JP2004361028A - Exhaust heat recovery system - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an exhaust heat recovery system capable of making highly efficient use of exhaust heat from a fuel cell for a high temperature heating apparatus in a cogeneration system utilizing the fuel cell which works at a low temperature. <P>SOLUTION: The exhaust heat recovery system comprises a stratified hot water storage tank 1 for storing cooling water, a cooling water circulating pipe 2 connected to the fuel cell and the stratified hot water storage tank 1 for the cooling water to circulate therein, an exhaust heat recovery heat exchanger 7 provided in series to the stratified hot water storage tank 1 in the cooling water circulating pipe 2 at the upstream side of the stratified hot water storage tank 1 for heat exchange between the cooling water and heat medium, a bypass pipe 6 connected in parallel to the exhaust heat recovery heat exchanger 7, and change-over means 8, 9 for changing over a flow path so that the cooling water flows into one or both of the exhaust heat recovery heat exchanger 7 and the bypass pipe 6. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池に循環される冷却水から排熱を回収する排熱回収システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、クリーンなエネルギーとしてコージェネレーション・システムが注目されてきている。コージェネレーション・システムとは、電気と同時に有効に利用できる熱を発生し、エネルギーを多段的に活用する省エネルギーシステムをいう。
【０００３】
現在のところ、一般家庭用のコージェネレーション・システムとしては、ガスエンジン・コージェネレーション・システムや燃料電池コージェネレーション・システム等が開発されており、一部は既に実用化されている。ガスエンジン・コージェネレーション・システムとは、ガスエンジン発電ユニットと排熱利用給湯暖房ユニットから構成されたコージェネレーション・システムであり、電気を発電するガスエンジンから排出される排熱を排熱利用給湯暖房ユニットの主要な熱源とするものである。燃料電池コージェネレーション・システムとは、各家庭に供給されている都市ガスから燃料処理装置で水素を作り、この水素を使って燃料電池で発電するとともに、発電等の際に発生する排熱を回収し、給湯や暖房に使用するものである。現在、燃料電池としては固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）が開発されており、９０℃以下の低温で発電することが可能である。
【０００４】
このようなコージェネレーション・システムにおいては、ガスエンジンや燃料電池から排出される排熱を、高効率で回収するための排熱回収システムが用いられる。従来の排熱回収システムとしては、例えば、特許文献１，２に記載のものが知られている。
【０００５】
図３は従来の排熱回収システムの構成を表した図である。図３において、熱電併給装置１０１は、ガスエンジンにより発電機を駆動して発電すると共に熱を発生する。この熱電併給装置１０１で発生した熱は、冷却器１０１ａにより、排熱回収用循環配管１０２内のジャケット冷却水と熱交換される。
【０００６】
排熱回収用循環配管１０２には排熱回収用熱交換器１０３が接続されている。一方、排熱回収用熱交換器１０３には、内部に循環水が通水される循環配管１０４が接続されている。排熱回収用循環配管１０２内のジャケット冷却水は、排熱回収用熱交換器１０３において、循環水と熱交換される。
【０００７】
循環配管１０４の排熱回収用熱交換器１０３の下流側にはガスボイラ１０５が配設されている。このガスボイラ１０５は、熱電併給装置１０１から加熱を行わない場合や、熱電併給装置１０１から供給される熱量が不足する場合に、循環配管１０４内の循環水に補助的に熱を供給する。
【０００８】
更に、循環配管１０４のガスボイラ１０５の下流側には、貯湯用配管１１０と出力用循環配管１０７とが並列に接続されている。貯湯用配管１１０には、成層式貯湯槽１０６が接続されている。また、出力用循環配管１０７には、暖房用熱交換器１０８、追焚用熱交換器１０９が直列に接続されている。
【０００９】
成層式貯湯槽１０６には、上部から高温の循環水が供給され、下部から低温の循環水が取り出される。成層式貯湯槽１０６から取り出された循環水は、ポンプ１０４ａによって排熱回収用熱交換器１０３に送られる。
【００１０】
暖房用熱交換器１０８では、循環配管１０４内の循環水は、床暖房等の暖房機器に供給する熱媒体と熱交換する。また、追焚用熱交換器１０９では、循環配管１０４内の循環水は、浴槽との間で循環する入浴水と熱交換する。
【００１１】
貯湯用配管１１０には、貯湯用開閉弁１１１が設けられており、出力用循環配管１０７には出力用開閉弁１１２が設けられている。また、貯湯用配管１１１と出力用循環配管１０７の分岐点上流側には温度センサ１１３が設けられおり、循環配管１０４内の循環水の温度を検出することが可能である。
【００１２】
以上のような従来の排熱回収システムにおいて、熱電併給装置１０１で発生する排熱を暖房機器や風呂に熱供給する場合には、貯湯用開閉弁１１１を閉止して出力用開閉弁１１２を開弁する。これにより、排熱回収用熱交換器１０３で給熱された循環水は、出力用循環配管１０７へ送られ、暖房機器に循環する熱媒体又は浴槽に循環する浴槽水と熱交換する。
【００１３】
一方、暖房機器、入浴水を利用していない場合には、出力用開閉弁１１２を閉止して貯湯用開閉弁１１１を開弁する。これにより、排熱回収用熱交換器１０３で給熱された循環水は、成層式貯湯槽１０６へ送られ貯湯される。そして、必要に応じて成層式貯湯槽１０６上部に接続された給湯管１１４から、成層式貯湯槽１０６内の高温の水を取水して利用することができる。取水により減少した循環水は、成層式貯湯槽１０６底部に接続された給水用配管１１５から逐次補給される。
【００１４】
以上のようにして、熱電併給装置１０１から発生する排熱を効率よく熱回収して利用することにより、コージェネレーション・システム全体のエネルギーの利用効率を改善している。
【００１５】
【特許文献１】
特開２００１−３４３１５２号公報
【特許文献２】
特開２００１−３４３１５３号公報
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の排熱回収システムは、熱電併給装置１０１としてガスエンジンを想定して構成されている。ガスエンジンにおいては、発生する排熱量が大きく、通常、冷却器１０１ａを通ったジャケット冷却水の温度は８０℃程度であり、また、熱回収後に冷却器１０１ａに戻されるジャケット冷却水の温度は７０℃程度である。従って、循環配管１０４内を循環する循環水も、排熱回収用熱交換器１０３を通過後は８０℃程度である。
【００１７】
一方、暖房用熱交換器１０８に接続する暖房機器として、乾燥器や温風暖房器のような高温暖房機器を使用する場合、暖房用熱交換器１０８から高温暖房機器に供給する熱媒体の温度は８０℃程度が要求され、高温暖房機器から暖房用熱交換器１０８に戻す熱媒体の温度は６０〜７０℃程度となる。従って、上記従来の構成の排熱回収システムによって効率よく排熱回収を行うことが可能である。
【００１８】
しかしながら、近年は、ＰＥＦＣの開発が進み、低温で発電可能なＰＥＦＣを利用した燃料電池コージェネレーション・システムが実用化されつつある。上記従来の排熱回収システムを燃料電池コージェネレーション・システムに適用した場合、熱電併給装置１０１としてＰＥＦＣが使用されることとなる。ここで、ＰＥＦＣでは、一般に、排熱が回収された冷却水の温度は６５〜７０℃程度である。また、発電可能とするためには、ＰＥＦＣに供給する冷却水は４０℃以下の温度とする必要がある。
【００１９】
一方、上記従来の排熱回収システムにおいては、暖房機器として高温暖房機器を利用した場合、補助熱源であるガスボイラ１０５により、補助的に循環水に熱量を与えて使用する必要があるが、この場合、暖房用熱交換器１０８において高温暖房機器の熱媒体と熱交換した後の循環水の温度は６０〜７０℃程度となる。従って、この循環水が排熱回収用熱交換器１０３に供給された場合、逆に循環水からＰＥＦＣの冷却水に熱が供給される。その結果、ＰＥＦＣには７０℃程度の冷却水が供給される。これにより、ＰＥＦＣ内部のセルスタックに高温の冷却水が供給されるため、セルスタックが加熱しすぎてセルスタックの寿命が縮まる。
【００２０】
そこで、高温暖房機器を利用する場合には、別途にラジエターを設けてＰＥＦＣの冷却水を冷却する必要がある。しかし、これにより排熱利用効率は低下し、本来コージェネレーション・システムが目的とする省エネルギー化を達成することができない。すなわち、従来の排熱回収システムを燃料電池コージェネレーション・システムにそのまま適用すると不都合が生じる。
【００２１】
そこで、本発明の目的は、低温で動作する燃料電池を利用したコージェネレーション・システムにおいて、高温暖房機器に燃料電池の排熱を利用する場合であっても、高効率で排熱を利用することが可能な排熱回収システムを提供することにある。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る排熱回収システムの第１の構成は、燃料電池により給熱された冷却水から排熱を回収する排熱回収システムであって、前記冷却水を貯留する成層式貯湯槽と、前記燃料電池と前記成層式貯湯槽とに接続され内部を冷却水が循環する冷却水循環配管と、前記成層式貯湯槽と直列に前記冷却水循環配管の前記成層式貯湯槽上流側に設けられ、前記冷却水と前記冷却水よりも低温の熱媒体との熱交換を行う排熱回収用熱交換器と、前記排熱回収用熱交換器に並列に接続されたバイパス配管と、前記冷却水を前記排熱回収用熱交換器又は前記バイパス配管の何れか一方又は両方に通水させるように流路の切り替えを行う切替手段と、を備えていることを特徴とする。
【００２３】
この構成により、排熱回収用熱交換器に高温暖房用に循環する高温の熱媒体が供給される場合には、切替手段により、冷却水をバイパス配管にのみ流すように切り替える。これにより、冷却水は排熱回収用熱交換器を通らずに総て成層式貯湯槽に貯湯される。従って、熱媒体から冷却水に逆方向に熱が移動することを防止することができる。また、成層式貯湯槽に貯湯された温水は、別途利用することができるため、熱の利用効率もよい。
【００２４】
一方、排熱回収用熱交換器に低温暖房（床暖房等）用に循環する比較的低温の熱媒体が供給される場合には、切替手段により、冷却水を排熱回収用熱交換器に通水するように切り替える。これにより、冷却水に回収された燃料電池の排熱は、熱媒体に供給され、低温暖房において利用される。そのため、排熱を有効に利用することができる。
【００２５】
本発明に係る排熱回収システムの第２の構成は、前記第１の構成において、前記排熱回収用熱交換器に供給される熱媒体の温度Ｔ１が所定の温度Ｔｔｈよりも高い場合、前記切替手段により、前記冷却水を前記バイパス配管のみに通水させるように切り替え制御を行う制御手段を備えていることを特徴とする。
【００２６】
この構成により、排熱回収用熱交換器に入る熱媒体の温度によって、冷却水の通水径路を排熱回収用熱交換器又はバイパス配管に自動的に切り替えることが可能となる。
【００２７】
ここで、「所定の温度」とは、排熱回収用熱交換器に入る冷却水の温度Ｔ０又はそれ以下の温度に設定される。
【００２８】
また、本発明においては、前記排熱回収用熱交換器に供給される熱媒体の温度Ｔ１を設定する温度設定手段を備え、制御手段は、前記温度設定手段の設定温度が所定の温度Ｔｔｈよりも高い場合、前記切替手段により、前記冷却水を前記バイパス配管のみに通水させるように切り替え制御を行うようにすることができる。
【００２９】
更に、本発明においては、前記排熱回収用熱交換器に供給される熱媒体の温度Ｔ１を検出する温度センサを備え、制御手段は、前記温度センサの検出温度が所定の温度Ｔｔｈよりも高い場合、前記切替手段により、前記冷却水を前記バイパス配管のみに通水させるように切り替え制御を行うようにすることもできる。
【００３０】
本発明に係る排熱回収システムの第３の構成は、前記第１の構成において、前記排熱回収用熱交換器に供給される冷却水の温度Ｔ０から前記排熱回収用熱交換器により前記冷却水と熱交換される熱媒体の温度Ｔ１を引いた値ΔＴ＝Ｔ０−Ｔ１が、０以上の所定の閾値ΔＴｔｈ以下の場合、前記切替手段により、前記冷却水を前記バイパス配管のみに通水させるように切り替え制御を行う制御手段を備えていることを特徴とする。
【００３１】
この構成により、排熱回収用熱交換器に入る熱媒体の温度が冷却水の温度よりも高くなった場合、又は熱媒体の温度と冷却水の温度との差が熱交換に必要な温度差以下となった場合に、冷却水の通水径路を排熱回収用熱交換器又はバイパス配管に自動的に切り替えることが可能となる。
【００３２】
ここで、所定の閾値ΔＴｔｈは、冷却水から熱媒体に熱交換するのに必要な温度差又は効率よく熱交換するのに必要な温度差に設定される。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の実施形態に係る排熱回収システムの構成図である。図１において、ＰＥＦＣなどの燃料電池（ＦＣ）と成層式貯湯槽１とは、冷却水循環配管２によって接続されている。図１において、「ＦＣ戻り」は、燃料電池から冷却水が送られてくることを表す。また、「ＦＣ往き」は、燃料電池へ冷却水を送ることを表す。冷却水循環配管２は、成層式貯湯槽１の上部と底部にそれぞれ接続されている。そして、成層式貯湯槽１の上部から高温の冷却水が注水され、成層式貯湯槽１の底部から低温の冷却水が抜き取られて燃料電池に送られる。また、成層式貯湯槽１の底部には、減少した冷却水を補給するために、給水管２７が接続されている。給水管２７から補給された水量は、給水管２７に設けられた水量センサ２７ａにより検出される。
【００３４】
冷却水循環配管２には、冷却水循環ポンプ３及び比例弁４が設けられている。冷却水循環ポンプ３は冷却水循環配管２に冷却水を循環させる。また、比例弁４は、冷却水循環配管２内を循環する冷却水の水量を調節する。
【００３５】
比例弁４の出口側において、冷却水循環配管２は、熱交配管５とバイパス配管６とに分岐している。両者は成層式貯湯槽１の入り口側で再び接続されている。熱交配管５には、熱交側電磁開閉弁８と排熱回収用熱交換器７が設けられている。また、排熱回収用熱交換器７と並列に設けられたバイパス配管６には、バイパス側電磁開閉弁９が設けられている。また、比例弁４の出口側の熱交配管５とバイパス配管６との分岐部には、冷却水の温度を検出するための冷却水温度センサ１０が設けられている。
【００３６】
熱交側電磁開閉弁８とバイパス側電磁開閉弁９とにより、冷却水を排熱回収用熱交換器７又はバイパス配管６の何れか一方又は両方に通水させるように流路の切り替えを行う切替手段が構成されている。
【００３７】
一方、排熱回収用熱交換器７には、熱媒体である暖房用循環水が循環する暖房用配管１１が接続されている。排熱回収用熱交換器７では、熱交配管５内の冷却水と暖房用配管１１内の暖房用循環水とが熱交換を行う。図１において、「暖房戻り」は、暖房機器から暖房用循環水が送られてくることを表す。また、「暖房往き」は、暖房機器へ暖房用循環水を送ることを表す。暖房用配管１１の排熱回収用熱交換器７の入口側には、暖房用循環水の温度を検出する熱交温度センサ１２が設けられている。
【００３８】
暖房用配管１１の排熱回収用熱交換器７の下流側の一区間は、補助加熱用配管１３と風呂熱交用配管１４とに分岐している。補助加熱用配管１３には、補助加熱用熱源機１５、水位調整タンク１６、循環ポンプ１７が設けられている。補助加熱用熱源機１５は、排熱回収用熱交換器７において熱供給された暖房用循環水の熱量が不足している場合に、追加的に暖房用循環水に熱を供給する。水位調整タンク１６は、暖房用循環水の水位を検出して、暖房用循環水が所定の水位よりも下がった場合に、追加的に水を供給する。循環ポンプ１７は、補助加熱配管１３に暖房用循環水を通水させる。
【００３９】
一方、風呂熱交用配管１４には、風呂熱交側開閉弁１８及び風呂用熱交換器１９が設けられている。風呂用熱交換器１９には、浴槽循環用配管２０が接続されている。浴槽循環用配管２０は、浴槽（図示せず）にも接続されており、途中に設けられた循環ポンプ２１により、浴槽内の入浴水は、浴槽循環用配管２０を通して風呂用熱交換器１９に循環される。風呂用熱交換器１９は、暖房用循環水と入浴水との間で熱交換させる。これにより、暖房用循環水から入浴水に熱が供給される。また、浴槽循環用配管２０には、水位センサ２２が設けられている。水位センサ２２は、浴槽循環用配管２０内に循環する入浴水の水位を検出する。
【００４０】
また、浴槽循環用配管２０の風呂用熱交換器１９の下流側は、給湯管２３により成層式貯湯槽１の上部と接続されている。給湯管２３には、給湯ポンプ２４、混合比例弁２５、湯張りユニット２６が設けられている。給湯ポンプ２４により、成層式貯湯槽１の上部の湯は、給湯管２３を通して浴槽循環用配管２０に供給される。湯張りユニット２６は、電磁弁、逆流防止弁からなり浴槽に設定温度、設定水位の湯張りをするものである。
【００４１】
混合比例弁２５には、給水管２７が接続されている。そして、給水管２７から供給される低温の水と成層式貯湯槽１から供給される高温の湯とが、任意の割合で混合され、混合された湯が湯張りユニット２６を通して浴槽循環用配管２０に供給される。これにより、浴槽に供給される入浴水の温度を自由に調節することができる。
【００４２】
また、給湯管２３には、給湯ポンプ２４に並列に補助加熱用配管２８が設けられている。この補助加熱用配管２８は、上述の補助加熱用熱源機１５に通されている。そして、補助加熱用熱源機１５により不足の熱量が供給され、給湯管２３を通して供給される湯に熱を供給する。また、補助加熱用配管２８を通る水量は、ＢＵ水量センサ２９により検出される。
【００４３】
補助加熱用配管２８のＢＵ水量センサ２９後流側には、開閉弁３０ａを備えた支管３０が設けられており、この支管３０は水位調整タンク１６に接続されている。開閉弁３０ａを開くことにより、成層式貯湯槽１から水位調整タンク１６に湯を補給することができる。
【００４４】
図２は本発明の実施形態に係る排熱回収システムの制御系の構成を表すブロック図である。
【００４５】
図２において、温度設定部４０は、暖房機器に送水する温水の温度及び浴槽に送水する温水の温度を設定する。制御部４１は、温度設定部４０により設定された温度及び冷却水温度センサ１０や熱交温度センサ１２で検出された温度に基づいて、冷却水循環ポンプ３、熱交側電磁開閉弁８、バイパス側電磁開閉弁９、補助加熱用熱源機１５、循環ポンプ１７、風呂熱交側開閉弁１８、循環ポンプ２１、給湯ポンプ２４、及び混合比例弁２５の制御を行う。
【００４６】
以上のように構成された本実施形態に係る排熱回収システムについて、以下その動作を説明する。
【００４７】
まず、燃料電池において排熱により昇温された冷却水は、冷却水循環配管２を通して成層式貯湯槽１の上部に給水される。成層式貯湯槽１内に貯湯された水は、上部が高温層で下部が低温層の層状となる。そして、成層式貯湯槽１の下部の低温の冷却水が取り出されて、冷却水循環配管２を通して燃料電池に送られる。
【００４８】
一方、ユーザが暖房機器を使用する場合には、温度設定部４０により暖房機器に循環する熱媒の温度Ｔｓｈを設定する。制御部４１は、この設定温度Ｔｓｈと閾値Ｔｔｈとを比較する。例えば、燃料電池としてＰＥＦＣを使用する場合には、排熱回収後に成層式貯湯槽１に戻される冷却水の温度は、約７０℃なので、閾値Ｔｔｈとしては、６５〜７０℃に設定される。
【００４９】
Ｔｓｈ＞Ｔｔｈの場合には、制御部４１は、熱交側電磁開閉弁８を閉止し、バイパス側電磁開閉弁９を開弁する。従って、燃料電池から排熱を吸収した冷却水は、排熱回収用熱交換器７を通ることなく、バイパス配管６を通して成層式貯湯槽１に戻される。一方、暖房用循環水は、暖房用配管１１に沿って、排熱回収用熱交換器７を通過した後、補助加熱用配管１３に入り、補助加熱用熱源機１５、水位調整タンク１６を通して暖房機器に戻される。このとき、制御部４１は、補助加熱用熱源機１５を点火させて、暖房用循環水に熱を供給する。従って、暖房機器には補助加熱用熱源機１５で供給される熱が供給される。
【００５０】
このように、Ｔｓｈ＞Ｔｔｈの場合に、燃料電池の冷却水を排熱回収用熱交換器７に通さないようにすることで、暖房用循環水の熱が燃料電池の冷却水に逆供給されることを防止することができる。そして、燃料電池の冷却水に回収された排熱は、成層式貯湯槽１に貯湯され、他の用途（給湯等）に使用することができるため、排熱の利用効率を高めることができる。
【００５１】
一方、Ｔｓｈ＜Ｔｔｈの場合には、制御部４１は、熱交側電磁開閉弁８を開弁し、バイパス側電磁開閉弁９を閉止する。従って、燃料電池から排熱を吸収した冷却水は、排熱回収用熱交換器７を通して成層式貯湯槽１に戻される。一方、暖房用循環水は、暖房用配管１１に沿って、排熱回収用熱交換器７を通過した後、補助加熱用配管１３に入り、補助加熱用熱源機１５、水位調整タンク１６を通して暖房機器に戻される。このとき、排熱回収用熱交換器７において、燃料電池の冷却水から暖房用循環水に熱が供給される。そして、排熱回収用熱交換器７における熱供給により昇温された暖房用循環水の温度が、設定温度Ｔｓｈに達していない場合には、制御部４１は、補助加熱用熱源機１５を点火させて、暖房用循環水に熱を供給する。これにより、燃料電池の冷却水に回収された排熱は、暖房用循環水に供給され、低温暖房の熱源として利用される。
【００５２】
次に、貯湯と低温暖房を同時に行う場合、すなわち、暖房機器の設定温度Ｔｓｈが閾値Ｔｔｈよりも低く、かつ、低温暖房の負荷が小さい場合等においては、制御部４１は、熱交側電磁開閉弁８とバイパス側電磁開閉弁９とを同時に開弁する。これにより、熱交配管５とバイパス配管６との両方を通って、燃料電池の冷却水が流れる。従って、排熱回収用熱交換器７において、燃料電池の冷却水から暖房用循環水に熱が供給されると同時に、高温の冷却水がバイパス配管６を通して成層式貯湯槽１に直接供給される。
【００５３】
成層式貯湯槽１の上部の高温の湯は、給湯管２３を通して、浴槽循環用配管２０に追加供給される。これにより、低温暖房と貯湯動作の双方に、燃料電池で発生する排熱を有効に利用することが可能となる。
【００５４】
尚、本実施形態においては、制御部４１は、温度設定部４０において設定された温度Ｔｓｈを閾値Ｔｔｈと比較することにより、熱交側電磁開閉弁８及びバイパス側電磁開閉弁９の開閉制御を行うこととした。しかし、本発明においては、制御部４１は、熱交温度センサ１２で検出される温度を閾値Ｔｔｈと比較することにより、上述の場合と同様に、熱交側電磁開閉弁８及びバイパス側電磁開閉弁９の開閉制御を行うようにしてもよい。
【００５５】
また、本発明においては、制御部４１は、冷却水温度センサ１０で検出される温度Ｔ０と熱交温度センサ１２で検出される温度Ｔ１の差ΔＴ＝Ｔ０−Ｔ１を閾値ΔＴｔｈと比較することにより、上述の場合と同様に、熱交側電磁開閉弁８及びバイパス側電磁開閉弁９の開閉制御を行うようにしてもよい。
【００５６】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、成層式貯湯槽と直列に排熱回収用熱交換器を設けると共に、排熱回収用熱交換器に並列にバイパス配管を設け、冷却水を排熱回収用熱交換器又はバイパス配管の何れか一方又は両方に通水させるように流路の切り替えを行う切替手段を設けた構成としたことにより、排熱回収用熱交換器で冷却水と熱交換する熱媒体の温度によって、冷却水との熱交換を行うか否かを選択的に切り替えることができる。また、熱交換を行わない場合には、冷却水に回収された排熱を貯湯槽に貯留して有効に活用することができる。従って、低温で動作する燃料電池を利用したコージェネレーション・システムにおいて、高温暖房機器に燃料電池の排熱を利用する場合であっても、高効率で排熱を利用することが可能な排熱回収システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る排熱回収システムの構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係る排熱回収システムの制御系の構成を表すブロック図である。
【図３】従来の排熱回収システムの構成を表した図である。
【符号の説明】
１ 成層式貯湯槽
２ 冷却水循環配管
３ 冷却水循環ポンプ
４ 比例弁
５ 熱交配管
６ バイパス配管
７ 排熱回収用熱交換器
８ 熱交側電磁開閉弁
９ バイパス側電磁開閉弁
１０ 冷却水温度センサ
１１ 暖房用配管
１２ 熱交温度センサ
１３ 補助加熱用配管
１４ 風呂熱交用配管
１５ 補助加熱用熱源機
１６ 水位調整タンク
１７ 循環ポンプ
１８ 風呂熱交側開閉弁
１９ 風呂用熱交換器
２０ 浴槽循環用配管
２１ 循環ポンプ
２２ 水位センサ
２３ 給湯管
２４ 給湯ポンプ
２５ 混合比例弁
２６ 湯張りユニット
２７ 給水管
２７ａ 水量センサ
２８ 補助加熱用配管
２９ ＢＵ水量センサ
３０ 支管
３０ａ 開閉弁[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust heat recovery system that recovers exhaust heat from cooling water circulated through a fuel cell.
[0002]
[Prior art]
In recent years, cogeneration systems have attracted attention as clean energy. A cogeneration system is an energy-saving system that generates heat that can be effectively used simultaneously with electricity and uses energy in multiple stages.
[0003]
At present, as a general household cogeneration system, a gas engine cogeneration system, a fuel cell cogeneration system, and the like have been developed, and some of them have already been put into practical use. A gas engine cogeneration system is a cogeneration system composed of a gas engine power generation unit and a hot water supply / heating unit using waste heat. It is the main heat source of the unit. The fuel cell cogeneration system generates hydrogen from city gas supplied to each household with a fuel processor, uses this hydrogen to generate electricity with a fuel cell, and collects waste heat generated during power generation. And it is used for hot water supply and heating. At present, a polymer electrolyte fuel cell (PEFC) has been developed as a fuel cell, and it is possible to generate power at a low temperature of 90 ° C. or lower.
[0004]
In such a cogeneration system, an exhaust heat recovery system for recovering exhaust heat discharged from a gas engine or a fuel cell with high efficiency is used. As a conventional exhaust heat recovery system, for example, those described in Patent Documents 1 and 2 are known.
[0005]
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a conventional exhaust heat recovery system. In FIG. 3, a cogeneration system 101 drives a generator by a gas engine to generate electric power and generate heat. The heat generated by the cogeneration system 101 is exchanged with the jacket cooling water in the exhaust heat recovery circulation pipe 102 by the cooler 101a.
[0006]
An exhaust heat recovery heat exchanger 103 is connected to the exhaust heat recovery circulation pipe 102. On the other hand, the exhaust heat recovery heat exchanger 103 is connected to a circulation pipe 104 through which circulating water flows. The jacket cooling water in the exhaust heat recovery circulation pipe 102 exchanges heat with the circulation water in the exhaust heat recovery heat exchanger 103.
[0007]
A gas boiler 105 is provided downstream of the heat exchanger 103 for exhaust heat recovery in the circulation pipe 104. The gas boiler 105 supplementarily supplies heat to the circulating water in the circulation pipe 104 when heating is not performed from the cogeneration unit 101 or when the amount of heat supplied from the cogeneration unit 101 is insufficient.
[0008]
Further, on the downstream side of the circulation pipe 104 from the gas boiler 105, a hot water storage pipe 110 and an output circulation pipe 107 are connected in parallel. The stratified hot water storage tank 106 is connected to the hot water storage pipe 110. Further, a heating heat exchanger 108 and an additional heat exchanger 109 are connected in series to the output circulation pipe 107.
[0009]
High-temperature circulating water is supplied to the stratified-type hot water tank 106 from the upper part, and low-temperature circulating water is taken out from the lower part. The circulating water extracted from the stratified-type hot water storage tank 106 is sent to the exhaust heat recovery heat exchanger 103 by the pump 104a.
[0010]
In the heating heat exchanger 108, the circulating water in the circulation pipe 104 exchanges heat with a heat medium supplied to a heating device such as floor heating. Further, in the additional heat exchanger 109, the circulating water in the circulation pipe 104 exchanges heat with bathing water circulating between the tub and the bathtub.
[0011]
The hot water storage pipe 110 is provided with a hot water storage opening / closing valve 111, and the output circulation pipe 107 is provided with an output opening / closing valve 112. Further, a temperature sensor 113 is provided upstream of a branch point between the hot water storage pipe 111 and the output circulation pipe 107, and can detect the temperature of circulating water in the circulation pipe 104.
[0012]
In the above-described conventional exhaust heat recovery system, when the exhaust heat generated in the cogeneration system 101 is supplied to the heating equipment or the bath, the hot-water storage on-off valve 111 is closed and the output on-off valve 112 is opened. Give a valve. Thereby, the circulating water supplied by the exhaust heat recovery heat exchanger 103 is sent to the output circulation pipe 107, and exchanges heat with the heat medium circulating in the heating device or the bathtub water circulating in the bathtub.
[0013]
On the other hand, when heating equipment and bath water are not used, the output on-off valve 112 is closed and the hot-water storage on-off valve 111 is opened. Thereby, the circulating water supplied by the exhaust heat recovery heat exchanger 103 is sent to the stratified hot water storage tank 106 and stored therein. If necessary, high-temperature water in the stratified-type hot water tank 106 can be taken from a hot water supply pipe 114 connected to the upper portion of the stratified-type hot water tank 106 and used. The circulating water reduced by the water intake is successively supplied from a water supply pipe 115 connected to the bottom of the stratified hot water tank 106.
[0014]
As described above, by efficiently recovering and using the waste heat generated from the combined heat and power supply device 101, the energy use efficiency of the entire cogeneration system is improved.
[0015]
[Patent Document 1]
JP 2001-343152 A [Patent Document 2]
JP 2001-343153 A
[Problems to be solved by the invention]
The above-mentioned conventional exhaust heat recovery system is configured assuming a gas engine as the cogeneration system 101. In a gas engine, the amount of exhaust heat generated is large. Usually, the temperature of jacket cooling water passing through the cooler 101a is about 80 ° C., and the temperature of jacket cooling water returned to the cooler 101a after heat recovery is 70 ° C. It is about ° C. Therefore, the circulating water circulating in the circulation pipe 104 is also about 80 ° C. after passing through the exhaust heat recovery heat exchanger 103.
[0017]
On the other hand, when a high-temperature heating device such as a dryer or a hot air heater is used as the heating device connected to the heating heat exchanger 108, the temperature of the heat medium supplied to the high-temperature heating device from the heating heat exchanger 108 Is required to be about 80 ° C., and the temperature of the heat medium returned from the high-temperature heating device to the heating heat exchanger 108 is about 60 to 70 ° C. Therefore, it is possible to efficiently perform the exhaust heat recovery by the above-described conventional exhaust heat recovery system.
[0018]
However, in recent years, the development of PEFC has been progressing, and a fuel cell cogeneration system using PEFC capable of generating power at a low temperature has been put to practical use. When the above-mentioned conventional exhaust heat recovery system is applied to a fuel cell cogeneration system, a PEFC is used as the cogeneration system 101. Here, in PEFC, generally, the temperature of the cooling water from which exhaust heat has been recovered is about 65 to 70 ° C. Further, in order to enable power generation, the cooling water supplied to the PEFC needs to have a temperature of 40 ° C. or less.
[0019]
On the other hand, in the above-described conventional exhaust heat recovery system, when a high-temperature heating device is used as a heating device, it is necessary to use the gas boiler 105 as an auxiliary heat source to provide heat to the circulating water in an auxiliary manner. The temperature of the circulating water after the heat exchange with the heat medium of the high-temperature heating device in the heating heat exchanger 108 is about 60 to 70 ° C. Therefore, when the circulating water is supplied to the heat exchanger 103 for exhaust heat recovery, heat is supplied from the circulating water to the cooling water of the PEFC. As a result, cooling water of about 70 ° C. is supplied to the PEFC. Accordingly, the high-temperature cooling water is supplied to the cell stack inside the PEFC, so that the cell stack is overheated and the life of the cell stack is shortened.
[0020]
Therefore, when using a high-temperature heating device, it is necessary to separately provide a radiator to cool the PEFC cooling water. However, as a result, the efficiency of waste heat utilization decreases, and it is not possible to achieve the energy saving originally intended by the cogeneration system. That is, if the conventional exhaust heat recovery system is applied to the fuel cell cogeneration system as it is, a problem occurs.
[0021]
Therefore, an object of the present invention is to use exhaust heat with high efficiency even in the case of using exhaust heat of a fuel cell for a high-temperature heating device in a cogeneration system using a fuel cell operating at a low temperature. It is an object of the present invention to provide an exhaust heat recovery system capable of performing the above.
[0022]
[Means for Solving the Problems]
A first configuration of the exhaust heat recovery system according to the present invention is an exhaust heat recovery system that recovers exhaust heat from cooling water supplied by a fuel cell, and a stratified hot water storage tank that stores the cooling water, A cooling water circulation pipe that is connected to the fuel cell and the stratified-type hot water tank and circulates cooling water therein, and that is provided upstream of the stratified-type hot water tank of the cooling water circulation pipe in series with the stratified-type hot water tank; An exhaust heat recovery heat exchanger that performs heat exchange between the cooling water and a heat medium lower in temperature than the cooling water, a bypass pipe connected in parallel to the exhaust heat recovery heat exchanger, and the cooling water. Switching means for switching a flow path so that water is passed through one or both of the exhaust heat recovery heat exchanger and the bypass pipe.
[0023]
With this configuration, when a high-temperature heat medium circulating for high-temperature heating is supplied to the exhaust heat recovery heat exchanger, the switching unit switches the cooling water to flow only to the bypass pipe. As a result, all the cooling water is stored in the stratified hot water storage tank without passing through the heat exchanger for exhaust heat recovery. Therefore, it is possible to prevent the heat from moving from the heat medium to the cooling water in the opposite direction. In addition, the hot water stored in the stratified hot water storage tank can be used separately, so that the heat utilization efficiency is good.
[0024]
On the other hand, when a relatively low-temperature heat medium circulating for low-temperature heating (floor heating, etc.) is supplied to the exhaust heat recovery heat exchanger, the switching means transfers the cooling water to the exhaust heat recovery heat exchanger. Switch to pass water. Thereby, the exhaust heat of the fuel cell collected in the cooling water is supplied to the heat medium and used for low-temperature heating. Therefore, the exhaust heat can be effectively used.
[0025]
The second configuration of the exhaust heat recovery system according to the present invention, in the first configuration, the case where the temperature T 1 of the heat medium supplied to the exhaust heat recovery heat exchanger is higher than the predetermined temperature T th And a control means for performing switching control by the switching means so that the cooling water flows only through the bypass pipe.
[0026]
With this configuration, it is possible to automatically switch the flow path of the cooling water to the heat exchanger for exhaust heat recovery or the bypass pipe according to the temperature of the heat medium entering the heat exchanger for exhaust heat recovery.
[0027]
Here, the "predetermined temperature" is set to a temperature T 0 or less the temperature of the cooling water entering the exhaust heat recovery heat exchanger.
[0028]
In the present invention, the includes a temperature setting means for setting the temperature T 1 of the heat medium supplied to the exhaust heat recovery heat exchanger, control means, the temperature T of the set temperature of the predetermined said temperature setting means When it is higher than th , the switching means can perform switching control so that the cooling water flows only through the bypass pipe.
[0029]
Further, in the present invention, a temperature sensor for detecting the temperature T 1 of the heat medium supplied to the exhaust heat recovery heat exchanger, the control means detects the temperature of the temperature sensor is higher than the predetermined temperature T th If the cooling water is too high, the switching means may perform switching control so that the cooling water flows only through the bypass pipe.
[0030]
In a third configuration of the exhaust heat recovery system according to the present invention, in the first configuration, the temperature of the cooling water supplied to the exhaust heat recovery heat exchanger is changed from the temperature T 0 of the exhaust heat recovery heat exchanger. the cooling water and the value [Delta] T = T 0 -T 1 minus the temperature T 1 of the heat medium to be heat exchanged, if: 0 or more predetermined threshold [Delta] T th, by the switching means, said bypass the cooling water It is characterized by comprising control means for performing switching control so that water is passed only through the pipe.
[0031]
With this configuration, when the temperature of the heat medium entering the heat exchanger for exhaust heat recovery becomes higher than the temperature of the cooling water, or the difference between the temperature of the heat medium and the temperature of the cooling water becomes the temperature difference required for heat exchange. In the following cases, the cooling water flow path can be automatically switched to the exhaust heat recovery heat exchanger or the bypass pipe.
[0032]
Here, the predetermined threshold value ΔT th is set to a temperature difference required for heat exchange from the cooling water to the heat medium or a temperature difference required for efficient heat exchange.
[0033]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a configuration diagram of an exhaust heat recovery system according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, a fuel cell (FC) such as PEFC and a stratified hot water tank 1 are connected by a cooling water circulation pipe 2. In FIG. 1, “FC return” indicates that cooling water is sent from the fuel cell. “FC going” indicates that cooling water is sent to the fuel cell. The cooling water circulation pipe 2 is connected to the top and bottom of the stratified hot water storage tank 1, respectively. Then, high-temperature cooling water is injected from the upper part of the stratified-type hot water tank 1, and low-temperature cooling water is drawn from the bottom of the stratified-type hot water tank 1 and sent to the fuel cell. Further, a water supply pipe 27 is connected to the bottom of the stratified hot water storage tank 1 in order to supply the reduced cooling water. The amount of water supplied from the water supply pipe 27 is detected by a water amount sensor 27a provided in the water supply pipe 27.
[0034]
The cooling water circulation pipe 2 is provided with a cooling water circulation pump 3 and a proportional valve 4. The cooling water circulation pump 3 circulates cooling water through the cooling water circulation pipe 2. Further, the proportional valve 4 adjusts the amount of cooling water circulating in the cooling water circulation pipe 2.
[0035]
On the outlet side of the proportional valve 4, the cooling water circulation pipe 2 branches into a heat exchange pipe 5 and a bypass pipe 6. Both are connected again at the entrance side of the stratified hot water tank 1. The heat exchange pipe 5 is provided with a heat exchange side electromagnetic switching valve 8 and a heat exchanger 7 for exhaust heat recovery. Further, a bypass-side electromagnetic on-off valve 9 is provided in the bypass pipe 6 provided in parallel with the exhaust heat recovery heat exchanger 7. Further, a cooling water temperature sensor 10 for detecting the temperature of the cooling water is provided at a branch portion between the heat exchange pipe 5 and the bypass pipe 6 on the outlet side of the proportional valve 4.
[0036]
The heat exchange side electromagnetic on / off valve 8 and the bypass side electromagnetic on / off valve 9 switch the flow path so that the cooling water flows through one or both of the exhaust heat recovery heat exchanger 7 and the bypass pipe 6. Switching means is configured.
[0037]
On the other hand, the exhaust heat recovery heat exchanger 7 is connected to a heating pipe 11 through which heating circulating water as a heat medium circulates. In the exhaust heat recovery heat exchanger 7, the cooling water in the heat exchange pipe 5 and the circulating water for heating in the heating pipe 11 exchange heat. In FIG. 1, “return to heating” indicates that heating circulating water is sent from the heating device. “Heating” indicates that circulating water for heating is sent to the heating device. At the inlet side of the exhaust heat recovery heat exchanger 7 of the heating pipe 11, a heat exchange temperature sensor 12 for detecting the temperature of the circulating water for heating is provided.
[0038]
One section of the heating pipe 11 on the downstream side of the exhaust heat recovery heat exchanger 7 is branched into an auxiliary heating pipe 13 and a bath heat exchange pipe 14. The auxiliary heating pipe 13 is provided with an auxiliary heating heat source device 15, a water level adjustment tank 16, and a circulation pump 17. The auxiliary heating heat source device 15 additionally supplies heat to the heating circulating water when the amount of heat of the heating circulating water supplied in the exhaust heat recovery heat exchanger 7 is insufficient. The water level adjustment tank 16 detects the level of the circulating water for heating, and additionally supplies water when the circulating water for heating falls below a predetermined level. The circulating pump 17 allows the circulating water for heating to flow through the auxiliary heating pipe 13.
[0039]
On the other hand, the bath heat exchange pipe 14 is provided with a bath heat exchange side opening / closing valve 18 and a bath heat exchanger 19. The bath heat exchanger 19 is connected to a bathtub circulation pipe 20. The bathtub circulation pipe 20 is also connected to a bathtub (not shown), and the bath water in the bathtub is passed through the bathtub circulation pipe 20 to the bath heat exchanger 19 by a circulation pump 21 provided on the way. Circulated. The bath heat exchanger 19 exchanges heat between the circulating water for heating and the bathing water. Thereby, heat is supplied to the bathing water from the circulating water for heating. The bathtub circulation pipe 20 is provided with a water level sensor 22. The water level sensor 22 detects the level of bathing water circulating in the bathtub circulation pipe 20.
[0040]
Further, the downstream side of the bath heat exchanger 19 of the bathtub circulation pipe 20 is connected to the upper part of the stratified hot water storage tank 1 by a hot water supply pipe 23. The hot water supply pipe 23 is provided with a hot water supply pump 24, a mixing proportional valve 25, and a hot water filling unit 26. Hot water at the upper part of the stratified hot water storage tank 1 is supplied to the bathtub circulation pipe 20 through the hot water supply pipe 23 by the hot water supply pump 24. The filling unit 26 is composed of a solenoid valve and a check valve, and fills the bathtub with a set temperature and a set water level.
[0041]
A water supply pipe 27 is connected to the mixing proportional valve 25. Then, the low-temperature water supplied from the water supply pipe 27 and the high-temperature water supplied from the stratified-type hot water storage tank 1 are mixed at an arbitrary ratio, and the mixed hot water is passed through the hot-water filling unit 26 to form the bathtub circulation pipe 20. Supplied to Thereby, the temperature of the bathing water supplied to the bathtub can be freely adjusted.
[0042]
The hot water supply pipe 23 is provided with an auxiliary heating pipe 28 in parallel with the hot water supply pump 24. The auxiliary heating pipe 28 is passed through the above-described auxiliary heating heat source device 15. Then, an insufficient amount of heat is supplied by the auxiliary heating heat source device 15 to supply heat to the hot water supplied through the hot water supply pipe 23. The amount of water passing through the auxiliary heating pipe 28 is detected by a BU water amount sensor 29.
[0043]
A branch pipe 30 having an on-off valve 30 a is provided on the downstream side of the BU water amount sensor 29 of the auxiliary heating pipe 28, and the branch pipe 30 is connected to the water level adjustment tank 16. By opening the on-off valve 30a, hot water can be supplied from the stratified hot water storage tank 1 to the water level adjustment tank 16.
[0044]
FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of a control system of the exhaust heat recovery system according to the embodiment of the present invention.
[0045]
In FIG. 2, temperature setting unit 40 sets the temperature of the hot water to be sent to the heating device and the temperature of the hot water to be sent to the bathtub. Based on the temperature set by the temperature setting unit 40 and the temperatures detected by the cooling water temperature sensor 10 and the heat exchange temperature sensor 12, the control unit 41 controls the cooling water circulation pump 3, the heat exchange side electromagnetic on-off valve 8, the bypass side It controls the electromagnetic on-off valve 9, the auxiliary heating heat source unit 15, the circulation pump 17, the bath heat exchange side on-off valve 18, the circulation pump 21, the hot water supply pump 24, and the mixing proportional valve 25.
[0046]
The operation of the exhaust heat recovery system according to the present embodiment configured as described above will be described below.
[0047]
First, the cooling water heated by the exhaust heat in the fuel cell is supplied to the upper part of the stratified hot water tank 1 through the cooling water circulation pipe 2. The water stored in the stratified-type hot water storage tank 1 has a layered structure in which the upper part has a high-temperature layer and the lower part has a low-temperature layer. Then, the low-temperature cooling water at the lower part of the stratified hot water storage tank 1 is taken out and sent to the fuel cell through the cooling water circulation pipe 2.
[0048]
On the other hand, if the user uses the heating device sets the temperature T sh of the heating medium circulating in the heating appliance the temperature setting unit 40. The control unit 41 compares the set temperature Tsh with the threshold Tth . For example, when PEFC is used as the fuel cell, the temperature of the cooling water returned to the stratified-type hot water storage tank 1 after exhaust heat recovery is about 70 ° C., and thus the threshold value T th is set to 65 to 70 ° C. .
[0049]
When T sh > T th , the control unit 41 closes the heat exchange side electromagnetic on / off valve 8 and opens the bypass side electromagnetic on / off valve 9. Therefore, the cooling water that has absorbed the exhaust heat from the fuel cell is returned to the stratified hot water storage tank 1 through the bypass pipe 6 without passing through the heat exchanger 7 for exhaust heat recovery. On the other hand, the heating circulating water passes through the exhaust heat recovery heat exchanger 7 along the heating pipe 11, then enters the auxiliary heating pipe 13, and passes through the auxiliary heating heat source device 15 and the water level adjustment tank 16 to be heated. Returned to equipment. At this time, the control unit 41 ignites the auxiliary heating heat source unit 15 to supply heat to the heating circulating water. Therefore, heat supplied from the auxiliary heating heat source device 15 is supplied to the heating device.
[0050]
As described above, when T sh > T th , by preventing the cooling water of the fuel cell from passing through the exhaust heat recovery heat exchanger 7, the heat of the circulating water for heating is reversed to the cooling water of the fuel cell. Supply can be prevented. The exhaust heat recovered in the cooling water of the fuel cell is stored in the stratified-type hot water storage tank 1 and can be used for other purposes (such as hot water supply), so that the utilization efficiency of the exhaust heat can be increased.
[0051]
On the other hand, if T sh <T th , the control unit 41 opens the heat exchange side electromagnetic on / off valve 8 and closes the bypass side electromagnetic on / off valve 9. Therefore, the cooling water that has absorbed the exhaust heat from the fuel cell is returned to the stratified hot water storage tank 1 through the exhaust heat recovery heat exchanger 7. On the other hand, the heating circulating water passes through the exhaust heat recovery heat exchanger 7 along the heating pipe 11, then enters the auxiliary heating pipe 13, and passes through the auxiliary heating heat source device 15 and the water level adjustment tank 16 to be heated. Returned to equipment. At this time, in the exhaust heat recovery heat exchanger 7, heat is supplied from the cooling water of the fuel cell to the circulating water for heating. Then, when the temperature of the heating circulating water heated by the heat supply in the exhaust heat recovery heat exchanger 7 has not reached the set temperature Tsh , the control unit 41 switches the auxiliary heating heat source device 15 It ignites and supplies heat to the circulating water for heating. As a result, the exhaust heat recovered in the cooling water of the fuel cell is supplied to the circulating water for heating and used as a heat source for low-temperature heating.
[0052]
Next, when the hot water storage and the low-temperature heating are performed simultaneously, that is, when the set temperature Tsh of the heating device is lower than the threshold value Tth and the load of the low-temperature heating is small, for example, the control unit 41 The solenoid on-off valve 8 and the bypass side solenoid on-off valve 9 are simultaneously opened. Thereby, the cooling water of the fuel cell flows through both the heat exchange pipe 5 and the bypass pipe 6. Therefore, in the exhaust heat recovery heat exchanger 7, heat is supplied from the cooling water of the fuel cell to the heating circulating water, and at the same time, high-temperature cooling water is directly supplied to the stratified hot water storage tank 1 through the bypass pipe 6. .
[0053]
High-temperature hot water in the upper part of the stratified-type hot water storage tank 1 is additionally supplied to a bathtub circulation pipe 20 through a hot water supply pipe 23. This makes it possible to effectively use exhaust heat generated in the fuel cell for both low-temperature heating and hot water storage operation.
[0054]
In the present embodiment, the control unit 41 compares the temperature T sh set by the temperature setting unit 40 with the threshold value T th to open and close the heat exchange side electromagnetic valve 8 and the bypass side electromagnetic valve 9. Control was performed. However, in the present invention, the control unit 41 compares the temperature detected by the heat exchange temperature sensor 12 with the threshold value Tth , so that the heat exchange-side electromagnetic on-off valve 8 and the bypass-side electromagnetic Opening / closing control of the on-off valve 9 may be performed.
[0055]
In the present invention, the control unit 41, the difference ΔT = T 0 -T 1 of the temperature T1 detected by the temperature T0 and the heat exchanger temperature sensor 12 detected by the coolant temperature sensor 10 and the threshold value [Delta] T th comparison By doing so, the opening / closing control of the heat exchange side electromagnetic on / off valve 8 and the bypass side electromagnetic on / off valve 9 may be performed as in the case described above.
[0056]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the heat exchanger for exhaust heat recovery is provided in series with the stratified hot water storage tank, and the bypass pipe is provided in parallel with the heat exchanger for exhaust heat recovery to collect the cooling water. Heat exchange with the cooling water in the heat exchanger for exhaust heat recovery by providing the switching means for switching the flow path so as to pass water through one or both of the heat exchanger and the bypass pipe. Whether or not to perform heat exchange with the cooling water can be selectively switched depending on the temperature of the heat medium. When heat exchange is not performed, the waste heat recovered in the cooling water can be stored in a hot water storage tank and used effectively. Therefore, in a cogeneration system using a fuel cell that operates at a low temperature, even when the exhaust heat of the fuel cell is used for a high-temperature heating device, the exhaust heat recovery that can use the exhaust heat with high efficiency. A system can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of an exhaust heat recovery system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of a control system of the exhaust heat recovery system according to the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a conventional exhaust heat recovery system.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Stratified hot water storage tank 2 Cooling water circulation pipe 3 Cooling water circulation pump 4 Proportional valve 5 Heat exchange pipe 6 Bypass pipe 7 Exhaust heat recovery heat exchanger 8 Heat exchange side electromagnetic switching valve 9 Bypass side electromagnetic switching valve 10 Cooling water temperature sensor 11 Heating pipe 12 Heat exchange temperature sensor 13 Auxiliary heating pipe 14 Bath heat exchange pipe 15 Auxiliary heating heat source unit 16 Water level adjustment tank 17 Circulation pump 18 Bath heat exchange side opening / closing valve 19 Bath heat exchanger 20 Bathtub circulation pipe 21 Circulating pump 22 Water level sensor 23 Hot water supply pipe 24 Hot water supply pump 25 Mixing proportional valve 26 Filling unit 27 Water supply pipe 27a Water quantity sensor 28 Auxiliary heating pipe 29 BU water quantity sensor 30 Branch pipe 30a Open / close valve

Claims (3)

燃料電池により給熱された冷却水から排熱を回収する排熱回収システムであって、
前記冷却水を貯留する成層式貯湯槽と、
前記燃料電池と前記成層式貯湯槽とに接続され内部を冷却水が循環する冷却水循環配管と、
前記成層式貯湯槽と直列に前記冷却水循環配管の前記成層式貯湯槽上流側に設けられ、前記冷却水と前記冷却水よりも低温の熱媒体との熱交換を行う排熱回収用熱交換器と、
前記排熱回収用熱交換器に並列に接続されたバイパス配管と、
前記冷却水を前記排熱回収用熱交換器又は前記バイパス配管の何れか一方又は両方に通水させるように流路の切り替えを行う切替手段と、
を備えていることを特徴とする排熱回収システム。An exhaust heat recovery system that recovers exhaust heat from cooling water supplied by a fuel cell,
A stratified hot water tank for storing the cooling water,
A cooling water circulation pipe connected to the fuel cell and the stratified-type hot water tank and circulating cooling water inside,
An exhaust heat recovery heat exchanger provided in series with the stratified hot water tank and upstream of the stratified hot water tank of the cooling water circulation pipe to exchange heat between the cooling water and a heat medium lower in temperature than the cooling water. When,
A bypass pipe connected in parallel to the exhaust heat recovery heat exchanger,
Switching means for switching the flow path so that the cooling water is passed through one or both of the exhaust heat recovery heat exchanger and the bypass pipe,
An exhaust heat recovery system comprising: 前記排熱回収用熱交換器に供給される熱媒体の温度Ｔ１が所定の温度Ｔｔｈよりも高い場合、前記切替手段により、前記冷却水を前記バイパス配管のみに通水させるように切り替え制御を行う制御手段を備えていることを特徴とする請求項１記載の排熱回収システム。Wherein when the temperature T 1 of the heat medium supplied to the exhaust heat recovery heat exchanger is higher than the predetermined temperature T th, by the switching means, the switching control as to passed through the cooling water only in the bypass pipe 2. The exhaust heat recovery system according to claim 1, further comprising a control unit for performing the following. 前記排熱回収用熱交換器に供給される冷却水の温度Ｔ０から前記排熱回収用熱交換器により前記冷却水と熱交換される熱媒体の温度Ｔ１を引いた値ΔＴ＝Ｔ０−Ｔ１が、０以上の所定の閾値ΔＴｔｈ以下の場合、前記切替手段により、前記冷却水を前記バイパス配管のみに通水させるように切り替え制御を行う制御手段を備えていることを特徴とする請求項１記載の排熱回収システム。A value ΔT = T 0 obtained by subtracting the temperature T 1 of the heat medium exchanged with the cooling water by the exhaust heat recovery heat exchanger from the temperature T 0 of the cooling water supplied to the exhaust heat recovery heat exchanger. -T 1 is equal to or smaller than the 0 or more predetermined threshold [Delta] T th, and wherein the switching means, and a control means for performing switching control so as to passed through the cooling water only in the bypass pipe The exhaust heat recovery system according to claim 1.
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KR100701960B1 (en) 2005-05-11 2007-03-30 엘지전자 주식회사 Cogeneration system
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