열병합 발전 시스템

열병합 발전 시스템{COGENERATION SYSTEM}

본 발명은, 열병합 발전 시스템에 관한 것이다.

열병합 발전 시스템은, 전력 및 열을 발생시키는 전열발생장치를 구비한다. 전열발생장치에서 발생하는 전력은 전기기기에 공급되고, 발전으로 발생하는 열은 급탕, 난방 등의 열기기에 공급된다. 열병합 발전 시스템에 의하면 발전으로 발생하는 열의 유효 이용이 가능해지기 때문에, 도입장소에서의 에너지 비용의 저감을 도모할 수 있다.

최근, 열병합 발전 시스템의 에너지 이용 효율을 향상시키기 위해서, 사전에 전력량 및 열량을 예측하고, 예측된 전력량 및 열량에 기초하여 전열발생장치를 운전하는 것이 검토되고 있다. 예를 들면, 특허문헌 1에는, 도입장소에서의 전력 및 열의 공급량에 기초하여 경제적인 운전 패턴을 예측하여 운전하는 열병합 발전 시스템이 기재되어 있다.

특허문헌 1 : 일본 공개특허공보 2005-283028호

발명이 해결하고자 하는 과제

그러나, 특허문헌 1에 기재한 바와 같은 과거의 측정 결과에 기초한 예측에서는, 자연 환경의 대폭적인 변화(예를 들면, 기후조건의 변화 등), 또는 생활환경의 대폭적인 변화(예를 들면, 장기 부재)에 대하여 적절히 대응하기 어렵다. 이 경우, 예측에 기초한 운전을 계속하여도, 경제적인 운전을 유지하는 것은 곤란하게 될 우려가 있다.

본 발명은, 상기 문제점을 해소하기 위해서 이루어진 것으로, 현재의 상황에 기초하여 경제적인 운전을 하는 것이 가능한 열병합 발전 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

과제를 해결하기 위한 수단

이러한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 의한 열병합 발전 시스템은, 전력 및 열을 발생시키는 전열발생장치와, 전열발생장치로부터 발생한 열을 회수하여 따뜻해진 물을 저장하는 저탕조(貯湯槽)와, 저탕조 내에 설치되어, 저탕조 내에 저장된 물의 온도를 계측하는 복수의 온도계와, 미리 축적된 소정의 시간대의 사용 전력량 및 사용 열량을 사용하여 산출된 소정의 시간대에서의 전력량 및 열량의 예측치에 기초하여, 전열발생장치로부터 발생시키는 전력 및 열을 제어하는 예측 운전모드와, 저탕조 내에 저장된 물의 온도 상황에 따라서 전열발생장치의 기동 및 정지를 제어하는 비예측 운전모드를 바꾸는 운전모드 전환수단과, 운전모드 전환수단에 의해서 비예측 운전모드로 바뀐 후에, 복수의 온도계에 포함되는 제 1 온도계에 의해 계측된 제 1 온도가, 미리 정해진 소정의 온도 미만인 경우에, 전열발생장치를 기동시키고, 복수의 온도계에 포함되고 또한 제 1 온도계보다 아래쪽에 설치된 제 2 온도계에 의해 계측된 제 2 온도가, 미리 정해진 소정의 온도 이상인 경우에, 전열발생장치를 정지시키는 기동 정지 제어수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 열병합 발전 시스템은, 전력 및 열을 발생시키는 전열발생장치와, 전열발생장치로부터 발생한 열을 회수하여 따뜻해진 물을 저장하는 저탕조와, 미리 축적된 소정의 시간대의 사용 전력량 및 사용 열량을 사용하여 산출된 소정의 시간대에서의 전력량 및 열량의 예측치에 기초하여, 전열발생장치로부터 발생시키는 전력 및 열을 제어하는 예측 운전모드와, 저탕조 내에 저장된 물의 온도 상황에 따라서 전열발생장치의 기동 및 정지를 제어하는 비예측 운전모드를 바꾸는 운전모드 전환수단과, 운전모드 전환수단에 의해서 비예측 운전모드로 바뀐 후, 저탕조에 저장되어 있는 물 중 소정의 온도 이상으로 따뜻해진 물의 비율이 제 1 임계치 미만인 경우에, 전열발생장치를 기동시키고, 저탕조에 저장되어 있는 물 중 소정의 온도 이상으로 따뜻해진 물의 비율이 제 1 임계치보다도 큰 제 2 임계치 이상인 경우에, 전열발생장치를 정지시키는 기동 정지 제어수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

이 열병합 발전 시스템은, 미리 축적된 데이터에 기초하는 예측 운전모드와 저탕조 내에 저장된 물의 온도 상황에 기초하는 비예측 운전모드를 바꾸는 운전 모드 전환수단을 구비한다. 이 때문에, 예측이 곤란한 상황에 빠진 경우에도, 현재의 상황에 기초하여 경제적인 운전을 하는 것이 가능하다. 또한, 비예측 운전모드에서는, 제 1 온도계로 계측된 제 1 온도가 소정의 온도 미만인 경우, 또는 소정의 온도 이상으로 따뜻해진 물이 제 1 임계치 미만인 경우에는, 전열발생장치를 기동하여 저탕조 내의 온수가 부족한 사태를 회피한다. 한편, 제 1 온도계보다 아래쪽에 있는 제 2 온도계에 의해서 계측된 제 2 온도가 소정의 온도 이상인 경우, 또는 소정의 온도 이상으로 따뜻해진 물이 제 1 임계치보다 큰 제 2 임계치 이상 있는 경우에는, 전열발생장치를 정지하여 불필요한 열의 발생을 억제한다. 이와 같이, 이 열병합 발전 시스템의 비예측 운전모드에서는, 현재의 상황에 기초하여 경제적인 운전을 실현하고 있다.

기동 정지 제어수단은, 전열발생장치가 정지상태이고, 또한 제 1 온도가 소정의 온도 이상일 때, 복수의 온도계에 의해서 계측된 온도에 기초하여 구해지는 소정의 온도 이상인 수량(水量)이, 소정의 시간대에서의 전력량 및 열량의 예측치에 기초하여 산출되는 예측 사용 수량 미만인 경우에는, 전열발생장치를 기동시키는 것이 바람직하다. 또는, 기동 정지 제어수단은, 전열발생장치가 정지상태이고, 또한 소정의 온도 이상으로 따뜻해진 물의 비율이 제 1 임계치 이상일 때, 상기 제 1 임계치 이상인 수량이, 소정의 시간대에서의 열량의 예측치에 기초하여 산출되는 예측 사용 수량 미만인 경우에는, 전열발생장치를 기동시키는 것이 바람직하다. 저탕조에 저장되어 있는 온수의 양이 현재의 사용 상황에 대해서는 충분하였다고 해도, 그 후 더욱 다량의 온수가 필요하게 되는 경우가 있다. 이와 같은 것이 예측된 경우에는, 전열발생장치를 정지한 상태로 하지 않고 기동시켜, 온수 부족이 되는 사태의 발생을 억제하는 것이 가능해진다.

기동 정지 제어수단은, 전열발생장치가 정지상태이고, 또한 제 1 온도가 소정의 온도 미만일 때, 현시점에서 사용되고 있는 전력량이 미리 정해진 전열발생장치의 최저 발전량 미만인 경우에는, 전열발생장치를 계속 정지상태로 하는 것이 바람직하다. 또는, 기동 정지 제어수단은, 전열발생장치가 정지상태이고, 소정의 온도 이상으로 따뜻해진 물의 비율이 제 1 임계치 미만일 때, 현시점에서 사용되고 있는 전력량이 미리 정해진 전열발생장치의 최저 발전량 미만인 경우에는, 전열발생장치를 계속 정지상태로 하는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 사용 전력이 전열발생장치의 최저 발전량보다도 적은 경우에 불필요하게 발전하는 것이 억제된다.

운전모드 전환수단은, 예측 운전모드로 바꾼 후에, 소정의 시간대에서의 전력량의 예측치와 소정의 시간대에서 실제로 사용된 전력량의 사이의 전력량 상관계수와, 소정의 시간대에서의 열량의 예측치와 소정의 시간대에서 실제로 사용된 열량의 사이의 열량 상관계수의 합이，소정의 상관계수 임계치 미만인 경우에, 비예측 운전모드로 바꾸는 것이 바람직하다.

전력량 상관계수와 열량 상관계수의 합은 예측 운전모드에 의한 예측의 정밀도를 나타내기 때문에, 전력량 상관계수와 열량 상관계수의 합에 기초하여 예측 정밀도의 저하를 판단할 수 있다. 상기 열병합 발전 시스템에서는 전력량 상관계수와 열량 상관계수의 합으로부터 예측 정밀도의 저하가 판단된 경우, 즉 실제의 사용량과 예측 사용량의 사이의 괴리가 인식된 경우, 비예측 운전모드로 바꾸어, 경제적인 운전을 양호하게 유지하는 것이 가능해진다.

발명의 효과

본 발명에 의하면, 현재의 상황에 기초하여 경제적인 운전을 하는 것이 가능한 열병합 발전 시스템을 제공할 수 있다.

도 1은 실시형태에 관계되는 열병합 발전 시스템의 구성을 도시하는 도면.

도 2는 실시형태에 관계되는 열병합 발전 시스템의 운전 제어부의 기능 블록도.

도 3은 1시간마다의 사용 전력량, 및 예측 전력량의 데이터의 표.

도 4는 실시형태에 관계되는 열병합 발전 시스템의 동작을 도시하는 플로도.

도 5는 실시형태에 관계되는 열병합 발전 시스템의 기동 처리에 있어서의 동작을 도시하는 플로도.

도 6은 실시형태에 관계되는 열병합 발전 시스템을 계속 정지하는 처리에 있어서의 동작을 도시하는 플로도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 열병합 발전 시스템 2A, 2B : 열 회수용 배관

3 : 출탕용 배관 10 : 열병합 발전 유닛

11 : 전열발생장치 12 : 열 교환기

13 : 운전 제어부 14, 51 : 전력선

20 : 저장 유닛 21 : 저탕조

22 : 제 1 출탕용 배관 23 : 배관

24 : 상수(上水)용 배관 25 : 3방 밸브

26 : 제 2 출탕용 배관 30 : 급탕기

40 : 기록 시스템 41 : 전류계

42 : 유량계 43, 44 : 온도계

50 : 상용 전력 계통 60 : 급수 계통

61 : 수도관 EI : 전기기기

HI : 열기기 100 : 운전모드 전환부

101 : 전열 예측부 102 : 전열 제어부

103 : 온도 취득부 104 : 온도 판단부

105 : 기동 정지 제어부 106 : 기동 정지 판단부

107 : 예측 사용 수량 유무 판단부 108 : 전력 판단부

이하, 첨부도면을 참조하여, 본 발명의 적합한 실시형태에 관해서 상세하게 설명한다. 또, 설명에 있어서, 동일요소 또는 동일기능을 갖는 요소에는, 동일부호를 사용하는 것으로 하고, 중복되는 설명은 생략한다. 또한, 이하의 설명에 있어서의 「물」이란, 상수(上水)와 같이 찬 물뿐만이 아니라, 온도가 높은 온수 등 액체 상태인 물(온수)을 전부 포함할 수 있다.

도 1은 실시형태에 관계되는 열병합 발전 시스템(1)의 구성을 도시하는 도면이다. 도 1에 도시하는 바와 같이 열병합 발전 시스템(1)은, 열병합 발전 유닛(10)과, 저장 유닛(20)과, 급탕기(30)와, 기록 시스템(40)을 구비한다. 열병합 발전 시스템(1)은, 상용 전력 계통(50) 및 급수 계통(60)에 접속되어 있다.

열병합 발전 시스템(1)은, 열병합 발전 유닛(10)에서 발전한 전력을 전기기기(EI)에 공급하는 동시에, 발전으로 발생한 열로 가열한 물을 저장 유닛(20)에 저 장하여 열기기(HI)에 공급한다.

열병합 발전 유닛(10)은, 전열발생장치(11)와, 열 교환기(12)와, 운전 제어부(13)를 갖는다. 전열발생장치(11)는, 전력 및 열의 양쪽을 발생시키는 장치로, 예를 들면 연료전지, 또는 내연기관(예를 들면 가스엔진)과 이 내연기관에 의해 구동되는 발전장치의 조합, 또는 외연기관과 발전장치의 조합 등이다. 전열발생장치(11)는, 발생시킨 전력을 전력선(14)을 통해서 전기기기(EI)에 출력하고, 발전으로 발생하는 열을 열 교환기(12)에 출력한다.

전력선(14)은 상용 전력 계통(50)으로부터 공급되는 전력을 송전하는 전력선(51)과 접속되어 있고, 전열발생장치(11)에 있어서 발생된 전력뿐만 아니라, 상용 전력 계통(50)으로부터의 전력도 함께 전기기기(EI)에 공급한다.

전력선(51)과 접속된 전력선(14)상에는 전류계(41)가 설치되어 있다. 전류계(41)는, 전열발생장치(11) 및 상용 전력 계통(50)으로부터 전기기기(EI)에 공급되는 전력을 전류값으로서 계측한다.

열 교환기(12)는, 전열발생장치(11)에서 발생하는 열을 회수하여, 열 교환기(12)와 저장 유닛(20)의 사이에서 물을 순환시키는 열 회수용 배관(2A, 2B) 내의 물에 열을 전달한다. 더욱 구체적으로는, 열 교환기(12)는, 저장 유닛(20)으로부터 유출된 열 회수용 배관(2B) 내의 물에 열을 전달하고, 저장 유닛(20)에 유입하는 열 회수용 배관(2A) 내에 열이 전달된 물을 흘린다. 운전 제어부(13)는, 전열발생장치(11)의 운전을 제어하기 위한 수단이고, 후술하는 전력량 및 열량의 예측치에 기초하여 전열발생장치(11)의 운전을 제어하기 위한 수단이다.

저장 유닛(20)은, 저탕조(21)와 3방 밸브(25)를 갖고, 이들은 제 1 출탕용 배관(22), 배관(23), 상수용 배관(24), 및 제 2 출탕용 배관(26)을 통해서 급탕기(30)에 접속되어 있다. 저탕조(21)는, 전열발생장치(11)로부터 발생한 열을 회수하여 따뜻해진 물을 저장한 탱크이고, 열 교환기(12)에 있어서 열 전달된 물이 저장된다.

저탕조(21) 내에는, 복수(본 실시형태에서는 5개)의 온도계(TM1 내지 TM5)가 상기 저탕조(21)의 상하방향에 관해서 등간격으로 배치되도록 설치되어 있다. 각 온도계(TM1 내지 TM5)는, 저탕조(21)를 상하방향으로 5등분하여 얻어지는 각 영역에 대하여, 상기 각 영역의 상하방향에서의 중간위치에 설치된다. 온도계(TM1 내지 TM5)는, 저탕조(21) 내에 저장된 물의 온도를 계측한다.

복수의 온도계(TM1 내지 TM5)에 대하여, 제 1 및 제 2 온도계가 설정된다. 단, 제 2 온도계는, 제 1 온도계보다 아래쪽에 위치한다. 예를 들면, 제 1 온도계로서 온도계(TM2)를 설정하고, 제 2 온도계로서 온도계(TM5)를 설정한다.

저탕조(21)는, 상부에 있어서 열 회수용 배관(2A)과 접속되어 있고, 열 교환기(12)로 열 전달된 물을 열 회수용 배관(2A)을 통해서 유입 가능한 구성으로 되어 있다. 저탕조(21)는, 하부에서 열 회수용 배관(2B)과 접속되어 있고, 저탕조(21)의 하부에 저장된 물을 유출하여, 열 교환기(12)에 유입 가능한 구성으로 되어 있다.

저탕조(21)는, 상부에 있어서 또 제 1 출탕용 배관(22)과 접속되어 있고, 저탕조(21)의 상부에 저장된 물을 출탕(出湯) 가능한 구성으로 되어 있다. 저탕 조(21)는, 하부에서 배관(23)과 접속되어 있고, 저탕조(21)의 하부로부터 상수를 급수 가능한 구성으로 되어 있다. 배관(23)에는, 상수용 배관(24)으로부터 상수가 유입된다.

3방 밸브(25)는, 제 1 출탕용 배관(22) 및 상수용 배관(24)의 쌍방으로부터 유입된 물을 제 2 출탕용 배관(26)에 유출하는 것이 가능한 구성으로 되어 있다. 상수용 배관(24)은, 상용의 급수 계통(60)으로부터 상수를 저장 유닛(20)에 공급하는 수도관(61)과 접속되어 있다. 수도관(61)상에는 온도계(43)가 설치되어 있고, 저장 유닛(20)에 공급되는 상수의 온도를 계측한다.

제 2 출탕용 배관(26)은, 제 1 출탕용 배관(22)에 의해서 운반된 물 및 상수용 배관(24)에 의해서 운반된 물의 양쪽을 혼합한 물 또는 한쪽의 물을 급탕기(30)에 유출한다. 제 2 출탕용 배관(26)에는 유량계(42)가 접속되어 있고, 급탕기(30)에 유입하는 물의 유량을 계측한다.

급탕기(30)는, 제 2 출탕용 배관(26)에 의해서 유입된 물을, 출탕용 배관(3)을 통해서 열기기(HI)에 공급한다. 급탕기(30)는, 필요에 따라서 제 2 출탕용 배관(26)에 의해서 유입된 물을 가열한다. 출탕용 배관(3)상에는 온도계(44)가 설치되어 있다. 온도계(44)는, 급탕기(30)로부터 열기기(HI)에 공급되는 물의 온도를 계측한다.

기록 시스템(40)은, 전류계(41)의 측정치, 유량계(42)의 측정치, 온도계(43)의 측정치, 및 온도계(44)의 측정치를, 측정일 및 측정시간대와 함께 기록한다. 전류계(41)의 측정치, 유량계(42)의 측정치, 온도계(43)의 측정치, 및 온도계(44) 의 측정치는, 필요에 따라서 기록시에 필요한 형식으로 변경하여 기록된다.

즉, 기록 시스템(40)은, 예를 들면 전류계(41)의 측정치에 기초하여 각 시간대의 전력량을 산출하여, 측정일 및 측정시간과 함께 내장된 하드디스크에 기록한다. 또한, 기록 시스템(40)은, 예를 들면 유량계(42)의 측정치, 온도계(43)의 측정치, 및 온도계(44)의 측정치에 기초하여 각 시간대의 열량을 산출하여, 측정일 및 측정시간과 함께 내장된 하드디스크에 기록한다.

다음에, 도 2를 참조하여 운전 제어부(13)의 기능에 관해서 설명한다. 도 2는, 운전 제어부(13)의 기능 구성을 도시하는 도면이다. 도 2에 도시하는 바와 같이, 운전 제어부(13)는, 운전모드 전환부(100; 운전모드 전환수단)와, 전열 예측부(101)와, 전열 제어부(102)와, 온도 취득부(103)와, 온도 판단부(104)와, 기동 정지 제어부(105; 기동 정지 제어수단)와, 기동 정지 판단부(106)와, 예측 사용 수량 유무 판단부(107)와, 전력 판단부(108)를 갖는다.

운전모드 전환부(100)는, 예측 운전모드와 비예측 운전모드를 바꾼다. 예측 운전모드란, 미리 축적된 소정의 시간대의 사용 전력량 및 사용 열량을 사용하여 산출된 소정의 시간대에서의 전력량 및 열량의 예측치에 기초하여, 전열발생장치로부터 발생시키는 전력 및 열을 제어하는 모드이다. 예측 운전모드는, 주로 전열 예측부(101)와, 전열 제어부(102)에 의하여 실현된다.

한편, 비예측 운전모드란, 저탕조 내에 저장된 물의 온도 상황에 따라서 전열발생장치의 기동 및 정지를 제어하는 모드이다. 비예측모드는, 주로 온도 취득부(103)와, 온도 판단부(104)와, 기동 정지 제어부(105; 기동 정지 제어수단)와, 기동 정지 판단부(106)와, 예측 사용 수량 유무 판단부(107)와, 전력 판단부(108)에 의하여 실현된다.

운전모드 전환부(100)는, 수동에 의해서 모드가 바뀌어도 좋고, 미리 설정된 조건에 기초하여 운전 제어부(13)에 의해 바뀌어도 좋다. 본 실시형태에서는, 운전모드 전환부(100)가 예를 들면, 소정의 시간대에서의 예측치와 소정의 시간대에서 실제로 사용된 계측치 데이터의 사이의 상관계수를 조건으로 하여 모드를 바꾸는 경우에 관해서 설명한다.

상관계수를 조건으로 하여 모드를 바꾸는 경우에 관해서 구체적으로 설명한다. 운전모드 전환부(100)는, 예측 운전모드로 바뀐 후, 소정의 시간대에서의 전력량의 예측치와 소정의 시간대에서 실제로 사용된 전력량의 사이의 전력량 상관계수, 및 소정의 시간대에서의 열량의 예측치와 소정의 시간대에서 실제로 사용된 열량의 사이의 열량 상관계수를 구한다. 전력량 상관계수 R _E 및 열량 상관계수 R _H 는 모두, 이하의 식 (1)로 구해진다.

R···전력량 상관계수 R _E , 또는 열량 상관계수 R _H

X _i ···소정의 시간대마다의 예측 전력량, 또는 예측 열량

X ^- (단, 식 (1) 중에서는 「X」에 위첨자 -를 붙인 것으로 표시)

···예측 전력량의 평균치, 또는 예측 열량의 평균치

Y _i ···소정의 시간대마다의 사용 전력량, 또는 사용 열량

Y ^- (단, 식 (1) 중에서는 「Y」에 위첨자 -를 붙인 것으로 표시)

···사용 전력량의 평균치, 또는 사용 열량의 평균치

N···데이터의 수

운전모드 전환부(100)는, 구해진 전력량 상관계수 R _E 와 열량 상관계수 R _H 를 가산하여 이들의 합을 구하고, 상기 합이 상관계수 임계치(예를 들면, 1.0) 미만인지의 여부를 판단한다. 운전모드 전환부(100)는, 예측 운전모드로 바꾼 후에, 전력량 상관계수 R _E 와 열량 상관계수 R _H 의 합이 상관계수 임계치 미만인 경우에, 비예측 운전모드로 바꾼다.

도 3에 나타낸 표는, 예측 대상일의 1일 전의 1시간마다 사용된 전력량(예측 대상일 1일 전의 사용 전력량(kWH), 1시간마다 예측된 전력량(예측 전력량(kWH)), 및 실제로 1시간마다 사용된 전력량(실제의 사용 전력량(kWH))의 데이터를 각각의 1일분(24시간분)을 나타낸다. 여기에서는, 예측 대상일의 1일 전의 데이터를 예측치로 하고 한다. 이 데이터에 대하여, 식 (1)을 적용한 경우, 전력량 상관계수 R _E 는 약 0.39를 나타낸다.

전열 예측부(101)는, 예측 대상일의 소정의 시간대(즉, 예측 대상 시간대)에 있어서 필요로 되는 전력량 및 열량의 예측치를 산출한다. 예측 방법으로서는, 예를 들면 과거 1주간의 예측 대상 시간에서의 사용 전력량 및 사용 열량의 데이터를 각각 평균하여, 예측치를 산출하여도 좋다.

또는, 예를 들면, 예측 대상일의 1일 전부터 7일 전까지의 사용 전력량 및 사용 열량 중, 1일 전 및 7일 전의 사용 전력량 및 사용 열량에 대한 가중 계수를 다른 날의 사용 전력량 및 사용 열량에 대한 가중 계수보다도 크게 한 다음, 예측 대상일의 1일 전부터 7일 전까지의 각 날에서의 사용 전력량 및 사용 열량의 각각에 대하여, 각각의 사용 전력량 및 사용 열량에 대응하는 가중 계수를 승산하고, 상기 승산된 각 값을 가산함으로써 예측치를 산출하여도 좋다. 또, 가중 계수란, 각 대상 데이터가 예측치에 대하여 차지하는 비율을 나타내는 계수를 말한다. 즉, 예측치에 대하여 각 대상 데이터가 주는 영향의 정도를 나타내는 계수이다.

또는, 예측 대상일의 1일 전의 예측 대상 시간대의 전력량 및 열량을 각각 예측치로서 산출하여도 좋다.

전열 발생 제어부(102)는, 전열 예측부(101)가 산출한 전력량 및 열량의 예측치에 기초하여, 전열발생장치(11)에서 발생시키는 전력 및 열을 제어한다.

온도 취득부(103)는, 저탕조(21) 내에 설치된 각 온도계(TM1 내지 TM5)에 의해서 계측된 저탕조 내의 물의 온도(T1 내지 T5)를 취득한다. 여기에서, 제 1 온도계에 의해서 계측된 온도를 제 1 온도로 하고, 제 2 온도계에 의해서 계측된 온도를 제 2 온도로 한다. 따라서, 예를 들면 제 1 및 제 2 온도계로서 온도계(TM2, TM5)가 각각 설정되는 경우, 온도계(TM2)에 의해서 계측된 온도가 제 1 온도이고, 온도계(TM5)에 의해서 계측된 온도가 제 2 온도이다.

온도 판단부(104)는, 제 1 온도계(TM2)에 의해서 계측된 제 1 온도(T2)가 40℃(소정의 온도) 미만인지의 여부를 판단한다. 또한, 온도 판단부(104)는, 제 2 온도계(TM5)에 의해서 계측된 제 2 온도(T5)가 40℃ 이상인지의 여부를 판단한다.

온도 판단부(104)는 상기한 바와 같이 온도를 판단함으로써, 저탕조(21)에 저장되어 있는 물 중 40℃ 이상으로 따뜻해진 물의 비율이 소정의 임계치 이상(또는 소정의 임계치 미만)인지의 여부를 판단한다.

온도 판단부(104)에서의 온도 판단과, 40℃ 이상으로 따뜻해진 물의 비율에 대한 판단의 관계를 구체적으로 설명한다. 온도 판단부(104)가, 제 1 온도계(TM2)에 의해서 계측된 제 1 온도(T2)는 40℃ 미만이라고 판단한 경우를 생각할 수 있다. 이 경우, 제 1 온도계(TM2)보다 아래쪽에 있는 물은 40℃ 미만이라고 생각되기 때문에, 40℃ 이상의 물의 비율은 많아도 제 1 온도계(TM2)보다 위쪽의 물의 비율이 된다. 따라서, 본 실시형태에서는, 제 1 온도(T2)가 40℃ 미만인 경우에는 40℃ 이상의 물의 비율은 저탕조 전체의 30%(제 1 임계치) 미만이 된다.

한편, 온도 판단부(104)가, 제 2 온도계(TM5)에 의해서 계측된 제 2 온도(T5)는 40℃ 이상이라고 판단한 경우를 생각할 수 있다. 이 경우, 제 2 온도계(TM5)보다 위쪽에 있는 물은 40℃ 이상이라고 생각되기 때문에, 40℃ 이상의 물의 비율은 적어도 제 2 온도계(TM5)보다 위쪽의 물의 비율이 된다. 따라서, 본 실시형태에서는, 제 2 온도(T5)가 40℃ 이상인 경우에는 40℃ 이상의 물의 비율은 저 탕조 전체의 90%(제 2 임계치) 이상이 된다. 또, 여기에 개시한 바와 같이, 제 1 임계치(이 예에서는 30%)는, 제 2 임계치(이 예에서는 90%)보다도 작다.

기동 정지 제어부(105)는, 온도 판단부(104)의 판단에 기초하여, 전열발생장치(11)의 기동 및 정지를 제어한다. 따라서, 기동 정지 제어부(105)는, 제 1 온도(T2)가 40℃ 미만이라고 온도 판단부(104)가 판단한 경우에, 전열발생장치(11)를 기동시킨다. 한편, 기동 정지 제어부(105)는, 제 2 온도(T5)가 40℃ 이상이라고 온도 판단부(104)가 판단한 경우에, 전열발생장치(11)를 정지시킨다.

이것은, 임계치에 따라서 생각할 수도 있다. 즉, 기동 정지 제어부(105)는, 저탕조(21)에 저장되어 있는 물 중 40℃ 이상으로 따뜻해진 물의 비율이 제 1 임계치(예를 들면, 30%) 미만이라고 온도 판단부(104)가 판단한 경우에, 전열발생장치(11)를 기동시킨다. 한편, 기동 정지 제어부(105)는, 저탕조(21)에 저장되어 있는 물 중 40℃ 이상으로 따뜻해진 물의 비율이 제 2 임계치(예를 들면, 90%) 이상이라고 온도 판단부(104)가 판단한 경우에, 전열발생장치(11)를 정지시킨다.

기동 정지 판단부(106)는, 전열발생장치(11)가 기동상태에 있는지, 또는 정지상태에 있는지를 판단한다.

예측 사용 수량 유무 판단부(107)는, 온도계(TM1 내지 TM5)에 의해서 계측된 온도(T1 내지 T5)에 기초하여 구해지는 40℃ 이상의 물의 양이, 소정의 시간대에서의 전력량 및 열량의 예측치에 기초하여 산출되는 예측 사용 수량 미만인지의 여부, 즉 저탕조(21) 내에서 40℃ 이상으로 따뜻해진 물의 양이, 소정의 시간대에서의 열량의 예측치에 기초하여 산출되는 예측 사용 수량 미만인지의 여부를 판단한 다.

구체적으로는, 예측 사용 수량 판단부(107)는 우선, 전열 예측부(101)에서 소정의 시간대에 있어서 필요로 되는 열량의 예측치를 산출하고, 상기 예측치로부터 소정의 시간에 있어서 사용될 물의 양(예측 사용 수량)을 예측한다. 예측 사용 수량 유무 판단부(107)는, 구해진 물의 양(예측 사용 수량)에 상당하는 위치와 같은 위치, 또는 같은 위치에 온도계가 존재하지 않는 경우에는 예측 사용 수량에 상당하는 위치의 아래쪽 바로 근처의 위치에 있는 온도계(TMi(i=1 내지 5))를, 저탕조(21) 내에 설치된 복수의 온도계(TM1 내지 TM5) 중으로부터 특정한다. 예측 사용 수량 유무 판단부(107)는 또, 특정된 온도계(TMi)의 온도(Ti)를 취득하여, 온도(Ti)가 40℃ 미만인지의 여부를 판단한다. 즉, 온도(Ti)가 40℃ 미만인 경우라는 것이, 예측 사용 수량 미만의 경우에 상당한다.

전력 판단부(108)는, 현시점에서 사용되고 있는 전력량이, 미리 정해진 전열발생장치(11)의 최저 발전량 미만인지의 여부를 판단한다.

다음에, 본 실시형태에 관계되는 열병합 발전 시스템(1)의 동작에 관해서, 도 4 내지 도 6을 참조하면서 설명한다.

도 4는, 예측 운전모드로부터 비예측 운전모드로 바꿔 운전되는 경우의 열병합 발전 시스템의 동작을 도시하는 플로도이다. 도 4에 도시하는 바와 같이, 우선, 열병합 발전 시스템(1)은, 예측 운전모드에 의해서 운전되고 있다(스텝 S1, S2). 즉, 전열 예측부(101)는, 예측 대상 시간대에서의 전력량 및 열량의 예측치를 산출한다(스텝 S1). 전열 제어부(102)는, 전열 예측부(101)에 있어서 산출된 전력량 및 열량의 예측치에 기초하여, 전열발생장치(11)가 발생하는 전력 및 열을 제어한다(스텝 S2).

운전모드 전환부(100)는, 전력량 상관계수와 열량 상관계수의 합이 상관계수 임계치 미만인지의 여부를 판단한다(스텝 S3). 전력량 상관계수와 열량 상관계수의 합이 상관계수 임계치 미만이 아닌 경우(스텝 S3: no), 그대로 예측 운전모드에서의 운전이 계속된다. 전력량 상관계수와 열량 상관계수의 합이 상관계수 임계치 미만인 경우(스텝 S3: yes), 운전모드 전환부(100)는 운전모드를 비예측 운전모드로 바꾼다(스텝 S4).

비예측 운전모드로 바뀐 후, 온도 취득부(103)는, 저탕조(21) 내에 설치된 각 온도계(TM1 내지 TM5)에 의해서 계측된 저탕조 내의 물의 온도(T1 내지 T5)를 취득한다(스텝 S5). 기동 정지 판단부(106)는, 전열발생장치(11)가 기동상태에 있는지, 또는 정지상태에 있는지를 판단한다(스텝 S6).

기동 정지 판단부(106)가 전열발생장치(11)는 기동상태에 있다고 판단한 경우(스텝 S6: yes), 온도 판단부(104)는, 제 2 온도계(TM5)에 의해서 계측된 제 2 온도(T5)가, 40℃ 이상인지의 여부를 판단한다(스텝 S7). 이 판단에 의해, 저탕조(21)에 저장되어 있는 물 중 40℃ 이상으로 따뜻해진 물의 비율이 제 2 임계치 이상인지의 여부가 판단된다.

제 2 온도(T5)는 40℃ 이상이라고 온도 판단부(104)가 판단한 경우(스텝 S7: yes), 기동 정지 제어부(105)는 전열발생장치(11)를 정지한다(스텝 S8). 한편, 제 2 온도(T5)는 40℃ 이상이 아니라고 온도 판단부(104)가 판단한 경우(스텝 S7: no) 에는, 기동 정지 제어부(105)는 전열발생장치(11)의 기동상태를 계속한다(스텝 S9).

기동 정지 판단부(106)가 전열발생장치(11)는 기동상태가 아니라고 판단한 경우, 즉 정지상태에 있다고 판단한 경우(스텝 S6: no), 온도 판단부(104)는, 제 1 온도계(TM2)에 의해서 계측된 제 1 온도(T2)가 40℃ 미만인지의 여부를 판단한다(스텝 S10). 이 판단에 의해, 저탕조(21)에 저장되어 있는 물 중 40℃ 이상으로 따뜻해진 물의 비율이 제 1 임계치 미만인지의 여부가 판단된다.

제 1 온도(T2)는 40℃ 미만이라고 온도 판단부(104)가 판단한 경우(스텝 S10: yes), 기동 정지 제어부(105)는 기동 처리를 실행한다(스텝 S11). 한편, 제 2 온도(T5)는 40℃ 이상이라고 온도 판단부(104)가 판단한 경우(스텝 S10: no), 기동 정지 제어부(105)는 계속 정지하는 처리를 실행한다(스텝 S12).

다음에, 도 5를 참조하여 상술한 스텝 S11의 기동 처리에 있어서의 동작을 설명한다. 도 5는, 기동 처리에 있어서의 동작을 도시하는 플로도이다. 우선, 전력 판단부(108)는, 현시점에서 사용되고 있는 전력량이, 미리 정해진 전열발생장치(11)의 최저 발전량 미만인지의 여부를 판단한다(스텝 S101).

현시점에서 사용되고 있는 전력량은 최저 발전량 미만이라고 전력 판단부(108)가 판단한 경우(스텝 S101: yes), 기동 정지 제어부(105)는 전열발생장치(11)의 정지상태를 계속 유지한다(스텝 S102). 한편, 현시점에서 사용되고 있는 전력량은 최저 발전량 미만이 아니라고 전력 판단부(108)가 판단한 경우(스텝 S101: no), 기동 정지 제어부(105)는 전열발생장치(11)를 기동한다(스텝 S103).

다음에, 도 6을 참조하여 상술한 스텝 S12의 계속 정지 상태로 하는 처리에 있어서의 동작을 설명한다. 도 6은, 계속 정지하는 처리에 있어서의 동작을 도시하는 플로도이다. 우선, 예측 사용 수량 유무 판단부(107)는, 온도계(TM1 내지 TM5)에 의해서 계측된 온도(T1 내지 T5)에 기초하여 구해지는 40℃ 이상의 물의 양이, 소정의 시간대에서의 열량의 예측치에 기초하여 산출되는 예측 사용 수량 미만인지의 여부를 판단한다(스텝 S111).

40℃ 이상으로 따뜻해진 물의 양은 예측 사용 수량 미만이 아니라고 판단한 경우, 즉 40℃ 이상으로 따뜻해진 물의 양은 예측 사용 수량을 만족시킨다고 예측 사용 수량 유무 판단부(107)가 판단한 경우(스텝 S111: no), 기동 정지 제어부(105)는 전열발생장치(11)의 정지상태를 계속한다(스텝 S112). 40℃ 이상으로 따뜻해진 물의 양은 예측 사용 수량 미만이고, 즉 40℃ 이상으로 따뜻해진 물의 양은 예측 사용 수량을 만족시키지 않는다고 예측 사용 수량 유무 판단부(107)가 판단한 경우(스텝 S111: yes), 기동 정지 제어부(105)는 전열발생장치(11)를 기동한다(스텝 S113).

열병합 발전 시스템(1)은 예측 운전모드뿐만 아니라, 저탕조(21) 내의 상황에 기초하여 운전하는 비예측 운전모드를 구비한다. 그 때문에, 예측이 곤란한 상황에 빠진 경우에도, 현재의 상황에 기초하여 경제적인 운전을 하는 것이 가능하다.

비예측 운전모드에서는, 제 1 온도계(TM2)에 의해서 계측된 제 1 온도(T2)가 40℃ 미만이라고 온도 판단부(104)에 있어서 판단된 경우, 기동 정지 제어부(105) 는 전열발생장치(11)를 기동한다. 즉, 40℃ 이상으로 따뜻해진 물이 제 1 임계치(이 경우 30%) 미만인 경우, 기동 정지 제어부(105)가 전열발생장치(11)를 기동한다. 가령 필요한 양의 온수가 저탕조(21) 내에 저장되어 있지 않으면, 사용시에 온수가 부족할 우려가 있다. 따라서, 저탕조(21)에 저장하여 두는 온수의 양으로서 최저한 필요한 양에 대응하는 위치의 온도계를 제 1 온도계로서 설정하여 두는 것으로, 온수가 부족한 사태에 이르는 것을 억제할 수 있다.

또한, 비예측 운전모드에서는, 제 2 온도계(TM5)에 의해서 계측된 제 2 온도(T5)가 40℃ 이상이라고 온도 판단부(104)에 있어서 판단된 경우, 기동 정지 제어부(105)는 전열발생장치(11)를 정지한다. 40℃ 이상으로 따뜻해진 물이 제 2 임계치(이 경우 90%) 이상 있는 경우, 기동 정지 제어부(105)가 전열발생장치(11)를 정지한다. 가령 충분한 양 이상의 온수를 저탕조(21)에 저장하여 두었다고 해도, 사용하지 않고 차가워지면 이 온수를 얻는 데 발생한 열이 낭비가 된다. 따라서, 제 1 온도계의 아래쪽에 있고, 또한 저탕조(21)에 저장하여 두는 데 충분한 양에 대응하는 위치에 있는 온도계를 제 2 온도계로서 설정하여 두는 것으로, 전열발생장치(11)에서 불필요한 열을 발생시키는 것이 억제된다.

이와 같이, 열병합 발전 시스템(1)의 비예측 운전모드에서는, 전열발생장치(11)에 있어서 불필요한 열을 발생시키는 것을 억제하는 동시에, 온수가 부족한 사태에 이르는 것을 억제하고 있다. 그 때문에, 경제적인 운전을 하는 것이 가능하다.

또, 저탕조(21) 내의 물의 온도는, 위쪽으로부터 아래쪽으로의 한 방향으로 저하된다. 따라서, 제 1 온도계를 제 2 온도계의 위쪽에 설정하는 것으로, 제 1 온도계에 의해 필요조건을 판단할 수 있고, 제 2 온도계에 의해 충분조건을 판단할 수 있다.

운전모드 전환부(100)는, 전력량 상관계수와 열량 상관계수의 합에 기초하여, 예측 운전모드로부터 비예측 운전모드로 바꾼다. 예측치에 의한 운전에서는, 자연 환경의 대폭적인 변화, 또는 생활환경의 대폭적인 변화에 대하여 적절히 대응하는 것은 곤란하다. 전력량 상관계수와 열량 상관계수의 합으로부터, 실제의 사용량과 예측 사용량의 사이의 괴리가 인식된 경우, 열병합 발전 시스템(1)은 저탕조에 저장된 물의 온도 상황에 기초하여 운전하는 비예측 운전모드로 바뀐다. 이 때문에, 예측이 곤란한 상황에 빠진 경우에도, 경제적인 운전을 양호하게 유지하는 것이 가능하다.

저탕조(21)에 설치된 온도계(TM1 내지 TM5)는 상하방향으로 나란히 배치되어 있다. 즉, 복수의 온도계(TM1 내지 TM5)는, 저탕조(21) 내의 물의 온도가 낮아지는 방향을 따라 이 순서로 나란히 배치되어 있다. 따라서, 특정한 온도계(Ti)의 온도를 얻는 것으로, 온도 판단부(104)는 상기 온도계(Ti)보다 위쪽의 물의 온도 상황 및 아래쪽의 물의 온도 상황을 적확하게 파악할 수 있다. 그 때문에, 온도 판단부(104)는, 복수의 온도계(TM1 내지 TM5)에 의해서 계측된 온도(T1 내지 T5)에 기초하여, 40℃의 물의 비율을 산출하는 것이 가능하다.

열병합 발전 시스템(1)에서는, 제 1 온도(T2)가 40℃ 미만이고 전열발생장치(11)를 기동한 것이 좋다고 판단되는 경우에도, 현시점에서 사용되고 있는 전력 량이 최저 발전량 미만인 경우, 전열발생장치(11)의 정지상태를 계속한다. 그 때문에, 전열발생장치(11)를 기동하여 필요로 되는 전력량 이상의 불필요한 전력을 발생시키는 사태의 발생을 억제할 수 있다.

또한, 열병합 발전 시스템(1)에서는, 제 1 온도(T2)가 40℃ 이상이고 전열발생장치(11)를 정지상태로 해 두는 것이 좋다고 판단되는 경우에도, 40℃ 이상인 물의 양이 예측 사용 수량 미만인 경우, 전열발생장치(11)를 기동한다. 현재의 사용 상황에 대해서는, 저탕조(21)에 저장되어 있는 온수의 양이 충분하였다고 해도, 그 후 더욱 다량의 온수가 필요하게 되는 경우가 있다. 이러한 것이 예측된 경우에는, 전열발생장치(11)를 정지한 상태로 하지 않고 기동시켜, 온수 부족이 되는 사태의 발생을 억제할 수 있다.

이상, 본 발명의 적합한 실시형태에 관해서 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것이 아니라, 여러 가지의 변형이 가능하다. 예를 들면, 운전 제어부(13)는, 온도계에 의해서 계측된 온도에 기초하여, 온도계(TM1 내지 TM5) 중 40℃ 이상의 온도가 계측된 온도계의 비율을 산출하는 산출부(산출수단)를 더욱 구비하여도 좋다. 산출부는, 예를 들면 40℃ 이상이 계측된 온도계가 TM1인 경우 온도계의 비율을 1/10(10%)로 하여 산출하고, 40℃ 이상이 계측된 온도계가 TM1, TM2인 경우 온도계의 비율을 3/10(30%)로 하여 산출하고, 40℃ 이상이 계측된 온도계가 TM1, TM2, TM3인 경우 온도계의 비율을 5/10(50%)로 하여 산출하고, 40℃ 이상이 계측된 온도계가 TM1, TM2, TM3, TM4인 경우 온도계의 비율을 7/10(70%)로 하여 산출하고, 40℃ 이상이 계측된 온도계가 TM1, TM2, TM3, TM4, TM5인 경우 온도 계의 비율을 9/10(90%)로 하여 산출한다. 기동 정지 제어부(105)는, 산출부에 의해 산출된 온도계의 비율이 제 2 임계치(예를 들면 90%) 이상인 경우에, 전열발생장치(11)를 정지시키고, 산출된 온도계의 비율이 제 1 임계치(예를 들면 30%) 미만인 경우에, 전열발생장치를 기동시킨다.

또한, 설치되는 온도계의 수는, 상기 실시형태에 관계되는 열병합 발전 시스템(1)의 저탕조(21)에 설치된 수에 한하지 않고, 4개 이하이어도 좋고, 또는 6개 이상이어도 좋다. 또, 복수의 온도계는, 저탕조 내에 있어서 상하방향에 관해서 미리 정해진 소정의 간격을 가지면 좋고, 등간격으로 설치되어 있지 않아도 좋다.

또한, 운전 전환 수단이, 모드를 바꿀 때에 판단하는 소정의 온도는, 상기 실시형태로 예시한 40℃에 한하지 않고, 다른 온도이어도 좋다.