JP2004257590A - 熱源システム - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明の目的は、貯湯タンク４を備えたコジェネレーションシステム等の熱源システムにおいて、加熱手段Ｎの断続的な運転を回避して、コジェネレーションシステムの運転効率向上を図る点にある。
【解決手段】加熱手段Ｍ，Ｎにて生成した湯水を蓄え、蓄えた湯水が湯水消費部Ｋで消費される貯湯タンク４を備え、湯水消費部Ｋによる湯水消費時に貯湯タンク４内の湯水が不足すると加熱手段Ｎの運転を開始するバックアップ加熱操作を実行する運転制御手段とを備えた熱源システムであって、運転制御手段が、バックアップ加熱操作において、湯水消費部Ｋによる湯水消費停止時以降に、貯湯タンク４内に所定の余剰量の湯水が蓄えられてから、加熱手段Ｎの運転を停止するように構成されている。
【選択図】 図１
【解決手段】加熱手段Ｍ，Ｎにて生成した湯水を蓄え、蓄えた湯水が湯水消費部Ｋで消費される貯湯タンク４を備え、湯水消費部Ｋによる湯水消費時に貯湯タンク４内の湯水が不足すると加熱手段Ｎの運転を開始するバックアップ加熱操作を実行する運転制御手段とを備えた熱源システムであって、運転制御手段が、バックアップ加熱操作において、湯水消費部Ｋによる湯水消費停止時以降に、貯湯タンク４内に所定の余剰量の湯水が蓄えられてから、加熱手段Ｎの運転を停止するように構成されている。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加熱手段にて生成した湯水を蓄え、前記蓄えた湯水が湯水消費部で消費される貯湯タンクを備え、前記湯水消費部による湯水消費時に前記貯湯タンク内の湯水が不足すると前記加熱手段の運転を開始するバックアップ加熱操作を実行する運転制御手段とを備えた熱源システム、特に、上記加熱手段として、計画運転する熱電併給装置が発生する熱により湯水を生成する排熱式加熱手段と、前記バックアップ運転操作において運転されてバーナが発生した熱により湯水を生成する補助加熱手段とを備えたコジェネレーションシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記のような熱源システムは、過去の熱負荷等に基づいてガスバーナ、ヒートポンプ式加熱器、又は、電気ヒータ等の加熱手段を計画運転させ、その加熱手段にて生成した湯水を貯湯タンク内に蓄え、その貯湯タンク内に蓄えられた湯水を、給湯栓や浴槽内等の湯水消費部に供給するように構成される。
【０００３】
また、熱源システムとしてのコジェネレーションシステムは、ガスエンジンと発電機とを組み合わせたものや燃料電池などから構成された熱電併給装置を、過去の電力負荷及び熱負荷等の負荷データに基づいて計画運転させ、排熱式加熱手段により計画運転時に熱電併給装置が発生した熱により湯水を生成し、その湯水を貯湯タンク内に蓄えるように構成されている。
【０００４】
上記熱源システム、特に、コジェネレーションシステムは、運転制御手段により、湯水消費部による湯水消費時に貯湯タンク内の湯水が不足する、言い換えれば、貯湯タンク内の貯湯量が予め設定されている最低確保貯湯量以下となると、上記加熱手段、特に、バーナや電気ヒータ等からなる補助加熱手段の運転を行い、湯水消費部で消費される温度を要求される要求温度に加熱するバックアップ加熱操作を実行するように構成する場合がある。
そして、このバックアップ加熱操作において、上記補助加熱手段は、上記湯水消費部による湯水消費停止時に、運転が停止される（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−２４８９１０号公報（［００３７］等）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、熱源システムにおいて、給湯時等の湯水消費時に貯湯タンク内の貯湯量が最低確保貯湯量以下となったときに、加熱手段、特に、補助加熱手段の運転を開始し、湯水消費停止時、又は、貯湯タンク内の貯湯量が最低確保貯湯量に達したときに、補助加熱手段を停止するように構成することで、貯湯タンク内の貯湯量が不足しているときに湯水消費部による湯水消費が断続的に繰り返し行われることによって、補助加熱手段等が断続的に繰り返し運転されることになり、補助加熱手段の運転効率が低下することがある。
【０００７】
特に、コジェネレーションシステムにおいて、計画運転時に熱電併給装置の排熱式加熱手段により生成された湯水が蓄えられた貯湯タンク内の貯湯量が、湯水消費部により消費される湯水量と同等であった場合には、全体の運転効率を比較的高いものとすることができるが、貯湯タンク内の湯水が一旦不足した時点以降には、補助加熱手段が上記のように断続的に運転される可能性が高く、計画運転による運転効率向上分が相殺されてしまうことがある。
【０００８】
従って、本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、貯湯タンクを備えたコジェネレーションシステム等の熱源システムにおいて、補助加熱手段等からなる加熱手段の断続的な運転を回避して、コジェネレーションシステムの運転効率向上を図る点にある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するための本発明に係る熱源システムの第一特徴構成は、加熱手段にて生成した湯水を蓄え、前記蓄えた湯水が湯水消費部で消費される貯湯タンクを備え、前記湯水消費部による湯水消費時に前記貯湯タンク内の湯水が不足すると前記加熱手段の運転を開始するバックアップ加熱操作を実行する運転制御手段とを備えた熱源システムであって、
前記運転制御手段が、バックアップ加熱操作において、前記湯水消費部による湯水消費停止時以降に、前記貯湯タンク内に所定の余剰量の湯水が蓄えられてから、前記加熱手段の運転を停止するように構成されている点にある。
【００１０】
即ち、上記第一特徴構成によれば、上記湯水消費部による湯水消費時に貯湯タンク内の湯水が不足すると、即ち、貯湯タンク内の貯湯量が予め設定される最低確保貯湯量以下となると、上記運転制御手段は上記バックアップ加熱操作を実行して、熱源併給装置の排熱式加熱手段やバーナ等の加熱手段の運転を開始するのであるが、このバックアップ加熱操作においては、上記加熱手段の運転を、湯水消費部による湯水消費停止時に停止するのではなく、その湯水消費停止時以降においても、貯湯タンク内に上記最低確保貯湯量に加えて所定の余剰量の湯水が蓄えられるまで継続させるので、加熱手段の運転停止直後に、湯水消費部による湯水消費が再開されても、その余剰量の湯水が消費されるまで加熱手段を働かせる必要がなく、加熱手段の断続的な運転を回避することができ、全体の運転効率向上を図ることができる。
【００１１】
本発明に係る熱源システムの第二特徴構成は、上記第一特徴構成に加えて、前記運転制御手段が、前記加熱手段の計画運転を行って前記貯湯タンク内に予測熱負荷に対応する湯水を蓄える計画運転操作を実行するように構成されている点にある。
【００１２】
即ち、上記第二特徴構成によれば、運転制御手段により、加熱手段を計画運転して、湯水消費部における予測熱負荷を賄うための湯水を貯湯タンク内に蓄える場合において、その貯湯タンク内に予め蓄えられた貯湯量が不足した場合にも、前述したように、加熱手段の断続的な運転を回避することができ、全体の運転効率低下を抑制することができる。
【００１３】
本発明に係る熱源システムの第三特徴構成は、上記第二特徴構成に加えて、前記運転制御手段が、前記バックアップ加熱操作において、湯水消費停止時以降の所定期間内における前記予測熱負荷に応じて、前記余剰量を決定する点にある。
【００１４】
即ち、上記第三特徴構成によれば、バックアップ加熱操作において、湯水消費停止時以降の所定期間内に、上記加熱手段の計画運転に用いた予測熱負荷を参照し、加熱手段の運転を保持して貯湯タンク内に蓄える湯水の量である余剰量を、上記所定期間内の予測熱負荷に応じて決定することで、予測熱負荷にあった量の湯水が貯湯タンク内に蓄えられることになり、加熱手段の断続的な運転を回避すると共に、貯湯タンク内の湯水を無駄なく消費して、全体の運転効率を一層向上することができる。
また、上記所定期間内の予測熱負荷が０即ち存在しない場合には、上記余剰量を０に決定して、上記湯水消費部の湯水消費停止時に加熱手段を停止することもできる。
【００１５】
本発明に係る熱源システムの第四特徴構成は、上記第一乃至第三特徴構成に加えて、前記運転制御手段が、前記バックアップ加熱操作において前記加熱手段の停止時以降の所定期間内において前記加熱手段の運転が再開される瞬時再開状態を検出し、前記瞬時再開状態を所定回数連続して検出したときに、前記余剰量を増加させて設定する点にある。
【００１６】
即ち、上記第四特徴構成によれば、上記余剰量を例えば０又は少量に設定してバックアップ加熱操作を実行した場合に、加熱手段が停止時以降の所定期間内に加熱手段の運転が再開される瞬時再開状態が１又は２以上の所定回数連続して検出した場合には、更に上記余剰量を増加させて設定することで、上記瞬時再開状態が連続して検出される頻度が少なくなり、即ち、加熱手段の断続的な運転を、湯水消費状態に応じて適切に回避して、運転効率の低下を一層回避することができる。
【００１７】
本発明に係る熱源システムの第五特徴構成は、上記第一乃至第四特徴構成に加えて、前記加熱手段が、計画運転する熱電併給装置が発生する熱により湯水を生成する排熱式加熱手段と、前記バックアップ運転操作において運転されてバーナが発生した熱により湯水を生成する補助加熱手段とからなる点にある。
【００１８】
即ち、上記第五特徴構成によれば、加熱手段として上記熱電併給設備の排熱式加熱手段と補助加熱手段とを有する所謂コジェネレーションシステムとして本発明の熱源システムを構成する場合にも、補助加熱手段の断続的な運転を回避して、コジェネレーションシステムの運転効率向上を図ることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明に係る熱源システムをコジェネレーションシステムに適応させた例を図面に基づいて説明する。
【００２０】
このコジェネレーションシステムは、図１及び図２に示すように、ガスエンジン１によって発電装置２を駆動するように構成された熱電併給装置３と、その熱電併給装置３にて発生する熱を利用しながら、貯湯タンク４への貯湯及び熱消費端末５への熱媒供給を行う貯湯ユニット６と、熱電併給装置３及び貯湯ユニット６の運転を制御する運転制御手段としての運転制御部７などから構成されている。
【００２１】
前記発電装置２の出力側には、系統連係用のインバータ８が設けられ、そのインバータ８は、発電装置２の出力電力を商用系統９から供給される電力と同じ電圧及び同じ周波数にするように構成されている。
前記商用系統９は、例えば、単相３線式１００／２００Ｖであり、商業用電力供給ライン１０を介して、テレビ、冷蔵庫、洗濯機などの電力負荷１１に電気的に接続されている。
また、インバータ８は、コージェネ用供給ライン１２を介して商業用電力供給ライン１０に電気的に接続され、発電装置２からの発電電力がインバータ８及びコージェネ用供給ライン１２を介して電気負荷１１に供給するように構成されている。
【００２２】
前記商業用電力供給ライン１０には、電力負荷１１の負荷電力を計測する電力負荷計測手段１３が設けられ、この電力負荷計測手段１３は、商業用電力供給ライン１０を通して流れる電流に逆潮流が発生するか否かをも検出するように構成されている。
そして、逆潮流が生じないように、インバータ８により発電装置２から商業用電力供給ライン１０に供給される電力が制御され、発電電力の余剰電力は、その余剰電力を熱に代えて回収する電気ヒータ１４に供給されるように構成されている。
【００２３】
前記電気ヒータ１４は、複数の電気ヒータから構成され、冷却水循環ポンプ１７の作動により冷却水循環路１５を通流するガスエンジン１の冷却水を加熱するように設けられ、発電装置２の出力側に接続された作動スイッチ１６によりＯＮ／ＯＦＦが切り換えられている。
また、作動スイッチ１６は、余剰電力の大きさが大きくなるほど、電気ヒータ１４の消費電力が大きくなるように、余剰電力の大きさに応じて電気ヒータ１４の消費電力を調整するように構成されている。
【００２４】
前記貯湯ユニット６は、温度成層を形成する状態で湯水を貯湯する貯湯タンク４、貯湯タンク４内の湯水又は熱源用湯水を循環させる湯水・熱源用循環路３３、その湯水・熱源用循環路３３を通して貯湯タンク４内の湯水を循環させると共に、熱源用湯水を循環させる湯水・熱源用循環ポンプ３４、熱媒循環路２２を通して熱媒を熱消費端末５に循環供給させる熱媒循環ポンプ２３、熱媒循環路２２を通流する熱媒を加熱させる熱媒加熱用熱交換器２６などを備えて構成されている。
ちなみに、貯湯タンク４内の貯湯量については、貯湯タンク４内に設けられる複数のサーミスタＳの検出情報に基づいて検出するように構成されている。
【００２５】
前記湯水・熱源用循環路３３には、貯湯タンク４の下部と連通する取り出し路３５と貯湯タンク４の上部と連通する貯湯路３６が接続され、貯湯路３６には、貯湯弁３７が設けられている。
そして、湯水・熱源用循環路３３には、取り出し路３５との接続箇所から湯水の循環方向の順に、排熱式熱交換器３８、湯水・熱源用循環ポンプ３４、補助加熱用熱交換器２９、湯水の通流を断続する断続弁３９、熱媒加熱用熱交換器２６が設けられている。
【００２６】
前記排熱式熱交換器３８においては、熱電併給装置３にて発生する熱を回収した冷却水循環路１５の冷却水を通流させることにより、湯水・熱源用循環路３３を通流する湯水を加熱させるように構成されている。
そして、排熱式加熱手段Ｎが、排熱式熱交換器３８により構成されている。
【００２７】
補助加熱手段Ｍが、ファン２７、バーナ２８、補助加熱用熱交換器２９により構成され、その補助加熱手段Ｍは、ファン２７を作動させた状態でのバーナ２８の燃焼により湯水・熱源用循環路３３を通流する湯水を加熱させるように構成されている。
【００２８】
前記熱媒加熱用熱交換器２６においては、排熱式熱交換器３８や補助加熱用熱交換器２９にて加熱された熱源用湯水を通流させることにより、熱媒循環路２２を通流する熱媒を加熱させるように構成されている。
前記熱消費端末５は、床暖房装置や浴室暖房装置などの暖房端末にて構成されている。
【００２９】
また、貯湯タンク４から貯湯タンク４の上部と連通する給湯路５０に取り出した湯水を給湯するときの給湯熱負荷を計測する給湯負荷計測手段３１が設けられ、熱消費端末５での暖房熱負荷を計測する暖房熱負荷計測手段３２も設けられている。
【００３０】
まず、運転制御部７による熱電併給装置３の計画運転操作について説明を加える。
前記運転制御部７は、実際の使用状況に基づいて、１日分の過去負荷データを曜日と対応付ける状態で更新して記憶するデータ更新処理を行い、日付が変わるごとに、記憶されている１日分の過去負荷データから、その日１日分の予測負荷データを求める予測負荷演算処理を行うように構成されている。
そして、運転制御部７は、その日１日分の予測負荷データを求めた状態で、単位時間である１時間が経過するごとに、予測負荷データから、熱電併給装置３を運転させるか否かの基準となる省エネ度基準値を求める省エネ度基準値演算処理を行うと共に、その省エネ度基準値演算処理にて求められた省エネ度基準値よりも現時点での実省エネ度が上回っているか否かによって、熱電併給装置３の運転の可否を判別する運転可否判別処理を行うように構成されている。
【００３１】
このようにして、運転制御部７は、運転可否判別処理において、熱電併給装置３の運転が可と判別されると、その時点から１時間先までの単位時間を、熱電併給装置３を運転させる運転用時間帯として設定して、その運転用時間帯に熱電併給装置３を運転させ、熱電併給装置３の運転が不可と判別されると、熱電併給装置３の運転を停止させるように構成されている。
【００３２】
そして、運転制御部７は、運転用時間帯において、貯湯タンク４内の貯湯量が満杯となると、熱電併給装置３の運転を開始してからの運転継続時間が設定時間（例えば、１時間）以上である場合には、熱電併給装置３の運転を停止させ、運転継続時間が設定時間（例えば、１時間）未満である場合には、貯湯タンク４内の貯湯量が満杯となっても、運転継続時間が設定時間（例えば、１時間）以上となるまで熱電併給装置３の運転を継続させるように構成されている。
【００３３】
前記データ更新処理について説明を加えると、１日のうちのどの時間帯にどれだけの電力負荷、熱負荷としての給湯熱負荷と暖房熱負荷があったかの１日分の過去負荷データを曜日と対応付ける状態で更新して記憶するように構成されている。
【００３４】
まず、過去負荷データについて説明すると、過去負荷データは、電力負荷データ、給湯熱負荷データ、暖房熱負荷データの３種類の負荷データからなり、図３に示すように、１日分の過去負荷データが日曜日から土曜日までの曜日ごとに区分けした状態で記憶するように構成されている。
そして、１日分の過去負荷データは、２４時間のうち１時間を単位時間として、単位時間当たりの電力負荷データの２４個、単位時間当たりの給湯熱負荷データの２４個、及び、単位時間当たりの暖房熱負荷データの２４個から構成されている。
【００３５】
上述のような過去負荷データを更新する構成について説明を加えると、実際の使用状況から、単位時間当たりの電力負荷、給湯熱負荷、及び、暖房熱負荷の夫々を、電力負荷計測手段１３、給湯熱負荷計測手段３１、及び、暖房熱負荷計測手段３２にて計測し、その計測した負荷データを記憶する状態で１日分の実負荷データを曜日と対応付けて記憶させる。
そして、１日分の実負荷データが１週間分記憶されると、曜日ごとに、過去負荷データと実負荷データとを所定の割合で足し合わせることにより、新しい過去負荷データを求めて、その求めた新しい過去負荷データを記憶して、過去負荷データを更新するように構成されている。
【００３６】
日曜日を例に挙げて具体的に説明すると、図３に示すように、過去負荷データのうち日曜日に対応する過去負荷データＤ１ｍと、実負荷データのうち日曜日に対応する実負荷データＡ１とから、下記の〔数１〕により、日曜日に対応する新しい過去負荷データＤ１（ｍ＋１）が求められ、その求められた過去負荷データＤ１（ｍ＋１）を記憶する。
なお、下記の〔数１〕において、Ｄ１ｍを、日曜日に対応する過去負荷データとし、Ａ１を、日曜日に対応する実負荷データとし、Ｋは、０．７５の定数であり、Ｄ１（ｍ＋１）を、新しい過去負荷データとする。
【００３７】
【数１】
Ｄ１（ｍ＋１）＝（Ｄ１ｍ×Ｋ）＋｛Ａ１×（１−Ｋ）｝
【００３８】
前記予測負荷演算処理について説明を加えると、日付が変わるごとに実行され、その日のどの時間帯にどれだけの電力負荷、給湯熱負荷、暖房熱負荷が予測されているかの１日分の予測負荷データを求めるように構成されている。
すなわち、曜日ごとの７つの過去負荷データのうち、その日の曜日に対応する過去負荷データと前日の実負荷データとを所定の割合で足し合わせることにより、どの時間帯にどれだけの電力負荷、給湯熱負荷、暖房熱負荷が予測されているかのその日１日分の予測負荷データを求めるように構成されている。
【００３９】
月曜日１日分の予測負荷データを求める場合を例に挙げて具体的に説明すると、図３に示すように、曜日ごとの７つの過去負荷データＤ１ｍ〜Ｄ７ｍと曜日ごとの７つの実負荷データＡ１〜Ａ７とが記憶されているので、月曜日に対応する過去負荷データＤ２ｍと、前日の日曜日に対応する実負荷データＡ１とから、下記の〔数２〕により、月曜日の１日分の予測負荷データＢを求める。
そして、１日分の予測負荷データＢは、図４に示すように、１日分の予測電力負荷データ、１日分の予測給湯熱負荷データ、１日分の予測暖房熱負荷データからなり、図４の（イ）は、１日分の予測電力負荷を示しており、図４の（ロ）は、１日分の予測給湯熱負荷を示しており、図４の（ハ）は、１日分の予測暖房熱負荷を示している。
なお、下記の〔数２〕において、Ｄ２ｍを、月曜日に対応する過去負荷データとし、Ａ１を、日曜日に対応する実負荷データとし、Ｑは、０．２５の定数であり、Ｂは、予測負荷データとする。
【００４０】
【数２】
Ｂ＝（Ｄ２ｍ×Ｑ）＋｛Ａ１×（１−Ｑ）｝
【００４１】
前記省エネ度基準値演算処理について説明を加えると、単位時間である１時間が経過するごとに実行され、予測給湯熱負荷データを用いて、現時点から基準値用時間先までの間に必要となる貯湯必要量を賄えるように熱電併給装置３を運転させた場合に、熱電併給装置３を運転させることによって省エネルギー化を実現できる省エネ度基準値を求めるように構成されている。
【００４２】
例えば、単位時間を１時間とし、基準値用時間を１２時間として説明を加えると、まず、予測負荷データによる予測電力負荷、予測給湯熱負荷、及び、予測暖房熱負荷から、下記の〔数３〕により、図５に示すように、熱電併給装置３を運転させた場合の予測省エネ度を１時間ごとに１２時間先までの１２個分を求めると共に、熱電併給装置３を運転させた場合に貯湯タンク３に貯湯することができる予測貯湯量を１時間ごとに１２時間先までの１２個分を求める。
【００４３】
【数３】
省エネ度Ｐ＝｛（ＥＫ１＋ＥＫ２＋ＥＫ３）／熱電併給装置３の必要エネルギー｝×１００
【００４４】
ただし、ＥＫ１は、有効発電出力Ｅ１を変数とする関数であり、ＥＫ２は、Ｅ２を変数とする関数であり、ＥＫ３は、Ｅ３を変数とする関数であり、
熱電併給装置３の必要エネルギー：５．５ｋＷ
（熱電併給装置３を１時間稼動させたときに必要な都市ガス使用量を０．４３３ｍ３とする）
単位電力発電必要エネルギー：２．８ｋＷ
バーナ効率（暖房時）：０．８
バーナ効率（給湯時）：０．９
【００４５】
また、有効発電出力Ｅ１、暖房熱出力Ｅ２、有効貯湯熱出力Ｅ３の夫々は、下記の〔数４〕〜〔数６〕により求められる。
【００４６】
【数４】
Ｅ１＝電力負荷１１での消費電力＝熱電併給装置３の発電電力−（電気ヒータ１４の消費電力＋各種補機の消費電力）
ちなみに、各種補機とは、このコジェネレーションシステムで補助的に用いられる装置や機械であり、冷却水循環ポンプ１７や湯水・熱源用循環ポンプ３４などがこれに該当する。
【００４７】
【数５】
Ｅ２＝熱消費端末５での消費熱量
【００４８】
【数６】
Ｅ３＝（熱電併給装置３にて発生する熱量＋電気ヒータ１４の回収熱量−暖房熱出力Ｅ２）−放熱ロス
ただし、電気ヒータ１４の回収熱量＝電気ヒータ１４の消費電力×ヒータの熱効率とする。
【００４９】
そして、図５に示すように、１時間ごとの予測省エネ度及び予測貯湯量を１２個分求めた状態において、まず、予測給湯熱負荷データから１２時間先までに必要とされている予測必要貯湯量を求め、その予測必要貯湯量から現時点での貯湯タンク４内の貯湯量を引いて、１２時間先までの間に必要となる必要貯湯量を求める。
例えば、予測給湯熱負荷データから１２時間後に９．８ｋＷの給湯熱負荷が予測されていて、現時点での貯湯タンク４内の貯湯量が２．５ｋＷである場合には、１２時間先までの間に必要となる必要貯湯量は７．３ｋＷとなる。
【００５０】
そして、単位時間の予測貯湯量を足し合わせる状態で、その足し合わせた予測貯湯量が必要貯湯量に達するまで、１２個分の単位時間のうち、予測省エネ度の数値が高いものから選択していくようにしている。
【００５１】
説明を加えると、例えば、上述の如く、必要貯湯量が７．３ｋＷである場合には、図５に示すように、まず、予測省エネ度の一番高い７時間先から８時間先までの単位時間を選択し、その単位時間における予測貯湯量を足し合わせる。
次に予測省エネ度の高い６時間先から７時間先までの単位時間を選択し、その単位時間における予測貯湯量を足し合わせて、そのときの足し合わせた予測貯湯量が１．１ｋＷとなる。
また次に予測省エネ度の高い５時間先から６時間先までの単位時間を選択し、その単位時間における予測貯湯量を足し合わせて、そのときの足し合わせた予測貯湯量が４．０ｋＷとなる。
【００５２】
このようにして、予測省エネ度の数値が高いものからの単位時間の選択と予測貯湯量の足し合わせを繰り返していくと、図５に示すように、８時間先から９時間先までの単位時間を選択したときに、足し合わせた予測貯湯量が７．３ｋＷに達する。
そうすると、８時間先から９時間先までの単位時間の省エネ度を省エネ度基準値として設定し、図５に示すものでは、省エネ度基準値が１０６となる。
【００５３】
前記運転可否判別処理について説明を加えると、単位時間である１時間が経過するごとに実行され、現時点での電力負荷、予測給湯熱負荷、及び、現時点での暖房熱負荷から、上記の〔数３〕により、現省エネ度を求める。
そして、その現省エネ度が省エネ度基準値よりも上回ると、熱電併給装置３の運転が可と判別し、現省エネ度が省エネ度基準値以下であると、熱電併給装置３の運転が不可と判別するようにしている。
【００５４】
上記のような運転計画操作により、熱電併給装置３の計画運転を行って貯湯タンク４内に予測給湯熱負荷に応じた必要貯湯量の湯水を蓄えることができる。
【００５５】
次に、運転制御部７による貯湯運転、熱媒供給運転、及び、給湯運転について説明を加える。
前記貯湯運転は、湯水・熱源用循環ポンプ３４を作動させることにより、貯湯タンク４の下部から湯水を湯水・熱源用循環路３３に取り出し、その湯水を、排熱式熱交換器３８を通過させて貯湯用設定温度に加熱したのち、貯湯タンク４の上部に戻して、貯湯タンク４内に貯湯用設定温度の湯水を貯湯するようにしている。
そして、排熱式熱交換器３８を通過した湯水の温度が貯湯設定温度になるように、貯湯弁３７と断続弁３９の開度を調整するように構成されている。
【００５６】
前記熱媒供給運転は、貯湯弁３７を閉弁しかつ断続弁３９を開弁する状態で湯水・熱源用循環ポンプ３４を作動させることにより、排熱式熱交換器３８と補助加熱用熱交換器２９との少なくとも一方にて熱源用湯水を加熱させて、その加熱された熱源用湯水を、熱媒加熱用熱交換器２６を通過する状態で循環させ、熱媒加熱用熱交換器２６において熱源用湯水により加熱される熱媒を熱消費端末５に循環供給するようにしている。
【００５７】
前記熱源用湯水の加熱については、熱電併給装置３の運転中である場合には、冷却水循環ポンプ１７の作動により、排熱式熱交換器３８において熱源用湯水を加熱させるように構成されている。
そして、排熱式用熱交換器３８における加熱量よりも熱消費端末５で要求されている現暖房熱負荷の方が小さい場合には、熱消費端末５で要求されている暖房熱負荷を賄いながら、貯湯タンク４内への貯湯を行うように、貯湯弁３７の開度を調整するように構成されている。
また、熱電併給装置３からの冷却水だけでは熱消費端末５で要求されている現暖房熱負荷を賄えない場合や、熱電併給装置３の非運転中の場合には、補助加熱手段Ｍを加熱状態で作動させることにより、補助加熱用熱交換器２９において熱源用湯水を加熱させるように構成されている。
【００５８】
また、運転制御部７は、貯湯タンク４内の貯湯量が満杯でかつ熱消費端末５にて熱が要求されておらず、しかも、熱電併給装置３にて熱を発生している状態であると、熱電併給装置３にて発生する熱を放熱する放熱運転を行うように構成されている。
即ち、前記放熱運転においては、貯湯弁３７を閉弁しかつ断続弁３９を開弁する状態で湯水・熱源用循環ポンプ３４を作動させることにより、排熱式熱交換器３８において冷却水により熱源用湯水を加熱させ、補助加熱用熱交換器２９において、排熱式熱交換器３８において加熱された熱源用湯水から熱を放熱させる。
【００５９】
前記給湯運転は、断続弁３９を閉弁した状態で、貯湯タンク４から給湯路５０を通じて湯水を、給湯栓や浴槽内等の湯水消費部Ｋに給湯するようにしている。
また、運転制御部７は、この給湯運転時等に、サーミスタＳの検出情報に基づいて検出した貯湯タンク４の貯湯量が、予め設定されている最低確報貯湯量以下となった場合には、バックアップ加熱操作を実行して、補助加熱手段Ｍの運転を開始し、貯湯運転により、貯湯タンク４内への貯湯を開始する。
【００６０】
更に、運転制御部７は、上記バックアップ加熱操作において、上記湯水消費部Ｋにおける湯水消費停止時以降にも、適宜、上記補助加熱手段Ｍの運転を保持し、貯湯タンク４内に１０Ｌ等に設定した余剰量の湯水が蓄えられてから、上記補助加熱手段Ｍの運転を停止するように構成されている。即ち、湯水消費部Ｋの湯水消費が断続的に行われても、補助加熱手段Ｍを継続して運転することができ、補助加熱手段Ｍの断続的な運転による運転効率低下を回避することができる。
【００６１】
更に、運転制御部７は、上記バックアップ加熱操作を実行して貯湯タンク４内に蓄える湯水の余剰量を、その湯水消費停止時以降の所定期間内の予測熱負荷としての予測給湯負荷に基づいて決定することができる。
【００６２】
具体的には、運転制御部７は、バックアップ加熱操作において、湯水消費部Ｋの湯水消費が停止されたことを、給湯熱負荷計測手段３１により認識したときに、前述の予測給湯熱負荷データを参照し、例えば１０分後までの所定期間内の予測給湯負荷が存在するか否かを判定する。
そして、上記所定期間内に予測給湯熱負荷が存在した場合には、上記余剰量を例えば１０Ｌ等に決定し、逆に、上記所定期間内に予測給湯熱負荷が存在しなかった場合には、上記余剰量を例えば０Ｌ等に決定することで、貯湯タンク４内の湯水が無駄なく消費され、全体の運転効率が一層向上される。
【００６３】
また、上記余剰量を、所定期間内の予測給湯負荷に応じて決定する場合には、余剰量を、予測給湯負荷を賄う湯水量に決定しても構わない。
【００６４】
〔別実施の形態〕
〈１〉上記実施の形態では、補助加熱手段Ｍの断続的な運転を一層回避するために、バックアップ加熱操作に用いられる余剰量を予測熱負荷に応じて設定したが、別に、上記余剰量を補助加熱手段Ｍの運転状態に基づいて設定しても構わない。
即ち、運転制御部７を、上記バックアップ加熱操作を実行した場合に、補助加熱手段Ｍが停止時以降の１０分間等の所定期間内に、補助加熱手段Ｍの運転が再開される瞬時再開状態を検出するように構成する。そして、初期の余剰量を、初期においては０Ｌ又は小さめの量に設定しておき、バックアップ加熱操作を実行して、上記瞬時再開状態が１又は２以上の所定回数連続して検出された場合には、上記余剰量を例えば１０Ｌ増加させて設定することで、補助加熱手段Ｍの断続的な運転を回避することができる。
【００６５】
〈２〉上記実施の形態では、本発明に係る熱源システムをコジェネレーションシステムに適用した例を説明したが、別に、本発明に係る熱源システムは、特に電力を発生せずに、ガスバーナ、ヒートポンプ式加熱器、又は、電気ヒータ等の主加熱手段を例えば計画運転させ、その主加熱手段にて生成した湯水を貯湯タンク内に蓄え、その貯湯タンク内に蓄えられた湯水を、給湯栓や浴槽内等の湯水消費部に供給するように構成された熱源システムとして構成することができ、この場合、バックアップ加熱操作において作動される加熱手段を、上記主加熱手段としても、別に設けられた補助加熱手段としても構わない。
【００６６】
〈３〉上記実施の形態では、バックアップ加熱操作において、貯湯タンク４内に蓄える湯水の余剰量を、その湯水消費停止時からの所定期間内の予測給湯負荷に基づいて決定したが、別に、上記余剰量を予測給湯負荷に関係なく１０Ｌ等の一定に設定しても構わない。
【００６７】
【発明の効果】
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態におけるコジェネレーションシステムの概略図
【図２】コジェネレーションシステムのブロック図
【図３】データ更新処理における説明図
【図４】１日分の予測負荷を示すグラフ
【図５】省エネ度基準値演算処理における説明図
【符号の説明】
３：熱電併給装置
４：貯湯タンク
６：貯湯ユニット
７：運転制御部
１３：電力負荷計測手段
２８：バーナ
２９：補助加熱用熱交換器
３１：給湯負荷計測手段
３２：暖房熱負荷計測手段
Ｎ：排熱式加熱手段
Ｍ：補助加熱手段
Ｋ：湯水消費部
【発明の属する技術分野】
本発明は、加熱手段にて生成した湯水を蓄え、前記蓄えた湯水が湯水消費部で消費される貯湯タンクを備え、前記湯水消費部による湯水消費時に前記貯湯タンク内の湯水が不足すると前記加熱手段の運転を開始するバックアップ加熱操作を実行する運転制御手段とを備えた熱源システム、特に、上記加熱手段として、計画運転する熱電併給装置が発生する熱により湯水を生成する排熱式加熱手段と、前記バックアップ運転操作において運転されてバーナが発生した熱により湯水を生成する補助加熱手段とを備えたコジェネレーションシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記のような熱源システムは、過去の熱負荷等に基づいてガスバーナ、ヒートポンプ式加熱器、又は、電気ヒータ等の加熱手段を計画運転させ、その加熱手段にて生成した湯水を貯湯タンク内に蓄え、その貯湯タンク内に蓄えられた湯水を、給湯栓や浴槽内等の湯水消費部に供給するように構成される。
【０００３】
また、熱源システムとしてのコジェネレーションシステムは、ガスエンジンと発電機とを組み合わせたものや燃料電池などから構成された熱電併給装置を、過去の電力負荷及び熱負荷等の負荷データに基づいて計画運転させ、排熱式加熱手段により計画運転時に熱電併給装置が発生した熱により湯水を生成し、その湯水を貯湯タンク内に蓄えるように構成されている。
【０００４】
上記熱源システム、特に、コジェネレーションシステムは、運転制御手段により、湯水消費部による湯水消費時に貯湯タンク内の湯水が不足する、言い換えれば、貯湯タンク内の貯湯量が予め設定されている最低確保貯湯量以下となると、上記加熱手段、特に、バーナや電気ヒータ等からなる補助加熱手段の運転を行い、湯水消費部で消費される温度を要求される要求温度に加熱するバックアップ加熱操作を実行するように構成する場合がある。
そして、このバックアップ加熱操作において、上記補助加熱手段は、上記湯水消費部による湯水消費停止時に、運転が停止される（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−２４８９１０号公報（［００３７］等）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、熱源システムにおいて、給湯時等の湯水消費時に貯湯タンク内の貯湯量が最低確保貯湯量以下となったときに、加熱手段、特に、補助加熱手段の運転を開始し、湯水消費停止時、又は、貯湯タンク内の貯湯量が最低確保貯湯量に達したときに、補助加熱手段を停止するように構成することで、貯湯タンク内の貯湯量が不足しているときに湯水消費部による湯水消費が断続的に繰り返し行われることによって、補助加熱手段等が断続的に繰り返し運転されることになり、補助加熱手段の運転効率が低下することがある。
【０００７】
特に、コジェネレーションシステムにおいて、計画運転時に熱電併給装置の排熱式加熱手段により生成された湯水が蓄えられた貯湯タンク内の貯湯量が、湯水消費部により消費される湯水量と同等であった場合には、全体の運転効率を比較的高いものとすることができるが、貯湯タンク内の湯水が一旦不足した時点以降には、補助加熱手段が上記のように断続的に運転される可能性が高く、計画運転による運転効率向上分が相殺されてしまうことがある。
【０００８】
従って、本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、貯湯タンクを備えたコジェネレーションシステム等の熱源システムにおいて、補助加熱手段等からなる加熱手段の断続的な運転を回避して、コジェネレーションシステムの運転効率向上を図る点にある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するための本発明に係る熱源システムの第一特徴構成は、加熱手段にて生成した湯水を蓄え、前記蓄えた湯水が湯水消費部で消費される貯湯タンクを備え、前記湯水消費部による湯水消費時に前記貯湯タンク内の湯水が不足すると前記加熱手段の運転を開始するバックアップ加熱操作を実行する運転制御手段とを備えた熱源システムであって、
前記運転制御手段が、バックアップ加熱操作において、前記湯水消費部による湯水消費停止時以降に、前記貯湯タンク内に所定の余剰量の湯水が蓄えられてから、前記加熱手段の運転を停止するように構成されている点にある。
【００１０】
即ち、上記第一特徴構成によれば、上記湯水消費部による湯水消費時に貯湯タンク内の湯水が不足すると、即ち、貯湯タンク内の貯湯量が予め設定される最低確保貯湯量以下となると、上記運転制御手段は上記バックアップ加熱操作を実行して、熱源併給装置の排熱式加熱手段やバーナ等の加熱手段の運転を開始するのであるが、このバックアップ加熱操作においては、上記加熱手段の運転を、湯水消費部による湯水消費停止時に停止するのではなく、その湯水消費停止時以降においても、貯湯タンク内に上記最低確保貯湯量に加えて所定の余剰量の湯水が蓄えられるまで継続させるので、加熱手段の運転停止直後に、湯水消費部による湯水消費が再開されても、その余剰量の湯水が消費されるまで加熱手段を働かせる必要がなく、加熱手段の断続的な運転を回避することができ、全体の運転効率向上を図ることができる。
【００１１】
本発明に係る熱源システムの第二特徴構成は、上記第一特徴構成に加えて、前記運転制御手段が、前記加熱手段の計画運転を行って前記貯湯タンク内に予測熱負荷に対応する湯水を蓄える計画運転操作を実行するように構成されている点にある。
【００１２】
即ち、上記第二特徴構成によれば、運転制御手段により、加熱手段を計画運転して、湯水消費部における予測熱負荷を賄うための湯水を貯湯タンク内に蓄える場合において、その貯湯タンク内に予め蓄えられた貯湯量が不足した場合にも、前述したように、加熱手段の断続的な運転を回避することができ、全体の運転効率低下を抑制することができる。
【００１３】
本発明に係る熱源システムの第三特徴構成は、上記第二特徴構成に加えて、前記運転制御手段が、前記バックアップ加熱操作において、湯水消費停止時以降の所定期間内における前記予測熱負荷に応じて、前記余剰量を決定する点にある。
【００１４】
即ち、上記第三特徴構成によれば、バックアップ加熱操作において、湯水消費停止時以降の所定期間内に、上記加熱手段の計画運転に用いた予測熱負荷を参照し、加熱手段の運転を保持して貯湯タンク内に蓄える湯水の量である余剰量を、上記所定期間内の予測熱負荷に応じて決定することで、予測熱負荷にあった量の湯水が貯湯タンク内に蓄えられることになり、加熱手段の断続的な運転を回避すると共に、貯湯タンク内の湯水を無駄なく消費して、全体の運転効率を一層向上することができる。
また、上記所定期間内の予測熱負荷が０即ち存在しない場合には、上記余剰量を０に決定して、上記湯水消費部の湯水消費停止時に加熱手段を停止することもできる。
【００１５】
本発明に係る熱源システムの第四特徴構成は、上記第一乃至第三特徴構成に加えて、前記運転制御手段が、前記バックアップ加熱操作において前記加熱手段の停止時以降の所定期間内において前記加熱手段の運転が再開される瞬時再開状態を検出し、前記瞬時再開状態を所定回数連続して検出したときに、前記余剰量を増加させて設定する点にある。
【００１６】
即ち、上記第四特徴構成によれば、上記余剰量を例えば０又は少量に設定してバックアップ加熱操作を実行した場合に、加熱手段が停止時以降の所定期間内に加熱手段の運転が再開される瞬時再開状態が１又は２以上の所定回数連続して検出した場合には、更に上記余剰量を増加させて設定することで、上記瞬時再開状態が連続して検出される頻度が少なくなり、即ち、加熱手段の断続的な運転を、湯水消費状態に応じて適切に回避して、運転効率の低下を一層回避することができる。
【００１７】
本発明に係る熱源システムの第五特徴構成は、上記第一乃至第四特徴構成に加えて、前記加熱手段が、計画運転する熱電併給装置が発生する熱により湯水を生成する排熱式加熱手段と、前記バックアップ運転操作において運転されてバーナが発生した熱により湯水を生成する補助加熱手段とからなる点にある。
【００１８】
即ち、上記第五特徴構成によれば、加熱手段として上記熱電併給設備の排熱式加熱手段と補助加熱手段とを有する所謂コジェネレーションシステムとして本発明の熱源システムを構成する場合にも、補助加熱手段の断続的な運転を回避して、コジェネレーションシステムの運転効率向上を図ることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明に係る熱源システムをコジェネレーションシステムに適応させた例を図面に基づいて説明する。
【００２０】
このコジェネレーションシステムは、図１及び図２に示すように、ガスエンジン１によって発電装置２を駆動するように構成された熱電併給装置３と、その熱電併給装置３にて発生する熱を利用しながら、貯湯タンク４への貯湯及び熱消費端末５への熱媒供給を行う貯湯ユニット６と、熱電併給装置３及び貯湯ユニット６の運転を制御する運転制御手段としての運転制御部７などから構成されている。
【００２１】
前記発電装置２の出力側には、系統連係用のインバータ８が設けられ、そのインバータ８は、発電装置２の出力電力を商用系統９から供給される電力と同じ電圧及び同じ周波数にするように構成されている。
前記商用系統９は、例えば、単相３線式１００／２００Ｖであり、商業用電力供給ライン１０を介して、テレビ、冷蔵庫、洗濯機などの電力負荷１１に電気的に接続されている。
また、インバータ８は、コージェネ用供給ライン１２を介して商業用電力供給ライン１０に電気的に接続され、発電装置２からの発電電力がインバータ８及びコージェネ用供給ライン１２を介して電気負荷１１に供給するように構成されている。
【００２２】
前記商業用電力供給ライン１０には、電力負荷１１の負荷電力を計測する電力負荷計測手段１３が設けられ、この電力負荷計測手段１３は、商業用電力供給ライン１０を通して流れる電流に逆潮流が発生するか否かをも検出するように構成されている。
そして、逆潮流が生じないように、インバータ８により発電装置２から商業用電力供給ライン１０に供給される電力が制御され、発電電力の余剰電力は、その余剰電力を熱に代えて回収する電気ヒータ１４に供給されるように構成されている。
【００２３】
前記電気ヒータ１４は、複数の電気ヒータから構成され、冷却水循環ポンプ１７の作動により冷却水循環路１５を通流するガスエンジン１の冷却水を加熱するように設けられ、発電装置２の出力側に接続された作動スイッチ１６によりＯＮ／ＯＦＦが切り換えられている。
また、作動スイッチ１６は、余剰電力の大きさが大きくなるほど、電気ヒータ１４の消費電力が大きくなるように、余剰電力の大きさに応じて電気ヒータ１４の消費電力を調整するように構成されている。
【００２４】
前記貯湯ユニット６は、温度成層を形成する状態で湯水を貯湯する貯湯タンク４、貯湯タンク４内の湯水又は熱源用湯水を循環させる湯水・熱源用循環路３３、その湯水・熱源用循環路３３を通して貯湯タンク４内の湯水を循環させると共に、熱源用湯水を循環させる湯水・熱源用循環ポンプ３４、熱媒循環路２２を通して熱媒を熱消費端末５に循環供給させる熱媒循環ポンプ２３、熱媒循環路２２を通流する熱媒を加熱させる熱媒加熱用熱交換器２６などを備えて構成されている。
ちなみに、貯湯タンク４内の貯湯量については、貯湯タンク４内に設けられる複数のサーミスタＳの検出情報に基づいて検出するように構成されている。
【００２５】
前記湯水・熱源用循環路３３には、貯湯タンク４の下部と連通する取り出し路３５と貯湯タンク４の上部と連通する貯湯路３６が接続され、貯湯路３６には、貯湯弁３７が設けられている。
そして、湯水・熱源用循環路３３には、取り出し路３５との接続箇所から湯水の循環方向の順に、排熱式熱交換器３８、湯水・熱源用循環ポンプ３４、補助加熱用熱交換器２９、湯水の通流を断続する断続弁３９、熱媒加熱用熱交換器２６が設けられている。
【００２６】
前記排熱式熱交換器３８においては、熱電併給装置３にて発生する熱を回収した冷却水循環路１５の冷却水を通流させることにより、湯水・熱源用循環路３３を通流する湯水を加熱させるように構成されている。
そして、排熱式加熱手段Ｎが、排熱式熱交換器３８により構成されている。
【００２７】
補助加熱手段Ｍが、ファン２７、バーナ２８、補助加熱用熱交換器２９により構成され、その補助加熱手段Ｍは、ファン２７を作動させた状態でのバーナ２８の燃焼により湯水・熱源用循環路３３を通流する湯水を加熱させるように構成されている。
【００２８】
前記熱媒加熱用熱交換器２６においては、排熱式熱交換器３８や補助加熱用熱交換器２９にて加熱された熱源用湯水を通流させることにより、熱媒循環路２２を通流する熱媒を加熱させるように構成されている。
前記熱消費端末５は、床暖房装置や浴室暖房装置などの暖房端末にて構成されている。
【００２９】
また、貯湯タンク４から貯湯タンク４の上部と連通する給湯路５０に取り出した湯水を給湯するときの給湯熱負荷を計測する給湯負荷計測手段３１が設けられ、熱消費端末５での暖房熱負荷を計測する暖房熱負荷計測手段３２も設けられている。
【００３０】
まず、運転制御部７による熱電併給装置３の計画運転操作について説明を加える。
前記運転制御部７は、実際の使用状況に基づいて、１日分の過去負荷データを曜日と対応付ける状態で更新して記憶するデータ更新処理を行い、日付が変わるごとに、記憶されている１日分の過去負荷データから、その日１日分の予測負荷データを求める予測負荷演算処理を行うように構成されている。
そして、運転制御部７は、その日１日分の予測負荷データを求めた状態で、単位時間である１時間が経過するごとに、予測負荷データから、熱電併給装置３を運転させるか否かの基準となる省エネ度基準値を求める省エネ度基準値演算処理を行うと共に、その省エネ度基準値演算処理にて求められた省エネ度基準値よりも現時点での実省エネ度が上回っているか否かによって、熱電併給装置３の運転の可否を判別する運転可否判別処理を行うように構成されている。
【００３１】
このようにして、運転制御部７は、運転可否判別処理において、熱電併給装置３の運転が可と判別されると、その時点から１時間先までの単位時間を、熱電併給装置３を運転させる運転用時間帯として設定して、その運転用時間帯に熱電併給装置３を運転させ、熱電併給装置３の運転が不可と判別されると、熱電併給装置３の運転を停止させるように構成されている。
【００３２】
そして、運転制御部７は、運転用時間帯において、貯湯タンク４内の貯湯量が満杯となると、熱電併給装置３の運転を開始してからの運転継続時間が設定時間（例えば、１時間）以上である場合には、熱電併給装置３の運転を停止させ、運転継続時間が設定時間（例えば、１時間）未満である場合には、貯湯タンク４内の貯湯量が満杯となっても、運転継続時間が設定時間（例えば、１時間）以上となるまで熱電併給装置３の運転を継続させるように構成されている。
【００３３】
前記データ更新処理について説明を加えると、１日のうちのどの時間帯にどれだけの電力負荷、熱負荷としての給湯熱負荷と暖房熱負荷があったかの１日分の過去負荷データを曜日と対応付ける状態で更新して記憶するように構成されている。
【００３４】
まず、過去負荷データについて説明すると、過去負荷データは、電力負荷データ、給湯熱負荷データ、暖房熱負荷データの３種類の負荷データからなり、図３に示すように、１日分の過去負荷データが日曜日から土曜日までの曜日ごとに区分けした状態で記憶するように構成されている。
そして、１日分の過去負荷データは、２４時間のうち１時間を単位時間として、単位時間当たりの電力負荷データの２４個、単位時間当たりの給湯熱負荷データの２４個、及び、単位時間当たりの暖房熱負荷データの２４個から構成されている。
【００３５】
上述のような過去負荷データを更新する構成について説明を加えると、実際の使用状況から、単位時間当たりの電力負荷、給湯熱負荷、及び、暖房熱負荷の夫々を、電力負荷計測手段１３、給湯熱負荷計測手段３１、及び、暖房熱負荷計測手段３２にて計測し、その計測した負荷データを記憶する状態で１日分の実負荷データを曜日と対応付けて記憶させる。
そして、１日分の実負荷データが１週間分記憶されると、曜日ごとに、過去負荷データと実負荷データとを所定の割合で足し合わせることにより、新しい過去負荷データを求めて、その求めた新しい過去負荷データを記憶して、過去負荷データを更新するように構成されている。
【００３６】
日曜日を例に挙げて具体的に説明すると、図３に示すように、過去負荷データのうち日曜日に対応する過去負荷データＤ１ｍと、実負荷データのうち日曜日に対応する実負荷データＡ１とから、下記の〔数１〕により、日曜日に対応する新しい過去負荷データＤ１（ｍ＋１）が求められ、その求められた過去負荷データＤ１（ｍ＋１）を記憶する。
なお、下記の〔数１〕において、Ｄ１ｍを、日曜日に対応する過去負荷データとし、Ａ１を、日曜日に対応する実負荷データとし、Ｋは、０．７５の定数であり、Ｄ１（ｍ＋１）を、新しい過去負荷データとする。
【００３７】
【数１】
Ｄ１（ｍ＋１）＝（Ｄ１ｍ×Ｋ）＋｛Ａ１×（１−Ｋ）｝
【００３８】
前記予測負荷演算処理について説明を加えると、日付が変わるごとに実行され、その日のどの時間帯にどれだけの電力負荷、給湯熱負荷、暖房熱負荷が予測されているかの１日分の予測負荷データを求めるように構成されている。
すなわち、曜日ごとの７つの過去負荷データのうち、その日の曜日に対応する過去負荷データと前日の実負荷データとを所定の割合で足し合わせることにより、どの時間帯にどれだけの電力負荷、給湯熱負荷、暖房熱負荷が予測されているかのその日１日分の予測負荷データを求めるように構成されている。
【００３９】
月曜日１日分の予測負荷データを求める場合を例に挙げて具体的に説明すると、図３に示すように、曜日ごとの７つの過去負荷データＤ１ｍ〜Ｄ７ｍと曜日ごとの７つの実負荷データＡ１〜Ａ７とが記憶されているので、月曜日に対応する過去負荷データＤ２ｍと、前日の日曜日に対応する実負荷データＡ１とから、下記の〔数２〕により、月曜日の１日分の予測負荷データＢを求める。
そして、１日分の予測負荷データＢは、図４に示すように、１日分の予測電力負荷データ、１日分の予測給湯熱負荷データ、１日分の予測暖房熱負荷データからなり、図４の（イ）は、１日分の予測電力負荷を示しており、図４の（ロ）は、１日分の予測給湯熱負荷を示しており、図４の（ハ）は、１日分の予測暖房熱負荷を示している。
なお、下記の〔数２〕において、Ｄ２ｍを、月曜日に対応する過去負荷データとし、Ａ１を、日曜日に対応する実負荷データとし、Ｑは、０．２５の定数であり、Ｂは、予測負荷データとする。
【００４０】
【数２】
Ｂ＝（Ｄ２ｍ×Ｑ）＋｛Ａ１×（１−Ｑ）｝
【００４１】
前記省エネ度基準値演算処理について説明を加えると、単位時間である１時間が経過するごとに実行され、予測給湯熱負荷データを用いて、現時点から基準値用時間先までの間に必要となる貯湯必要量を賄えるように熱電併給装置３を運転させた場合に、熱電併給装置３を運転させることによって省エネルギー化を実現できる省エネ度基準値を求めるように構成されている。
【００４２】
例えば、単位時間を１時間とし、基準値用時間を１２時間として説明を加えると、まず、予測負荷データによる予測電力負荷、予測給湯熱負荷、及び、予測暖房熱負荷から、下記の〔数３〕により、図５に示すように、熱電併給装置３を運転させた場合の予測省エネ度を１時間ごとに１２時間先までの１２個分を求めると共に、熱電併給装置３を運転させた場合に貯湯タンク３に貯湯することができる予測貯湯量を１時間ごとに１２時間先までの１２個分を求める。
【００４３】
【数３】
省エネ度Ｐ＝｛（ＥＫ１＋ＥＫ２＋ＥＫ３）／熱電併給装置３の必要エネルギー｝×１００
【００４４】
ただし、ＥＫ１は、有効発電出力Ｅ１を変数とする関数であり、ＥＫ２は、Ｅ２を変数とする関数であり、ＥＫ３は、Ｅ３を変数とする関数であり、
（熱電併給装置３を１時間稼動させたときに必要な都市ガス使用量を０．４３３ｍ３とする）
単位電力発電必要エネルギー：２．８ｋＷ
バーナ効率（暖房時）：０．８
バーナ効率（給湯時）：０．９
【００４５】
また、有効発電出力Ｅ１、暖房熱出力Ｅ２、有効貯湯熱出力Ｅ３の夫々は、下記の〔数４〕〜〔数６〕により求められる。
【００４６】
【数４】
Ｅ１＝電力負荷１１での消費電力＝熱電併給装置３の発電電力−（電気ヒータ１４の消費電力＋各種補機の消費電力）
ちなみに、各種補機とは、このコジェネレーションシステムで補助的に用いられる装置や機械であり、冷却水循環ポンプ１７や湯水・熱源用循環ポンプ３４などがこれに該当する。
【００４７】
【数５】
Ｅ２＝熱消費端末５での消費熱量
【００４８】
【数６】
Ｅ３＝（熱電併給装置３にて発生する熱量＋電気ヒータ１４の回収熱量−暖房熱出力Ｅ２）−放熱ロス
ただし、電気ヒータ１４の回収熱量＝電気ヒータ１４の消費電力×ヒータの熱効率とする。
【００４９】
そして、図５に示すように、１時間ごとの予測省エネ度及び予測貯湯量を１２個分求めた状態において、まず、予測給湯熱負荷データから１２時間先までに必要とされている予測必要貯湯量を求め、その予測必要貯湯量から現時点での貯湯タンク４内の貯湯量を引いて、１２時間先までの間に必要となる必要貯湯量を求める。
例えば、予測給湯熱負荷データから１２時間後に９．８ｋＷの給湯熱負荷が予測されていて、現時点での貯湯タンク４内の貯湯量が２．５ｋＷである場合には、１２時間先までの間に必要となる必要貯湯量は７．３ｋＷとなる。
【００５０】
そして、単位時間の予測貯湯量を足し合わせる状態で、その足し合わせた予測貯湯量が必要貯湯量に達するまで、１２個分の単位時間のうち、予測省エネ度の数値が高いものから選択していくようにしている。
【００５１】
説明を加えると、例えば、上述の如く、必要貯湯量が７．３ｋＷである場合には、図５に示すように、まず、予測省エネ度の一番高い７時間先から８時間先までの単位時間を選択し、その単位時間における予測貯湯量を足し合わせる。
次に予測省エネ度の高い６時間先から７時間先までの単位時間を選択し、その単位時間における予測貯湯量を足し合わせて、そのときの足し合わせた予測貯湯量が１．１ｋＷとなる。
また次に予測省エネ度の高い５時間先から６時間先までの単位時間を選択し、その単位時間における予測貯湯量を足し合わせて、そのときの足し合わせた予測貯湯量が４．０ｋＷとなる。
【００５２】
このようにして、予測省エネ度の数値が高いものからの単位時間の選択と予測貯湯量の足し合わせを繰り返していくと、図５に示すように、８時間先から９時間先までの単位時間を選択したときに、足し合わせた予測貯湯量が７．３ｋＷに達する。
そうすると、８時間先から９時間先までの単位時間の省エネ度を省エネ度基準値として設定し、図５に示すものでは、省エネ度基準値が１０６となる。
【００５３】
前記運転可否判別処理について説明を加えると、単位時間である１時間が経過するごとに実行され、現時点での電力負荷、予測給湯熱負荷、及び、現時点での暖房熱負荷から、上記の〔数３〕により、現省エネ度を求める。
そして、その現省エネ度が省エネ度基準値よりも上回ると、熱電併給装置３の運転が可と判別し、現省エネ度が省エネ度基準値以下であると、熱電併給装置３の運転が不可と判別するようにしている。
【００５４】
上記のような運転計画操作により、熱電併給装置３の計画運転を行って貯湯タンク４内に予測給湯熱負荷に応じた必要貯湯量の湯水を蓄えることができる。
【００５５】
次に、運転制御部７による貯湯運転、熱媒供給運転、及び、給湯運転について説明を加える。
前記貯湯運転は、湯水・熱源用循環ポンプ３４を作動させることにより、貯湯タンク４の下部から湯水を湯水・熱源用循環路３３に取り出し、その湯水を、排熱式熱交換器３８を通過させて貯湯用設定温度に加熱したのち、貯湯タンク４の上部に戻して、貯湯タンク４内に貯湯用設定温度の湯水を貯湯するようにしている。
そして、排熱式熱交換器３８を通過した湯水の温度が貯湯設定温度になるように、貯湯弁３７と断続弁３９の開度を調整するように構成されている。
【００５６】
前記熱媒供給運転は、貯湯弁３７を閉弁しかつ断続弁３９を開弁する状態で湯水・熱源用循環ポンプ３４を作動させることにより、排熱式熱交換器３８と補助加熱用熱交換器２９との少なくとも一方にて熱源用湯水を加熱させて、その加熱された熱源用湯水を、熱媒加熱用熱交換器２６を通過する状態で循環させ、熱媒加熱用熱交換器２６において熱源用湯水により加熱される熱媒を熱消費端末５に循環供給するようにしている。
【００５７】
前記熱源用湯水の加熱については、熱電併給装置３の運転中である場合には、冷却水循環ポンプ１７の作動により、排熱式熱交換器３８において熱源用湯水を加熱させるように構成されている。
そして、排熱式用熱交換器３８における加熱量よりも熱消費端末５で要求されている現暖房熱負荷の方が小さい場合には、熱消費端末５で要求されている暖房熱負荷を賄いながら、貯湯タンク４内への貯湯を行うように、貯湯弁３７の開度を調整するように構成されている。
また、熱電併給装置３からの冷却水だけでは熱消費端末５で要求されている現暖房熱負荷を賄えない場合や、熱電併給装置３の非運転中の場合には、補助加熱手段Ｍを加熱状態で作動させることにより、補助加熱用熱交換器２９において熱源用湯水を加熱させるように構成されている。
【００５８】
また、運転制御部７は、貯湯タンク４内の貯湯量が満杯でかつ熱消費端末５にて熱が要求されておらず、しかも、熱電併給装置３にて熱を発生している状態であると、熱電併給装置３にて発生する熱を放熱する放熱運転を行うように構成されている。
即ち、前記放熱運転においては、貯湯弁３７を閉弁しかつ断続弁３９を開弁する状態で湯水・熱源用循環ポンプ３４を作動させることにより、排熱式熱交換器３８において冷却水により熱源用湯水を加熱させ、補助加熱用熱交換器２９において、排熱式熱交換器３８において加熱された熱源用湯水から熱を放熱させる。
【００５９】
前記給湯運転は、断続弁３９を閉弁した状態で、貯湯タンク４から給湯路５０を通じて湯水を、給湯栓や浴槽内等の湯水消費部Ｋに給湯するようにしている。
また、運転制御部７は、この給湯運転時等に、サーミスタＳの検出情報に基づいて検出した貯湯タンク４の貯湯量が、予め設定されている最低確報貯湯量以下となった場合には、バックアップ加熱操作を実行して、補助加熱手段Ｍの運転を開始し、貯湯運転により、貯湯タンク４内への貯湯を開始する。
【００６０】
更に、運転制御部７は、上記バックアップ加熱操作において、上記湯水消費部Ｋにおける湯水消費停止時以降にも、適宜、上記補助加熱手段Ｍの運転を保持し、貯湯タンク４内に１０Ｌ等に設定した余剰量の湯水が蓄えられてから、上記補助加熱手段Ｍの運転を停止するように構成されている。即ち、湯水消費部Ｋの湯水消費が断続的に行われても、補助加熱手段Ｍを継続して運転することができ、補助加熱手段Ｍの断続的な運転による運転効率低下を回避することができる。
【００６１】
更に、運転制御部７は、上記バックアップ加熱操作を実行して貯湯タンク４内に蓄える湯水の余剰量を、その湯水消費停止時以降の所定期間内の予測熱負荷としての予測給湯負荷に基づいて決定することができる。
【００６２】
具体的には、運転制御部７は、バックアップ加熱操作において、湯水消費部Ｋの湯水消費が停止されたことを、給湯熱負荷計測手段３１により認識したときに、前述の予測給湯熱負荷データを参照し、例えば１０分後までの所定期間内の予測給湯負荷が存在するか否かを判定する。
そして、上記所定期間内に予測給湯熱負荷が存在した場合には、上記余剰量を例えば１０Ｌ等に決定し、逆に、上記所定期間内に予測給湯熱負荷が存在しなかった場合には、上記余剰量を例えば０Ｌ等に決定することで、貯湯タンク４内の湯水が無駄なく消費され、全体の運転効率が一層向上される。
【００６３】
また、上記余剰量を、所定期間内の予測給湯負荷に応じて決定する場合には、余剰量を、予測給湯負荷を賄う湯水量に決定しても構わない。
【００６４】
〔別実施の形態〕
〈１〉上記実施の形態では、補助加熱手段Ｍの断続的な運転を一層回避するために、バックアップ加熱操作に用いられる余剰量を予測熱負荷に応じて設定したが、別に、上記余剰量を補助加熱手段Ｍの運転状態に基づいて設定しても構わない。
即ち、運転制御部７を、上記バックアップ加熱操作を実行した場合に、補助加熱手段Ｍが停止時以降の１０分間等の所定期間内に、補助加熱手段Ｍの運転が再開される瞬時再開状態を検出するように構成する。そして、初期の余剰量を、初期においては０Ｌ又は小さめの量に設定しておき、バックアップ加熱操作を実行して、上記瞬時再開状態が１又は２以上の所定回数連続して検出された場合には、上記余剰量を例えば１０Ｌ増加させて設定することで、補助加熱手段Ｍの断続的な運転を回避することができる。
【００６５】
〈２〉上記実施の形態では、本発明に係る熱源システムをコジェネレーションシステムに適用した例を説明したが、別に、本発明に係る熱源システムは、特に電力を発生せずに、ガスバーナ、ヒートポンプ式加熱器、又は、電気ヒータ等の主加熱手段を例えば計画運転させ、その主加熱手段にて生成した湯水を貯湯タンク内に蓄え、その貯湯タンク内に蓄えられた湯水を、給湯栓や浴槽内等の湯水消費部に供給するように構成された熱源システムとして構成することができ、この場合、バックアップ加熱操作において作動される加熱手段を、上記主加熱手段としても、別に設けられた補助加熱手段としても構わない。
【００６６】
〈３〉上記実施の形態では、バックアップ加熱操作において、貯湯タンク４内に蓄える湯水の余剰量を、その湯水消費停止時からの所定期間内の予測給湯負荷に基づいて決定したが、別に、上記余剰量を予測給湯負荷に関係なく１０Ｌ等の一定に設定しても構わない。
【００６７】
【発明の効果】
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態におけるコジェネレーションシステムの概略図
【図２】コジェネレーションシステムのブロック図
【図３】データ更新処理における説明図
【図４】１日分の予測負荷を示すグラフ
【図５】省エネ度基準値演算処理における説明図
【符号の説明】
３：熱電併給装置
４：貯湯タンク
６：貯湯ユニット
７：運転制御部
１３：電力負荷計測手段
２８：バーナ
２９：補助加熱用熱交換器
３１：給湯負荷計測手段
３２：暖房熱負荷計測手段
Ｎ：排熱式加熱手段
Ｍ：補助加熱手段
Ｋ：湯水消費部
Claims (5)
- 加熱手段にて生成した湯水を蓄え、前記蓄えた湯水が湯水消費部で消費される貯湯タンクを備え、前記湯水消費部による湯水消費時に前記貯湯タンク内の湯水が不足すると前記加熱手段の運転を開始するバックアップ加熱操作を実行する運転制御手段とを備えた熱源システムであって、
前記運転制御手段が、バックアップ加熱操作において、前記湯水消費部による湯水消費停止時以降に、前記貯湯タンク内に所定の余剰量の湯水が蓄えられてから、前記加熱手段の運転を停止するように構成されている熱源システム。 - 前記運転制御手段が、前記加熱手段の計画運転を行って前記貯湯タンク内に予測熱負荷に対応する湯水を蓄える計画運転操作を実行するように構成されている請求項１に記載の熱源システム。
- 前記運転制御手段が、前記バックアップ加熱操作において、湯水消費停止時以降の所定期間内における前記予測熱負荷に応じて、前記余剰量を決定する請求項２に記載の熱源システム。
- 前記運転制御手段が、前記バックアップ加熱操作において前記加熱手段の停止時以降の所定期間内において前記加熱手段の運転が再開される瞬時再開状態を検出し、前記瞬時再開状態を所定回数連続して検出したときに、前記余剰量を増加させて設定する請求項１から３の何れか１項に記載の熱源システム。
- 前記加熱手段が、計画運転する熱電併給装置が発生する熱により湯水を生成する排熱式加熱手段と、前記バックアップ運転操作において運転されてバーナが発生した熱により湯水を生成する補助加熱手段とからなる請求項１から４の何れか１項に記載の熱源システム。
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2003
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