JP5769257B2 - Cogeneration system heat storage control method - Google Patents
Cogeneration system heat storage control method Download PDFInfo
- Publication number
- JP5769257B2 JP5769257B2 JP2012029041A JP2012029041A JP5769257B2 JP 5769257 B2 JP5769257 B2 JP 5769257B2 JP 2012029041 A JP2012029041 A JP 2012029041A JP 2012029041 A JP2012029041 A JP 2012029041A JP 5769257 B2 JP5769257 B2 JP 5769257B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- hot water
- heat storage
- time
- amount
- water storage
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Heat-Pump Type And Storage Water Heaters (AREA)
Description
本発明はコージェネレーション・システムの貯湯蓄熱制御技術に係り、特に、家庭用等の小規模システムにおいて効率的に貯湯可能なコージェネレーション・システムの貯湯蓄熱制御技術に関する。 The present invention relates to a hot water storage control technology for a cogeneration system, and more particularly, to a hot water storage control technology for a cogeneration system that can efficiently store hot water in a small-scale system for home use.
コージェネレーション・システムは、発電時に発生する排熱を回収して同時にお湯を作り、貯湯タンクに蓄熱して給湯需要に対応する熱電併給システムであり、総合熱効率が高いシステムとして注目されている(例えば特許文献1)。
現在、商品化されている燃料電池等を用いた家庭用コージェネレーション・システムでは、蓄熱量が少ない場合の大量給湯使用時の湯切れを防止するため、バックアップ用の給湯器として大能力(例えば24号程度)の給湯器を搭載することが一般的である。
さらに、文献2のコージェネレーション・システム100では、図8に示すように燃料電池装置101の内部に都市ガス等を燃料とするバックアップバーナ104aと、改質装置102で生成する改質ガスを燃料とするプロセスガスバーナ104bを有するバックアップ用給湯器105を備えている。
The cogeneration system is a combined heat and power system that recovers waste heat generated during power generation and creates hot water at the same time and stores it in a hot water storage tank to meet the demand for hot water supply. Patent Document 1).
Currently, commercial cogeneration systems using commercially available fuel cells and the like have a large capacity as a backup water heater (for example, 24) in order to prevent running out of hot water when using a large amount of hot water supply when the amount of stored heat is small. It is common to install a water heater of about No.).
Furthermore, in the
しかしながら、大能力のバックアップ給湯器を搭載することは、コストアップ要因となり、コージェネレーション・システムの普及阻害要因となる。
本発明は、コジェネ・システのバックアップ用給湯器として小型給湯器を用い、かつ、大量給湯使用時の湯切れリスク回避可能な貯湯蓄熱制御技術を提供することを目的とする。
However, the installation of a large-capacity backup water heater becomes a cost increase factor and an impediment to the spread of cogeneration systems.
An object of the present invention is to provide a hot water storage heat storage control technique that uses a small water heater as a backup water heater for a cogeneration system and can avoid the risk of running out of hot water when using a large amount of hot water.
本発明は、以下の内容を要旨とする。すなわち、本発明に係るコージェネレーション・システムの貯湯蓄熱制御方法は、
(1)発電排熱を貯湯タンクにお湯として蓄熱する貯湯タンクと、蓄熱量不足分を補充するためのバックアップ給湯器と、を備えたコージェネレーション・システムにおいて、
所定の予測対象時間帯(t0〜tn)に属する各時間帯τi(i=0〜n)の蓄熱量と給湯需要量のバランスを予測して、遅くとも不足が予測される時間帯の開始前に不足分を蓄熱完了するように、バックアップ給湯器を運転することを特徴とする。
The gist of the present invention is as follows. That is, the hot water storage control method of the cogeneration system according to the present invention is:
(1) In a cogeneration system comprising a hot water storage tank for storing generated exhaust heat as hot water in a hot water storage tank, and a backup water heater for replenishing the shortage of heat storage amount,
Predicting the balance between the heat storage amount and hot water supply demand in each time zone τi (i = 0 to n) belonging to the predetermined prediction target time zone (t0 to tn), before the start of the time zone where shortage is predicted at the latest The backup water heater is operated so as to complete heat storage for the shortage.
(2)上記(1)の発明において、
(a)現時点(t0)から各時間帯τi(i=0〜n)について、給湯需要量D(τi)、発電排熱回収量H(τi)の予測に基づいて、各時間帯開始時の貯湯タンク蓄熱量Q(ti)を求めるステップと、
(b)各時間帯について、給湯需要量D(τi)と貯湯タンク蓄熱量Q(ti)との需給バランスを判定するステップと、
(c)上記(2)の発明において、いずれかの時間帯(τj)において、貯湯タンク蓄熱量Q(tj)が当該時間帯の給湯需要量D(τj)を下回る場合には、遅くとも当該時間帯開始前にQ(tj)≧D(τj)を維持するように、バックアップ給湯器の加熱運転を行うステップと、
(d)前記(a)乃至(c)のステップを所定の更新時間ごとに繰り返し行うステップと、
を含むことを特徴とする。
(2) In the invention of (1) above,
(A) For each time zone τi (i = 0 to n) from the current time (t0), based on the prediction of hot water supply demand D (τi) and power generation exhaust heat recovery amount H (τi), A step of obtaining a hot water storage tank heat storage amount Q (ti);
(B) For each time period, determining a supply and demand balance between the hot water supply demand D (τi) and the hot water storage tank heat storage Q (ti);
(C) In the invention of (2) above, in any time zone (τj), when the hot water storage tank heat storage amount Q (tj) is lower than the hot water supply demand amount D (τj) in the time zone, at the latest time Performing a heating operation of the backup water heater so as to maintain Q (tj) ≧ D (τj) before the start of the belt;
(D) repeating the steps (a) to (c) every predetermined update time;
It is characterized by including.
(3)上記(2)の発明において、前記(b)及び(c)のステップに替えて、
(e)各時間帯について、貯湯タンク蓄熱量Q(ti)と、その後の複数時間帯(τi〜τ(i+m))分の給湯需要量総和ΣD(τk)(k=i〜i+m)との需給バランスを判定するステップと、
(f)いずれかの時間帯(τj)において、貯湯タンク蓄熱量Q(tj)が、その後の複数時間帯(tj〜t(j+m))分の給湯需要量総和ΣD(τk)(k=j〜j+m)を下回る場合には、遅くとも当該時間帯開始前にQ(tj)≧ΣD(τk)を確保するように、バックアップ給湯器の加熱運転を行うステップと、
を含むことを特徴とする。
(3) In the above invention (2), instead of the steps (b) and (c),
(E) For each time zone, the hot water storage tank heat storage amount Q (ti) and the hot water supply demand total ΣD (τk) (k = i to i + m) for the subsequent multiple time zones (τi to τ (i + m)) Determining a supply-demand balance;
(F) In any time zone (τj), the hot water storage tank heat storage amount Q (tj) is the total hot water supply demand amount ΣD (τk) (k = j) for the subsequent multiple time zones (tj to t (j + m)). ~ J + m), the step of performing the heating operation of the backup water heater so as to ensure Q (tj) ≧ ΣD (τk) at the latest before the start of the time period,
It is characterized by including.
(4)上記(2)の発明において、前記(c)のステップにおいて、直近時間帯(τ0)開始時の貯湯タンク蓄熱量Q(t0)が、当該時間帯の給湯需要量D(τ0)を下回る場合には、前記バックアップ給湯器の最大出力qmaxで加熱運転を行う、
ことを特徴とする。
(4) In the invention of (2), in the step (c), the hot water storage tank heat storage amount Q (t0) at the start of the latest time zone (τ0) is the hot water supply demand amount D (τ0) in the time zone. If it falls below, the heating operation is performed at the maximum output qmax of the backup water heater.
It is characterized by that.
(5)上記(2)の発明において、前記(c)のステップにおいて、貯湯タンク蓄熱量Q(ti)が給湯需要量D(τi)を下回る時間帯が複数存在する場合は、前記バックアップ給湯器が最大出力qmaxで加熱運転を行うとしたときに、最も早く運転開始すべき時間帯の運転開始時刻に運転開始する、ことを特徴とする。 (5) In the invention of (2), in the step (c), when there are a plurality of time zones in which the hot water storage tank heat storage amount Q (ti) is lower than the hot water supply demand amount D (τi), the backup water heater When the heating operation is performed at the maximum output qmax, the operation is started at the operation start time in the time zone where the operation should be started earliest.
(6)上記各発明において、前記予測対象時間帯が、前記バックアップ給湯器のみで前記貯湯タンクを満蓄するのに要する時間であることを特徴とする。 (6) In each of the above inventions, the prediction target time zone is a time required to fully store the hot water storage tank only by the backup water heater.
(7)上記各発明において、制御中に、貯湯タンク蓄熱量Q(t)が所定の最低蓄熱量Qminを下回る状態に至った場合には、Q(t)≧Qminに至るまでは、前記バックアップ給湯器の加熱運転を最優先して行うことを特徴とする。 (7) In each of the above inventions, when the hot water storage heat storage amount Q (t) reaches a state below the predetermined minimum heat storage amount Qmin during the control, the backup is performed until Q (t) ≧ Qmin. The heating operation of the water heater is performed with the highest priority.
本発明によれば、大能力のバックアップ給湯器を搭載する必要がなくなるため、装置・設備の小型・軽量化が可能となり、省資源化、イニシャルコスト低減化に資する。 According to the present invention, it is not necessary to mount a large-capacity backup water heater, so that the apparatus / equipment can be reduced in size and weight, contributing to resource saving and initial cost reduction.
また、給湯需要が予測される時間帯以前に常に必要量が貯湯されるため、湯切れリスクを回避可能とすることができるという効果がある。 In addition, since the necessary amount of hot water is always stored before the time when hot water supply demand is predicted, there is an effect that the risk of running out of hot water can be avoided.
また、給湯需要が予測される時間帯の直前に貯湯完了するように制御されるため、缶体からの放熱ロスを最小限に抑えることができるという効果がある。 Further, since the hot water storage is controlled to be completed immediately before the time when the hot water supply demand is predicted, there is an effect that the heat loss from the can can be minimized.
また、所定の最低蓄熱量Qminを下回る場合にバックアップ給湯器が最大出力で加熱運転を行う発明にあっては、万一、給湯需要予測が外れた場合であっても、湯切れによる利用者の不便を回避又は極力抑制できるという効果がある。 Further, in the invention in which the backup water heater performs the heating operation at the maximum output when it falls below the predetermined minimum heat storage amount Qmin, even if the demand for hot water supply is deviated, There is an effect that inconvenience can be avoided or suppressed as much as possible.
以下、本発明の実施形態について、図1乃至7を参照してさらに詳細に説明する。なお、本発明の範囲は特許請求の範囲記載のものであって、以下の実施形態に限定されないことはいうまでもない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to FIGS. Needless to say, the scope of the present invention is described in the claims and is not limited to the following embodiments.
<第一の実施形態>
図1は、本発明の一実施形態に係るコージェネレーション・システム1の全体構成を示す図である。コージェネレーション・システム1は、燃料電池発電ユニット2と、貯湯タンク4及び補助給湯器5を備えた貯湯ユニット3と、これら各装置間を結ぶ配管群と、を主要構成として備えている。
<First embodiment>
FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of a
発電ユニット2は、都市ガス中の天然ガスを水素を主成分とするガスに改質する燃料処理装置(図示せず)、改質ガスと酸素を反応させて発電する燃料電池セルスタック(図示せず)、セルスタックにおいて得られた直流電力を交流電力に変換するインバータ(図示せず)、発電排熱及び余剰電力によるヒータ熱を回収する排熱回収装置(図示せず)等により構成されている。燃料である都市ガスは、供給管6を介して供給される。
The
貯湯タンク4は、発電ユニット2の排熱回収装置との熱交換により、発電排熱を温水循環系統4aを介して回収して、貯湯タンク4にお湯として蓄熱するように構成されている。貯湯タンク4には、給湯配管4cを介して消費される湯量に対応する冷水が、給水配管4bを介して新たに補給されるように構成されている。
補助給湯器5は、後述する蓄熱制御方法により貯湯タンク4の温水不足分を適宜補充するように構成されている。補助給湯器5は、循環配管5a及び循環ポンプ5bにより循環する貯湯タンク4内の温水を、バーナ5cにより燃焼加熱して高温水(例えば80℃)として戻し、貯湯タンク4を制御温度に維持するように構成されている。
貯湯タンク4内には、縦方向に複数の温度センサ(図示せず)が配設されており、各部の温水温度の測定に基づいて蓄熱量Q(t)を計測可能に構成されている。
The hot
The
A plurality of temperature sensors (not shown) are arranged in the hot
コージェネレーション・システム1は以上のように構成されており、次に、図2乃至図3(d)を参照して、本実施形態における制御フローについて説明する。システム1の運転制御は不図示の制御部により行われる。なお、以下のフローにおいて、「発電スケジュール」、「排熱回収量予測」、「給湯需要予測」に際しては、公知の学習型アルゴリズムに基づく燃料電池運転制御ロジック(例えば、特開2006−266121号公報参照)に基づき、演算可能である。因みに、市販の実機では、現在の需要データを過去数ヶ月の同じ曜日、同じ時刻の需要データと比較して、水温など他のパラメータも加味して、最も近似する日を抽出する。そしてその日の24時間の需要パターンを、今後24時間の予測値として設定し、これに基づいて起動時間を逆算し、運転スケジュールを決定する方式を採用するものがある。
The
図2を参照して、システム運転開始に伴い、発電ユニット2は所定の発電スケジュールに従って、負荷追従制御により運転が行われる。運転中、発電排熱は回収され貯湯タンク4側に蓄熱される(S101)。初期状態において補助給湯器5による加熱運転は行われない(q=0)(S102)。制御中は常に貯湯タンク4の蓄熱量Q(t)が計測されており(S103)、Q(t)が所定の最低蓄熱量Qminを下回る場合には(S104においてY)、Qmin以上となるまで補助給湯器5により最大出力qmaxでの加熱運転が行われる(S104b)。また、Q(t)≧Qminの場合には(S104においてN)、加熱出力q=q(τ0)により加熱運転が行われる(S104a)。なお、q(τ0)の具体的内容は後述する。
この状態で所定の制御更新タイミング(t=t0)に至ったときは(S105においてYES)、今後n時間後までの蓄熱量予測を行う(S106、S107)。なお、予測範囲n時間については、補助給湯器5で貯湯タンク4の貯湯量Vを常温T0から設定温度TH(例えば60℃、80℃等)まで沸かし上げる必要時間tb
tb=k・V(TH−T0)/qmax ・・・・(1)
に基づいて設定することが合理的である(但し、k:熱量換算単位)。
With reference to FIG. 2, with the start of system operation, the
When a predetermined control update timing (t = t0) has been reached in this state (YES in S105), a heat storage amount prediction for n hours later is performed (S106, S107). For the predicted range n hours, the necessary time tb for boiling the hot water storage amount V of the hot
tb = k · V (TH−T0) / qmax (1)
It is reasonable to set based on (where k is a unit of heat conversion).
蓄熱量予測は、以下の手順で行う。最初に現在時t0からn時間後(tn)までの各時間帯τi(i=0〜n)の給湯需要量D(τi)、排熱回収量H(τi)の予測を行う(S106)。なお、以下の説明において。時刻(ti)と時間帯(τi)の対応は、t0−t1間をτ0、t1−t2間をτ1、・・・、tn−t(n+1)間をτn とする。
次いで、各時間帯開始時におけるタンク蓄熱量Q(ti)の推移を(2)式により求める(S107)。なお、同式において貯湯タンク缶体からの放熱は他と比較して小さいため、無視している。
Q(t(i+1))=Q(ti)+[(H(τi)−D(τi)] ・・・・(2)
The heat storage amount prediction is performed according to the following procedure. First, the hot water supply demand amount D (τi) and the exhaust heat recovery amount H (τi) in each time zone τi (i = 0 to n) from the current time t0 to n hours later (tn) are predicted (S106). In the following description. The correspondence between the time (ti) and the time zone (τi) is τ0 between t0 and t1, τ1 between t1 and t2, and τn between tn and t (n + 1).
Subsequently, the transition of the tank heat storage amount Q (ti) at the start of each time zone is obtained by the equation (2) (S107). In the same formula, heat dissipation from the hot water storage tank can body is small as compared with others, so it is ignored.
Q (t (i + 1)) = Q (ti) + [(H (τi) −D (τi)] (2)
次に、各時間帯開始時の蓄熱量Q(ti)が当該時間帯の給湯需要量D(τi)とバランスしているか否かの判定を行う。判定は、長時間予測及び短時間予測の2段階で行う(S108、S110)。短時間予測とは、直近時間帯τ1の給湯需要量D(τ1)に基づく予測を意味する。
図3(a)−(c)を参照して、ここでは長時間予測として2〜6時間、短時間予測として1時間に設定した例を説明する。
最初に、長時間予測において給湯需要が充足されるか否かの判定を行う(S108)。具体的には図2(a)のフローを参照して、時間帯τi(i=2〜6:2時間後から6時間後まで)について、蓄熱量Q(ti)と給湯需要量D(τi)の差ΔQ(ti)を求める(S1081)。
ΔQ(ti)=Q(ti)−D(τi) ・・・・(2)
なお、ΔQ(ti)<0となる場合は、tiにおける蓄熱量Q(ti)よりも時間帯τiの給湯需要量D(τi)の方が大きいことを意味し、時間帯τiにおいて蓄熱量不足を起こすことになる。この際の蓄熱不足量は−ΔQ(ti)で表される。
Next, it is determined whether or not the heat storage amount Q (ti) at the start of each time zone is balanced with the hot water supply demand amount D (τi) in the time zone. The determination is performed in two stages, long time prediction and short time prediction (S108, S110). The short-term prediction means prediction based on the hot water supply demand amount D (τ1) in the latest time period τ1.
With reference to FIGS. 3A to 3C, an example in which 2 to 6 hours are set as the long-term prediction and 1 hour is set as the short-time prediction will be described here.
First, it is determined whether or not the hot water supply demand is satisfied in the long-time prediction (S108). Specifically, referring to the flow of FIG. 2A, the heat storage amount Q (ti) and the hot water supply demand amount D (τi) for the time zone τi (i = 2 to 6: after 2 hours to 6 hours). ) Difference ΔQ (ti) is obtained (S1081).
ΔQ (ti) = Q (ti) −D (τi) (2)
When ΔQ (ti) <0, it means that the hot water supply demand D (τi) in the time zone τi is larger than the heat storage amount Q (ti) in ti, and the heat storage amount is insufficient in the time zone τi. Will be caused. The insufficient heat storage amount at this time is represented by -ΔQ (ti).
次いで、ΔQ(ti)<0、すなわち蓄熱量不足が予測される時間帯τiの有無を判定する(S1082)。図3(a)は全ての時間帯でΔQ(ti)>0の例を示している。これに対して図3(b)は、時間帯τ(5)においてΔQ(t5)=Q(t5)−D(τ5)<0となっている例である。
ΔQ(ti)<0に該当する時間帯τiが存在する場合には(S1082においてY)、さらに、次の更新タイミング(t=t1)以降に給湯器運転を開始したのでは、給湯器の最大出力qmaxで加熱運転したとしても蓄熱量が不足、すなわち、
−ΔQ(tk)>qmax・(tk−t1) ・・・・(3)
である時間帯τkが有るか否かを判定する(k=2〜6)(S1083)。
Next, it is determined whether ΔQ (ti) <0, that is, the presence or absence of a time zone τi in which a shortage of heat storage is predicted (S1082). FIG. 3A shows an example in which ΔQ (ti)> 0 in all time zones. On the other hand, FIG. 3B is an example in which ΔQ (t5) = Q (t5) −D (τ5) <0 in the time zone τ (5).
If there is a time zone τi corresponding to ΔQ (ti) <0 (Y in S1082), and the water heater operation is started after the next update timing (t = t1), the maximum of the water heater Even if the heating operation is performed at the output qmax, the heat storage amount is insufficient, that is,
−ΔQ (tk)> qmax · (tk−t1) (3)
It is determined whether or not there is a time zone τk (k = 2 to 6) (S1083).
これに該当する時間帯τkが存在する場合には(S1083においてY)、次の更新タイミング(t=t1)以降から給湯器を運転開始したのでは蓄熱不足量を充足することが出来ないことを意味し、当該時間帯τkの蓄熱不足量充足のためには現時間帯t0から給湯器運転を行う必要がある。
さらに、該当する各時間帯τkについて、それぞれの蓄熱不足量を充足するために必要な給湯器出力q(k)を次式(4)により算出する(k=2〜6)(S1084)。
q(k)=−ΔQ(tk)/(tk−t0) ・・・・(4)
さらにq(k)とq(1)の最大値を判定し、給湯器出力q(τ0)とする(S1085)。なお、q(1)は1時間後の蓄熱不足量を充足するために必要な給湯器出力であり、以下式で表される。ΔQ(t1)≧0の場合はq(1)=0と考える。
q(1)=−ΔQ(t1)/(t1−t0)
その後、図2のフローに戻り、下記式で求まる加熱出力q(τ0)で、補助給湯器5による加熱運転が行われる(S109)。
q(τ0)=Max(q(1)、q(k))
If there is a time zone τk corresponding to this (Y in S1083), it is not possible to satisfy the shortage of heat storage if the water heater is started after the next update timing (t = t1). In other words, it is necessary to operate the water heater from the current time zone t0 in order to satisfy the insufficient heat storage amount in the time zone τk.
Further, for each corresponding time zone τk, the water heater output q (k) necessary for satisfying the respective heat storage shortage is calculated by the following equation (4) (k = 2 to 6) (S1084).
q (k) = − ΔQ (tk) / (tk−t0) (4)
Further, the maximum values of q (k) and q (1) are determined and set as the water heater output q (τ0) (S1085). In addition, q (1) is a hot water heater output required in order to satisfy the heat storage shortage amount after 1 hour, and is represented by the following formula. When ΔQ (t1) ≧ 0, q (1) = 0 is considered.
q (1) = − ΔQ (t1) / (t1−t0)
Thereafter, returning to the flow of FIG. 2, the heating operation by the
q (τ0) = Max (q (1), q (k))
S108においてNO、すなわち長時間予測において給湯需要が充足される場合には、さらに短時間予測による判定を行う(S110)。
前掲の図3(a)、(b)のケースでは、時間帯τ1の開始時t1における蓄熱量Q(t1)≧D(τ1)であるため、給湯需要充足と判定される。この場合には補助給湯器5により加熱運転は行われない(S112)。
If NO in S108, that is, if the hot water supply demand is satisfied in the long-time prediction, the determination by the short-time prediction is further performed (S110).
In the case of FIG. 3A and FIG. 3B described above, since the heat storage amount Q (t1) ≧ D (τ1) at the start time t1 of the time zone τ1, it is determined that the hot water supply demand is satisfied. In this case, no heating operation is performed by the auxiliary water heater 5 (S112).
これに対して、図3(c)のケースでは、蓄熱量Q(t1)<D(τ1)となるため、給湯需要に対応不可と判定される。この場合には時間帯τ1の開始時t1までにQ(t1)≧D(τ1)を確保するように、補助給湯器5により加熱運転が行われる(S111)。時間帯τ1における蓄熱量Q(t1)と給湯需要量D(τ1)の差ΔQ(t1)は以下の式で表される。
ΔQ(t1)=Q(t1)−D(τ1)
この場合の給湯器の加熱出力q(τ0)は、
q(τ0)=−ΔQ(t1)/(t1−t0) ・・・・(4)’
に調整される。
On the other hand, in the case of FIG. 3C, the heat storage amount Q (t1) <D (τ1) is satisfied, so that it is determined that the hot water supply demand cannot be met. In this case, the heating operation is performed by the
ΔQ (t1) = Q (t1) −D (τ1)
The heating output q (τ0) of the water heater in this case is
q (τ0) = − ΔQ (t1) / (t1−t0) (4) ′
Adjusted to
図3(d)は、加熱運転による蓄熱量推移を加熱なしの場合と対比して示した図である。同図中、A(破線)及びB(実線)は、それぞれ給湯器5による加熱運転なし、ありの場合の蓄熱量推移を示している。加熱運転により、時刻t1において時間帯τ1の給湯需要D(τ1)を充足するための蓄熱(=Q'(t1))が完了していることが分かる。この場合、時間帯τ1の開始時刻t1までに(4)’式の加熱出力q(τ0)により、
−ΔQ(t1)=D(τ1)−Q(t1)=Q'(t1)−Q(t1)・・・・(4)”
の蓄熱がなされることになる。
以上の制御を所定の更新タイミングごとに行うことにより、給湯需要に対応した蓄熱量が常時維持可能となる。
FIG.3 (d) is the figure which showed the thermal storage amount transition by a heating driving | operation compared with the case where there is no heating. In the figure, A (broken line) and B (solid line) indicate transitions of the heat storage amount when there is no heating operation by the
−ΔQ (t1) = D (τ1) −Q (t1) = Q ′ (t1) −Q (t1) (4) ”
Will be stored.
By performing the above control at every predetermined update timing, the heat storage amount corresponding to the hot water supply demand can be constantly maintained.
なお、本実施形態では発電装置として燃料電池を用いた例を示したが、これに限らずエンジン発電機を用いるシステムとしても良い。
また、各時間帯におけるタンク蓄熱量Q(ti)の推移予測((2)式)では、排熱回収量H(τi)を含めているが、所定時間ごとの更新(S105)により補正されるため、排熱回収量が給湯器能力に対し十分に小さければ(例えば1/10)、排熱回収量H(τi)を省略した予測演算としてもよい。
In the present embodiment, an example in which a fuel cell is used as the power generation device has been described.
Moreover, in the transition prediction (equation (2)) of the tank heat storage amount Q (ti) in each time zone, the exhaust heat recovery amount H (τi) is included, but is corrected by updating every predetermined time (S105). Therefore, if the exhaust heat recovery amount is sufficiently small with respect to the hot water heater capacity (for example, 1/10), the exhaust heat recovery amount H (τi) may be omitted.
また、本実施形態では時間帯単位として1時間の例を示したが、より短時間(例えば30分、10分)を単位として更新する態様とすることも可能である。 Further, in the present embodiment, an example of one hour as a unit of time zone is shown, but it is also possible to adopt a mode in which updating is performed in units of shorter time (eg, 30 minutes, 10 minutes).
<第二の実施形態>
次に、図4乃至6を参照して本発明の他の実施形態について説明する。本実施形態の構成は第一の実施形態と同一であるので、重複説明を省略する。
図4を参照して、本実施形態における制御フローは以下の通りである。S201−S204bまでは第一の実施形態のS101−S104bと同様である。)。なお、S204aにおけるq(τ0)は、q(τ0)=0(前回判定時においてq=0の場合)、又は、q(τ0)=qmax(前回判定時においてq=qmaxの場合)である。
<Second Embodiment>
Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Since the configuration of the present embodiment is the same as that of the first embodiment, redundant description is omitted.
With reference to FIG. 4, the control flow in this embodiment is as follows. The processes up to S201-S204b are the same as S101-S104b of the first embodiment. ). Note that q (τ0) in S204a is q (τ0) = 0 (when q = 0 at the previous determination) or q (τ0) = qmax (when q = qmax at the previous determination).
この状態で所定の制御更新タイミング(t=t0)に至ったときは(S205においてYES)、今後n時間後までの蓄熱量予測を行う(S206、S207)。次に、各時間帯におけるタンク蓄熱量Q(ti)を当該時間帯の開始時間tiまでに蓄熱完了させるために、遡って加熱開始すべき時刻ts(i)を求める(S208)。さらに、各ts(i)のうち現時点(t0)に最も近接する時刻(tsE)を判定する(S209)。図5のケースでは ts(4)が、図6のケースでは ts(3)がそれぞれ最近接時刻tsEに該当することになる。さらに、最近接時刻(tsE)<時刻t1か否かを判定し(S210)、該当する場合(図5)には、t0〜t1間の当該最近接時刻(tsE)から給湯器5の最大出力qmaxでの加熱運転を開始する(S211)。S210においてtsE ≧t1の場合(図6)にはS203に戻り、随時タンク蓄熱量Q(t)の計測を継続する。
When the predetermined control update timing (t = t0) is reached in this state (YES in S205), the heat storage amount prediction is performed until n hours later (S206, S207). Next, in order to complete the heat storage of the tank heat storage amount Q (ti) in each time zone by the start time ti of the time zone, a time ts (i) at which heating should be started retroactively is obtained (S208). Further, the time (tsE) closest to the current time (t0) among each ts (i) is determined (S209). In the case of FIG. 5, ts (4) corresponds to the closest time tsE in the case of FIG. 6, and ts (3) respectively. Further, it is determined whether or not the closest time (tsE) <time t1 (S210). If applicable (FIG. 5), the maximum output of the
<第三の実施形態>
さらに、本発明の他の実施形態について説明する。本実施形態が上述の各実施形態と異なる点は、時刻tiにおける貯湯タンク蓄熱量Q(ti)が直近時間帯の給湯需要量D(τi)を上回るだけでなく、その先の複数時間帯分の給湯需要量ΣD(τj)(j=i〜i+m)を担保するように給湯器運転を行うことである。ここでは6時間分の予測需要量を蓄熱する例について説明する。
<Third embodiment>
Furthermore, another embodiment of the present invention will be described. This embodiment is different from each of the above-described embodiments in that not only the hot water storage tank heat storage amount Q (ti) at the time ti exceeds the hot water supply demand D (τi) in the latest time zone, but also for a plurality of time zones ahead. Is to operate the water heater so as to secure the required amount of hot water supply ΣD (τj) (j = i to i + m). Here, the example which heat-stores the predicted demand amount for 6 hours is demonstrated.
本実施形態の構成についても第一の実施形態と同一であるので、重複説明を省略する。
図7を参照して、本実施形態における制御フローは以下の通りである。S301−S305までは第一の実施形態のS101−S105と同様である。
更新タイミングt=t0に至ったときは、時間帯別の給湯需要量D(τi)、排熱回収量H(τi)(i=0〜11)の予測演算を5時間分延長してτ11まで行う(S306)。
Since the configuration of the present embodiment is also the same as that of the first embodiment, redundant description is omitted.
With reference to FIG. 7, the control flow in this embodiment is as follows. The processes from S301 to S305 are the same as S101 to S105 in the first embodiment.
When the update timing t = t0 is reached, the prediction calculation of the hot water supply demand amount D (τi) and the exhaust heat recovery amount H (τi) (i = 0 to 11) is extended by 5 hours to τ11. It performs (S306).
次に、次の時間帯開始時t1における蓄熱量Q(ti)の推移を(5)式により求める(S307)。なお、同式において貯湯タンク缶体からの放熱は他と比較して小さいため、無視している。また、タンク蓄熱量Q(ti)の予測演算はt1〜t6のみを行いt7以降は行う必要はない。
Q(t(i+1))=Q(ti)+[(H(τi)−D(τi)] ・・・・(5)
Next, the transition of the heat storage amount Q (ti) at the start time t1 of the next time zone is obtained from the equation (5) (S307). In the same formula, heat dissipation from the hot water storage tank can body is small as compared with others, so it is ignored. Moreover, the prediction calculation of the tank heat storage amount Q (ti) is performed only from t1 to t6, and does not need to be performed after t7.
Q (t (i + 1)) = Q (ti) + [(H (τi) −D (τi)] (5)
さらに、Q(ti)とti〜t(i+5)間の給湯需要量合計値ΣD(τi)とを比較する(S308)。
ΣD(τi)=D(τi)+D(τ(i+1))+D(τ(i+2))+D(τ(i+3))+D(τ(i+4))+D(τ(i+5))
i=1〜6の全ての時間帯において、Q(ti)≧ΣD(τi)の場合には(S308においてY)、次の更新タイミングまで現状状態が継続される。
Q(t1)<ΣD(τi)の場合には(S308においてN)、遅くとも当該時間帯開始前に蓄熱不足分を充足するように給湯器5の加熱運転を行う(S309)。この場合の給湯器出力qは、第1の実施形態S108−S113と同様である。
Furthermore, the hot water supply demand total value ΣD (τi) between Q (ti) and ti˜t (i + 5) is compared (S308).
ΣD (τi) = D (τi) + D (τ (i + 1)) + D (τ (i + 2)) + D (τ (i + 3)) + D (τ (i + 4)) + D (τ (i + 5))
When Q (ti) ≧ ΣD (τi) is satisfied in all time zones i = 1 to 6 (Y in S308), the current state is continued until the next update timing.
If Q (t1) <ΣD (τi) (N in S308), the heating operation of the
以上の制御を所定の更新タイミングごとに行うことにより、設定した複数時間分の給湯需要量を予め蓄熱することができ、給湯需要予測が外れた場合の湯切れリスクを極力排除することができる。 By performing the above control at every predetermined update timing, the set hot water supply demand for a plurality of hours can be stored in advance, and the risk of hot water shortage when the hot water supply demand prediction is lost can be eliminated as much as possible.
本発明は、コージェネレーション・システムのみならず、電気温水器、ヒートポンプ給湯器等の蓄熱制御としても適用可能である。 The present invention can be applied not only to a cogeneration system but also to heat storage control of an electric water heater, a heat pump water heater, or the like.
1・・・・コージェネレーション・システム
2・・・・燃料電池発電ユニット
3・・・・貯湯ユニット
4・・・・貯湯タンク
5・・・・補助給湯器
D・・・・給湯需要量
H・・・・発電排熱回収量
Q・・・・貯湯タンク蓄熱量
q・・・・補助給湯器加熱出力
DESCRIPTION OF
Claims (6)
所定の予測対象時間帯(t0〜tn)に属する各時間帯τi(i=0〜n)の蓄熱量と給湯需要量のバランスを予測して、不足が予測される時間帯の開始前に不足分を蓄熱完了するように、バックアップ給湯器を運転するものであって、
(a)現時点(t0)から各時間帯τi(i=0〜n)について、給湯需要量D(τi)、発電排熱回収量H(τi)の予測に基づいて、各時間帯開始時の貯湯タンク蓄熱量Q(ti)を求めるステップと、
(b)各時間帯について、給湯需要量D(τi)と貯湯タンク蓄熱量Q(ti)との需給バランスを判定するステップと、
(c)いずれかの時間帯(τj)において、貯湯タンク蓄熱量Q(tj)が当該時間帯の給湯需要量D(τj)を下回る場合には、当該時間帯開始直前にQ(tj)≧D(τj)を維持するように、バックアップ給湯器の加熱運転を行うステップと、
(d)前記(a)乃至(c)のステップを所定の更新時間ごとに繰り返し行うステップと、
を含むことを特徴とするコージェネレーション・システムの貯湯蓄熱制御方法。 In a cogeneration system equipped with a hot water storage tank that stores generated exhaust heat as hot water in a hot water storage tank, and a backup water heater for replenishing the shortage of heat storage amount,
Prediction of the balance between the amount of heat storage and hot water supply demand in each time zone τi (i = 0 to n) belonging to the predetermined prediction target time zone (t0 to tn), and shortage before the start of the time zone where shortage is predicted The backup water heater is operated to complete the heat storage ,
(A) For each time zone τi (i = 0 to n) from the current time (t0), based on the prediction of hot water supply demand D (τi) and power generation exhaust heat recovery amount H (τi), A step of obtaining a hot water storage tank heat storage amount Q (ti);
(B) For each time period, determining a supply and demand balance between the hot water supply demand D (τi) and the hot water storage tank heat storage Q (ti);
(C) any of the time zones in (τj), when the hot water storage tank heat storage amount Q (tj) is below the hot water demand D (τj) of the time period, those said time period starting just before the Q (tj ) Performing a heating operation of the backup water heater so as to maintain ≧ D (τj);
(D) repeating the steps (a) to (c) every predetermined update time;
A hot water storage control method for a cogeneration system, characterized by comprising:
(e)各時間帯について、貯湯タンク蓄熱量Q(ti)と、その後の複数時間帯(τi〜τ(i+m))分の給湯需要量総和ΣD(τk)(k=i〜i+m)との需給バランスを判定するステップと、
(f)いずれかの時間帯(τj)において、貯湯タンク蓄熱量Q(tj)が、その後の複数時間帯(tj〜t(j+m))分の給湯需要量総和ΣD(τk)(k=j〜j+m)を下回る場合には、遅くとも当該時間帯開始前にQ(tj)≧ΣD(τk)を確保するように、バックアップ給湯器の加熱運転を行うステップと、
を含むことを特徴とする請求項1に記載のコージェネレーション・システムの貯湯蓄熱制御方法。 Instead of the steps (b) and (c),
(E) For each time zone, the hot water storage tank heat storage amount Q (ti) and the hot water supply demand total ΣD (τk) (k = i to i + m) for the subsequent multiple time zones (τi to τ (i + m)) Determining a supply-demand balance;
(F) In any time zone (τj), the hot water storage tank heat storage amount Q (tj) is the total hot water supply demand amount ΣD (τk) (k = j) for the subsequent multiple time zones (tj to t (j + m)). ~ J + m), the step of performing the heating operation of the backup water heater so as to ensure Q (tj) ≧ ΣD (τk) at the latest before the start of the time period,
The hot water storage control method of the cogeneration system according to claim 1 , comprising:
ことを特徴とする請求項1に記載のコージェネレーション・システムの貯湯蓄熱制御方法。 In the step (c), when the hot water storage tank heat storage amount Q (t0) at the start of the latest time period (τ0) is lower than the hot water supply demand D (τ0) in the time period, the maximum of the backup water heater Heating operation with output qmax,
The hot water storage control method of the cogeneration system according to claim 1 .
ことを特徴とする請求項1に記載のコージェネレーション・システムの貯湯蓄熱制御方法。 In the step (c), when there are a plurality of time zones in which the hot water storage tank heat storage amount Q (ti) is lower than the hot water supply demand amount D (τi), the backup water heater performs the heating operation at the maximum output qmax. Sometimes start at the start time of the time zone that should start
The hot water storage control method of the cogeneration system according to claim 1 .
Q(t)≧Qminに至るまでは、前記バックアップ給湯器の加熱運転を最優先して行うことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載のコージェネレーション・システムの貯湯蓄熱制御方法。
During the control, when the hot water storage tank heat storage amount Q (t) falls below a predetermined minimum heat storage amount Qmin,
The hot water storage / storage control of the cogeneration system according to any one of claims 1 to 5 , wherein the heating operation of the backup water heater is given the highest priority until Q (t) ≥ Qmin. Method.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012029041A JP5769257B2 (en) | 2012-02-14 | 2012-02-14 | Cogeneration system heat storage control method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012029041A JP5769257B2 (en) | 2012-02-14 | 2012-02-14 | Cogeneration system heat storage control method |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2013167367A JP2013167367A (en) | 2013-08-29 |
JP5769257B2 true JP5769257B2 (en) | 2015-08-26 |
Family
ID=49177905
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012029041A Active JP5769257B2 (en) | 2012-02-14 | 2012-02-14 | Cogeneration system heat storage control method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5769257B2 (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6513498B2 (en) * | 2015-06-15 | 2019-05-15 | 大和ハウス工業株式会社 | Hot water supply system |
JP6667161B2 (en) * | 2017-02-21 | 2020-03-18 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Cogeneration system |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3755397B2 (en) * | 2000-11-01 | 2006-03-15 | 株式会社デンソー | Hot water storage water heater |
JP4605943B2 (en) * | 2000-11-16 | 2011-01-05 | 大阪瓦斯株式会社 | Cogeneration system operation method |
JP4101082B2 (en) * | 2003-02-24 | 2008-06-11 | 大阪瓦斯株式会社 | Cogeneration system |
JP4678728B2 (en) * | 2004-08-31 | 2011-04-27 | 大阪瓦斯株式会社 | Cogeneration system |
JP2009068806A (en) * | 2007-09-14 | 2009-04-02 | Toshiba Fuel Cell Power Systems Corp | Power generation heat using system |
JP5506558B2 (en) * | 2010-06-16 | 2014-05-28 | 東京瓦斯株式会社 | Cogeneration system operation control method |
-
2012
- 2012-02-14 JP JP2012029041A patent/JP5769257B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2013167367A (en) | 2013-08-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6491494B2 (en) | Hot water controller | |
JP2007280650A (en) | Operation method of fuel cell system, and fuel cell system | |
JP5444020B2 (en) | Cogeneration system | |
JP5254500B1 (en) | Distributed power generation system and control method of distributed power generation system | |
JP5457818B2 (en) | Cogeneration system | |
JP2020118335A (en) | Cogeneration system | |
JP5769257B2 (en) | Cogeneration system heat storage control method | |
JP2005012906A (en) | Method and device for controlling output of cogeneration system | |
JP2008192103A (en) | Carbon dioxide emission amount computing system and carbon dioxide emission amount computing method | |
JP4966066B2 (en) | Cogeneration system | |
JP2014086367A (en) | Operation control method and operation control system for fuel cell in apartment house | |
JP2009300061A (en) | Operation plan preparing device, operation plan preparing method, and program for cogeneration system | |
JP2013041723A (en) | Power control unit and power control method | |
JP5295694B2 (en) | Fuel cell system and operation method thereof | |
JP2005009781A (en) | Output control device and output control method for cogeneration system | |
JP4535694B2 (en) | Output control device and output control method for cogeneration system | |
JP6010748B2 (en) | Fuel cell system | |
JP5506558B2 (en) | Cogeneration system operation control method | |
JP2017127086A (en) | Integrity control method, integrity control device, energy supply system and program | |
JP2005009780A (en) | Output control device and output control method for cogeneration system | |
JP5647925B2 (en) | Cogeneration system | |
JP7369949B2 (en) | cogeneration system | |
JP2005140466A (en) | Cogeneration system and control method therefor | |
JP2008281309A (en) | Heat storage control device | |
JP5162843B2 (en) | Fuel cell power generation system and operation method thereof |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20140214 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20141016 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20141125 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20150119 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20150617 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20150618 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5769257 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |