(57)【要約】【課題】実効効率を向上させ運転に係わるランニングコストを低減するコージェネレーションシステムを提供する。【解決手段】電力及び熱を発生する発電装置１１と、発電装置１１で発生した熱が温水として貯えられる貯湯タンク１７とを有するコージェネレーションシステムであって、貯湯タンク１７に貯えられた温水を所定の大熱負荷に供給する所定の給湯時刻に貯湯タンク１７の所定の最大蓄熱量を超えないよう発電装置１１の起動開始時刻を設定することを特徴とするコージェネレーションシステム。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力及び熱を発生する発電装置と、前記発電装置で発生した熱が温水として貯えられる貯湯タンクとを有するコージェネレーションシステムであって、前記貯湯タンクに貯えられた温水を所定の大熱負荷に供給する所定の給湯時間に前記貯湯タンクの所定の最大蓄熱量を超えないよう前記発電装置の起動開始時刻を設定することを特徴とするコージェネレーションシステム。
【請求項２】
所定の給湯時刻とは、大熱負荷に貯湯タンクより湯を供給するように予め設定された時刻である請求項１記載のコージェネレーションシステム。
【請求項３】
起動開始時刻は、起動前に貯湯タンクに蓄積された熱量と、発電装置の発電量または電力負荷の経時変化パターンの時間積分値から予測される所定の給湯時刻以前の貯湯タンクへの回収熱量に基づいて設定されることを特徴とする請求項２記載のコージェネレーションシステム。
【請求項４】
回収熱量は、発電装置の発電量または電力負荷の経時変化パターン履歴の平均パターンに対する所定の給湯時刻以前の時間積分値から予測されることを特徴とする請求項３記載のコージェネレーションシステム。
【請求項５】
回収熱量は、発電装置の発電量または電力負荷の経時変化パターン履歴に対する所定の給湯時刻以前の時間積分値の最大値から予測されることを特徴とする請求項３記載のコージェネレーションシステム。
【請求項６】
起動開始時刻は、起動前に貯湯タンクに蓄積された熱量と、発電装置からの排熱回収量の経時変化パターンから予測される所定の給湯時刻以前の貯湯タンクへの回収熱量に基づいて設定されることを特徴とする請求項２記載のコージェネレーションシステム。
【請求項７】
回収熱量は、発電装置からの排熱回収量の経時変化パターン履歴の平均パターンから予測される所定の給湯時刻以前の貯湯タンクへの回収熱量である請求項６記載のコージェネレーションシステム。
【請求項８】
回収熱量は、発電装置からの排熱回収量の経時変化パターン履歴から予測される所定の給湯時刻以前の貯湯タンクへの回収熱量の最大値である請求項６記載のコージェネレーションシステム。
【請求項９】
所定の大熱負荷とは、コージェネレーションシステムより電力及び熱を供給される消費先における熱負荷のうち多量の熱量を必要とする熱負荷である請求項１〜８のいずれかに記載のコージェネレーションシステム。
【請求項１０】
電力及び熱を発生する発電装置と、前記発電装置で発生した熱が温水として貯えられる貯湯タンクとを有するコージェネレーションシステムであって、前記発電装置を低出力運転モードから高出力運転モードへ切り替える運転モード切替時刻を、前記貯湯タンクに貯えられた温水を所定の大熱負荷に供給する所定の給湯時刻に前記貯湯タンクの所定の最大蓄熱量を超えないよう設定することを特徴とするコージェネレーションシステム。
【請求項１１】
所定の給湯時刻とは、大熱負荷に貯湯タンクより湯を供給するように予め設定された時刻である請求項１０記載のコージェネレーションシステム。
【請求項１２】
運転モード切替時刻は、運転モード切替前に貯湯タンクに蓄積される熱量と、発電装置の発電量または電力負荷の経時変化パターンの時間積分値から予測される所定の給湯時刻以前の貯湯タンクへの回収熱量に基づいて設定されることを特徴とする請求項１１記載のコージェネレーションシステム。
【請求項１３】
運転モード切替時刻は、低出力モードにおいて運転モード切替直前までに貯湯タンクに蓄積される熱量と、高出力モードでの発電装置からの排熱回収量の経時変化パターンから予測される運転モード切替後から所定の給湯時刻までの貯湯タンクへの回収熱量に基づいて設定されることを特徴とする請求項１１記載のコージェネレーションシステム。
【請求項１４】
電力及び熱を発生する発電装置と、前記発電装置で発生した熱が温水として貯えられる貯湯タンクとを有するコージェネレーションシステムの運転方法であって、前記貯湯タンクに貯えられた温水を所定の大熱負荷に供給する所定の給湯時刻に前記貯湯タンクの所定の最大蓄熱量を超えないよう前記発電装置の起動開始時刻を設定することを特徴とするコージェネレーションシステムの運転方法。
【請求項１５】
電力及び熱を発生する発電装置と、前記発電装置で発生した熱が温水として貯えられる貯湯タンクとを有するコージェネレーションシステムの運転方法であって、前記発電装置を低出力運転モードから高出力運転モードへ切り替える運転モード切替時刻を、前記貯湯タンクに貯えられた温水を所定の大熱負荷に供給する所定の給湯時刻に前記貯湯タンクの所定の最大蓄熱量を超えないよう設定することを特徴とするコージェネレーションシステムの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電装置において電気とともに発生する熱を回収して温水として供給するコージェネレーションシステムおよ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のうち、特に燃料電池を用いた燃料電池コージェネレーションシステムは、図５に示すように酸化剤供給装置４、都市ガスを用いて水素を含有する燃料ガスを生成する燃料ガス供給装置５、酸化剤供給装置４から供給される酸化剤及び燃料ガス供給装置から供給される燃料ガスを用いて発電する燃料電池１、燃料電池の排熱を熱交換器２を介して回収し温水として蓄える貯湯タンク３から構成される。
【０００３】
上記燃料電池コージェネレーションシステムにおいて、給湯需要が少なくて貯湯タンク内に上限温度の湯が満杯に蓄えられた場合、燃料電池の排熱を放熱しながら発電を継続し、排熱の回収効率が低下して省エネルギー性が低下するという欠点がある。
【０００４】
この問題に対して、貯湯タンク内の最大蓄熱量よりも小さい蓄熱量である所定の設定蓄熱量に達した時点で燃料電池の出力を最大発電電力量よりも小さくなるよう調整し、排熱量の発生を抑えて貯湯タンク内の蓄熱量が満杯になるまでの時間を延ばす燃料電池システムの運転方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、上記特許文献１においては、さらに、上記設定蓄熱量を設定低蓄熱量と設定高蓄熱量の２種類設け、かつ給湯需要の経時変化から給湯需要のピークとなる時間帯を特定し、ピーク直前である場合には、設定高蓄熱量になるまで最大発電電力での運転を継続し、設定高蓄熱量を超えた時点で発電電力を減少させることで、発生を抑えて貯湯タンク内の蓄熱量が満杯になるまでの時間を延ばし、かつピーク時間帯に極力多量の蓄熱量を確保する運転方法も提案されている。
【特許文献１】特開２００２−２８９２３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、コージェネレーションシステムを使用する家庭等の消費先に対して電力負荷に追従するよう運転した際の発電装置の発電電力及びこの消費先の熱負荷の経時変化パターンを図６に示す。
【０００７】
本図に示すように、電力負荷が大きくなる時間帯と熱負荷の需要が大きくなる時間帯は通常重なることが多く、この電力負荷が大きい時間帯で電力出力を低下させる運転すると、発電効率及び排熱回収効率の実行効率は、放熱比率が増加するなどの理由により低下する傾向にある。これは、コージェネレーションシステムは、最大出力時が最もエネルギーの実行効率が高く、低出力時は、高出力時に比べエネルギー効率は低下するため、負荷電力の需要が高く発電出力を高く設定できる時間帯に発電出力を低く抑えて運転することは上述のようにコージェネレーションシステムの省エネ効果を低減させてしまうという課題がある。
【０００８】
また、上述の運転方法では、貯湯タンク内の蓄熱量が満杯になるまでの時間を延長し、放熱時間は低下によるエネルギーロスの低下を図っているが、大きな熱負荷の需要が来る前に蓄熱量が満杯になると最低出力を維持しながら放熱を続け、エネルギ−損失を免れないという問題もある。
【０００９】
また、熱負荷の需要の経時変化から特定した熱需要のピーク時に極力満水になるよう発電出力の低下するタイミングを遅らせエネルギ−効率の低下を抑制しているが、例えば、入浴時の浴槽への給湯を熱需要のピークとした場合、通常、日によって入浴の時間は異なり、この特定されたピーク時間帯よりも、実際の熱需要のピークが遅れてしまい、結局上述のように大きな熱負荷の需要が来る前に蓄熱量が満杯になることによる放熱によるエネルギーロスの問題は十分起こりえる。
【００１０】
本発明は、これらの上述の問題が起こる可能性を抑制し、エネルギ−効率の高いコージェネレーションシステム及びその運転方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明のコージェネレーションシステムは、電力及び熱を発生する発電装置と、前記発電装置で発生した熱が温水として貯えられる貯湯タンクとを有するコージェネレーションシステムであって、前記貯湯タンクに貯えられた温水を所定の大熱負荷に供給する所定の給湯時刻に前記貯湯タンクの所定の最大蓄熱量を超えないよう前記発電装置の起動開始時刻を設定することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、所定の給湯時刻が、大熱負荷に貯湯タンクより湯を供給するように予め設定された時刻であることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、所定の大熱負荷とは、コージェネレーションシステムより電力及び熱を供給される消費先における熱負荷のうち多量の熱量を必要とする熱負荷であることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は、起動開始時刻が、起動前に貯湯タンクに蓄積された熱量と、発電装置の発電量または電力負荷の経時変化パターンの時間積分値から予測される所定の給湯時刻以前の貯湯タンクへの回収熱量に基づいて設定されることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、起動開始時刻が、起動前に貯湯タンクに蓄積された熱量と、発電装置からの排熱回収量の経時変化パターンから予測される所定の給湯時刻以前の貯湯タンクへの回収熱量に基づいて設定されることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明のコージェネレーションシステムは、電力及び熱を発生する発電装置と、前記発電装置で発生した熱が温水として貯えられる貯湯タンクとを有するコージェネレーションシステムであって、前記発電装置を低出力運転モードから高出力運転モードへ切り替える運転モード切替時刻を、前記貯湯タンクに貯えられた温水を所定の大熱負荷に供給する所定の給湯時刻に前記貯湯タンクの所定の最大蓄熱量を超えないよう設定することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明は、運転モード切替時刻が、運転モード切替前に貯湯タンクに蓄積される熱量と、発電装置の発電量または電力負荷の経時変化パターンの時間積分値から予測される所定の給湯時刻以前の貯湯タンクへの回収熱量に基づいて設定されることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明は、運転モード切替時刻が、低出力モードにおいて運転モード切替直前までに貯湯タンクに蓄積される熱量と、高出力モードでの発電装置からの排熱回収量の経時変化パターンから予測される運転モード切替後から所定の給湯時刻までの貯湯タンクへの回収熱量に基づいて設定されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明により、所定の大熱負荷（風呂、床暖房等）への給湯時刻に基づいて給湯時刻以前の排熱回収量を予測し、燃料電池の起動または高出力モード運転への切り替えを行うため熱需要のピーク前に最大蓄熱量になる可能性が低下する。従って、熱需要のピーク前に最大蓄熱量になった際に、燃料電池の運転停止をした場合の起動エネルギ−ロスまたは運転継続した場合の放熱ロス等による省エネルギ−効果の低減を抑制することができる。
【００２０】
また、本発明は、負荷需要に応じて発電した場合の発電（排熱）パターンに基づいて所定の大熱負荷への給湯時刻以前の排熱回収量の予測するため、熱需要のピーク前の電力需要が大きい時間帯において上述の従来の運転方法のように発電量を減少させる必要性はなくなり発電効率及び排熱回収効率の実行効率の低下を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を、図面にもとづいて説明する。
【００２２】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるコージェネレーションシステムのシステム構成図である。図１において、１１は、発電装置で、１２は、発電装置１１へ酸素を含む酸化剤を供給する酸化剤供給装置、１３は、発電装置１１へ燃料を供給する燃料供給装置、１４は、発電装置１１の排熱を回収するための冷却水が流れる冷却水経路、１５は、貯湯タンク１７の下部と上部を繋ぎ貯湯タンク水が循環する貯湯タンク水経路、１６は、冷却水で回収した熱を熱交換により貯湯タンク水中の水に伝えるための熱交換器、１７は、熱交換器１６で加熱され温水となった貯湯タンク水経路中の水を蓄えるための貯湯タンク、１８は、貯湯タンク経路１５中の水を循環させるための循環手段、１９は、貯湯タンク１７の下部から貯湯タンク経路１５へ取り出された水の熱交換１６に入る前の温度検知器、２０は、熱交換により加熱された後の貯湯タンク経路１５中の水温を検知する温度検知器、２１は、貯湯タンク１７の温水を消費先（例えば、家庭）の熱負荷へ供給する際の供給量を制御する給湯量制御手段、２２は、発電装置１１から消費先の電力負荷へ供給する電力量を制御する出力電力制御手段、２３は、出力電力制御手段２２の指令値から電力負荷パターンの経時変化データ及び給湯量制御手段の出力値から熱負荷パターンの経時変化データを蓄積し、これらの蓄積データに基づいて発電装置１１の起動または発電出力モードの変更を行うため制御手段である。なお、発電装置１１は、燃料及び酸化剤を用いて発電する発電装置であればよく、例えば燃料電池、ガスヒートポンプ等が挙げられる。また、出力電力制御手段２２、制御手段２３はマイコン、メモリー、システムＬＳＩ等のコンピュータであっても構わないし、またこれらの手段を実現するためのプログラムであっても構わない。
【００２３】
つぎに、上述の構成を有するコージェネレーションシステムの一般的動作を説明する。まず、酸化剤供給装置１２で供給された酸素を含む酸化剤と、燃料供給装置１３から供給された燃料とを用いて発電装置１１で発生した電気は負荷電力検知手段（図示せず）で検知された負荷電力に応じて出力制御手段２２で出力制御された後に家庭などの電力負荷（図示せず）に供給される。この時発生する熱は、冷却水経路１４内の水の循環で熱交換器１６を介して貯湯タンク水経路中の水に伝えられ、貯湯タンク１７に温水として蓄えられる。なお、この際に貯湯タンク下部から温度の低い水が取り出された水を貯湯循環ポンプ１８により循環させ熱交換器で熱交換により加熱された貯湯タンク経路内の水を温水として貯湯タンク１７の上部に戻され、貯湯タンク９上部から順に熱い温水が層状に貯えられるいわゆる積層沸上げが形成される。この貯湯タンク９内に貯えられた温水は、熱負荷の要求があると給湯量制御手段２１により供給量を制御しながら熱負荷へ供給する。熱負荷に給湯されると、市水が貯湯タンク下部へ供給されるため、前記温水層は上へ押し上げられ、常に貯湯タンク９上部には熱い温水があるため、貯湯タンク９全体が沸上がっていなくても高い給湯温度を確保することができる。
【００２４】
つぎに、本実施の形態での本発明に係るコージェネレーションシステムの動作について説明する。上述の通り、発電装置１１は電力負荷４に応じて発電運転を行い、この時、発生する熱を温水として貯湯タンク１７内に蓄えるが、貯湯タンク１７内が全て所定の上限温度の温水に沸上がる（貯湯タンク内の熱量が最大蓄熱量に達する）と、冷却水経路または貯湯タンク経路のいずれかで放熱しない限り、発電装置１１は熱を排出できず、運転を継続することが困難になるため、連続運転を前提せず、定期的な起動・停止を前提とするコージェネレーションシステムの場合は、通常、放熱によるエネルギーロスを避けてシステムの運転を停止する。しかしながら、コージェネレーションシステムは起動時に起動エネルギ−を相当量要するために頻繁な起動停止は、エネルギ−ロスに繋がり、省エネルギーの観点から好ましくない。
【００２５】
従って、本実施の形態においては、起動後の通常運転時には負荷に応じた発電運転をしながら、システムで発生する電力及び熱を消費する消費先における熱負荷のうち相当量の大きさを有する大熱負荷から要求がある前に貯湯タンクが最大蓄熱量に達することのないように起動時刻を設定することを目的としている。なお、上述の消費先としては、例えば家庭、温水を利用する施設等が挙げられる。また、大熱負荷としては、家庭であれば風呂、床暖房等が挙げられる。
【００２６】
上述の目的を達するため、本発明は、起動前の貯湯タンクの蓄熱量と、予め設定された大負荷への所定の給湯時刻以前に負荷に応じた運転をした際に予測される排熱回収量とから起動時刻を設定することを特徴とする。これにより、大熱負荷への給湯前に最大蓄熱量に達する可能性が大幅に減少、即ち、貯湯タンクが最大蓄熱量に達する頻度が減少するため起動・停止回数の減少さらには、システムの運転時間の延長が図られ、エネルギ−ロスを大幅に減少することが可能となる。なお、予測の方法としては、過去の発電量の経時変化パターンから排熱回収量を予測する方式と、直接、過去の排熱回収量の経時変化パターンから排熱回収量を予測する方式がある。以下、それぞれの方式を用いた本発明の実施形態について説明する。
【００２７】
［発電量の経時変化パターンから予測する方法］
図２に示すように、消費先のユーザーによって大熱負荷（風呂等）への所定の給湯時刻が設定されると、コ−ジェネレ−ションシステム停止時に、制御手段２３は、過去の発電量の経時変化パターンの中からデータを抽出し、所定の給湯時刻からそれ以前へ遡った発電量の経時変化パターンの積分値である累積発電量から排熱回収量（ＰＱ）を算出し、この排熱回収量の予測値（ＰＱ）が、貯湯タンクの最大蓄熱量（ＭＱ）と起動前の残存蓄熱量（ＲＱ）との差分である許容蓄熱量（ＣＱ）を超えない時刻を起動可能な時刻として設定する。このようにして設定された起動時刻になると制御手段２３により酸化剤供給装置１２及び燃料供給装置１３にそれぞれ酸化剤及び燃料の供給指令が出され、発電装置１１の起動が開始される。
【００２８】
ここで、貯湯タンクの残存蓄熱量（ＲＱ）は、排熱回収量（ＥＱ）と熱負荷への熱供給量（ＳＱ）との次式で示される差分で求められる。
【００２９】
ＲＱ＝ＥＱ−ＳＱ
排熱回収量（ＥＱ）は、起動前までの発電量の時間積分値である累積発電量（ＧＷ）と、システム固有の発電効率（ＰＥ）及び貯湯タンクへの排熱回収効率（ＱＥ）の比との次式で示される積で算出される。
【００３０】
ＥＱ＝ＧＷ×ＱＥ／ＰＥ
また、熱負荷への供給量（ＳＱ）は、給湯量制御手段２１から供給される供給量（Ｌ）と、熱負荷へ供給される貯湯タンクの温水の所定温度（Ｔ）との次式で示される積により算出される。
【００３１】
ＳＱ＝Ｔ×Ｌ
また、所定の給湯時刻以前の排熱回収量の予測値（ＰＱ）も、上記と同様に所定の給湯時刻以前の累積発電量（ＧＷ'）から算出される。
【００３２】
以上のようにして算出された残存蓄熱量（ＲＱ）及び排熱回収量の予測値（ＰＱ）により最適な起動時刻が設定される。
【００３３】
なお、上述では所定の給湯時刻からそれ以前に遡った累積発電量を、過去の発電力の経時変化パターンの時間積分で算出しているが、図２の波線部に示すようにシステムの発電出力の増加能力を考慮して補正した発電パターンを基に累積発電力を算出することで、より精度の高い起動時刻の設定が可能になる。
【００３４】
また、上記排熱回収量の予測においては、過去の発電量の経時変化パターンデータを用いて予測したが、本実施の形態のシステムの運転方法を用いると実際には負荷電力が存在する領域で、発電していない流域が存在するケースがあるため、過去の発電電力のデータを用いずに、負荷検知手段（図示せず）により検知された負荷電力の経時変化データを制御手段２３に格納し、このデータを抽出して予測すると予測精度が向上し好ましい。なお、この際に、抽出された負荷電力の経時変化データをそのまま用いずに、個々のシステムで採用している運転方式から前記抽出データに対応した発電パターンを想定し、この推定された発電電力の経時変化パターンの基づいて予測するとさらにより予測精度が向上し、好ましい。ここで、上記の個々のシステムで採用している運転方式としては、高出力運転モード時に、例えば、負荷電力の検出値をそのまま発電電力として出力する負荷追従方式、所定時間の負荷電力の平均値を発電出力とする負荷追従方式、または定格電力で一定の出力を行う運転方式等が挙げられる。
【００３５】
また、この制御手段２３が設定する起動時刻は、排熱回収量の予測値と残存蓄熱量の和が可能な限り最大蓄熱許容量に近づくこと、即ち、所定の給湯時刻まで可能な限り長時間運転できるよう起動時刻を設定することが好ましく、これによりコージェネレーションシステムの運転による省エネ効果が向上する。
【００３６】
また、上記予測値は、負荷に応じて発電運転をした際の発電量の経時変化パターンに基づいて算出しているため、従来の運転方法のように所定の給湯時刻前の負荷需要の高い時間帯に発電出力を減少させる必要がなく、発電効率及び排熱回収効率を含めたエネルギー効率の向上に繋がる。
【００３７】
次に、上述の発電量の経時変化パターンの過去の履歴データ抽出は、上記予測値に大きく影響を及ぼすため重要であるが、その方法として、例えば、所定の給湯時刻が設定された曜日、及び月または季節の視点からデータを抽出することが考えられる。
【００３８】
こうして制御手段２３により抽出されたデータを、さらに平均化した発電量の経時変化パターンを用いて上記積分を行い、上記起動時刻の設定を行う。
【００３９】
また、上記平均化した経時変化パターンを用いずに、前記抽出データのうち、所定の給湯時刻以前から遡った累積発電量が最大になるデータを用いて、起動時刻を設定する。つまり最も排熱回収量が多くなるケースを想定して起動時刻を設定し、より確実に所定の給湯時刻以前に貯湯タンクの最大蓄量に達することのないようにすることが可能となる。
【００４０】
また、上述の予測においては、所定の給湯時刻以前の熱負荷への給湯パターンを考慮していない。これは、上述の所定の給湯時刻前に最大蓄熱量に達することを抑止する効果をより確実にするためのものであることは言うまでもないが、所定の給湯時刻以前の給湯量が相当量の大きさであれば、熱負荷への供給熱量の経時変化パターンも考慮して、起動時刻を設定しても構わないし、これにより給湯需要の多い冬の時期はより所定の給湯時刻までの運転時間をより長く設定することが可能となる。
【００４１】
［排熱回収量の経時変化パターンから予測する方式］
次に、排熱回収量の経時変化パターンから予測する方式について説明する。
【００４２】
この方式は、図４に示すように、コ−ジェネレ−ションシステム停止時に、消費先のユーザーが大熱負荷（風呂等）への所定の給湯時刻を設定すると、制御手段２３が、過去の排熱回収量の経時変化パターンの中からデータを抽出し、所定の給湯時刻以前から遡って排熱回収量の経時変化パターンの積分値である累積排熱回収量を算出し、この排熱回収量の予測値が、貯湯タンクの最大蓄熱量と起動前の残存蓄熱容量との差分である蓄熱許容量を超えない時刻を起動可能な時刻として設定する。このようにして設定された起動時刻になると制御手段２３により酸化剤供給装置１２及び燃料供給装置１３にそれぞれ酸化剤及び燃料の供給指令が出され、発電装置１１の起動が開始される。なお、上記排熱回収量の経時変化データは、図３に示すように温度検知手段１９で検出される温度（Ｔ１）、温度検知手段２０で検知される温度（Ｔ２）、及び循環手段１８の出力Ｐの値を制御手段２３に出力し、制御手段２３はこれらの出力値の積により次式で示すように排熱回収量（ＥＱ）を算出し、この排熱回収量Ｑの経時変化データを蓄積している。
【００４３】
ＥＱ＝Ｐ×（Ｔ２−Ｔ１）
なお、上述では所定の給湯時刻からそれ以前に遡った排熱回収量を、過去の発電力の経時変化パターンの時間積分で算出しているが、図４の波線部に示すように発電システムの発電出力の増加能力を考慮して補正した排熱回収量の経時変化パターンを基に累積排熱回収量を算出することで、より精度の高い起動時刻の設定が可能になる。
【００４４】
また、本方式では、排熱回収量の経時変化パターンを用いたが、上述と同様の理由により負荷電力の経時変化データに基づいた排熱回収量の予測値を用いることが予測精度の向上につながり、好ましいと考えられる。また、その際に上述と同様に負荷電力の経時変化データから発電電力パターンを推定し、排熱回収量を予測するのが好ましい。
【００４５】
なお、上述の発電量の経時変化パターンから予測する方法と同様に、起動時刻は、排熱回収量の予測値と残存蓄熱量の和が可能な限り最大蓄熱許容量に近づくよう設定することが好ましく、これによりコージェネレーションシステムの運転による省エネ効果が向上する。
【００４６】
また、上記予測値は、負荷に応じて発電運転をした際の排熱回収量の経時変化パターンに基づいて算出しているため、上述の発電量の経時変化パターンから予測する方法と同様に、発電効率及び排熱回収効率を含めたエネルギー効率の向上に繋がる。
【００４７】
また、排熱回収量の経時変化パターンの履歴データ抽出についても、上述と同様に所定の給湯時刻が設定された曜日、及び月または季節等の視点からデータ抽出することが好ましい。
【００４８】
さらに、排熱回収量の予測の際には、上記抽出されたデータを、上述のように平均化して利用したり、排熱回収量が最大になる過去のデータを用いて予測したりする方法が挙げられれ、それによって奏される効果も上述と同様である。
【００４９】
また、所定の給湯時刻以前の熱負荷への給湯パターンを考慮していないが、これも上述と同様の効果をもたらすもので、給湯負荷が大きい冬の時期などは、給湯パターンの経時変化を考慮して予測することが好ましく、これによって所定の給湯時刻までの運転時刻をより長く設定することが可能となる。
【００５０】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２におけるコージェネレーションシステムについて説明する。システムの構成としては、実施の形態１と同様であるので、その説明を省略する。
【００５１】
本実施の形態において、本実施の形態１と異なるのは、コージェネレーションシステムが、連続運転を前提としている点であり、この場合における本発明の実施形態について実施の形態１と同様に説明する。
【００５２】
［発電量の経時変化パターンから予測する方法］
まず、連続運転の場合は通常、低負荷電力時間帯においては所定の低発電出力で低出力運モード運転を継続し、大負荷電力時間帯において負荷に応じて出力する高出力モードに運転を切り替える。図５に示すように、消費先のユーザーによって大熱負荷（風呂等）への所定の給湯時刻が設定されると、コージェネレーションシステムの低出力モード運転時に、制御手段２３は、過去の発電量の経時変化パターンの中から破線部で示すようなデータを抽出する。この抽出された発電力の経時変化パターンをもとに所定の給湯時刻以前の時刻ＣＴへ遡り、時刻ＣＴにおいて低出力モードから高出力モードに変更した際の、貯湯タンクへの排熱回収量を予測する。
【００５３】
ここで、制御手段２３により切替時刻を設定するための判断を行う時刻Ｔから所定の給湯時刻までの排熱回収量（ＰＱ）を上述と同様に発電パターンの積分値である累積発電量から予測し、この予測値（ＰＱ）が、貯湯タンクの最大蓄熱量（ＭＱ）と時刻Ｔでの残存蓄熱量（ＲＱ）との差分である許容蓄熱量（ＣＱ）を超えない上記時刻ＣＴを切替時刻として設定する。上記累積発電量は、時刻Ｔから時刻ＣＴまで低出力モードでの累積発電量（ＧＷ）と時刻ＣＴから所定の給湯時刻までの過去の発電量の経時変化パターンの積分値である累積発電量（ＧＷ'）の和として算出される。このようにして設定された切替時刻になると制御手段２３により負荷に応じた高出力モードに変更され、出力制御手段２２は負荷検知手段（図示せず）で検知された負荷電力に応じて発電するよう発電手段１１に指令する。この指令に応じて酸化剤供給装置１２及び燃料供給装置１３にそれぞれ酸化剤及び燃料の供給量を制御する。
【００５４】
なお、上記貯湯タンクの残存蓄熱量（ＲＱ）は、算出ポイントが起動前から時刻Ｔに変更する以外は、上述と同様に求められる。
【００５５】
このように、以上の方法で算出された残存蓄熱量（ＲＱ）及び排熱回収量の予測値（ＰＱ）により最適な起動時刻が設定される。
【００５６】
なお、上述では所定の給湯時刻からそれ以前に遡った累積発電量を、過去の発電力の経時変化パターンの時間積分で算出しているが、図５の波線部に示すようにシステムの発電出力の増加能力を考慮して補正した発電パターンを基に累積発電力を算出することで、より精度の高い起動時刻の設定が可能になる。
【００５７】
また、上記排熱回収量の予測においては、過去の発電量の経時変化パターンデータを用いて予測したが、実施の形態１と同様に本実施の形態の運転方法を用いると実際には低出力運転モードでの所定電力よりも大きな負荷電力が存在する領域で、低出力運転モードで運転する流域が存在するため、過去の発電電力のデータを用いずに、負荷検知手段（図示せず）により検知された負荷電力の経時変化データを制御手段２３に格納し、このデータを抽出して予測すると予測精度が向上し好ましいと考えられる。なお、この際に、抽出された負荷電力の経時変化データをそのまま用いずに、個々のシステムで採用している運転方式から前記抽出データに対応した発電パターンを想定し、この推定された発電電力の経時変化パターンに基づいて予測するとさらに予測精度が向上し、好ましい。ここで、上記の個々のシステムで採用している運転方式としては、高出力運転モード時に、例えば、負荷電力の検出値をそのまま発電電力として出力する負荷追従方式、所定時間の負荷電力の平均値を発電出力とする負荷追従方式、または定格電力で一定の出力を行う運転方式等が挙げられる。
【００５８】
なお、この制御手段２３が設定する切替時刻は、排熱回収量の予測値と残存蓄熱量の和が可能な限り最大蓄熱許容量に近づくことが好ましいことはその効果も含め実施の形態１と同様である。
【００５９】
また、上記予測値は、負荷に応じて発電運転をした際の発電量の経時変化パターンに基づいて算出しているため、連続運転を前提としたコージェネレーションシステムにおいてもエネルギー効率の向上に繋がることは実施の形態１と同様である。
【００６０】
次に、上述の発電量の経時変化パターンの過去の履歴データ抽出は、例えば、所定の給湯時刻が設定された曜日、及び月または季節の視点からデータを抽出することが好ましい。
【００６１】
こうして制御手段２３により抽出されたデータを、排熱回収量の予測に用いる際に、過去のデータの平均化または排熱回収量が最大になるデータを用いる等、実施の形態１と同様の方法が考えられ、またそれによって得られる効果についても同様である。
【００６２】
また、上述の予測においては、所定の給湯時刻以前の熱負荷への給湯パターンを考慮していないが、所定の給湯時刻以前の給湯量が相当量の大きさであれば、熱負荷への供給熱量の経時変化パターンも考慮して、起動時刻を設定しても構わないし、これにより給湯需要の多い冬の時期はより所定の給湯時刻までの運転時間をより長く設定することが可能となる。
【００６３】
［排熱回収量の経時変化パターンから予測する方式］
次に、排熱回収量の経時変化パターンから予測する方式について説明する。
【００６４】
この方式は、図６に示すように、消費先のユーザーが大熱負荷（風呂等）への所定の給湯時刻を設定すると、コ−ジェネレ−ションシステムの低出力モード運転時に、制御手段２３が、過去の排熱回収量の経時変化パターンの中からデータを抽出する。この抽出された排熱回収量の経時変化パターンをもとに所定の給湯時刻以前の時刻ＣＴへ遡り、時刻ＣＴにおいて低出力モードから高出力モードに変更した際の、貯湯タンクへの排熱回収量を予測する。
【００６５】
ここで、制御手段２３により切替時刻を設定するための判断を行う時刻Ｔから所定の給湯時刻までの排熱回収量（ＰＱ）を実施の形態１と同様に図６に示すような排熱回収量の経時変化パターンから予測し、この予測値（ＰＱ）が、貯湯タンクの最大蓄熱量（ＭＱ）と時刻Ｔでの残存蓄熱量（ＲＱ）との差分である許容蓄熱量（ＣＱ）を超えない上記時刻ＣＴを切替時刻として設定する。このようにして設定された切替時刻になると制御手段２３により負荷に応じた高出力モードに変更され、出力制御手段２２は負荷検知手段（図示せず）で検知された負荷電力に応じて発電するよう発電手段１１に指令する。この指令に応じて酸化剤供給装置１２及び燃料供給装置１３にそれぞれ酸化剤及び燃料の供給量を制御する。
【００６６】
なお、上記排熱回収量の経時変化データは、図３に示す温度検知手段１９及び温度検知手段２０で検知される温度と、循環手段１８の出力Ｐの値をもとに上述の実施の形態１の同様に算出される。
【００６７】
また、上記貯湯タンクの残存蓄熱量（ＲＱ）は、算出ポイントが起動前から時刻Ｔに変更する以外は、上述と同様に求められる。
【００６８】
このように、以上の方法で算出された残存蓄熱量（ＲＱ）及び排熱回収量の予測値（ＰＱ）により最適な起動時刻が設定される。
【００６９】
なお、上述では所定の給湯時刻からそれ以前に遡った排熱回収量を、過去の発電力の経時変化パターンの時間積分で算出しているが、図６の波線部に示すように発電システムの発電出力の増加能力を考慮して補正した排熱回収量の経時変化パターンを基に累積排熱回収量を算出することで、より精度の高い起動時刻の設定が可能になる。
【００７０】
また、上述の発電量の経時変化パターンから予測する方法と同様に、切替時刻は、排熱回収量の予測値と残存蓄熱量の和が可能な限り最大蓄熱許容量に近づくよう設定することが好ましく、これによりコージェネレーションシステムの運転による省エネ効果が向上する。
【００７１】
また、上記予測値は、負荷に応じて発電運転をした際の排熱回収量の経時変化パターンに基づいて算出しているため、上述の発電量の経時変化パターンから予測する方法と同様に、発電効率及び排熱回収効率を含めたエネルギー効率の向上に繋がる。
【００７２】
また、排熱回収量の経時変化パターンの履歴データ抽出についても、上述と同様に所定の給湯時刻が設定された曜日、及び月または季節等の視点からデータ抽出することが好ましい。
【００７３】
さらに、排熱回収量の予測の際には、上記抽出されたデータを、上述のように平均化して利用したり、排熱回収量が最大になる過去のデータを用いて予測したりする方法が挙げられれ、それによって奏される効果も上述と同様である。
【００７４】
また、所定の給湯時刻以前の熱負荷への給湯パターンを考慮していないが、これも上述と同様の効果をもたらすもので、給湯負荷が大きい冬の時期などは、給湯パターンの経時変化を考慮して予測することが好ましく、これによって所定の給湯時刻までの運転時間をより長く設定することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明のコージェネレーションシステムは、発電効率及び排熱回収効率の実効効率の低下を抑制することができるという効果を有し、燃料電池、ガスヒートポンプ等を利用したコージェネレーションシステムとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の実施の形態１及び２における、コージェネレーションシステムのシステム構成図
【図２】本発明の実施の形態１における、コージェネレーションシステムの運転動作図
【図３】本発明の実施の形態１及び２における、コージェネレーションシステムのシステム構成図
【図４】本発明の実施の形態１における、コージェネレーションシステムの運転動作図
【図５】本発明の実施の形態２における、コージェネレーションシステムの運転動作図
【図６】本発明の実施の形態１における、コージェネレーションシステムの運転動作図
【図７】従来のコージェネレーションシステムの構成図
【図８】コージェネレーションシステムの一般的な発電パターン及び熱負荷パターンを示す概略図
【符号の説明】
【００７７】
１，１１    発電装置
２，１６    熱交換器
３，１７    貯湯タンク
４，１２    酸化剤供給装置
５，１３    燃料供給装置
１４    冷却水流路
１５    貯湯タンク水流路
１８    循環手段
１９，２０    温度検知器
２１    給湯量制御手段
２２    出力電力制御手段
２３    制御手段
【図１】
2005044713.tif 000003
【図２】
2005044713.tif 000004
【図３】
2005044713.tif 000005
【図４】
2005044713.tif 000006
【図５】
2005044713.tif 000007
【図６】
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【図７】
2005044713.tif 000009
【図８】
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