JP2005135686A - 燃料電池コジェネレーションシステム - Google Patents
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Abstract
【課題】発電と給湯を行なう燃料電池コジェネレーションシステムにおける貯湯槽内の温水量を少ない温度計測器により推定できるようにする。
【解決手段】貯湯槽内の最上部位置と、最下部位置と、その中間の複数n点の位置に温水層と冷水層との境界層の厚さ以上の間隔で(n+2)個の熱伝対温度センサを取り付ける。最上部位置と最下部位置の温度センサは個別の温度計測器に接続し、中間位置のn個の温度センサは並列接続して1台の中間部温度計測器に接続する。中間位置のn個の温度センサの内のi個(i=0〜n)が注入温水温度に等しく、残り(n−i)個が冷水温度に等しいとした場合の中間位置温度センサの平均温度を基準温度として記憶しておき、該基準温度と中間部温度計測器が検出した平均温度とから中間位置の各温度センサ位置の温水温度を推定する。
【選択図】図1
【解決手段】貯湯槽内の最上部位置と、最下部位置と、その中間の複数n点の位置に温水層と冷水層との境界層の厚さ以上の間隔で(n+2)個の熱伝対温度センサを取り付ける。最上部位置と最下部位置の温度センサは個別の温度計測器に接続し、中間位置のn個の温度センサは並列接続して1台の中間部温度計測器に接続する。中間位置のn個の温度センサの内のi個(i=0〜n)が注入温水温度に等しく、残り(n−i)個が冷水温度に等しいとした場合の中間位置温度センサの平均温度を基準温度として記憶しておき、該基準温度と中間部温度計測器が検出した平均温度とから中間位置の各温度センサ位置の温水温度を推定する。
【選択図】図1
Description
本発明は、燃料電池を用いて発電すると同時に、燃料電池及び改質器で発生する高温廃熱を利用して給湯を併せ行なう燃料電池コジェネレーションシステムに関し、特に給湯用の温水を一時貯留する貯湯槽内の温水量を温度センサを用いて推定する技術に関する。
近年、燃料電池を用いて発電を行うと同時に、その発電過程で発生する高温廃熱及び燃料電池に必要な水素リッチな改質ガスを生成する改質器で発生する高温廃熱を利用して給湯を併せ行なう燃料電池コジェネレーションシステムの開発が進められている。
この燃料電池コジェネレーションシステムは、発電過程での発電損失である廃熱を温水として回収して有効利用するためエネルギー利用効率の非常に高い有効なシステムである。この場合、電力需要が発電量を上回る場合には商用電力系統からの受電により不足分を補うことができるが、給湯についてはそのようなことができないため通常、バッファとして貯湯槽が設けられる。
この燃料電池コジェネレーションシステムは、発電過程での発電損失である廃熱を温水として回収して有効利用するためエネルギー利用効率の非常に高い有効なシステムである。この場合、電力需要が発電量を上回る場合には商用電力系統からの受電により不足分を補うことができるが、給湯についてはそのようなことができないため通常、バッファとして貯湯槽が設けられる。
しかし、このような貯湯槽を設けたとしても貯湯量が少ない時に大量の温水需要が生じた場合には、温水が底をついて給湯不能となる。また、貯湯槽が温水で満水状態に近いにも関わらず大きな電力量で発電を継続した場合には貯湯槽が直ぐに満水状態となってしまう。温水で満水となれば廃熱を回収できなくなるため、発電を停止するか発生した廃熱を大気中に放出しなければならなくなる。
このような温水不足あるいは温水で満水といった事態を回避するためには、貯湯槽内の温水量を絶えず正確に把握し、その状況に応じて発電量を調整して貯湯槽内の温水量が適正レベルに維持されるようにフィードフォワード制御を行なう必要がある。
貯湯槽内の温水の量は、貯湯槽の上下方向に温度センサを複数配置して温度測定すれば把握できる。しかしながら、正確を期すために温度センサの数を多くしたのではコストアップになる。反対に少なすぎては貯湯量の検出精度が落ちる。
特願2003−309152
貯湯槽内の温水の量は、貯湯槽の上下方向に温度センサを複数配置して温度測定すれば把握できる。しかしながら、正確を期すために温度センサの数を多くしたのではコストアップになる。反対に少なすぎては貯湯量の検出精度が落ちる。
本発明は、燃料電池コジェネレーションシステムにより給湯を行なう場合における貯湯槽内の温水量の把握を容易にするためになされたもので、少ない温度計測器を使用して貯湯槽に取り付けた多数の温度センサの温度を検出し、もって貯湯槽内の温水量の把握を容易にした燃料電池コジェネレーションシステムを提供することを課題とする。
前記目的を達成するための請求項1に記載の発明は、燃料電池を用いて発電すると同時にその過程で発生する廃熱を利用して給湯を行なう燃料電池コジェネレーションシステムであって、槽の下部に冷水取り入れ口と熱交換器への冷水供給口を、槽の上部に温水の戻り口と給湯口とを有する貯湯槽と、該貯湯槽内の上部位置と、下部位置と、その中間の複数n点の位置に、各々の間隔が温水層と冷水層の境界層の厚さ以上になるようにして取り付けた合計(n+2)個の温度センサと、最上部位置の温度センサからの信号によりその位置の温水温度を検出する最上部温度計測器と、最下部位置の温度センサからの信号によりその位置の温水温度を検出する最下部温度計測器と、前記中間の複数n点の位置に取り付けたn個の中間位置温度センサを一括して並列または直列に接続して得られる信号に基づいてn点の位置の平均温度を検出する中間部温度計測器と、前記3個の温度計測器が検出した3つの検出温度に基づいて前記中間の複数n点の位置の温水温度を推定する中間部温度推定手段と、を備えることを特徴とする燃料電池コジェネレーションシステムである。
このような構成の燃料電池コジェネレーションシステムによれば中間位置のn個の温度センサに対して温度計測器が1式で済む上、中間位置の温度センサを貯湯槽側で並列または直列に接続するため中間部温度計測器までの配線費用を削減できる。
また、請求項2に記載の発明は、前記貯湯槽の上部の温水の戻り口から注入される温水温度を注入温水温度Th、下部の冷水供給口から供給される冷水の温度を冷水温度Tc、前記中間部温度計測器が検出した平均温度をTm、前記中間位置n点の温水温度を上から中間位置温度T1、T2、−−、Tn、所定の温度偏差をΔTとするとき、前記中間部温度推定手段は、次の式、
Tthi=(i・Th+(n−i)・Tc)/n 、i=0〜n
により計算した(n+1)個の基準温度Tth0、Tth1、−−、Tthnと、前記平均温度Tmとに基づいて次のように各中間位置温度T1、T2、−−、Tnの値を推定することを特徴とする請求項1に記載の燃料電池コジェネレーションシステムである。
(1)|Tm−Tthj|≦ΔT 、 但しjは0〜n間の数字
を満足するjの値が存在する場合は、中間位置温度T1、T2、−−、Tjは注入温水温度Thに等しく、残りの中間位置温度Tj+1 、Tj+2 、−−、Tnは冷水温度Tcに等しいと推定する。
(2)上記(1)の場合に該当せずに、
Tth j-1<Tm<Tthj 、但しjは1〜nの間の数字
を満足するjの値が存在する場合は、中間位置温度T1、T2、−−、Tj-1 は注入温水温度Thに等しく、中間位置温度Tj+1 、Tj+2 、−−、Tnは冷水温度Tcに等しく、中間位置温度Tjは、
Tj=n・Tm−(j−1)・Th−(n−j)・Tc
と推定する。
Tthi=(i・Th+(n−i)・Tc)/n 、i=0〜n
により計算した(n+1)個の基準温度Tth0、Tth1、−−、Tthnと、前記平均温度Tmとに基づいて次のように各中間位置温度T1、T2、−−、Tnの値を推定することを特徴とする請求項1に記載の燃料電池コジェネレーションシステムである。
(1)|Tm−Tthj|≦ΔT 、 但しjは0〜n間の数字
を満足するjの値が存在する場合は、中間位置温度T1、T2、−−、Tjは注入温水温度Thに等しく、残りの中間位置温度Tj+1 、Tj+2 、−−、Tnは冷水温度Tcに等しいと推定する。
(2)上記(1)の場合に該当せずに、
Tth j-1<Tm<Tthj 、但しjは1〜nの間の数字
を満足するjの値が存在する場合は、中間位置温度T1、T2、−−、Tj-1 は注入温水温度Thに等しく、中間位置温度Tj+1 、Tj+2 、−−、Tnは冷水温度Tcに等しく、中間位置温度Tjは、
Tj=n・Tm−(j−1)・Th−(n−j)・Tc
と推定する。
このような推定方法によれば、貯湯槽内の中間位置に取り付けたn個の温度センサ位置の平均温度を検出するのみでn個の温度センサ位
また、請求項3に記載の発明は、前記各中間位置に取り付けるn個の温度センサとして、同一種類で同一仕様の熱伝対を使用し、それらを並列接続して前記中間部温度計測器に入力するようにしたことを特徴とする請求項1または2に記載の燃料電池コジェネレーションシステムである。
熱伝対を並列接続した場合にはその両端に並列接続された各熱伝対の熱起電力の平均の起電力が現れるので、その起電力を通常仕様の温度計測器に接続するのみで各熱伝対位置の平均温度を検出できる利点がある。
また、請求項4に記載の発明は、前記各中間位置に取り付けるn個の温度センサとして、同一種類で同一仕様のサーミスタを使用し、それらを直列接続して前記中間部温度計測器に入力するようにしたことを特徴とする請求項1または2に記載の燃料電池コジェネレーションシステムである。
このような構成によっても、中間位置に取り付けたn個の温度センサ位置の温水温度の平均値を求めることができる。
このような構成によっても、中間位置に取り付けたn個の温度センサ位置の温水温度の平均値を求めることができる。
また、請求項5に記載の発明は、前記各中間位置に取り付けるn個の温度センサとして、同一種類で同一仕様のサーミスタを使用し、それらを並列接続して前記中間部温度計測器に入力するようにしたことを特徴とする請求項1または2に記載の燃料電池コジェネレーションシステムである。
このような構成によっても、中間位置に取り付けたn個の温度センサ位置の温水温度の平均値を求めることができる。
また、請求項6に記載の発明は、燃料電池を用いて発電すると同時にその過程で発生する廃熱を利用して給湯を行なう燃料電池コジェネレーションシステムであって、槽の下部に冷水取り入れ口と熱交換器への冷水供給口を、槽の上部に温水の戻り口と給湯口を有する貯湯槽と、該貯湯槽内の温水温度を測定する温度センサであって、貯湯槽内の上部位置と、下部位置、及びその中間位置を上から順に中間グループ1、2、−−、nの複数nに区分し各中間グループ区分内に設けたそれぞれ複数a1 、a2 、−−、an 点の位置に、各々の間隔が温水層と冷水層の境界層の厚さ以上になるようにして取り付けた合計(a1 +a2 +−−+an +2)個の温度センサと、最上部位置の温度センサからの信号によりその位置の温水温度を検出する最上部温度計測器と、最下部位置の温度センサからの信号によりその位置の温水温度を検出する最下部温度計測器と、前記各中間グループに属する温度センサからの信号に基づいて該中間グループに属する温度センサが取り付けられている位置の平均温度を検出するn個の中間部温度計測器と、前記(n+2)個の温度計測器が検出した検出温度に基づいて前記中間グループの各位置の温水温度を推定する中間部温度推定手段と、を備え、
該中間部温度推定手段は、前記注入温水温度Th、冷水温度Tcより次の式、
Tthi=(i・Th+(n−i)・Tc)/n 、i=0〜n
により計算した(n+1)個の基準温度Tth0、Tth1、−−、Tthn、及び次の式、
Tth 1,i=(i・Th+(a1−i)・Tc)/a1 、i=0〜a1
Tth 2,i=(i・Th+(a2−i)・Tc)/a2 、i=0〜a2
−−
Tth n,i=(i・Th+(an−i)・Tc)/an 、i=0〜an
により計算した(a1+a2+−−+an+n)個のグループ内基準温度Tth 1,i、Tth 2,i、−−、Tth n,iと、前記各中間部温度計測器の検出した平均温度であって上から順に名付けた平均温度Tm1、Tm2、−−、Tmnと、それらの平均値Tmmと、前記温度偏差ΔTとに基づいて、上から順に名付けた各中間位置温度T1,1 、T1,2 、−−、T1,a1、T2,1 、T2,2 、−−、T2,a2、−−、−−、Tn,1 、Tn,2 、−−、Tn,anの値を次のように推定することを特徴とする燃料電池コジェネレーションシステムである。
(1)|Tmm−Tthj|≦ΔT 、 但しjは0〜n間の数字
を満足するjの値が存在する場合は、中間グループ1からjに属する各位置の温水温度は全て注入温水温度Thに等しく、中間グループ(j+1)からnに属する各位置の温水温度は全て冷水温度Tcに等しいと推定する。
(2)上記(1)の場合に該当せずに、
Tth j-1<Tmm<Tthj 、但しjは1〜nの間の数字
を満足するjの値が存在する場合は、中間グループ1から(j−1)に属する各位置の温水温度は全て注入温水温度Thに等しく、中間グループ(j+1)からnに属する各位置の温水温度は全て冷水温度Tcに等しく、中間グループjの平均温度Tmjは、
Tmj=n・Tmm−(j−1)・Th−(n−j)・Tc
と推定する。その上で、中間グループjに属する各中間位置温度Tj,1 、Tj,2 、−−、Tj,ajの値を次のように推定する。
(a)|Tmj−Tth j,k|≦ΔT 、 但しkは0〜jn間の数字
を満足するkの値が存在する場合は、中間位置温度Tj,1 、Tj,2 、−−、Tj,k は注入温水温度Thに等しく、残りの中間位置温度Tj,k+1 、Tj,k+2 、−−、Tj,ajは冷水温度Tcに等しいと推定する。
(b)上記(a)の場合に該当せずに、
Tth k-1<Tmj<Tthk 、但しkは1〜jnの間の数字
を満足するkの値が存在する場合は、中間位置温度Tj,1 、Tj,2 、−−、Tj,k-1 は注入温水温度Thに等しく、中間位置温度Tj,k+1 、Tj,k+2 、−−、Tj,jnは冷水温度Tcに等しく、中間位置温度Tj,k は、
Tj,k =aj・Tmj−(k−1)・Th−(aj−k)・Tc
と推定する。
該中間部温度推定手段は、前記注入温水温度Th、冷水温度Tcより次の式、
Tthi=(i・Th+(n−i)・Tc)/n 、i=0〜n
により計算した(n+1)個の基準温度Tth0、Tth1、−−、Tthn、及び次の式、
Tth 1,i=(i・Th+(a1−i)・Tc)/a1 、i=0〜a1
Tth 2,i=(i・Th+(a2−i)・Tc)/a2 、i=0〜a2
−−
Tth n,i=(i・Th+(an−i)・Tc)/an 、i=0〜an
により計算した(a1+a2+−−+an+n)個のグループ内基準温度Tth 1,i、Tth 2,i、−−、Tth n,iと、前記各中間部温度計測器の検出した平均温度であって上から順に名付けた平均温度Tm1、Tm2、−−、Tmnと、それらの平均値Tmmと、前記温度偏差ΔTとに基づいて、上から順に名付けた各中間位置温度T1,1 、T1,2 、−−、T1,a1、T2,1 、T2,2 、−−、T2,a2、−−、−−、Tn,1 、Tn,2 、−−、Tn,anの値を次のように推定することを特徴とする燃料電池コジェネレーションシステムである。
(1)|Tmm−Tthj|≦ΔT 、 但しjは0〜n間の数字
を満足するjの値が存在する場合は、中間グループ1からjに属する各位置の温水温度は全て注入温水温度Thに等しく、中間グループ(j+1)からnに属する各位置の温水温度は全て冷水温度Tcに等しいと推定する。
(2)上記(1)の場合に該当せずに、
Tth j-1<Tmm<Tthj 、但しjは1〜nの間の数字
を満足するjの値が存在する場合は、中間グループ1から(j−1)に属する各位置の温水温度は全て注入温水温度Thに等しく、中間グループ(j+1)からnに属する各位置の温水温度は全て冷水温度Tcに等しく、中間グループjの平均温度Tmjは、
Tmj=n・Tmm−(j−1)・Th−(n−j)・Tc
と推定する。その上で、中間グループjに属する各中間位置温度Tj,1 、Tj,2 、−−、Tj,ajの値を次のように推定する。
(a)|Tmj−Tth j,k|≦ΔT 、 但しkは0〜jn間の数字
を満足するkの値が存在する場合は、中間位置温度Tj,1 、Tj,2 、−−、Tj,k は注入温水温度Thに等しく、残りの中間位置温度Tj,k+1 、Tj,k+2 、−−、Tj,ajは冷水温度Tcに等しいと推定する。
(b)上記(a)の場合に該当せずに、
Tth k-1<Tmj<Tthk 、但しkは1〜jnの間の数字
を満足するkの値が存在する場合は、中間位置温度Tj,1 、Tj,2 、−−、Tj,k-1 は注入温水温度Thに等しく、中間位置温度Tj,k+1 、Tj,k+2 、−−、Tj,jnは冷水温度Tcに等しく、中間位置温度Tj,k は、
Tj,k =aj・Tmj−(k−1)・Th−(aj−k)・Tc
と推定する。
このような構成の燃料電池コジェネレーションシステムは、貯湯槽が上下方向に長い場合や温水量を正確に把握したい場合に特に有効であり、請求項2に記載した発明と同様の効果が得られる。
また、請求項7に記載の発明は、前記各中間グループ内の各位置に取り付ける温度センサとして、同一種類で同一仕様の熱伝対を使用し、各中間グループの熱伝対は並列接続して対応する前記中間部温度計測器に入力すること特徴とする請求項6に記載の燃料電池コジェネレーションシステムである。
請求項3に記載の発明の場合と同様、熱伝対を並列接続した場合にはその両端に並列接続された各熱伝対の熱起電力の平均の起電力が現れるので、その起電力を通常仕様の温度計測器に接続するのみで各熱伝対位置の平均温度を検出できる利点がある。
また、請求項8に記載の発明は、前記各中間グループ内の各位置に取り付ける温度センサとして、同一種類で同一仕様のサーミスタを使用し、各中間グループのサーミスタは直列接続して対応する前記中間部温度計測器に入力することを特徴とする請求項6に記載の燃料電池コジェネレーションシステムである。
このような構成によっても、各グループの中間位置に取り付けた温度センサ位置の温水温度の各グループ毎の平均値を求めることができる。
また、請求項9に記載の発明は、前記各中間グループ内の各位置に取り付ける温度センサとして、同一種類で同一仕様のサーミスタを使用し、各中間グループのサーミスタは並列接続して対応する前記中間部温度計測器に入力することを特徴とする請求項6に記載の燃料電池コジェネレーションシステムである。
このような構成によっても、各グループの中間位置に取り付けた温度センサ位置の温水温度の各グループ毎の平均値を求めることができる。
本発明の燃料電池コジェネレーションシステムによれば、貯湯槽内の中間位置に取り付けた複数の温度センサを貯湯槽側で並列または直列に接続してその平均温度を検出するのみで、複数の温度センサ位置の温水温度を推定できる。従って、中間位置の複数の温度センサに対して温度計測器は1式で済ますことができる。また、中間位置の温度センサを貯湯槽側で並列または直列に接続して中間部温度計測器まで配線するため、個別に配線する場合に比べて配線費用を節減できる効果がある。このようなことから例えば設備予算が同じの場合には、中間位置の温度センサ毎に温度計測器を取り付ける方式と比較してより多くの温度センサを取り付けられるため、貯湯槽内の温水量の把握をより正確に行なえる。
(第1の実施形態)
図2に、本発明に係る燃料電池コジェネレーションシステム1の全体のブロック図及び、それに接続される商用電力系統2、コジェネ電力負荷3、温水使用機器4の接続関係を示す。
燃料電池コジェネレーションシステム1は、燃料電池発電部11、貯湯槽12、熱回収水循環ポンプ13、循環ポンプ制御回路14を備えて構成される。
図2に、本発明に係る燃料電池コジェネレーションシステム1の全体のブロック図及び、それに接続される商用電力系統2、コジェネ電力負荷3、温水使用機器4の接続関係を示す。
燃料電池コジェネレーションシステム1は、燃料電池発電部11、貯湯槽12、熱回収水循環ポンプ13、循環ポンプ制御回路14を備えて構成される。
燃料電池発電部11は、改質器111、燃料電池112、インバータ113、熱交換器114、発電量制御回路115を備えて構成される。改質器111は、燃料ガスとして天然ガス、LPG、ブタン、メタノール、灯油などの炭化水素系ガスの供給を受け、水蒸気雰囲気下で加熱して水素リッチな改質ガスを生成する。生成された改質ガスは燃料電池112に供給される。燃料電池112には、酸素源として空気も供給される。
燃料電池112では、改質ガス中の水素と酸素とが触媒の助けをかりて電気化学反応を起こし直流電力Pdcが生成される。生成された直流電力Pdcは、インバータ113により、電圧、周波数が商用電力系統2のそれと等しい交流の発電電力Pacに変換され商用電力系統2に系統連系して供給される。燃料電池発電部11の発電電力Pacの値は、発電量制御回路115により制御される。
発電量制御回路115は、発電電力Pacの値が目標値に一致するように燃料電池発電部11を制御する。発電電力Pacの制御は、改質器111への燃料ガス供給量の調整、インバータ113の出力電流の調整等によって行なわれる。発電電力Pacの目標値は、燃料ガス供給量、燃料電池112の発電能力、コジェネ電力負荷3の電力需要、貯湯槽12内温水残量等の種々の条件を考慮して随時、決定される。
商用電力系統2には、コジェネ電力負荷3が接続されている。ただし、このコジェネ電力負荷3は、燃料電池コジェネレーションシステム1が発電した電力を主として使用して動作する負荷、例えば燃料電池コジェネレーションシステム1が設置された一軒の家屋で使用される家電製品による電力負荷を意味している。商用電力系統2は広域に給電する電力系統であるので、図に示したコジェネ電力負荷3以外にも、多数の一般の電力負荷が接続されている。
コジェネ電力負荷3の電力需要が燃料電池発電部11で発電される発電電力Pacを上回るときは、その不足分は商用電力系統2から供給される。反対にコジェネ電力負荷3の電力需要が発電電力Pacを下回る場合には、余った発電電力は商用電力系統2に供給される。
燃料電池発電部11内の改質器111における反応は吸熱反応であり、反応を促進させるため触媒の温度を700℃前後に維持する必要がある。この加熱は通常、バーナ加熱により行なわれる。従ってその際に廃熱が発生する。また、燃料電池112においても、水素ガスと酸素ガスとが電気化学反応を起こす際に廃熱が生まれる。
燃料電池発電部11内の改質器111における反応は吸熱反応であり、反応を促進させるため触媒の温度を700℃前後に維持する必要がある。この加熱は通常、バーナ加熱により行なわれる。従ってその際に廃熱が発生する。また、燃料電池112においても、水素ガスと酸素ガスとが電気化学反応を起こす際に廃熱が生まれる。
これらの廃熱は熱交換器114に導かれ、貯湯槽12から熱回収水循環ポンプ13により送り込まれた低温の熱回収循環水と熱交換しこれを温水に変える。温水となった熱回収循環水は貯湯槽12に戻される。このようにして廃熱の持つ熱エネルギーの回収が行なわれる。
熱回収循環水の循環量は、熱回収水循環ポンプ13の吐出水量を循環ポンプ制御回路14により制御することで行なわれる。循環ポンプ制御回路14は、熱交換器114の出側配管に取り付けた温度センサ12Sにより検出した温水温度Thが、所定の温水設定温度Tref に等しくなるよう比例積分制御により熱回収水循環ポンプ13の吐出水量を制御する。従って、貯湯槽12に戻される温水温度Thは、廃熱が十分に発生しており、熱回収水循環ポンプ13がその最低と最高の吐出水量の範囲内で動作している限りにおいては温水設定温度Tref に等しくなる。その量は、温水設定温度Tref が一定の場合においては、燃料電池発電部11の内部で発生する廃熱量にほぼ比例した量となる。なお、温水設定温度Tref の値は、通常の運転状態においては、図示しない操作盤にて設定された給湯温度に等しい値とされる。
熱回収循環水の循環量は、熱回収水循環ポンプ13の吐出水量を循環ポンプ制御回路14により制御することで行なわれる。循環ポンプ制御回路14は、熱交換器114の出側配管に取り付けた温度センサ12Sにより検出した温水温度Thが、所定の温水設定温度Tref に等しくなるよう比例積分制御により熱回収水循環ポンプ13の吐出水量を制御する。従って、貯湯槽12に戻される温水温度Thは、廃熱が十分に発生しており、熱回収水循環ポンプ13がその最低と最高の吐出水量の範囲内で動作している限りにおいては温水設定温度Tref に等しくなる。その量は、温水設定温度Tref が一定の場合においては、燃料電池発電部11の内部で発生する廃熱量にほぼ比例した量となる。なお、温水設定温度Tref の値は、通常の運転状態においては、図示しない操作盤にて設定された給湯温度に等しい値とされる。
熱交換器114にて生成された温水は、貯湯槽12内に一時的に貯留される。温水は貯湯槽12の最上部付近に設けられた温水戻り口121より注入される。熱交換器114に供給される熱回収循環水は、貯湯槽12の最下部付近に設けられた冷水供給口122より取り出される。従って、温水は比重の関係で貯湯槽12内の上部から蓄積され始め、量が増すに従って温水層の厚さが増していく。温水は、貯湯槽12の最上部付近に設けられた給湯口123より取り出されて温水使用機器4に給湯される。給湯により減少した水量は、貯湯槽12の最下部近くに設けられた冷水取り入れ口124より供給される市水などの冷水で補充されるようになっており、貯湯槽12内は常に満水の状態に保たれる。
このような構成と動作により燃料電池発電部11で発電された発電電力Pacはコジェネ電力負荷3に、廃熱は温水として温水使用機器4に供給され燃料ガスの有していたエネルギーが効率良く利用される。しかし、このような電力と温水の併給を行なうコジェネレーションシステムでは、温水使用機器4の温水需要量が一時的に大きくなった場合に、貯湯槽12の温水が不足する温水切れや給湯温度の低下といった不具合が生じる。また逆に、温水需要量が減少して貯湯槽12内が温水で満水状態になった場合には、貯湯槽12内の温水の過熱や、廃熱が十分回収されないことによる熱交換器114の過熱、それを防ぐための発電停止や廃熱の大気中への放出といった不具合な事態が生じる。
このような不具合の発生を防ぐには、貯湯槽12内の温水の量を絶えず把握して発電電力Pacひいては廃熱発生量をフィードフォワード制御する必要がある。貯湯槽12内の温水量は、温水が上部から蓄積されることから上下方向の温水温度分布を把握できれば容易に推定することができる。以下、本実施形態の貯湯槽12内温水の上下方向温度分布の測定方法について説明する。
図1は、貯湯槽12内の温水の上下方向の温度分布を測定するための温度センサの取り付け位置と温度計測器との接続関係を示したものである。温度センサは、最上部付近に最上部温度センサSu、最下部付近に最下部温度センサSv、中間部には上から順に3個の中間部温度センサS1、S2、S3が取り付けられている。ここで、各温度センサの間隔は、上部の温水層12hと下部の冷水層12cとの境界層(温度遷移領域)12mの厚さ以上の間隔を隔てて取り付けてある。従って、2つの温度センサが同時に境界層12m内に入る状態は生じない。
本実施形態では、温度センサに同じ種類、同じ仕様の熱電対を使用している。最上部温度センサSuの信号(熱起電力)は、最上部温度計測器21に導かれて最上部温度Tuが検出される。この検出温度は、主として貯湯槽12内が温水切れ状態になったことの検出に使用される。最下部温度センサSvの信号は、最下部温度計測器23に導かれて最下部温度Tvが検出される。この検出温度は、主として貯湯槽12内が温水で満水状態となったことの検出に使用される。
中間部温度センサS1、S2、S3は貯湯槽12側で並列に接続してあり、並列接続した両端は補償導線によって導かれて中間部温度計測器22の入力端に接続されている。熱電対である中間部温度センサS1、S2、S3を並列接続した回路は、図3の(1)のように書ける。図中のE1、E2、E3は、温度センサS1、S2、S3の熱起電力であり、抵抗Rは熱電対の抵抗である。図3の(1)の回路は、図3の(2)と等価である。即ち、温度センサS1、S2、S3を並列接続した回路は、3本の熱電対の熱起電力の平均値の電圧を発生し、内部抵抗がR/3の電圧源とみなすことができる。従って、その両端を入力インピーダンスの高い中間部温度計測器22に接続すれば、出力にはそれら温度センサが取り付けられている位置の温水(または冷水)の温度である中間位置温度T1、T2、T3の平均温度Tmが出力される。中間部温度計測器22は、最上部温度計測器21、最下部温度計測器23と同一仕様の計測器でよい。
平均温度Tm及び最上部温度Tu、最下部温度Tvは、中間部温度推定手段24に入力される。中間部温度推定手段24は、それらの値を基に中間位置温度T1、T2、T3の各値を次のように計算して推定する。
中間部温度推定手段24は、まず最初に貯湯槽12の最上部から注入される温水の注入温水温度Thと、最下部から供給される冷水の冷水温度Tcを次のようにして把握する。境界層12mの厚さは先に条件設定したように何れの温度センサ間の間隔よりも小さい。従って、例えば図1のように、境界層12mが中間部温度センサS1とS3との間にその一部分でも存在する位置関係にある場合には、最上部温度Tu、最下部温度Tv、平均温度Tmの大小関係は次のようになる。
Tu>Tm>Tv (1)式
この関係が成り立っている状態では、最上部温度Tuは注入温水温度Thに等しく、最下部温度Tvは冷水温度Tcに等しい筈である。従って、(1)式が成立している状態における最上部温度Tu、最下部温度Tvから注入温水温度Th、冷水温度Tcを把握することができる。なお、運転開始直後などでは(1)式が成立していないことが考えられる。その場合には、注入温水温度Thとしては循環ポンプ制御回路14への温水設定温度Tref あるいは熱交換器114の出側配管に取り付けた温度センサ12Sで検出した温度Thを一時的に使用する。また、冷水温度Tcは変動が少ないために予め設定した定数を一時的に使用する。
中間部温度推定手段24は、まず最初に貯湯槽12の最上部から注入される温水の注入温水温度Thと、最下部から供給される冷水の冷水温度Tcを次のようにして把握する。境界層12mの厚さは先に条件設定したように何れの温度センサ間の間隔よりも小さい。従って、例えば図1のように、境界層12mが中間部温度センサS1とS3との間にその一部分でも存在する位置関係にある場合には、最上部温度Tu、最下部温度Tv、平均温度Tmの大小関係は次のようになる。
Tu>Tm>Tv (1)式
この関係が成り立っている状態では、最上部温度Tuは注入温水温度Thに等しく、最下部温度Tvは冷水温度Tcに等しい筈である。従って、(1)式が成立している状態における最上部温度Tu、最下部温度Tvから注入温水温度Th、冷水温度Tcを把握することができる。なお、運転開始直後などでは(1)式が成立していないことが考えられる。その場合には、注入温水温度Thとしては循環ポンプ制御回路14への温水設定温度Tref あるいは熱交換器114の出側配管に取り付けた温度センサ12Sで検出した温度Thを一時的に使用する。また、冷水温度Tcは変動が少ないために予め設定した定数を一時的に使用する。
次に、中間部温度推定手段24は、上で把握した注入温水温度Th、冷水温度Tcを用い、次式に従った基準温度Tth0、Tth1、Tth2、Tth3を算出して記憶しておく。
Tth0=(0・Th+3・Tc)/3=Tc (2)式
Tth1=(1・Th+2・Tc)/3 (3)式
Tth2=(2・Th+1・Tc)/3 (4)式
Tth3=(3・Th+0・Tc)/3=Th (5)式
基準温度Tth0、Tth1、Tth2、Tth3は、貯湯槽12内の温水層12h、境界層12m、冷水層12cと温度センサS1、S2、S3との位置関係がそれぞれ図4の(1)、(2)、(3)、(4)に示すような関係にある場合の平均温度Tmに相当する。
Tth0=(0・Th+3・Tc)/3=Tc (2)式
Tth1=(1・Th+2・Tc)/3 (3)式
Tth2=(2・Th+1・Tc)/3 (4)式
Tth3=(3・Th+0・Tc)/3=Th (5)式
基準温度Tth0、Tth1、Tth2、Tth3は、貯湯槽12内の温水層12h、境界層12m、冷水層12cと温度センサS1、S2、S3との位置関係がそれぞれ図4の(1)、(2)、(3)、(4)に示すような関係にある場合の平均温度Tmに相当する。
即ち、基準温度Tth0は温度センサS1、S2、S3が全て冷水層12cの温度を測定している場合の平均温度Tmに等しく、基準温度Tth1は温度センサS1が温水層12hの温度を、温度センサS2、S3が冷水層12cの温度を測定している場合の平均温度Tmに等しく、基準温度Tth2は温度センサS1、S2が温水層12hの温度を、温度センサS3が冷水層12cの温度を測定している場合の平均温度Tmに等しく、基準温度Tth3は温度センサS1、S2、S3が全て温水層12hの温度を測定している場合の平均温度Tmに等しい。
実際の温度測定に当っては、中間部温度推定手段24は、このようにして求めた基準温度Tth0、Tth1、Tth2、Tth3の値と中間部温度計測器22が計測した平均温度Tmとに基づいて、中間部温度センサS1、S2、S3の位置における中間位置温度T1、T2、T3の値を次のように推定する。
(1)|Tm−Tthj|≦ΔT 、 但しjは0〜3間の数字
を満足するjの値が存在する場合。
ここで、ΔTは微小な値で境界層12mと温水層12hとの境、境界層12mと冷水層12cとの境を決めるための値である。境界層12mは、温度が(冷水温度Tc+ΔT)以上で(注入温水温度Th−ΔT)以下の範囲の層であり、温度が(冷水温度Tc+ΔT)以下の層は冷水層12c、(注入温水温度Th−ΔT)以上の層は温水層12hとみなす。温度検出精度は、このΔTより小さい必要がある。
(1)|Tm−Tthj|≦ΔT 、 但しjは0〜3間の数字
を満足するjの値が存在する場合。
ここで、ΔTは微小な値で境界層12mと温水層12hとの境、境界層12mと冷水層12cとの境を決めるための値である。境界層12mは、温度が(冷水温度Tc+ΔT)以上で(注入温水温度Th−ΔT)以下の範囲の層であり、温度が(冷水温度Tc+ΔT)以下の層は冷水層12c、(注入温水温度Th−ΔT)以上の層は温水層12hとみなす。温度検出精度は、このΔTより小さい必要がある。
(a)上記不等式を満足するjの値が「0」の場合。
Tm=Tth0
とみなすことができる。(2)式を用いると、
Tm=Tc
これは図4の(1)の場合のように、中間部温度S1、S2、S3は全て冷水層12cの温度を測定している状態である。従って、
T1=T2=T3=Tc
と推定する。
Tm=Tth0
とみなすことができる。(2)式を用いると、
Tm=Tc
これは図4の(1)の場合のように、中間部温度S1、S2、S3は全て冷水層12cの温度を測定している状態である。従って、
T1=T2=T3=Tc
と推定する。
(b)上記不等式を満足するjの値が「1」の場合。
Tm=Tth1
とみなすことができる。(3)式を用いると、
Tm=(1・Th+2・Tc)/3
これは図4の(2)の場合のように、中間部温度センサS1は温水層12hの温度を測定し、中間部温度センサS2、S3は冷水層12cの温度を測定している状態である。従って、
T1=Th 、 T2=T3=Tc
と推定する。
Tm=Tth1
とみなすことができる。(3)式を用いると、
Tm=(1・Th+2・Tc)/3
これは図4の(2)の場合のように、中間部温度センサS1は温水層12hの温度を測定し、中間部温度センサS2、S3は冷水層12cの温度を測定している状態である。従って、
T1=Th 、 T2=T3=Tc
と推定する。
(c)上記不等式を満足するjの値が「2」の場合。
Tm=Tth2
とみなすことができる。(4)式を用いると、
Tm=(2・Th+1・Tc)/3
これは図4の(3)の場合のように、中間部温度センサS1、S2は温水層12hの温度を測定し、中間部温度センサS3は冷水層12cの温度を測定している状態である。従って、
T1=T2=Th 、 T3=Tc
と推定する。
Tm=Tth2
とみなすことができる。(4)式を用いると、
Tm=(2・Th+1・Tc)/3
これは図4の(3)の場合のように、中間部温度センサS1、S2は温水層12hの温度を測定し、中間部温度センサS3は冷水層12cの温度を測定している状態である。従って、
T1=T2=Th 、 T3=Tc
と推定する。
(d)上記不等式を満足するjの値が「3」の場合。
Tm=Tth3
とみなすことができる。(5)式を用いると、
Tm=Th
これは図4の(4)の場合のように、中間部温度センサS1、S2、S3は全て温水層12hの温度を測定している状態である。従って、
T1=T2=T3=Th
と推定する。
Tm=Tth3
とみなすことができる。(5)式を用いると、
Tm=Th
これは図4の(4)の場合のように、中間部温度センサS1、S2、S3は全て温水層12hの温度を測定している状態である。従って、
T1=T2=T3=Th
と推定する。
(2)上記(1)の場合に該当せずに、
Tth j-1<Tm<Tthj 、 但しjは1〜3の間の数字
を満足するjの値が存在する場合。
(a)上記不等式を満足するjの値が「1」の場合。
Tth0<Tm<Tth1
(2)、(3)式を用いると、
(0・Th+3・Tc)/3<Tm<(1・Th+2・Tc)/3
これは図4の(1)と(2)の中間の状態であり、図5の(1)に示すように中間部温度センサS1は境界層12mの温度を測定し、中間部温度センサS2、S3は冷水層12cの温度を測定している状態とみなすことができる。従って、
T2=T3=Tc
T1=(T1+T2+T3)−(T2+T3)
=3・Tm−2・Tc
と推定する。
Tth j-1<Tm<Tthj 、 但しjは1〜3の間の数字
を満足するjの値が存在する場合。
(a)上記不等式を満足するjの値が「1」の場合。
Tth0<Tm<Tth1
(2)、(3)式を用いると、
(0・Th+3・Tc)/3<Tm<(1・Th+2・Tc)/3
これは図4の(1)と(2)の中間の状態であり、図5の(1)に示すように中間部温度センサS1は境界層12mの温度を測定し、中間部温度センサS2、S3は冷水層12cの温度を測定している状態とみなすことができる。従って、
T2=T3=Tc
T1=(T1+T2+T3)−(T2+T3)
=3・Tm−2・Tc
と推定する。
(b)上記不等式を満足するjの値が「2」の場合。
Tth1<Tm<Tth2
(3)、(4)式を用いると、
(1・Th+2・Tc)/3<Tm<(2・Th+1・Tc)/3
これは図4の(2)と(3)の中間の状態であり、図5の(2)に示すように中間部温度センサS1は温水層12hの温度を測定し、中間部温度センサS2は境界層12mの温度を測定し、中間部温度センサS3は冷水層12cの温度を測定している状態とみなすことができる。従って、
T1=Th 、 T3=Tc
T2=(T1+T2+T3)−(T1+T3)
=3・Tm−Th−Tc
と推定する。
Tth1<Tm<Tth2
(3)、(4)式を用いると、
(1・Th+2・Tc)/3<Tm<(2・Th+1・Tc)/3
これは図4の(2)と(3)の中間の状態であり、図5の(2)に示すように中間部温度センサS1は温水層12hの温度を測定し、中間部温度センサS2は境界層12mの温度を測定し、中間部温度センサS3は冷水層12cの温度を測定している状態とみなすことができる。従って、
T1=Th 、 T3=Tc
T2=(T1+T2+T3)−(T1+T3)
=3・Tm−Th−Tc
と推定する。
(c)上記不等式を満足するjの値が「3」の場合。
Tth2<Tm<Tth3
(4)、(5)式を用いると、
(2・Th+1・Tc)/3<Tm<(3・Th+0・Tc)/3
これは図4の(3)と(4)の中間の状態であり、図5の(3)に示すように中間部温度センサS1、S2は温水層12hの温度を測定し、中間部温度センサS3は境界層12mの温度を測定している状態とみなすことができる。従って、
T1=T2=Th
T3=(T1+T2+T3)−(T1+T2)
=3・Tm−2・Th
と推定する。
(4)、(5)式を用いると、
(2・Th+1・Tc)/3<Tm<(3・Th+0・Tc)/3
これは図4の(3)と(4)の中間の状態であり、図5の(3)に示すように中間部温度センサS1、S2は温水層12hの温度を測定し、中間部温度センサS3は境界層12mの温度を測定している状態とみなすことができる。従って、
T1=T2=Th
T3=(T1+T2+T3)−(T1+T2)
=3・Tm−2・Th
と推定する。
以上の説明で明らかなように、本実施形態によれば中間部温度センサS1、S2、S3の平均温度Tmを測定することで、これら各温度センサの取り付け位置における温水(または冷水)の温度T1、T2、T3を推定することができる。
この場合、中間部温度センサS1、S2、S3に対しては中間部温度計測器22を1式必要とするのみであるので、個々の温度センサに温度計測器を取り付ける場合に比べて温度計測器が2式少なくて済む。また、中間部温度センサS1、S2、S3として用いる熱電対は、貯湯槽12側で並列に接続し、その両端を補償導線で中間部温度計測器22に導いているので、個々の熱電対の信号を補償導線で温度測定器まで個別に配線するのに比べて配線工事費用が少なくて済む利点がある。
この場合、中間部温度センサS1、S2、S3に対しては中間部温度計測器22を1式必要とするのみであるので、個々の温度センサに温度計測器を取り付ける場合に比べて温度計測器が2式少なくて済む。また、中間部温度センサS1、S2、S3として用いる熱電対は、貯湯槽12側で並列に接続し、その両端を補償導線で中間部温度計測器22に導いているので、個々の熱電対の信号を補償導線で温度測定器まで個別に配線するのに比べて配線工事費用が少なくて済む利点がある。
(第2の実施形態)
第1の実施形態では、中間部温度センサはS1、S2、S3の3本であったが、本実施形態は中間部温度センサをS1、S2、−−、Sn(但し、nは複数)に一般化した実施形態である。貯湯槽12内の温度センサの取り付け状態を図6に示す。温度センサは全て同一種類、同一仕様の熱電対である。中間部温度センサS1〜Snは、貯湯槽12側で並列に接続してあり、並列接続した両端は補償導線によって導かれて中間部温度計測器22に入力されている。
第1の実施形態では、中間部温度センサはS1、S2、S3の3本であったが、本実施形態は中間部温度センサをS1、S2、−−、Sn(但し、nは複数)に一般化した実施形態である。貯湯槽12内の温度センサの取り付け状態を図6に示す。温度センサは全て同一種類、同一仕様の熱電対である。中間部温度センサS1〜Snは、貯湯槽12側で並列に接続してあり、並列接続した両端は補償導線によって導かれて中間部温度計測器22に入力されている。
第1の実施形態の図3で説明したと同様に、中間部温度計測器22には中間部温度センサS1〜Snで発生した熱起電力の平均値が入力される。中間部温度計測器22は入力された熱起電力の平均値に基づいて、中間位置温度T1、T2、−−、Tnの平均温度Tmを算出し中間部温度推定手段24に出力する。中間部温度計測器22は、最上部温度計測器21、最下部温度計測器23と同一仕様の計測器でよい。
中間部温度推定手段24は第1の実施形態の場合と同じようにして、測定された平均温度Tmに基づいて中間位置温度T1〜Tnの値を次のように計算して推定する。
中間部温度推定手段24は、最初に次式に従った基準温度Tth0、Tth1、−−、Tthnを算出して記憶しておく。
Tthi=(i・Th+(n−i)・Tc)/n 、i=0〜n (6)式
この式は、第1の実施形態における(2)、(3)、(4)、(5)式と同様の式である。Tthiは、中間位置温度T1、T2、−−、Tnのうち上からi番目までの温度が注入温水温度Thに等しく、残りは冷水温度Tcに等しい場合の平均温度に相当する。
中間部温度推定手段24は、最初に次式に従った基準温度Tth0、Tth1、−−、Tthnを算出して記憶しておく。
Tthi=(i・Th+(n−i)・Tc)/n 、i=0〜n (6)式
この式は、第1の実施形態における(2)、(3)、(4)、(5)式と同様の式である。Tthiは、中間位置温度T1、T2、−−、Tnのうち上からi番目までの温度が注入温水温度Thに等しく、残りは冷水温度Tcに等しい場合の平均温度に相当する。
実際の温度測定に当っては、中間部温度推定手段24は、(6)式で計算した基準温度Tthi、i=0〜nの値と、中間部温度計測器22が検出した平均温度Tmとに基づいて中間部温度センサS1〜Snの取り付け位置における中間位置温度T1〜Tnの各値を次のように推定する。
(1)|Tm−Tthj|≦ΔT 、 但しjは0〜n間の数字
を満足するjの値が存在する場合。但し、ΔTは第1の実施形態の場合と同様の微小な値とする。
(1)|Tm−Tthj|≦ΔT 、 但しjは0〜n間の数字
を満足するjの値が存在する場合。但し、ΔTは第1の実施形態の場合と同様の微小な値とする。
上記不等式が成立していれば、平均温度Tmは基準温度Tthjと殆ど一致しているとみなすことができる。従って、この場合には(6)式より、中間位置温度T1、T2、−−、Tjは注入温水温度Thに等しく、残りの中間位置温度Tj+1 、Tj+2 、−−、Tnは冷水温度Tcに等しいと推定する。但し、j=0の場合は、T1〜Tnは全て冷水温度Tcに等しく、j=nの場合はT1〜Tnは全て注入温水温度Thに等しいと推定する。
(2)上記(1)の場合に該当せずに、
Tth j-1<Tm<Tthj 、但しjは1〜nの間の数字
を満足するjの値が存在する場合。
(6)式を用いると、
((j−1)・Th+(n−j+1)・Tc)/n <Tm
<(j・Th+(n−j)・Tc)/n
これより、中間位置温度T1、T2、−−、Tj-1 は注入温水温度Thに等しく、中間位置温度Tj+1 、Tj+2 、−−、Tnは冷水温度Tcに等しいと推定する。そして、中間位置温度Tjについては、
Tj=n・Tm−(j−1)・Th−(n−j)・Tc
と推定する。
Tth j-1<Tm<Tthj 、但しjは1〜nの間の数字
を満足するjの値が存在する場合。
(6)式を用いると、
((j−1)・Th+(n−j+1)・Tc)/n <Tm
<(j・Th+(n−j)・Tc)/n
これより、中間位置温度T1、T2、−−、Tj-1 は注入温水温度Thに等しく、中間位置温度Tj+1 、Tj+2 、−−、Tnは冷水温度Tcに等しいと推定する。そして、中間位置温度Tjについては、
Tj=n・Tm−(j−1)・Th−(n−j)・Tc
と推定する。
以上の説明で明らかなように本実施形態の場合も、中間部温度センサS1〜Snの平均温度Tmを測定することで各センサの取り付け位置における温水(または冷水)の温度T1、T2、−−、Tjを推定することができる。
この場合、中間部温度センサS1〜Snに対しては中間部温度計測器22を1式必要とするのみであるので、全ての中間部温度センサS1〜Snに個別に温度計測器を取り付ける場合に比べて温度計測器が(n−1)式少なくて済むことになる。また、中間部温度センサS1〜Snの熱電対は、貯湯槽12側で並列に接続し、その両端を補償導線で中間部温度計測器22に導けばよいので、個々の熱電対の信号を補償導線で温度計測器まで個別に配線するのに比べて配線工事費用が少なくて済む利点がある。
この場合、中間部温度センサS1〜Snに対しては中間部温度計測器22を1式必要とするのみであるので、全ての中間部温度センサS1〜Snに個別に温度計測器を取り付ける場合に比べて温度計測器が(n−1)式少なくて済むことになる。また、中間部温度センサS1〜Snの熱電対は、貯湯槽12側で並列に接続し、その両端を補償導線で中間部温度計測器22に導けばよいので、個々の熱電対の信号を補償導線で温度計測器まで個別に配線するのに比べて配線工事費用が少なくて済む利点がある。
(第3の実施形態)
第2の実施形態では、中間部温度センサS1〜Snを一括して並列に接続し1式の中間部温度計測器22に入力した。これに対して本実施形態では図7に示すように、中間部温度センサを中間グループ1、2、−−、nの複数n個にグループ分けし、各中間グループに属する複数の温度センサは各中間グループ毎に並列接続してそれぞれ対応する中間部温度計測器221、221、−−、22nに接続している。中間グループ1には上から順に中間部温度センサS1,1 、S1,2 、−−、S1,a1が、中間グループ2にはS2,1 、S2,2 、−−、S2,a2が、中間グループnにはSn,1 、Sn,2 、−−、Sn,anがそれぞれ属し、それら温度センサは全て同一種類、同一仕様の熱電対である。
第2の実施形態では、中間部温度センサS1〜Snを一括して並列に接続し1式の中間部温度計測器22に入力した。これに対して本実施形態では図7に示すように、中間部温度センサを中間グループ1、2、−−、nの複数n個にグループ分けし、各中間グループに属する複数の温度センサは各中間グループ毎に並列接続してそれぞれ対応する中間部温度計測器221、221、−−、22nに接続している。中間グループ1には上から順に中間部温度センサS1,1 、S1,2 、−−、S1,a1が、中間グループ2にはS2,1 、S2,2 、−−、S2,a2が、中間グループnにはSn,1 、Sn,2 、−−、Sn,anがそれぞれ属し、それら温度センサは全て同一種類、同一仕様の熱電対である。
第1の実施形態の図3で説明したと同様に、各中間部温度計測器からは、接続された各中間部温度センサの取り付け位置における温水(または冷水)の中間グループ毎の平均温度Tm1、Tm2、−−、Tmnが出力される。各中間部温度計測器221、221、−−、22nには、最上部温度計測器21、最下部温度計測器23と同じ仕様の計測器を使用できる。
中間部温度推定手段24は、最初に次式により(n+1)個の基準温度Tth0、Tth1、−−、Tthnを算出して記憶しておく。
Tthi=(i・Th+(n−i)・Tc)/n 、i=0〜n (7)式
この式は、第2の実施形態における(6)式と同じ式である。基準温度Tthiは、中間グループ毎の平均温度Tm1、Tm2、−−、Tmnのうち上からi番目までの平均温度は注入温水温度Thに等しく、残りの平均温度は冷水温度Tcに等しいと仮定して計算した平均温度Tm1、Tm2、−−、Tmnのn個の数値の平均値である。
Tthi=(i・Th+(n−i)・Tc)/n 、i=0〜n (7)式
この式は、第2の実施形態における(6)式と同じ式である。基準温度Tthiは、中間グループ毎の平均温度Tm1、Tm2、−−、Tmnのうち上からi番目までの平均温度は注入温水温度Thに等しく、残りの平均温度は冷水温度Tcに等しいと仮定して計算した平均温度Tm1、Tm2、−−、Tmnのn個の数値の平均値である。
本実施形態の場合、中間部温度推定手段24は更に次式で計算されるグループ内基準温度Tth 1,i、Tth 2,i、−−、Tth n,iを算出して記憶しておく。
Tth 1,i=(i・Th+(a1−i)・Tc)/ai 、i=0〜a1 (8-1)式
Tth 2,i=(i・Th+(a2−i)・Tc)/a2 、i=0〜a2 (8-2)式
−−
Tth j,i=(i・Th+(aj−i)・Tc)/aj 、i=0〜aj (8-j)式
−−
Tth n,i=(i・Th+(an−i)・Tc)/an 、i=0〜an (8-n)式
ここで、グループ内基準温度Tth j,iの最初の添字は中間グループ番号を、二番目の添字はその中間グループの中で注入温水温度Thを検出している中間部温度センサの数を意味している。従って、グループ内基準温度Tth j,iは、中間グループjに属するaj本の温度センサの内、i本が注入温水温度Thを検出しており残りの(aj−i)本は冷水温度Tcを検出していると仮定して計算した温水温度の平均値である。
Tth 1,i=(i・Th+(a1−i)・Tc)/ai 、i=0〜a1 (8-1)式
Tth 2,i=(i・Th+(a2−i)・Tc)/a2 、i=0〜a2 (8-2)式
−−
Tth j,i=(i・Th+(aj−i)・Tc)/aj 、i=0〜aj (8-j)式
−−
Tth n,i=(i・Th+(an−i)・Tc)/an 、i=0〜an (8-n)式
ここで、グループ内基準温度Tth j,iの最初の添字は中間グループ番号を、二番目の添字はその中間グループの中で注入温水温度Thを検出している中間部温度センサの数を意味している。従って、グループ内基準温度Tth j,iは、中間グループjに属するaj本の温度センサの内、i本が注入温水温度Thを検出しており残りの(aj−i)本は冷水温度Tcを検出していると仮定して計算した温水温度の平均値である。
実際の温度測定に当っては、中間部温度推定手段24は、(7)式で求めた基準温度Tthi、i=0〜nと、(8-1)〜(8-n)式で求めた(a1+a2+−−+an+n)個のグループ内基準温度Tth j,iとを参照しつつ、測定された中間グループ毎の平均温度Tm1、Tm2、−−、Tmnとそれらの数値の平均値Tmm、
平均値Tmm=(Tm1+Tm2+−−−+Tmn)/n
とに基づいて、前記各中間部温度センサSj,i が取り付けられている位置の温水(または冷水)の温度(中間位置温度)Tj,i の値を次のように計算して推定する。ここで中間位置温度Tj,i の最初の添字jは中間グループのグループ番号を、二番目の添字iはその中間グループ内で上から数えた温度センサの位置番号を表わしている。
平均値Tmm=(Tm1+Tm2+−−−+Tmn)/n
とに基づいて、前記各中間部温度センサSj,i が取り付けられている位置の温水(または冷水)の温度(中間位置温度)Tj,i の値を次のように計算して推定する。ここで中間位置温度Tj,i の最初の添字jは中間グループのグループ番号を、二番目の添字iはその中間グループ内で上から数えた温度センサの位置番号を表わしている。
(1)|Tmn−Tthj|≦ΔT 、 但しjは0〜n間の数字
を満足するjの値が存在する場合。但し、ΔTは第1、第2の実施形態の場合と同様の微小な値とする。
上記不等式が成立していれば、平均値Tmmは基準温度Tthjと殆ど一致しているとみなすことができる。従って、この場合には(7)式より、平均温度Tm1、Tm2、−−、Tmnのうち上からj個の平均温度T1、T2、−−、Tjは注入温水温度Thに等しく、残りの平均温度Tj+1 、Tj+2 、−−、Tnは冷水温度Tcに等しいと推定できる。(但し、j=0の場合は、Tm1〜Tmnは全て冷水温度Tcに等しく、j=nの場合はTm1〜Tmnは全て注入温水温度Thに等しい。)
従ってこの場合は、中間グループ1〜jに属する全ての中間部温度センサ位置の温度は注入温水温度Thに等しく、中間グループ(j+1)〜nに属する全ての中間部温度センサ位置の温度は冷水温度Tcに等しいと推定する。
を満足するjの値が存在する場合。但し、ΔTは第1、第2の実施形態の場合と同様の微小な値とする。
上記不等式が成立していれば、平均値Tmmは基準温度Tthjと殆ど一致しているとみなすことができる。従って、この場合には(7)式より、平均温度Tm1、Tm2、−−、Tmnのうち上からj個の平均温度T1、T2、−−、Tjは注入温水温度Thに等しく、残りの平均温度Tj+1 、Tj+2 、−−、Tnは冷水温度Tcに等しいと推定できる。(但し、j=0の場合は、Tm1〜Tmnは全て冷水温度Tcに等しく、j=nの場合はTm1〜Tmnは全て注入温水温度Thに等しい。)
従ってこの場合は、中間グループ1〜jに属する全ての中間部温度センサ位置の温度は注入温水温度Thに等しく、中間グループ(j+1)〜nに属する全ての中間部温度センサ位置の温度は冷水温度Tcに等しいと推定する。
(2)上記(1)の場合に該当せずに、
Tth j-1<Tmm<Tthj 、但しjは1〜nの間の数字
を満足するjの値が存在する場合。
(7)式より、
(j−1)・Th+(n−j+1))・Tc)/n <Tmm
<(j・Th+(n−j)・Tc)/n
これより、中間グループ1〜(j−1)の平均温度Tm1、Tm2、−−、Tmj-1 は注入温水温度Thに等しく、それ以外の中間グループ(j+1)〜nの平均温度Tmj+1 、Tmj+2 、−−、Tmnは冷水温度Tcに等しいと推定できる。そして中間グループjの平均温度Tmjは、
Tmj=n・Tm−(j−1)・Th−(n−j)・Tc (9)式
と推定できる。
従って、中間グループ1〜(j−1)に属する全ての中間部温度センサ位置の温度は注入温水温度Thに等しく、中間グループ(j+1)〜nに属する全ての中間部温度センサ位置の温度は冷水温度Tcに等しいと推定できる。
Tth j-1<Tmm<Tthj 、但しjは1〜nの間の数字
を満足するjの値が存在する場合。
(7)式より、
(j−1)・Th+(n−j+1))・Tc)/n <Tmm
<(j・Th+(n−j)・Tc)/n
これより、中間グループ1〜(j−1)の平均温度Tm1、Tm2、−−、Tmj-1 は注入温水温度Thに等しく、それ以外の中間グループ(j+1)〜nの平均温度Tmj+1 、Tmj+2 、−−、Tmnは冷水温度Tcに等しいと推定できる。そして中間グループjの平均温度Tmjは、
Tmj=n・Tm−(j−1)・Th−(n−j)・Tc (9)式
と推定できる。
従って、中間グループ1〜(j−1)に属する全ての中間部温度センサ位置の温度は注入温水温度Thに等しく、中間グループ(j+1)〜nに属する全ての中間部温度センサ位置の温度は冷水温度Tcに等しいと推定できる。
中間グループjに属する各中間部温度センサ位置における温水(または冷水)の温度(中間位置温度)Tj,1 、Tj,2 、−−、Tj,ajは、(9)式で求めた平均温度Tmjを基に次のように推定できる。
(a)|Tmj−Tth j,k|≦ΔT 、 但しkは0〜jn間の数字
を満足するkの値が存在する場合。
上記不等式が成立していれば、平均温度Tmjはグループ内基準温度Tth j,kと殆ど一致しているとみなすことができる。
従って、この場合には(8−j)式より、中間位置温度Tj,1 、Tj,2 、−−、Tj,k は注入温水温度Thに等しく、残りの中間位置温度Tj,k+1 、Tj,k+2 、−−、Tj,ajは冷水温度Tcに等しいと推定する。
(a)|Tmj−Tth j,k|≦ΔT 、 但しkは0〜jn間の数字
を満足するkの値が存在する場合。
上記不等式が成立していれば、平均温度Tmjはグループ内基準温度Tth j,kと殆ど一致しているとみなすことができる。
従って、この場合には(8−j)式より、中間位置温度Tj,1 、Tj,2 、−−、Tj,k は注入温水温度Thに等しく、残りの中間位置温度Tj,k+1 、Tj,k+2 、−−、Tj,ajは冷水温度Tcに等しいと推定する。
(b)上記(a)の場合に該当せずに、
Tth j,k-1<Tmj<Tth j,k 、但しkは1〜jnの間の数字
を満足するkの値が存在する場合は、(8−j)式より中間位置温度Tj,1 、Tj,2 、−−、Tj,k-1 は注入温水温度Thに等しく、中間位置温度Tj,k+1 、Tj,k+2 、−−、Tj,jnは冷水温度Tcに等しいと推定できる。そして、中間位置温度Tj,k は、
Tj,k =aj・Tmj−(k−1)・Th−(aj−k)・Tc
と推定する。
Tth j,k-1<Tmj<Tth j,k 、但しkは1〜jnの間の数字
を満足するkの値が存在する場合は、(8−j)式より中間位置温度Tj,1 、Tj,2 、−−、Tj,k-1 は注入温水温度Thに等しく、中間位置温度Tj,k+1 、Tj,k+2 、−−、Tj,jnは冷水温度Tcに等しいと推定できる。そして、中間位置温度Tj,k は、
Tj,k =aj・Tmj−(k−1)・Th−(aj−k)・Tc
と推定する。
以上の説明から明らかなように、本実施形態の場合は中間部温度計測器221〜22nが測定した各中間グループ1〜jの平均温度Tm1、Tm2、−−、Tmn及びそれらの平均値Tmmとに基づいて各中間部温度センサの取り付け位置における温水(または冷水)の温度を全て推定することができる。この場合、中間部温度計測器は各中間グループに対して1式必要とするのみであるので、全ての中間部温度センサに温度計測器を取り付ける場合に比べて温度計測器の数を大幅に削減できる。また、各中間グループに属する熱電対は、貯湯槽12側で並列に接続し、その両端を補償導線で対応する中間部温度計測器に導くだけでよいので、個々の熱電対の信号を補償導線で温度センサまで個別に配線するのに比べて配線工事費用が少なくて済む利点がある。
(第4の実施形態)
本実施形態は、前記第1、第2、第3の実施形態における中間部温度センサ及び中間部温度計測器についての変形実施態様である。これまでの実施態様では、中間部温度センサには熱伝対を使用し、それらを図3に示したように並列接続してきた。これに対して本実施形態では、中間部温度センサとしてサーミスタを使用する。
本実施形態は、前記第1、第2、第3の実施形態における中間部温度センサ及び中間部温度計測器についての変形実施態様である。これまでの実施態様では、中間部温度センサには熱伝対を使用し、それらを図3に示したように並列接続してきた。これに対して本実施形態では、中間部温度センサとしてサーミスタを使用する。
これを第1の実施形態に適用した場合について説明する。中間部温度センサS1、S2、S3として使用するサーミスタR1、R2、R3は同一種類、同一仕様のもので、それらを図8に示すように直列接続して中間部温度計測器22に入力する。
サーミスタを温度センサとして使用する温度計測器は、サーミスタの抵抗値が温度依存性を有していることからその抵抗値の変化量を測定して温度を計測するものである。そして、サーミスタを温度センサとして使用する通常の温度計測器は、サーミスタ1個の抵抗値変化を測定して1点の温度を計測するようにできている。
サーミスタを温度センサとして使用する温度計測器は、サーミスタの抵抗値が温度依存性を有していることからその抵抗値の変化量を測定して温度を計測するものである。そして、サーミスタを温度センサとして使用する通常の温度計測器は、サーミスタ1個の抵抗値変化を測定して1点の温度を計測するようにできている。
本実施形態の場合には、サーミスタR1、R2、R3を直列に接続しているため、抵抗値(R1+R2+R3)の変化量から平均温度Tmを検出する必要がある。従って、中間部温度計測器22は、抵抗値(R1+R2+R3)の平均値(R1+R2+R3)/3を最初に算出し、以降、その平均値をサーミスタが1個のみ接続されている場合の抵抗値と見なして通常と同じ計算により温度を算出する。そのようにすれば、算出された温度は中間部温度センサS1、S2、S3の平均温度Tmに等しくなる。
このような平均温度測定方法によれば、中間部温度計測器22としては通常のサーミスタ式温度計測器とは少し仕様の異なる計測器を必要とするものの、必要台数は1式で済む。従って、全てのサーミスタに温度計測器を接続する場合に比べてコスト低減となる。また、3個のサーミスタは貯湯槽12側で直列接続して中間部温度計測器22まで配線すればよいので、配線工事費用の低減の効果も得られる。
(第5の実施形態)
本実施形態も、前記第1、第2、第3の実施形態における中間部温度センサ及び中間部温度計測器についての変形実施態様である。第4の実施形態においては、中間部温度センサとしてサーミスタを使用しそれらを直列に接続した。これに対して本実施形態では、中間部温度センサとして同じサーミスタを使用するものの、それらのサーミスタは並列に接続して中間部温度計測器22に入力する。例えば、第1の実施形態に適用した場合には図9に示すように接続する。
本実施形態も、前記第1、第2、第3の実施形態における中間部温度センサ及び中間部温度計測器についての変形実施態様である。第4の実施形態においては、中間部温度センサとしてサーミスタを使用しそれらを直列に接続した。これに対して本実施形態では、中間部温度センサとして同じサーミスタを使用するものの、それらのサーミスタは並列に接続して中間部温度計測器22に入力する。例えば、第1の実施形態に適用した場合には図9に示すように接続する。
中間部温度センサS1、S2、S3として使用する同一種類、同一仕様のサーミスタR1、R2、R3の基準温度における抵抗値をR0、温度がそれぞれT1、T2、T3に変化した場合の抵抗値の変化量をそれぞれΔr1、Δr2、Δr3とすると、サーミスタR1、R2、R3の抵抗値R1、R2、R3は次のように書ける。
R1=R0+Δr1
R2=R0+Δr2
R3=R0+Δr3
ここで、Δr1、Δr2、Δr3の値は、基準温度における抵抗値R0に比べて非常に小さな値である。従って、サーミスタR1、R2、R3を並列に接続した場合の抵抗値Rtは次のように近似できる。
Rt=(1/3)・(R0+(Δr1+Δr2+Δr3)/3)
右辺に含まれる(Δr1+Δr2+Δr3)/3は、サーミスタR1、R2、R3の抵抗値変化量の平均値である。また、右辺全体はサーミスタR1、R2、R3の抵抗値の平均値である。
R1=R0+Δr1
R2=R0+Δr2
R3=R0+Δr3
ここで、Δr1、Δr2、Δr3の値は、基準温度における抵抗値R0に比べて非常に小さな値である。従って、サーミスタR1、R2、R3を並列に接続した場合の抵抗値Rtは次のように近似できる。
Rt=(1/3)・(R0+(Δr1+Δr2+Δr3)/3)
右辺に含まれる(Δr1+Δr2+Δr3)/3は、サーミスタR1、R2、R3の抵抗値変化量の平均値である。また、右辺全体はサーミスタR1、R2、R3の抵抗値の平均値である。
従って、中間部温度計測器22は、計測した抵抗値Rtを最初に3倍して平均の抵抗値3・Rtを算出する。以降、その平均の抵抗値3・Rtをサーミスタが1個のみ接続されている場合の抵抗値と見なして通常と同じ計算により温度を算出する。そのようにすれば算出された温度は、中間部温度センサS1、S2、S3の平均温度Tmに等しくなる。
このような平均温度測定方法によれば、中間部温度計測器22としては通常のサーミスタ式温度計測器とは少し仕様の異なる計測器を必要とするものの、必要台数は1式で済む。従って、全てのサーミスタに温度計測器を接続する場合に比べてコスト低減となる。また、3個のサーミスタは貯湯槽12側で並列接続して中間部温度計測器22まで配線すればよいので、配線工事費の低減の効果も得られる。
図面中、1は燃料電池コジェネレーションシステム、12は貯湯槽、12cは冷水層、12hは温水層、12mは境界層、21は最上部温度計測器、22は中間部温度計測器、23は最下部温度計測器、24は中間部温度推定手段、112は燃料電池、114は熱交換器、121は温水の戻り口、122は冷水供給口、123は給湯口、124は冷水取り入れ口、Rは熱伝対、R1、R2、R3はサーミスタ、Suは最上部位置の温度センサ、Svは最下部位置の温度センサ、S1、S2、S3、Sn、Sn,anは中間位置温度センサ、T1、T2、T3、Tn、Tn,anは中間位置温度、Tcは冷水温度、Thは注入温水温度、Tmは平均温度、Tmmは平均値、Tth0、Tth1、Tthnは基準温度、ΔTは温度偏差を示す。
Claims (9)
- 燃料電池を用いて発電すると同時にその過程で発生する廃熱を利用して給湯を行なう燃料電池コジェネレーションシステムであって、槽の下部に冷水取り入れ口と熱交換器への冷水供給口を、槽の上部に温水の戻り口と給湯口とを有する貯湯槽と、
該貯湯槽内の上部位置と、下部位置と、その中間の複数n点の位置に、各々の間隔が温水層と冷水層の境界層の厚さ以上になるようにして取り付けた合計(n+2)個の温度センサと、
最上部位置の温度センサからの信号によりその位置の温水温度を検出する最上部温度計測器と、
最下部位置の温度センサからの信号によりその位置の温水温度を検出する最下部温度計測器と、
前記中間の複数n点の位置に取り付けたn個の中間位置温度センサを一括して並列または直列に接続して得られる信号に基づいてn点の位置の平均温度を検出する中間部温度計測器と、
前記3個の温度計測器が検出した3つの検出温度に基づいて前記中間の複数n点の位置の温水温度を推定する中間部温度推定手段と、
を備えることを特徴とする燃料電池コジェネレーションシステム。 - 前記貯湯槽の上部の温水の戻り口から注入される温水温度を注入温水温度Th、下部の冷水供給口から供給される冷水の温度を冷水温度Tc、前記中間部温度計測器が検出した平均温度をTm、前記中間位置n点の温水温度を上から中間位置温度T1、T2、−−、Tn、所定の温度偏差をΔTとするとき、前記中間部温度推定手段は、次の式、
Tthi=(i・Th+(n−i)・Tc)/n 、i=0〜n
により計算した(n+1)個の基準温度Tth0、Tth1、−−、Tthnと、前記平均温度Tmとに基づいて次のように各中間位置温度T1、T2、−−、Tnの値を推定することを特徴とする請求項1に記載の燃料電池コジェネレーションシステム。
(1)|Tm−Tthj|≦ΔT 、 但しjは0〜n間の数字
を満足するjの値が存在する場合は、中間位置温度T1、T2、−−、Tjは注入温水温度Thに等しく、残りの中間位置温度Tj+1 、Tj+2 、−−、Tnは冷水温度Tcに等しいと推定する。
(2)上記(1)の場合に該当せずに、
Tth j-1<Tm<Tthj 、但しjは1〜nの間の数字
を満足するjの値が存在する場合は、中間位置温度T1、T2、−−、Tj-1 は注入温水温度Thに等しく、中間位置温度Tj+1 、Tj+2 、−−、Tnは冷水温度Tcに等しく、中間位置温度Tjは、
Tj=n・Tm−(j−1)・Th−(n−j)・Tc
と推定する。 - 前記各中間位置に取り付けるn個の温度センサとして、同一種類で同一仕様の熱伝対を使用し、それらを並列接続して前記中間部温度計測器に入力するようにしたことを特徴とする請求項1または2に記載の燃料電池コジェネレーションシステム。
- 前記各中間位置に取り付けるn個の温度センサとして、同一種類で同一仕様のサーミスタを使用し、それらを直列接続して前記中間部温度計測器に入力するようにしたことを特徴とする請求項1または2に記載の燃料電池コジェネレーションシステム。
- 前記各中間位置に取り付けるn個の温度センサとして、同一種類で同一仕様のサーミスタを使用し、それらを並列接続して前記中間部温度計測器に入力するようにしたことを特徴とする請求項1または2に記載の燃料電池コジェネレーションシステム。
- 燃料電池を用いて発電すると同時にその過程で発生する廃熱を利用して給湯を行なう燃料電池コジェネレーションシステムであって、槽の下部に冷水取り入れ口と熱交換器への冷水供給口を、槽の上部に温水の戻り口と給湯口を有する貯湯槽と、
該貯湯槽内の温水温度を測定する温度センサであって、貯湯槽内の上部位置と、下部位置、及びその中間位置を上から順に中間グループ1、2、−−、nの複数nに区分し各中間グループ区分内に設けたそれぞれ複数a1 、a2 、−−、an 点の位置に、各々の間隔が温水層と冷水層の境界層の厚さ以上になるようにして取り付けた合計(a1 +a2 +−−+an +2)個の温度センサと、
最上部位置の温度センサからの信号によりその位置の温水温度を検出する最上部温度計測器と、
最下部位置の温度センサからの信号によりその位置の温水温度を検出する最下部温度計測器と、
前記各中間グループに属する温度センサからの信号に基づいて該中間グループに属する温度センサが取り付けられている位置の平均温度を検出するn個の中間部温度計測器と、 前記(n+2)個の温度計測器が検出した検出温度に基づいて前記中間グループの各位置の温水温度を推定する中間部温度推定手段と、を備え、
該中間部温度推定手段は、前記注入温水温度Th、冷水温度Tcより次の式、
Tthi=(i・Th+(n−i)・Tc)/n 、i=0〜n
により計算した(n+1)個の基準温度Tth0、Tth1、−−、Tthn、及び次の式、
Tth 1,i=(i・Th+(a1−i)・Tc)/a1 、i=0〜a1
Tth 2,i=(i・Th+(a2−i)・Tc)/a2 、i=0〜a2
−−
Tth n,i=(i・Th+(an−i)・Tc)/an 、i=0〜an
により計算した(a1+a2+−−+an+n)個のグループ内基準温度Tth 1,i、Tth 2,i、−−、Tth n,iと、前記各中間部温度計測器の検出した平均温度であって上から順に名付けた平均温度Tm1、Tm2、−−、Tmnと、それらの平均値Tmmと、前記温度偏差ΔTとに基づいて、上から順に名付けた各中間位置温度T1,1 、T1,2 、−−、T1,a1、T2,1 、T2,2 、−−、T2,a2、−−、−−、Tn,1 、Tn,2 、−−、Tn,anの値を次のように推定することを特徴とする燃料電池コジェネレーションシステム。
(1)|Tmm−Tthj|≦ΔT 、 但しjは0〜n間の数字
を満足するjの値が存在する場合は、中間グループ1からjに属する各位置の温水温度は全て注入温水温度Thに等しく、中間グループ(j+1)からnに属する各位置の温水温度は全て冷水温度Tcに等しいと推定する。
(2)上記(1)の場合に該当せずに、
Tth j-1<Tmm<Tthj 、但しjは1〜nの間の数字
を満足するjの値が存在する場合は、中間グループ1から(j−1)に属する各位置の温水温度は全て注入温水温度Thに等しく、中間グループ(j+1)からnに属する各位置の温水温度は全て冷水温度Tcに等しく、中間グループjの平均温度Tmjは、
Tmj=n・Tmm−(j−1)・Th−(n−j)・Tc
と推定する。その上で、中間グループjに属する各中間位置温度Tj,1 、Tj,2 、−−、Tj,ajの値を次のように推定する。
(a)|Tmj−Tth j,k|≦ΔT 、 但しkは0〜jn間の数字
を満足するkの値が存在する場合は、中間位置温度Tj,1 、Tj,2 、−−、Tj,k は注入温水温度Thに等しく、残りの中間位置温度Tj,k+1 、Tj,k+2 、−−、Tj,ajは冷水温度Tcに等しいと推定する。
(b)上記(a)の場合に該当せずに、
Tth k-1<Tmj<Tthk 、但しkは1〜jnの間の数字
を満足するkの値が存在する場合は、中間位置温度Tj,1 、Tj,2 、−−、Tj,k-1 は注入温水温度Thに等しく、中間位置温度Tj,k+1 、Tj,k+2 、−−、Tj,jnは冷水温度Tcに等しく、中間位置温度Tj,k は、
Tj,k =aj・Tmj−(k−1)・Th−(aj−k)・Tc
と推定する。 - 前記各中間グループ内の各位置に取り付ける温度センサとして、同一種類で同一仕様の熱伝対を使用し、各中間グループの熱伝対は並列接続して対応する前記中間部温度計測器に入力すること特徴とする請求項6に記載の燃料電池コジェネレーションシステム。
- 前記各中間グループ内の各位置に取り付ける温度センサとして、同一種類で同一仕様のサーミスタを使用し、各中間グループのサーミスタは直列接続して対応する前記中間部温度計測器に入力することを特徴とする請求項6に記載の燃料電池コジェネレーションシステム。
- 前記各中間グループ内の各位置に取り付ける温度センサとして、同一種類で同一仕様のサーミスタを使用し、各中間グループのサーミスタは並列接続して対応する前記中間部温度計測器に入力することを特徴とする請求項6に記載の燃料電池コジェネレーションシステム。
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JP2009103358A (ja) * | 2007-10-23 | 2009-05-14 | Aisin Seiki Co Ltd | コージェネレーションシステム |
-
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