JP7260352B2

JP7260352B2 - エネルギー供給システム

Info

Publication number: JP7260352B2
Application number: JP2019053810A
Authority: JP
Inventors: 和秀指原
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 2019-03-20
Filing date: 2019-03-20
Publication date: 2023-04-18
Anticipated expiration: 2039-03-20
Also published as: JP2020153613A

Description

本発明は、エネルギー供給システムに関する。

近年、燃料電池等の発電部を備えたエネルギー供給システムが、一般家庭で利用されている。エネルギー供給システムでは、発電部にて電力を発生させることに加えて、電力と共に生じた熱を回収して利用する。

上記のエネルギー供給システムでは、発電部が負荷変動に追従して出力を立ち上げる速度（以下「負荷追従速度」という。）が、負荷変動に追いつかない場合がある。この場合には、商用電源から電力を購入して対応するので、その分だけ電力コストが高くなる。

これに対して、商用電源からの電力購入を抑えるために、急激な変動を生じないように負荷を抑制的に制御する手段が、従来提案されている（特許文献１等参照）。

特開２０１０－１７０７６号公報

上記の手段によれば、電力コストを抑えることができる一方で、負荷側の運転が制限されてしまう。

本発明が解決しようとする課題は、負荷側の運転が制限されることを避けながら、商用電源からの電力購入を抑えることのできるエネルギー供給システムを提案することにある。

本発明の第１の態様に係るエネルギー供給システムは、熱と電力を発生させる発電部と、前記熱で加熱された湯水を利用し、前記湯水を所定の熱用途のために通流させるように構成された熱供給設備と、前記発電部と前記熱供給設備を制御する制御部と、を備え、前記熱供給設備は、前記発電部と商用電源の少なくとも一方から供給される電力を消費して運転を行うように構成され、前記制御部は、前記所定の熱用途のための運転を前記熱供給設備が開始する前のタイミングから、前記発電部の出力を上昇させておくように構成されている。

本発明の第２の態様に係るエネルギー供給システムは、熱と電力を発生させる発電部と、前記熱で加熱された湯水を利用し、前記湯水を所定の熱用途のために通流させるように構成された熱供給設備と、前記発電部と前記熱供給設備を制御する制御部と、を備え、前記熱供給設備は、前記発電部と商用電源の少なくとも一方から供給される電力を消費して運転を行うように構成され、前記制御部は、前記所定の熱用途のための運転を前記熱供給設備が開始する前の段階においては、システム全体の負荷電力が低下した場合でも、前記発電部に出力を低下させないように構成されている。

本発明の第３の態様に係るエネルギー供給システムは、第１又は第２の態様において、前記所定の熱用途は、時間予約された暖房運転と、間欠的な暖房運転の、少なくとも一方の熱用途を含む。

本発明の第４の態様に係るエネルギー供給システムは、第１から第３のいずれか一つの態様において、前記所定の熱用途は、時間予約された湯張り運転と追い焚き運転の、少なくとも一方の熱用途を含む。

本発明の第５の態様に係るエネルギー供給システムは、第１から第４のいずれか一つの態様において、前記所定の熱用途は、前記熱供給設備の凍結予防運転の熱用途を含む。

本発明の第６の態様に係るエネルギー供給システムは、第１から第５のいずれか一つの態様において、前記発電部は、燃料電池である。

本発明の第１の態様に係るエネルギー供給システムにあっては、熱供給設備の運転開始時に負荷電力が上昇するのに対して、発電部の負荷追従速度が比較的に緩やかであっても、商用電源から電力を購入することを抑えることができ、これのために負荷側の運転を制限することは避けられる。

本発明の第２の態様に係るエネルギー供給システムにあっては、熱供給設備の運転開始時に負荷電力が上昇するのに対して、発電部の負荷追従速度が比較的に緩やかであっても、商用電源からの電力を購入することを抑えることができ、これのために負荷側の運転を制限することは避けられる。

本発明の第３の態様に係るエネルギー供給システムにあっては、本発明の第１又は第２の態様に係るエネルギー供給システムの効果に加えて、暖房運転（時間予約された暖房運転、間欠的な暖房運転）を行うときに、商用電源から電力を購入することを抑えることができる。

本発明の第４の態様に係るエネルギー供給システムにあっては、本発明の第１から第３のいずれか一つの態様に係るエネルギー供給システムの効果に加えて、風呂の自動運転（湯張り運転、追い焚き運転）を行うときに、商用電源から電力を購入することを抑えることができる。

本発明の第５の態様に係るエネルギー供給システムにあっては、本発明の第１から第４のいずれか一つの態様に係るエネルギー供給システムの効果に加えて、熱供給設備の凍結予防運転を行うときに、商用電源から電力を購入することを抑えることができる。

本発明の第６の態様に係るエネルギー供給システムにあっては、本発明の第１から第５のいずれか一つの態様に係るエネルギー供給システムの効果に加えて、熱供給設備の運転開始時に消費電力が上昇するのに対して、燃料電池の負荷追従速度が比較的に緩やかであっても、商用電源からの電力購入を抑えることができ、これのために負荷側の運転を制限することは避けられる。

一実施形態のエネルギー供給システムの全体構成図である。同上のエネルギー供給システムの暖房運転における電力推移を模式的に示すグラフ図である。同上の暖房運転における別の電力推移を模式的に示すグラフ図である。同上のエネルギー供給システムの湯張り運転における電力推移を模式的に示すグラフ図である。同上の湯張り運転における別の電力推移を模式的に示すグラフ図である。同上のエネルギー供給システムの保温中の追い焚き運転における電力推移を模式的に示すグラフ図である。同上の追い焚き運転における別の電力推移を模式的に示すグラフ図である。同上のエネルギー供給システムの凍結予防運転における電力推移を模式的に示すグラフ図である。同上の凍結予防運転における別の電力推移を模式的に示すグラフ図である。

一実施形態のエネルギー供給システムについて、添付図面に基づいて説明する。

図１に全体を示しているように、一実施形態のエネルギー供給システムは、発電部１を備える第１ユニットＵａと、熱供給設備９を備える第２ユニットＵｂを具備した家庭用コージェネレーションシステムである。発電部１は燃料電池１１である。熱供給設備９は、第１ユニットＵａの排熱を回収した湯水を、多様な形態で通流させるように構成されている。第１ユニットＵａと第２ユニットＵｂの運転は、制御部２によって制御される。制御部２は、発電部１を制御する第１制御部２１と、熱供給設備９を制御する第２制御部２２を有している。

第１ユニットＵａは、原料ガスを改質処理して水素ガス（水素含有ガス）を生成する改質部１２と、ここで生成した水素ガスを燃料電池１１に供給する水素ガス供給路１３を備える。更に、第１ユニットＵａは、燃料電池１１が発生する熱を冷却水で回収する冷却水循環路１４と、第１ユニットＵａと第２ユニットＵｂの間で熱媒（湯水）を循環させる熱媒循環路１５と、冷却水循環路１４を循環する冷却水と熱媒循環路１５を循環する熱媒との間で熱交換を行う熱交換部１６を備える。

冷却水循環路１４には、冷却水循環ポンプ１４１と冷却水貯留タンク１４３が設けられている。熱媒循環路１５には、熱媒循環ポンプ１５１と余剰電力ヒーター１５３が設けられている。余剰電力ヒーター１５３は、燃料電池１１による発電電力の余剰電力を熱に換えて回収するためのヒーターである。

商用電源１００に接続された分電盤１０２には、電力供給ライン１０４を介して、住戸の電気負荷１０８と第２ユニットＵｂが電気的に接続されており、商用電源１００からの電力を、住戸の電気負荷１０８と第２ユニットＵｂに供給可能に構成されている。電気負荷１０８は、例えばテレビ、冷蔵庫、洗濯機等である。

また、分電盤１０２には、第１ユニットＵａが電気的に接続されており、燃料電池１１からの発電電力を、住戸の電気負荷１０８と第２ユニットＵｂに供給することができる。一実施形態のエネルギー供給システムでは、基本的には、燃料電池１１からの発電電力によって、住戸の電気負荷１０８のための電力と第２ユニットＵｂの運転のための電力を足した、システム全体の負荷電力（家庭内需要電力）を賄う。システム全体の負荷電力が燃料電池１１の定格電力を超えたときには、その不足分を商用電源１００から購入する。

第１ユニットＵａが備える第１制御部２１は、第２ユニットＵｂが備える第２制御部２２との間で、各種の情報を通信自在に構成されている。図示略の外部リモコンは、第１制御部２１と第２制御部２２に対して、運転開始指令、運転停止指令等の各種の情報を指令することができる。

次に、第２ユニットＵｂが備える熱供給設備９の具体的な構成について説明する。

熱供給設備９は、貯湯タンク３、補助熱源機４、循環ポンプ５０、暖房用循環ポンプ５１、追焚用循環ポンプ５２、排熱回収用熱交換器５３、暖房用熱交換器５４及び追焚用熱交換器５５を備える。

更に熱供給設備９は、給湯用混合弁５６、湯張弁５７、暖房回路補給弁５８、蓄熱切換弁５９、循環開閉弁６０、三方弁６１及び循環量調整弁６２を備える。

貯湯タンク３は、第１ユニットＵａの排熱を回収した湯水を貯湯するタンクである。貯湯タンク３の上部には、タンク上部路６３が接続され、貯湯タンク３の底部には、タンク下部路６４が接続されている。タンク上部路６３は給湯用混合弁５６に接続され、タンク下部路６４は三方弁６１に接続されている。

更に熱供給設備９は、給水路６５、循環路６６、蓄熱路６７、暖房用循環路６８、膨張タンク６９、補給路７０、風呂用循環路７１及び給湯路７２を備えている。

補助熱源機４は、都市ガス等の燃料ガスを用いて燃焼を生じさせる機器である。補助熱源機４は、湯水が通流するフィンチューブ式の熱交換部４１と、熱交換部４１を加熱するバーナー４２と、バーナー４２に燃焼用空気を供給する送風ファン４３を備えている。

給水路６５は、水道管等の給水源からの湯水を供給するための流路であり、給湯用混合弁５６に接続される第１給水路６５１と、貯湯タンク３の底部に接続される第２給水路６５２とに分岐されている。

循環路６６は、循環ポンプ５０が配置された循環流路であって、その流路中に排熱回収用熱交換器５３、補助熱源機４、循環量調整弁６２、循環開閉弁６０、暖房用熱交換器５４、追焚用熱交換器５５及び三方弁６１がこの順で配置されている。循環路６６を循環する湯水は、排熱回収用熱交換器５３を介して伝わる第１ユニットＵａの排熱により加熱される。

暖房用熱交換器５４と追焚用熱交換器５５は、循環路６６に直列状態で配置されており、循環開閉弁６０の開閉により、暖房用熱交換器５４と追焚用熱交換器５５における湯水の通流の断続が切り換えられる。

蓄熱路６７は、循環路６６における補助熱源機４の下流側の箇所と、タンク上部路６３とを接続する流路である。この蓄熱路６７に、蓄熱切換弁５９が設けられている。

暖房用循環路６８は、床暖房装置等の暖房用の端末１０６に対して暖房用熱媒（湯水）を循環させる循環路であり、その流路中に暖房用循環ポンプ５１と暖房用熱交換器５４が設けられている。暖房用循環路６８には、暖房用熱媒を短絡通流させるための短絡路６８１が設けられている。

膨張タンク６９は、暖房用循環路６８に設けられている。補給路７０は、給水路６５からの湯水を膨張タンク６９に補給する流路である。この補給路７０に、暖房回路補給弁５８が設けられている。

風呂用循環路７１は、浴槽１０７に接続された循環路である。風呂用循環路７１の流路中には、追焚用循環ポンプ５２と追焚用熱交換器５５が設けられている。

給湯路７２は、給湯用混合弁５６から延出された流路であり、図示略の一般給湯栓に接続された状態で用いられる。湯張路７３は、給湯路７２の途中の箇所と風呂用循環路７１とを接続する流路である。この湯張路７３に、湯張弁５７が設けられている。

次に、第２ユニットＵｂにおける熱供給設備９の各種の運転制御について説明する。

熱供給設備９が備える各機器は、発電部１と商用電源１００の少なくとも一方から供給される電力を消費して動作するように構成されており、第２制御部２２によって制御される。

第２ユニットＵｂは、貯湯運転、暖房運転、追い焚き運転、一般給湯運転、湯張り運転及び凍結予防運転を行うことができる。

貯湯運転は、発電部１の排熱を利用して加熱した湯水を貯湯タンク３に貯める運転である。貯湯運転を行うために、第２制御部２２は、蓄熱切換弁５９を開き、循環開閉弁６０を閉じ、タンク下部路６４と循環路６６が連通するように三方弁６１を切り換えた状態で、循環ポンプ５０を駆動させる。

これにより、タンク下部路６４から取出した湯水を、三方弁６１を経由して循環路６６に通流させて排熱回収用熱交換器５３にて加熱し、加熱した湯水を、蓄熱路６７を経由して貯湯タンク３に戻すことができる。

暖房運転は、暖房用の端末１０６に暖房用熱媒を供給する運転である。暖房運転を行うために、第２制御部２２は、蓄熱切換弁５９を閉じ、循環開閉弁６０を開き、タンク下部路６４と循環路６６が連通しないように三方弁６１を切り換えた状態で、循環ポンプ５０を駆動させる。これにより、循環路６６を通して湯水を循環させるとともに、循環する湯水を排熱回収用熱交換器５３で加熱する。更に、第２制御部２２は、暖房用循環ポンプ５１を駆動させ、暖房用循環路６８において暖房用熱媒（湯水）を循環させるとともに、循環する暖房用熱媒を暖房用熱交換器５４で加熱する。加熱された暖房用熱媒は、暖房用循環路６８を通して暖房用の端末１０６に供給される。

追い焚き運転は、浴槽１０７に貯められた浴槽水を、風呂用循環路７１を通して循環させながら加熱する運転である。追い焚き運転を行うために、第２制御部２２は、暖房運転の場合と同様に蓄熱切換弁５９を閉じ、循環開閉弁６０を開き、タンク下部路６４と循環路６６が連通しないように三方弁６１を切り換えた状態で、循環ポンプ５０を駆動させる。これにより、循環路６６を通して湯水を循環させるとともに、循環する湯水を排熱回収用熱交換器５３で加熱する。更に、第２制御部２２は、追焚用循環ポンプ５２を駆動させ、風呂用循環路７１において浴槽水を循環させるとともに、追焚用熱交換器５５で浴槽水を加熱する。

一般給湯運転は、タンク３に貯められた湯水を、給水源からの低温の湯水と混合させて適温としたうえで、一般給湯栓に供給する運転である。一般給湯栓が開かれると、給水源からの湯水は第２給水路６５２を通じて貯湯タンク３の下部に供給され、貯湯タンク３の上部に貯められた高温の湯水はタンク上部路６３を流れ、給湯用混合弁５６において、給水源から第１給水路６５１を通じて供給された低温の湯水と混合したうえで、給湯路７２を通じて一般給湯栓に供給される。

貯湯タンク３に所定温度の湯水が貯まっていないときは、これを検知した第２制御部２２が補助熱源機４と循環ポンプ５０を駆動させて給湯を行う。つまり、循環ポンプ５０の駆動によって、タンク下部路６４から三方弁６１を経由して循環路６６に湯水を通流させ、この湯水を補助熱源機４にて加熱したうえで、蓄熱路６７を経由してタンク上部路６３及び給湯路７２に供給する。

湯張り運転は、貯湯タンク３に貯められた湯水を、給水源からの低温の湯水と混合させて適温としたうえで、浴槽１０７に供給する運転である。貯湯タンク３の上部に貯められた湯水が適温とされて給湯路７２に送られるまでは一般給湯運転と同様であるが、湯張り運転においては第２制御部２２が湯張弁５７を開いており、適温とされた湯水は湯張路７３及び風呂用循環路７１を通じて、浴槽１０７に供給される。

貯湯タンク３に所定温度の湯水が貯まっていないときは、これを検知した第２制御部２２が、一般給湯運転の場合と同様に補助熱源機４と循環ポンプ５０を駆動させる。つまり、循環ポンプ５０の駆動によって、タンク下部路６４から循環路６６に通流した湯水を補助熱源機４にて加熱し、加熱された湯水を、蓄熱路６７を経由してタンク上部路６３に供給し、更に給湯路７２、湯張路７３及び風呂用循環路７１を通じて浴槽１０７に供給する。

湯張り運転において、浴槽１０７に供給された湯水が設定水位に至ると、これを検知した第２制御部２２が湯張弁５７を閉じ、追い焚き運転に移行する。追い焚き運転では、上記したように第２制御部２２が追焚用循環ポンプ５２を駆動させ、風呂用循環路７１において浴槽水を循環させながら、この浴槽水を追焚用熱交換器５５で加熱する。

凍結予防運転は、冬季等の低温環境において配管内で凍結が生じないように、配管の加熱と湯水の循環の少なくとも一方を行う運転である。

凍結予防運転を行うために、第２制御部２２は、複数のヒーター７５による配管の加熱と、配管内での湯水の循環の少なくとも一方を実行する。複数のヒーター７５は、給水路６５、第１給水路６５１、第２給水路６５２、循環路６６、補給路７０及び給湯路７２の夫々を加熱するように配置されている。

配管の加熱を行うとき、第２制御部２２は、これら複数のヒーター７５の少なくとも一つを通電加熱する。湯水の循環を行う場合に、第２制御部２２は、循環ポンプ５０、暖房用循環ポンプ５１及び追焚用循環ポンプ５２の少なくとも一つを駆動させる。

次に、一実施形態のエネルギー供給システムにおいて、商用電源１００からの電力購入を抑えるための制御について説明する。

上記したように、第１ユニットＵａが備える第１制御部２１と、第２ユニットＵｂが備える第２制御部２２との間では、各種の情報が通信される。第２制御部２２から第１制御部２１に通信される各種の情報には、第２ユニットＵｂが運転を開始するタイミングの情報が含まれる。

上記したように、第２ユニットＵｂの熱供給設備９は、発電部１が発生する熱で加熱された湯水を、複数の熱用途のために通流させる設備である。複数の熱用途には、例えば貯湯運転、暖房運転、追い焚き運転、一般給湯運転、湯張り運転及び凍結予防運転が含まれる。このうち幾つかの熱用途（以下「所定の熱用途」という。）では、予め運転開始時間を把握することが可能である。

一実施形態のエネルギー供給システムにおいて、予め運転開始時間を把握することが可能な所定の熱用途には、時間予約された暖房運転と、間欠的な暖房運転が含まれる。

熱供給設備９が暖房運転を開始するときには、上記したように、第２ユニットＵｂが備える第２制御部２２が蓄熱切換弁５９、循環開閉弁６０及び三方弁６１を作動させ、循環ポンプ５０や暖房用循環ポンプ５１を駆動させる。そのため、図２に示すように、暖房運転の開始時において熱供給設備９の消費電力が急激に上昇する。これに対して、発電部１（燃料電池１１）の負荷追従速度は比較的に緩やかである。

これに対して、第１ユニットＵａの第１制御部２１は、運転開始のタイミング（使用者が予約した運転開始時刻）を第２ユニットＵｂの第２制御部２２から予め習得しておき、熱供給設備９が暖房運転を開始する前のタイミング（例えば、運転開始よりも所定時間ｔ１だけ早いタイミング）で、熱供給設備９が運転開始に要する電力分を確保できるように、発電部１の出力を定格電力の範囲内で上昇させる制御（以下、この制御を「出力上昇制御」という。）を行う。所定時間ｔ１は、一例として３．３～１６．７分の範囲内で設定される時間である。出力上昇制御により、暖房リモコン等で開始時刻が予約された暖房運転の立ち上げにおいて、不足分を賄うために商用電源１００から電力を購入することが抑えられる。

出力上昇制御において第１制御部２１が発電部１の出力を上昇させる目標値は、過去の暖房運転の消費電力等の記録に基づいて定められてもよいし、運転の種類ごとに設定された既定値に基づいて定められてもよい。所定時間ｔ１は、出力上昇の目標値と発電部１の負荷追従速度から逆算することが可能である。発電部１の出力が目標値だけ上昇した後に、熱供給設備９に暖房運転を開始させることも好ましい。発電部１で発生した電力の余剰分は、余剰電力ヒーター１５３で消費される。

第１ユニットＵａの第１制御部２１は、間欠的な暖房運転を行う場合も、同様の出力上昇制御を行う。つまり、第１ユニットＵａの第１制御部２１は、間欠的な暖房運転を自動的に開始するそれぞれのタイミングを第２ユニットＵｂの第２制御部２２から習得しておき、図２に示すように、熱供給設備９が間欠的な暖房運転を開始するそれぞれの前のタイミング（例えば、運転開始よりも所定時間ｔ２だけ早いタイミング）で、熱供給設備９が運転開始に要する電力分を確保できるように、発電部１の出力を定格電力の範囲内で上昇させておく。

間欠的な暖房運転のインターバルが、暖房の設定温度等の諸条件に基づいて変更される場合には、第１制御部２１が、第２制御部２２から習得した設定温度等に基づいてインターバルを判断してもよいし、第２制御部２２がインターバルの情報を第１制御部２１に発信してもよい。

所定時間ｔ２は、一例として３．３～１６．７分の範囲内で設定される時間である。出力上昇制御により、間欠的な暖房運転においても、不足分を賄うために商用電源１００から電力を購入することが抑えられる。

出力上昇制御において第１制御部２１が発電部１の出力を上昇させる目標値は、過去の間欠的な暖房運転の消費電力等の記録に基づいて定められてもよいし、運転の種類ごとに設定された既定値に基づいて定められてもよい。所定時間ｔ２は、出力上昇の目標値と発電部１の負荷追従速度から逆算することが可能である。発電部１の出力が目標値だけ上昇した後に、熱供給設備９に暖房運転を開始させることも好ましい。発電部１で発生した電力の余剰分は、余剰電力ヒーター１５３で消費される。

加えて、図３に示すように、第１ユニットＵａの第１制御部２１は、熱供給設備９が暖房運転を開始する前の段階において、住戸の電気負荷１０８が低下することでシステム全体の負荷電力が低下した場合であっても、暖房運転が開始するまでは発電部１に出力を低下させずに維持する制御（以下、この制御を「出力維持制御」という。）を行うことが好ましい。

出力維持制御における、熱供給設備９が暖房運転を開始する前の段階とは、例えば、運転開始よりも所定時間ｔ３だけ早いタイミングから、運転開始までの範囲である。

出力維持制御によれば、運転開始時の出力上昇に備えて電力を維持しておくことができるので、時間予約された暖房運転の立ち上げにおいて、不足分を賄うために商用電源１００から電力を購入することが、効果的に抑えられる。

図３に示す例では、暖房運転において出力上昇制御と出力維持制御の両方を行っているが、出力維持制御だけを行うことも好ましい。この場合、所定時間ｔ３は、一例として３．３～１６．７分の範囲内で設定される。

第１制御部２１は、間欠的な暖房運転を行う場合も、同様の出力維持制御を行うことが好ましい。つまり、第１制御部２１は、熱供給設備９が間欠的な暖房運転を開始するそれぞれの前の段階において、住戸の電気負荷１０８が低下することでシステム全体の負荷電力が低下した場合であっても、暖房運転が開始するまでは発電部１に出力を低下させないように制御することが好ましい。ここにおける、暖房運転を開始する前の段階とは、例えば、運転開始よりも所定時間ｔ４（不図示）だけ早いタイミングから、運転開始までの範囲である。

間欠的な暖房運転においても、出力維持制御により、運転開始時の出力上昇に備えて電力を維持しておくことができ、運転の立ち上げにおいて、不足分を賄うために商用電源１００から電力を購入することが、効果的に抑えられる。

間欠的な暖房運転において、出力維持制御だけを行う場合、所定時間ｔ４は、一例として３．３～１６．７分の範囲内で設定される。

一実施形態のエネルギー供給システムにおいて、予め運転開始時間を把握することが可能な所定の熱用途には、時間予約された湯張り運転と、追い焚き運転が更に含まれる。

熱供給設備９が湯張り運転を開始するときには、上記したように、第２ユニットＵｂが備える第２制御部２２が湯張弁５７を電動で作動させ、貯湯タンク３に所定温度の湯水が貯まっていないとき（いわゆる湯切れを生じているとき）は、補助熱源機４と循環ポンプ５０を駆動させて給湯を行う。そのため、図４に示すように、運転開始時において熱供給設備９の消費電力が上昇する。

これに対して、第１ユニットＵａの第１制御部２１は、運転開始のタイミング（使用者が予約した湯張り時刻）を第２ユニットＵｂの第２制御部２２から習得しておき、熱供給設備９が自動的に湯張り運転を開始する前のタイミング（例えば、運転開始よりも所定時間ｔ５だけ早いタイミング）で、熱供給設備９が運転開始に要する電力分を確保できるように、発電部１の出力を定格電力の範囲内で上昇させる出力上昇制御を行う。所定時間ｔ５は、一例として１．７～８．３分の範囲内で設定される時間である。出力上昇制御により、湯張り運転の立ち上げ時において、不足分を賄うために商用電源１００から電力を購入することが抑えられる。

出力上昇制御において第１制御部２１が発電部１の出力を上昇させる目標値は、過去の湯張り運転の消費電力等の記録に基づいて定められてもよいし、運転の種類ごとに設定された既定値に基づいて定められてもよい。また、貯湯タンク３の残湯量の情報を得ることができれば、湯切れに対応した目標値を定めることが可能である。所定時間ｔ５は、出力上昇の目標値と発電部１の負荷追従速度から逆算することが可能である。発電部１の出力が目標値だけ上昇した後に、熱供給設備９に湯張り運転を開始させることも好ましい。発電部１で発生した電力の余剰分は、余剰電力ヒーター１５３で消費される。

第１ユニットＵａの第１制御部２１は、湯張り運転の後半で行われる追い焚き運転においても、同様の出力上昇制御を行う。追い焚き運転を開始するときには、第２制御部２２が追焚用循環ポンプ５２を駆動させ、また、補助熱源機４や循環ポンプ５０を駆動させる。そのため、運転開始時において熱供給設備９の消費電力が更に上昇する。これに対して、第１ユニットＵａの第１制御部２１は、追い焚き運転を開始するタイミングを第２ユニットＵｂの第２制御部２２から習得しておき、熱供給設備９が追い焚き運転を開始する前のタイミング（例えば、運転開始よりも所定時間ｔ６だけ早いタイミング）で、熱供給設備９が運転開始に要する電力分を確保できるように、発電部１の出力を定格電力の範囲内で更に上昇させておく。所定時間ｔ６は、一例として１．７～８．３分の範囲内で設定される時間である。出力上昇制御により、追い焚き運転において、不足分を賄うために商用電源１００から電力を購入することが抑えられる。

出力上昇制御において第１制御部２１が発電部１の出力を上昇させる目標値は、過去の追い焚き運転の消費電力等の記録に基づいて定められてもよいし、運転の種類ごとに設定された既定値に基づいて定められてもよい。所定時間ｔ６は、出力上昇の目標値と発電部１の負荷追従速度から逆算することが可能である。発電部１の出力が目標値だけ上昇した後に、熱供給設備９に追い焚き運転を開始させることも好ましい。発電部１で発生した電力の余剰分は、余剰電力ヒーター１５３で消費される。湯張り運転の後半において追い焚き運転を開始するタイミングは、浴槽１０７の水位情報を基に判断することができる。

上記の追い焚き運転は、湯張り運転の後半で行われる運転であるが、保温のために自動的に行われる追い焚き運転においても、同様の出力上昇制御を行うことが好ましい（図６参照）。この場合、追い焚き運転を開始するタイミングは、浴槽１０７内の湯水の温度情報を基にして判断することが可能であり、また、過去の複数回の追い焚き実施のインターバルの情報を基にして判断することも可能である。

また、図５に示すように、第１ユニットＵａの第１制御部２１は、熱供給設備９が湯張り運転を開始する前の段階において、住戸の電気負荷１０８が低下することでシステム全体の負荷電力が低下した場合であっても、湯張り運転が開始するまでは発電部１に出力を低下させない出力維持制御を行うことが好ましい。ここにおける、熱供給設備９が湯張り運転を開始する前の段階とは、例えば、運転開始よりも所定時間ｔ７だけ早いタイミングから、運転開始までの範囲である。

湯張り運転においても、出力維持制御により、運転開始時の出力上昇に備えて電力を維持しておくことができ、運転の立ち上げにおいて、不足分を賄うために商用電源１００から電力を購入することが、効果的に抑えられる。

図５に示す例では、湯張り運転において出力上昇制御と出力維持制御の両方を行っているが、出力維持制御だけを行うことも好ましい。この場合、所定時間ｔ７は、一例として１．７～８．３分の範囲内で設定される。

第１制御部２１は、追い焚き運転を行う場合も、同様の出力維持制御を行うことが好ましい（図７参照）。つまり、第１制御部２１は、熱供給設備９が追い焚き運転を開始する前の段階において、住戸の電気負荷１０８が低下することでシステム全体の負荷電力が低下した場合であっても、追い焚き運転が開始するまでは発電部１に出力を低下させない出力維持制御を行うことが好ましい。ここにおける、追い焚き運転を開始する前の段階とは、例えば、運転開始よりも所定時間ｔ８だけ早いタイミングから、運転開始までの範囲である。

追い焚き運転においても、出力維持制御により、運転開始時の出力上昇に備えて電力を維持しておくことができ、運転の立ち上げにおいて、不足分を賄うために商用電源１００から電力を購入することが、効果的に抑えられる。

追い焚き運転において、出力維持制御だけを行う場合、所定時間ｔ８は、一例として１．７～８．３分の範囲内で設定される。

一実施形態のエネルギー供給システムにおいて、予め運転開始時間を把握することが可能な所定の熱用途には、熱供給設備９の凍結予防運転が更に含まれる。

熱供給設備９が凍結予防運転を開始するときには、上記したように、第２ユニットＵｂが備える第２制御部２２が、複数のヒーター７５、循環ポンプ５０、暖房用循環ポンプ５１及び追焚用循環ポンプ５２の一部又は全部を駆動させる。そのため、運転開始時において熱供給設備９の消費電力が上昇する。

これに対して、第１ユニットＵａの第１制御部２１は、運転開始のタイミングを第２ユニットＵｂの第２制御部２２から習得しておき、熱供給設備９が凍結予防運転を開始する前のタイミング（例えば、運転開始よりも所定時間ｔ９だけ早いタイミング）で、熱供給設備９が運転開始に要する電力分を確保できるように、発電部１の出力を定格電力の範囲内で上昇させておく出力上昇制御を行う（図８参照）。所定時間ｔ９は、一例として５～２５分の範囲内で設定される時間である。出力上昇制御により、凍結予防運転の立ち上げ時において、不足分を賄うために商用電源１００から電力を購入することが抑えられる。出力上昇制御において第１制御部２１が発電部１の出力を上昇させる目標値は、過去の凍結予防運転の消費電力等の記録に基づいて定められてもよいし、運転の種類ごとに設定された既定値に基づいて定められてもよい。所定時間ｔ９は、出力上昇の目標値と発電部１の負荷追従速度から逆算することが可能である。発電部１の出力が目標値だけ上昇した後に、熱供給設備９に凍結予防運転を開始させることも好ましい。このとき発電部１で発生した電力の余剰分は、余剰電力ヒーター１５３で消費される。凍結予防運転を開始するタイミングは、外気温度等の温度情報を基にして判断することができる。

また、図９に示すように、第１ユニットＵａの第１制御部２１は、熱供給設備９が凍結予防運転を開始する前の段階において、住戸の電気負荷１０８が低下することでシステム全体の負荷電力が低下した場合であっても、凍結予防運転が開始するまでは発電部１に出力を低下させない出力維持制御を行うことが好ましい。ここにおける、熱供給設備９が凍結予防運転を開始する前の段階とは、例えば、運転開始よりも所定時間ｔ１０だけ早いタイミングから、運転開始までの範囲である。

凍結予防運転においても、出力維持制御により、運転開始時の出力上昇に備えて電力を維持しておくことができ、運転の立ち上げにおいて、不足分を賄うために商用電源１００から電力を購入することが、効果的に抑えられる。

図９に示す例では、凍結予防運転において出力上昇制御と出力維持制御の両方を行っているが、出力維持制御だけを行うことも好ましい。この場合、所定時間ｔ１０は、一例として５～２５分の範囲内で設定される。

以上、実施形態に基づいてエネルギー供給システムを説明したが、エネルギー供給システムは上記した実施形態に限定されず、同様の作用効果を奏する範囲内において適宜の設計変更を行うことが可能である。

１発電部
１１燃料電池
１００商用電源
２制御部
９熱供給設備

Claims

熱と電力を発生させる発電部と、
前記熱で加熱された湯水を利用し、前記湯水を所定の熱用途のために通流させるように構成された熱供給設備と、
前記発電部と前記熱供給設備を制御する制御部と、を備え、
前記熱供給設備は、前記発電部と商用電源の少なくとも一方から供給される電力を消費して運転を行うように構成され、
前記制御部は、前記所定の熱用途のための運転を前記熱供給設備が開始する前のタイミングから、前記発電部の出力を定格電力の範囲内で上昇させておく出力上昇制御と、前記所定の熱用途のための運転を前記熱供給設備が開始する前の段階においては、システム全体の負荷電力が低下した場合でも、前記発電部に出力を低下させない出力維持制御と、を共に行うように構成されている
エネルギー供給システム。
前記所定の熱用途は、時間予約された暖房運転と、間欠的な暖房運転の、少なくとも一方の熱用途を含む
請求項１のエネルギー供給システム。
前記所定の熱用途は、時間予約された湯張り運転と追い焚き運転の、少なくとも一方の熱用途を含む
請求項１又は２のエネルギー供給システム。
前記所定の熱用途は、前記熱供給設備の凍結予防運転の熱用途を含む
請求項１から３のいずれか一項のエネルギー供給システム。
前記発電部は、燃料電池である
請求項１から４のいずれか一項のエネルギー供給システム。