JP3986982B2 - コージェネレーションシステム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コージェネレーションシステムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、環境問題や省エネルギー等の観点から、外部から供給された燃料が持つエネルギーを電気エネルギーや熱エネルギー等の複数の形態で回収する、いわゆるコージェネレーションシステムが提供されている。従来技術のコージェネレーションシステムには、例えばガス等の燃料を供給してエンジンを作動させ、このエンジンの動力により発電させて電気エネルギーを回収する一方、エンジンにおいて発生した排熱によって湯水や熱媒体を加熱させて熱エネルギーを回収するものがある。
【０００３】
上記したように、従来技術のコージェネレーションシステムは、システム全体としてのエネルギー回収効率が高く、電気エネルギーや熱エネルギー等の複数の形態で回収される。即ち、コージェネレーションシステムでは、電気エネルギーや熱エネルギー等の複数の形態のエネルギーが同時に発生する。
【０００４】
電気エネルギーや熱エネルギーは、長期にわたって貯留しておくことが困難である。従って、回収されたエネルギーを有効利用するためには、コージェネレーションシステムは、電気エネルギーや熱エネルギーを安定して使用可能な場所に採用されることが望ましい。そのため、従来技術のコージェネレーションシステムの多くは、大規模な事業所や集合住宅、ホテル等のように回収された電気エネルギーや熱エネルギーを上回る大量のエネルギーを安定して消費する場所に採用されている。
【０００５】
近年、コージェネレーションシステムは、家庭や小規模な事業所に対応した地域分散型の熱併給電源として有望視されている。しかし、家庭や小規模な事業所では、電気エネルギーや熱エネルギーの使用状況が日時や季節によって変動するものと想定されるため、エネルギーの使用状況を考慮した運転動作の制御を行わないとエネルギーの回収と使用とのバランスがとれず、燃料から回収されたエネルギーを有効利用できないおそれがある。
【０００６】
かかる課題を解決すべく、近年、地域分散型の熱併給電源として、下記特許文献１に示すように、当該システムの過去の使用状況に基づいて電気エネルギーや熱エネルギーの必要量を予測し、この予測に基づいて運転状態を最適化可能なコージェネレーションシステムが提案されている。
【０００７】
【特許文献１】
特許２５８０５０４号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に開示されている発明のように、システムの過去の使用状況に基づいて電気エネルギーや熱エネルギーの必要量を予測する場合、コージェネレーションシステムに対して運転状況の予測や実際の運転の基準となる時刻設定がなされていないと運転状態を最適化できないおそれがある。また特に、家庭や小規模な事業所等では電気エネルギーや熱エネルギーの使用状況が大きく変動するものと想定される。この様に電気エネルギーや熱エネルギーの使用状況が日時等に基づいて大幅に変動する場合、時刻設定等がなされているか否かは、運転状態の最適化に大きな影響を与える。即ち、過去の使用状況に基づいて電気エネルギーや熱エネルギーの必要量を予測する機能を備えたコージェネレーションシステムでは、日時等のデータがエネルギーの有効利用に大きな影響を与える。
【０００９】
そこで本発明では、エネルギーの有効利用可能なコージェネレーションシステムの提供を目的とした。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、外部から供給された燃料が持つエネルギーを電気エネルギー及び／又は熱エネルギーに変換して回収する一又は複数のエネルギー回収手段を備えたコージェネレーションシステムであって、当該コージェネレーションシステムの作動時刻を検知可能な時刻検知手段と、当該時刻検知手段の検知時刻および前記エネルギー回収手段において回収されたエネルギーの過去の使用状況に基づいて現在又は将来において要求されるエネルギー量を予測する予測手段を具備し、エネルギー回収手段は、予測手段の予想に基づいて作動するものであり、時刻設定手段は、エネルギー回収手段の作動に先立って作動時刻の検知の基準となる時刻データの設定を要求する警告動作を行うものであり、外部から供給されたガスにより作動するガスエンジンを備えており、前記時刻データに基づき、所定の時刻におけるガスエンジンの動作を停止させることを特徴とするコージェネレーションシステムである。
【００１１】
また、上記請求項１に記載の発明と同様の課題を解決すべく提供される請求項２に記載の発明は、外部から供給された燃料が持つエネルギーを電気エネルギー及び／又は熱エネルギーに変換して回収する一又は複数のエネルギー回収手段を備えたコージェネレーションシステムであって、当該コージェネレーションシステムの作動時刻を検知可能な時刻検知手段と、当該時刻検知手段の検知時刻および前記エネルギー回収手段において回収されたエネルギーの過去の使用状況に基づいて現在又は将来において要求されるエネルギー量を予測する予測手段と、前記コージェネレーションシステムの動作の設定を行う動作設定手段とを具備し、エネルギー回収手段は、予測手段の予想に基づいて作動するものであり、前記動作設定手段は、時刻検知手段による作動時刻の検知の基準となる時刻データを入力可能であり、エネルギー回収手段の作動に先立って前記時刻データの設定を要求する警告動作を行うものであり、外部から供給されたガスにより作動するガスエンジンを備えており、前記時刻データに基づき、所定の時刻におけるガスエンジンの動作を停止させることを特徴とするコージェネレーションシステムである。
【００１２】
請求項１乃至６に記載の発明において「時刻」および「時刻データ」とは、日付（年・月・日の少なくともいずれか）、曜日、時刻（時・分・秒のいずれか）等のいずれか一つ、あるいはこれらの組み合わせで構成されるものである。
【００１３】
本発明のコージェネレーションシステムは、予測手段によってエネルギー回収手段の過去の使用履歴に基づいて現在又は将来において要求されるエネルギー量を予測可能であり、この予測に基づいてエネルギー回収手段を動作させることにより燃料から回収された電気エネルギーや熱エネルギーを有効利用することができる。本発明のコージェネレーションシステムにおいて、現在又は将来において要求されるエネルギー量を精度よく予測するためには、時刻検知手段によってエネルギー回収手段の作動時刻を可能な限り正確に検知する必要がある。
【００１４】
本発明のコージェネレーションシステムでは、時刻設定手段が、エネルギー回収手段の作動に先立って作動時刻の検知の基準となる時刻データの設定を要求する警告動作を行う。そのため、上記した構成によれば、時刻データが設定されずにエネルギー回収手段が作動することを未然に防止し、コージェネレーションシステムにおいて回収されたエネルギーを有効利用できる。
【００１５】
また、上記請求項２に記載のコージェネレーションシステムにおいて、動作設定手段は、コージェネレーションシステムの動作状況及び／又は動作条件の設定値を表示する表示手段を備えており、当該表示手段は、時刻検知手段に対して作動時刻の検知の基準となる時刻データの設定がなされていない場合に時刻データの設定を要求する設定要求表示を行うことを特徴とするものであってもよい。（請求項３）
【００１６】
かかる構成によれば、表示手段により時刻データの設定を要求する設定要求表示を行うことにより、時刻データの設定がなされていない場合にユーザーに対して明確に警告を行うことができ、時刻データの設定漏れを未然に防止することができる。
【００１７】
また、上記請求項２又は３に記載のコージェネレーションシステムにおいて、エネルギー回収手段の作動に先立って作動時刻の検知の基準となる時刻データの設定を要求する警告動作を行う時刻設定手段を有し、当該時刻設定手段は、作動時刻の検知の基準となる時刻データの設定が完了するまで警告動作を継続させることを特徴とするものであってもよい。（請求項４）
【００１８】
かかる構成によれば、時刻データの設定漏れをユーザーに対して確実に警告できる。
【００１９】
請求項１乃至４のいずれかに記載のコージェネレーションシステムにおいて、エネルギー回収手段は、時刻設定手段への作動時刻の検知の基準となる時刻データの設定が完了するまで起動しないことを特徴とするものとすることも可能である。（請求項５）
【００２０】
かかる構成によれば、時刻データが入力されないままエネルギー回収手段が作動することを確実に防止できるため、コージェネレーションシステムにおいて回収されたエネルギーを有効利用できる。
【００２１】
また、請求項１乃至５のいずれかに記載のコージェネレーションシステムにおいて、予測手段は、エネルギー回収手段において回収された電気エネルギー及び／又は熱エネルギーの消費量に関するデータと、時刻検知手段によって検知される電気エネルギー及び／又は熱エネルギーの消費時刻に関するデータとに基づき決定される電気エネルギー及び／又は熱エネルギーの消費履歴に関するデータに基づき、現在あるいは将来における電気エネルギー及び／又は熱エネルギーの消費量を予測し、当該予測に基づいてエネルギー回収手段を作動させることを特徴とするものであってもよい。
【００２２】
本発明のコージェネレーションシステムでは、過去における電気エネルギー及び／又は熱エネルギーの消費量、並びに、これらのエネルギーの使用時刻に基づく消費履歴に関するデータを用い、現在あるいは将来におけるエネルギー回収手段の動作が制御される。そのため、上記した構成によれば、エネルギー消費量の変動が激しい一般家庭や小規模な事業所に設置されても、燃料から回収された電気エネルギーや熱エネルギーを有効利用可能なコージェネレーションシステムを提供できる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
続いて、本発明の一実施形態であるコージェネレーションシステムについて図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態であるコージェネレーションシステムの作動原理図である。図２〜６は、本発明の一実施形態であるコージェネレーションシステムにおける湯水の流れを示す作動原理図である。図７は、本実施形態のコージェネレーションシステムが備える制御装置を示すブロック図である。図８〜図１０は、本実施形態のコージェネレーションシステムが備えるコントローラを示す模式図である。
【００２４】
図１において、１は本実施形態のコージェネレーションシステムである。コージェネレーションシステム１は、大別して発電部２と給湯部３とにより構成されており、これらによりコージェネレーション系Ｓを構成している。
【００２５】
発電部２は、外部から供給されたガスにより作動するガスエンジン５と、ガスエンジン５の動力により発電を行いコージェネレーション系Ｓの外部にある電気機器等の電力負荷４に電力を供給する発電装置６とを備えている。また、発電部２には、ガスエンジン５を冷却し、ガスエンジン５において発生した排熱を回収すべく、湯水が流れる冷却回路７が設けられている。冷却回路７の中途には、後述する給湯部３の循環回路１１内を流れる湯水との熱交換を行うための熱交換器８が設けられている。
【００２６】
一方、給湯部３は、外部から供給されたガスにより湯水を加熱可能な給湯装置１０と、内部を湯水が循環する循環回路１１と、循環回路１１に接続された貯留タンク１２と、外部から湯水を供給する給水流路１３と、給湯部３において加熱された湯水を給水する給湯回路１４と、熱負荷３６に接続された負荷循環回路１５とを備えている。給湯装置１０は、従来公知の給湯装置と同様の構造を有するものであり、湯水が循環する循環回路１１の中途に接続されている。循環回路１１は、給湯装置１０に湯水を供給する循環往路１６と、給湯装置１０から流出する湯水が流れる循環復路１７とを具備している。
【００２７】
循環往路１６には、後述する負荷熱交換器２６の下流側に配置された電磁弁３３と、給湯装置１０側に向けて湯水を圧送し、循環回路１１内に湯水を循環させる循環ポンプ１９と流水センサ２３と循環水比例弁２４とが設けられている。循環往路１６の中途、即ち給湯装置１０の上流側には、上記した発電部２において加熱された湯水と熱交換を行う熱交換器８が接続されている。また、熱交換器８の上流側の接続部Ｃには貯留タンク１２の底部側から循環往路１６に湯水を流出させる貯留部排出管２０が接続されている。
【００２８】
循環復路１７は、分岐部Ｄにおいて給湯用に用いられる分岐給湯往路１８および貯留タンク１２に繋がる貯留部給湯管２１とに分岐されている。貯留部給湯管２１は、貯留タンク１２の頂部に接続されており、貯留タンク１２に湯水を流出入させるものである。
【００２９】
循環回路１１に接続された貯留タンク１２は、熱交換器８および給湯装置１０において加熱された湯水を貯留部給湯管２１を介して流入させて貯留すると共に、必要に応じて内部の湯水を循環復路１７側に流出させるものである。また、貯留タンク１２の底部には、給水流路１３を介して外部から供給される湯水を導入する給水配管２２が接続されている。給水配管２１から供給された湯水や、貯留タンク１２内に貯留されている湯水は、貯留タンク１２の底部に接続された貯留部排出管２０を介して循環回路１１に供給される。
【００３０】
循環往路１６の分岐部Ｄにおいて分岐された分岐給湯往路１８は、混合弁２５に接続されている。混合弁２５は、分岐給湯往路１８を介して供給される湯水と、外部から給水流路１３を介して導入される湯水とを給湯温度に基づく所定の混合比で混合するものである。混合弁２５において混合された湯水は、給湯回路１４を介してコージェネレーション系Ｓの外部に排出される。
【００３１】
混合弁２５の下流側に接続されている給湯回路１４は、コージェネレーション系Ｓの外部にある給湯栓３０に湯水を供給するものである。給湯回路１４の中途には、比例弁３１と、水量センサ３２とが設けられている。
【００３２】
負荷循環回路１５は、循環回路１１の中途に設けられた負荷熱交換器２６と、コージェネレーション系Ｓの外部に配置された熱負荷３６との間を接続し、湯水が循環する流路である。負荷循環回路１５は、熱負荷３６側に湯水を流す負荷循環往路２７と、熱負荷３６側から負荷熱交換器２６側に湯水を流す負荷循環復路２８とを備えている。負荷循環復路２８の中途には、負荷循環回路１５内の湯水を循環させる循環ポンプ３５が設けられている。
【００３３】
コージェネレーションシステム１は、コージェネレーション系Ｓの外部に図８に示すようなコントローラ６０を備えている。コントローラ６０は、発電部２および給湯部３の作動を制御する制御装置５０に電気的に接続されたものである。コントローラ６０は、コージェネレーションシステム１の電源の入切を行う電源スイッチ６１や、給湯栓３０における給湯温度、熱負荷の温度設定を行う温度設定スイッチ６２等から構成されるコージェネレーションシステム１の動作等に関する設定を行う操作部６３を備えている。これに加えて、コントローラ６０は、操作部６１によって設定される設定値や、コージェネレーションシステム１の動作状況等を表示する表示部６５を備えている。
【００３４】
コージェネレーションシステム１の制御装置５０は、主として発電部２のガスエンジン５を作動させ、これに伴って発生した排熱から回収された熱により加熱された湯水を使用して給湯や熱負荷３６に湯水を供給する。
さらに詳細に説明すると、図２に示すように制御装置５０は、電力負荷４の使用等に伴ってガスエンジン５を作動させて発電を行う際に、冷却回路７内に湯水を循環させると共に、給湯部３の循環ポンプ１９を作動させ、貯留タンク１２内に貯留あるいは供給された湯水および循環回路１１内の湯水を循環させる。これに伴い、循環回路１１内を流れる湯水は、循環往路１６に接続された熱交換器８においてガスエンジン５において発生した熱エネルギー（排熱）と熱交換を行い加熱される。
【００３５】
循環回路１６内を流れる湯水は、給湯装置１０内を通過して循環復路１７に流入する。循環復路１７内を流れる湯水の一部は負荷熱交換器２６側に流れ、残部は貯留部給湯管２１を介して貯留タンク１２の頂部から流入する。貯留タンク１２の底部側に貯留されている湯水や、外部から貯留タンク１２内に流入した湯水は、貯留部排出管２０を介して循環往路１６内に流入し、負荷熱交換器２６を通過してきた湯水と混合された後、熱交換器８側に戻る。
【００３６】
上記したように、循環回路１１および貯留タンク１２内の湯水は、これらにより形成される閉回路内を循環し、熱交換器８において加熱される。そして、熱交換器８において加熱された湯水は、貯留部給湯管２１を介して順次貯留タンク１２内に流入し、貯留される。そのため、貯留タンク１２内には、貯留タンク１２の底部側から頂部側に向けて徐々に高温になる温度分布を形成して湯水が貯留される。
【００３７】
制御装置５０は、貯留タンク１２内に所定温度以上の湯水が貯留されている状態で給湯要求を確認すると、貯留タンク１２内の湯水を用いて給湯運転を行う。さらに具体的には、給湯栓３０が開栓され、水量センサ３２が水流が検知されると、図３に示すように外部から給湯流路１３を介してコージェネレーション系Ｓ内に湯水が供給される。外部から供給された湯水の一部は、給水配管２２から貯留タンク１２の底部に流入し、残部は混合弁２５に至る。この時、循環ポンプ１９は停止し、循環水比例弁２４は閉止あるいは開度が大幅に絞られている。そのため、貯留タンク１２内に貯留されている高温の湯水は、貯留タンク１２内に流入した湯水によって上方に押し上げられる。
【００３８】
貯留タンク１２内の高温の湯水は、貯留部給湯管２１から流出し、分岐給湯往路１８内に流入する。分岐給湯往路１８内を流れる湯水は、混合弁２５において給水流路１３を介して外部から供給された低温の湯水と所定比で混合され、給湯の設定温度に調整される。混合弁２５において所定の温度に調整された湯水は、給湯回路１４を介して給湯栓３０に供給される。
【００３９】
制御装置５０は、流水回路１１および貯留タンク１２内の湯水が高温である場合や、熱負荷の設定温度が所定の温度以下である場合、給湯装置１０を起動させず、発電部２において発生した熱エネルギー（排熱）によって負荷循環回路１５内を流れる湯水を加熱させる。
【００４０】
さらに詳細に説明すると、発電部２において発生する熱エネルギーによって負荷循環回路１５内を流れる湯水を加熱可能な場合、制御装置５０は、図４に示すように混合弁２５を分岐給湯往路１８に対して閉止した状態で、循環ポンプ１９，３５を作動させ、湯水を循環させる。循環回路１１および貯留タンク１２内を流れる湯水は、熱交換器８において加熱され、負荷熱交換器２６に流入する。負荷循環回路１５内を循環する湯水は、負荷熱交換器２６において加熱され、熱負荷３６に供給される。
【００４１】
コージェネレーションシステム１では、給湯や熱負荷３６の設定温度が高い場合や、流水回路１１および貯留タンク１２内の湯水が比較的低温である場合のように、ガスエンジン５の作動により発生する熱だけでは循環回路１１や貯留タンク１２内の湯水を所定の温度まで加熱できない場合がある。制御装置５０は、この様な場合に限って給湯装置１０を作動させ、流水回路１１や貯留タンク１２内の湯水の加熱を行う。
【００４２】
さらに具体的には、図５に示すように、給湯の設定温度に対して流水回路１１および貯留タンク１２内の湯水が比較的低温である状態で給湯栓３０が開栓され、水量センサ３２が水流を検知すると、制御装置５０は、給湯装置１０を起動させる。これと同時に、制御装置５０は、電磁弁３３を閉栓し、循環ポンプ１９を起動させる。そのため、外部から供給された湯水や、貯留タンク１２内の湯水は、熱交換器８において冷却回路７内を流れる湯水との熱交換により加熱され、給湯装置１０においてさらに加熱される。給湯装置１０において加熱され高温になった湯水は、分岐給湯往路１８に流入し、混合弁２５に至る。混合弁２５に流入した高温の湯水は、給水流路１３を介して外部から供給された低温の湯水と混合され、給湯回路１４から排出される。
【００４３】
また、制御装置５０は、熱負荷３６において要求される熱エネルギーが、ガスエンジン５において発生する熱だけで賄いきれないと判断した場合に給湯装置１０を起動させる。さらに詳細には、制御装置５０は、熱負荷３６の設定温度に対して流水回路１１および貯留タンク１２内の湯水が比較的低温である場合のように、ガスエンジン５の作動により発生する熱だけで負荷循環回路１５内を流れる湯水を所定の温度まで加熱できない場合に給湯装置１０を起動させる。
【００４４】
給湯装置１０が起動すると、制御装置５０は、図６に示すように混合弁２５を分岐給湯往路１８に対して閉止させた状態で循環ポンプ１９を起動する。そのため、湯水は、循環回路１１や貯留タンク１２内を循環し、熱交換器８および給湯装置１０において加熱された後、負荷熱交換器２６に流入する。負荷循環回路１５内を循環する湯水は、負荷熱交換器２６を通過する高温の湯水との熱交換により加熱される。
【００４５】
制御装置５０は、コージェネレーション系Ｓの外部にある電力負荷４や熱負荷３６の使用状況に応じて発電部２や給湯部４の作動を制御し、電気エネルギーや熱エネルギーを発生させる。
【００４６】
図７に示すように、制御装置５０は、熱消費量演算部５１、電力消費量演算部５２、時刻検知部５３、過去データ記憶部５５、並びに、予測部５６を備えている。熱消費量演算部５１は、給湯部３において消費された熱エネルギー量を所定の演算を施すことにより算出するものである。また、熱消費量演算部５１は、給湯、負荷のいずれにおいてどれだけの熱エネルギーが消費されたかを所定の演算を施すことにより算出する。電力消費量演算部５２は、発電部２において発生し、消費された電気エネルギー量を所定の演算を施すことにより算出するものである。また、時刻検知部５３は、発電部２および給湯部３の作動時刻を示す時刻データを発信するものである。時刻検知部５３は、コージェネレーション系Ｓの外部に配置され、制御装置５０に接続されたコントローラ６０により時刻設定をすることができる。
【００４７】
過去データ記憶部５５は、熱消費量演算部５１および電力消費量演算部５２において演算されたデータ（以下、熱演算データおよび電力演算データと称す）と、時刻検知部５３から発信された時刻データとに基づき決定される電気エネルギーおよび熱エネルギーの消費履歴に関するデータ（以下、履歴データと称する）を記憶する。予測部５６は、過去データ記憶部５５に記憶された履歴データに基づき、所定の演算を行って現在あるいは将来における電気エネルギーおよび熱エネルギーの消費量を予測する。
【００４８】
コージェネレーションシステム１は、予測部５６において演算された予測値に基づき、制御装置５０が発電部２および給湯部３を作動させる。即ち、コージェネレーションシステム１は、ユーザーによる電気エネルギーや熱エネルギーの使用履歴に基づいて発電部２および給湯部３を作動させるため、外部から供給された燃料から回収されたエネルギーを有効利用できる。
【００４９】
上記したように制御装置５０は、時刻検知部５３から発信された時刻データに基づいて履歴データを算出すると共に、現在あるいは将来における電気エネルギーおよび熱エネルギーの消費量を予測して発電部２および給湯部３を作動させる。そのため、ユーザーによりコントローラ６０から時刻検知部５３に対して発電部２や給湯部３の作動時刻の検知の基準となる時刻（本実施形態では、時刻設定時の現在時刻）が設定されていないと、予測部５６によるエネルギーの消費予測や発電部２、給湯部３の動作を的確に制御できない。
【００５０】
そのため、コージェネレーションシステム１は、制御装置５０が時刻検知部５３に時刻データの入力がなされていない場合にコントローラ６０を介してユーザーに時刻データの入力を促進する時刻設定促進動作を行う。以下、時刻設定促進動作について詳細に説明する。
【００５１】
制御装置５０は、コントローラ６０に設けられた電源スイッチ６１がＯＮになると、時刻検知部５３に対して時刻データの入力がなされているか否かを確認する。ここで、時刻検知部５３に対して時刻データの設定がなされている場合、予測部５６は時刻データに基づいてエネルギーの消費予測や発電部２、給湯部３の動作を的確に制御できる。そのため、制御装置５０は、コントローラ６０を給湯や熱負荷３６の設定温度を入力可能な状態にする。この時、コントローラ６０は、図８に示すように表示部６５に現在時刻を表示すると共に、給湯や熱負荷３６の設定温度やコージェネレーションシステム１の動作状況を表示する。
【００５２】
一方、コントローラ６０に設けられた電源スイッチ６１がＯＮになった時に、時刻検知部５３に時刻データが入力されていない場合、過去データ記憶部５５は、発電部２や給湯部３におけるエネルギー消費量に関する履歴データを蓄積できず、コージェネレーションシステム１の動作を最適化できない。そのため、制御装置５０は、電源スイッチ６１がＯＮになった時に時刻検知部５３に時刻データが入力されていないことを検知すると、図９に示すようにコントローラ６０の表示部６５を時刻データの設定表示に切り替え、時刻入力がなされていない旨を文字や記号を用いて示す設定要求表示を行う。
【００５３】
制御装置５０は、時刻検知部５３に時刻データが入力されないまま給湯や熱負荷３６の運転がなされると、図１０に示すように表示部６５に給湯や熱負荷３６の設定温度やコージェネレーションシステム１の動作状況を表示させると共に、本来現在時刻が表示される部分を点滅表示させてユーザーに対して時刻データの入力を促進する。
【００５４】
上記したように、コージェネレーションシステム１において、発電部２や給湯部３において発生するエネルギーを有効利用できるか否かは、制御装置５０の予測部５６によるエネルギーの使用予測に関するデータに大きく依存している。また、コージェネレーションシステム１を地域分散型の熱併給電源として使用する場合は、電気エネルギーや熱エネルギーの使用量の変動が大きいため、予測部５６により演算されるエネルギーの使用予測に関するデータへの依存度が高い。
【００５５】
予測部５６は、時刻検知部５３に入力されるべき時刻データに基づいて、発電部２や給湯部３におけるエネルギーの使用状況を予測する。そのため、予測部５６によるエネルギーの使用予測の予測精度は、時刻検知部５３に入力されるべき時刻データの有無に大きく依存している。本実施形態のコージェネレーションシステム１では、時刻検知部５３に時刻データが入力されていない場合に、ユーザーが直接操作するコントローラ６０の表示部６５をもって時刻データが入力されていない事を警告し、ユーザーに時刻データを入力させる。そのため、上記した構成によれば、時刻データが未入力のままコージェネレーションシステム１が動作することを防止し、発電部２および給湯部３の動作を最適化することができる。
【００５６】
上記実施形態では、時刻検知部５３に時刻データが入力されないまま給湯や熱負荷３６の運転された時に所定の警告動作を行うものであったが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば時刻検知部５３に時刻データが入力されない限り制御装置５０が給湯や熱負荷３６の運転を阻止する構成とすることも可能である。また、本実施形態では、表示部６５の表示をもってユーザーに時刻検知部５３に時刻データが入力されていないことを警告するものであったが、ブザー音や音声を発信する等してユーザーに警告するものであってもよい。
【００５７】
本実施形態のコージェネレーションシステム１は、ユーザーがコントローラ６０を操作して時刻データを入力するものであったが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば公知の電波時計や、電波信号等の時刻補正信号を受けて自動的に時刻データを補正する時刻補正手段を設けるなどして時刻データを時刻検知部５３に入力あるいは補正するものであってもよい。かかる構成によれば、ユーザーにより時刻データが入力されない状態でコージェネレーションシステム１が動作することを確実に防止することができる。また、時刻データを補正する構成とすれば、より一層正確に履歴データを算出することができ、コージェネレーションシステム１の総合エネルギー効率をさらに向上させることができる。
【００５８】
上記したように本実施形態のコージェネレーションシステム１では、時刻データが時刻検知部５３に入力されているため、この時刻データに基づき、所定の時刻におけるコージェネレーションシステム１の動作を規制することができる。さらに具体的には、コージェネレーションシステム１は、ガスエンジン５や給湯装置６を採用しているため、深夜等の所定の時間に動作させると騒音や振動が発生するおそれがある。そのため、時刻検知部５３に入力されている時刻データに基づき深夜等の所定の時間にガスエンジン５や給湯装置６の動作を停止させ、騒音や振動の発生を抑制することも可能である。
【００５９】
上記実施形態では、ガスエンジン５の排熱により加熱された湯水を貯留する場合の動作や、給湯あるいは熱負荷３６を単独で使用する場合の動作について説明したが、本発明はこれに限定されれるものではなく、例えば給湯と熱負荷３６との同時使用や、給湯運転を行いつつ貯留タンク１２に湯水を貯留する等の動作を行うことも可能である。また、上記実施形態では、ガスエンジン５において発生する熱エネルギーが、給湯や熱負荷３６の使用に要する熱エネルギーに満たない場合に給湯装置６を起動するものであったが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば給湯装置６だけを起動させて湯水を加熱あるいは貯留することも可能である。
【００６０】
上記実施形態では、循環回路１１に熱負荷３６を一つ接続した例を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、複数の外部負荷を循環回路１１に対して並列あるいは直列に接続したものであってもよい。また、上記実施形態において熱負荷３６は、循環回路１１に接続された負荷熱交換器２６において熱交換された湯水を使用するものであったが、循環回路１１や貯留タンク１２内の湯水を排出させ利用するものであってもよい。
【００６１】
コージェネレーションシステム１は、本発明を具体化した一例にすぎず、本発明は上記した実施形態に限定されるものではない。さらに具体的には、コージェネレーションシステム１では、発電部２はガスエンジン５により発電するものであったが、発電部２には燃料電池等の公知の発電装置を採用できる。また、給湯装置６は、ガスを燃焼して湯水を加熱するものであったが、灯油を燃焼して湯水を加熱する燃焼装置や電気温水器等、公知の湯水加熱装置を採用することができる。
【００６２】
【発明の効果】
請求項１，２に記載の発明によれば、時刻データが設定されずにエネルギー回収手段が作動することを未然に防止し、コージェネレーションシステムにおいて回収されたエネルギーを有効利用できる。
【００６３】
請求項３に記載の発明によれば、時刻データの設定漏れを未然に防止することができる。
【００６４】
請求項４に記載の発明によれば、時刻データの設定漏れをユーザーに対して確実に警告できる。
【００６５】
請求項５に記載の発明によれば、時刻データが入力されないままエネルギー回収手段が作動することを確実に防止し、コージェネレーションシステムにおいて回収されたエネルギーを有効利用できる。
【００６６】
請求項６に記載の発明によれば、エネルギー消費量の変動が激しい一般家庭や小規模な事業所に設置されても、燃料から回収された電気エネルギーや熱エネルギーを有効利用可能なコージェネレーションシステムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態であるコージェネレーションシステムの作動原理図である。
【図２】 本発明の一実施形態であるコージェネレーションシステムにおける湯水の流れを示す作動原理図である。
【図３】 本発明の一実施形態であるコージェネレーションシステムにおける湯水の流れを示す作動原理図である。
【図４】 本発明の一実施形態であるコージェネレーションシステムにおける湯水の流れを示す作動原理図である。
【図５】 本発明の一実施形態であるコージェネレーションシステムにおける湯水の流れを示す作動原理図である。
【図６】 本発明の一実施形態であるコージェネレーションシステムにおける湯水の流れを示す作動原理図である。
【図７】 本実施形態のコージェネレーションシステムが備える制御装置を示すブロック図である。
【図８】 本実施形態のコージェネレーションシステムが備えるコントローラを示す模式図である。
【図９】 本実施形態のコージェネレーションシステムが備えるコントローラを示す模式図である。
【図１０】 本実施形態のコージェネレーションシステムが備えるコントローラを示す模式図である。
【符号の説明】
１ コージェネレーションシステム
２ 発電部
３ 給湯部
４ 電力負荷
５ ガスエンジン
６ 発電装置
１０ 給湯装置
３６ 熱負荷
５０ 制御装置
５１ 熱消費量演算部
５２ 電力消費量演算部
５３ 時刻検知部
５５ 記憶部
５６ 予測部
６０ コントローラ
６１ 電源スイッチ
６３ 操作部
６５ 表示部
【発明の属する技術分野】
本発明は、コージェネレーションシステムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、環境問題や省エネルギー等の観点から、外部から供給された燃料が持つエネルギーを電気エネルギーや熱エネルギー等の複数の形態で回収する、いわゆるコージェネレーションシステムが提供されている。従来技術のコージェネレーションシステムには、例えばガス等の燃料を供給してエンジンを作動させ、このエンジンの動力により発電させて電気エネルギーを回収する一方、エンジンにおいて発生した排熱によって湯水や熱媒体を加熱させて熱エネルギーを回収するものがある。
【０００３】
上記したように、従来技術のコージェネレーションシステムは、システム全体としてのエネルギー回収効率が高く、電気エネルギーや熱エネルギー等の複数の形態で回収される。即ち、コージェネレーションシステムでは、電気エネルギーや熱エネルギー等の複数の形態のエネルギーが同時に発生する。
【０００４】
電気エネルギーや熱エネルギーは、長期にわたって貯留しておくことが困難である。従って、回収されたエネルギーを有効利用するためには、コージェネレーションシステムは、電気エネルギーや熱エネルギーを安定して使用可能な場所に採用されることが望ましい。そのため、従来技術のコージェネレーションシステムの多くは、大規模な事業所や集合住宅、ホテル等のように回収された電気エネルギーや熱エネルギーを上回る大量のエネルギーを安定して消費する場所に採用されている。
【０００５】
近年、コージェネレーションシステムは、家庭や小規模な事業所に対応した地域分散型の熱併給電源として有望視されている。しかし、家庭や小規模な事業所では、電気エネルギーや熱エネルギーの使用状況が日時や季節によって変動するものと想定されるため、エネルギーの使用状況を考慮した運転動作の制御を行わないとエネルギーの回収と使用とのバランスがとれず、燃料から回収されたエネルギーを有効利用できないおそれがある。
【０００６】
かかる課題を解決すべく、近年、地域分散型の熱併給電源として、下記特許文献１に示すように、当該システムの過去の使用状況に基づいて電気エネルギーや熱エネルギーの必要量を予測し、この予測に基づいて運転状態を最適化可能なコージェネレーションシステムが提案されている。
【０００７】
【特許文献１】
特許２５８０５０４号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に開示されている発明のように、システムの過去の使用状況に基づいて電気エネルギーや熱エネルギーの必要量を予測する場合、コージェネレーションシステムに対して運転状況の予測や実際の運転の基準となる時刻設定がなされていないと運転状態を最適化できないおそれがある。また特に、家庭や小規模な事業所等では電気エネルギーや熱エネルギーの使用状況が大きく変動するものと想定される。この様に電気エネルギーや熱エネルギーの使用状況が日時等に基づいて大幅に変動する場合、時刻設定等がなされているか否かは、運転状態の最適化に大きな影響を与える。即ち、過去の使用状況に基づいて電気エネルギーや熱エネルギーの必要量を予測する機能を備えたコージェネレーションシステムでは、日時等のデータがエネルギーの有効利用に大きな影響を与える。
【０００９】
そこで本発明では、エネルギーの有効利用可能なコージェネレーションシステムの提供を目的とした。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、外部から供給された燃料が持つエネルギーを電気エネルギー及び／又は熱エネルギーに変換して回収する一又は複数のエネルギー回収手段を備えたコージェネレーションシステムであって、当該コージェネレーションシステムの作動時刻を検知可能な時刻検知手段と、当該時刻検知手段の検知時刻および前記エネルギー回収手段において回収されたエネルギーの過去の使用状況に基づいて現在又は将来において要求されるエネルギー量を予測する予測手段を具備し、エネルギー回収手段は、予測手段の予想に基づいて作動するものであり、時刻設定手段は、エネルギー回収手段の作動に先立って作動時刻の検知の基準となる時刻データの設定を要求する警告動作を行うものであり、外部から供給されたガスにより作動するガスエンジンを備えており、前記時刻データに基づき、所定の時刻におけるガスエンジンの動作を停止させることを特徴とするコージェネレーションシステムである。
【００１１】
また、上記請求項１に記載の発明と同様の課題を解決すべく提供される請求項２に記載の発明は、外部から供給された燃料が持つエネルギーを電気エネルギー及び／又は熱エネルギーに変換して回収する一又は複数のエネルギー回収手段を備えたコージェネレーションシステムであって、当該コージェネレーションシステムの作動時刻を検知可能な時刻検知手段と、当該時刻検知手段の検知時刻および前記エネルギー回収手段において回収されたエネルギーの過去の使用状況に基づいて現在又は将来において要求されるエネルギー量を予測する予測手段と、前記コージェネレーションシステムの動作の設定を行う動作設定手段とを具備し、エネルギー回収手段は、予測手段の予想に基づいて作動するものであり、前記動作設定手段は、時刻検知手段による作動時刻の検知の基準となる時刻データを入力可能であり、エネルギー回収手段の作動に先立って前記時刻データの設定を要求する警告動作を行うものであり、外部から供給されたガスにより作動するガスエンジンを備えており、前記時刻データに基づき、所定の時刻におけるガスエンジンの動作を停止させることを特徴とするコージェネレーションシステムである。
【００１２】
請求項１乃至６に記載の発明において「時刻」および「時刻データ」とは、日付（年・月・日の少なくともいずれか）、曜日、時刻（時・分・秒のいずれか）等のいずれか一つ、あるいはこれらの組み合わせで構成されるものである。
【００１３】
本発明のコージェネレーションシステムは、予測手段によってエネルギー回収手段の過去の使用履歴に基づいて現在又は将来において要求されるエネルギー量を予測可能であり、この予測に基づいてエネルギー回収手段を動作させることにより燃料から回収された電気エネルギーや熱エネルギーを有効利用することができる。本発明のコージェネレーションシステムにおいて、現在又は将来において要求されるエネルギー量を精度よく予測するためには、時刻検知手段によってエネルギー回収手段の作動時刻を可能な限り正確に検知する必要がある。
【００１４】
本発明のコージェネレーションシステムでは、時刻設定手段が、エネルギー回収手段の作動に先立って作動時刻の検知の基準となる時刻データの設定を要求する警告動作を行う。そのため、上記した構成によれば、時刻データが設定されずにエネルギー回収手段が作動することを未然に防止し、コージェネレーションシステムにおいて回収されたエネルギーを有効利用できる。
【００１５】
また、上記請求項２に記載のコージェネレーションシステムにおいて、動作設定手段は、コージェネレーションシステムの動作状況及び／又は動作条件の設定値を表示する表示手段を備えており、当該表示手段は、時刻検知手段に対して作動時刻の検知の基準となる時刻データの設定がなされていない場合に時刻データの設定を要求する設定要求表示を行うことを特徴とするものであってもよい。（請求項３）
【００１６】
かかる構成によれば、表示手段により時刻データの設定を要求する設定要求表示を行うことにより、時刻データの設定がなされていない場合にユーザーに対して明確に警告を行うことができ、時刻データの設定漏れを未然に防止することができる。
【００１７】
また、上記請求項２又は３に記載のコージェネレーションシステムにおいて、エネルギー回収手段の作動に先立って作動時刻の検知の基準となる時刻データの設定を要求する警告動作を行う時刻設定手段を有し、当該時刻設定手段は、作動時刻の検知の基準となる時刻データの設定が完了するまで警告動作を継続させることを特徴とするものであってもよい。（請求項４）
【００１８】
かかる構成によれば、時刻データの設定漏れをユーザーに対して確実に警告できる。
【００１９】
請求項１乃至４のいずれかに記載のコージェネレーションシステムにおいて、エネルギー回収手段は、時刻設定手段への作動時刻の検知の基準となる時刻データの設定が完了するまで起動しないことを特徴とするものとすることも可能である。（請求項５）
【００２０】
かかる構成によれば、時刻データが入力されないままエネルギー回収手段が作動することを確実に防止できるため、コージェネレーションシステムにおいて回収されたエネルギーを有効利用できる。
【００２１】
また、請求項１乃至５のいずれかに記載のコージェネレーションシステムにおいて、予測手段は、エネルギー回収手段において回収された電気エネルギー及び／又は熱エネルギーの消費量に関するデータと、時刻検知手段によって検知される電気エネルギー及び／又は熱エネルギーの消費時刻に関するデータとに基づき決定される電気エネルギー及び／又は熱エネルギーの消費履歴に関するデータに基づき、現在あるいは将来における電気エネルギー及び／又は熱エネルギーの消費量を予測し、当該予測に基づいてエネルギー回収手段を作動させることを特徴とするものであってもよい。
【００２２】
本発明のコージェネレーションシステムでは、過去における電気エネルギー及び／又は熱エネルギーの消費量、並びに、これらのエネルギーの使用時刻に基づく消費履歴に関するデータを用い、現在あるいは将来におけるエネルギー回収手段の動作が制御される。そのため、上記した構成によれば、エネルギー消費量の変動が激しい一般家庭や小規模な事業所に設置されても、燃料から回収された電気エネルギーや熱エネルギーを有効利用可能なコージェネレーションシステムを提供できる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
続いて、本発明の一実施形態であるコージェネレーションシステムについて図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態であるコージェネレーションシステムの作動原理図である。図２〜６は、本発明の一実施形態であるコージェネレーションシステムにおける湯水の流れを示す作動原理図である。図７は、本実施形態のコージェネレーションシステムが備える制御装置を示すブロック図である。図８〜図１０は、本実施形態のコージェネレーションシステムが備えるコントローラを示す模式図である。
【００２４】
図１において、１は本実施形態のコージェネレーションシステムである。コージェネレーションシステム１は、大別して発電部２と給湯部３とにより構成されており、これらによりコージェネレーション系Ｓを構成している。
【００２５】
発電部２は、外部から供給されたガスにより作動するガスエンジン５と、ガスエンジン５の動力により発電を行いコージェネレーション系Ｓの外部にある電気機器等の電力負荷４に電力を供給する発電装置６とを備えている。また、発電部２には、ガスエンジン５を冷却し、ガスエンジン５において発生した排熱を回収すべく、湯水が流れる冷却回路７が設けられている。冷却回路７の中途には、後述する給湯部３の循環回路１１内を流れる湯水との熱交換を行うための熱交換器８が設けられている。
【００２６】
一方、給湯部３は、外部から供給されたガスにより湯水を加熱可能な給湯装置１０と、内部を湯水が循環する循環回路１１と、循環回路１１に接続された貯留タンク１２と、外部から湯水を供給する給水流路１３と、給湯部３において加熱された湯水を給水する給湯回路１４と、熱負荷３６に接続された負荷循環回路１５とを備えている。給湯装置１０は、従来公知の給湯装置と同様の構造を有するものであり、湯水が循環する循環回路１１の中途に接続されている。循環回路１１は、給湯装置１０に湯水を供給する循環往路１６と、給湯装置１０から流出する湯水が流れる循環復路１７とを具備している。
【００２７】
循環往路１６には、後述する負荷熱交換器２６の下流側に配置された電磁弁３３と、給湯装置１０側に向けて湯水を圧送し、循環回路１１内に湯水を循環させる循環ポンプ１９と流水センサ２３と循環水比例弁２４とが設けられている。循環往路１６の中途、即ち給湯装置１０の上流側には、上記した発電部２において加熱された湯水と熱交換を行う熱交換器８が接続されている。また、熱交換器８の上流側の接続部Ｃには貯留タンク１２の底部側から循環往路１６に湯水を流出させる貯留部排出管２０が接続されている。
【００２８】
循環復路１７は、分岐部Ｄにおいて給湯用に用いられる分岐給湯往路１８および貯留タンク１２に繋がる貯留部給湯管２１とに分岐されている。貯留部給湯管２１は、貯留タンク１２の頂部に接続されており、貯留タンク１２に湯水を流出入させるものである。
【００２９】
循環回路１１に接続された貯留タンク１２は、熱交換器８および給湯装置１０において加熱された湯水を貯留部給湯管２１を介して流入させて貯留すると共に、必要に応じて内部の湯水を循環復路１７側に流出させるものである。また、貯留タンク１２の底部には、給水流路１３を介して外部から供給される湯水を導入する給水配管２２が接続されている。給水配管２１から供給された湯水や、貯留タンク１２内に貯留されている湯水は、貯留タンク１２の底部に接続された貯留部排出管２０を介して循環回路１１に供給される。
【００３０】
循環往路１６の分岐部Ｄにおいて分岐された分岐給湯往路１８は、混合弁２５に接続されている。混合弁２５は、分岐給湯往路１８を介して供給される湯水と、外部から給水流路１３を介して導入される湯水とを給湯温度に基づく所定の混合比で混合するものである。混合弁２５において混合された湯水は、給湯回路１４を介してコージェネレーション系Ｓの外部に排出される。
【００３１】
混合弁２５の下流側に接続されている給湯回路１４は、コージェネレーション系Ｓの外部にある給湯栓３０に湯水を供給するものである。給湯回路１４の中途には、比例弁３１と、水量センサ３２とが設けられている。
【００３２】
負荷循環回路１５は、循環回路１１の中途に設けられた負荷熱交換器２６と、コージェネレーション系Ｓの外部に配置された熱負荷３６との間を接続し、湯水が循環する流路である。負荷循環回路１５は、熱負荷３６側に湯水を流す負荷循環往路２７と、熱負荷３６側から負荷熱交換器２６側に湯水を流す負荷循環復路２８とを備えている。負荷循環復路２８の中途には、負荷循環回路１５内の湯水を循環させる循環ポンプ３５が設けられている。
【００３３】
コージェネレーションシステム１は、コージェネレーション系Ｓの外部に図８に示すようなコントローラ６０を備えている。コントローラ６０は、発電部２および給湯部３の作動を制御する制御装置５０に電気的に接続されたものである。コントローラ６０は、コージェネレーションシステム１の電源の入切を行う電源スイッチ６１や、給湯栓３０における給湯温度、熱負荷の温度設定を行う温度設定スイッチ６２等から構成されるコージェネレーションシステム１の動作等に関する設定を行う操作部６３を備えている。これに加えて、コントローラ６０は、操作部６１によって設定される設定値や、コージェネレーションシステム１の動作状況等を表示する表示部６５を備えている。
【００３４】
コージェネレーションシステム１の制御装置５０は、主として発電部２のガスエンジン５を作動させ、これに伴って発生した排熱から回収された熱により加熱された湯水を使用して給湯や熱負荷３６に湯水を供給する。
さらに詳細に説明すると、図２に示すように制御装置５０は、電力負荷４の使用等に伴ってガスエンジン５を作動させて発電を行う際に、冷却回路７内に湯水を循環させると共に、給湯部３の循環ポンプ１９を作動させ、貯留タンク１２内に貯留あるいは供給された湯水および循環回路１１内の湯水を循環させる。これに伴い、循環回路１１内を流れる湯水は、循環往路１６に接続された熱交換器８においてガスエンジン５において発生した熱エネルギー（排熱）と熱交換を行い加熱される。
【００３５】
循環回路１６内を流れる湯水は、給湯装置１０内を通過して循環復路１７に流入する。循環復路１７内を流れる湯水の一部は負荷熱交換器２６側に流れ、残部は貯留部給湯管２１を介して貯留タンク１２の頂部から流入する。貯留タンク１２の底部側に貯留されている湯水や、外部から貯留タンク１２内に流入した湯水は、貯留部排出管２０を介して循環往路１６内に流入し、負荷熱交換器２６を通過してきた湯水と混合された後、熱交換器８側に戻る。
【００３６】
上記したように、循環回路１１および貯留タンク１２内の湯水は、これらにより形成される閉回路内を循環し、熱交換器８において加熱される。そして、熱交換器８において加熱された湯水は、貯留部給湯管２１を介して順次貯留タンク１２内に流入し、貯留される。そのため、貯留タンク１２内には、貯留タンク１２の底部側から頂部側に向けて徐々に高温になる温度分布を形成して湯水が貯留される。
【００３７】
制御装置５０は、貯留タンク１２内に所定温度以上の湯水が貯留されている状態で給湯要求を確認すると、貯留タンク１２内の湯水を用いて給湯運転を行う。さらに具体的には、給湯栓３０が開栓され、水量センサ３２が水流が検知されると、図３に示すように外部から給湯流路１３を介してコージェネレーション系Ｓ内に湯水が供給される。外部から供給された湯水の一部は、給水配管２２から貯留タンク１２の底部に流入し、残部は混合弁２５に至る。この時、循環ポンプ１９は停止し、循環水比例弁２４は閉止あるいは開度が大幅に絞られている。そのため、貯留タンク１２内に貯留されている高温の湯水は、貯留タンク１２内に流入した湯水によって上方に押し上げられる。
【００３８】
貯留タンク１２内の高温の湯水は、貯留部給湯管２１から流出し、分岐給湯往路１８内に流入する。分岐給湯往路１８内を流れる湯水は、混合弁２５において給水流路１３を介して外部から供給された低温の湯水と所定比で混合され、給湯の設定温度に調整される。混合弁２５において所定の温度に調整された湯水は、給湯回路１４を介して給湯栓３０に供給される。
【００３９】
制御装置５０は、流水回路１１および貯留タンク１２内の湯水が高温である場合や、熱負荷の設定温度が所定の温度以下である場合、給湯装置１０を起動させず、発電部２において発生した熱エネルギー（排熱）によって負荷循環回路１５内を流れる湯水を加熱させる。
【００４０】
さらに詳細に説明すると、発電部２において発生する熱エネルギーによって負荷循環回路１５内を流れる湯水を加熱可能な場合、制御装置５０は、図４に示すように混合弁２５を分岐給湯往路１８に対して閉止した状態で、循環ポンプ１９，３５を作動させ、湯水を循環させる。循環回路１１および貯留タンク１２内を流れる湯水は、熱交換器８において加熱され、負荷熱交換器２６に流入する。負荷循環回路１５内を循環する湯水は、負荷熱交換器２６において加熱され、熱負荷３６に供給される。
【００４１】
コージェネレーションシステム１では、給湯や熱負荷３６の設定温度が高い場合や、流水回路１１および貯留タンク１２内の湯水が比較的低温である場合のように、ガスエンジン５の作動により発生する熱だけでは循環回路１１や貯留タンク１２内の湯水を所定の温度まで加熱できない場合がある。制御装置５０は、この様な場合に限って給湯装置１０を作動させ、流水回路１１や貯留タンク１２内の湯水の加熱を行う。
【００４２】
さらに具体的には、図５に示すように、給湯の設定温度に対して流水回路１１および貯留タンク１２内の湯水が比較的低温である状態で給湯栓３０が開栓され、水量センサ３２が水流を検知すると、制御装置５０は、給湯装置１０を起動させる。これと同時に、制御装置５０は、電磁弁３３を閉栓し、循環ポンプ１９を起動させる。そのため、外部から供給された湯水や、貯留タンク１２内の湯水は、熱交換器８において冷却回路７内を流れる湯水との熱交換により加熱され、給湯装置１０においてさらに加熱される。給湯装置１０において加熱され高温になった湯水は、分岐給湯往路１８に流入し、混合弁２５に至る。混合弁２５に流入した高温の湯水は、給水流路１３を介して外部から供給された低温の湯水と混合され、給湯回路１４から排出される。
【００４３】
また、制御装置５０は、熱負荷３６において要求される熱エネルギーが、ガスエンジン５において発生する熱だけで賄いきれないと判断した場合に給湯装置１０を起動させる。さらに詳細には、制御装置５０は、熱負荷３６の設定温度に対して流水回路１１および貯留タンク１２内の湯水が比較的低温である場合のように、ガスエンジン５の作動により発生する熱だけで負荷循環回路１５内を流れる湯水を所定の温度まで加熱できない場合に給湯装置１０を起動させる。
【００４４】
給湯装置１０が起動すると、制御装置５０は、図６に示すように混合弁２５を分岐給湯往路１８に対して閉止させた状態で循環ポンプ１９を起動する。そのため、湯水は、循環回路１１や貯留タンク１２内を循環し、熱交換器８および給湯装置１０において加熱された後、負荷熱交換器２６に流入する。負荷循環回路１５内を循環する湯水は、負荷熱交換器２６を通過する高温の湯水との熱交換により加熱される。
【００４５】
制御装置５０は、コージェネレーション系Ｓの外部にある電力負荷４や熱負荷３６の使用状況に応じて発電部２や給湯部４の作動を制御し、電気エネルギーや熱エネルギーを発生させる。
【００４６】
図７に示すように、制御装置５０は、熱消費量演算部５１、電力消費量演算部５２、時刻検知部５３、過去データ記憶部５５、並びに、予測部５６を備えている。熱消費量演算部５１は、給湯部３において消費された熱エネルギー量を所定の演算を施すことにより算出するものである。また、熱消費量演算部５１は、給湯、負荷のいずれにおいてどれだけの熱エネルギーが消費されたかを所定の演算を施すことにより算出する。電力消費量演算部５２は、発電部２において発生し、消費された電気エネルギー量を所定の演算を施すことにより算出するものである。また、時刻検知部５３は、発電部２および給湯部３の作動時刻を示す時刻データを発信するものである。時刻検知部５３は、コージェネレーション系Ｓの外部に配置され、制御装置５０に接続されたコントローラ６０により時刻設定をすることができる。
【００４７】
過去データ記憶部５５は、熱消費量演算部５１および電力消費量演算部５２において演算されたデータ（以下、熱演算データおよび電力演算データと称す）と、時刻検知部５３から発信された時刻データとに基づき決定される電気エネルギーおよび熱エネルギーの消費履歴に関するデータ（以下、履歴データと称する）を記憶する。予測部５６は、過去データ記憶部５５に記憶された履歴データに基づき、所定の演算を行って現在あるいは将来における電気エネルギーおよび熱エネルギーの消費量を予測する。
【００４８】
コージェネレーションシステム１は、予測部５６において演算された予測値に基づき、制御装置５０が発電部２および給湯部３を作動させる。即ち、コージェネレーションシステム１は、ユーザーによる電気エネルギーや熱エネルギーの使用履歴に基づいて発電部２および給湯部３を作動させるため、外部から供給された燃料から回収されたエネルギーを有効利用できる。
【００４９】
上記したように制御装置５０は、時刻検知部５３から発信された時刻データに基づいて履歴データを算出すると共に、現在あるいは将来における電気エネルギーおよび熱エネルギーの消費量を予測して発電部２および給湯部３を作動させる。そのため、ユーザーによりコントローラ６０から時刻検知部５３に対して発電部２や給湯部３の作動時刻の検知の基準となる時刻（本実施形態では、時刻設定時の現在時刻）が設定されていないと、予測部５６によるエネルギーの消費予測や発電部２、給湯部３の動作を的確に制御できない。
【００５０】
そのため、コージェネレーションシステム１は、制御装置５０が時刻検知部５３に時刻データの入力がなされていない場合にコントローラ６０を介してユーザーに時刻データの入力を促進する時刻設定促進動作を行う。以下、時刻設定促進動作について詳細に説明する。
【００５１】
制御装置５０は、コントローラ６０に設けられた電源スイッチ６１がＯＮになると、時刻検知部５３に対して時刻データの入力がなされているか否かを確認する。ここで、時刻検知部５３に対して時刻データの設定がなされている場合、予測部５６は時刻データに基づいてエネルギーの消費予測や発電部２、給湯部３の動作を的確に制御できる。そのため、制御装置５０は、コントローラ６０を給湯や熱負荷３６の設定温度を入力可能な状態にする。この時、コントローラ６０は、図８に示すように表示部６５に現在時刻を表示すると共に、給湯や熱負荷３６の設定温度やコージェネレーションシステム１の動作状況を表示する。
【００５２】
一方、コントローラ６０に設けられた電源スイッチ６１がＯＮになった時に、時刻検知部５３に時刻データが入力されていない場合、過去データ記憶部５５は、発電部２や給湯部３におけるエネルギー消費量に関する履歴データを蓄積できず、コージェネレーションシステム１の動作を最適化できない。そのため、制御装置５０は、電源スイッチ６１がＯＮになった時に時刻検知部５３に時刻データが入力されていないことを検知すると、図９に示すようにコントローラ６０の表示部６５を時刻データの設定表示に切り替え、時刻入力がなされていない旨を文字や記号を用いて示す設定要求表示を行う。
【００５３】
制御装置５０は、時刻検知部５３に時刻データが入力されないまま給湯や熱負荷３６の運転がなされると、図１０に示すように表示部６５に給湯や熱負荷３６の設定温度やコージェネレーションシステム１の動作状況を表示させると共に、本来現在時刻が表示される部分を点滅表示させてユーザーに対して時刻データの入力を促進する。
【００５４】
上記したように、コージェネレーションシステム１において、発電部２や給湯部３において発生するエネルギーを有効利用できるか否かは、制御装置５０の予測部５６によるエネルギーの使用予測に関するデータに大きく依存している。また、コージェネレーションシステム１を地域分散型の熱併給電源として使用する場合は、電気エネルギーや熱エネルギーの使用量の変動が大きいため、予測部５６により演算されるエネルギーの使用予測に関するデータへの依存度が高い。
【００５５】
予測部５６は、時刻検知部５３に入力されるべき時刻データに基づいて、発電部２や給湯部３におけるエネルギーの使用状況を予測する。そのため、予測部５６によるエネルギーの使用予測の予測精度は、時刻検知部５３に入力されるべき時刻データの有無に大きく依存している。本実施形態のコージェネレーションシステム１では、時刻検知部５３に時刻データが入力されていない場合に、ユーザーが直接操作するコントローラ６０の表示部６５をもって時刻データが入力されていない事を警告し、ユーザーに時刻データを入力させる。そのため、上記した構成によれば、時刻データが未入力のままコージェネレーションシステム１が動作することを防止し、発電部２および給湯部３の動作を最適化することができる。
【００５６】
上記実施形態では、時刻検知部５３に時刻データが入力されないまま給湯や熱負荷３６の運転された時に所定の警告動作を行うものであったが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば時刻検知部５３に時刻データが入力されない限り制御装置５０が給湯や熱負荷３６の運転を阻止する構成とすることも可能である。また、本実施形態では、表示部６５の表示をもってユーザーに時刻検知部５３に時刻データが入力されていないことを警告するものであったが、ブザー音や音声を発信する等してユーザーに警告するものであってもよい。
【００５７】
本実施形態のコージェネレーションシステム１は、ユーザーがコントローラ６０を操作して時刻データを入力するものであったが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば公知の電波時計や、電波信号等の時刻補正信号を受けて自動的に時刻データを補正する時刻補正手段を設けるなどして時刻データを時刻検知部５３に入力あるいは補正するものであってもよい。かかる構成によれば、ユーザーにより時刻データが入力されない状態でコージェネレーションシステム１が動作することを確実に防止することができる。また、時刻データを補正する構成とすれば、より一層正確に履歴データを算出することができ、コージェネレーションシステム１の総合エネルギー効率をさらに向上させることができる。
【００５８】
上記したように本実施形態のコージェネレーションシステム１では、時刻データが時刻検知部５３に入力されているため、この時刻データに基づき、所定の時刻におけるコージェネレーションシステム１の動作を規制することができる。さらに具体的には、コージェネレーションシステム１は、ガスエンジン５や給湯装置６を採用しているため、深夜等の所定の時間に動作させると騒音や振動が発生するおそれがある。そのため、時刻検知部５３に入力されている時刻データに基づき深夜等の所定の時間にガスエンジン５や給湯装置６の動作を停止させ、騒音や振動の発生を抑制することも可能である。
【００５９】
上記実施形態では、ガスエンジン５の排熱により加熱された湯水を貯留する場合の動作や、給湯あるいは熱負荷３６を単独で使用する場合の動作について説明したが、本発明はこれに限定されれるものではなく、例えば給湯と熱負荷３６との同時使用や、給湯運転を行いつつ貯留タンク１２に湯水を貯留する等の動作を行うことも可能である。また、上記実施形態では、ガスエンジン５において発生する熱エネルギーが、給湯や熱負荷３６の使用に要する熱エネルギーに満たない場合に給湯装置６を起動するものであったが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば給湯装置６だけを起動させて湯水を加熱あるいは貯留することも可能である。
【００６０】
上記実施形態では、循環回路１１に熱負荷３６を一つ接続した例を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、複数の外部負荷を循環回路１１に対して並列あるいは直列に接続したものであってもよい。また、上記実施形態において熱負荷３６は、循環回路１１に接続された負荷熱交換器２６において熱交換された湯水を使用するものであったが、循環回路１１や貯留タンク１２内の湯水を排出させ利用するものであってもよい。
【００６１】
コージェネレーションシステム１は、本発明を具体化した一例にすぎず、本発明は上記した実施形態に限定されるものではない。さらに具体的には、コージェネレーションシステム１では、発電部２はガスエンジン５により発電するものであったが、発電部２には燃料電池等の公知の発電装置を採用できる。また、給湯装置６は、ガスを燃焼して湯水を加熱するものであったが、灯油を燃焼して湯水を加熱する燃焼装置や電気温水器等、公知の湯水加熱装置を採用することができる。
【００６２】
【発明の効果】
請求項１，２に記載の発明によれば、時刻データが設定されずにエネルギー回収手段が作動することを未然に防止し、コージェネレーションシステムにおいて回収されたエネルギーを有効利用できる。
【００６３】
請求項３に記載の発明によれば、時刻データの設定漏れを未然に防止することができる。
【００６４】
請求項４に記載の発明によれば、時刻データの設定漏れをユーザーに対して確実に警告できる。
【００６５】
請求項５に記載の発明によれば、時刻データが入力されないままエネルギー回収手段が作動することを確実に防止し、コージェネレーションシステムにおいて回収されたエネルギーを有効利用できる。
【００６６】
請求項６に記載の発明によれば、エネルギー消費量の変動が激しい一般家庭や小規模な事業所に設置されても、燃料から回収された電気エネルギーや熱エネルギーを有効利用可能なコージェネレーションシステムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態であるコージェネレーションシステムの作動原理図である。
【図２】 本発明の一実施形態であるコージェネレーションシステムにおける湯水の流れを示す作動原理図である。
【図３】 本発明の一実施形態であるコージェネレーションシステムにおける湯水の流れを示す作動原理図である。
【図４】 本発明の一実施形態であるコージェネレーションシステムにおける湯水の流れを示す作動原理図である。
【図５】 本発明の一実施形態であるコージェネレーションシステムにおける湯水の流れを示す作動原理図である。
【図６】 本発明の一実施形態であるコージェネレーションシステムにおける湯水の流れを示す作動原理図である。
【図７】 本実施形態のコージェネレーションシステムが備える制御装置を示すブロック図である。
【図８】 本実施形態のコージェネレーションシステムが備えるコントローラを示す模式図である。
【図９】 本実施形態のコージェネレーションシステムが備えるコントローラを示す模式図である。
【図１０】 本実施形態のコージェネレーションシステムが備えるコントローラを示す模式図である。
【符号の説明】
１ コージェネレーションシステム
２ 発電部
３ 給湯部
４ 電力負荷
５ ガスエンジン
６ 発電装置
１０ 給湯装置
３６ 熱負荷
５０ 制御装置
５１ 熱消費量演算部
５２ 電力消費量演算部
５３ 時刻検知部
５５ 記憶部
５６ 予測部
６０ コントローラ
６１ 電源スイッチ
６３ 操作部
６５ 表示部
Claims (6)
- 外部から供給された燃料が持つエネルギーを電気エネルギー及び／又は熱エネルギーに変換して回収する一又は複数のエネルギー回収手段を備えたコージェネレーションシステムであって、当該コージェネレーションシステムの作動時刻を検知可能な時刻検知手段と、当該時刻検知手段の検知時刻および前記エネルギー回収手段において回収されたエネルギーの過去の使用状況に基づいて現在又は将来において要求されるエネルギー量を予測する予測手段を具備し、エネルギー回収手段は、予測手段の予想に基づいて作動するものであり、時刻設定手段は、エネルギー回収手段の作動に先立って作動時刻の検知の基準となる時刻データの設定を要求する警告動作を行うものであり、
外部から供給されたガスにより作動するガスエンジンを備えており、前記時刻データに基づき、所定の時刻におけるガスエンジンの動作を停止させることを特徴とするコージェネレーションシステム。 - 外部から供給された燃料が持つエネルギーを電気エネルギー及び／又は熱エネルギーに変換して回収する一又は複数のエネルギー回収手段を備えたコージェネレーションシステムであって、当該コージェネレーションシステムの作動時刻を検知可能な時刻検知手段と、当該時刻検知手段の検知時刻および前記エネルギー回収手段において回収されたエネルギーの過去の使用状況に基づいて現在又は将来において要求されるエネルギー量を予測する予測手段と、前記コージェネレーションシステムの動作の設定を行う動作設定手段とを具備し、エネルギー回収手段は、予測手段の予想に基づいて作動するものであり、前記動作設定手段は、時刻検知手段による作動時刻の検知の基準となる時刻データを入力可能であり、エネルギー回収手段の作動に先立って前記時刻データの設定を要求する警告動作を行うものであり、
外部から供給されたガスにより作動するガスエンジンを備えており、前記時刻データに基づき、所定の時刻におけるガスエンジンの動作を停止させることを特徴とするコージェネレーションシステム。 - 動作設定手段は、コージェネレーションシステムの動作状況及び／又は動作条件の設定値を表示する表示手段を備えており、当該表示手段は、時刻検知手段に対して作動時刻の検知の基準となる時刻データの設定がなされていない場合に時刻データの設定を要求する設定要求表示を行うことを特徴とする請求項２に記載のコージェネレーションシステム。
- エネルギー回収手段の作動に先立って作動時刻の検知の基準となる時刻データの設定を要求する警告動作を行う時刻設定手段を有し、当該時刻設定手段は、作動時刻の検知の基準となる時刻データの設定が完了するまで警告動作を継続させることを特徴とする請求項２又は３に記載のコージェネレーションシステム。
- エネルギー回収手段は、時刻設定手段への作動時刻の検知の基準となる時刻データの設定が完了するまで起動しないことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のコージェネレーションシステム。
- 予測手段は、エネルギー回収手段において回収された電気エネルギー及び／又は熱エネルギーの消費量に関するデータと、時刻検知手段によって検知される電気エネルギー及び／又は熱エネルギーの消費時刻に関するデータとに基づき決定される電気エネルギー及び／又は熱エネルギーの消費履歴に関するデータに基づき、現在あるいは将来における電気エネルギー及び／又は熱エネルギーの消費量を予測し、当該予測に基づいてエネルギー回収手段を作動させることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のコージェネレーションシステム。
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