JP4087301B2 - Cogeneration system and its operation plan creation method - 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（熱と電気併給システム）に関する。特に、電力需要に応じて発電し、発電時に発生する熱を蓄熱し、蓄熱しておいた熱エネルギーを必要時に供給するコージェネレーションシステム、即ち、電力需要に追従してコージェネレーションシステムの発電量を増減するシステムに関する。詳しくは、過去の単位時間あたりの電力需要の変化や単位時間あたりの熱エネルギー供給量の変動パターンを学習し、学習結果に応じてコージェネレーションシステムの運転開始や運転終了を制御することによって、コージェネレーションシステムの利点を有効に活用する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コージェネレーションシステムは、電力と発電熱を発生する発電ユニットと、貯湯槽と、貯湯槽内の水を発電ユニットに送って発電熱で加熱して貯湯槽に戻す発電熱回収媒体循環路を備えており、発電に伴って発生する発電熱を利用して水を加熱し、加熱された温水を貯湯槽に貯湯する。貯湯槽内の温水を適温に調温して温水利用箇所（例えば、床暖房システムや浴槽やシャワーや温水栓）に給湯する。温水利用箇所で必要とされる湯温よりも高温の温水が貯湯槽に貯湯されていれば、貯湯槽内の温水を水道水と混合することで必要湯温に調温できる。温水利用箇所で必要とされる湯温よりも低温の温水が貯湯されていれば、調温用に配設された補助熱源機でさらに加熱する必要があるが、発電熱で加熱された温水を加熱すればよいことから、水道水を加熱する場合に比して必要な熱量を少なくすることができる。そのため、コージェネレーションシステムは、総合的な熱効率が高い。
【０００３】
コージェネレーションシステムは、単位時間あたりの発電量や発生熱エネルギー量を増減することができる。単位時間あたりの電力需要と単位時間あたりの熱エネルギー需要は必ずしも一致していないことから、電力需要に追従してコージェネレーションシステムの発電量を調整する運転方法と、熱エネルギー需要に追従してコージェネレーションシステムの発生熱エネルギー量を調整する運転方法が考えられる。電気を蓄電することよりも熱エネルギーを蓄熱する方が効率的であることから、電力需要に追従してコージェネレーションシステムの発電量を増減する方法が有力視されている。
コージェネレーションシステムを単独で使用するのではなく、電力会社が供給する商用電力と併用することが多いと予測されている。この場合、電力需要に追従してコージェネレーションシステムの発電量を増減するといっても、商用電力を利用したほうが効率的な場合には商用電力を利用することが望ましい。コージェネレーションシステムで発電される電力のみを考察すれば商用電力の方が効率的であり、発電熱が有効に利用されて始めてコージェネレーションシステムのトータルな効率が商用電力を上回る。電力需要に追従してコージェネレーションシステムの発電量を増減する方式をとっても、熱エネルギーの利用と無関係に電力需要に追従させるべきではなく、発電熱が有効に利用される限度内で電力需要に追従させるべきであり、発電熱が有効に利用できなくなればコージェネレーションシステムの運転を中止して商用電力を利用したほうが効率的である。
【０００４】
コージェネレーションシステムを有効に活用するには、コージェネレーションシステムの運転開始と運転終了を的確に制御する技術、換言すれば商用電力を利用するか否かを的確に制御する技術が必要とされる。
上記の制御のためには、単位時間毎の電力需要と、単位時間毎の熱エネルギー需要を知る必要がある。これらはコージェネレーションシステムの設置環境毎に相違することから、コージェネレーションシステムに、設置された環境での単位時間毎の電力需要と熱エネルギー需要を学習し、学習した結果に基づいてコージェネレーションシステムの運転開始と運転終了を制御する技術が必要とされる。
【０００５】
特許文献１には、過去の電力負荷実績と熱負荷実績から、計画対象時期における電力負荷と熱負荷を予測する。そして、コージェネレーションシステムの運転出力を電力需要に追従させて調整したときに得られる発熱エネルギー量を計算する。そして、予測される熱負荷と計算させる発熱量を比較して、コージェネレーションシステムの運転開始時刻を決定する。発熱量が無駄なく利用できる限度においてコージェネレーションシステムを活用し、発熱量が利用できない場合には商用電源を利用する。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１５−６１２４５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記技術では、コージェネレーションシステムの運転終了時刻が予め設定されている。具体的には、２４時にコージェネレーションシステムの運転を停止させる。大きな電力負荷は２４時には終了するものとして２４時に運転を終了させる。
一般に熱負荷のピークと電力負荷のピークはともに２１時頃である。熱負荷は入浴時間帯に行われる、浴槽内への湯張りをピークとしている。入浴時間帯が過ぎるとそれ以降に湯が使用されることはほぼないため、熱負荷は低下していく。一方、電力負荷の要求は、入浴後も起きて活動したりエアコン等を使用したりするため、入浴時間帯を過ぎても継続される。即ち、熱負荷と電力負荷のピークの時間帯の継続時間が異なっており、熱負荷のピークの時間帯は電力負荷のピークの時間帯に比して早く終了する。従って、電力負荷のピークが終了する時刻までコージェネレーションシステムを運転させると、熱負荷の要求がない時間帯にも発電運転が行われて発熱する。熱負荷要求がない時間帯に発生した熱量は利用されないため、貯湯槽内に貯湯されて翌日に利用される。特開平１５−６１２４５号公報の技術では、必要熱量と発熱熱量が等しくなる時刻を計算してコージェネレーションシステムの運転を開始するので、過剰に蓄熱されることはなく、翌日には利用されるが、蓄熱した温水が翌日に持ち越されて利用されるために貯湯中の温水温度が冷却されてしまい、冷却された温水を利用することになる。従来の技術では、温水が翌日に持ち越されることから効率が低下し、コージェネレーションシステムの利点を充分には活用することができない。
【０００８】
本発明では、必要熱量を得ることができ、運転停止時に貯湯槽内の温水を使いきることができる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。また、そのようにコージェネレーションシステムを運転する計画を作成する方法を提供する。
【０００９】
【課題を解決するための手段と作用と効果】
本発明のコージェネレーションシステムは、基本的には電力需要に応じて発電し、発電時に発生する熱を蓄熱し、蓄熱した熱エネルギーを必要時に供給する。本発明のシステムは、過去の単位時間毎の熱エネルギー供給量を記憶している手段と、過去の単位時間毎の熱エネルギー供給量から２４時間を単位とする単位期間毎の最後の熱エネルギー供給時刻を決定する手段と、単位期間毎の最後の熱エネルギー供給時刻の平均時刻を特定し、運転終了予定時刻に設定する手段と、運転終了予定時刻にコージェネレーションシステムの運転を終了する手段を有する。
この発明は、コージェネレーションシステムの運転計画を作成する方法ということもできる。この方法では、過去の単位時間毎の熱エネルギー供給量を記憶しておく工程と、過去の単位時間毎の熱エネルギー供給量から２４時間を単位とする単位期間毎の最後の熱エネルギー供給時刻を決定する工程と、単位期間毎の最後の熱エネルギー供給時刻の平均時刻を特定し、運転終了予定時刻に設定する工程と、運転終了予定時刻にコージェネレーションシステムの運転を終了する運転計画を作成する工程を有する。
なお、最後の熱エネルギー供給時刻という場合、少量の温水を短時間利用することを含まないことが好ましい。所定量以上の温水を所定時間以上継続して利用する現象の終了時刻をもって最後の熱エネルギー供給時刻とすることが好ましい。
【００１０】
本発明のコージェネレーションシステムとその運転計画方法によると、過去の期間における２４時間を単位とする単位期間毎の最後の熱エネルギー供給時刻を特定する。この２４時間は、主として睡眠に当てられる時間内に始期と終期を持っている。例えば、平均的に１０時に入浴を終えて１１時に就寝する家庭では１０時に最後の熱エネルギーが供給され、深夜１時に入浴を終えて深夜２時に就寝する家庭では深夜１時に最後の熱エネルギーが供給されることがわかる。
本発明のコージェネレーションシステムでは、最後に熱エネルギーが供給された時刻にコージェネレーションシステムの運転が停止され、それ以降には熱が発生しないので、発生した熱を翌日に持ち越して利用することが最小限に抑えられる。この場合、電力需要があるにもかかわらずコージェネレーションシステムの運転を停止させることがあるが、その場合は商用電力を利用したほうが効率が高い場合に相当するために、そのほうが合理的である。本発明を利用すると、コージェネレーションシステムの利点を充分に活用することができる。
【００１１】
本発明のコージェネレーションシステムでは、単位期間毎の最後の熱エネルギー供給時刻の平均時刻を特定する際に、過去の同曜日における単位期間毎の最後の熱エネルギー供給時刻を平均することが好ましい。
生活パターンは曜日毎に決まっていることが多いため、運転実施日と同曜日のデータの平均を利用すれば、運転実施日の最後の熱エネルギー供給時刻に近い時刻を計算できる可能性が高い。
【００１２】
本発明のコージェネレーションシステムでは、運転開始予定時刻を下記によって決定することが好ましい。即ち、上記のコージェネレーションシステムにおいて、過去の単位時間毎の電力供給量を記憶している手段と、過去の単位時間毎の熱エネルギー供給量から単位期間毎の合計熱エネルギー供給量を計算する手段と、単位期間毎の合計熱エネルギー供給量の平均量を特定する手段と、運転終了予定時刻から遡及した時刻であり、その遡及した時刻から運転終了予定時刻までの合計電力供給量から計算される合計蓄熱エネルギー量が、単位期間毎の合計熱エネルギー供給量の平均量に等しくなる時刻を特定し、運転開始予定時刻に設定する手段と、運転開始予定時刻にコージェネレーションシステムの運転を開始する手段をさらに有していることが好ましい。
同様に、本発明のコージェネレーションシステムの運転計画作成方法においては、過去の単位時間毎の電力供給量を記憶しておく工程と、過去の単位時間毎の熱エネルギー供給量から単位期間毎の合計熱エネルギー供給量を計算する工程と、単位期間毎の合計熱エネルギー供給量の平均量を特定する工程と、運転終了予定時刻から遡及した時刻であり、その遡及した時刻から運転終了予定時刻までの合計電力供給量から計算される合計蓄熱エネルギー量が、単位期間毎の合計熱エネルギー供給量の平均量に等しくなる時刻を特定し、運転開始予定時刻に設定する工程と、運転開始予定時刻にコージェネレーションシステムの運転を開始する運転計画を作成する工程をさらに有することが好ましい。
【００１３】
本発明のコージェネレーションシステムとその運転計画方法では、過去の単位時間毎の電力供給量から単位時間毎の発熱エネルギー量を計算する。また過去の実績値から、２４時間を単位とする単位期間内の合計熱エネルギー供給量の平均量を計算する。この２種類の情報から、運転開始時刻を特定する。運転開始時刻は、その時刻以降の単位時間毎の発熱エネルギー量を運転終了時まで累積したときの累積発熱エネルギー量が２４時間で必要とする合計熱エネルギー供給量に等しくなる時刻が特定される。
この結果、運転開始時刻以降には電力需要に追従して発電し、蓄熱した熱エネルギーを必要に応じて供給すると、運転終了時には蓄熱した熱エネルギーが利用され、蓄熱エネルギーを翌日に持ち越さない運転が実現され、コージェネレーションシステムの利点を充分に活用することができる。
【００１４】
本発明のコージェネレーションシステムでは、単位期間毎の合計熱エネルギー供給量の平均量を特定する際にも、過去の同曜日における単位期間毎の合計熱エネルギー供給量を平均することが好ましい。
上記と同様に、生活パターンが近似している同じ曜日の単位期間毎の合計熱エネルギー供給量の平均値を利用すれば、運転実施日の合計熱エネルギー供給量と、運転実施日の単位時間毎の電力供給量に近い値を計算できる可能性が高い。
【００１５】
コージェネレーションシステムの場合、一回あたりの運転継続時間に上限時間を設けて利用することが好ましいことがある。例えば、一定の耐用年数を確保したり、メインテナンス時間を確保したりするために、上限時間を設けた方が好ましいことがある。
このために、上記で設定された運転開始予定時刻から運転終了予定時刻までの時間が運転継続上限時間を超える場合には、上限時間を超えないように運転開始予定時刻を遅らせる手段が付加されていることが好ましい。
運転終了予定時刻を早めるよりも、運転開始予定時刻を遅らせる方式をとると、コージェネレーションシステムの効率が高い期間を中心に運転しながら上限時間を遵守することができ、極めて好ましい。
【００１６】
蓄熱手段に蓄熱可能な熱エネルギーの全量が蓄熱された時点で、過去の単位時間毎の熱エネルギー供給量から次に蓄熱可能となる時刻を特定することが可能となる。蓄熱可能な熱エネルギーの全量が蓄熱された場合に備えて、次に蓄熱可能となる時刻を特定する手段と、その特定された時刻までコージェネレーションシステムの運転を継続したときの収支と、コージェネレーションシステムの運転を一旦中止して特定された時刻にコージェネレーションシステムの運転を再開するときの収支を比較し、運転継続か運転中止のいずれかを決定する手段が付加されていることが好ましい。
【００１７】
蓄熱可能な熱エネルギーの全量が蓄熱されてしまえば、それ以降には発熱エネルギーを有効利用できなくなり、本来はコージェネレーションシステムの運転を中止して商用電力を利用することが好ましい。
しかしながら、コージェネレーションシステムの運転を開始するには準備時間と準備のためのエネルギー消費を必要とし、コージェネレーションシステムの運転を短時間中止させるのであれば、そのまま運転を継続したほうがトータルの効率が高いことがある。コージェネレーションシステムには、発熱エネルギーを蓄熱せずに大気中に放出しながら運転する機能が組込まれている。
単位時間毎の熱エネルギー供給量を記憶していると、蓄熱可能な熱エネルギーの全量が蓄熱されてしまったときに、次に蓄熱可能となる時刻を特定することができ、そのときまでコージェネレーションシステムの運転を継続したときの収支と、コージェネレーションシステムの運転を一旦中止して特定された時刻にコージェネレーションシステムの運転を再開するときの収支を比較することが可能となる。前者は、コージェネレーションシステムの単位時間あたりの放熱量に時間を乗じたエネルギーであり、後者はコージェネレーションシステムの運転を開始するための準備に要したエネルギーである。両者を比較し、有利なほうを採用するようにすると、コージェネレーションシステムの利点をさらに充分に活用することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態を説明する。
（形態１） 効率的に運転するのに必要な温度検出手段や水量検出手段や計時手段や記憶手段は、コージェネレーションシステムの運転制御に必要な手段から構成され、効率的に運転するためにのみ必要な計測手段は付加されていない。
（形態２） 発電ユニットは燃料電池を備え、電力と発電熱を発生する。
（形態３） 蓄熱手段に蓄熱可能な熱エネルギーの全量が蓄熱され、運転を一旦中止して再開するよりも運転継続したほうが有利な場合には、発電ユニットに配設された放熱機によって放熱しながらコージェネレーションシステムの運転を継続する。
【００２１】
【実施例】
本発明を具現化した実施例を図を参照して説明する。最初にコージェネレーションシステムの構成について説明する。図１は本実施例のコージェネレーションシステムの概略構成図である。図１に示すように、コージェネレーションシステム１０は、電力と発電熱を発生する発電ユニット２０と、発電熱で加熱した温水を貯えることによって蓄熱し、その温水を利用する蓄熱ユニット１５等から構成される。蓄熱ユニット１５は、発電熱で加熱した温水を貯える貯湯槽４４と、貯湯槽４４から出湯される温水と水道水を混合するミキシングユニット７２と、給湯暖房用補助熱源機（以下、補助熱源機と記す）５０等から構成される。補助熱源機５０は、ミキシングユニット７２を経由した温水を加熱調温して温水利用箇所４０や浴槽９０に供給するともに、浴槽９０の温水を加温し、暖房用媒体を加温して暖房機９２，９６に循環させて暖房する。
【００２２】
発電ユニット２０は、燃料電池２２と、改質器３０等から構成され、発電ユニットハウジング２１に収納されている。改質器３０は炭化水素系の原燃料ガスから水素ガスを生成する。水素ガスを効率よく生成するためには高温度が必要とされることから、改質器３０にはバーナ３２が内蔵されている。また、改質器３０には燃焼ガス排気管３４が接続されており、燃焼ガス排気管３４は熱交換器７０を通過して水を加熱した後に発電ユニットハウジング２１外に放出される（図中矢印）。
燃料電池２２は複数のセルから構成されている。燃料電池２２には改質器３０と連通する図示しない配管が接続されている。この配管を介して改質器３０で生成された水素ガスが燃料電池２２に供給される。燃料電池２２は、空気中の酸素を取り込み、取り込まれた酸素と改質器３０から供給される水素ガスを反応させて発電を行なう。
【００２３】
燃料電池２２は発電の際に発熱する。燃料電池２２には熱媒循環管２４が接続されており、熱媒循環管２４内を流れる熱媒が発電の際に生じる発電熱を回収する。熱媒循環管２４には熱媒循環ポンプ８が配設されている。熱媒として純水を用い、純水は図示しない純水生成装置に水道水を通過させることによって得る。
熱媒循環管２４は、熱交換器７４を通過するように配設されている。熱媒によって回収された燃料電池２２の発電熱が熱交換器７４に伝熱される。
熱媒循環管２４には三方弁３６が配設されている。三方弁３６は１つの入口と２つの出口を備える。三方弁３６によって熱媒循環管２４が二手に分岐している。分岐した熱媒循環管２４のうち、三方弁３６の一方の出口と接続されている管は放熱機２８を介するように配設されており、他方の出口と接続されている管は放熱機２８を介さないように配設されている。三方弁３６は、図示しない発電ユニット制御部によってどちらの出口を開口するかが制御される。これによって熱媒が放熱機２８を経由して循環するか、放熱機２８を経由せずに循環するかが切換えられる。具体的には、図示しないサーミスタで測定される熱媒の温度が異常に高いときに、熱媒が放熱機２８を経由して循環するように三方弁３６の出口が切換えられる。放熱機２８は送風を行うことで熱媒を冷却する。なお、図示２５はシスターンである。
【００２４】
蓄熱ユニット１５は、貯湯槽４４と、ミキシングユニット７２と、補助熱源機５０と、制御ユニット６０等から構成され、蓄熱ユニットハウジング１６に収納されている。
コージェネレーションシステム１０には、水道水を給水するための給水管６４が配設されている。給水管６４は第１給水管６４ａと第２給水管６４ｂの二手に分岐している。第１給水管６４ａは、貯湯槽４４の下部と接続している。第２給水管６４ｂは、ミキシングユニット７２の冷水入口７２ｂと接続されている。ミキシングユニット７２内の第２給水管６４ｂには給水サーミスタＴ１が配設されており、給水される水道水の温度を検出するのに利用される。
貯湯槽４４の上部に第１出湯管５２が接続されており、第１出湯管５２はミキシングユニット７２の温水入口７２ａに接続されている。ミキシングユニット７２内の第１出湯管５２には第１出湯サーミスタＴ２が配設されており、貯湯槽４４から出湯される温水の温度を検出するのに利用される。
【００２５】
給水管６４の分岐部６４ｃより上流側には減圧弁４２が配設されている。減圧弁４２は、貯湯槽４４とミキシングユニット７２へ給水する水道水の圧力を調整する。貯湯槽４４内の温水が使用されたり、ミキシングユニット７２の冷水入口７２ｂが開いたりして減圧弁４２の下流側圧力が調圧値以下になると、減圧弁４２が開いて貯湯槽４４やミキシングユニット７２に給水する。貯湯槽４４内の圧力は、水道水圧力よりも低い圧力に維持される。
【００２６】
ミキシングユニット７２は、温水の入口７２ａと、冷水の入口７２ｂと、混合水の出口７２ｃを有している。温水の入口７２ａには、第１出湯管５２を介して貯湯槽４４内の温水が流入し、冷水の入口７２ｂには、第２給水管６４ｂを介して水道水が流入する。２つの入口７２ａ，７２ｂの開口度は可変である。即ち、温水と水道水の流入比率が可変である。これらの開口度は、制御ユニット６０によって制御される。開口度が制御されることで、例えば、水道水を遮断して（冷水入口７２ｂを閉じて）温水のみを出口７２ｃから送り出すことが可能であり、逆に、温水を遮断して（温水入口７２ａを閉じて）水道水のみを出口７２ｃから送り出すことも可能である。また、例えば、７０％の温水と３０％の水道水を混合して出口７２ｃから送り出すことが可能であり、温水と水道水の混合比率を調整し、必要な温度に調整された混合水を出口７２ｃから送り出すことができる。
【００２７】
ミキシングユニット７２内で混合されて調温された混合水は、出口７２ｃから出湯される。出口７２ｃには第２出湯管７６が接続されている。第２出湯管７６は、補助熱源機５０内の給湯管９４に接続されており、ミキシングユニット７２と補助熱源機５０を接続している。ミキシングユニット７２の２つの入口７２ａ，７２ｂには、減圧弁４２によって減圧された圧力が加わっている。従って、ミキシングユニット７２の出口７２ｃから出湯される混合水の圧力も、減圧弁４２で調圧された圧力に等しい。ミキシングユニット７２内の第２出湯管７６には第２出湯サーミスタＴ３が配設されており、ミキシングユニット７２から出湯される混合水の温度を検出する。またミキシングユニット７２内の第２出湯管７６には混合水流量センサＦ３が配設されており、ミキシングユニット７２から出湯される混合水の流量を検出する。
【００２８】
蓄熱ユニット１５と発電ユニット２０との間には、発電熱を回収するための配管４が配設されている。
発電熱回収用配管４の往き管４ａは貯湯槽４４の底部に接続されており、発電熱回収用配管４の戻り管４ｂは貯湯槽４４の上部に接続されている。発電ユニット２０内に配設された、発電熱との熱交換機７４と、改質器３０との熱交換器７０を通過して、発電熱回収用配管４の戻り管４ｂとなる。発電ユニット２０内の２つの熱交換器７０，７４で加熱された温水は、発電熱回収用配管４の戻り管４ｂを経て貯湯槽４４の上部から注入されて貯湯され、貯湯槽４４の底部の温水が発電熱回収用配管４の往き管４ａを経て発電ユニット２０へ送られる。貯湯槽４４内に貯められた温水と冷水は、温度成層を成して混じり合わない。
発電熱回収用配管４の往き管４ａには発電熱回収用ポンプ６が配設されている。発電熱回収用ポンプ６が駆動することで発電熱回収用配管４内の温水が循環する（図中矢印方向に循環する）。発電熱回収用ポンプ６は制御ユニット６０によって駆動制御される。
【００２９】
次に、給湯運転と暖房運転を行う補助熱源機５０について説明する。補助熱源機５０には２つのバーナ３８，５６と、暖房用シスターン５１と、温水を案内する複数の配管等が配設されており、補助熱源機ハウジング４９に収納されている。
まず、給湯運転について説明する。第２出湯管７６と接続している給湯管９４は、管９４ａと管９４ｂの二手に分岐している。管９４ａの末端は台所の蛇口や風呂の給湯栓等の温水利用箇所に接続されており、管９４ｂの末端は暖房用シスターン５１の上部に入れられている。
温水利用箇所での給湯設定温度は図示しないリモコンが操作されることによって設定される。管９４ａは、管９４ａ内の温水がバーナ３８によって加熱されるように配設されている。バーナ３８は制御ユニット６０によって駆動制御されている。管９４ａには水量センサＦ１と給湯サーミスタＴ４が配設されており、それぞれ管９４ａ内の温水の流量と給湯される温水の温度を検出するのに利用される。
【００３０】
管９４ａのバーナ３８より下流から温水供給路８０が分岐している。温水供給路８０は後述する浴槽水循環路９８に接続されている。温水供給路８０には温水供給弁８２が配設されており、温水供給弁８２が開かれると、温水供給路８０を介して温水が浴槽水循環路９８に誘導され、浴槽９０内に湯張りされる。温水供給弁８２は制御ユニット６０によって開閉制御されている。温水供給路８０には湯張り量センサＦ２が配設されており、浴槽９０内に湯張りされる湯水の量を検出するのに利用される。浴槽水循環路９８には浴槽水サーミスタＴ５が配設されており、浴槽水循環路９８内の温水の温度を検出するのに利用される。
【００３１】
次に、暖房運転について説明する。給湯管９４から分岐した管９４ｂには暖房用補水弁９５が配設されている。暖房用補水弁９５が開かれると管９４ｂを介して温水が暖房用シスターン５１に誘導される。
【００３２】
暖房用シスターン５１には暖房用循環路が接続されている。詳しくは、暖房用シスターン５１には共通管２が接続されており、共通管２には暖房用ポンプ３が配設されている。共通管２が二手に分岐し、高温用循環路８４と低温用循環路８６を形成している。以下、共通管２と高温用循環路８４と低温用循環路８６の総称を暖房用循環路とする。
高温用循環路８４は高温用負荷９２（例えば暖房機や浴室乾燥機等）を通過する管８４ａと、高温用負荷９２をバイパスする管８４ｂを有している。管８４ａは、暖房用シスターン５１内の温水を高温用負荷９２に送り、利用された後の温水を暖房用シスターン５１に戻す（図中矢印方向）。管８４ａの戻り管は後述する低温用循環路８６の戻り管に合流している。管８４ａには熱動弁８５が配設されている。熱動弁８５は高温用負荷９２の運転スイッチが操作されてオンとなると開き、オフとなると閉じる。
一方、管８４ｂは熱動弁８５より上流から分岐した管であり、後述する低温用循環路８６の戻り管に合流している。高温用負荷９２をバイパスする管８４ｂには暖房用バイパス弁８３が配設されている。暖房用バイパス弁８３は制御ユニット６０によって開閉制御されている。
【００３３】
高温用循環路８４内の温水を加熱するため、高温用循環路８４にはバーナ５６が配設されている。バーナ５６は制御ユニット６０によって駆動制御される。高温用循環路８４内の温水の温度は通常約８０℃になるように制御されている。高温用循環路８４内の温水は、暖房用ポンプ３が駆動することによって循環する（図中矢印方向に循環する）。暖房用ポンプ３は制御ユニット６０によって駆動制御される。
【００３４】
高温用循環路８４には追焚き用循環路８８が接続されている。追焚き用循環路８８には熱交換器９１が配設されており、後述する低温用循環路８６の戻り管に合流している。追焚き用循環路８８には熱動弁８９が配設されており、熱動弁８９が開くと、高温用循環路８４から温水が誘導され、温水の熱が熱交換器９１に伝熱される。熱動弁８９は制御ユニット６０によって開閉制御されている。
浴槽水を追焚きするとき、浴槽９０内の温水は浴槽水循環路９８を循環する。浴槽水循環路９８は上述の熱交換器９１を通過するように配設されている。浴槽水循環路９８内の温水が循環し、熱交換器９１で加熱されることによって浴槽水が追焚きされる。浴槽水循環路９８には浴槽水用ポンプ９９が配設されている。浴槽水用ポンプ９９が駆動することによって浴槽水循環路９８内の温水が循環する。浴槽水循環ポンプ９９は制御ユニット６０によって駆動制御される。
【００３５】
低温用循環路８６は低温用負荷（床暖房機等）９６を通過するように配設されている。低温用循環路８６は、暖房用シスターン５１内の温水を低温用負荷９６に送り、利用後の温水を後述する２つの管で暖房用シスターン５１に戻す。
低温用循環路８６の往き管には熱動弁８７が配設されている。熱動弁８７は制御ユニット６０によって開閉制御される。低温用循環路８６内の温水は通常約６０℃になるように制御されている。
【００３６】
低温用循環路８６の戻り管は、直接暖房用シスターン５１へ戻る管８６ａと、貯湯槽４４内を通過してから暖房用シスターン５１へ戻る管８６ｂとを有している。これらの管８６ａ，８６ｂは三方弁１２によって切換えられる。三方弁１２は１つの入口１２ａと２つの出口１２ｂ，１２ｃとを有している。低温用循環路８６の戻り管は三方弁１２の入口１２ａに接続されている。三方弁１２の出口１２ｂには管８６ａが接続されている。管８６ａの他端は暖房用シスターン５１に接続されている。一方、三方弁１２の出口１２ｃには管８６ｂが接続されている。管８６ｂは、貯湯槽４４内の温水と混合されることなく貯湯槽４４内の上部を通過する管である。管８６ｂは、貯湯槽４４内を通過後に、管８６ａの合流部８６ｅに合流する。三方弁１２の切換えは制御ユニット６０によって制御されている。低温用循環路８６内の温水も、暖房用ポンプ３が駆動することによって循環する（図中矢印方向に循環する）。
【００３７】
上述の管８６ｂによって、貯湯槽４４に蓄熱されている熱を暖房運転に利用することができる。貯湯槽４４内の熱を床暖房運転に利用したい場合、三方弁１２の出口を出口１２ｃに切換える。管８６ｂ内の温水は貯湯槽４４内の上部を通過するときに貯湯槽４４内上部の高温の温水によって加熱され、加熱された温水がシスターン５１へ戻る。この循環によって低温用循環路８６内の温水が加熱され、温水の熱が低温用負荷９６である床暖房機に伝熱される。このようにすれば、貯湯槽４４内の熱を床暖房運転等の暖房運転に利用することができる。
貯湯槽４４の蓄熱量が放出されてしまうと、三方弁１２の出口を出口１２ｂに切換え、暖房用バイパス弁８３を開いて高温用負荷９２（この場合浴室乾燥機）をバイパスする管８４ｂを開通させる。この場合には、バーナ５６で加熱された高温水がシスターン５１に導かれ、その高温の温水を利用して暖房運転することが可能となる。
【００３８】
暖房運転終了後、上述の管８６ｂによって、貯湯槽４４内の蓄熱量が少ないときには暖房用循環路内の余熱を貯湯槽４４に蓄熱させることができる。貯湯槽４４の上部の温度が低温用循環路８６内の温水の温度よりも低いときには、三方弁１２の出口を出口１２ｃに切換える。これによって低温用循環路８６内の温水が管８６ｂへ誘導される。管８６ｂ内の温水は貯湯槽４４内を通過するときに貯湯槽４４内の温水を加熱する。このようにすれば、低温用循環路８６等の暖房用循環路内の余熱を貯湯槽４４内に蓄熱することができる。
【００３９】
次に、本実施例のコージェネレーションシステム１０の制御ユニット６０の構成について説明する。図２は制御ユニット６０のブロック図である。なお、図２には本実施例に特徴的な構成物のみを示している。制御ユニット６０は蓄熱ユニット１５内に収容されており、蓄熱ユニット１５の運転と発電ユニット２０の運転について統括的に制御する。図２に示すように、制御ユニット６０はＣＰＵ１００を備えており、運転制御手段１０２と、運転計画手段１０４と、記憶手段１０６と、入力部１０８と、出力部１１０と相互に接続されている。入力部１０８にはコージェネレーションシステム１０に配設されている流量検出手段（各流量センサ）１１２と、温水温検出手段（各サーミスタ）１１４と、発電量検出手段１１６と、消費電力検出手段１１８が接続されている。出力部１１０にはコージェネレーションシステム１０を構成する、ミキシングユニット７２、補助熱源機５０や、各種ポンプ、各種三方弁、燃料電池２２等が接続されている。
【００４０】
図３は、一般的な家庭で要求される電力需要（実線で示す）と、コージェネレーションシステム１０によって供給される電力（破線で示す）の関係を示している。発電量は基本的には電力需要に追従して増減調整される。図示の１ｋＷは、発電ユニット２０での最大発電力であり、これを超える時間帯では、不足する電力が商用電力で補われる。
電力需要（電力負荷ともいう）は朝と夜にピークを持つ。Ａで示す夜のピークで発電される電力は大きく、継続時間が長い。従って、このピークの間に発熱される熱量を有効に利用できれば最も熱効率が向上する。最大発電力で継続運転するときに、コージェネレーションシステム１０の効率は最も高い。
【００４１】
図４は一般的な家庭において要求される熱負荷を実線で示す。通常は、必要な熱エネルギーが供給されるので、必要熱エネルギー量と供給熱エネルギー量は等しい。図４には、発電運転に伴って得られる発熱量（蓄熱量）を破線で示している。必要熱エネルギーは、２つのピークＣ，Ｂを持つ。Ｂで示す夜のピークは主に風呂の湯張りに利用されることによるものであり、発電によって得られる熱量以上を必要とする。
【００４２】
図３と図４の実線で示すカーブは、当該コージェネレーションシステム１０に過去の使用実績から得られている。コージェネレーションシステム１０には、単位時間あたりの発電量の推移を記憶する手段が設けられており、図３のカーブを得ることができる。図３の単位時間あたりの発電量のカーブから、図４の破線のグラフを得ることができる。コージェネレーションシステム１０には、出湯量と出湯温度から計算される単位時間あたりの供給熱エネルギー量を計算して記憶する手段が設けられており、図４の実線のカーブを得ることができる。
図３と図４のカーブは日々に変化する。図３と図４のカーブは、過去の１ヶ月の同曜日における実績カーブの平均値である。現在が７月の第１月曜日であれば、６月の４回の月曜日のカーブを平均したものである。
【００４３】
コージェネレーションシステム１０は、例えば、６月の４回の月曜日のカーブを学習して、７月の第１月曜日の運転開始時刻と運転終了時刻を決定する。
（運転終了時刻の決定）
コージェネレーションシステム１０では、２４時間を単位とする単位期間毎に最後の熱エネルギー供給時刻を決定する。先の例でいえば、６月の４回の月曜日のそれぞれについて、最後の熱エネルギーを供給した時刻を求める。２４時間の始期と終期は、睡眠に当てられていることが多い午前３時とする。ここで熱エネルギーを供給するという場合には、所定量以上の温水を所定時間以上継続して供給することを言い、少量の温水を短時間だけ供給することを含まない。この結果、通常は入浴の終了時刻が最後に熱エネルギーを供給した時刻となる。平均的に１０時に入浴を終えて１１時に就寝する家庭では１０時に最後の熱エネルギーが供給され、深夜１時に入浴を終えて深夜２時に就寝する家庭では深夜１時に最後の熱エネルギーが供給されることがわかる。
コージェネレーションシステム１０では、最後に熱エネルギーが供給される時刻に運転を停止する。図４の場合、時刻Ｄにコージェネレーションシステム１０の運転を終了する。それ以降には熱が発生しないので、発生した熱を翌日に持ちこして利用することが最小限に抑えられる。
【００４４】
（運転開始時刻の決定）
コージェネレーションシステム１０では、運転開始時刻Ｅを下記のようにして求める。
（１） 運転開始時刻Ｅを仮定する。
（２） その時刻Ｅ以降の単位時間あたりの発電量の変化に注目する。
（３） その時刻Ｅ以降の単位時間あたりの発電量から得られる発熱量の推移を計算する（これが図４の破線で示される）。
（４） その時刻Ｅから運転終了時刻Ｄまでの、単位時間あたりの発熱量を累積した合計発熱量を計算する（図４のハッチで示される面積を計算する）。
（５） それとは別に、２４時間の単位期間に必要とされる合計熱量を計算する（図４の実線で示されるグラフと横軸で囲まれる面積を計算する）。
（６） 前記した（４）と（５）が等しくなる時刻Ｅを求める。
（７） そうして求められた時刻を運転開始時刻Ｅとする。
以上に論理は、運転終了時刻Ｄから遡及した時刻Ｅであり、その遡及した時刻Ｅから運転終了時刻Ｄまでの合計電力供給量から計算される合計蓄熱エネルギー量（ハッチ部の面積）が、２４時間を単位とする単位期間内の合計熱エネルギー供給量の平均量（図４の実線で示されるグラフと横軸で囲まれる面積）に等しくなる時刻Ｅを特定することに他ならない。
【００４５】
上記の処理手順を図５のフローチャートを用いて説明する。図５は運転方法を示す処理手順図である。
図５に示すように、まず、ステップＳ１０では過去１ヶ月以内の同曜日の単位時間あたりの熱エネルギー供給量の特定が行なわれる。この処理によって特定された熱エネルギー供給量が、図４に実線で示したグラフである。ステップＳ１２に進み、所定流量以上で所定時間以上供給する現象の終期を特定する。この処理によって運転終了時刻（図４に示す時刻Ｄ）が設定される。ステップＳ１４に進み、２４時間の合計必要熱エネルギー量を計算する。この合計必要熱エネルギー量は、ステップＳ１０で得られた図４の実線のグラフを積分することで得られる。ステップＳ１６に進み、過去１ヶ月以内の同曜日の単位時間あたりの発電量を特定する。この処理によって特定された発電量が、図３に実線で示したグラフである。ステップＳ１８に進み、単位時間あたりの発電量から単位時間あたりの発熱量を特定する。ステップＳ２０に進み、運転開始時刻からステップＳ１２で設定された運転終了時刻までの単位時間あたりの発熱量が、ステップＳ１４で得られた２４時間の合計必要熱エネルギー量となるような運転開始時刻が設定される。
ステップＳ２２に進み、ステップＳ２０で設定された運転開始時刻から先に設定された運転終了時刻までの時間が、予め設定されている上限時間以上であるか否かが判断される。この運転継続時間が上限時間を超えなければ（ＮＯであれば）ステップＳ２０で設定された運転開始時刻に運転が開始されるように処理される。運転継続時間が上限時間以上であれば（ＹＥＳであれば）、ステップＳ２４に進んで運転開始時刻を遅らせることで、運転継続時間が上限時間を超えないように運転開始時刻を修正し、修正した運転開始時刻に運転が開始されるように処理される。
【００４６】
本実施例では、過去の使用実績を学習し、最後に熱エネルギーを供給するものと推定される時刻までコージェネレーションシステムの運転を継続することを予定している。また、その時刻までに１日の必要熱エネルギーが蓄熱されるであろう時間に運転を開始する。したがって、予定通りいけば、最後に熱エネルギーを供給する時刻まで運転を継続したときに、蓄熱した温水が利用され終えるはずである。しかしながら、当日において電力需要が増加すると、発電熱量も増大し、１日に必要とする合計熱エネルギーに等しいだけの熱エネルギーを早めに蓄熱し終えてしまうことが生じる。
この場合には、最後に熱エネルギーを供給すると推定されている時刻まで運転を継続する予定を変更し、必要熱量が蓄熱された時点で運転を停止させる。それ以降は商用電力を利用することになるが、商用電力を利用したほうが効率が高い場合に相当するために、そのほうが合理的である。コージェネレーションシステムの利点を充分に活用することができる。
【００４７】
蓄熱手段に蓄熱可能な熱エネルギーの全量が蓄熱されてしまうことがある。この場合には、その時点で、過去の所定期間に亘って単位時間毎の熱エネルギー供給量を記憶している手段を参照すると、次に蓄熱可能となる時刻を特定することが可能となる。
コージェネレーションシステム１０では、蓄熱手段に蓄熱可能な熱エネルギーの全量が蓄熱されてしまった場合には、次に蓄熱可能となる時刻を特定するプログラムが用意されている。さらに、その時間までコージェネレーションシステム運転を継続した場合のエネルギーを計算するプログラムが用意されている。このプログラムでは、コージェネレーションシステムの単位時間あたりの放熱量に時間を乗じてエネルギーを計算する。さらに、コージェネレーションシステムの運転を一旦中止して再開する場合の準備のために要したエネルギーを計算するプログラムが用意されている。コージェネレーションシステム１０には、両者を比較し、有利なほうを採用するプログラムが用意されている。蓄熱手段に蓄熱可能な熱エネルギーの全量が蓄熱され、運転を一旦中止して再開するよりも運転継続したほうが有利な場合には、発電ユニットに配設された放熱機２８によって放熱しながらコージェネレーションシステム１０の運転を継続する。
【００４８】
上記の処理手順を図６のフローチャートを用いて説明する。図６は運転方法を示す処理手順図である。
ステップＳ４０でコージェネレーションシステムの運転が開始されると、ステップＳ４２に進んで１日の必要熱量を蓄熱したか否かが判断される。１日の必要熱量が蓄熱されていれば（ＹＥＳであれば）ステップＳ４４に進んでコージェネレーションシステムの運転を終了する。１日の必要熱量が蓄熱されていなければ（ＮＯであれば）ステップＳ４６に進む。
ステップＳ４６では、貯湯槽内に蓄熱可能な熱エネルギーの全量が蓄熱されたか否かが判断される。蓄熱可能な熱エネルギーの全量が蓄熱されていなければ（ステップＳ４６でＮＯであれば）ステップＳ４２とステップＳ４６の処理を繰返す。蓄熱可能な熱エネルギーの全量が蓄熱されていれば（ステップＳ４６でＹＥＳであれば）ステップＳ４８に進んで次に出湯が予測される時刻を特定する。ステップＳ５０に進み、次に出湯が予測される時刻まで運転を継続させたときのエネルギーを計算する。またステップＳ５２に進み、次に出湯が予測される時刻まで運転を一時停止し、再開させたときのエネルギーを計算する。そしてステップＳ５４に進んで、ステップＳ５０で得られた運転継続時のエネルギーと、ステップＳ５２で得られた運転停止時のエネルギーとを比較する。次に出湯が予測される時刻まで運転を継続させた方が有利であれば（ステップＳ５４でＹＥＳであれば）ステップＳ４２に戻って運転を継続する。次に出湯が予測される時刻まで運転を一時停止し、再開させた方が有利であれば（ステップＳ５４でＮＯであれば）ステップＳ５６に進んで運転を一時停止し、ステップＳ５８に進んで次の出湯時刻に備えて準備し、出湯時刻となったらステップＳ４２に戻って運転を再開する。
【００４９】
コージェネレーションシステム１０には、一日あたりの運転継続時間に上限時間が設けられている。前記技術で特定された運転開始時刻から特定された運転終了時刻までの時間が運転継続上限時間を超える場合には、上限時間を超えないように運転開始時刻を遅らせる。
運転終了時刻を早めるよりも、運転開始時刻を遅らせる方式をとると、コージェネレーションシステムの効率が高い期間を中心に運転しながら上限時間を遵守することができ、極めて好ましい。
【００５０】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本実施例のコージェネレーションシステムの概略構成図。
【図２】 制御ユニットとその周辺のブロック図。
【図３】 要求電力量と発電可能電力量の経時的変化を示すグラフ。
【図４】 要求熱量と蓄熱量の経時的変化を示すグラフ。
【図５】 運転方法を示す処理手順図１。
【図６】 運転方法を示す処理手順図２。
【符号の説明】
４：発電熱回収用配管、４ａ：往き管、４ｂ：戻り管
６：発電熱回収用ポンプ
１０：コージェネレーションシステム
１２：三方弁、１２ａ：入口、１２ｂ：出口、１２ｃ：出口
１５：蓄熱ユニット
２０：発電ユニット
２２：燃料電池
３０：改質器
３８：バーナ
４０：温水利用箇所
４４：貯湯槽
５０：給湯暖房用補助熱源機
５２：第１出湯管
６０：制御ユニット
６４：給水管、６４ａ：第１給水管、６４ｂ：第２給水管
７２：ミキシングユニット、７２ａ：温水入口、７２ｂ：冷水入口、７２ｃ：出口
７６：第２出湯管
９０：浴槽
９４：給湯管、９４ａ：管、９４ｂ：管
９８：浴槽水循環路
９９：浴槽水用ポンプ
１００：ＣＰＵ
１０２：運転制御手段
１０４：運転計画手段
１０６：記憶手段
１０８：入力部
１１０：出力部
１１２：流量検出手段
１１４：温水温検出手段
Ｔ１：給水サーミスタ
Ｔ２：第１出湯サーミスタ
Ｔ３：第２出湯サーミスタ
Ｔ４：給湯サーミスタ
Ｔ５：浴槽水サーミスタ
Ｆ１：給湯量センサ
Ｆ２：湯張り量センサ
Ｆ３：混合水流量センサ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a cogeneration system (a combined heat and electricity system). In particular, it generates power according to power demand, stores the heat generated during power generation, and supplies the stored thermal energy when necessary, that is, the power generation amount of the cogeneration system following the power demand. It relates to a system that increases or decreases. Specifically, the cogeneration system is started and stopped by learning the changes in power demand per unit time and the fluctuation pattern of thermal energy supply per unit time, and controlling the start and end of the cogeneration system according to the learning results. The present invention relates to a technology for effectively utilizing the advantages of a generation system.
[0002]
[Prior art]
The cogeneration system includes a power generation unit that generates electric power and generated heat, a hot water storage tank, and a power generation heat recovery medium circulation path that sends the water in the hot water storage tank to the power generation unit, heats it with the generated heat, and returns it to the hot water storage tank. Water is heated using the generated heat generated with power generation, and the heated hot water is stored in a hot water storage tank. The hot water in the hot water tank is adjusted to an appropriate temperature, and hot water is supplied to a hot water use location (for example, a floor heating system, a bathtub, a shower, or a hot water tap). If hot water hotter than the hot water temperature required at the hot water use location is stored in the hot water storage tank, the hot water in the hot water storage tank can be adjusted to the required hot water temperature by mixing it with tap water. If hot water at a temperature lower than the hot water temperature required at the hot water use location is stored, it is necessary to further heat with an auxiliary heat source device arranged for temperature control. Since heating may be performed, a necessary amount of heat can be reduced as compared to heating tap water. Therefore, the cogeneration system has a high overall thermal efficiency.
[0003]
The cogeneration system can increase or decrease the amount of power generation or generated heat energy per unit time. Since the power demand per unit time and the thermal energy demand per unit time do not necessarily match, there is an operation method that adjusts the power generation amount of the cogeneration system following the power demand, and An operation method for adjusting the amount of heat energy generated by the generation system can be considered. Since it is more efficient to store thermal energy than to store electricity, a method of increasing or decreasing the amount of power generated by a cogeneration system following power demand is considered promising.
It is predicted that the cogeneration system is often used in combination with commercial power supplied by an electric power company, rather than being used alone. In this case, even if the power generation amount of the cogeneration system is increased or decreased following the power demand, it is desirable to use the commercial power when it is more efficient to use the commercial power. Considering only the power generated by the cogeneration system, the commercial power is more efficient, and the total efficiency of the cogeneration system exceeds the commercial power only after the generated heat is effectively used. Even if the method of increasing or decreasing the power generation amount of the cogeneration system following the power demand is not to follow the power demand regardless of the use of thermal energy, it follows the power demand within the limit where the generated heat is effectively used. If the generated heat cannot be used effectively, it is more efficient to stop the operation of the cogeneration system and use commercial power.
[0004]
In order to effectively use the cogeneration system, a technique for accurately controlling the start and end of operation of the cogeneration system, in other words, a technique for accurately controlling whether or not to use commercial power is required.
For the above control, it is necessary to know the power demand per unit time and the thermal energy demand per unit time. Since these differ depending on the installation environment of the cogeneration system, the cogeneration system learns the power demand and thermal energy demand per unit time in the installed environment, and the cogeneration system A technology for controlling start and end of operation is required.
[0005]
In Patent Literature 1, an electric power load and a thermal load at a planning target time are predicted from past electric power load results and heat load results. Then, the amount of heat generation energy obtained when the operation output of the cogeneration system is adjusted to follow the power demand is calculated. Then, the operation start time of the cogeneration system is determined by comparing the predicted heat load with the calorific value to be calculated. Use cogeneration systems to the extent that heat generation can be used without waste, and use commercial power when heat generation is not possible.
[0006]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 15-61245
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
In the above technique, the operation end time of the cogeneration system is set in advance. Specifically, the operation of the cogeneration system is stopped at 24:00. A large electric power load ends at 24:00, and the operation is ended at 24:00.
Generally, the peak of the heat load and the peak of the power load are both around 21:00. The heat load peaks during the bathing hours, when the bath is filled with water. When the bathing time period passes, hot water is hardly used after that, so the heat load decreases. On the other hand, the demand for power load is continued even after taking a bath, and continues to operate even after the bathing time period, because it is active and uses an air conditioner or the like. That is, the duration of the peak time zone of the thermal load and the power load is different, and the peak time zone of the thermal load ends earlier than the peak time zone of the power load. Therefore, when the cogeneration system is operated until the time when the peak of the power load ends, the power generation operation is performed even during a time period when no heat load is required, and heat is generated. Since the amount of heat generated during a time period when there is no thermal load request is not used, it is stored in the hot water tank and used the next day. In the technique of Japanese Patent Laid-Open No. 15-61245, since the operation of the cogeneration system is started by calculating the time when the necessary heat amount and the heat generation amount become equal, it is not stored excessively and is used the next day. Since the stored hot water is carried over and used the next day, the temperature of the hot water in the hot water is cooled, and the cooled hot water is used. In the conventional technology, since hot water is carried over to the next day, the efficiency is lowered, and the advantages of the cogeneration system cannot be fully utilized.
[0008]
An object of the present invention is to provide a cogeneration system that can obtain the necessary heat quantity and can use up the hot water in the hot water tank when the operation is stopped. Also provided is a method for creating a plan for operating such a cogeneration system.
[0009]
[Means, actions and effects for solving problems]
  The cogeneration system of the present invention basically generates power according to electric power demand, stores heat generated during power generation, and supplies the stored thermal energy when necessary. The system of the present inventionSimpleMeans for storing the amount of heat energy supplied per unit time;From past heat energy supply per unit timeMeans for determining the last heat energy supply time for each unit period in units of 24 hours;Per unit periodIdentifies the average time of the last heat energy supply timeAnd set to the scheduled end time of operation.Means,At the scheduled end timeMeans for terminating the operation of the cogeneration system;
  The present invention can also be referred to as a method for creating an operation plan for a cogeneration system. in this way,PastStoring the amount of heat energy supplied per unit time;From past heat energy supply per unit timeDetermining the last heat energy supply time for each unit period in units of 24 hours;Per unit periodIdentifies the average time of the last heat energy supply timeAnd set to the scheduled end time of operation.Process,At the scheduled end timeA step of creating an operation plan for terminating the operation of the cogeneration system.
In addition, when it is called the last heat energy supply time, it is preferable not to include using a small amount of warm water for a short time. It is preferable that the last heat energy supply time be the end time of a phenomenon in which a predetermined amount or more of hot water is continuously used for a predetermined time or more.
[0010]
According to the cogeneration system and the operation planning method of the present invention, the last heat energy supply time for each unit period in units of 24 hours in the past period is specified. The 24 hours have an initial period and an end period within a period mainly for sleeping. For example, a household that takes a bath at 10:00 on average and sleeps at 11:00 will be supplied with the last thermal energy at 10:00. You can see that
In the cogeneration system of the present invention, since the operation of the cogeneration system is stopped at the time when the heat energy is last supplied, and no heat is generated thereafter, it is minimal to carry over the generated heat on the next day. It can be suppressed to the limit. In this case, the operation of the cogeneration system may be stopped in spite of the power demand. In this case, the use of commercial power corresponds to the case where the efficiency is high, and this is more reasonable. By using the present invention, the advantages of the cogeneration system can be fully utilized.
[0011]
  In the cogeneration system of the present invention, when the average time of the last heat energy supply time for each unit period is specified, it is preferable to average the last heat energy supply time for each unit period on the same day in the past.
  Since life patterns are often determined for each day of the week, it is highly possible to calculate a time close to the last heat energy supply time of the operation implementation date by using the average of the data on the operation implementation date and the same day of the week.
[0012]
  In the cogeneration system of the present invention, it is preferable to determine the scheduled operation start time as follows. That is, in the above cogeneration system, means for storing the power supply amount for each past unit time, and means for calculating the total heat energy supply amount for each unit period from the past heat energy supply amount for each unit time And means for specifying the average amount of the total heat energy supply for each unit period, and the time retroactive from the scheduled operation end time, calculated from the total power supply amount from the retroactive time to the scheduled operation end time. A means for specifying the time when the total heat storage energy amount is equal to the average amount of the total heat energy supply amount for each unit period and setting it as the scheduled operation start time, and a means for starting the operation of the cogeneration system at the scheduled operation start time It is preferable to further have.
  Similarly,In the operation plan creation method of the cogeneration system of the present invention, a process of storing the power supply amount for each past unit time, and the total heat energy supply for each unit period from the past heat energy supply amount for each unit time The process of calculating the amount, the process of specifying the average amount of total heat energy supply per unit period, and the time retroactive from the scheduled operation end time, and the total power supply from the retroactive time to the scheduled operation end time The time when the total heat storage energy amount calculated from the amount is equal to the average amount of the total heat energy supply amount per unit period is specified, and the operation start scheduled time is set. It is preferable to further include a step of creating an operation plan for starting operation.
[0013]
  In the cogeneration system and the operation planning method of the present invention, the amount of heat generation energy per unit time is calculated from the past power supply amount per unit time. Moreover, the average amount of the total heat energy supply amount within the unit period in units of 24 hours is calculated from the past actual value. The operation start time is specified from these two types of information. As the operation start time, the time at which the accumulated heat energy amount when the heat energy amount per unit time after that time is accumulated until the end of the operation becomes equal to the total heat energy supply amount required in 24 hours is specified.
  As a result, if the power is generated following the power demand after the operation start time and the stored thermal energy is supplied as necessary, the stored thermal energy is used at the end of the operation, and the operation does not carry the stored energy the next day. Realized and fully exploits the benefits of cogeneration systems.
[0014]
  In the cogeneration system of the present invention,Unit periodeveryAverage amount of total heat energy supplyWhen identifying, pastUnit period on the same dayeveryAverage total heat energy supplyIt is preferable to do.
  As above,LivingThe live pattern is approximateSameThe day of the weekPer unit periodTotal heat energy supplyQuantityIf the average value is used, there is a high possibility that a value close to the total heat energy supply amount on the operation implementation date and the power supply amount per unit time on the operation implementation date can be calculated.
[0015]
  In the case of a cogeneration system, it may be preferable to use an upper limit time for the operation continuation time per time. For example, it may be preferable to set an upper limit time in order to ensure a certain service life or secure a maintenance time.
  For this reason, when the time from the scheduled operation start time set above to the scheduled operation end time exceeds the operation continuation upper limit time, means for delaying the operation start scheduled time is added so as not to exceed the upper limit time. Preferably it is.
  A method of delaying the scheduled operation start time rather than advancing the scheduled operation end time is extremely preferable because the upper limit time can be observed while the operation is centered on a period when the efficiency of the cogeneration system is high.
[0016]
  When the total amount of heat energy that can be stored in the heat storage means is stored, it becomes possible to specify the time when the next heat storage is possible from the past heat energy supply amount per unit time. In preparation for the case where the total amount of heat energy that can be stored is stored, means for specifying the next time when the heat can be stored, the balance when the operation of the cogeneration system is continued until the specified time, and cogeneration It is preferable to add means for comparing the balance when restarting the cogeneration system at the specified time after stopping the operation of the system and determining whether to continue or stop the operation..
[0017]
  If the total amount of heat energy that can be stored is stored, then the generated heat energy cannot be used effectively, and it is preferable that the operation of the cogeneration system is stopped and commercial power is used.
  However, starting operation of the cogeneration system requires preparation time and energy consumption for preparation, and if the operation of the cogeneration system is stopped for a short time, it is more efficient to continue the operation as it is Sometimes. The cogeneration system has a built-in function to operate while releasing heat energy into the atmosphere without storing it.
  If the amount of heat energy supplied per unit time is stored, when the entire amount of heat energy that can be stored has been stored, the next time that the heat can be stored can be specified, and until that time cogeneration It is possible to compare the balance when the system operation is continued with the balance when the cogeneration system operation is temporarily stopped and the cogeneration system operation is resumed at a specified time. The former is energy obtained by multiplying the heat generation amount per unit time of the cogeneration system by time, and the latter is energy required for preparation for starting the operation of the cogeneration system. By comparing the two and adopting the more advantageous one, the advantages of the cogeneration system can be more fully utilized.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described.
(Embodiment 1) The temperature detection means, water amount detection means, timing means and storage means necessary for efficient operation are composed of means necessary for operation control of the cogeneration system, and only for efficient operation Necessary measuring means are not added.
(Mode 2) The power generation unit includes a fuel cell, and generates electric power and generated heat.
(Mode 3) When the total amount of heat energy that can be stored in the heat storage means is stored, and it is more advantageous to continue the operation than to temporarily stop and restart the operation, the heat is dissipated by the radiator disposed in the power generation unit. While continuing the operation of the cogeneration system.
[0021]
【Example】
An embodiment embodying the present invention will be described with reference to the drawings. First, the configuration of the cogeneration system will be described. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a cogeneration system according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the cogeneration system 10 includes a power generation unit 20 that generates electric power and generated heat, a heat storage unit 15 that stores heat by storing warm water heated by the generated heat, and uses the warm water. The The heat storage unit 15 includes a hot water storage tank 44 that stores hot water heated by the generated heat, a mixing unit 72 that mixes hot water discharged from the hot water storage tank 44 and tap water, an auxiliary heat source machine for hot water supply and heating (hereinafter referred to as an auxiliary heat source machine). It is composed of 50 etc. The auxiliary heat source unit 50 heats and regulates the hot water that has passed through the mixing unit 72 and supplies the hot water to the hot water use location 40 and the bathtub 90, and also warms the hot water in the bathtub 90 and warms the heating medium. Heat to 92,96.
[0022]
The power generation unit 20 includes a fuel cell 22, a reformer 30 and the like, and is housed in a power generation unit housing 21. The reformer 30 generates hydrogen gas from hydrocarbon-based raw fuel gas. Since a high temperature is required to efficiently generate hydrogen gas, the reformer 30 has a burner 32 incorporated therein. Further, a combustion gas exhaust pipe 34 is connected to the reformer 30, and the combustion gas exhaust pipe 34 passes through the heat exchanger 70 and heats the water, and then is discharged out of the power generation unit housing 21 (in the drawing). Arrow).
The fuel cell 22 is composed of a plurality of cells. A pipe (not shown) communicating with the reformer 30 is connected to the fuel cell 22. Hydrogen gas generated by the reformer 30 is supplied to the fuel cell 22 through this pipe. The fuel cell 22 takes in oxygen in the air, and reacts the taken-in oxygen with hydrogen gas supplied from the reformer 30 to generate power.
[0023]
The fuel cell 22 generates heat during power generation. A heat medium circulation pipe 24 is connected to the fuel cell 22, and the heat medium flowing in the heat medium circulation pipe 24 collects generated heat generated during power generation. A heat medium circulation pump 8 is disposed in the heat medium circulation pipe 24. Pure water is used as the heat medium, and the pure water is obtained by passing tap water through a pure water generator (not shown).
The heat medium circulation pipe 24 is disposed so as to pass through the heat exchanger 74. The heat generated by the fuel cell 22 recovered by the heat medium is transferred to the heat exchanger 74.
A three-way valve 36 is disposed in the heat medium circulation pipe 24. The three-way valve 36 has one inlet and two outlets. The heat medium circulation pipe 24 is bifurcated by the three-way valve 36. Of the branched heat medium circulation pipe 24, a pipe connected to one outlet of the three-way valve 36 is disposed via the radiator 28, and a pipe connected to the other outlet is the radiator 28. It is arrange | positioned so that it may not be interposed. Which outlet of the three-way valve 36 is opened is controlled by a power generation unit controller (not shown). As a result, it is switched whether the heat medium circulates via the radiator 28 or circulates without passing through the radiator 28. Specifically, when the temperature of the heat medium measured by a thermistor (not shown) is abnormally high, the outlet of the three-way valve 36 is switched so that the heat medium circulates through the radiator 28. The radiator 28 cools the heat medium by blowing air. In addition, illustration 25 is a cis turn.
[0024]
The heat storage unit 15 includes a hot water storage tank 44, a mixing unit 72, an auxiliary heat source device 50, a control unit 60, and the like, and is housed in the heat storage unit housing 16.
The cogeneration system 10 is provided with a water supply pipe 64 for supplying tap water. The water supply pipe 64 branches into two hands, a first water supply pipe 64a and a second water supply pipe 64b. The first water supply pipe 64 a is connected to the lower part of the hot water storage tank 44. The second water supply pipe 64 b is connected to the cold water inlet 72 b of the mixing unit 72. A water supply thermistor T1 is disposed in the second water supply pipe 64b in the mixing unit 72, and is used to detect the temperature of the supplied tap water.
A first hot water discharge pipe 52 is connected to the upper part of the hot water storage tank 44, and the first hot water discharge pipe 52 is connected to a hot water inlet 72 a of the mixing unit 72. A first hot water thermistor T <b> 2 is disposed in the first hot water discharge pipe 52 in the mixing unit 72 and is used to detect the temperature of hot water discharged from the hot water storage tank 44.
[0025]
A pressure reducing valve 42 is disposed upstream of the branch portion 64 c of the water supply pipe 64. The pressure reducing valve 42 adjusts the pressure of tap water supplied to the hot water tank 44 and the mixing unit 72. When the hot water in the hot water storage tank 44 is used, or when the cold water inlet 72b of the mixing unit 72 is opened and the downstream pressure of the pressure reducing valve 42 becomes equal to or lower than the pressure regulation value, the pressure reducing valve 42 is opened and the hot water storage tank 44 and the mixing unit are opened. 72 is supplied with water. The pressure in the hot water tank 44 is maintained at a pressure lower than the tap water pressure.
[0026]
The mixing unit 72 has a hot water inlet 72a, a cold water inlet 72b, and a mixed water outlet 72c. Hot water in the hot water storage tank 44 flows into the hot water inlet 72a via the first hot water outlet pipe 52, and tap water flows into the cold water inlet 72b via the second water supply pipe 64b. The opening degree of the two inlets 72a and 72b is variable. That is, the inflow ratio of warm water and tap water is variable. These opening degrees are controlled by the control unit 60. By controlling the opening degree, for example, it is possible to shut off the tap water (close the cold water inlet 72b) and send only hot water from the outlet 72c, and conversely, shut off the hot water (hot water inlet 72a). It is also possible to send out only tap water from the outlet 72c. Also, for example, it is possible to mix 70% warm water and 30% tap water and send it out from the outlet 72c, adjust the mixing ratio of warm water and tap water, and discharge the mixed water adjusted to the required temperature to the outlet 72c can be sent out.
[0027]
The mixed water that has been mixed and adjusted in the mixing unit 72 is discharged from the outlet 72c. A second hot water discharge pipe 76 is connected to the outlet 72c. The second hot water outlet pipe 76 is connected to the hot water supply pipe 94 in the auxiliary heat source machine 50, and connects the mixing unit 72 and the auxiliary heat source machine 50. The pressure reduced by the pressure reducing valve 42 is applied to the two inlets 72 a and 72 b of the mixing unit 72. Therefore, the pressure of the mixed water discharged from the outlet 72 c of the mixing unit 72 is also equal to the pressure adjusted by the pressure reducing valve 42. A second hot water thermistor T3 is provided in the second hot water discharge pipe 76 in the mixing unit 72, and detects the temperature of the mixed water discharged from the mixing unit 72. A mixed water flow rate sensor F3 is disposed on the second hot water discharge pipe 76 in the mixing unit 72, and detects the flow rate of the mixed water discharged from the mixing unit 72.
[0028]
Between the heat storage unit 15 and the power generation unit 20, a pipe 4 for recovering the generated heat is disposed.
The forward pipe 4 a of the power generation heat recovery pipe 4 is connected to the bottom of the hot water tank 44, and the return pipe 4 b of the power generation heat recovery pipe 4 is connected to the top of the hot water tank 44. It passes through the heat exchanger 74 with the generated heat and the heat exchanger 70 with the reformer 30 disposed in the power generation unit 20, and becomes the return pipe 4 b of the power generation heat recovery pipe 4. The hot water heated by the two heat exchangers 70 and 74 in the power generation unit 20 is injected from the upper part of the hot water storage tank 44 through the return pipe 4b of the power generation heat recovery pipe 4 and stored, and is stored at the bottom of the hot water storage tank 44. Hot water is sent to the power generation unit 20 through the forward pipe 4 a of the power generation heat recovery pipe 4. Hot water and cold water stored in the hot water storage tank 44 form a temperature stratification and do not mix.
A power generation heat recovery pump 6 is disposed in the forward pipe 4 a of the power generation heat recovery pipe 4. When the power generation heat recovery pump 6 is driven, the hot water in the power generation heat recovery pipe 4 circulates (circulates in the direction of the arrow in the figure). The power generation heat recovery pump 6 is driven and controlled by the control unit 60.
[0029]
Next, the auxiliary heat source device 50 that performs the hot water supply operation and the heating operation will be described. The auxiliary heat source unit 50 is provided with two burners 38 and 56, a heating system 51, a plurality of pipes for guiding hot water, and the like, and is housed in an auxiliary heat source unit housing 49.
First, the hot water supply operation will be described. The hot water supply pipe 94 connected to the second hot water discharge pipe 76 is branched into two pipes, a pipe 94a and a pipe 94b. The end of the pipe 94a is connected to a hot water use location such as a kitchen faucet or a hot water tap of a bath, and the end of the pipe 94b is placed in the upper part of the heating system 51.
The hot water supply set temperature at the hot water use location is set by operating a remote controller (not shown). The pipe 94a is arranged so that the hot water in the pipe 94a is heated by the burner 38. The burner 38 is driven and controlled by the control unit 60. The pipe 94a is provided with a water amount sensor F1 and a hot water supply thermistor T4, which are used to detect the flow rate of hot water in the pipe 94a and the temperature of hot water to be supplied.
[0030]
A hot water supply path 80 branches off from the burner 38 of the pipe 94a. The hot water supply path 80 is connected to a bathtub water circulation path 98 described later. A hot water supply valve 82 is disposed in the hot water supply path 80, and when the hot water supply valve 82 is opened, the hot water is guided to the bathtub water circulation path 98 through the hot water supply path 80 and is filled in the bathtub 90. The The hot water supply valve 82 is controlled to be opened and closed by the control unit 60. The hot water supply path 80 is provided with a hot water filling amount sensor F2, and is used to detect the amount of hot water filled in the bathtub 90. A bathtub water thermistor T <b> 5 is disposed in the bathtub water circulation path 98, and is used to detect the temperature of hot water in the bathtub water circulation path 98.
[0031]
Next, the heating operation will be described. A heating replenishing valve 95 is disposed on a pipe 94 b branched from the hot water supply pipe 94. When the heating replenishing valve 95 is opened, hot water is guided to the heating system 51 through the pipe 94b.
[0032]
A heating circuit is connected to the heating system 51. Specifically, the common pipe 2 is connected to the heating systern 51, and the heating pump 3 is disposed in the common pipe 2. The common pipe 2 is bifurcated to form a high temperature circuit 84 and a low temperature circuit 86. Hereinafter, a general term for the common pipe 2, the high-temperature circuit 84, and the low-temperature circuit 86 is a heating circuit.
The high-temperature circuit 84 includes a pipe 84 a that passes through a high-temperature load 92 (for example, a heater or a bathroom dryer) and a pipe 84 b that bypasses the high-temperature load 92. The pipe 84a sends the hot water in the heating cistern 51 to the high temperature load 92, and returns the used hot water to the heating cistern 51 (in the direction of the arrow in the figure). The return pipe of the pipe 84a merges with the return pipe of the low-temperature circuit 86 described later. A thermal valve 85 is disposed on the pipe 84a. The thermal valve 85 is opened when the operation switch of the high temperature load 92 is operated and closed when it is turned off.
On the other hand, the pipe 84b is a pipe branched from the upstream side of the thermal valve 85, and merges with a return pipe of a low-temperature circulation path 86 described later. A heating bypass valve 83 is disposed on the pipe 84 b that bypasses the high temperature load 92. The heating bypass valve 83 is controlled to be opened and closed by the control unit 60.
[0033]
In order to heat the hot water in the high-temperature circuit 84, a burner 56 is disposed in the high-temperature circuit 84. The burner 56 is driven and controlled by the control unit 60. The temperature of the hot water in the high-temperature circuit 84 is normally controlled to be about 80 ° C. The hot water in the high-temperature circulation path 84 circulates when the heating pump 3 is driven (circulates in the arrow direction in the figure). The heating pump 3 is driven and controlled by the control unit 60.
[0034]
A recirculation circuit 88 is connected to the high temperature circuit 84. A heat exchanger 91 is disposed in the tracking circulation path 88 and merges with a return pipe of a low-temperature circulation path 86 described later. A thermal valve 89 is disposed in the tracking circulation path 88. When the thermal valve 89 is opened, hot water is guided from the high-temperature circulation path 84, and the heat of the hot water is transferred to the heat exchanger 91. . The thermal valve 89 is controlled to open and close by the control unit 60.
When pursuing bathtub water, the hot water in the bathtub 90 circulates in the bathtub water circulation path 98. The bathtub water circulation path 98 is disposed so as to pass through the heat exchanger 91 described above. Hot water in the bathtub water circulation path 98 circulates and is heated by the heat exchanger 91, so that the bathtub water is chased. A bathtub water pump 99 is disposed in the bathtub water circulation path 98. The hot water in the bathtub water circulation path 98 is circulated by driving the bathtub water pump 99. The bathtub water circulation pump 99 is driven and controlled by the control unit 60.
[0035]
The low-temperature circuit 86 is disposed so as to pass through a low-temperature load (floor heater or the like) 96. The low-temperature circulation path 86 sends the hot water in the heating cistern 51 to the low-temperature load 96 and returns the used hot water to the heating cistern 51 through two pipes to be described later.
A thermal valve 87 is provided in the forward pipe of the low-temperature circulation path 86. The thermal valve 87 is controlled to open and close by the control unit 60. The hot water in the low-temperature circuit 86 is normally controlled to be about 60 ° C.
[0036]
The return pipe of the low-temperature circulation path 86 includes a pipe 86 a that directly returns to the heating system 51 and a pipe 86 b that passes through the hot water storage tank 44 and returns to the heating system 51. These pipes 86 a and 86 b are switched by the three-way valve 12. The three-way valve 12 has one inlet 12a and two outlets 12b and 12c. The return pipe of the low-temperature circulation path 86 is connected to the inlet 12 a of the three-way valve 12. A pipe 86 a is connected to the outlet 12 b of the three-way valve 12. The other end of the pipe 86 a is connected to the heating systern 51. On the other hand, a pipe 86 b is connected to the outlet 12 c of the three-way valve 12. The pipe 86 b is a pipe that passes through the upper part of the hot water storage tank 44 without being mixed with the hot water in the hot water storage tank 44. After passing through the hot water tank 44, the pipe 86b joins the joining part 86e of the pipe 86a. Switching of the three-way valve 12 is controlled by the control unit 60. The hot water in the low-temperature circulation path 86 also circulates when the heating pump 3 is driven (circulates in the arrow direction in the figure).
[0037]
The heat stored in the hot water tank 44 can be used for the heating operation by the pipe 86b described above. When it is desired to use the heat in the hot water storage tank 44 for the floor heating operation, the outlet of the three-way valve 12 is switched to the outlet 12c. When the hot water in the pipe 86 b passes through the upper part of the hot water tank 44, the hot water is heated by the hot water in the upper part of the hot water tank 44, and the heated hot water returns to the systern 51. By this circulation, the hot water in the low-temperature circuit 86 is heated, and the heat of the hot water is transferred to the floor heater that is the low-temperature load 96. If it does in this way, the heat in hot water storage tank 44 can be used for heating operations, such as floor heating operation.
When the amount of heat stored in the hot water storage tank 44 is released, the outlet of the three-way valve 12 is switched to the outlet 12b, the heating bypass valve 83 is opened, and the pipe 84b that bypasses the high temperature load 92 (in this case, the bathroom dryer) is opened. Let In this case, the high-temperature water heated by the burner 56 is guided to the cistern 51, and the heating operation can be performed using the high-temperature hot water.
[0038]
After the heating operation is finished, when the amount of heat stored in the hot water storage tank 44 is small, the residual heat in the heating circulation path can be stored in the hot water storage tank 44 by the pipe 86b. When the temperature of the upper part of the hot water tank 44 is lower than the temperature of the hot water in the low-temperature circuit 86, the outlet of the three-way valve 12 is switched to the outlet 12c. As a result, the hot water in the low-temperature circuit 86 is guided to the pipe 86b. When the hot water in the pipe 86b passes through the hot water storage tank 44, the hot water in the hot water storage tank 44 is heated. In this way, the residual heat in the heating circuit such as the low-temperature circuit 86 can be stored in the hot water tank 44.
[0039]
Next, the configuration of the control unit 60 of the cogeneration system 10 of this embodiment will be described. FIG. 2 is a block diagram of the control unit 60. FIG. 2 shows only components characteristic of this embodiment. The control unit 60 is accommodated in the heat storage unit 15 and comprehensively controls the operation of the heat storage unit 15 and the operation of the power generation unit 20. As shown in FIG. 2, the control unit 60 includes a CPU 100, and is connected to an operation control unit 102, an operation plan unit 104, a storage unit 106, an input unit 108, and an output unit 110. The input unit 108 includes flow rate detection means (each flow rate sensor) 112, hot water temperature detection means (each thermistor) 114, power generation amount detection means 116, and power consumption detection means 118 disposed in the cogeneration system 10. It is connected. The output unit 110 is connected to the mixing unit 72, the auxiliary heat source device 50, various pumps, various three-way valves, the fuel cell 22, and the like that constitute the cogeneration system 10.
[0040]
FIG. 3 shows a relationship between power demand (shown by a solid line) required in a general household and power supplied by the cogeneration system 10 (shown by a broken line). The amount of power generation is basically adjusted to increase or decrease following the power demand. 1 kW shown in the figure is the maximum power generation in the power generation unit 20, and in a time zone exceeding this, the insufficient power is supplemented with commercial power.
Electricity demand (also called electricity load) has a peak in the morning and at night. The electric power generated at the night peak indicated by A is large and the duration is long. Therefore, if the amount of heat generated during this peak can be used effectively, the thermal efficiency is most improved. The efficiency of the cogeneration system 10 is the highest when continuously operating with maximum power generation.
[0041]
FIG. 4 shows the heat load required in a general household by a solid line. Usually, since the necessary heat energy is supplied, the required heat energy amount and the supplied heat energy amount are equal. In FIG. 4, the calorific value (heat storage amount) obtained with the power generation operation is indicated by a broken line. The required thermal energy has two peaks C and B. The night peak indicated by B is mainly due to being used for bath filling and requires more than the amount of heat obtained by power generation.
[0042]
The curves shown by the solid lines in FIGS. 3 and 4 are obtained from the past use record in the cogeneration system 10. The cogeneration system 10 is provided with means for storing the transition of the power generation amount per unit time, and the curve of FIG. 3 can be obtained. 4 can be obtained from the curve of the power generation amount per unit time in FIG. The cogeneration system 10 is provided with means for calculating and storing the amount of supplied heat energy per unit time calculated from the amount of tapping water and tapping temperature, and the solid curve in FIG. 4 can be obtained.
The curves in FIGS. 3 and 4 change from day to day. The curves in FIG. 3 and FIG. 4 are average values of the performance curves on the same day of the past month. If the current Monday is the first Monday in July, it is the average of four Monday curves in June.
[0043]
For example, the cogeneration system 10 learns four Monday curves in June, and determines the operation start time and operation end time on the first Monday in July.
(Determination of operation end time)
In the cogeneration system 10, the last heat energy supply time is determined for each unit period of 24 hours. In the previous example, the last heat energy supply time is obtained for each of the four Mondays in June. The beginning and end of the 24-hour period is assumed to be 3:00 am, which is often applied to sleep. Here, the case of supplying heat energy means that a predetermined amount or more of hot water is continuously supplied for a predetermined time or more, and does not include supplying a small amount of hot water for a short time. As a result, the end time of bathing is usually the last time when heat energy was supplied. On average, a household that takes a bath at 10:00 and goes to bed at 11:00 is supplied with the last heat energy at 10:00, and a family that finishes taking a bath at midnight and goes to bed at midnight is supplied with the last heat energy at midnight. I understand that.
In the cogeneration system 10, the operation is stopped at the time when the thermal energy is finally supplied. In the case of FIG. 4, the operation of the cogeneration system 10 is terminated at time D. Since no heat is generated thereafter, it is possible to minimize the use of the generated heat by bringing it to the next day.
[0044]
(Determination of operation start time)
In the cogeneration system 10, the operation start time E is obtained as follows.
(1) The operation start time E is assumed.
(2) Pay attention to changes in the amount of power generated per unit time after the time E.
(3) The transition of the heat generation amount obtained from the power generation amount per unit time after the time E is calculated (this is indicated by a broken line in FIG. 4).
(4) The total calorific value obtained by accumulating the calorific value per unit time from the time E to the operation end time D is calculated (the area indicated by the hatch in FIG. 4 is calculated).
(5) Separately, the total amount of heat required for the unit period of 24 hours is calculated (the area surrounded by the graph and the horizontal axis shown in FIG. 4 is calculated).
(6) A time E at which (4) and (5) described above are equal is obtained.
(7) The time thus obtained is defined as the operation start time E.
The logic is the time E retroactive from the operation end time D, and the total heat storage energy amount (hatch area) calculated from the total power supply amount from the retroactive time E to the operation end time D is 24. This is nothing but specifying the time E that is equal to the average amount of the total heat energy supply amount in the unit period in units of time (the area surrounded by the graph and the horizontal axis in FIG. 4).
[0045]
The above processing procedure will be described with reference to the flowchart of FIG. FIG. 5 is a processing procedure diagram showing an operation method.
As shown in FIG. 5, first, in step S10, the heat energy supply amount per unit time on the same day within the past month is specified. The thermal energy supply amount specified by this processing is a graph indicated by a solid line in FIG. Proceeding to step S12, the end of the phenomenon of supplying a predetermined flow rate or more for a predetermined time or more is specified. By this process, the operation end time (time D shown in FIG. 4) is set. Proceeding to step S14, the total required heat energy amount for 24 hours is calculated. This total required heat energy amount is obtained by integrating the solid line graph of FIG. 4 obtained in step S10. Proceeding to step S16, the power generation amount per unit time on the same day within the past month is specified. The power generation amount specified by this processing is a graph indicated by a solid line in FIG. Proceeding to step S18, the heat generation amount per unit time is specified from the power generation amount per unit time. Proceeding to step S20, the operation start time is such that the heat generation amount per unit time from the operation start time to the operation end time set in step S12 becomes the total required heat energy amount for 24 hours obtained in step S14. Is set.
Proceeding to step S22, it is determined whether or not the time from the operation start time set in step S20 to the previously set operation end time is equal to or greater than a preset upper limit time. If this operation continuation time does not exceed the upper limit time (if NO), processing is performed so that the operation is started at the operation start time set in step S20. If the operation continuation time is equal to or greater than the upper limit time (if YES), the operation start time is corrected so that the operation continuation time does not exceed the upper limit time by proceeding to step S24 and delaying the operation start time. Processing is performed so that the operation is started at the operation start time.
[0046]
In the present embodiment, the past use record is learned, and it is planned to continue the operation of the cogeneration system until the time when the heat energy is estimated to be supplied last. In addition, the operation is started at a time when the required heat energy for one day will be stored by that time. Therefore, if it goes according to schedule, when the operation is continued until the time when the heat energy is finally supplied, the stored hot water should be used. However, if the demand for electric power increases on the day, the amount of generated heat also increases, and heat energy equivalent to the total heat energy required for one day may end up being stored early.
In this case, the schedule for continuing the operation until the time when the heat energy is estimated to be supplied last is changed, and the operation is stopped when the necessary amount of heat is stored. After that, commercial power will be used, but it is more reasonable to use commercial power because it corresponds to a higher efficiency. The advantages of cogeneration systems can be fully utilized.
[0047]
The total amount of heat energy that can be stored in the heat storage means may be stored. In this case, by referring to the means storing the heat energy supply amount per unit time over a predetermined period in the past, it becomes possible to specify the time when the heat can be stored next.
In the cogeneration system 10, when the entire amount of heat energy that can be stored in the heat storage means has been stored, a program is provided that specifies the time when the next heat storage is possible. In addition, a program is provided to calculate the energy when the cogeneration system operation is continued until that time. In this program, energy is calculated by multiplying the amount of heat released per unit time of the cogeneration system by time. Furthermore, a program for calculating energy required for preparation when the operation of the cogeneration system is temporarily stopped and resumed is prepared. The cogeneration system 10 has a program for comparing the two and adopting the more advantageous one. When the total amount of heat energy that can be stored in the heat storage means is stored, and it is more advantageous to continue the operation than to temporarily stop the operation and restart it, cogeneration is performed while the heat is dissipated by the radiator 28 disposed in the power generation unit. The operation of the system 10 is continued.
[0048]
The above processing procedure will be described with reference to the flowchart of FIG. FIG. 6 is a processing procedure diagram showing an operation method.
When the operation of the cogeneration system is started in step S40, the process proceeds to step S42, and it is determined whether or not the necessary heat amount for one day is stored. If the required amount of heat for one day is stored (if YES), the process proceeds to step S44 and the operation of the cogeneration system is terminated. If the required amount of heat for one day is not stored (if NO), the process proceeds to step S46.
In step S46, it is determined whether or not the entire amount of heat energy that can be stored in the hot water storage tank has been stored. If the total amount of heat energy that can be stored is not stored (if NO in step S46), the processes in steps S42 and S46 are repeated. If the total amount of heat energy that can be stored is stored (if YES in step S46), the process proceeds to step S48 to specify the next time when the hot water is predicted. Proceeding to step S50, the energy is calculated when the operation is continued until the next time when the hot water is predicted. Moreover, it progresses to step S52 and calculates | requires the energy at the time of restarting operation | movement until the time when next hot water discharge is estimated, and restarting. And it progresses to step S54 and the energy at the time of the driving | operation continuation obtained by step S50 is compared with the energy at the time of the driving | operation stop obtained by step S52. Next, if it is more advantageous to continue the operation until the time when the hot water is predicted (if YES in step S54), the operation returns to step S42 and the operation is continued. Next, if it is more advantageous to temporarily stop and restart the operation until the time when the hot water is predicted (if NO in step S54), the process proceeds to step S56, the operation is temporarily stopped, and the process proceeds to step S58. The hot water is prepared for the hot water time, and when the hot water time is reached, the flow returns to step S42 to restart the operation.
[0049]
The cogeneration system 10 is provided with an upper limit time for the operation continuation time per day. When the time from the operation start time specified by the technique to the specified operation end time exceeds the operation continuation upper limit time, the operation start time is delayed so as not to exceed the upper limit time.
A method of delaying the operation start time rather than advancing the operation end time is extremely preferable because the upper limit time can be observed while driving around a period when the efficiency of the cogeneration system is high.
[0050]
Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.
In addition, the technical elements described in the present specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology illustrated in the present specification or the drawings achieves a plurality of objects at the same time, and has technical utility by achieving one of the objects.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a cogeneration system according to an embodiment.
FIG. 2 is a block diagram of a control unit and its surroundings.
FIG. 3 is a graph showing changes over time in required electric energy and electric power that can be generated.
FIG. 4 is a graph showing temporal changes in required heat amount and stored heat amount.
FIG. 5 is a processing procedure diagram 1 showing an operation method.
FIG. 6 is a processing procedure diagram 2 showing an operation method.
[Explanation of symbols]
4: Power generation heat recovery pipe, 4a: Outward pipe, 4b: Return pipe
6: Pump for heat recovery
10: Cogeneration system
12: Three-way valve, 12a: Inlet, 12b: Outlet, 12c: Outlet
15: Thermal storage unit
20: Power generation unit
22: Fuel cell
30: Reformer
38: Burner
40: Use of hot water
44: Hot water storage tank
50: Auxiliary heat source machine for hot water heater
52: First hot water pipe
60: Control unit
64: water supply pipe, 64a: first water supply pipe, 64b: second water supply pipe
72: mixing unit, 72a: hot water inlet, 72b: cold water inlet, 72c: outlet
76: Second hot spring pipe
90: Bathtub
94: Hot water supply pipe, 94a: Pipe, 94b: Pipe
98: Bathtub water circuit
99: Pump for bathtub water
100: CPU
102: Operation control means
104: Operation planning means
106: Storage means
108: Input unit
110: Output unit
112: Flow rate detection means
114: Hot water temperature detection means
T1: Water supply thermistor
T2: First hot spring thermistor
T3: Second hot spring thermistor
T4: Hot water supply thermistor
T5: Bathtub thermistor
F1: Hot water supply sensor
F2: Hot water filling amount sensor
F3: Mixed water flow sensor

Claims (8)

電力需要に応じて発電し、発電時に発生する熱を蓄熱し、蓄熱した熱エネルギーを必要時に供給するコージェネレーションシステムであり、
過去の単位時間毎の熱エネルギー供給量を記憶している手段と、
過去の単位時間毎の熱エネルギー供給量から２４時間を単位とする単位期間毎の最後の熱エネルギー供給時刻を決定する手段と、
単位期間毎の最後の熱エネルギー供給時刻の平均時刻を特定し、運転終了予定時刻に設定する手段と、
運転終了予定時刻にコージェネレーションシステムの運転を終了する手段を有するコージェネレーションシステム。It is a cogeneration system that generates electricity according to power demand, stores the heat generated during power generation, and supplies the stored thermal energy when necessary.
Means for storing the amount of heat energy supplied per unit time in the past ;
Means for determining the last heat energy supply time for each unit period in units of 24 hours from the past heat energy supply amount for each unit time;
A means for specifying an average time of the last heat energy supply time for each unit period and setting it as a scheduled operation end time ;
A cogeneration system having means for terminating the operation of the cogeneration system at a scheduled operation end time . 単位期間毎の最後の熱エネルギー供給時刻の平均時刻を特定する際に、過去の同曜日における単位期間毎の最後の熱エネルギー供給時刻を平均することを特徴とする請求項１のコージェネレーションシステム。The cogeneration system according to claim 1, wherein when the average time of the last heat energy supply time for each unit period is specified, the last heat energy supply time for each unit period on the same day in the past is averaged. 過去の単位時間毎の電力供給量を記憶している手段と、
過去の単位時間毎の熱エネルギー供給量から単位期間毎の合計熱エネルギー供給量を計算する手段と、
単位期間毎の合計熱エネルギー供給量の平均量を特定する手段と、
運転終了予定時刻から遡及した時刻であり、その遡及した時刻から運転終了予定時刻までの合計電力供給量から計算される合計蓄熱エネルギー量が、単位期間毎の合計熱エネルギー供給量の平均量に等しくなる時刻を特定し、運転開始予定時刻に設定する手段と、
運転開始予定時刻にコージェネレーションシステムの運転を開始する手段をさらに有する請求項１または２のコージェネレーションシステム。Means for storing the power supply amount per unit time in the past ;
It means for calculating a total heat energy amount for each unit period from heat energy supply per past unit time,
Means for determining the average amount of total heat energy supply per unit period;
A time when the retroactive from the operation end scheduled time, the total heat storage amount of energy is calculated from the total amount of power supplied from the retroactive time until the operation end scheduled time, the average amount of total thermal energy supply per unit of time A means for identifying equal times and setting the scheduled operation start time ;
The cogeneration system according to claim 1 or 2, further comprising means for starting operation of the cogeneration system at a scheduled operation start time . 単位期間毎の合計熱エネルギー供給量の平均量を特定する際に、過去の同曜日における単位期間毎の合計熱エネルギー供給量を平均することを特徴とする請求項３のコージェネレーションシステム。4. The cogeneration system according to claim 3, wherein when the average amount of the total heat energy supply amount for each unit period is specified, the total heat energy supply amount for each unit period on the same day in the past is averaged. 運転開始予定時刻から運転終了予定時刻までの時間が運転継続上限時間を超える場合には、運転継続上限時間を超えないように運転開始予定時刻を遅らせる手段を有する請求項３または４のコージェネレーションシステム。The cogeneration system according to claim 3 or 4, further comprising means for delaying the scheduled operation start time so as not to exceed the maximum operation continuation time when the time from the planned operation start time to the planned operation end time exceeds the maximum operation continuation upper limit time. . 蓄熱手段に蓄熱可能な熱エネルギーの全量が蓄熱された時点で、過去の単位時間毎の熱エネルギー供給量から次に蓄熱可能となる時刻を特定する手段と、Means for specifying the time when heat can be stored next from the amount of heat energy supplied for each past unit time when the total amount of heat energy that can be stored in the heat storage means is stored;
その特定された時刻までコージェネレーションシステムの運転を継続したときの収支と、コージェネレーションシステムの運転を一旦中止して特定された時刻に再開するときの収支を比較して、運転継続か運転中止のいずれかを決定する手段が付加されていることを特徴とする請求項１から５の何れか一項のコージェネレーションシステム。Compare the balance when operating the cogeneration system until the specified time and the balance when stopping the cogeneration system and restarting at the specified time. The cogeneration system according to any one of claims 1 to 5, further comprising means for determining one of them. 電力需要に応じて発電し、発電時に発生する熱を蓄熱し、蓄熱した熱エネルギーを必要時に供給するコージェネレーションシステムの運転計画を作成する方法であり、It is a method of generating an operation plan of a cogeneration system that generates electricity according to power demand, stores heat generated during power generation, and supplies the stored thermal energy when necessary.
過去の単位時間毎の熱エネルギー供給量を記憶しておく工程と、Storing the amount of heat energy supplied per unit time in the past;
過去の単位時間毎の熱エネルギー供給量から２４時間を単位とする単位期間毎の最後の熱エネルギー供給時刻を決定する工程と、Determining the last heat energy supply time for each unit period in units of 24 hours from the past heat energy supply amount for each unit time;
単位期間毎の最後の熱エネルギー供給時刻の平均時刻を特定し、運転終了予定時刻に設定する工程と、Identifying the average time of the last heat energy supply time for each unit period, and setting the scheduled operation end time;
運転終了予定時刻にコージェネレーションシステムの運転を終了する運転計画を作成する工程を有するコージェネレーションシステムの運転計画作成方法。An operation plan creation method for a cogeneration system having a step of creating an operation plan for terminating the operation of the cogeneration system at a scheduled operation end time. 過去の単位時間毎の電力供給量を記憶しておく工程と、Storing a power supply amount for each past unit time;
過去の単位時間毎の熱エネルギー供給量から単位期間毎の合計熱エネルギー供給量を計算する工程と、Calculating the total amount of heat energy supplied per unit period from the amount of heat energy supplied per unit time in the past;
単位期間毎の合計熱エネルギー供給量の平均量を特定する工程と、Identifying an average amount of total heat energy supply per unit period;
運転終了予定時刻から遡及した時刻であり、その遡及した時刻から運転終了予定時刻までの合計電力供給量から計算される合計蓄熱エネルギー量が、単位期間毎の合計熱エネルThis is a retroactive time from the scheduled operation end time, and the total heat storage energy calculated from the total power supply from the retroactive time to the planned operation end time is the total heat energy for each unit period. ギー供給量の平均量に等しくなる時刻を特定し、運転開始予定時刻に設定する工程と、Identifying a time that is equal to the average amount of energy supplied and setting the scheduled operation start time;
運転開始予定時刻にコージェネレーションシステムの運転を開始する運転計画を作成する工程をさらに有する請求項７のコージェネレーションシステムの運転計画作成方法。8. The operation plan creation method for a cogeneration system according to claim 7, further comprising a step of creating an operation plan for starting operation of the cogeneration system at a scheduled operation start time.
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