(57)【要約】【課題】本発明は、電力と熱とを出力してその出力を調整可能な熱電併給装置と、熱電併給装置から出力される熱にて加熱された湯水を貯める貯湯タンクと、現在の現電力負荷に応じて、熱電併給装置の出力調整を行う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において、熱余り状態更には電力余り状態を抑制しつつ、現電力負荷をできるだけ熱電併給装置で出力した電力で賄うことで全体的に高いエネルギ効率を実現可能な制御技術を得ることを目的とする。【解決手段】運転制御手段が、現電力負荷Ｄと共に、貯湯タンクに貯められている現在の現貯熱量Ｔ、更には、現余剰電力量Ｈに応じて、熱電併給装置の出力調整を行うように構成されている。【選択図】    図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力と熱とを出力してその出力を調整可能な熱電併給装置と、前記熱電併給装置から出力される熱にて加熱された湯水を貯める貯湯タンクと、現在の現電力負荷に応じて、前記熱電併給装置の出力調整を行う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、前記現電力負荷と共に前記貯湯タンクに貯められている現在の現貯熱量に応じて、前記熱電併給装置の出力調整を行う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】
前記運転制御手段が、前記現貯熱量が出力上昇可否判断用の設定貯熱量以上である場合には、前記熱電併給装置の出力上昇を禁止するように構成されている請求項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、前記現貯熱量が出力下降可否判断用の設定貯熱量以上である場合には、前記熱電併給装置の出力下降を行うように構成されている請求項１又は２に記載のコージェネレーションシステム。
【請求項４】
前記運転制御手段が、前記現電力負荷及び前記現貯熱量の少なくとも１つを、現時点までの一定期間における平均値として求めるように構成されている請求項１〜３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５】
前記運転制御手段が、前記現電力負荷と前記現貯熱量と共に前記熱電併給装置の現在における現余剰電力量に応じて前記熱電併給装置の出力調整を行うように構成されている請求項１〜４の何れか１項コージェネレーションシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力と熱とを出力してその出力を調整可能な熱電併給装置と、前記熱電併給装置から出力される熱にて加熱された湯水を貯める貯湯タンクと、現在の現電力負荷に応じて、前記熱電併給装置の出力調整を行う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に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記のようなコージェネレーションシステムは、熱電併給装置が、内燃機関や外燃機関と発電機とを組み合わせたものや燃料電池などから構成され、熱電併給手段にて出力される電力を使用するとともに、貯湯タンクに熱電併給装置にて出力される熱を湯水として貯めることにより、熱電併給装置にて出力される電力と熱とを活用して、省エネルギを図るようにしているものである。
【０００３】
特に、熱電併給装置として燃料電池を備えたコージェネレーションシステムは、運転制御手段が、現在要求されている現電力負荷に応じて熱電併給装置の出力調整を行うことにより、現電力負荷を賄いながら、貯湯タンクへの貯湯を行うように構成される場合がある（例えば、特許文献１及び２参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−２５８２９３号公報
【特許文献２】
特開２００３−９２８３３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のように、現電力負荷に応じて熱電併給装置の出力調整を行うように構成されたコージェネレーションシステムでは、現在貯湯タンクに湯水として貯められている現貯熱量が満杯になった場合でも、熱電併給装置の出力が現電力負荷に応じて維持又は上昇される場合があり、貯湯タンクに貯めることができない余剰熱が発生する熱余り状態が発生し、その余剰熱は放熱器等により放熱されるので、コージェネレーションシステムにおけるエネルギ効率の低下を招くことになる。
【０００６】
また、上記熱余り状態を抑制するべく、熱電併給装置の出力を、現電力負荷に対して常に小さめに設定する方法があるが、その場合には、現電力負荷に対して熱電併給装置で出力した電力で賄う割合が少なくなり、需要家における全体的なエネルギ効率の低下を招くことになる。
【０００７】
更に、現電力負荷に応じて熱電併給装置の出力調整を行うように構成されたコージェネレーションシステムでは、熱電併給装置の出力調整の応答性があまりよくないことから、例えば現電力負荷の減少に追従して熱電併給装置の出力を下降させることができずに、熱電併給装置から出力される電力量が一時的に現電力負荷を上回って余剰電力が発生する電力余り状態となる場合がある。そして、このような余剰電力は、電力系統側に逆潮流されたり、貯湯タンクの湯水を加熱するための電気ヒータにて消費され有効利用されるのであるが、例えば、余剰電力量が大きくなると、コージェネレーションシステムのエネルギ効率の低下を招く場合がある。
【０００８】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、電力と熱とを出力してその出力を調整可能な熱電併給装置と、前記熱電併給装置から出力される熱にて加熱された湯水を貯める貯湯タンクと、現在の現電力負荷に応じて、前記熱電併給装置の出力調整を行う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において、熱余り状態更には電力余り状態を抑制しつつ、現電力負荷をできるだけ熱電併給装置で出力した電力で賄うことで全体的に高いエネルギ効率を実現可能な制御技術を提供する点にある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記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第１特徴構成は、電力と熱とを出力してその出力を調整可能な熱電併給装置と、前記熱電併給装置から出力される熱にて加熱された湯水を貯める貯湯タンクと、現在の現電力負荷に応じて、前記熱電併給装置の出力調整を行う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、前記現電力負荷と共に前記貯湯タンクに貯められている現在の現貯熱量に応じて、前記熱電併給装置の出力調整を行うように構成されている点にある。
【００１０】
上記第１特徴構成によれば、上記運転制御手段により、現電力負荷と現貯熱量との両方に応じて熱電併給装置の出力調整を行うので、現在貯湯タンクに湯水として貯められている現貯熱量が満杯になることを抑制して熱余り状態を抑制しつつ、現電力負荷をできるだけ熱電併給装置で出力した電力で賄うように、熱電併給装置の出力調整を行うことができる。
従って、熱余り状態を抑制しつつ全体的に高いエネルギ効率を実現可能なコージェネレーションシステムを実現することができる。
【００１１】
本発明に係るコージェネレーションシステムの第２特徴構成は、上記第１特徴構成に加えて、前記運転制御手段が、前記現貯熱量が出力上昇可否判断用の設定貯熱量以上である場合には、前記熱電併給装置の出力上昇を禁止するように構成されている点にある。
【００１２】
上記第２特徴構成によれば、上記運転制御手段により、現電力負荷が上昇した場合において、通常は熱電併給装置の出力上昇を行うのだが、現貯熱量が例えば熱電併給装置の現在の現出力に応じて設定された出力上昇可否判断用の設定貯熱量以上であるときには、熱余り状態となる可能性が高いとして、熱電併給装置の出力上昇を禁止するので、現貯熱量が出力上昇可否判断用の設定貯熱量に達しているときに現電力負荷に関わらず熱電併給装置の発生熱量の増加を抑制することができ、確実に熱余り状態によるエネルギ効率低下を抑制することができる。
【００１３】
本発明に係るコージェネレーションシステムの第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、前記現貯熱量が出力下降可否判断用の設定貯熱量以上である場合には、前記熱電併給装置の出力下降を行うように構成されている点にある。
【００１４】
上記第３特徴構成によれば、上記運転制御手段により、現電力負荷が下降した場合において熱電併給装置の出力下降を行うのだが、更に、現貯熱量が例えば熱電併給装置の現在の現出力に応じて設定された出力下降可否判断用の設定貯熱量以上であるときにも、熱電併給装置の出力下降を行うので、現貯熱量が出力下降可否判断用の設定貯熱量に達しているときに現電力負荷に関わらず熱電併給装置の発生熱量の減少させることができ、一層確実に熱余り状態によるエネルギ効率低下を抑制することができる。
【００１５】
本発明に係るコージェネレーションシステムの第４特徴構成は、上記第１〜第３の何れかの特徴構成に加えて、前記運転制御手段が、前記現電力負荷及び前記現貯熱量の少なくとも１つを、現時点までの一定期間における平均値として求めるように構成されている点にある。
【００１６】
上記第４特徴構成によれば、熱電併給装置の出力を、現時点までの一定期間において平均化した現電力負荷、及び、現時点までの一定期間において平均化した現貯熱量に応じて調整することで、現時点での電力負荷及び貯熱量の瞬時的に変動した場合でも、正確に熱電併給装置の出力調整を行うことができる。
【００１７】
本発明に係るコージェネレーションシステムの第５特徴構成は、上記第１〜第４の何れかの特徴構成に加えて、前記運転制御手段が、前記現電力負荷と前記現貯熱量と共に前記熱電併給装置の現在における現余剰電力量に応じて前記熱電併給装置の出力調整を行うように構成されている点にある。
【００１８】
上記第５特徴構成によれば、上記運転制御手段により、現電力負荷と現貯熱量と現余剰電力量との全てに応じて熱電併給装置の出力調整を行うので、現貯熱量が満杯になることを抑制して熱余り状態を抑制し、更には、現余剰電力量の発生を抑制しつつ、現電力負荷をできるだけ熱電併給装置で出力した電力で賄うように、熱電併給装置の出力調整を行うことができる。
従って、熱余り状態に加えて電力余り状態をも抑制しつつ全体的に高いエネルギ効率を実現可能なコージェネレーションシステムを実現することができる。
【００１９】
また、運転制御手段により、現電力負荷が上昇した場合において、余剰電力量が出力上昇可否判断用の設定余剰電力量以上であるときには、電力余り状態によりエネルギ効率が低下するとして、熱電併給装置の出力上昇を禁止することで、余剰電力量が出力上昇可否判断用の設定余剰電力量に達しているときに現電力負荷に関わらず熱電併給装置の発生電力量の増加を抑制することができ、確実に余剰電力によるエネルギ効率低下を抑制することができる。
【００２０】
更には、運転制御手段により、余剰電力量が例えば熱電併給装置の現在の現出力に応じて設定された出力下降可否判断用の設定余剰電力量以上であるときに、熱電併給装置の出力下降を行うことで、余剰電力量が出力下降可否判断用の設定余剰電力量に達しているときに現電力負荷に関わらず熱電併給装置の発生熱量の減少させることができ、一層確実に余剰電力によるエネルギ効率低下を抑制することができる。
【００２１】
また、熱電併給装置の出力を、現時点までの一定期間において平均化した余剰電力量に応じて調整すると、現時点での余剰電力量が瞬時的に変動した場合でも、正確に熱電併給装置の出力調整を行うことができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明に係るコージェネレーションシステムの実施の形態について、図面に基づいて説明する。
このコージェネレーションシステムは、図１及び図２に示すように、熱電併給装置としての燃料電池１と、その燃料電池１にて出力される熱を冷却水にて回収し、その冷却水を利用して、貯湯タンク２への貯湯及び熱消費部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。
【００２３】
前記燃料電池１は、電力と熱とを出力してその出力を調整可能に構成され、その燃料電池１の出力側には、系統連系用のインバータ８が設けられ、そのインバータ８は、燃料電池１の出力電力を商用系統１０から供給される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。
前記商用系統１０は、例えば、単相３線式１００／２００Ｖであり、商業用電力供給ライン１１を介して、テレビ、冷蔵庫、洗濯機などの電力消費部１２に電気的に接続されている。
また、インバータ８は、コージェネ用供給ライン９を介して商業用電力供給ライン１１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８及びコージェネ用供給ライン９を介して電力消費部１２に供給するように構成されている。
【００２４】
また、上記のようなインバータ８を設けることで、電力消費部１２での電力負荷が、燃料電池１の発電電力を下回って余剰電力が発生した場合に、その余剰電力を電気事業者等に売却するために、商用系統１０側に逆潮流させることができるように構成されている。
【００２５】
コージェネ用供給ライン９の途中には、燃料電池１の余剰電力を消費して熱を発生し、その熱により貯湯タンク２への貯湯を行うことで、エネルギの回収を行う電気ヒータ１７が接続されている。
前記商業用電力供給ライン１１には、この商業用電力供給ライン１１にて供給される商業用電力を計測する商用電力計測部１４が設けられている。前記商用電力計測部１４は、商業用電力供給ライン１０を通して流れる電流に逆潮流が発生するか否か、即ち、余剰電力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、余剰電力の商用系統１０への逆潮流を防止するために、発電電力の余剰電力を、電気ヒータ１７にて消費させて回収可能に構成されている。
【００２６】
前記電気ヒータ１７は、複数の電気ヒータから構成され、冷却水循環ポンプ２０の作動により冷却水循環路１９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８の出力側に接続された作動スイッチ１６によりＯＮ／ＯＦＦが切り換えられている。
よって、夫々の作動スイッチ１６のＯＮ／ＯＦＦを切り換えることにより、電気ヒータ１７の電力負荷を調整可能に構成されている。ちなみに、電気ヒータ１４の電力負荷、即ち、余剰電力量は、電気ヒータ１本当たりの電力負荷（例えば１００Ｗ）にオンされている作動スイッチ１６の個数を乗じた電力量になる。
【００２７】
そして、コージェネレーションシステムは、夫々の作動スイッチ１６のＯＮ／ＯＦＦを切り換えて、余剰電力量が大きくなるほど、電気ヒータ１７の電力負荷を大きくして、余剰電力を電気ヒータ１４にて消費させることができる。また、全ての作動スイッチ１６をＯＦＦにして、余剰電力を商用系統１０側に逆潮流して売却するように構成しても構わず、この場合、商用電力計測部１４により逆潮流される余剰電力量が計測される。
【００２８】
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貯湯タンク２、湯水循環路２３を通して貯湯タンク２内の湯水を循環させる湯水循環ポンプ２４、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３６、熱媒循環路４３を通して熱媒を熱消費部３に循環供給させる熱媒循環ポンプ４５、湯水循環路２３を通流する湯水を加熱させる貯湯用熱交換器２７、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３８、熱媒循環路４３を通流する熱媒を加熱させる熱媒加熱用熱交換器３９、ファン５１を作動させた状態でのバーナ５２の燃焼により貯湯タンク２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加熱させる補助加熱用熱交換器５３などを備えて構成されている。
【００２９】
前記貯湯タンク２には、貯湯タンク２に貯えられている現貯湯量を検出する複数のタンクサーミスタ３２が上下方向に間隔を隔てて設けられている。つまり、タンクサーミスタ３２が設定温度以上の温度を検出することにより、その設置位置に湯が貯湯されているとして、検出温度が設定温度以上であるタンクサーミスタ３２の内、最下部のタンクサーミスタ３２の位置に基づいて、貯湯量を複数段階に検出するように構成され、複数のタンクサーミスタ３２全ての検出温度が前記設定温度以上になると、貯湯タンク２の貯湯量が満杯であることが検出されるように構成されている。
尚、本実施形態において、運転制御部５は、上記タンクサーミスタ３２の検出結果から、貯湯タンク２の現在の現貯熱量として、貯湯タンク２の満杯時の貯湯量に対する現貯湯量の割合を、１００％〜５０％の範囲内において１０％間隔で検出可能に構成されている。
【００３０】
前記湯水循環路２３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２５が設けられており、分岐された一方側の流路には、ラジエター２６が設けられている。
そして、三方弁２５を切り換えることにより、貯湯タンク２の下部から取り出した湯水がラジエター２６を通過するように循環させる状態と、貯湯タンク２の下部から取り出した湯水がラジエター２６をバイパスするように循環させる状態とに切り換えるように構成されている。
【００３１】
前記貯湯用熱交換器２７においては、燃料電池１から出力される熱を回収した冷却水循環路１９の冷却水を通流させることにより、湯水循環路２３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３８においては、燃料電池１にて出力される熱を回収した冷却水循環路１９の冷却水を通流させることにより、熱源用循環路３５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。
そして、補助加熱手段５０が、ファン５１、バーナ５２、補助加熱用熱交換器５３により構成されている。
また、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４０が設けられている。
【００３２】
前記冷却水循環路１９は、貯湯用熱交換器２７側と熱源用熱交換器３８側とに分岐され、その分岐箇所に、貯湯用熱交換器２７側に通流させる冷却水の流量と熱源用熱交換器３８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３１が設けられている。
そして、分流弁３１は、冷却水循環路１９の冷却水の全量を貯湯用熱交換器２７側に通流させたり、冷却水循環路１９の冷却水の全量を熱源用熱交換器３８側に通流させることもできるように構成されている。
【００３３】
前記熱媒加熱用熱交換器３９においては、熱源用熱交換器３８や補助加熱用熱交換器５３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４３を通流する熱媒を加熱させるように構成されている。
前記熱消費部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。
【００３４】
前記運転制御部５は、燃料電池１の運転中には冷却水循環ポンプ２０を作動させる状態で、燃料電池１の運転及び冷却水循環ポンプ２０の作動状態を制御するとともに、湯水循環ポンプ２４、熱源用循環ポンプ３６、熱媒循環ポンプ４５の作動状態を制御することによって、貯湯タンク２内に湯水を貯湯する貯湯運転や、熱消費部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。
【００３５】
ちなみに、給湯するときには、熱源用断続弁４０を閉弁した状態で貯湯タンク２から取り出した湯水を給湯するように構成され、貯湯タンク２から取り出した湯水を補助加熱手段５０にて加熱したり、貯湯タンク２から取り出した湯水に水を混合させて、図外のリモコンにて設定されている給湯設定温度の湯水を給湯するように構成されている。
従って、貯湯タンク２では、貯湯タンク２の容量の範囲内で、燃料電池１の出力に応じて追加された湯水から、給湯用として取り出された湯水を差し引いた分の湯水が貯湯されていることになる。
【００３６】
先ず、運転制御部５による燃料電池１の運転制御動作について説明を加える。前記運転制御部５は、現在要求されている現電力負荷に応じて燃料電池１の出力調整を行い、現電力負荷をできるだけ燃料電池１で出力した電力で賄うようために、予め段階的に設定されている複数のステップ設定出力から現電力負荷に応じてひとつのステップ設定出力を選択して、その選択したステップ設定出力に燃料電池１の出力を調整するステップ出力運転を行うように構成されている。
【００３７】
説明を加えると、例えば、定格出力に対して１００％〜３０％の範囲内において１０％間隔で出力を調整するように、８段階のステップ設定出力が設定されている。
そして、運転制御部５は、商用電力計測部１４の計測値及びインバータ８の出力値に基づいて現電力負荷を求めて、その現電力負荷に応じて燃料電池１の出力を、１段階上昇又は下降させるか否かを判断するように構成されている。
【００３８】
以下、出力上昇可否判断及び出力下降可否判断について説明を加える。
夫々のステップ設定出力には、出力上昇可否判断用の設定電力負荷、及び、出力下降可否判断用の設定電力負荷が予め設定されている。
そして、運転制御部５は、現電力負荷が出力上昇可否判断用の設定電力負荷以上である場合には、燃料電池１の出力を現在選択されているステップ設定出力よりも１段階上昇させ、現電力負荷が出力下降可否判断用の設定電力負荷未満である場合には、燃料電池１の出力を現在選択されているステップ設定出力よりも１段階下降させるように構成されている。
【００３９】
更に、運転制御部５は、現電力負荷に加えて、貯湯タンク２に貯められている現在の現貯熱量に応じて、燃料電池１の出力調整を行うことで、現在貯湯タンク２に湯水として貯められている現貯熱量が満杯になることを抑制して熱余り状態を抑制しつつ、現電力負荷をできるだけ燃料電池１で出力した電力で賄うように構成されている。
以下に、運転制御部５における現貯熱量に応じて燃料電池１の出力調整をする構成について、説明を加える。
【００４０】
運転制御部５は、上記出力上昇可否判断において、現貯熱量が、出力上昇可否判断用の設定貯熱量以上である場合には、熱余り状態となる可能性が高いとして、燃料電池１の出力上昇を禁止して、確実に熱余り状態によるエネルギ効率低下を抑制するように構成されている。
即ち、夫々のステップ設定出力に対して、一定又は互いに異なる出力上昇可否判断用の設定貯熱量が予め設定されている。そして、運転制御部５は、現電力負荷が出力上昇可否判断用の設定電力負荷以上である場合でも、現貯熱量が出力上昇可否判断用の設定貯熱量以上である場合には、燃料電池１の出力を現在選択されているステップ設定出力よりも１段階上昇させることを禁止し、燃料電池１の出力を現在の現ステップ設定出力に維持するように構成されている。
【００４１】
また、上記出力上昇可否判断用の設定貯熱量を、夫々のステップ設定出力に対して互いに異なるように設定する場合には、ステップ設定出力が高いほど熱余り状態となる可能性が高いので現貯熱量が比較的低くても出力上昇が禁止されるように、ステップ設定出力が高いほど出力上昇可否判断用の設定貯熱量が低くなるように設定することが好ましい。
【００４２】
更に、運転制御部５は、上記出力下降可否判断において、現貯熱量が出力下降可否判断用の設定貯熱量以上である場合には、燃料電池１の出力下降を行って、一層確実に熱余り状態によるエネルギ効率低下を抑制するように構成されている。
即ち、夫々のステップ設定出力に対して、一定又は互いに異なる出力下降可否判断用の設定貯熱量が予め設定されている。そして、運転制御部５は、現電力負荷が出力下降可否判断用の設定電力負荷未満であるか否かに関わらず、現貯熱量が出力下降可否判断用の設定貯熱量以上である場合には、燃料電池１の出力を現在選択されているステップ設定出力よりも１段階下降させるように構成されている。
【００４３】
また、上記出力下降可否判断用の設定貯熱量を、夫々のステップ設定出力に対して互いに異なるように設定する場合には、ステップ設定出力が高いほど熱余り状態となる可能性が高いので現貯熱量が比較的低くても出力下降が行われるように、ステップ設定出力が高いほど出力下降可否判断用の設定貯熱量が低くなるように設定することが好ましい。また、この出力下降可否判断用の設定貯熱量は、前述の出力上昇可否判断用の設定貯熱量よりも若干大きく設定することで、現貯熱量が高い場合には、先ず、出力上昇可否判断において出力上昇を禁止した後に、更に現貯熱量が高い場合には、出力下降行うことができる。
【００４４】
更に、運転制御部５は、現電力負荷と現貯熱量とに加えて、現在電気ヒータ１７で消費されている又は商用系統１０に逆潮流されている現余剰電力量に応じて、燃料電池１の出力調整を行うことで、現余剰電力量の発生を抑制しつつ、現電力負荷をできるだけ燃料電池１で出力した電力で賄うように構成されている。
以下に、運転制御部５における現余剰電力量に応じて燃料電池１の出力調整をする構成について、説明を加える。
【００４５】
運転制御部５は、上記出力上昇可否判断において、現余剰電力量が出力上昇可否判断用の設定余剰電力量以上である場合には、燃料電池１の出力上昇を禁止して、確実に電力余り状態によるエネルギ効率低下を抑制するように構成されている。
即ち、夫々のステップ設定出力には、一定又は互いに異なる出力上昇可否判断用の設定余剰電力量が予め設定されている。そして、運転制御部５は、現電力負荷が出力上昇可否判断用の設定電力負荷以上であり、更には、現貯熱量が出力上昇可否判断用の設定貯熱量未満である場合でも、現余剰電力量が出力上昇可否判断用の設定余剰電力量以上である場合には、燃料電池１の出力を現在選択されているステップ設定出力よりも１段階上昇させることを禁止し、燃料電池１の出力を現在の現ステップ設定出力に維持するように構成されている。
【００４６】
また、上記出力上昇可否判断用の設定余剰電力量を、夫々のステップ設定出力に対して互いに異なるように設定する場合には、ステップ設定出力が高いほど電力余り状態となる可能性が高いので現余剰電力量が比較的低くても出力上昇が禁止されるように、ステップ設定出力が高いほど出力上昇可否判断用の設定余剰電力量が低くなるように設定することが好ましい。
【００４７】
更に、運転制御部５は、上記出力下降可否判断において、現余剰電力量が出力下降可否判断用の設定余剰電力量以上である場合には、燃料電池１の出力下降を行って、一層確実に電力余り状態によるエネルギ効率低下を抑制するように構成されている。
即ち、夫々のステップ設定出力には、一定又は互いに異なる出力下降可否判断用の設定余剰電力量が予め設定されている。そして、運転制御部５は、現電力負荷が出力下降可否判断用の設定電力負荷未満であるか否かに関わらず、更には、現貯熱量が出力下降可否判断用の設定貯熱量未満であるか否かに関わらず、現余剰電力量が出力下降可否判断用の設定余剰電力量以上である場合には、燃料電池１の出力を現在選択されているステップ設定出力よりも１段階下降させるように構成されている。
【００４８】
また、上記出力下降可否判断用の設定余剰電力量を、夫々のステップ設定出力に対して互いに異なるように設定する場合には、ステップ設定出力が高いほど電力余り状態となる可能性が高いので現余剰電力量が比較的低くても出力下降が行われるように、ステップ設定出力が高いほど出力下降可否判断用の設定余剰電力量が低くなるように設定することが好ましい。また、この出力下降可否判断用の設定余剰電力量は、前述の出力上昇可否判断用の設定余剰電力量よりも若干大きく設定することで、現余剰電力量が高い場合には、先ず、出力上昇可否判断において出力上昇を禁止した後に、更に現余剰電力量が高い場合には、出力下降を行うことができる。
【００４９】
また、運転制御部５は、上記現電力負荷、上記現貯熱量、及び、上記現余剰電力量の少なくとも１つを、現時点までの一定期間における平均値として求めるように構成されており、このような構成により、電力負荷、貯熱量、又は、余剰電力量が瞬時的に変動した場合でも、その瞬時的に変動する値を現時点までの一定期間における平均値として求めることで、瞬時的な変動を平均化して、正確に燃料電池１の出力上昇可否判断及び出力下降可否判断を行うことができる。尚、当然、上記の夫々の値は、現時点の瞬時値として求めても構わない。
【００５０】
以下、運転制御部５による、上記出力上昇可否判定及び上記出力下降可否判定を含む燃料電池１の運転制御動作フローについて、図３に基づいて説明を加える。
【００５１】
運転制御部５による運転制御動作フローにおいて、先ず、現電力負荷Ｄ、現貯熱量Ｔ、及び、現余剰電力量Ｈが導出される（ステップ＃１）。
【００５２】
上記現電力負荷Ｄの導出方法について説明を加えると、商用電力計測部１４の計測値及びインバータ８の出力値に基づいて単位時間毎に電力負荷が求められ、そして、現時点までの３０分間における複数の単位時間における電力負荷の平均値が上記現電力負荷Ｄとして求められる。
【００５３】
上記現貯熱量Ｔの導出方法について説明を加えると、上記タンクサーミスタ３２の計測値に基づいて、単位時間毎に、貯湯タンク２の満杯時の貯湯量に対する現貯湯量の割合が貯熱量として求められ、そして、現時点までの３０分間における複数の単位時間における貯熱量の平均値が上記現貯熱量Ｔとして求められる。
【００５４】
上記現余剰電力量Ｈの導出方法について説明を加えると、上記商用電力計測部１４の計測値から求められる商用系統１０側へ逆潮流した電力量、又は、電気ヒータ１４の電力負荷が、単位時間毎に、発電電力の余剰電力量として求められ、そして、現時点までの１０分間における複数の単位時間における余剰電力量の平均値が上記現余剰電力量Ｈとして求められる。
【００５５】
上記ステップ＃１の次に、燃料電池１の出力として選択可能な１００％〜３０％の範囲内において１０％間隔で設定された複数のステップ設定出力の内、現在の現ステップ設定出力Ｓを認識される（ステップ＃２）。
【００５６】
上記ステップ＃２の次に、出力上昇可否判断についての下記ステップ＃３〜ステップ＃６が実行される。
その出力上昇可否判断において、先ず、その現ステップ設定出力Ｓが最大の１００％出力Ｓｍａｘであるか否かが判断され（ステップ＃３）、現ステップ設定出力Ｓが最大の１００％出力Ｓｍａｘであると判断された場合には、燃料電池１の出力上昇（ステップ＃２１）を行うことができないとして、出力上昇可否判断を終了して、次の出力下降可否判断についてのステップ＃７が実行される。
【００５７】
上記ステップ＃３において、現ステップ設定出力Ｓが最大の１００％出力Ｓｍａｘではないと判断された場合には、現電力負荷Ｄが、図４に示すように、夫々の現ステップ設定出力Ｓに対して予め設定されている出力上昇可否判断用の設定電力負荷Ｄｕ以上であるか否かが判断される（ステップ＃４）。そして、上記現電力負荷Ｄが出力上昇可否判断用の設定電力負荷Ｄｕ以上ではないと判断された場合には、燃料電池１の出力上昇（ステップ＃２１）を行う必要がないとして、出力上昇可否判断を終了して、次の出力下降可否判断についてのステップ＃７が実行される。
例えば、上記ステップ＃４では、現ステップ設定出力Ｓが６０％出力である場合において、現電力負荷Ｄが出力上昇判断用の設定電力負荷Ｄｕの６６０Ｗ未満である場合には、燃料電池１の出力上昇（ステップ＃２１）を行わずに、次の出力下降可否判断についてのステップ＃７が実行される。
【００５８】
また、上記ステップ＃４において、上記現電力負荷Ｄが出力上昇可否判断用の設定電力負荷Ｄｕ以上であると判断された場合には、現貯熱量Ｔが、図４に示すように、夫々の現ステップ設定出力Ｓに対して予め設定されている出力上昇可否判断用の設定貯熱量Ｔｕ未満であるか否かが判断される（ステップ＃５）。そして、上記現貯熱量Ｔが出力上昇可否判断用の設定貯熱量Ｔｕ未満ではないと判断された場合には、熱余り状態によるエネルギ効率の低下を抑制するために、燃料電池１の出力上昇（ステップ＃２１）を行うことが禁止され、出力上昇可否判断を終了して、次の出力下降可否判断についてのステップ＃７が実行される。
例えば、上記ステップ５では、現ステップ設定出力Ｓが６０％出力である場合において、現貯熱量Ｔが出力上昇判断用の設定貯熱量Ｔｕの７０％以上である場合には、燃料電池１の出力上昇（ステップ＃２１）を行わずに、次の出力下降可否判断についてのステップ＃７が実行される。
【００５９】
また、上記ステップ＃５において、上記現貯熱量Ｔが出力上昇可否判断用の設定貯熱量Ｔｕ未満であると判断された場合には、現余剰電力量Ｈが、図４に示すように、夫々の現ステップ設定出力Ｓに対して予め設定されている出力上昇可否判断用の設定余剰電力量Ｈｕ未満であるか否かが判断される（ステップ＃６）。そして、上記現余剰電力量Ｈが出力上昇可否判断用の設定余剰電力量Ｈｕ未満ではないと判断された場合には、電力余り状態によるエネルギ効率の低下を抑制するために、燃料電池１の出力上昇（ステップ＃２１）を行うことが禁止され、出力上昇可否判断を終了して、次の出力下降可否判断についてのステップ＃７が実行される。
例えば、上記ステップ＃６では、現ステップ設定出力Ｓが６０％出力である場合において、現余剰電力量Ｈが出力上昇判断用の設定余剰電力量Ｈｕの２００Ｗ以上である場合には、燃料電池１の出力上昇（ステップ＃２１）を行わずに、次の出力下降可否判断についてのステップ＃７が実行される。
【００６０】
上記出力上昇可否判断において、燃料電池１の出力上昇（ステップ＃２１）を行わないと判断された場合には、出力下降可否判断についての下記ステップ＃７〜ステップ＃１０が実行される。
その出力下降可否判断において、先ず、その現ステップ設定出力Ｓが最小の３０％出力Ｓｍｉｎであるか否かが判断され（ステップ＃７）、現ステップ設定出力Ｓが最小の３０％出力Ｓｍｉｎであると判断された場合には、燃料電池１の出力下降（ステップ＃２３）を行うことができないとして、出力下降可否判断を終了して、燃料電池１の出力維持（ステップ＃２２）を行うことが決定される。
【００６１】
上記ステップ＃７において、現ステップ設定出力Ｓが最小の３０％出力Ｓｍｉｎではないと判断された場合には、現電力負荷Ｄが、図４に示すように、夫々の現ステップ設定出力Ｓに対して予め設定されている出力下降可否判断用の設定電力負荷Ｄｄ未満であるか否かが判断される（ステップ＃８）。そして、上記現電力負荷Ｄが出力下降可否判断用の設定電力負荷Ｄｄ未満であると判断された場合には、電力余り状態によるエネルギ効率の低下を抑制するために、燃料電池１の出力下降（ステップ＃２３）を行うことが決定される。
例えば、上記ステップ＃８では、現ステップ設定出力Ｓが６０％出力である場合において、現電力負荷Ｄが出力下降判断用の設定電力負荷Ｄｄの５４０Ｗ未満である場合には、燃料電池１の出力下降（ステップ＃２３）を行うことが決定される。
【００６２】
上記ステップ＃８において、上記現電力負荷Ｄが出力下降可否判断用の設定電力負荷Ｄｄ未満ではないと判断された場合には、現貯熱量Ｔが、図４に示すように、夫々の現ステップ設定出力Ｓに対して予め設定されている出力下降可否判断用の設定貯熱量Ｔｄ以上であるか否かが判断される（ステップ＃９）。そして、上記現貯熱量Ｔが出力下降可否判断用の設定貯熱量Ｔｄ以上であると判断された場合には、熱余り状態によるエネルギ効率の低下を抑制するために、燃料電池１の出力下降（ステップ＃２３）を行うことが決定される。
例えば、上記ステップ＃９では、現ステップ設定出力Ｓが６０％出力である場合において、現貯熱量Ｔが出力下降判断用の設定貯熱量Ｔｄの９０％以上である場合には、燃料電池１の出力下降（ステップ＃２３）を行うことが決定される。
【００６３】
また、上記ステップ＃９において、上記現貯熱量Ｔが出力下降可否判断用の設定貯熱量Ｔｄ以上ではないと判断された場合には、現余剰電力量Ｈが、図４に示すように、夫々の現ステップ設定出力Ｓに対して予め設定されている出力下降可否判断用の設定余剰電力量Ｈｄ以上であるか否かが判断される（ステップ＃１０）。そして、上記現余剰電力量Ｈが出力下降可否判断用の設定余剰電力量Ｈｄ以上であると判断された場合には、電力余り状態によるエネルギ効率の低下を抑制するために、燃料電池１の出力下降（ステップ＃２３）を行うことが決定され、逆に、上記現余剰電力量Ｈが出力下降可否判断用の設定余剰電力量Ｈｄ以上ではない判断された場合には、現ステップ設定出力Ｓを維持しても電力余り状態となる可能性が少ないとして、燃料電池１の出力を現ステップ設定出力Ｓに維持する（ステップ＃２２）ことを決定する。
例えば、上記ステップ＃１０では、現ステップ設定出力Ｓが６０％出力である場合において、現余剰電力量Ｈが出力下降判断用の設定余剰電力量Ｈｄの２００Ｗ以上である場合には、燃料電池１の出力下降（ステップ＃２３）を行うことが決定され、逆に、現余剰電力量Ｈが出力下降可否判断用の設定余剰電力量Ｈｄの２００Ｗ未満である場合には、燃料電池１の出力維持（ステップ＃２２）を行うことが決定される。
【００６４】
即ち、上記運転制御動作フローの出力上昇可否判断においては、現ステップ設定出力Ｓが最大の１００％出力Ｓｍａｘ以外である場合において、現電力負荷Ｄが出力上昇可否判断用の設定電力負荷Ｄｕ以上である条件、現貯熱量Ｔが出力上昇可否判断用の設定貯熱量Ｔｕ未満である条件、及び、現余剰電力量Ｈが出力上昇可否判断用の設定余剰電力量Ｈｕ未満である条件の内、全ての条件を満たしている場合に、燃料電池１の出力上昇を行うことが決定される。一方、上記運転制御動作フローの出力下降可否判断においては、現ステップ設定出力Ｓが最小の３０％出力Ｓｍｉｎ以外である場合において、現電力負荷Ｄが出力下降可否判断用の設定電力負荷Ｄｕ未満である条件、現貯熱量Ｔが出力下降可否判断用の設定貯熱量Ｔｕ以上である条件、及び、現余剰電力量Ｈが出力下降可否判断用の設定余剰電力量Ｈｕ以上である条件の内、少なくとも１つの条件を満たしている場合には、燃料電池１の出力下降を行うことが決定される。更に、上記出力上昇可否判断における各条件の内少なくとも１つの条件を満たさず、且つ、上記出力下降可否判断における各条件の内全ての条件を満たさない場合には、燃料電池１の出力維持を行うことが決定される。
【００６５】
上記のように、燃料電池１の出力上昇（ステップ＃２１）、出力維持（ステップ＃２２）、又は、出力下降（ステップ＃２３）が決定され後には、それに基づいて燃料電池１の出力調整が行われ、再度、本運転制御動作フローのステップ＃１が実行される。
【００６６】
前記運転制御部５による貯湯運転及び熱媒供給運転の動作について説明を加える。
前記貯湯運転は、燃料電池１の運転中で冷却水循環ポンプ２０の作動により、排熱式熱交換器２７において、冷却水循環路１９を通流する冷却水にて湯水循環路２３を通流する湯水を加熱させることができる状態で行われる。
そして、貯湯タンク２の下部から取り出した湯水がラジエター２６をバイパスするように循環させる状態に三方弁２５を切り換えて、湯水循環ポンプ２４を作動させて、貯湯タンク２の下部から湯水を湯水循環路２３に取り出し、その湯水を排熱式熱交換器２７を通過させて加熱したのち、貯湯タンク２の上部に戻して、貯湯タンク２内に貯湯用設定温度の湯水を貯湯するようにしている。
また、排熱式熱交換器２７を通過した湯水の温度が貯湯設定温度になるように、貯湯弁２９と断続弁３１の開度を調整するように構成されている。
【００６７】
ちなみに、貯湯運転において、貯湯タンク２内に貯湯された湯水が満杯である熱余り状態の場合には、貯湯タンク２の下部から取り出した湯水がラジエター２６を通過するように循環させる状態に三方弁２５を切り換えて、ラジエター２６を作動させ、貯湯タンク２の下部から取り出した湯水をラジエター２６にて放熱させたのち、排熱式熱交換器２７を通過させて加熱するように構成されている。
【００６８】
前記熱媒供給運転は、熱消費部３にて熱が要求されていることを図外のリモコンにより指令されると、熱源用断続弁４０を開弁させる状態で熱源用循環ポンプ３６と熱媒循環ポンプ４５とを作動させて、熱源用熱交換器３８と補助加熱用熱交換器５３との少なくとも一方にて熱源用湯水を加熱させて、その加熱された熱源用湯水を熱媒加熱用熱交換器３９を通過する状態で循環させ、熱媒加熱用熱交換器３９において熱源用湯水により加熱される熱媒を熱消費部３に循環供給するようにしている。
【００６９】
熱源用湯水の加熱について説明を加えると、燃料電池１の運転中である場合には、分流弁３１にて熱源用熱交換器３８側に冷却水が通流するように調整した状態での冷却水循環ポンプ２０の作動により、熱源用熱交換器３８において熱源用湯水を加熱させるように構成されている。
また、燃料電池１からの冷却水だけでは熱消費部３で要求されている現端末熱負荷を賄えない場合や、燃料電池１の非運転中の場合には、補助加熱手段５０を加熱状態で作動させることにより、補助加熱用熱交換器５３において熱源用湯水を加熱させるように構成されている。
【００７０】
ちなみに、運転制御部５は、燃料電池１の運転中に、貯湯運転と熱媒供給運転とを同時に行う場合には、熱消費部３で要求されている現端末熱負荷に基づいて、分流弁３１にて貯湯用熱交換器２７側に通流させる冷却水の流量と熱源用熱交換器３８側に通流させる冷却水の流量との割合を調整するように構成されている。
【００７１】
〔別実施形態〕
（１）上記実施の形態では、現電力負荷Ｄと共に、現貯熱量Ｔ更には現余剰電力量Ｈに応じて燃料電池１の出力調整を行う構成としては、上記実施の形態で説明したように、現貯熱量と設定貯熱量との比較や現余剰電力量と設定余剰電力量との比較により、出力上昇可否判断や出力下降可否判断を行う構成ではなく、他の構成を採用しても構わない。
例えば、現電力負荷Ｄと共に、現貯熱量Ｔ更には現余剰電力量Ｈに応じて燃料電池１の出力調整を行う構成としては、現電力負荷Ｄと現貯熱量Ｔ更には現余剰電力量Ｈから、熱余り及び電力余りが抑制されるための燃料電池１の目標出力を導出する関数を予め設定しておき、所定の時間間隔で、燃料電池１の出力を、上記関数を用いて導出した目標出力に調整する構成を採用することができる。
【００７２】
（２）上記実施の形態では、燃料電池１の出力を段階的に調整するように構成したが、別に、燃料電池１の出力は、現電力負荷に応じて無段階に連続して調整しても構わない。また、このように燃料電池１の出力を現電力負荷に応じて無段階に連続して調整する場合には、出力上昇可否判断用及び出力下降可否判断用の燃料電池１の現在における現出力に対する設定貯熱量又は設定余剰電力量を求めるための関数を予め設定しておき、所定の時間間隔で、上記関数を用いて出力上昇可否判断用及び出力下降可否判断用の設定貯熱量又は設定余剰電力量を求め、それらを現貯熱量及び現余剰電力量と比較して、出力上昇可否判断又は出力下降可否判断を行っても構わない。また、燃料電池１の出力を現電力負荷に応じて無段階に連続して調整する場合において、上記出力上昇可否判断において出力上昇を行わないことを決定したときには、燃料電池１の出力を現出力に固定したり、燃料電池１の出力を現出力に対して所定割合又は所定量下降させるように構成することができ、一方、上記出力下降可否判断において出力下降を行わないことを決定したときには、燃料電池１の出力を現出力に固定したり、燃料電池１の出力を現出力に対して所定割合又は所定量上昇させるように構成することができる。
【００７３】
（３）上記実施の形態では、熱電併給装置として燃料電池１を採用したが、例えば、熱電併給装置として、ガスエンジンによって発電装置を駆動するものを採用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】コージェネレーションシステムの概略構成図
【図２】コージェネレーションシステムの制御ブロック図
【図３】運転制御動作を示すフローチャート
【図４】出力上昇可否判断用及び出力下降可否判断用の各種設定値を示す図
【符号の説明】
１：燃料電池（熱電併給装置）
２：貯湯タンク
５：運転制御部（運転制御手段）
Ｓ：現ステップ設定出力
Ｄ：現電力負荷
Ｄｕ，Ｄｄ：設定電力負荷
Ｔ：現貯熱量
Ｔｕ，Ｔｄ：設定貯熱量
Ｈ：現余剰電力量
Ｈｕ，Ｈｄ：設定余剰電力量
【図１】
2005016845.tif 000003
【図２】
2005016845.tif 000004
【図３】
2005016845.tif 000005
【図４】
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