(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力と熱とを生成する熱電併給器と、
前記熱電併給器により生成した熱を貯える蓄熱器と、
前記蓄熱器より熱を供給される熱負荷の予測される熱負荷需要、前記熱電併給器から前記蓄熱器への予測される回収熱量、および前記熱電併給装置の予測される発電量を記憶する記憶器と、
第１の運転モードおよび第２の運転モードのいずれかを選択する運転モード選択器と、
制御器と、を備え、
前記制御器は、前記運転モード選択器により第１の運転モードが選択された場合、
前記記憶器から取得した前記予測される熱負荷需要および前記予測される回収熱量に基づき前記予測される熱負荷需要を賄うに必要な値を超える量の熱を前記蓄熱器に貯えられる起動時刻および停止時刻の組み合わせを起動予定時刻および停止予定時刻として設定し、
前記運転モード選択器により第２の運転モードが選択された場合、前記記憶器より取得した前記予測される発電量および前記予測される回収熱量に基づき、前記熱電併給器の消費エネルギー削減量、コスト削減量および二酸化炭素排出削減量のうちの少なくとも一つを最大にする起動時刻および停止時刻の組み合わせを起動予定時刻および停止予定時刻として設定し、
前記運転モード選択器は、使用者が操作を行うリモコンスイッチである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、電力と熱を生成する熱電併給器および熱を貯える蓄熱器を備えて構成されるコージェネレーションシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池と、電力負荷（電力消費エネルギー）や熱負荷（給湯等による熱消費エネルギー）を計測する手段と、この計測器により検知された過去の負荷履歴からこれらの将来需要を予測する計測器と、この予測器による将来の給湯需要に基づいてシステムの運転モードを決定する運転モード決定器と、を有して、将来の給湯需要を適切に賄えるよう、貯湯タンクの湯量を適正に調整可能な燃料電池コージェネレーションシステムが既に開発されている。
【０００３】
例えば、季節（夏場と冬場）における生活環境の違いに起因した翌朝の給湯需要の変化に伴って燃料電池コージェネレーションシステムの運転モードを変えるシステムが提案されている（従来例としての特許文献１参照）。
【０００４】
この従来例の燃料電池コージェネレーションシステムによれば、翌朝の給湯需要が増大する場合（冬場）には、当日夜の給湯を賄いつつ、翌朝の給湯需要に基づいて給湯需要ピーク終了時に、貯湯タンクの貯湯量をゼロにするよう、コージェネレーションシステムの待機時に貯湯タンクに貯める湯量を調整している。
【特許文献１】特開２００５−９８４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来の燃料電池コージェネレーションシステムのように予測された翌朝の給湯需要も考慮し、ピーク終了時点で、貯湯タンクの湯量がゼロになるよう運転制御することはシステムのエネルギーロスを極力抑える上では好ましい。
【０００６】
しかし、実際の給湯需要は、予想外の需要が生じたりすることがあり、給湯需要の完全な予測は現実には困難であり、予測値に対して過不足が生じる可能性が高い。実際の給湯需要に対して余った場合はいいが、不足した場合は、バックアップバーナー等により不足分を補う必要があり、エネルギー効率の低下に繋がる。仮に予測可能になったとしても、制御系統の高性能化によるコージェネレーションシステムのコストアップを招く懸念がある。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、コージェネレーションシステムの制御系統のコストアップを招くことなく、予測外の給湯等による熱負荷需要に適切に対処可能なコージェネレーションシステム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】
【０００８】
本発明者は、上記課題に対し、鋭意検討し、寧ろ将来の給湯需要が完璧には予測し得ないことを前提にして、余分の湯量を貯湯タンクに貯えられる運転モードを併存させるようにコージェネレーションシステムを設計する方が、制御系統の負担を軽減できることに着目した。
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明のコージェネレーションシステムは、電力と熱とを生成する熱電併給器と、前記熱電併給器により生成した熱を貯える蓄熱器と、前記蓄熱器より熱を供給される熱負荷の予測される熱負荷需要および前記熱電併給器から前記蓄熱器への予測される回収熱量を記憶する記憶器と、制御器とを備え、前記制御器は、前記記憶器から取得した前記予測される熱負荷需要および前記予測される回収熱量に基づき前記予測される熱負荷需要を賄うに必要な値を超える量の熱を前記蓄熱器に貯えられる起動時刻および停止時刻の組み合わせを起動予定時刻および停止予定時刻として設定することを特徴とする。
【００１０】
このように構成されたコージェネレーションシステムによれば、熱電併給器の待機中において蓄熱器に、日々の予測内の熱負荷需要よりも多めの蓄熱量が貯えられていることから、仮に予測外の熱負荷需要が発生した場合であっても、上記従来例のコージェネレーションシステムのような蓄熱器の熱負荷使い切りロジックに比べて、予測外熱負荷需要による熱不足分を一定レベルまで補うことができる。
【００１１】
また、本発明のコージェネレーションシステムは、前記記憶器が、さらに前記熱電併給装置の予測される発電量を記憶しており、前記制御器は、前記記憶器より取得した前記予測される熱負荷需要、前記予測される回収熱量および前記予測される発電量に基づき、前記予測される熱負荷需要を賄うに必要な値を超える量の熱を前記蓄熱器に貯えられるとともに、前記熱電併給器の消費エネルギー削減量、コスト削減量および二酸化炭素排出削減量のうちの少なくとも一つを最大にする、前記熱電併給器の起動時刻および停止時刻の組み合わせを起動予定時刻および停止予定時刻として設定することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明のコージェネレーションシステムは、前記熱負荷の熱消費履歴を計測する熱負荷計測器を備え、前記制御器は、前記熱負荷計測器により予測外の熱負荷需要を検知した場合には、前記蓄熱器の蓄熱量を増すよう、前記起動予定時刻および停止予定時刻のうちの少なくとも一方を変更しても良い。
【００１３】
このように構成されたコージェネレーションシステムによれば、制御器は、熱負荷計測器の検知情報を基に予測外の熱負荷需要の発生およびその予測外の熱負荷需要量を把握できる。このため、当該制御器は、この予測外の熱負荷需要量から日々の熱負荷需要（予測内）を賄って余る蓄熱器の熱量を差し引いた、不足の熱量を推定でき、不足の熱量を賄えるよう、熱電併給器の起動予定時刻（未到来の時刻）および／または停止予定時刻（未到来の時刻）を変更でき好適である。
【００１４】
また、本発明のコージェネレーションシステムは、前記制御器は、前記熱負荷計測器により予測外の熱負荷需要を検知した場合には、前記起動予定時刻を早めても良く、前記熱負荷計測器により予測外の熱負荷需要を検知した場合には、前記停止予定時刻を遅らしても良い。
【００１５】
また、本発明のコージェネレーションシステムは、前記記憶器から取得した前記予測される熱負荷需要および前記予測される回収熱量に基づき、前記熱電併給器の待機時に、前記蓄熱器に略最大蓄熱量を貯えられる前記熱電併給器の起動時刻および停止時刻の組み合わせを起動予定時刻および停止予定時刻として設定しても良い。
【００１６】
このように構成されたコージェネレーションシステムは、例えば、夜間待機時に貯湯タンクに充分な湯量を確保することを必要とする夜間緊急事態に対応可能である。
【００１７】
また、本発明のコージェネレーションシステムは、電力と熱とを生成する熱電併給器と、前記熱電併給器により生成した熱を貯える蓄熱器と、前記蓄熱器より熱を供給される熱負荷の予測される熱負荷需要、前記熱電併給器から前記蓄熱器への予測される回収熱量、および前記熱電併給装置の予測される発電量を記憶する記憶器と、第１の運転モードおよび第２の運転モードのいずれかを選択する運転モード選択器と、制御器とを備え、前記制御器は、前記運転モード選択器により第１の運転モードが選択された場合、前記記憶器から取得した前記予測される熱負荷需要および前記予測される回収熱量に基づき前記予測される熱負荷需要を賄うに必要な値を超える量の熱を前記蓄熱器に貯えられる起動時刻および停止時刻の組み合わせを起動予定時刻および停止予定時刻として設定し、前記運転モード選択器により第２の運転モードが選択された場合、前記記憶器より取得した前記予測される回収熱量および前記予測される発電量に基づき、前記熱電併給器の消費エネルギー削減量、コスト削減量および二酸化炭素排出削減量のうちの少なくとも一つを最大にする起動時刻および停止時刻の組み合わせを起動予定時刻および停止予定時刻として設定することを特徴とする。この運転モード選択器の一例は、使用者の操作によるリモコンスイッチである。
【００１８】
よって、このように構成されたコージェネレーションシステムは、生活サイクルに適う運転モードを使用者が当該リモコンスイッチにより適宜選択できることから便利である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、コージェネレーションシステムの制御系統のコストアップを招くことなく、予測外の給湯等による熱負荷需要に適切に対処可能なコージェネレーションシステムが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【００２１】
図１は、本発明の実施の形態による熱電併給（コージェネレーション）器と蓄熱器とを備えたコージェネレーションシステムの構成例を示したブロック図であり、ここでの熱電併給器の一例として燃料電池が示されている。
【００２２】
本実施の形態のコージェネレーションシステム１００は、その機能面から見て、図１に示す如く、熱電併給系統１０１、熱（排熱）利用系統１０２、電力系統１０３と、制御系統１０４と、に大別される。
【００２３】
コージェネレーションシステム１００の熱電併給系統１０１は、水素リッチな燃料ガス（還元剤ガス）と空気（酸化剤ガス）とを用いて電力および熱を生成する固体高分子型燃料電池１０（以下、「ＰＥＦＣ１０」と略す）と、原料ガスと水とから燃料ガスを生成してＰＥＦＣ１０のアノードにこの燃料ガスを供給する燃料供給器１１と、ＰＥＦＣ１０のカソードに空気を供給するブロア等の空気供給器１２とを備えている。この燃料供給器１１は、例えば、都市ガス１３Ａ等の原料ガスを水蒸気改質することにより燃料ガスを生成する改質器（不図示）と、改質された燃料ガスを変成する変成器（不図示）と、変成後の燃料ガス中の一酸化炭素ガスを酸化する選択酸化器（不図示）と、を備えて構成されている。
【００２４】
ＰＥＦＣ１０において、アノードで消費されなかった燃料ガス（オフガス）は、アノードからＰＥＦＣ１０の外へ排出される。また、カソードで消費されなかった空気は、カソードからＰＥＦＣ１０の外へ排出される。
【００２５】
熱電併給器として本実施の形態ではＰＥＦＣ１０を例示しているが、この熱電併給器は、他の種類の燃料電池であっても良く、更に燃料電池に限らず、ガスエンジン方式やガスタービン方式を採用した装置であっても良い。
【００２６】
なお、このＰＥＦＣ１０は公知技術に基づいて構成されており、ここではＰＥＦＣ１０の内部構成の図示およびその説明を省く。
【００２７】
コージェネレーションシステム１００の熱利用系統１０２は主として、排熱回収系および蓄熱系を備えて構成されている。
【００２８】
熱利用系統１０２の排熱回収系は、図１に示す如く、ＰＥＦＣ１０の内部に冷却水を循環させるように形成された環状の冷却水循環流路２１ａと、この冷却水循環流路２１ａの途中に設けられ、冷却水を循環可能な冷却水ポンプ２１ｂと、熱交換器２３を介して冷却水循環流路２１ａの内部を流れる冷却水との間で熱交換する熱回収水（熱媒体）を流す熱回収水循環流路２１ｃと、熱回収水循環流路２１ｃの途中に設けられ、熱回収水を循環可能な熱回収水ポンプ２１ｄと、を備えている。
【００２９】
なおここでは図示を省いているが、冷却水循環流路２１ａおよび熱回収水循環流路２１ｃの途中には、冷却水や熱回収水の温度を計測する適宜の温度センサと、冷却水や熱回収水の流量を計測する適宜の流量センサとを設け、後記の制御系統１０４により、各センサによる検知情報に基づいて冷却水や熱回収水の温度を一定に保つよう、これらの流量が適切に調整されている。
【００３０】
このような排熱回収系によれば、冷却水の流量やその温度を適切に調整できることから、ＰＥＦＣ１０の内部温度を一定に保つことが可能になる。
【００３１】
こうすれば、ＰＥＦＣ１０の発電反応に基づく排熱を、熱交換器２３を介した熱交換に基づく冷却水および熱回収水により適切に回収して、その結果として、ＰＥＦＣ１０の内部温度の変化を抑制して、ＰＥＦＣ１０の発電反応を定常状態に保つことができ好適である。
【００３２】
熱利用系統１０２の蓄熱系は、図１に示す如く、熱回収水循環流路２１ｃに接続された、積層沸き上げ方式の貯湯タンク２２ａと、貯湯タンク２２ａの下方に接続され、市水を貯湯タンク２２ａに導く給水配管２２ｂと、貯湯タンク２２ａの上方に接続され、お湯を貯湯タンク２２ａから家庭の風呂や台所等のバックアップバーナーを有する給湯設備としての熱負荷（不図示）に導く給湯配管２２ｃと、給湯配管２２ｃの途中に設けられ、給湯配管２２ｃを流れる湯流量を計測する流量計２２ｄと、を備えて構成されている。
【００３３】
なお、熱回収水循環流路２１ｃの熱回収水入口（貯湯タンク２２ａに溜まった湯の出口２２ｅ）は、貯湯タンク２２ａの下端部に配設され、熱回収水循環流路２１ｃの熱回収水出口（貯湯タンク２２ａに向かう湯の入口２２ｆ）は、貯湯タンク２２ａの上端部に配設され、これにより、貯湯タンク２２ａの下方にある冷水が熱回収水として、上記熱回収水入口を介して熱回収水循環流路２１ｃ内を熱交換器２３に向かって流れる。その後、この熱回収水は、熱交換器２３において加熱され、この加熱された熱回収水は、上記熱回収水出口を介して蓄熱媒体として貯湯タンク２２ａに戻される。
【００３４】
ここで流量計２２ｄが、後記のとおり、熱負荷の熱負荷を計測する熱負荷計測器として機能する。なお給湯配管２２ｃの途中に、湯温度を計測する温度センサ（不図示）を設けても良く、これにより、制御系統１０４は、この温度サンサの温度情報および流量計２２ｄの流量情報に基づいて、熱負荷の熱負荷をより正確に検知できる。
【００３５】
このような蓄熱系によれば、熱回収水循環流路２１ｃを流れる熱回収水を上記熱交換器２３の熱交換作用により加熱できるため、ＰＥＦＣ１０から放出された排熱エネルギーを、貯湯タンク２２ａに貯める湯に含まれる熱エネルギーとして家庭で利用することが可能になる。
【００３６】
コージェネレーションシステム１００の電力系統１０３は、図１に示す如く、ＰＥＦＣ１０の直流電力を交流電力に変換するインバータ３０と、ＰＥＦＣ１０から供給される交流電力を電力負荷（不図示）に給電するための商用電力網３１と、からなり、電力負荷には、コージェネレーションシステム１００の他に、電力会社による既存インフラの商用電源３３が更に系統連携されている。
【００３７】
また、各家庭の使用電力量をモニター可能な電力計３２が商用電力網３１に配設されている。なおこの電力計３２が、後記のとおり、電力負荷の電力負荷を計測する電力負荷計測器として機能する。
【００３８】
コージェネレーションシステム１００の制御系統１０４は、予測部４１と、運転計画部４２（制御器）と、記憶部４０と、リモコン４３と、を有している。
【００３９】
制御系統１０４のリモコン４３のスイッチは、コージェネレーションシステム１００の運転モードを切り替える運転モード選択器として機能する。本実施の形態の運転モードには、後記のとおり、「消費エネルギー最大削減運転モード」と「湯切緩和運転モード」とが、ある。
【００４０】
制御系統１０４の記憶部４０は、上記電力計３２により計測された電力負荷の過去から直近の電力負荷の電力消費履歴および上記流量計２２ｄにより計測された熱負荷の過去から直近の熱負荷の熱消費履歴を、コージェネレーションシステム１００の運転経過に伴い逐次記憶するよう構成されている。
【００４１】
制御系統１０４は、マイクロプロセッサ等からなり、例えば計時器等のタイマー機能と演算機能と内部メモリ（ＲＯＭやＲＡＭ）とを有している。そして、記憶部４１は、この内部メモリで構成され、予測部４１および運転計画部４２の動作は、記憶部４０に格納されたプログラムによって実現されている。
【００４２】
この予測部４１は、記憶部４０に記憶された一定期間の熱負荷の熱消費履歴および電力負荷の電力消費履歴を読み出し、当該履歴を基にして将来（例えば一日）の時間推移とともに変わる電力負荷の予測需要および将来（例えば一日）の時間推移とともに変わる熱負荷の予測需要（以下、これらを、「電力負荷予測需要」および「熱負荷予測需要」と略す）を推定演算して、これらの電力負荷予測需要および熱負荷予測需要を記憶部４０に逐次記憶する。
【００４３】
なお、電力負荷予測需要および熱負荷予測需要の推定に必要な過去の電力負荷および熱負荷の熱消費履歴の蓄積期間は、各家庭の生活サイクルをシステムが適切に把握可能な期間であり、例えば数日〜数ヶ月程度である。
【００４４】
運転計画部４２は、後程詳しく述べるとおり、記憶部４０に予め記憶されたＰＥＦＣ１０について、予測部４１により予測された電力負荷予測需要および熱負荷予測需要に基づいてコージェネレーションシステム１００の消費エネルギー削減量を求め、コージェネレーションシステム１００の各運転モードにおいて消費エネルギー効率化を図れるよう、ＰＥＦＣ１０の起動予定時刻および停止予定時刻を決定する。
【００４５】
ここで記憶部４０は、コージェネレーションシステム１００の家庭への据え置き時には予め代表的な電力負荷および熱負荷の熱消費履歴を記憶するよう構成されても良い。
【００４６】
なお、電力負荷および熱負荷の熱消費履歴から、電力負荷予測需要および熱負荷予測需要を推定する手法は既に種々提案されており、ここではその詳細な説明は省略する。
【００４７】
また本実施の形態では、制御系統１０４の予測部４１と運転計画部４２とが、単一のマイクロプロセッサからなる例を述べたが、両者が別個のマイクロプロセッサにより構成されても良く、また、当該マイクロプロセッサは、ここではコージェネレーションシステム１００の全体動作（発電動作等）を制御するが、当該全体動作を別個の演算器で制御しても良い。
【００４８】
次に、以上に述べた熱負荷予測需要および電力負荷予測需要を基にした、コージェネレーションシステム１００の制御系統１０４の動作の一例について図面を参照して説明する。
【００４９】
図２は、本実施の形態によるコージェネレーションシステムの動作例を示したフローチャートである。
【００５０】
なおここで、コージェネレーションシステム１００のメインスイッチ（例えばリモコン４３の電源入力スイッチ）が押されると、コージェネレーションシステム１００の表示部（例えばリモコン４３の液晶表示部）には複数のメニューが表示される。そして、リモコン４３の入力操作部の適宜の操作により、図２に示したコージェネレーションシステム１００の動作シーケンスが選ばれると、制御系統１０４の記憶部４０に予め記憶された制御プログラムが運転計画部４２のＣＰＵに読み込まれ、当該制御プログラムが図２に示した処理を、コージェネレーションシステム１００を制御しながら実行する。
【００５１】
勿論、上記メインスイッチの操作により当該動作シーケンスを自動的に行えるよう、コージェネレーションシステム１００を設計しても良い。なお本動作シーケンスを以下の如く実行するにあたり、使用者への入力指示は、上記表示部に適宜メッセージ表示される。
【００５２】
まず、制御系統１０４の運転計画部４２は、記憶部４０に記憶された、一定期間（例えば一日）の電力負荷予測需要および熱負荷予測需要を取得する（ステップＳ１）。
【００５３】
この電力負荷予測需要および熱負荷予測需要は、コージェネレーションシステム１００の各家庭への据え置き時に記憶部４０に予め記憶された代表的な電力および熱負荷の熱消費履歴に基づく予測需要であっても良く、各家庭の生活サイクルに適合するよう、コージェネレーションシステム１００の運転経過に伴い予測部４１により改変された電力負荷および熱負荷の熱消費履歴に基づく予測需要であっても良い。
【００５４】
次に、運転計画部４２は、ＰＥＦＣ１０の多数の起動時刻および停止時刻の組み合わせのうちの一つを、ＰＥＦＣ１０の仮の起動時刻および停止時刻として仮設定する（ステップＳ２）。
【００５５】
続いて、運転計画部４２は、ステップＳ２で仮設定されたＰＥＦＣ１０の起動時刻および停止時刻、並びに記憶部４０より取得した一定期間（例えば、１日）の電力負荷予測需要および熱負荷予測需要に基づいて、この仮設定された起動時刻および停止時刻の間にコージェネレーションシステムを運転すると想定した場合の運転期間中にＰＦＥＣ１０により発電される発電量およびＰＥＦＣ１０から貯湯タンク２２ａに回収される回収熱量（この熱に相当する湯量；以下、「貯湯タンク回収湯量」という）の総計を演算するとともに、この演算に際して予測した貯湯タンク回収湯量の時間推移を記憶部４０に記憶する。そして、記憶部４０より取得した熱負荷予測需要およびこの貯湯タンク回収湯量の時間推移の予測データに基づいて、貯湯タンクに湯がある限りは熱負荷予測需要を賄うよう熱負荷に対して給湯するという前提で、コージェネレーションシステム１００に貯えられる貯湯タンク２２ａの湯量（以下、「貯湯タンク湯量」という）の時間推移を予測し、この予測データを仮設定された起動時刻および停止時刻の組み合わせと対応付けて記憶部４０に記憶する。そして、運転計画部４２は、運転期間中における上記発電量および貯湯タンク回収湯量の総量の生成に必要な、コージェネレーションシステム１００の消費エネルギー（Ｂ）を演算する（ステップＳ３）。
【００５６】
この消費エネルギー（Ｂ）は、コージェネレーションシステム１００を家庭に導入するに際して、当該家庭における消費エネルギー削減の目安となるものであり、上記発電量および貯湯タンク回収湯量をコージェネレーションシステム１００により生成した際のＰＥＦＣ１０の稼働に必要な原材料エネルギー（ＰＥＦＣ１０の稼働により消費される原料ガスやＰＥＦＣ１０を稼働電力等のトータルエネルギー）を指す。
【００５７】
次に、運転計画部４２は、ステップＳ３で運転計画部４２により予測された仮設定された運転期間中（起動時刻と停止時刻の間）のＰＥＦＣ１０の発電量およびＰＥＦＣ１０からの回収熱量を用いて消費エネルギー（Ａ）を演算する（ステップＳ４）。
【００５８】
この消費エネルギー（Ａ）は、コージェネレーションシステム１００を家庭に導入するに際して、当該家庭における消費エネルギー削減量の基準になるものであり、運転計画部４２に予測されるＰＥＦＣ１０の発電量およびＰＥＦＣ１０からの回収熱量の全てを、コージェネレーションシステム１００に頼らずに電力会社乃至ガス会社の既存インフラから供給された電力およびガスで賄ったと仮定した場合のトータルエネルギーを指す。
【００５９】
次に、運転計画部４２は、ステップＳ４の消費エネルギー（Ａ）からステップＳ３の消費エネルギー（Ｂ）を差し引いた値（Ａ−Ｂ）を演算し、これをコージェネレーションシステム１００の消費エネルギー削減量と見做して、この数値（Ａ−Ｂ）をステップＳ２で仮設定された起動時刻および停止時刻の組み合わせに対応付けて記憶部４０に記憶する（ステップＳ５）。
【００６０】
ここで運転計画部４２は、全ての起動時刻および停止時刻の組み合わせについて、消費エネルギー削減量（Ａ−Ｂ）の演算を終えたか否かを判定して（ステップＳ６）、消費エネルギー削減量（Ａ−Ｂ）の演算を終えていなければ（ステップＳ６において「Ｎｏ」）、ステップＳ２、ステップＳ３、ステップＳ４およびステップＳ５の処理を繰り返し、消費エネルギー削減量（Ａ−Ｂ）の演算を終えていれば（ステップＳ６において「Ｙｅｓ」）、次の判定ステップに進む。
【００６１】
次に、運転計画部４２は、適宜の条件により、コージェネレーションシステム１００の「消費エネルギー最大削減運転モード」および「湯切緩和運転モード」のうちの何れかの運転モードを選択する（ステップＳ７）。
【００６２】
例えば、運転計画部４２が、使用者による「湯切緩和運転モード」への移行指示（リモコンスイッチ入力）を受け取ったか否かを常時監視して、この移行指示があった場合に、運転計画部４２は、通常の「消費エネルギー最大削減運転モード」から「湯切緩和運転モード」に移行するよう、コージェネレーションシステム１００の動作を制御しても良い。
【００６３】
運転計画部４２が、ステップ７において「消費エネルギー最大削減運転モード」を選択する場合には、運転計画部４２は、ステップＳ５において、消費エネルギー削減量（Ａ−Ｂ）と対応付けて記憶部４０に記憶された、複数の起動時刻および停止時刻の組み合わせの中から消費エネルギー削減量（Ａ−Ｂ）が最大となる起動時刻および停止時刻の組み合わせを記憶部４０から読み出して取得し、この起動時刻および停止時刻の組み合わせに基づいて、ＰＥＦＣ１０に対してその起動予定時刻および停止予定時刻を設定する（ステップＳ８）。
【００６４】
そして運転計画部４２は、ステップＳ８により設定されたＰＥＦＣ１０の起動予定時刻および停止予定時刻に即して、コージェネレーションシステム１００を運転制御する（ステップＳ９）。
【００６５】
一方、運転計画部４２が、ステップ７において「湯切緩和運転モード」を選択する場合には、運転計画部４２は、ステップＳ３において、貯湯タンク湯量と対応付けて記憶部４０に記憶された、複数の起動時刻および停止時刻の組み合わせの中から、貯湯タンク湯量がゼロにならない起動時刻および停止時刻の組み合わせを記憶部４０から読み出し取得する（ステップＳ１０）。
【００６６】
特に、貯湯タンク湯量が、当日の給湯需要を賄い終えた時点でゼロにならず、予測外の給湯需要を賄える湯量を確保している場合が望ましく、例えば、この予想外の給湯需要を賄う湯量として、一般的な家庭の湯使用量であれば貯湯タンク２２ａに貯えられる最大湯量『例えば２００Ｌ（リットル）程度』の、１／３の湯量（７０Ｌ）〜１／４の湯量（５０Ｌ）と試算される。
【００６７】
そして、運転計画部４２は、ステップＳ１０で取得した起動時刻および停止時刻の組み合わせの中から消費エネルギー削減量（Ａ−Ｂ）が最大となる起動時刻および停止時刻の組み合わせ（取得した起動時刻および停止時刻の組み合わせがひとつであれば、その起動時刻および停止時刻の組み合わせ）を選び、この起動時刻および停止時刻の組み合わせを、ＰＥＦＣ１０に対してその起動予定時刻および停止予定時刻として設定する（ステップＳ１１）。
【００６８】
そして運転計画部４２は、ステップＳ１１により設定されたＰＥＦＣ１０の起動予定時刻および停止予定時刻に即してコージェネレーションシステム１００を運転制御する（ステップＳ９）。
【００６９】
このようなコージェネレーションシステム１００によれば、コージェネレーションシステム１００の「湯切緩和運転モード」において、制御系統１０４の運転計画部４２が、予測外の給湯等による熱負荷需要に対して貯湯タンク２２ａの湯切れを改善するよう、コージェネレーションシステム１００を運転制御できる。
【００７０】
また、このコージェネレーションシステム１００は、「湯切緩和運転モード」と「消費エネルギー最大削減運転モード」とを生活サイクルに合わせて使用者がリモコンスイッチにより適宜選択でき利便性に優れる。
【００７１】
次に、上記「湯切緩和運転モード」の、ＰＥＦＣ１０の起動予定時刻および停止予定時刻の設定（変更）の一例を、図面を参照しながら説明する。
【００７２】
図３および図４は、湯切緩和運転モードによるコージェネレーションシステムのＰＥＦＣの一昼夜（２４時間）の運転計画（該当日の起動予定時刻および停止予定時刻の設定または変更）の一例を模式的に示した図である。ここで、「待機」とは、制御系統１０４が動作した状態で、ＰＥＦＣ１０がその運転を停止している状態をいう。
【００７３】
図３は、朝方（時刻：７時）および夜（時刻：２１時）に予測内の給湯需要を想定した場合であって予測外の給湯需要の発生に際してＰＥＦＣの起動予定時刻および停止予定時刻の両方を変更する例を示した図であり、図４は、夜（時刻：２１時）に予測内の給湯需要を想定した場合であって予測外の給湯需要の発生に際してＰＥＦＣの起動予定時刻のみを変更する例を示した図である。
【００７４】
図３および図４中の３つの棒グラフ図の横軸に対応する数字は、一昼夜の時刻を表し、例えば、図中の数字「０（２４）」は午前０時（２４時）の時刻であり、数字「１２」は正午の時刻である。なお、コージェネレーションシステム１００の翌日の動作は、棒グラフ図中の右端の棒状図形（以下、「棒」という）から左端の棒に戻って当日と同じ動作を繰り返すものとする。
【００７５】
また図中の縦軸は、貯湯タンク２２ａにおける湯量を表している。従って、各棒は、湯量の増減（または貯湯タンク２２ａへの給湯需要の大小）を表し、図中に示した符号「＋」側に延びる棒は貯湯タンク２２ａに残った湯量（または貯湯タンク２２ａへの給湯需要の発生状況）を示し、縦軸における数字「０」は、貯湯タンク２２ａの湯切れ状態を示し、符号「−」側に延びる棒は、貯湯タンク２２ａの不足湯量を示している。
【００７６】
すなわち、図３および図４の各棒グラフ図中の２５本の淡いグレイ色の棒は、一昼夜の一時間毎の貯湯タンク２２ａの残湯量（または不足湯量）を示している。但し、左端の棒は、午前０時（２４時）としてシステム側が認識する始期の残湯量を示しており、右端の棒は、午前０時（２４時）としてシステム側が認識する終期の残湯量を示している。
【００７７】
また、図３の棒グラフ図中の２本の濃いグレイ色の棒（図４では１本）は、時刻７時および時刻２１時（図４では時刻２１時）における、制御系統１０４の予測部４１により既に予測された日々の給湯需要（予測内）の湯量を例示している。
【００７８】
更に、図３（ｂ）および図３（ｃ）の各棒グラフ図中の１本の斜線を引いて示した棒は、時刻５時（図４では時刻７時）における、予期せぬ要因により発生した給湯需要（予測外）の湯量を例示している。
【００７９】
なお、図３および図４の説明の簡素化のため、ここでは便宜上、ＰＥＦＣ１０の起動予定時刻を正午頃の１回に限り、ＰＥＦＣ１０の停止予定時刻を午前０時（２４時）頃の１回に限るとともに、ＰＥＦＣ１０は定常運転（即ち、ＰＥＦＣ１０の運転中の、ＰＥＦＣ１０による一時間当たりの貯湯タンク２２ａへの湯補給量およびタンクからの放熱は一定）であると仮定している。
【００８０】
図３（ａ）および図４（ａ）の棒グラフ図には、本実施の形態の湯切緩和運転モードによるＰＥＦＣ１０の起動予定時刻および停止予定時刻の設定例が示されている。
【００８１】
これらの棒グラフ図によれば、ＰＥＦＣ１０の待機中において貯湯タンク２２ａに、日々の給湯需要（予測内）に必要な湯量よりも多めの湯量が貯えられている。例えば、図３に示す如く、時刻７時および時刻２１の予測内の給湯需要を貯湯タンク２２ａ中の湯で賄っても、貯湯タンク２２ａに湯が所定量残っている。
【００８２】
このため、図３（ｂ）および図４（ｂ）の棒グラフ図の如く、予測外の給湯需要が発生した場合に、従来例の燃料電池コージェネレーションシステムの如く貯湯タンクの湯使い切りロジックに比べて、当該予測外給湯需要による湯不足分を一定レベル補うことができ、給湯設備に設置されたバックアップバーナーによる湯補給量の増加を抑制できる。
【００８３】
また、図３（ｃ）および図４（ｃ）の棒グラフ図には、予測外の給湯需要が発生した場合の、本実施の形態の湯切緩和運転モードによるＰＥＦＣ１０の起動予定時刻および停止予定時刻の変更例（更新例）が示されている。
【００８４】
制御系統１０４の運転計画部４２は、流量計２２ｄの検知情報を基に予測外の給湯需要の発生および予測外給湯需要による湯量を把握するとともに、この予測外湯量から日々の給湯需要（予測内）を賄って余る、貯湯タンク２２ａの残湯量を差し引いた、不足の湯量を推定する。そして、運転計画部４２は、この不足の湯量を賄えるよう、ＰＥＦＣ１０の起動予定時刻（未到来の時刻）および／または停止予定時刻（未到来の時刻）を一時的に変更する。
【００８５】
より詳しくは、図３（ａ）の棒グラフ図および同図（ｃ）の棒グラフ図の比較から理解されるとおり、運転計画部４２は、予測外の給湯需要発生および不足の湯量を把握した時点で、次回の起動予定時刻を早め、かつ次回の停止予定時刻を遅らせて、上記不足の湯量を完全に賄えるよう、ＰＥＦＣ１０の起動予定時刻および停止予定時刻の両方を変更している。
【００８６】
同様に、図４（ａ）の棒グラフ図および同図（ｃ）の棒グラフ図の比較から理解されるとおり、運転計画部４２は、予測外の給湯需要発生および不足の湯量を把握した時点で、次回の起動予定時刻を早めて、上記不足の湯量を完全に賄えるよう、ＰＥＦＣ１０の起動予定時刻のみを変更している。
【００８７】
なお運転計画部４２は、予測外の給湯需要を飽くまでイレギュラーな需要であると認識して、不足の湯量を賄えた日の翌日には、予測外の給湯需要に基づいて変更したＰＥＦＣ１０の起動予定時刻および／または停止予定時刻を、予測外の給湯需要が発生しない場合のＰＥＦＣ１０の予定時刻（すなわち、図３（ａ）および図４（ａ）に示した起動予定時刻および停止予定時刻）に戻す。
【００８８】
但し、仮に予測外の給湯需要が連日（例えば一週間）に亘り、同時刻に同量程度発生した場合、運転計画部４２は、この予測外の給湯需要を恒常的なものと認識して、この給湯需要を予測内の給湯需要に組み込んでも良い。例えば、図４（ｂ）または図４（ｃ）に示した時刻７時の予測外の給湯需要が数日間連続して発生すれば、運転計画部４２は、朝方（時刻７時）の給湯需要を恒常的な需要と判定して、図３（ａ）に示す如く、朝方および夜に予測内の給湯需要を想定するよう、ＰＥＦＣ１０の起動予定時刻および停止予定時刻を再設定（更新設定）しても良い。
【００８９】
このような本実施の形態の湯切緩和運転モードによるＰＥＦＣ１０の起動予定時刻および停止予定時刻の設定および変更動作によれば、給湯設備内蔵のバックアップバーナーの負担を軽減して効率的に予測外の給湯需要を賄えて好適である。
【００９０】
〔変形例１〕
本実施の形態では、ＰＥＦＣ１０の消費エネルギー削減量（Ａ−Ｂ）に着目して、運転計画部４２はこのような消費エネルギー削減量を最大にするよう、コージェネレーションシステム１００の運転計画を設定する例を述べた。しかし、消費エネルギー削減量に限らず、例えば、ＰＥＦＣ１０のコスト削減量や二酸化炭素排出削減量に着目してコージェネレーションシステム１００の運転計画を設定しても良い。すなわち、運転計画部４２は、ＰＥＦＣ１０のエネルギー削減量、コスト削減量および二酸化炭素排出削減量のうちの少なくとも一つを最大にするよう、ＰＥＦＣ１０に対してその起動予定時刻および停止予定時刻を設定しても良い。
【００９１】
なお、これらのコスト削減量および二酸化炭素排出削減量は、既に述べた消費エネルギー（Ａ）（Ｂ）を導くに必要なデータを用いて演算可能である。
【００９２】
例えば、ＰＥＦＣ１０の稼働に必要な原料ガスおよび電力に、これらの単位量当たりのコストを乗算することにより、ＰＥＦＣ１０の稼働コストを導ける。また、原料ガス中の炭素（Ｃ）割合から単位原料ガス量当たりの二酸化炭素排出量は容易に導ける。なお、電力の単位エネルギー当たりの二酸化炭素排出量は、電力会社から既に公表されたデータを用いれば良い。
【００９３】
〔変形例２〕
本実施の形態で述べた「消費エネルギー最大削減運転モード」や「湯切緩和運転モード」に加えて、緊急時（特に、夜間災害時）に備えて、コージェネレーションシステムの待機時（特に、夜間待機時）の貯湯タンクに満タンの最大湯量（最大蓄熱量）を確保可能な緊急対応時運転モードを付加しても良く、これらの３種の運転モードを、リモコンスイッチ等の運転モード選択器により使用者が適宜選択できるよう、コージェネレーションシステムを構築しても良い。こうすれば、生活サイクルに適う運転モードを使用者が当該リモコンスイッチにより適宜選択できることから便利である。
【００９４】
[変形例３]
本実施の形態では、運転計画部４２による起動予定時刻および停止予定時刻の設定は、上述のように記憶部４２に記憶された電力負荷予測需要および熱負荷予測需要に基づいて幾つかの演算、および予測を経て最終的に設定されている。電力負荷予測需要および熱負荷予測需要は、一般的に、季節、曜日等の時期により変動するためこれに伴い、運転計画部４２により設定される起動予定時刻および停止予定時刻も変動する。そこで、時期に応じた起動予定時刻および停止予定時刻をパターン化し、記憶部４０に記憶させ、運転計画部４２が、記憶部４０より運転当日に最適なパターンを選択し、起動予定時刻および停止予定時刻を設定しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００９５】
本発明のコージェネレーションシステムによれば、予測外の給湯等による熱負荷需要に適切な対応が図れて、例えば、本システムは、家庭用の燃料電池コージェネレーションシステムに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】本発明の実施の形態によるコージェネレーションシステムの構成例を示したブロック図である。
【図２】本実施の形態によるコージェネレーションシステムの動作例を示したフローチャートである。
【図３】湯切緩和運転モードによるコージェネレーションシステムのＰＥＦＣの一昼夜の運転計画の一例を模式的に示した図である。
【図４】湯切緩和運転モードによるコージェネレーションシステムのＰＥＦＣの一昼夜の運転計画の他の例を模式的に示した図である。
【符号の説明】
【００９７】
１０  ＰＥＦＣ
１１  燃料供給器
１２  空気供給器
２１ａ  冷却水循環流路
２１ｂ  冷却水ポンプ
２１ｃ  熱回収水循環流路
２１ｄ  熱回収水ポンプ
２２ａ  貯湯タンク
２２ｂ  給水配管
２２ｃ  給湯配管
２２ｄ  流量計
２２ｅ  出口
２２ｆ  入口
２３  熱交換器
３０  インバータ
３１  商用電力網
３２  電力計
３３  商用電源
４０  記憶部
４１  予測部
４２  運転計画部
４３  リモコン
１００  コージェネレーションシステム
１０１  電熱併給系統
１０２  熱利用系統
１０３  電力系統
１０４  制御系統
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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