(57)【要約】【課題】簡易な構成で、効率の良い運転が可能なコジェネレーションシステムと、その制御方法を提供する。【解決手段】電気と熱とを生成する燃料電池１と、生成された熱を蓄熱する貯湯槽１０と、燃料電池を制御する制御装置２０とを備えており、電気を電気負荷５に出力すると共に、熱を貯湯槽から熱負荷１５に出力するコジェネレーションシステムは、貯湯槽内の貯湯量を検出する温度センサＴ１，Ｔ２と、電気負荷５の電力量を検出すると共に燃料電池の発電効率を検出する電力センサＥとをさらに備え、制御装置２０は燃料電池の起動時刻と停止時刻、検出された貯湯量が設定値となった時刻、及び電力量の検出値とを記録する記録部２２と、記録部の情報を基に燃料電池の発電効率が高くなるように起動時刻を演算する演算部２３と、演算された起動時刻に燃料電池を起動させる制御信号出力部２６とを備える。【選択図】  図１
2005011705.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気と熱とを生成する熱電併給装置と、該熱電併給装置で生成した前記熱を蓄熱する貯湯槽と、前記熱電併給装置を制御する制御装置とを備えており、前記電気を電気負荷に出力すると共に、前記熱を前記貯湯槽から熱負荷に出力するコジェネレーションシステムであって、
該システムは、さらに前記貯湯槽内の貯湯量を検出する貯湯量検出部と、前記熱電併給装置の発電効率を検出する発電効率検出部とを備え、
前記制御装置は、前記熱電併給装置の起動時刻と停止時刻と、前記貯湯量検出部で検出された貯湯量が設定値となった時刻と、前記発電効率検出部で検出された発電効率とを記録する情報記録部、該情報記録部の情報を基に前記熱電併給装置の起動時刻を演算する起動時刻演算手段、及び前記演算された起動時刻に前記熱電併給装置を起動させる制御手段を備えることを特徴とするコジェネレーションシステム。
【請求項２】
電気と熱とを生成する熱電併給装置と、該熱電併給装置で生成した前記熱を蓄熱する貯湯槽と、前記熱電併給装置を制御する制御装置とを備えると共に、さらに前記貯湯槽内の貯湯量を検出する貯湯量検出部と、前記熱電併給装置の発電効率を検出する発電効率検出部と、情報記録部とを備え、該電気を電気負荷に出力すると共に、前記熱を前記貯湯槽から熱負荷に出力するコジェネレーションシステムの制御方法であって、
前記熱電併給装置の発電効率を前記発電効率検出部で検出し記録する工程と、前記熱電併給装置を起動し第１の起動時刻を記録する工程と、前記貯湯量が第１の設定値となったとき前記熱電併給装置を停止し停止時刻を記録する工程と、前記貯湯量が減少し第２の設定値となったとき減少時刻を記録する工程と、記録された前記発電効率、第１の起動時刻、停止時刻、及び減少時刻に基づき第２の起動時刻を演算する起動時刻演算工程と、前記演算された第２の起動時刻に前記熱電併給装置を起動させる制御工程とを備えるコジェネレーションシステムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気と熱を生成する熱電併給装置を備えたコジェネレーションシステムに係り、特に、生成された熱を蓄熱する貯湯槽内の貯湯量を検出して熱電併給装置を起動、停止して効率の良い運転を行うコジェネレーションシステムと、その制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、燃料電池等を使用したコジェネレーションシステムは、電気と熱を発生し、高効率な運用が可能なシステムである。したがって、電気と熱の需要のバランスが良い場合には、その設置によって、商用電力および燃料の購入コストの低減等の経済的なメリットと、二酸化炭素排出量の低減などの環境的なメリットが見込まれる。
【０００３】
しかしながら、特に、住宅等では、電気と熱の需要が必ずしもバランス良く発生するとは限らず、商用電力および燃料の購入コストの低減等の経済的なメリット、また、二酸化炭素排出量の低減等の環境的なメリットを生み出すには、何らかの制御をすることで電気と熱の需要に合わせた運転とする必要がある。このため、運転方法としても、２４時間の連続運転を行う場合や、電気や熱の需要に合わせた間欠運転を行う場合など、様々なものが考えられている。
【０００４】
そして、従来の温水供給システムは、温水供給装置と、該温水供給装置で生じた温水を貯蔵する貯湯槽と、該貯湯槽内部に設けられた温度センサと、該温度センサの検出結果に基づいて蓄熱余裕の有無を判断して温水供給装置に制御信号を出力する制御手段とを備えており、その制御方法は複数の温度センサにより貯湯槽内の温水温度を計測する工程と、各々の温度センサで計測された温水温度と温度センサ毎に設定された設定起動温度或いは設定停止温度とを比較する工程と、何れか１つの温度センサの検出結果が設定起動温度以下となった場合に起動信号を出力し、設定停止温度以上となった場合に停止信号を出力する制御信号出力工程とを有している（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
前記の制御方法により、コジェネレーション装置等の温水供給装置から熱を取得できない状態になったらシステムを停止し、熱を取得できる状態になったらシステムを起動する、という制御を自動的に行うことが可能となる。この制御により、電気と熱の需要のバランスがどのようなものであっても常に熱を取得できる状態での運転をすることとなり、メリットの大きい運転を行うことが可能となる。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−３４９９６５号公報（特許請求の範囲、図１）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記構造の温水供給システムの運転制御方法は、貯湯槽内の蓄熱余裕のみの判断により温水供給装置を起動、停止を制御するものであり、運転時の発電効率の大小を考慮することができない。このようなシステムでコジェネレーション装置を使用する場合、コジェネレーション装置は定格時発電効率が最も高く、部分負荷運転を行うと定格時より発電効率は低下する。したがって、前記の運転制御方法で制御すると、電力負荷の低い時間帯に発電が行われ、省エネ性が悪化する可能性がある。
【０００８】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、蓄熱余裕の有無によってシステムを制御し、かつ、発電効率の高い時間帯に熱電併給装置を起動することによって運転時効率が最大となり、電力負荷に合わせて運転時間帯が最適化された運転が可能となる。また、予想される熱使用に合わせてコジェネレーション装置を運転することで、生成された熱を最大限活用するように運転時間帯が最適化され、熱余りを無くして効率の良い運転を可能としたコジェネレーションシステムを提供することにある。さらに、このシステムを簡易な設備によって効率良く運転する制御方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成すべく、本発明に係るコジェネレーションシステムは、電気と熱とを生成する熱電併給装置と、該熱電併給装置で生成した熱を蓄熱する貯湯槽と、前記熱電併給装置を制御する制御装置とを備えており、前記電気を電気負荷に出力すると共に、前記熱を貯湯槽から熱負荷に出力するもので、このシステムは、さらに前記貯湯槽内の貯湯量を検出する貯湯量検出部と、前記熱電併給装置の発電効率を検出する発電効率検出部とを備え、
前記制御装置は、前記熱電併給装置の起動時刻と停止時刻と、貯湯量検出部で検出された貯湯量が設定値となった時刻と、発電効率検出部で検出された発電効率とを記録する情報記録部、該情報記録部の情報を基に熱電併給装置の起動時刻を演算する起動時刻演算手段、及び前記演算された起動時刻に熱電併給装置を起動させる制御手段を備えることを特徴とする。
【００１０】
前記のごとく構成された本発明のコジェネレーションシステムは、貯湯槽内の貯湯量を検出し蓄熱余裕の有無を常時検出し、熱電併給装置の停止の判断を行う。そして、温水を利用して貯湯槽内の温水の温度が低下するのを常時検出し、設定温度以下になったときに起動の最適時刻を算出する。この最適時刻は、過去の運転実績から発電運転効率を考慮して演算され、最適時刻が現在時刻かを判断して熱電併給装置を起動する。これにより、システムは熱余りを無くした発電効率の高い運転が可能となる。
【００１１】
前記のコジェネレーションシステムにおいて、前記貯湯量検出部は貯湯槽内に設けられた少なくとも２つの温度センサからなることが好ましい。すなわち、温度成層式の貯湯槽において、下部に設置した温度センサで熱電併給装置の停止を判断し、中央部に設置した温度センサで熱電併給装置の起動の判断を行う。これにより、簡単な構成で蓄熱余裕を判断し、２つの温度センサの機能を分担して熱電併給装置の効率良い起動、停止を行うことができる。
【００１２】
さらに、前記のコジェネレーションシステムにおいて、前記発電効率検出部は、システムが設置される住宅等の建造物の電力量を検出する電力センサからなることが好ましい。このように構成すると、住宅等の建造物の電気負荷で使用している電力量から発電効率を電力センサで検出できるため、簡単な構成で熱電併給装置の発電効率を検出し運転効率が最大となるような時間帯の運転を行うことができる。
【００１３】
本発明に係るコジェネレーションシステムの制御方法は、電気と熱とを生成する熱電併給装置と、熱電併給装置で生成した熱を蓄熱する貯湯槽と、熱電併給装置を制御する制御装置とを備えると共に、さらに貯湯槽内の貯湯量を検出する貯湯量検出部と、熱電併給装置の発電効率を検出する発電効率検出部と、情報記録部とを備え、電気を電気負荷に出力すると共に、熱を貯湯槽から熱負荷に出力するコジェネレーションシステムの制御方法で、
熱電併給装置の発電効率を発電効率検出部で検出し記録する工程と、熱電併給装置を起動し第１の起動時刻を記録する工程と、貯湯量が第１の設定値となったとき熱電併給装置を停止し停止時刻を記録する工程と、貯湯量が減少し第２の設定値となったとき減少時刻を記録する工程と、記録された発電効率、第１の起動時刻、停止時刻、及び減少時刻に基づき第２の起動時刻を演算する起動時刻演算工程と、演算された第２の起動時刻に熱電併給装置を起動させる制御工程とを備える。前記の第１の設定値は、例えば高温側の温度であり、第２の設定値は低温側の温度を設定すると好ましい。前記の第１の起動時刻は当日の起動時刻で、第２の起動時刻は、例えば翌日の起動時刻となる。
【００１４】
このように構成された本発明のコジェネレーションシステムの制御方法は、熱電併給装置の発電効率を検出して情報記録部に記録し、熱電併給装置を起動し第１の起動時刻を記録し、貯湯量検出部で検出された貯湯量が第１の設定値となったとき熱電併給装置を停止して停止時刻を記録し、貯湯量が減少し第２の設定値となったとき減少時刻を記録し、記録された前記の発電効率、第１の起動時刻、停止時刻、及び減少時刻に基づき第２の起動時刻を演算し、演算された第２の起動時刻に熱電併給装置を起動させるため、簡単な構成で貯湯層の熱余りを防止してシステムの総合効率を上げることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るコジェネレーションシステムの一実施形態を図面に基づき詳細に説明する。図１は、本実施形態に係るコジェネレーションシステムの構成を示すブロック図、図２は、図１の制御装置を示すブロック図である。図１に示すシステムは、熱電併給装置として燃料電池を用いた住宅用コジェネレーションシステムである。この燃料電池は、他の熱電併給装置であってもよい。
【００１６】
図１において、コジェネレーションシステムは、燃料電池１と、貯湯槽１０とを備えており、燃料電池１は供給される都市ガス等の燃料ガス（図示せず）から電気と熱とを生成し、この電気を分電盤２を介して商用電源３に送電線４により供給して電気負荷５に出力すると共に、燃料電池１で発生する熱を循環配管１１を流れる水（熱媒）を介して貯湯槽１０に蓄熱し、上水源１４から上水を貯湯槽１０に流入させて給湯配管１２を流れる温水を熱負荷１５に出力するように構成されている。
【００１７】
燃料電池１は図示していないが、燃料ガスから水素を改質する改質装置、水素と酸素を化学反応させて電気と水を生成する燃料電池スタック、生成させた電気を交流に変換するインバータ、改質装置および燃料電池スタックから発生する熱を集める熱交換器等を備えている。また、このシステムは、燃料電池１で生成した電気を分電盤２へ送電線４で送り、分電盤２から電気を住宅内の各系統へ配電している。
【００１８】
燃料電池１で生じた温水を貯蔵する貯湯槽１０は、温度成層式であり、貯湯槽内部は上層部が高温で下層部が低温の温度勾配を持った湯が貯められるように構成されている。そして、貯湯槽内下部の比較的低温の水を燃料電池１へ供給するための配管１１ａと、燃料電池１で生じた温水を貯湯槽１０へ供給するための配管１１ｂと、水を貯湯槽１０から燃料電池１へ循環させるためのポンプ１３により循環配管１１を構成している。
【００１９】
また、給湯配管１２は、貯湯槽１０下部へ上水源１４から上水を供給するための配管１２ａ、貯湯槽１０上部から住宅内の熱負荷１５で利用する給湯用の温水を出すための配管１２ｂにより構成されている。そして、貯湯槽１０の蓄熱余裕の有無を判断するため貯湯槽内の下部に設置された温度センサＴ１と、貯湯槽の中央部に設置された温度センサＴ２を備えている。本実施例では２つの温度センサを用いるが、これは１つであっても多数であってもよい。
【００２０】
さらに、運転時発電効率の高低を判断するために分電盤内に設けられた電力センサＥを備えている。本実施例では電力センサＥを用いるが、発電効率が燃料電池から出力されていればそれを用いてもよい。このシステムは、２つの温度センサＴ１，Ｔ２の検出結果に基づいて蓄熱余裕の有無を判断し、電力センサＥにより電気負荷５の電力量を検出して燃料電池１に制御信号を出力する制御装置２０を備えている。
【００２１】
ここで、制御装置２０について、図２を参照して詳細に説明する。制御装置２０は、制御装置での設定を行う設定部２１、温度センサＴ１，Ｔ２や電力センサＥからの入力値を記録する記録部２２、電力センサＥの検出値を基にした平均電力負荷の算出および記録部の情報を基にした燃料電池１の発電効率を考慮した起動時刻の演算を行う演算部２３、時刻情報を出力するタイマ２４、温度センサＴ１，Ｔ２や電力センサＥからの信号を入力する計測信号入力部２５、燃料電池１に制御信号を出力する制御信号出力部２６を備えている。
【００２２】
このコジェネレーションシステムは、住宅における電力負荷５の電力量に応じた発電を行う電気追従運転を行っているが、貯湯槽１０内が設定温度以上の温水で満たされた場合は燃料電池１の運転を停止し、貯湯槽１０内の温水が少なくなった場合に、過去の運転実績結果から将来の運転状況を予想し、運転時発電効率が最も高くなる時間帯を選んで燃料電池１を起動する制御を行う。このような制御を行うことで、電気と熱の需要のバランスがどのようなものであっても常に熱を取得できる状態で、かつ、運転時発電効率の高い運転が可能となる。このような運転を実現するために、制御装置２０は２つの温度センサＴ１，Ｔ２および電力センサＥの検出結果に基づいて蓄熱余裕の有無および運転時発電効率が最も高くなると予想される時間帯を判断して燃料電池１に制御信号を出力する。
【００２３】
前記の如く構成された本実施形態のコジェネレーションシステムの起動、停止を行う制御動作について、図３、図４のフローチャートに従い以下に説明する。図３はコジェネレーションシステムの起動、停止制御フローチャートであり、図４は、図３のフローチャート内における燃料電池１の最適起動時刻を演算する過程のフローチャートである。図４は、本実施形態では給湯の時刻に合わせて燃料電池ユニットを効率が最も高くなるように運転するための、起動時刻を演算する発電効率検出工程を構成している。
【００２４】
図３において、ＳＴＡＲＴから始まる制御フローの説明の前に、電力負荷検出工程として、１時間平均電力負荷Ｄ４を求め記録部２２に送るためのステップＳ０について説明する。ここでは１時間平均電力負荷Ｄ４を求めるために電力センサＥで家庭内の電気負荷５の電力量をリアルタイムで計測し、１時間毎に演算部２３において１時間平均値を演算し、演算された１時間平均電力負荷Ｄ４を記録部２２に送っている。前記の１時間平均電力負荷Ｄ４を、燃料電池１の定格電力で除算することにより発電効率を算出することができる。
【００２５】
一般に、電力負荷に応じた発電を行う装置においては、発電量の上限である定格値および発電量の下限である下限値を持ち、定格値を上回る電力負荷があっても発電量は定格値以上にすることができず定格値で頭打ちとなり、下限値を下回る電力負荷となっても発電量を下限値以下にすることができず、余った電力は、たとえばヒーターで熱に変えて貯湯槽１０を暖めるために用いられる。また一般に、発電量が定格値に近いほど発電効率が高く、発電量が下限に近づくほど発電効率が低くなる。
【００２６】
１時間平均電力負荷Ｄ４は、前記したように発電効率の高低を考慮するために用いるものである。前記したように、定格値を上回る電力負荷があっても発電効率は定格時発電効率で頭打ちとなり、下限値を下回る電力負荷であっても下限時発電効率以下にはならない。したがって、１時間平均電力負荷Ｄ４を演算するにあたり、電力負荷の計測値は定格値以下かつ下限値以上として演算を行う。例えば、燃料電池の定格値が１０００Ｗ、下限値が３００Ｗのとき、電力負荷が１５００Ｗと計測されていても１０００Ｗとして扱い、電力負荷が１５０Ｗと計測されていても３００Ｗとして扱うものである。なお、平均電力を演算する時間間隔を１時間としているが、これは任意の時間間隔としてもよい。
【００２７】
次に、図３においてＳＴＡＲＴから始まる制御フローについて説明する。ステップＳ１において燃料電池１を起動する。これと同時にステップＳ２において燃料電池１の起動時刻をタイマ２４から記録部２２へ送る。コジェネレーションシステムが住宅内の電力負荷に応じた発電を行うと、これに伴い燃料電池１からは熱も得られる。本実施例では、例えば貯湯槽下部１０℃の水は燃料電池１を介して６０℃の温水となり、貯湯槽１０の上部に流入するものとする。
【００２８】
このため貯湯槽１０は上部から徐々に６０℃の温水で満たされ、下部の１０℃の水が減少してくる。貯湯槽全体が温水で満たされてくると、貯湯槽下部より燃料電池１に供給される水の温度が１０℃より徐々に上昇する。この温度が６０℃に近づくにしたがって燃料電池１から温水を取得する際の効率が低下し、６０℃になると貯湯槽１０の蓄熱余裕が無くなり燃料電池１から温水を取得できなくなる。
【００２９】
ステップＳ３においては、貯湯槽１０の下部に設置した温度センサＴ１により蓄熱余裕の有無を常時検出している。この検出結果に基づき制御装置２０において燃料電池１の停止の判断を行う。温度センサＴ１の検出結果が設定温度ｔ１よりも低い場合は運転し続け、設定温度ｔ１より高い場合は制御信号出力部２６より停止信号を出力する。
【００３０】
この設定温度ｔ１は、燃料電池１からの排熱温度が６０℃であれば、４０℃など６０℃よりも低い温度で設定されるもので、予め設定されていたり、運転する中で日々使用する給湯量などを学習し、季節や曜日によって日々変更されたりするものであってもよい。この温度を高めにすれば、貯湯槽１０内はより多くの温水を保有することになるが、燃料電池１から温水を取得する際の効率は低くなる。一方、この温度を低めにすれば、貯湯槽１０内の温水は少なくなるが、燃料電池１から温水を取得する際の効率は高くなる。
【００３１】
また、本実施形態においては停止用の温度センサＴ１は一つしか設けていないが、複数の温度センサを設置しておき、貯湯槽１０内に貯めたい温水量に応じて検出する温度センサを切り替えるものであってもよい。温度センサＴ１の設置位置を低めに設置すれば貯湯槽内はより多くの温水を保有することになるが、燃料電池１から温水を取得する際の効率は低くなる。一方、この設定位置を高めにすれば、貯湯槽内の温水は少なくなるが、燃料電池１から温水を取得する際の効率は高くなる。
【００３２】
ステップＳ４では、温度センサＴ１の検出値が設定温度ｔ１より高くなったとき、制御信号出力部２６より停止信号を出力し、燃料電池１を停止する。これと同時にステップＳ５において燃料電池１の停止時刻Ｄ２をタイマ２４から記録部２２へ送る。燃料電池１の運転を停止した後、住宅内では洗顔や、入浴に伴い温水の利用があり、貯湯槽１０内の６０℃の温水は上部から出水されて減少し、下部より１０℃の水が流入してくる。燃料電池１の運転停止直後、温度センサＴ２の検出値は例えば、排熱温度の６０℃であるが、温水の使用量が増加して残湯量が減少するにしたがって検出値が低下する。
【００３３】
ステップＳ６においては、貯湯槽１０の中央付近に設置した温度センサＴ２により貯湯槽内の残湯量を常時検出している。温度センサＴ２の検出値が設定温度ｔ２よりも低くなったら、換言すると、貯湯槽内の残湯量が一定値以下になったら次のステップヘ進む。温度センサＴ２と設定温度ｔ２については、家庭の熱負荷の中で最も大きい負荷である湯張りによる給湯が生じたときに検出値が設定温度以下となるように設計するのが望ましい。このように設計することで、後述するように、貯湯槽の湯量が満杯に近い状態で湯張りによる熱負荷が生じるように燃料電池１の制御を行うことが可能となる。
【００３４】
ステップＳ７においては、温度センサＴ２の検出値が設定温度ｔ２よりも低くなった時刻として、貯湯量減少時刻Ｄ３をタイマ２４から記録部２２へ送り、記録する。ステップＳ８においては、記録部２２に記録された過去の運転実績結果を基にして将来の運転状況を予想し、燃料電池１を運転したときの発電効率が最も高くなるような最適起動時刻を演算により算出する。最適起動時刻の算出方法については後述する。
【００３５】
ステップＳ９においては、現在の時刻がステップＳ８で算出した最適起動時刻かどうかを常時判定し、最適起動時刻になったらステップＳ１に戻り、燃料電池１を起動する。以上のようにステップＳ１からステップＳ９を繰り返すことで、家庭内の電気負荷５や熱負荷１５の使用量に応じ、メリットの高い運転を自動的に繰り返すことが可能となる。
【００３６】
つぎに、図４を用いて最適起動時刻の算出方法を説明する。ステップＳ８１においては、貯湯量減少時刻Ｄ３の過去Ｎ日の平均時刻を算出し、これを次回の貯湯量減少時刻Ｐ１とする。前記したように、貯湯量減少時刻は貯湯槽内の残湯量が一定値以下となる時刻であり、湯張り発生時に残湯量が一定値以下となるように設計されているため、貯湯量減少時刻はおよそ湯張り発生時刻となる。住宅においては、日々ほぼ同じ時間帯に湯張りが発生すると考えられるので、貯湯量減少時刻もほぼ同じ時間帯に発生することになり、過去の運転実績結果から次回貯湯量減少時刻を予想することが可能となる。例えば、Ｎが３日と設定されており、記録部２２に記録されている１、２、３日前の貯湯量減少時刻が２０時、１８時、１９時であれば次回の貯湯量減少時刻Ｐ１は１９時と算出される。
【００３７】
ステップＳ８２においては、燃料電池停止時刻Ｄ２と燃料電池起動時刻Ｄ１との差、すなわち燃料電池が稼動した時間数の過去Ｎ日の平均時間を算出し、これを燃料電池稼働時間Ｐ２とする。例えば、Ｎが３日と設定されており、記録部２２に記録されている１、２、３日前の燃料電池停止時刻が１５時、１７時、１６時、燃料電池起動時刻が６時、６時、６時であれば燃料電池稼働時間はそれぞれ９時間、１１時間、１０時間となり、燃料電池稼働時間Ｐ２は１０時間と算出される。ここで燃料電池稼働時間Ｐ２は過去の運転実績結果から予想された値であり、次回に燃料電池１が稼動し貯湯槽１０が満杯になり停止するまでに何時間かかるかという予想値である。
【００３８】
ステップＳ８３においては、時刻ｉが現在の時刻であると設定して次のステップに進む。ステップＳ８４においては、時刻ｉから燃料電池稼働時間Ｐ２だけ運転した場合の電力負荷平均値Ａ（ｉ）を計算する。記録部２２には各時刻の１時間平均電力負荷Ｄ４が過去Ｎ日分記録されている。電力負荷平均値Ａ（ｉ）を計算するにあたり、各時刻の１時間平均電力負荷の過去Ｎ日分の平均値を算出する。
【００３９】
例えば、Ｎが３日と設定されており、記録部２２に記録されている１、２、３日前の１時における１時間平均電力負荷が５００Ｗ、６００Ｗ、５５０Ｗであれば、１時における１時間平均電力負荷の平均値は５５０Ｗとなる。同様に２時から２４時までの平均値を算出する。各時刻の平均値算出後、時刻ｉから燃料電池稼働時間Ｐ２だけ運転した場合の電力負荷平均値Ａ（ｉ）を、時刻ｉから時刻ｉ＋Ｐ２までの各時刻における平均値を平均することで算出する。
【００４０】
例えば、時刻ｉが２０時であり、燃料電池稼働時間Ｐ２が１０時間であれば、２０時から２４時における過去３日の１時間平均電力負荷の平均値、０時から６時における過去３日の１時間平均電力負荷の平均値、以上１０時間分の１時間平均電力負荷の平均値を平均することで、２０時から１０時間だけ運転した場合の電力負荷平均値Ａ（２０）が算出される。
【００４１】
ステップＳ８５おいては、時刻ｉを次の時刻ｉ＋１に変更して次のステップに進む。このステップに移る前の時刻ｉが２０時であれば、時刻ｉを２１時に変更する。ステップＳ８６においては時刻ｉが限界時刻ｊより大きいかどうかを判断する。時刻ｉが限界時刻ｊよりも大きければステップＳ８７に進み、時刻ｉが限界時刻ｊ以下であればステップＳ８４に戻る。
【００４２】
ここで限界時刻ｊは次回の湯張り時に貯湯量を確保できるように燃料電池１を起動するための限界となる時刻であり、換言すれば、ｊ時以降に燃料電池１を起動させると次回の湯張り時に貯湯量が不足してしまうということである。したがって限界時刻ｊは次回の貯湯量減少時刻Ｐ１から燃料電池稼働時間Ｐ２を減算した時刻である。たとえば、次回の貯湯量減少時刻Ｐ１が１９時であり、燃料電池稼働時間Ｐ２が１０時間であれば、限界時刻ｊは９時となる。
【００４３】
ステップＳ８７においては、電力負荷平均値Ａ（ｋ）が最大となる時刻ｋを求める。ステップＳ８４からステップＳ８６までのループを繰り返すことで、Ａ（ｋ）は現在の時刻から限界時刻ｊまでの値が算出されており、この中で最大となるものを選択する。例えば、現在の時刻が２０時であり、限界時刻ｊが９時であれば、Ａ（２０）からＡ（２４）およびＡ（１）からＡ（９）までの１４パターンにおける電力負荷平均値Ａ（ｋ）が算出されており、例えば、Ａ（６）が最大であれば、最大となるｋは６時となる。
【００４４】
このステップで求められた時刻ｋは、現在から限界時刻ｊまでの間で、運転時の発電効率が最も高くなると予想される最適起動時刻となる。ステップＳ８８においては、最適起動時刻をｋと設定し、最適起動時刻算出のフローを終了し、図３のステップＳ９に進む。このように、最適起動時刻の算出方法により、貯湯槽内の温水が少なくなった場合に、過去の運転実績結果から将来の運転状況を予想し、運転時発電効率が最も高くなる時間帯を選んで燃料電池１を起動する制御が可能となる。
【００４５】
前述のとおり、コジェネレーションシステムは電気と熱を発生し、電気と熱の需要がバランス良くある場合には、高効率な運用が可能なシステムである。しかしながら、実際の住宅内の電気需要、熱需要は日々変動し、また、邸別に需要の大きさは異なり、電気と熱のバランスも異なる。したがって、商用電力および燃料の購入コストの低減などの経済的なメリット、また、二酸化炭素排出量の低減などの環境的なメリットを生み出すには、何らかの制御をすることで電気と熱の需要に合わせた運転とする必要があり、複雑な制御が検討されている。
【００４６】
これらの制御を行うためには、熱負荷を検出するための流量計や浴槽の温度センサなど、多くの追加設備が必要となる。しかしながら、本発明のコジェネレーションシステムでは、日別、季節別、邸別のスケジュール設定など特別なことを行わず、温度センサ、電力センサ、制御装置という最小の設備で、簡単に、熱を利用できる状態のみでの運転を行い、さらに、過去の運転実績結果から将来の運転状況を予想し、発電効率が高いと予想される時間帯に運転を行うことで運転時発電効率を向上させることが可能となる。このように、本発明の制御は、簡易でかつ日、季節、邸別などの電気需要、熱需要の変動に対応し、メリットの大きい運転が自動的に行えるシステムを実現できる。
【００４７】
以上、本発明の一実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、将来の運転状況を予想するのに過去３日分の平均値を用いた。電気、熱が毎日同じように使われている住宅であれば平均をとる日数を３日程度にとれば、将来の予想結果もおおよそ妥当なものとなる。もちろん平均を取る日数を増やせば、より良い予想結果が得られる可能性はある。
【００４８】
また、電気、熱の使われ方が日々大きく異なる住宅であっても、曜日ごとなどで定期的に特徴をもつものであれば、曜日ごとの平均をとることでより良い予想結果が得られる。例えば、明日が水曜日であれば過去３回の水曜日の運転実績結果を基に予想を行えばよい。そして、単に平均を取るのではなく、種々の予測手法を用いることも可能である。
【００４９】
さらに、貯湯槽内の貯湯量を検出する貯湯量検出部として、貯湯槽内に温度センサを設置したが、給湯配管を流れる温水の温度を測定するように構成してもよい。熱電併給装置として燃料電池の例を示したが、ディーゼルエンジン等で発電機を回転させ、熱と電気を得るような装置を用いてもよい。
【００５０】
【発明の効果】
以上の説明から理解できるように、本発明のコジェネレーションシステムと、その制御方法は、電気と熱の需要のバランスがどのようなものであっても、日別、季節別、邸別等の電気需要、熱需要の変動に対応して自動的に、常に熱を取得できる状態で、かつ、運転時発電効率の高い運転が可能となる。また、このコジェネレーションシステムの制御を温度センサ、電力センサ、制御装置という最小の設備で簡易に達成することができる。そして、システムを導入したことによる電気や燃料といった光熱費の削減や、炭酸ガス等の排出ガスの低減等の効果を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るコジェネレーションシステムの一実施形態の構成を示すブロック図。
【図２】図１の制御装置を示すブロック図。
【図３】図１のコジェネレーションシステムの起動、停止制御フローチャート。
【図４】図１の燃料電池の最適起動時刻を演算するフローチャート。
【符号の説明】
１…燃料電池（熱電併給装置）、３…商用電源、５…電気負荷、１０…貯湯槽、１５…熱負荷、２０…制御装置、２２…記録部（情報記録部）、２３…演算部（起動時刻演算手段）、２６…制御信号出力部（制御手段）、Ｅ…電力センサ（発電効率検出部）、Ｔ１，Ｔ２…温度センサ（貯湯量検出部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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