が設定上限量よりも多くなって貯湯不能状態になると熱電併給装置を停止させ、実貯湯量が設定上限量以下になって貯湯不能状態が解消されると、熱電併給装置の運転を再開することになる。
【０００７】
しかしながら、このように成り行きに任せて、単に、貯湯不能状態になる毎に熱電併給装置を停止させる形態で熱電併給装置を運転するようにすると、熱電併給装置を運転すると大きい運転メリットが得られる時間帯に熱電併給装置を停止させて、運転メリットを的確に向上させることができない虞がある。
【０００８】
ちなみに、運転メリットは、熱電併給装置を運転することによるエネルギ削減量等にて示される省エネルギ性、熱電併給装置を運転することによるエネルギコスト削減費等にて示される経済性、又は、熱電併給装置を運転することによる一酸化炭素削減量等にて示される環境性等がある。
【０００９】
本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、貯湯槽を小容量化した場合においても、運転メリットを的確に向上させるように計画運転を実行し得るコージェネレーションシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のコージェネレーションシステムの第１特徴構成は、電力と熱とを併せて発生する熱電併給装置と、その熱電併給装置にて発生する熱のうちの未使用となる熱にて貯湯槽に貯湯する貯湯手段と、運転を制御する運転制御手段とが設けられ、
前記運転制御手段が、複数の単位時間からなる運転周期における予測電力負荷データ及び予測熱負荷データを単位時間毎に区分けして管理して、その管理している予測電力負荷データ及び予測熱負荷データに基づいて、発電出力を前記予測電力負荷データに追従させる電主運転を行う形態で、前記熱電併給装置の計画運転を実行するように構成されたものであって、
前記運転制御手段が、
運転周期の開始時点において、その運転周期の予測電力負荷データに対して電主運転を行うと仮定したときにおける時間経過に伴う前記貯湯槽の予測貯湯量が設定上限量よりも多くなる貯湯不能状態にならない場合には、その運転周期における全ての単位時間を運転する単位時間として定める状態で、且つ、前記貯湯不能状態となる場合には、その貯湯不能状態になる単位時間以前の単位時間のうちで、前記熱電併給装置を運転することによる運転メリットの程度が小さい単位時間ほど優先して停止させる単位時間として定める形態で、運転周期の全ての単位時間において前記貯湯不能状態にならないように、各単位時間について運転する単位時間と運転停止する単位時間とを定める状態で、前記熱電併給装置の計画運転を実行するように構成されている点を特徴とする。
【００１１】
即ち、運転制御手段は、運転周期の開始時点において、その運転周期の予測電力負荷データに対して電主運転を行うと仮定したときにおける時間経過に伴う貯湯槽の予測貯湯量が設定上限量よりも多くなる貯湯不能状態にならない場合には、その運転周期における全ての単位時間を運転する単位時間として定め、且つ、貯湯不能状態となる場合には、その貯湯不能状態になる単位時間以前の単位時間のうちで、熱電併給装置を運転することによる運転メリットの程度が小さい単位時間ほど優先して停止させる単位時間として定める形態で、運転周期の全ての単位時間において貯湯不能状態にならないように、各単位時間について運転する単位時間と運転停止する単位時間とを定めて、運転する単位時間として定めた単位時間では発電出力を現電力負荷に追従させる電主運転を行い、運転停止する単位時間として定めた単位時間では熱電併給装置を停止させる形態で、計画運転を実行する。
【００１２】
つまり、運転周期の予測電力負荷データに対して電主運転を行うと仮定したときに、貯湯不能状態にならない場合には、その運転周期における全ての単位時間を運転する単位時間として定めて、運転周期の全時間帯にわたって熱電併給装置を運転する。
【００１３】
一方、運転周期の予測電力負荷データに対して電主運転を行うと仮定したときに、運転周期のいずれかの単位時間が貯湯不能状態になる場合には、その貯湯不能状態になる単位時間以前の単位時間のうちで、例えば、運転メリットの程度が最も小さい単位時間を運転停止する単位時間として定め且つ残りの単位時間を運転する単位時間として定めて、運転停止する単位時間では熱電併給装置を停止し且つ運転する単位時間では予測電力負荷データに対して電主運転を行うと仮定して、貯湯不能状態になる単位時間が生じるか否かを判別する。
貯湯不能状態になる単位時間が生じる場合には、再度、運転する単位時間の夫々について運転メリットを求めて、先に定めた運転停止する単位時間に加えて、運転メリットの程度が最も小さい単位時間を運転停止する単位時間として定めて、運転停止する単位時間では熱電併給装置を停止し且つ運転する単位時間では予測電力負荷データに対して電主運転を行うと仮定して、貯湯不能状態になる単位時間が生じるか否かを判別する処理を、運転停止する単位時間が追加設定される形態で、貯湯不能状態になる単位時間が生じなくなるまで繰り返し、貯湯不能状態になる単位時間が生じなくなったときの処理の結果により、各単位時間について運転する単位時間と運転停止する単位時間とを定める。
そして、運転する単位時間として定めた単位時間では発電出力を現電力負荷に追従させる電主運転を行い、運転停止する単位時間として定めた単位時間では熱電併給装置を停止させることになる。
【００１４】
要するに、貯湯槽を小容量化した場合においても、設置箇所での熱負荷が大きく、しかも、電力負荷に対して熱負荷のバランスが良いときには、貯湯不能状態になることなく熱電併給装置を連続して運転して、熱電併給装置から発生する電力及び熱を無駄なく消費することができるようになって、運転メリットを的確に向上させることが可能となり、一方、設置箇所での熱負荷が小さい、あるいは、電力負荷に対して熱負荷のバランスが悪い時は、貯湯不能状態になるのを抑制すべく熱電併給装置を停止させるにしても、運転メリットが小さい単位時間において熱電併給装置を停止させ、運転メリットが大きい単位時間において熱電併給装置を運転するようになるので、運転メリットを的確に向上させることが可能となる。
【００１５】
従って、運転制御手段により上記のように計画運転が実行されるので、貯湯槽を小容量化した場合においても、運転メリットを的確に向上させるように計画運転を実行し得るコージェネレーションシステムを提供することができるようになった。
【００１６】
第２特徴構成は、電力と熱とを併せて発生する熱電併給装置と、その熱電併給装置にて発生する熱のうちの未使用となる熱にて貯湯槽に貯湯する貯湯手段と、運転を制御する運転制御手段とが設けられ、
前記運転制御手段が、複数の単位時間からなる運転周期における予測電力負荷データ及び予測熱負荷データを単位時間毎に区分けして管理して、その管理している予測電力負荷データ及び予測熱負荷データに基づいて、発電出力を前記予測電力負荷データに追従させる電主運転を行う形態で、前記熱電併給装置の計画運転を実行するように構成されたものであって、
前記運転制御手段が、
運転周期の開始時点において、その運転周期の複数の単位時間のうちの選択した単位時間を予測電力負荷データに対して電主運転を行う単位時間とし且つ残る単位時間を運転停止する単位時間とする形態で、その運転周期における複数の単位時間のうちの電主運転を行う単位時間の組み合わせを異ならせた全ての仮運転パターンのうちで、その運転周期の予測電力負荷データに対して電主運転を行うと仮定したときにおける時間経過に伴う前記貯湯槽の予測貯湯量が設定上限量よりも多くなる貯湯不能状態にならない仮運転パターンであり、且つ、前記熱電併給装置を運転することによる運転メリットの程度が最も大きい仮運転パターンに基づいて、各単位時間について運転する単位時間と運転停止する単位時間とを定める状態で、前記熱電併給装置の計画運転を実行するように構成されている点を特徴とする。
【００１７】
即ち、運転制御手段は、運転周期の開始時点において、その運転周期の複数の単位時間のうちの選択した単位時間を予測電力負荷データに対して電主運転を行う単位時間とし且つ残る単位時間を運転停止する単位時間とする形態で、その運転周期における複数の単位時間のうちの電主運転を行う単位時間の組み合わせを異ならせた全ての仮運転パターンのうちで、その運転周期の予測電力負荷データに対して電主運転を行うと仮定したときにおける時間経過に伴う貯湯槽の予測貯湯量が設定上限量よりも多くなる貯湯不能状態にならない仮運転パターンであり、且つ、熱電併給装置を運転することによる運転メリットの程度が最も大きい仮運転パターンを求め、そのように求めた仮運転パターンに基づいて、各単位時間について運転する単位時間と運転停止する単位時間とを定めて、運転する単位時間として定めた単位時間では発電出力を現電力負荷に追従させる電主運転を行い、運転停止する単位時間として定めた単位時間では熱電併給装置を停止する形態で、計画運転を実行する。
【００１８】
つまり、運転周期の複数の単位時間のうちの選択した単位時間を予測電力負荷データに対して電主運転を行う単位時間とし且つ残る単位時間を運転停止する単位時間とする形態で、その運転周期における複数の単位時間のうちの電主運転を行う単位時間の組み合わせを異ならせた全ての仮運転パターンとしては、例えば、運転周期を１日とし、単位時間を１時間とすると、２４の単位時間全てを運転停止する単位時間とする仮運転パターンを含めて、２24通りの仮運転パターンがある。
このような全ての仮運転パターンのうちから、電主運転を行う単位時間として選択した単位時間について、その単位時間の予測電力負荷データに対して電主運転を行うと仮定したときに、貯湯不能状態となる単位時間が生じず且つ運転メリットの程度が最も大きい仮運転パターンを求めて、そのように求めた仮運転パターンに基づいて、各単位時間について運転する単位時間と運転停止する単位時間とを定める。
ちなみに、予測熱負荷データが大きく、しかも、予測電力負荷データの大小に対して予測熱負荷データの大小のバランスが良いときには、運転周期の全ての単位時間を電主運転を行う単位時間とする仮運転パターンが、貯湯不能状態となる単位時間が生じず且つ運転メリットの程度が最も大きい仮運転パターンとして求められる。
そして、運転する単位時間として定めた単位時間では発電出力を現電力負荷に追従させる電主運転を行い、運転停止する単位時間として定めた単位時間では熱電併給装置を停止させることになる。
【００１９】
要するに、貯湯槽を小容量化した場合においても、設置箇所での熱負荷が大きく、しかも、電力負荷に対して熱負荷のバランスが良いときには、貯湯不能状態になることなく熱電併給装置を連続して運転して、熱電併給装置から発生する電力及び熱を無駄なく消費することができるようになって、運転メリットを的確に向上させることが可能となり、一方、設置箇所での熱負荷が小さい、あるいは、電力負荷に対して熱負荷のバランスが悪い時は、貯湯不能状態になるのを抑制すべく熱電併給装置を停止させるにしても、運転メリットが小さい単位時間において熱電併給装置を停止させ、運転メリットが大きい単位時間において熱電併給装置を運転するようになるので、運転メリットを的確に向上させることが可能となる。
【００２０】
従って、運転制御手段により上記のように計画運転が実行されるので、貯湯槽を小容量化した場合においても、運転メリットを的確に向上させるように計画運転を実行し得るコージェネレーションシステムを提供することができるようになった。
【００２１】
第３特徴構成は、上記第１又は第２特徴構成に加えて、
前記運転制御手段が、運転する単位時間のうち、運転停止する単位時間ののちに運転する単位時間の運転メリットを、前記熱電併給装置を起動させるのに要するエネルギを考慮した状態で求めるように構成されている点を特徴とする。
【００２２】
即ち、運転制御手段は、運転する単位時間のうち、運転停止する単位時間ののちに運転する単位時間の運転メリットを、熱電併給装置を起動させるのに要するエネルギを考慮した状態で求める。
【００２３】
つまり、熱電併給装置を起動させるときには、熱電併給装置が例えば燃料電池にて構成されている場合は、その燃料電池を発電反応が可能な温度にまで昇温させるために消費するエネルギ等、定常状態で作動しているときに消費するエネルギに加えて、余分の起動用のエネルギ（以下、起動エネルギと記載する場合がある）が消費される。
そこで、上記の第１及び第２の各特徴構成について説明した如く、熱電併給装置の計画運転を実行するために、運転周期の各単位時間について運転する単位時間と運転停止する単位時間とを定めるに当たって、運転する単位時間の夫々について運転メリットを求めるときには、運転停止する単位時間ののちに運転する単位時間については、起動エネルギを考慮した状態で求めるようにすることにより、より一層的確に運転メリットを向上させることができるように、運転周期の各単位時間について運転する単位時間と運転停止する単位時間とを定めることができる。
従って、運転メリットをより一層的確に向上させることができるようになった。
【００２４】
第４特徴構成は、上記第１〜第３特徴構成のいずれかに加えて、
前記運転制御手段が、
運転する１つ又は連続する複数の単位時間について、前記熱電併給装置を運転することによりその運転する単位時間の終了時点において前記貯湯槽に貯えられると予測される予測貯湯熱量を求めるように構成され、且つ、
運転する単位時間の開始時点に前記熱電併給装置の運転を開始した後、その運転開始後の前記貯湯槽の実際の貯湯熱量が運転する単位時間の終了時点において前記予測貯湯熱量に達しないときは、前記予測貯湯熱量に達するまで前記熱電併給装置の運転を継続するように構成されている点を特徴とする。
【００２５】
即ち、運転制御手段は、運転する１つ又は連続する複数の単位時間について、熱電併給装置を運転することによりその運転する単位時間の終了時点において貯湯槽に貯えられると予測される予測貯湯熱量を求める。
そして、運転する単位時間の開始時点に熱電併給装置の運転を開始した後、その運転開始後の貯湯槽の実際の貯湯熱量が運転する単位時間の終了時点において予測貯湯熱量に達しないときは、予測貯湯熱量に達するまで熱電併給装置の運転を継続する。
【００２６】
つまり、予測電力負荷データ及び予測熱負荷データに基づいて、貯湯不能状態になる単位時間が生じないように、運転周期の各単位時間について運転する単位時間と運転停止する単位時間とを定めて、熱電併給装置の計画運転を実行するようにしたとしても、実際の電力負荷が予測電力負荷データから変動したり、実際の熱負荷が予測熱負荷データから変動して、運転する単位時間の開始時点からの運転開始後の貯湯槽の実際の貯湯熱量が、その運転する単位時間の終了時点に達しても予測貯湯熱量に達しない事態が生じる場合がある。
【００２７】
そこで、運転する１つ又は連続する複数の単位時間について、その運転する単位時間の終了時点において貯湯槽に貯えられると予測される予測貯湯熱量を求め、運転する単位時間の開始時点からの運転開始後の貯湯槽の実際の貯湯熱量が、運転する単位時間の終了時点に達しても予測貯湯熱量に達しないときは、予測貯湯熱量に達するまで熱電併給装置の運転を継続するようにする。
そのようにすることにより、実際の電力負荷が予測電力負荷データから変動したり、実際の熱負荷が予測熱負荷データから変動したとしても、運転する単位時間の終了時点において貯湯槽に貯えられると予測された予測貯湯熱量が実際に貯湯槽に貯えられるようにすることが可能となるので、貯湯槽の実際の貯湯熱量が不足することをも十分に抑制することができるものとなる。
従って、貯湯不能状態になるのを抑制しながら、貯湯槽の実際の貯湯熱量が不足することをも抑制することができるようになった。
【００２８】
第５特徴構成は、上記第１〜第４特徴構成のいずれかに加えて、
前記運転メリットが、省エネルギ性、経済性又は環境性である点を特徴とする。
【００２９】
即ち、運転メリットが、省エネルギ性、経済性又は環境性であるので、省エネルギ性、経済性又は環境性を向上させるように、運転周期の各単位時間について運転する単位時間と運転停止する単位時間とが定められて、熱電併給装置の計画運転が実行される。
従って、省エネルギ性、経済性又は環境性を的確に向上させるように、熱電併給装置を運転することができるようになった。
【００３０】
第６特徴構成は、上記第１〜第５特徴構成のいずれかに加えて、
前記運転制御手段が、前記貯湯槽の実貯湯量が設定上限量以上になると、前記熱電併給装置を停止させるように構成されている点を特徴とする。
【００３１】
即ち、運転制御手段は、予測電力負荷データ及び予測熱負荷データに基づいて、貯湯不能状態になる単位時間が生じないように運転周期の各単位時間について運転する単位時間と運転停止する単位時間とを定めて、熱電併給装置の計画運転を実行するが、実際の電力負荷が予測電力負荷データよりも多くなったり、実際の熱負荷が予測熱負荷データよりも少なくなって、貯湯槽の実貯湯量が設定上限量以上になると、熱電併給装置を停止させる。
【００３２】
つまり、熱電併給装置にて発生する熱を空気中に放熱させるラジエータを設けて、貯湯槽の実貯湯量が設定上限量以上になると、貯湯手段の作動を停止して、熱電併給装置にて発生する熱をラジエータにて放熱させるようにして、貯湯槽の実貯湯量が設定上限量以上になっても熱電併給装置の運転を継続させるように構成する場合があるが、この場合は、ラジエータを設ける分、コージェネレーションシステムが大型化する。
そこで、貯湯槽の実貯湯量が設定上限量以上になると熱電併給装置を停止させるように構成することにより、例えば、前述の如きラジエータを省略することが可能となり、コージェネレーションシステムを一層小型化することができるようになった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
〔第１実施形態〕
以下、図面に基づいて、本発明の第１実施形態を説明する。
コージェネレーションシステムＳは、図２及び図３に示すように、電力と熱とを併せて発生する熱電併給装置としての燃料電池１と、その燃料電池１が発生する熱を冷却水にて回収し、その冷却水を利用して、貯湯槽２への貯湯及び熱消費端末３への熱媒供給を行う貯湯ユニット４と、燃料電池１及び貯湯ユニット４の運転を制御する運転制御手段としての運転制御部５などから構成されている。
【００３４】
このコージェネレーションシステムＳは、例えば集合住宅の各住戸夫々に設けられ、図１に示すように、このように集合住宅等に設けられた複数のコージェネレーションシステムＳ夫々の燃料電池１を対象に、１基の燃料ガス生成システムＲから、燃料ガス供給路４１を通じて発電用の水素を含有する燃料ガスが供給されるように構成されている。
図１及び図２に示すように、各燃料電池１に各別に燃料ガスを供給すべく、前記燃料ガス供給路４１から並列状に分岐された個別供給路４１ｂには、燃料ガスの供給を断続する燃料供給断続弁４２、及び、燃料ガスの供給量を調節する燃料供給量調節弁４３が設けられている。
そして、燃料供給量調節弁４３により前記燃料電池１への燃料ガスの供給量を調節することにより、前記燃料電池１の発電電力を調節するように構成されている。
【００３５】
前記燃料電池１は、周知であるので、詳細な説明及び図示を省略して簡単に説明すると、前記燃料ガス供給路４１を通して供給される燃料ガス中の水素とブロア（図示省略）にて供給される空気中の水素との電気化学反応により発電するように構成されている。
【００３６】
前記燃料ガス生成システムＲも周知であるので、詳細な説明及び図示を省略して簡単に説明すると、都市ガス（例えば、天然ガスベースの都市ガス）等の炭化水素系の原燃料ガスを脱硫処理する脱硫器、水蒸気を生成する水蒸気生成器、前記脱硫器から供給される脱硫原燃料ガスと前記水蒸気生成器から供給される水蒸気とを改質反応させて水素を主成分とする改質ガスを生成する改質器、その改質器から供給される改質ガス中の一酸化炭素を水蒸気にて二酸化炭素に変成処理する変成器、その変成器から供給される改質ガス中の一酸化炭素をブロアから供給される選択酸化用空気にて選択酸化する一酸化炭素除去器等から構成され、変成処理及び選択酸化処理により一酸化炭素を低減した改質ガスを燃料ガスとして各燃料電池１に供給するように構成されている。
【００３７】
そして、複数の燃料電池１のうちの一部が前記断続弁４２の閉弁により燃料ガスの供給が中断されて運転が中断されたとしても、他の燃料電池１は燃料ガスの供給が継続されて運転が継続されるので、この燃料ガス生成システムＲは、各燃料電池１の運転の断続に拘わらず、連続して運転されるように構成されている。
ちなみに、燃料ガス生成システムＲは、例えば、燃料ガスの供給圧力を一定に維持するように原燃料ガスの受入量を調節する等により、燃料ガスの生成量を調節するように構成されていて、複数の燃料電池１のうちの一部の運転が中断されたり、運転中断中の燃料電池１の運転が再開されたりして、燃料ガス供給対象の複数の燃料電池１での燃料ガス消費量が変動したとしても、その変動に応じて燃料ガスの生成量が調節されるように構成されている。
【００３８】
図２及び図３に基づいて、前記コージェネレーションシステムＳについて、説明を加える。
前記燃料電池１は、その出力を調整可能に構成され、その燃料電池１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、そのインバータ６は、燃料電池１の発電電力を商用電源７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。
前記商用電源７は、例えば、単相３線式１００／２００Ｖであり、受電電力供給ライン８を介して、テレビ、冷蔵庫、洗濯機などの電力負荷９に電気的に接続されている。
また、インバータ６は、発電電力供給ライン１０を介して受電電力供給ライン８に電気的に接続され、燃料電池１からの発電電力がインバータ６及び発電電力供給ライン１０を介して電力負荷９に供給するように構成されている。
【００３９】
前記受電電力供給ライン８には、電力負荷９の負荷電力を計測する電力負荷計測手段１１が設けられ、この電力負荷計測手段１１は、受電電力供給ライン８を通して流れる電流に逆潮流が発生するか否かをも検出するように構成されている。
そして、逆潮流が生じないように、インバータ６により燃料電池１から受電電力供給ライン８に供給される電力が制御され、発電電力の余剰電力は、その余剰電力を熱に代えて回収する電気ヒータ１２に供給されるように構成されている。
【００４０】
前記電気ヒータ１２は、複数の電気ヒータから構成され、冷却水循環ポンプ１５の作動により冷却水循環路１３を通流する燃料電池１の冷却水を加熱するように設けられ、インバータ６の出力側に接続された作動スイッチ１４によりＯＮ／ＯＦＦが切り換えられている。
また、作動スイッチ１４は、余剰電力の大きさが大きくなるほど、電気ヒータ１２の消費電力が大きくなるように、余剰電力の大きさに応じて電気ヒータ１２の消費電力を調整するように構成されている。
尚、電気ヒータ１２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１２のＯＮ／ＯＦＦを切り換える構成以外に、その電気ヒータ１２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。
【００４１】
前記貯湯ユニット４は、温度成層を形成する状態で湯水を貯湯する前記貯湯槽２、湯水循環路１６を通して貯湯槽２内の湯水を循環させる湯水循環ポンプ１７、熱源用循環路２０を通して熱源用湯水を循環させる熱源用循環ポンプ２１、熱媒循環路２２を通して熱媒を前記熱消費端末３に循環供給させる熱媒循環ポンプ２３、前記湯水循環路１６を通流する湯水を加熱させる貯湯用熱交換器２４、前記熱源用循環路２０を通流する熱源用湯水を加熱させる熱源用熱交換器２５、前記熱媒循環路２２を通流する熱媒を加熱させる熱媒加熱用熱交換器２６、貯湯槽２内から取り出されて給湯路２７を通流する湯水及び前記熱源用循環路２０を通流する熱源用湯水を加熱させる補助加熱器２８などを備えて構成されている。
【００４２】
前記湯水循環路１６は、前記貯湯槽２の底部と頂部とに接続されて、前記湯水循環ポンプ１７により、貯湯槽２の底部から取り出した湯水を貯湯槽２の頂部に戻す形態で貯湯槽２の湯水を湯水循環路１６を通して循環させ、そのように湯水循環路１６を通して循環される湯水を前記貯湯用熱交換器２４にて加熱することにより、貯湯槽２に温度成層を形成する状態で湯水が貯湯されるように構成されている。
前記給湯路２７は、前記湯水循環路１６における前記貯湯用熱交換器２４よりも下流側の箇所を介して前記貯湯槽２に接続され、その給湯路２７を通して前記貯湯槽２内の湯水が浴槽、給湯栓、シャワー等の給湯先に給湯され、そのように給湯されるに伴って、貯湯槽２に給水すべく、給水路１８が貯湯槽２の底部に接続されている。
【００４３】
前記熱源用循環路２０は、前記給湯路２７の一部を共用する状態で循環経路を形成するように設けられ、その熱源用循環路２０には、熱源用湯水の通流を断続させる熱源用断続弁２９が設けられている。
【００４４】
前記補助加熱器２８は、前記給湯路２７における前記熱源用循環路２０との共用部分に設けられた補助加熱用熱交換器２８ａ、その補助加熱用熱交換器２８ａを加熱するバーナ２８ｂ、そのバーナ２８ｂに燃焼用空気を供給するファン２８ｃ、補助加熱器２８の運転を制御する燃焼制御部（図示省略）等を備えて構成され、その燃焼制御部により、補助加熱用熱交換器２８ａに供給される湯水を目標出湯温度に加熱して出湯すべく、バーナ２８ｂへのガス燃料の供給量を調節するように構成されている。
【００４５】
前記冷却水循環路１３は、前記貯湯用熱交換器２４側と前記熱源用熱交換器２５側とに分岐され、その分岐箇所に、冷却水循環路１３の冷却水の全量を貯湯用熱交換器２４側に通流させる貯湯用通流状態と、冷却水循環路１３の冷却水の全量を熱源用熱交換器２５側に通流させる暖房用通流状態とに切り換える切換用三方弁３０が設けられている。
【００４６】
前記貯湯用熱交換器２４においては、燃料電池１の発生熱を回収した冷却水循環路１３の冷却水を通流させることにより、湯水循環路１６を通流する湯水を加熱させるように構成されている。前記熱源用熱交換器２５においては、燃料電池１の発生熱を回収した冷却水循環路１３の冷却水を通流させることにより、熱源用循環路２０を通流する熱源用湯水を加熱させるように構成されている。
前記熱媒加熱用熱交換器２６においては、熱源用熱交換器２５や補助加熱器２８にて加熱された熱源用湯水を通流させることにより、熱媒循環路２２を通流する熱媒を加熱させるように構成されている。前記熱消費端末３は、床暖房装置や浴室暖房装置などの暖房端末にて構成されている。
【００４７】
前記給湯路２７には、前記給湯先に湯水を給湯するときの給湯熱負荷を計測する給湯熱負荷計測手段３１が設けられ、又、前記熱消費端末３での端末熱負荷を計測する端末熱負荷計測手段３２も設けられている。尚、図示は省略するが、これら給湯熱負荷計測手段３１及び端末熱負荷計測手段３２は、通流する湯水や熱媒の温度を検出する温度センサと、湯水や熱媒の流量を検出する流量センサとを備えて構成され、温度センサの検出温度と流量センサの検出流量とに基づいて熱負荷を検出するように構成されている。
【００４８】
前記湯水循環路１６における前記貯湯用熱交換器２４よりも下流側の箇所に、前記貯湯用熱交換器２４にて加熱されて貯湯槽２に供給される湯水の温度を検出する貯湯温度センサＳｈが設けられている。
又、前記貯湯槽２には、その貯湯熱量の検出用として、貯湯槽２の上層部の上端位置の湯水の温度を検出する上端温度センサＳ１、貯湯槽２の上層部と中層部との境界位置の湯水の温度を検出する中間上位温度センサＳ２、貯湯槽２の中層部と下層部との境界位置の湯水の温度を検出する中間下位温度センサＳ３、貯湯槽２の下層部の下端位置の湯水の温度を検出する下端温度センサＳ４が設けられ、更に、前記給水路１８には、貯湯槽２に供給される水の給水温度を検出する給水温度センサＳｉが設けられている。
【００４９】
前記運転制御部５による前記貯湯槽２の貯湯熱量の演算方法について、説明を加える。
前記上端温度センサＳ１、中間上位温度センサＳ２、中間下位温度センサＳ３、下端温度センサＳ４夫々にて検出される貯湯槽２の湯水の温度を、夫々、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４とし、前記給水温度センサＳｉにて検出される給水温度をＴｉとし、上層部、中層部、下層部夫々の容量をＶとする。
又、前記上層部における重み係数をＡ１とし、前記中層部における重み係数をＡ２とし、前記下層部における重み係数をＡ３とし、エネルギ量の単位をワットとカロリー間で変換するための係数をα（例えば「８６０」に設定される）とすると、貯湯熱量（Ｗ）は、下記の（式１）にて演算することができる。
【００５０】
貯湯熱量＝｛（Ａ１×Ｔ１＋（１−Ａ１）×Ｔ２−Ｔｉ）×Ｖ
＋（Ａ２×Ｔ２＋（１−Ａ２）×Ｔ３−Ｔｉ）×Ｖ
＋（Ａ３×Ｔ３＋（１−Ａ３）×Ｔ４−Ｔｉ）×Ｖ｝÷α……………（式１）
【００５１】
重み係数Ａ１、Ａ２、Ａ３は、貯湯槽２の各層における過去の温度分布データを考慮した経験値である。ここで、Ａ１、Ａ２、Ａ３としては、例えば、Ａ１＝Ａ２＝０．２、Ａ３＝０．５である。Ａ１＝Ａ２＝０．２とは、上層部においては温度Ｔ２の影響が温度Ｔ１の影響よりも大きいことを示す。これは、上層部の８割の部分は温度Ｔ２に近く、２割の部分は温度Ｔ１に近いことを示す。これは、中層部においても同様である。下層部においては、温度Ｔ３とＴ４の影響が同じであることを示す。
【００５２】
前記運転制御部５は、前記燃料電池１の運転中には前記冷却水循環ポンプ１５を作動させる状態で、燃料電池１の運転を制御し、並びに、前記湯水循環ポンプ１７、前記熱源用循環ポンプ２１、前記熱媒循環ポンプ２３、前記熱源用断続弁２９及び前記切換用三方弁３０夫々の作動を制御することによって、貯湯槽２内に湯水を貯湯する貯湯運転や、熱消費端末３に熱媒を供給する熱媒供給運転を行うように構成されている。
【００５３】
前記運転制御部５は、熱消費端末３用の暖房リモコン（図示省略）から暖房運転の指令がされない状態では、前記貯湯運転を行い、その貯湯運転では、前記切換用三方弁３０を前記貯湯用通流状態に切り換え且つ熱源用断続弁２９を閉弁した状態で、前記貯湯温度センサＳｈの検出情報に基づいて、前記貯湯槽２に供給される湯水の温度が予め設定された目標貯湯温度（例えば６０°Ｃ）になるように湯水循環量を調節すべく、前記湯水循環ポンプ１７の作動を制御するように構成されている。そして、この貯湯運転により、目標貯湯温度の湯が貯湯槽２に貯湯されることになる。
【００５４】
又、前記運転制御部５は、前記暖房リモコンから暖房運転が指令されると、前記熱媒供給運転を行い、その熱媒供給運転では、前記切換用三方弁３０を前記暖房用通流状態に切り換え且つ熱源用断続弁２９を開弁した状態で、前記熱源用循環ポンプ２１を予め設定された暖房用回転速度にて作動させるように構成されている。
前記運転制御部５は、前記熱媒供給運転の実行中に前記暖房リモコンから暖房運転の停止が指令されると、前記切換用三方弁３０を前記貯湯用通流状態に切り換え、前記熱源用断続弁２９を閉弁し、前記熱源用循環ポンプ２１を停止させて、前記湯水循環ポンプ１７を作動させることにより、前記熱媒供給運転から前記貯湯運転に切り換えるように構成されている。
【００５５】
つまり、前記冷却水循環路１３、前記冷却水循環ポンプ１５、前記湯水循環路１６、前記湯水循環ポンプ１７、前記貯湯用熱交換器２４及び前記切換用三方弁３０等により、前記燃料電池１にて発生する熱のうちの未使用となる熱にて前記貯湯槽２に貯湯する貯湯手段Ｈが構成される。
【００５６】
そして、前記給湯路２７を通して前記貯湯槽２の湯水が給湯先に給湯されるとき、及び、前記熱媒供給運転の実行中は、前記補助加熱器２８の前記燃焼制御部は、補助加熱用熱交換器２８ａに供給される湯水の温度が前記目標出湯温度よりも低いときは、補助加熱用熱交換器２８ａに供給される湯水を前記目標出湯温度に加熱して出湯すべく、前記バーナ２８ｂへのガス燃料の供給量を調節することになる。
【００５７】
更に、前記運転制御部５は、前記貯湯運転の実行中に、前記下端温度センサＳ４の検出温度が予め設定した発電停止用設定温度以上になると、貯湯槽２の底部にまで貯湯されて、貯湯槽２の実貯湯量が設定上限量としての満杯量以上になったとして、前記冷却水循環ポンプ１５及び前記湯水循環ポンプ１７を停止させ、且つ、前記燃料供給断続弁４２を閉弁して、前記燃料電池１を停止するように構成されている。
【００５８】
つまり、このコージェネレーションシステムＳは、貯湯槽２の実貯湯量が設定上限量以上になると前記燃料電池１を停止するように構成して、燃料電池１の冷却水を放熱させるラジエータを省略し、更に、貯湯槽２の容量を例えば５０リットルの如く、通常の容量（例えば２００リットル）に比べて小容量化することにより、システムの小型化を図って、設置に必要なスペースのコンパクト化を図り、集合住宅の各住戸にも、容易に設置可能なように構成してある。
【００５９】
以下、前記運転制御部５による燃料電池１の運転の制御について説明を加える。
前記運転制御部５は、複数の単位時間からなる運転周期における予測電力負荷データ及び予測熱負荷データを単位時間毎に区分けして管理して、その管理している予測電力負荷データ及び予測熱負荷データに基づいて、発電出力を前記予測電力負荷データに追従させる電主運転を行う形態で、前記燃料電池１の計画運転を実行するように構成されている。
【００６０】
そして、本発明では、前記運転制御部５が、運転周期の開始時点において、その運転周期の予測電力負荷データに対して電主運転を行うと仮定したときにおける時間経過に伴う前記貯湯槽２の予測貯湯量が設定上限量よりも多くなる貯湯不能状態にならない場合には、その運転周期における全ての単位時間を運転する単位時間（以下、運転用単位時間と記載する場合がある）として定める状態で、且つ、前記貯湯不能状態となる場合には、その貯湯不能状態になる単位時間以前の単位時間のうちで、前記燃料電池１を運転することによる運転メリットの程度が小さい単位時間ほど優先して停止させる単位時間として定める形態で、運転周期の全ての単位時間において前記貯湯不能状態にならないように、各単位時間について運転用単位時間と運転停止する単位時間（以下、運転停止用単位時間と記載する場合がある）とを定める状態で、前記燃料電池１の計画運転を実行するように構成されている。
尚、この第１実施形態では、運転周期が１日に、単位時間が１時間にそれぞれ設定されている。
又、運転メリットとしては、燃料電池１を運転することによるエネルギ削減量が用いられる。
【００６１】
前記運転制御部５は、前記燃料電池１の運転中は、燃料電池１の発電出力を現在要求されている現電力負荷に追従させる電主運転を実行するように構成される。
運転制御部５は、電主運転において、５分等の比較的短い所定の出力調整周期毎に、現電力負荷を求め、最小出力（例えば２１０Ｗ）から最大出力（例えば７００Ｗ）の範囲内で、連続的に前記現電力負荷に追従する電主出力を決定し、燃料電池１の発電出力をその決定した電主出力に設定する。
【００６２】
尚、前記現電力負荷は、前記電力負荷計測手段１１の計測値及び前記インバータ６の出力値に基づいて計測し、更に、その現電力負荷は、前の出力調整周期において所定のサンプリング時間（例えば５秒）でサンプリングしたデータの平均値として求められる。
【００６３】
以下、燃料電池１の計画運転について、説明を加える。
先ず、時系列的な過去電力負荷データ及び時系列的な過去熱負荷データを管理して、その管理データに基づいて、時系列的な予測電力負荷データ及び時系列的な予測熱負荷データを求めるデータ管理処理について説明を加える。ちなみに、熱負荷は、前記給湯先に湯水を給湯するときの給湯熱負荷と、前記熱消費端末３での端末熱負荷とからなる。
そして、実給湯熱負荷は前記給湯熱負荷計測手段３１にて計測され、実端末熱負荷は前記端末熱負荷計測手段３２にて計測される。
そして、運転制御部５は、実電力負荷データ、実給湯熱負荷データ及び実端末熱負荷データを運転周期及び単位時間に対応付けて記憶することにより、過去の時系列的な電力負荷データ及び過去の時系列的な熱負荷データを、設定期間（例えば、運転日前の４週間）にわたって、運転周期毎に単位時間毎に対応付けて管理するように構成されている。
【００６４】
そして、前記運転制御部５は、運転周期の開始時点（例えば午前０時）において、時系列的な過去電力負荷データ及び時系列的な過去熱負荷データの管理データに基づいて、運転周期内において単位時間毎の時系列的な電力負荷及び時系列的な熱負荷を予測して、時系列的な予測熱負荷データ及び時系列的な予測電力負荷データを求めるように構成されている。ちなみに、時系列的な予測熱負荷データは、時系列的な予測給湯熱負荷データと、時系列的な予測端末熱負荷データとからなる。
例えば、図４に示すように、運転周期の開始時点において、その運転周期の予測電力負荷データ及び予測熱負荷データを単位時間毎に求めるように構成されている。
尚、図４において、単位時間の欄の「現在」は、運転周期の開始時点の単位時間を示し、「１，２，３……………」は、現在の単位時間から１番目、２番目、３番目……………の単位時間を示す。予測電力負荷データの単位は、ｋＷｈであり、予測給湯熱負荷データ及び予測端末熱負荷データ夫々の単位は、ｋｃａｌ／ｈである。
又、この実施形態では、熱消費端末３が運転されていないため実端末熱負荷が発生せず、時系列的な予測端末熱負荷データが運転周期の全ての単位時間にわたってゼロになっている。
【００６５】
次に、運転周期の各単位時間について運転用単位時間と運転停止用単位時間とを定める計画運転条件設定処理について、説明を加える。
この運転制御部５は、運転周期の開始時点において、運転周期の複数の単位時間夫々について、燃料電池１の予測発電出力、燃料電池１の予測熱出力、その予測熱出力のうち前記熱消費端末３にて利用可能な予測熱量（以下、予測暖房利用熱量と記載する場合がある）、予測熱出力のうち前記貯湯槽２への貯湯に利用可能な予測熱量（以下、予測貯湯可能熱量と記載する場合がある）、貯湯槽２に湯により貯えられると予測される熱量（以下、予測貯湯熱量と記載する場合がある）、貯湯槽２に貯えられると予測される湯量（以下、予測貯湯量と記載する場合がある）、貯湯槽２に貯湯される湯の予測温度（以下、予測貯湯温度と記載する場合がある）、貯湯槽２の予測貯湯熱量が予測給湯熱負荷に対して不足する予測不足熱量、貯湯槽２に貯湯されると予測される貯湯量のうち貯湯槽２の満杯量を越える分の湯水の熱量（以下、予測余り熱量と記載する場合がある）、貯湯槽２の予測貯湯熱量が予測給湯熱負荷に対して不足する単位時間までの時間である放熱時間、予測電力負荷及び予測熱負荷を賄うべく燃料電池１を運転したときの予測エネルギ消費量（以下、燃料電池運転時の予測エネルギ消費量と記載する場合がある）、予測電力負荷の全てを商用電源７からの商用電力にて賄い且つ予測熱負荷の全てを補助加熱器２８にて賄ったときの予測エネルギ消費量（以下、燃料電池停止時の予測エネルギ消費量）、及び、燃料電池１を運転することによる予測エネルギ削減量を求めるように構成されている。
【００６６】
予測発電出力、予測熱出力、予測暖房利用熱量、予測貯湯可能熱量、予測貯湯熱量、予測貯湯量、予測貯湯温度、予測不足熱量、予測余り熱量、放熱時間、燃料電池運転時の予測エネルギ消費量、燃料電池停止時の予測エネルギ消費量、及び、予測エネルギ削減量夫々の求め方について、説明を加える。
運転周期の複数の単位時間夫々の予測発電出力（ｋＷ）は、予測電力負荷が燃料電池１の最小出力以上且つ最大出力以下の範囲のときは予測電力負荷に設定され、予測電力負荷が燃料電池１の最小出力よりも小さいときはその最小出力に設定され、予測電力負荷が燃料電池１の最大出力よりも大きいときはその最大出力に設定される。
【００６７】
運転周期の複数の単位時間夫々の予測熱出力（ｋｃａｌ／ｈ）は、下記の式２にて求められる。
【００６８】
予測熱出力＝｛（α×予測発電電力）÷発電効率）｝×熱効率−ベース放熱量……………（式２）
【００６９】
但し、αは、エネルギ量の単位をワットとカロリー間で変換するための係数であり、例えば「８６０」に設定される。
発電効率及び熱効率は、予め、図７に示すように、発電出力に応じて設定されて、前記運転制御部５に記憶されている。そして、運転制御部５は、発電効率及び熱効率の記憶情報から予測発電出力に応じた発電効率及び熱効率を求めるように構成されている。
ベース放熱量は、このコージェネレーションシステムＳにおいて、熱電併給装置１の発生熱量のうち、貯湯槽２への貯湯及び熱消費端末３による暖房に用いられることなく放熱される熱量であり、例えば９０ｋｃａｌ／ｈ（０．１０５ｋＷｈ）に設定されて、運転制御部５に記憶されている。
【００７０】
運転周期の複数の単位時間夫々の予測貯湯可能熱量は、燃料電池１の予測熱出力のうち、予測暖房利用熱量以外の熱量であり、この実施形態では、熱消費端末３が運転されていないので、運転周期の複数の単位時間夫々の予測貯湯可能熱量は、燃料電池１の予測熱出力となる。
【００７１】
尚、前記運転制御部５は、単位時間毎の熱消費端末３が運転された時間比率を、前記設定期間にわたって運転周期及び単位時間に対応付けて記憶して、その記憶データに基づいて、運転周期の開始時点において、運転周期内の単位時間毎の熱消費端末３の運転時間比率を予測して、時系列的な熱消費端末３の予測運転時間比率を求めるように構成している。例えば、単位時間の全体にわたって熱消費端末３が運転されたときの予測運転時間比率は、「１」であり、熱消費端末３が全く運転されなかったときの予測運転時間比率は、「０」である。
そして、前記運転制御部５は、各単位時間の燃料電池１の予測熱出力を熱消費端末３の予測運転時間比率にて比例配分することにより、予測貯湯可能熱出力及び予測暖房利用熱量を求めるように構成されている。
【００７２】
運転周期の最初の単位時間、即ち、現在の単位時間の予測貯湯温度は、前記上端温度センサＳ１の検出温度となる。
現在の単位時間の予測貯湯熱量は、前記上端温度センサＳ１、前記中間上位温度センサＳ２、前記中間下位温度センサＳ３、前記下端温度センサＳ４及び前記給水温度センサＳｉ夫々の検出温度に基づいて、上記の式１により求められる。
尚、この現在の単位時間の予測貯湯熱量は、現在の単位時間の開始時点での値を示す。
【００７３】
現在の単位時間の予測貯湯量（リットル）、予測不足熱量（ｋｃａｌ／ｈ）、予測余り熱量（ｋｃａｌ／ｈ）は、夫々、下記の式３、式４、式５により求められる。尚、これら現在の単位時間の予測貯湯量、予測不足熱量、予測余り熱量は、夫々、現在の単位時間の終了時点での値を示す。
但し、各式において、添え字「0」は、現在の単位時間を示す。
【００７４】
予測貯湯量0＝（予測貯湯熱量0−予測給湯熱負荷0）÷（予測貯湯温度0−水温）＋予測貯湯可能熱量0÷（貯湯温度設計値−水温）……………（式３）
【００７５】
但し、水温は、前記給水温度センサＳｉの検出温度とされ、この実施形態では１０°Ｃであり、貯湯温度設計値は、予め設定された値であり、例えば、６０°Ｃである。
上記の式３にて求められた予測貯湯量0が貯湯槽２の容量よりも大きいときは、予測貯湯量0は貯湯槽２の容量とされる。
又、（予測貯湯温度0−水温）＝０のときは、式３の第１項が０とされ、（予測貯湯温度設計値−水温）＝０のときは、式３の第２項が０とされる。
【００７６】
予測不足熱量0＝予測給湯熱負荷0−予測貯湯熱量0……………（式４）
【００７７】
但し、（予測給湯熱負荷0−予測貯湯熱量0）が０よりも小さいときは、予測不足熱量0は０とされる。
【００７８】
予測余り熱量0＝（予測貯湯量0−貯湯槽容量）×（予測貯湯温度0−水温）……………（式５）
【００７９】
但し、貯湯槽容量はこの実施形態では５０リットルであり、（予測貯湯量0−貯湯槽容量）が０よりも小さいときは、予測余り熱量0は０とされる。
又、上記の式３で予測貯湯量0を求め、その値が貯湯槽２の容量よりも大きいときは、予測貯湯量0は貯湯槽２の容量とするとしたが、式５における予測貯湯量0は、貯湯槽２の容量により修正していない値を用いる。
【００８０】
運転周期の２番目以降の各単位時間の予測貯湯熱量（ｋｃａｌ／ｈ）、予測貯湯量（リットル）、予測貯湯温度、予測不足熱量（ｋｃａｌ／ｈ）、予測余り熱量（ｋｃａｌ／ｈ）は、それぞれ、下記の式６、式７、式８、式９、式１０にて求められる。
但し、各式において、添え字「n」は、現在の単位時間からｎ番目の単位時間を示す。例えば、ｎ＝１のときは、運転周期の２番目の単位時間を示し、そのｎ＝１のときに、ｎ−１は、現在の単位時間を示す。
【００８１】
尚、運転周期の２番目以降の各単位時間の予測貯湯熱量は、各単位時間の開始時点、即ち、直前の単位時間の終了時点での値を示し、運転周期の２番目以降の各単位時間の予測貯湯量、予測貯湯温度、予測不足熱量、予測余り熱量は、夫々、各単位時間の終了時点、即ち、次の単位時間の開始時点での値を示す。
【００８２】
予測貯湯熱量n＝（予測貯湯温度n-1−水温）×予測貯湯量n-1……………（式６）
【００８３】
予測貯湯量n＝（予測貯湯熱量n−予測給湯熱負荷n）÷（予測貯湯温度n-1−水温）＋予測貯湯可能熱量n÷（貯湯温度設計値−水温）……………（式７）
【００８４】
但し、上記の式７にて求められた予測貯湯量nが貯湯槽２の容量よりも大きいときは、予測貯湯量nはタンクの容量とされる。
又、（予測貯湯温度n-1−水温）＝０のときは、式７の第１項が０とされ、（貯湯温度設計値−水温）＝０のときは、式７の第２項が０とされる。
【００８５】
予測貯湯温度n＝｛（予測貯湯熱量n−予測給湯熱負荷n）＋予測貯湯可能熱量n｝÷〔｛予測貯湯量n-1−予測給湯熱負荷n÷（予測貯湯温度n-1−水温）｝＋予測貯湯可能熱量n÷（貯湯温度設計値−水温）〕×（１−槽放熱率）＋水温……………（式８）
【００８６】
但し、槽放熱率は、貯湯槽２からの放熱率であり、予め設定されて（例えば、１．２％）、運転制御部５に記憶されている。
又、（予測貯湯温度n-1−水温）＝０のときは、｛予測貯湯量n-1−予測給湯熱負荷n÷（予測貯湯温度n-1−水温）｝は０とされ、（貯湯温度設計値−水温）＝０のときは、予測貯湯可能熱量n÷（貯湯温度設計値−水温）は０とされる。
又、（予測貯湯熱量n−予測給湯熱負荷n）＜０のときは、（予測貯湯熱量n−予測給湯熱負荷n）＝０とされ、｛予測貯湯量n-1−予測給湯熱負荷n÷（予測貯湯温度n-1−水温）｝＜０のときは、｛予測貯湯量n-1−予測給湯熱負荷n÷（予測貯湯温度n-1−水温）｝＝０とされる。
【００８７】
予測不足熱量n＝予測給湯熱負荷n−予測貯湯熱量n……………（式９）
【００８８】
予測余り熱量n＝（予測貯湯量n−貯湯槽容量）×（予測貯湯温度n−水温）……………（式１０）
【００８９】
但し、上記の式７で予測貯湯量nを求め、その値が貯湯槽２の容量よりも大きいときは、予測貯湯量nは貯湯槽２の容量とするとしたが、式１０における予測貯湯量nは、貯湯槽２の容量により修正していない値を用いる。
【００９０】
放熱時間は、予測不足熱量nが０よりも大きい単位時間、即ち、熱不足となる単位時間までの時間として求められる。
例えば、運転周期の全単位時間にわたって、熱不足とならない場合は、現在の単位時間の放熱時間は２４時間として求められ、２番目以降の単位時間の放熱時間は、単位時間が１つずつ進むのに伴って、放熱時間が２４時間から１時間ずつ短くなるように求められ、図４のように、運転周期の最終の単位時間で熱不足となる場合は、現在の単位時間の放熱時間は２３時間として求められ、２番目以降の単位時間の放熱時間は、単位時間が１つずつ進むのに伴って、放熱時間が２３時間から１時間ずつ短くなるように求められる。
【００９１】
つまり、貯湯槽２には温度成層を形成する状態で湯水が貯められて貯湯槽２の頂部から給湯され、熱不足にならない間は貯湯槽２に湯が貯められていて、その貯められている湯から放熱されることになるので、熱不足になる単位時間までの時間を、放熱時間として求めるように構成されている。
【００９２】
運転周期の各単位時間の燃料電池運転時の予測エネルギ消費量（ｋＷｈ）、燃料電池停止時の予測エネルギ消費量（ｋＷｈ）、予測エネルギ削減量（ｋＷｈ）は、夫々、下記の式１１、式１２、式１３により求められる。
【００９３】
燃料電池運転時の予測エネルギ消費量＝予測発電出力÷発電効率＋予測不足熱量÷給湯時給湯器効率÷α＋（予測電力負荷−予測発電出力）÷発電所効率……………（式１１）
【００９４】
燃料電池停止時の予測エネルギ消費量＝予測電力負荷÷発電所効率＋予測貯湯可能熱量×（１−槽放熱率）t÷給湯時給湯器効率÷α＋予測暖房利用熱量÷暖房時給湯器効率÷α＋予測不足熱量÷給湯時給湯器効率÷α……………（式１２）
【００９５】
予測エネルギ削減量＝燃料電池停止時エネルギ消費量−燃料電池運転時エネルギ消費量……………（式１３）
【００９６】
但し、
ｔ：放熱時間
発電所効率：商用電源における発電効率であり、例えば、３６．６％に設定される。
給湯時給湯器効率：補助加熱器２８にて給湯するときの熱効率であり、例えば７０％に設定される。
暖房時給湯器効率：補助加熱器２８にて熱消費端末３に供給する熱媒を加熱するときの熱効率であり、例えば６５％に設定される。
【００９７】
上述したように、この実施形態では、予測給湯熱負荷データ、予測端末熱負荷データ、予測熱出力、予測貯湯可能熱量、予測暖房利用熱量、予測貯湯熱量、予測不足熱量及び予測余り熱量夫々を、ｋｃａｌ／ｈにて示しているが、各値をαにて除することにより、ｋＷｈとして求めることができる。
【００９８】
前記運転制御部５は、運転周期の開始時点において、上述のように、運転周期の各単位時間の夫々について、燃料電池１の予測発電出力、燃料電池１の予測熱出力、予測貯湯可能熱量、予測暖房利用熱量、予測貯湯熱量、予測貯湯量、予測貯湯温度、予測不足熱量、予測余り熱量、放熱時間、燃料電池運転時の予測エネルギ消費量、燃料電池停止時の予測エネルギ消費量及び予測エネルギ削減量を求めて、予測余り熱量が０よりも大きくなる単位時間を、貯湯不能状態の単位時間であると判別する。
つまり、予測余り熱量は、上記の式５及び式１０により求められ、予測貯湯量が貯湯槽容量、即ち満杯量よりも多くなると、予測余り熱量が発生することになるので、運転周期の予測電力負荷データに対して電主運転を行うと仮定したときにおける時間経過に伴う前記貯湯槽２の予測貯湯量が設定上限量としての満杯量よりも多くなると、貯湯不能状態になると判別することになる。
【００９９】
そして、運転制御部５は、貯湯不能状態になる単位時間が生じない場合は、運転周期における全ての単位時間を運転用単位時間に設定する。
又、運転制御部５は、湯不能状態になる単位時間が生じる場合には、貯湯不能状態になる単位時間以前の単位時間のうちで、予測エネルギ削減量が最小の単位時間を運転停止用単位時間として定め且つ残りの単位時間を運転用単位時間として定めて、運転停止用単位時間では燃料電池１を停止し且つ運転用単位時間では予測電力負荷データに対して電主運転を行うと仮定して、運転周期の各単位時間について、予測貯湯熱量、予測貯湯量、予測貯湯温度、予測不足熱量、予測余り熱量を求め、且つ、各運転用単位時間について燃料電池運転時の予測エネルギ消費量、燃料電池停止時の予測エネルギ消費量及び予測エネルギ削減量を求めて、貯湯不能状態になる単位時間が生じるか否かを判別する運転停止単位時間設定処理を実行する。
【０１００】
例えば、図４に示すように、５番目の単位時間の予測エネルギ削減量が０．３８（ｋＷｈ）と最小であるので、この５番目の単位時間を運転停止用単位時間として定め、残りの単位時間を運転用単位時間として定めることになる。
【０１０１】
そして、運転制御部５は、貯湯不能状態になる単位時間が生じる間は、先に定めた運転停止用単位時間に加えて、貯湯不能状態になる単位時間以前の単位時間のうちで予測エネルギ削減量が最小の単位時間を運転停止用単位時間として追加設定する形態で、運転停止単位時間設定処理を繰り返し、貯湯不能状態になる単位時間が生じなくなったときの運転停止単位時間設定処理の結果により、各単位時間について運転用単位時間と運転停止用単位時間とを定める。
【０１０２】
例えば、図４に示す如き予測電力負荷データ及び予測熱負荷データの場合、図５に示すように、現在の単位時間、２番目から７番目の単位時間、及び、１１番目の単位時間を運転停止用単位時間として定め、残りの単位時間を運転用単位時間として定めると、貯湯不能状態になる単位時間が生じなくなる。
【０１０３】
そして、運転制御部５は、運転用単位時間として定めた単位時間では、燃料電池１の発電出力を現電力負荷に追従させる電主運転を行い、運転停止用単位時間として定めた単位時間では、燃料電池１を停止する。
【０１０４】
又、運転制御部５は、前記貯湯運転の実行中は、前記貯湯槽２の実貯湯熱量を、前記上端温度センサＳ１、前記中間上位温度センサＳ２、前記中間下位温度センサＳ３、前記下端温度センサＳ４及び前記給水温度センサＳｉ夫々の検出温度に基づいて、上記の式１により求めるように構成されている。
更に、運転制御部５は、運転する１つ又は連続する複数の単位時間について、前記燃料電池１を運転することによりその運転する単位時間の終了時点において前記貯湯槽２に貯えられると予測される予測貯湯熱量（以下、終了時点予測貯湯熱量と記載する場合がある）を求めるように構成され、且つ、運転する単位時間の開始時点に前記燃料電池１の運転を開始した後、その運転開始後の前記貯湯槽２の実際の貯湯熱量が運転する単位時間の終了時点において前記予測貯湯熱量に達しないときは、前記予測貯湯熱量に達するまで前記燃料電池１の運転を継続するように構成されている。
【０１０５】
説明を加えると、上述のように、各単位時間について求められる予測貯湯熱量は、各単位時間の開始時点、即ち、直前の単位時間の終了時点での値として求められるので、運転用単位時間が複数連続することなく１つだけ独立しているときは、その１つだけ独立している運転用単位時間の次の停止用単位時間の予測貯湯熱量が、終了時点予測貯湯熱量として求められ、複数の運転用単位時間が連続しているときは、その連続する複数の運転用単位時間のうちの最終の運転用単位時間の次の停止用単位時間の予測貯湯熱量が、終了時点予測貯湯熱量として求められる。
【０１０６】
そして、運転制御部５は、１つだけ独立している運転用単位時間については、その運転用単位時間の開始時点に前記燃料電池１の運転を開始した後、その運転開始後の前記貯湯槽２の実貯湯熱量がその運転用単位時間の終了時点に達しても終了時点予測貯湯熱量に達しないときは、その終了時点予測貯湯熱量に達するまで燃料電池１の運転を継続する。
又、運転制御部５は、連続する複数の運転用単位時間については、その連続する複数の運転用単位時間のうちの最初の運転用単位時間の開始時点に前記燃料電池１の運転を開始した後、その運転開始後の前記貯湯槽２の実貯湯熱量が、連続する複数の運転用単位時間のうちの最終の運転用単位時間の終了時点に達しても終了時予測貯湯熱量に達しないときは、その終了時点予測貯湯熱量に達するまで燃料電池１の運転を継続する。
【０１０７】
以下、燃料電池１の計画運転における運転制御部５の制御動作を、図８及び図９に示すフローチャートに基づいて、説明する。
図８に示すように、前記電力負荷計測手段１１の計測値、前記インバータ６の出力値、前記給湯熱負荷計測手段３１の計測値及び前記端末熱負荷計測手段３２の計測値等のデータを読み込んで、過去電力負荷データ及び過去熱負荷データを管理し、次の運転周期の開始時点になったか否かを判別して、次の運転周期の開始時点になると、管理している過去電力負荷データ及び過去熱負荷データに基づいて予測電力負荷データ及び予測熱負荷データを求め、続いて、運転周期の各単位時間について運転用単位時間と運転停止用単位時間とを定める計画運転条件設定処理を実行する（ステップ＃１〜５）。
【０１０８】
続いて、ステップ＃６において、燃料電池１が運転中か否かを判別して、運転中でないときは、ステップ＃７において、運転用単位時間の開始時点になったか否かを判別し、運転用単位時間の開始時点にならない場合は、そのままリターンし、運転用単位時間の開始時点になると、終了時点予測貯湯熱量を求めて、その求めた終了時予測貯湯熱量を目標貯湯熱量として設定し、燃料電池１の発電出力を現電力負荷に追従させる電主運転を開始して（ステップ＃８，９）、リターンする。
【０１０９】
つまり、ステップ＃７においては、１つだけ独立している運転用単位時間の場合は、その運転用単位時間の開始時点になったか否かを判別し、連続する複数の運転用単位時間の場合は、その連続する複数の運転用単位時間のうちの最初の運転用単位時間の開始時点になったか否かを判別することになる。
そして、上述したように、１つだけ独立している運転用単位時間の場合は、その１つだけ独立している運転用単位時間の次の停止用単位時間の予測貯湯熱量を、終了時点予測貯湯熱量として求め、連続する複数の運転用単位時間の場合は、その連続する複数の運転用単位時間のうちの最終の運転用単位時間の次の停止用単位時間の予測貯湯熱量を、終了時点予測貯湯熱量として求める。
【０１１０】
ステップ＃６において、燃料電池１が運転中であると判別すると、ステップ＃１０において、貯湯槽２の実貯湯量が設定上限量以上か否かを判別し、設定上限量以上でない場合は、ステップ＃１１において、現時点が運転用単位時間の終了時点よりも前か否かを判別する。
つまり、ステップ＃１１では、１つだけ独立している運転用単位時間の場合は、現時点がその運転用単位時間の終了時点よりも前か否かを判別し、連続する複数の運転用単位時間の場合は、現時点がその連続する複数の運転用単位時間のうちの最終の運転用単位時間の終了時点よりも前か否かを判別する。
【０１１１】
ちなみに、ステップ＃１０においては、前記下端温度センサＳ４の検出温度が前記発電停止用設定温度以上になると、貯湯槽２の実貯湯量が設定上限量としての満杯量以上になったと判別する。
【０１１２】
ステップ＃１１において、現時点が運転用単位時間の終了時点よりも前であると判別する間は、電主運転を継続し、ステップ＃１１において、現時点が運転用単位時間の終了時点である、又は、その終了時点を過ぎていると判別すると、ステップ＃１２において、現時点の貯湯槽２の実貯湯熱量が目標貯湯熱量以上か否かを判別して、実貯湯熱量が目標貯湯熱量未満の間は、電主運転を継続し、実貯湯熱量が目標貯湯熱量以上になると、ステップ＃１３において燃料電池１を停止して、リターンする。
【０１１３】
ステップ＃１０において、貯湯槽２の実貯湯量が設定上限量以上であると判別すると、ステップ＃１３において燃料電池１を停止して、リターンする。
この実施形態では、ステップ＃１０において、貯湯槽２の実貯湯量が設定上限量以上であると判別して燃料電池１を停止させると、運転停止用単位時間を経過して次の運転用単位時間の開始時点になるまでは、燃料電池１の停止を継続する構成となっている。従って、その燃料電池１の停止時点が連続する複数の運転用単位時間のうちの最終の運転用単位時間以外の単位時間であっても、その最終の運転用単位時間の終了時点を過ぎ、停止用単位時間を経過して次の運転用単位時間の開始時点になるまでは、燃料電池１の停止を継続することになる。
【０１１４】
次に、図９に基づいて、計画運転条件設定処理について、説明を加える。
先ず、上述のように、ステップ＃２１において、運転周期の各単位時間の夫々について、燃料電池１の予測発電出力、燃料電池１の予測熱出力、予測貯湯可能熱量、予測暖房利用熱量、予測貯湯熱量、予測貯湯量、予測貯湯温度、予測不足熱量、予測余り熱量、放熱時間、燃料電池運転時の予測エネルギ消費量、燃料電池停止時の予測エネルギ消費量及び予測エネルギ削減量を求めるデータ演算処理を実行し、続いて、ステップ＃２２において、貯湯不能状態になる単位時間が生じるか否かを判別する。
【０１１５】
ステップ＃２２において、貯湯不能状態になる単位時間が生じないと判別すると、運転周期の全単位時間を運転用単位時間に設定する（ステップ＃２３）。
ステップ＃２２において、貯湯不能状態になる単位時間が生じると判別すると、上述した運転停止単位時間設定処理を、貯湯不能状態になる単位時間が生じる間、先に定めた運転停止用単位時間に加えて、貯湯不能状態になる単位時間以前の単位時間のうちでエネルギ削減量が最小の単位時間を運転停止用単位時間として追加設定する形態で繰り返し、貯湯不能状態になる単位時間が生じなくなると、そのときに運転停止用単位時間として設定している単位時間以外の単位時間を運転停止用単位時間に設定する（ステップ＃２４〜２７）。
【０１１６】
上述のように計画運転条件設定処理を実行して、図５に示すように、運転周期の各単位時間について運転用単位時間と運転停止用単位時間とを定めて、運転用単位時間として定めた単位時間では発電出力を予測電力負荷に追従させる電主運転を行い、且つ、運転停止用単位時間として定めた単位時間では、熱電併給装置１を停止するとした場合、燃料電池１を運転することにより得られると予測されるエネルギ削減量（以下、総予測エネルギ削減量と記載する場合がある）は、運転用単位時間のエネルギ削減量を積算することにより求められ、１２．０２ｋＷｈとなる。
【０１１７】
ちなみに、貯湯槽２の実貯湯量が設定上限量以上になると燃料電池１を停止する状態で、単純に予測電力負荷に追従させる電主運転を行った場合、予測電力負荷データ及び予測熱負荷データが図４に示す如き場合では、図６に示すように、８番目〜１０番目、１３番目〜１６番目の単位時間において燃料電池１が停止されると予測され、この場合の総予測エネルギ削減量は、１１．２０ｋＷｈとなり、前述のように計画運転条件設定処理を行って、運転周期の各単位時間について運転用単位時間と運転停止用単位時間とを定めることにより、総予測エネルギ削減量を大きくすることが可能となる。
【０１１８】
この第１実施形態のコージェネレーションシステムＳでは、上述のように計画運転条件設定処理を行って、運転周期の各単位時間について運転用単位時間と運転停止用単位時間とを定めて、運転用単位時間として定められた単位時間では燃料電池１の発電出力を現電力負荷に追従させる電主運転を行い、運転停止用単位時間として定められた単位時間では燃料電池１を停止する形態で、燃料電池１の計画運転を実行するので、貯湯槽２を小容量化した場合においても、運転メリットとしてのエネルギ削減量を的確に向上させることができる。
【０１１９】
〔第２実施形態〕
以下、本発明の第２実施形態を説明するが、この第２実施形態は、燃料電池１の計画運転の別の実施形態を説明するものであるので、主として燃料電池１の計画運転について説明して、コージェネレーションシステムＳの全体構成等、上記の第１実施形態と同様の構成については、説明を省略する。
この第２実施形態では、前記運転制御部５が、運転周期の開始時点において、その運転周期の複数の単位時間のうちの選択した単位時間を予測電力負荷データに対して電主運転を行う単位時間とし且つ残る単位時間を運転停止用単位時間とする形態で、その運転周期における複数の単位時間のうちの電主運転を行う単位時間の組み合わせを異ならせた全ての仮運転パターンのうちで、その運転周期の予測電力負荷データに対して電主運転を行うと仮定したときにおける時間経過に伴う前記貯湯槽２の予測貯湯量が設定上限量よりも多くなる貯湯不能状態にならない仮運転パターンであり、且つ、前記燃料電池１を運転することによる運転メリットの程度が最も大きい仮運転パターンに基づいて、各単位時間について運転用単位時間と運転停止用単位時間とを定める状態で、前記燃料電池１の計画運転を実行するように構成されている。
尚、この第２実施形態においても、運転周期が１日に、単位時間が１時間にそれぞれ設定され、運転メリットは、燃料電池１を運転することによるエネルギ削減量が用いられる。
【０１２０】
つまり、この第２実施形態では、運転周期の各単位時間について運転用単位時間と運転停止用単位時間とを定める計画運転条件設定処理が第１実施形態と異なる。
以下、計画運転条件設定処理について説明を加える。
運転周期の複数の単位時間のうちの選択した単位時間を予測電力負荷データに対して電主運転を行う単位時間とし且つ残る単位時間を運転停止用単位時間とする形態で、その運転周期における複数の単位時間のうちの電主運転を行う単位時間の組み合わせを異ならせた全ての仮運転パターンとしては、２24通りある。
【０１２１】
運転制御部５は、全ての仮運転パターンのうち、電主運転を行う単位時間の数が少ない仮運転パターンから順に、運転用単位時間では予測電力負荷データに対して電主運転し且つ運転停止用単位時間では燃料電池１を停止したとして、運転周期の各単位時間について、上記の第１実施形態と同様に、燃料電池１の予測発電出力、燃料電池１の予測熱出力、予測貯湯可能熱量、予測暖房利用熱量、予測貯湯熱量、予測貯湯量、予測貯湯温度、予測不足熱量、予測余り熱量を求め、各運転用単位時間について、燃料電池運転時の予測エネルギ消費量、燃料電池停止時の予測エネルギ消費量及び予測エネルギ削減量を求めて、貯湯不能状態になる単位時間が生じるか否かを判別して、貯湯不能状態になる単位時間が生じない全ての仮運転パターンを選択し、それら貯湯不能状態になる単位時間が生じない全ての仮運転パターンについて、予測エネルギ削減量を積算した総予測エネルギ削減量を求めて、その総予測エネルギ削減量が最大となる仮運転パターンを正運転パターンに設定する。
そして、運転制御部５は、設定した正運転パターンに基づいて、各単位時間について運転用単位時間と運転停止用単位時間とを定める。
【０１２２】
運転制御部１は、第１実施形態と同様に、運転用単位時間として定めた単位時間では、燃料電池１の発電出力を現電力負荷に追従させる電主運転を行い、運転停止用単位時間として定めた単位時間では、燃料電池１を停止する。
【０１２３】
又、運転制御部５は、上記の第１実施形態と同様に、前記貯湯運転の実行中は、前記貯湯槽２の実貯湯熱量を、前記上端温度センサＳ１、前記中間上位温度センサＳ２、前記中間下位温度センサＳ３、前記下端温度センサＳ４及び前記給水温度センサＳｉ夫々の検出温度に基づいて、上記の式１により求めるように構成されている。
更に、運転制御部５は、上記の第１実施形態と同様に、運転する１つ又は連続する複数の単位時間について終了時点予測貯湯熱量を求めるように構成され、且つ、運転する単位時間の開始時点に前記燃料電池１の運転を開始した後、その運転開始後の前記貯湯槽２の実際の貯湯熱量が運転する単位時間の終了時点において前記予測貯湯熱量に達しないときは、前記予測貯湯熱量に達するまで前記燃料電池１の運転を継続するように構成されている。
尚、このように、終了時点予測貯湯熱量を求めてその終了時点予測貯湯熱量に基づいて燃料電池１の運転を制御するための運転制御部５の具体的な制御動作は、上記の第１実施形態において説明したのと同様であるので、説明を省略する。
【０１２４】
この第２実施形態において、燃料電池１の計画運転における運転制御部５の制御動作については、上述した計画運転条件設定処理の制御動作が異なる以外は、上記の第１実施形態において図８に示すフローチャートを用いて説明した制御動作と同様であるので、フローチャートを用いた説明は省略する。
【０１２５】
この第２実施形態のコージェネレーションシステムＳでは、上述のように計画運転条件設定処理を行って、運転周期の各単位時間について運転用単位時間と運転停止用単位時間とを定めて、運転用単位時間として定められた単位時間では燃料電池１の発電出力を現電力負荷に追従させる電主運転を行い、運転停止用単位時間として定められた単位時間では燃料電池１を停止する形態で、燃料電池１の計画運転を実行するので、貯湯槽２を小容量化した場合においても、運転メリットとしてのエネルギ削減量を的確に向上させることができる。
【０１２６】
〔別実施形態〕
次に別実施形態を説明する。
（イ）  燃料電池１の計画運転を実行する際に求める運転メリットとしては、上記の各実施形態において例示した予測エネルギ削減量等の省エネルギ性に限定されるものではなく、例えば、予測エネルギコスト削減額等の経済性や、予測二酸化炭素削減量等の環境性を用いても良い。
ちなみに、予測エネルギコスト削減額は、燃料電池１を運転させない場合のエネルギコストから、燃料電池１を運転したときのエネルギコストを減じて求めることができる。
燃料電池１を運転させない場合のエネルギコストは、予測電力負荷の全てを商用電源７から買電するときのコストと、予測熱負荷の全てを補助加熱器２８で賄うときのエネルギコスト（燃料コスト）の和として求められる。
一方、燃料電池１を運転したときのエネルギコストは、予測電力負荷及び予測熱負荷を燃料電池１の予測発電出力及び予測熱出力で補う場合の燃料電池１のエネルギコスト（燃料コスト）と、予測電力負荷から予測発電出力を差し引いた分に相当する不足電力量を商用電源７から買電するときのコストと、予測熱負荷から予測熱出力を差し引いた分に相当する不足熱量を補助加熱器２８の発生熱で補う場合のエネルギコスト（燃料コスト）との和として求められる。
【０１２７】
又、予測二酸化炭素削減量は、燃料電池１を運転させない場合の二酸化炭素発生量から、燃料電池１を運転したときの二酸化炭素発生量を減じて求めることができる。
燃料電池１を運転させない場合の二酸化炭素発生量は、予測電力負荷の全てを商用電源７から買電するときの二酸化炭素発生量と、予測熱負荷の全てを補助加熱器２８で賄うときの二酸化炭素発生量との和として求められる。
一方、燃料電池１を運転したときの二酸化炭素発生量は、予測電力負荷及び予測熱負荷を燃料電池１の予測発電出力及び予測熱出力で補う場合の燃料電池１からの二酸化炭素発生量と、予測電力負荷から予測発電出力を差し引いた分に相当する不足電力量を商用電源７から買電するときの二酸化炭素発生量と、予測熱負荷から予測熱出力を差し引いた分に相当する不足熱量を補助加熱器２８の発生熱で補う場合の二酸化炭素発生量との和として求められる。
【０１２８】
（ロ）  上記の各実施形態において、各運転用単位時間の運転メリットを求めるに当たって、運転用単位時間のうち、運転停止用単位時間ののちの運転用単位時間の運転メリットを、前記燃料電池１を起動させるのに要するエネルギを考慮した状態で求めるように構成しても良い。
例えば、運転メリットとして、上記の各実施形態と同様にエネルギ削減量を用いる場合、運転停止用単位時間の直後の１つの運転用単位時間における燃料電池運転時の予測エネルギ消費量を、下記の式１４にて求める。
【０１２９】
燃料電池運転時の予測エネルギ消費量＝予測発電出力÷発電効率＋予測不足熱量÷給湯時給湯器効率÷α＋（予測電力負荷−予測発電出力）÷発電所効率＋起動エネルギ……………（式１４）
【０１３０】
そして、運転停止用単位時間の直後の１つの運転用単位時間の予測エネルギ削減量は、上記の式１２により求めた燃料電池停止時の予測エネルギ消費量から、上記の式１４により求めた燃料電池運転時の予測エネルギ消費量を減じた値となる。
尚、運転停止用単位時間ののちに複数の運転用単位時間が連続して存在する場合は、連続する複数の運転用単位時間のうち、２番目以降の運転用単位時間の予測エネルギ削減量は、上記の式１２により求めた燃料電池停止時の予測エネルギ消費量から、上記の式１１により求めた燃料電池運転時の予測エネルギ消費量を減じた値となる。
【０１３１】
あるいは、運転停止用単位時間ののちの運転用単位時間における燃料電池運転時の予測エネルギ消費量を、下記の式１５にて求めても良い。
【０１３２】
燃料電池運転時の予測エネルギ消費量＝予測発電出力÷発電効率＋予測不足熱量÷給湯時給湯器効率÷α＋（予測電力負荷−予測発電出力）÷発電所効率＋起動エネルギ÷Ｎ……………（式１５）
但し、Ｎは、運転停止用単位時間ののちに連続して存在する運転用単位時間の数であり、運転停止用単位時間ののちに運転用単位時間が１つ独立して存在する場合はＮ＝１となる。
【０１３３】
そして、運転停止用単位時間ののちの運転用単位時間の予測エネルギ削減量は、上記の式１２により求めた燃料電池停止時の予測エネルギ消費量から、上記の式１５により求めた燃料電池運転時の予測エネルギ消費量を減じた値となる。
ちなみに、運転周期の全ての単位時間が運転用単位時間として定められている場合の各運転用単位時間の予測エネルギ削減量は、上記の式１２により求めた燃料電池停止時の予測エネルギ消費量から、上記の式１１により求めた燃料電池運転時の予測エネルギ消費量を減じた値となる。
【０１３４】
（ハ）  上記の各実施形態において説明した如き、終了時点予測貯湯熱量を求めてその終了時点予測貯湯熱量に基づいて燃料電池１の運転を制御する構成に代えて、以下の制御構成を採用してもよい。
即ち、運転する１つ又は連続する複数の単位時間の間に、貯湯槽２に供給されると予測される熱量、即ち、前記予測貯湯可能熱量を求めて、運転する単位時間の開始時点に燃料電池１の運転を開始した後に貯湯槽２に実際に供給される熱量（以下、実貯湯可能熱量と記載する場合がある）が、運転する単位時間の終了時点の前に予測貯湯可能熱量に達したときは、その時点で燃料電池１を停止させ、運転する単位時間の終了時点に達しても前記予測貯湯可能熱量に達しないときは、前記予測貯湯熱量に達するまで前記燃料電池１の運転を継続するように構成しても良い。
【０１３５】
ちなみに、連続する複数の運転用単位時間については、各運転用時間帯の予測貯湯熱量を積算することにより、連続する複数の運転用単位時間についての予測貯湯熱量を求めるように構成する。
上記の各実施形態と同様に、運転する単位時間の開始時点とは、１つだけ独立している運転用単位時間については、その運転用単位時間の開始時点に相当し、連続する複数の運転用単位時間については、その連続する複数の運転用単位時間のうちの最初の運転用単位時間の開始時点に相当する。
又、運転する単位時間の終了時点とは、１つだけ独立している運転用単位時間については、その運転用単位時間の終了時点に相当し、連続する複数の運転用単位時間については、その連続する複数の運転用単位時間のうちの最終の運転用単位時間の終了時点に相当する。
実貯湯可能熱量は、前記給水温度センサＳｉの検出温度、前記貯湯温度センサＳｈの検出温度及び前記湯水循環ポンプ１７の回転速度に基づいて求める。つまり、湯水循環ポンプ１７の回転速度に基づいて、湯水循環路１６を通して貯湯槽２に供給される湯水の流量を求めることができるので、貯湯温度センサＳｈの検出温度と給水温度センサＳｉの検出温度との差に湯水循環ポンプ１７の回転速度から求めた湯水の流量を乗じて求められる熱量を積算することにより、実貯湯可能熱量を求めることができる。
【０１３６】
（ニ）  上記の各実施形態においては、図８に示すフローチャートのステップ＃１０において、貯湯槽２の実貯湯量が設定上限量以上であると判別して燃料電池１を停止した場合の制御構成として、上記の各実施形態において例示した制御構成、即ち、運転停止用単位時間を経過して次の運転用単位時間の開始時点になるまでは、燃料電池１の停止を継続する制御構成に代えて、以下の制御構成を採用しても良い。
即ち、燃料電池１の停止時点が、連続する複数の運転用単位時間のうちの最終の運転用単位時間以外の運転用単位時間である場合は、燃料電池１を停止した運転用単位時間の次の運転用単位時間の開始時点になると燃料電池１を運転するようにしても良い。
あるいは、燃料電池１の運転停止中に、下端温度センサＳ４の検出温度が前記発電停止用設定温度よりも低くなって、貯湯槽２の実貯湯量が設定上限量未満になると、その時点が、運転用単位時間の終了時点（連続する複数の運転用単位時間の場合は、最終の運転用単位時間の終了時点）よりも前のときは、燃料電池１の運転を再開するようにしても良い。
【０１３７】
（ホ）  放熱時間の求め方は、上記の実施形態において例示した求め方に限定されるものではない。
例えば、単位時間毎に、各単位時間の予測貯湯熱量の全てが予測給湯熱負荷にて消費されるまでの時間を放熱時間として求めるように構成しても良い。
【０１３８】
（ヘ）  貯湯不能状態となる単位時間を判別する構成としては、上記の各実施形態において例示した構成、即ち、予測余り熱量が０よりも大きくなる単位時間を貯湯不能状態の単位時間であると判別する構成に限定されるものではなく、例えば、予測貯湯量が貯湯槽２の満杯量よりも多くなる単位時間を貯湯不能状態の単位時間であると判別するように構成しても良い。
【０１３９】
（ト）  燃料電池１の熱出力として、その燃料電池１の余剰電力を熱に代えて回収する電気ヒータ１２の発生熱を含めても良い。
【０１４０】
（チ）  上記の各実施形態においては、燃料ガス生成システムＲを複数の燃料電池１を対象にして燃料ガスを供給するように設けたが、燃料電池１に個別に燃料ガス生成システムＲを設けても良い。
【０１４１】
（リ）  上記の各実施形態において、燃料電池１の冷却水を放熱させるラジエータを設けて、貯湯槽２の実貯湯量が設定上限量以上になっても、燃料電池１の冷却水をラジエータにて放熱させることにより、燃料電池１の運転を継続するように構成しても良い。
【０１４２】
（ヌ）  燃料電池１の余剰電力を処理する手段として、上記の各実施形態において例示した電気ヒータ１２に代えて、燃料電池１の余剰電力を蓄電する蓄電池を設けても良い。
【０１４３】
（ル）  熱電併給装置として、上記の各実施形態では燃料電池１を適用したが、これ以外に、例えば、ガスエンジンにより発電機を駆動するように構成したもの等、種々のものを適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１４４】
【図１】実施形態に係るコージェネレーションシステムの燃料電池に燃料ガスを供給する構成を示す概略図
【図２】実施形態に係るコージェネレーションシステムの全体構成を示す図
【図３】実施形態に係るコージェネレーションシステムの制御構成を示す図
【図４】第１実施形態に係る予測電力負荷データ及び予測熱負荷データに対する燃料電池の運転状態及び熱利用状態等を説明する図
【図５】第１実施形態に係る予測電力負荷データ及び予測熱負荷データに対する燃料電池の運転状態及び熱利用状態等を説明する図
【図６】第１実施形態に係る予測電力負荷データ及び予測熱負荷データに対する燃料電池の運転状態及び熱利用状態等を説明する図
【図７】燃料電池の発電効率、熱効率を示す図
【図８】第１実施形態に係る制御動作のフローチャートを示す図
【図９】第１実施形態に係る制御動作のフローチャートを示す図
【符号の説明】
【０１４５】
１  熱電併給装置
２  貯湯槽
５  運転制御手段
Ｈ  貯湯手段
【図１】
2008116109.tif 000003
【図２】
2008116109.tif 000004
【図３】
2008116109.tif 000005
【図４】
2008116109.tif 000006
【図５】
2008116109.tif 000007
【図６】
2008116109.tif 000008
【図７】
2008116109.tif 000009
【図８】
2008116109.tif 000010
【図９】
2008116109.tif 000011