JP2005164201A

JP2005164201A - 排熱回収装置

Info

Publication number: JP2005164201A
Application number: JP2003407261A
Authority: JP
Inventors: Kazushige Maeda; 和茂前田; Akihito Hayano; 彰人早野; Keiji Takimoto; 桂嗣滝本
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 2003-12-05
Filing date: 2003-12-05
Publication date: 2005-06-23
Anticipated expiration: 2023-12-05
Also published as: JP4024204B2

Abstract

【課題】放熱手段が長期間に亘って使用されない場合であっても、放熱手段に滞留する熱媒を清浄に保つことのできる排熱回収装置を提供する。
【解決手段】排熱発生装置１０と排熱貯留用の蓄熱手段１２とに亘って、熱媒循環路１１を通して熱媒を循環供給させる熱媒循環手段１３と、熱媒循環路１１の一部をバイパスして熱媒が通流されて、熱媒が有する熱を放熱可能な放熱手段１４と、放熱手段１４に滞留する熱媒の入れ替えのために、熱媒を放熱手段１４を通して流動させる熱媒入替用通流状態に切り換える熱媒入替用通流状態切換手段１５とが設けられ、運転制御手段１６が、放熱手段１４を熱媒が通流しない非通流期間が設定期間以上継続したときには、熱媒入替用通流状態切換手段１５を熱媒入替用通流状態に切り換えて、放熱手段１４に滞留する熱媒を入れ替える熱媒入れ替え運転を実行するように構成されている排熱回収装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、排熱発生装置から発生する排熱を熱媒にて回収する排熱回収装置に関する。

かかる排熱回収装置としては、排熱発生装置としての燃料電池に冷却水としての熱媒を、排熱発生装置と蓄熱手段とに亘って循環供給し、排熱発生装置から発生する排熱を熱媒にて回収し、蓄熱手段にて蓄熱するように構成された装置がある。このような排熱回収装置では、蓄熱手段での蓄熱量が大きいとき、燃料電池に流入する熱媒の温度が大きくなって燃料電池の冷却効果が低下してしまうという問題がある。そのため、蓄熱手段での蓄熱量が一定の制限量以上に大きくなると、蓄熱手段をバイパスするように設けられた放熱手段に熱媒を通流させて、燃料電池に流入する熱媒の温度を低くするような放熱運転を行うという対策が講じられている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−１３４１４３号公報

蓄熱手段での蓄熱量が一定の制限量以上に大きくならない場合、蓄熱手段をバイパスするように設けられた放熱手段に熱媒が通流されず、そして、放熱手段に熱媒が通流されない期間が継続するため、放熱手段には熱媒が長期間に亘って滞留し、滞留中の熱媒が腐敗などの理由によって汚れてしまう虞がある。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、放熱手段が長期間に亘って使用されない場合であっても、放熱手段に滞留する熱媒を清浄に保つことのできる排熱回収装置を提供する点にある。

上記目的を達成するための本発明に係る排熱回収装置の第１特徴構成は、排熱発生装置と排熱貯留用の蓄熱手段とに亘って、熱媒循環路を通して熱媒を循環供給させる熱媒循環手段と、前記熱媒循環路の一部をバイパスして熱媒が通流されて、熱媒が有する熱を放熱可能な放熱手段と、熱媒を前記放熱手段を通して流動させるバイパス流動状態とバイパス流動させない非バイパス流動状態とに切り換え自在な通流状態切換手段と、前記放熱手段及び前記通流状態切換手段の動作制御を行う運転制御手段とが設けられ、前記運転制御手段が、放熱運転開始条件が満たされないときには、熱媒の通流状態を前記非バイパス流動状態とする蓄熱運転を実行し、且つ、放熱運転開始条件が満たされたときには、熱媒の通流状態を前記バイパス流動状態として、前記放熱手段にて放熱動作させる放熱運転を実行するように構成されている排熱回収装置であって、前記放熱手段に滞留する熱媒の入れ替えのために、熱媒を前記放熱手段を通して流動させる熱媒入替用通流状態に切り換える熱媒入替用通流状態切換手段が設けられ、前記運転制御手段が、前記放熱手段を熱媒が通流しない非通流期間が設定期間以上継続したときには、前記熱媒入替用通流状態切換手段を前記熱媒入替用通流状態に切り換えて、前記放熱手段に滞留する熱媒を入れ替える熱媒入れ替え運転を実行するように構成されている点にある。

上記第１特徴構成によれば、運転制御手段が、放熱手段を熱媒が通流しない非通流期間が設定期間以上継続したときには、熱媒入替用通流状態切換手段を熱媒入替用通流状態に切り換えて、放熱手段に滞留する熱媒を入れ替える熱媒入れ替え運転を実行することで、放熱手段に滞留する熱媒に汚れが発生する前に熱媒の入れ替えが行われることになる。その結果、排熱発生装置から発生する排熱を熱媒にて回収しながら、同時に、放熱手段に滞留する熱媒に汚れが発生することを未然に防止することができる。
従って、放熱手段が長期間に亘って使用されない場合であっても、放熱手段に滞留する熱媒を清浄に保つことのできる排熱回収装置を提供される。

本発明に係る排熱回収装置の第２特徴構成は、上記第１特徴構成に加えて、前記熱媒入替用通流状態切換手段が、前記熱媒入替用通流状態において、前記放熱手段及び前記排熱発生装置を通して熱媒を循環させる形態で熱媒を通流させるように構成されている点にある。

上記第２特徴構成によれば、熱媒入替用通流状態において、放熱手段及び排熱発生装置を通して循環するように熱媒が流動されるので、排熱発生装置から発生する排熱を熱媒にて回収しながら、同時に、放熱手段に滞留する熱媒に汚れが発生することを未然に防止し、熱媒を清浄に保つことができる。

本発明に係る排熱回収装置の第３特徴構成は、上記第１特徴構成に加えて、前記熱媒入替用通流状態切換手段が、前記熱媒入替用通流状態において、前記放熱手段及び前記排熱発生装置を通して熱媒を循環させ、且つ、前記放熱手段を通流した熱媒の一部を外部に排出させる形態で熱媒を通流させるように構成されている点にある。

上記第３特徴構成によれば、熱媒入替用通流状態において、放熱手段及び排熱発生装置を通して循環するように熱媒が流動され、且つ、放熱手段を通流した熱媒の一部を外部に排出させる形態で、放熱手段に滞留していた熱媒の入れ替えが行われることで、排熱発生装置から発生する排熱を熱媒にて回収しながら、同時に、放熱手段に滞留していた熱媒の一部を取り除いて、この排熱回収装置内の熱媒循環路中を流動する熱媒をより清浄に保つことが可能となる。

本発明に係る排熱回収装置の第４特徴構成は、上記第１特徴構成に加えて、前記熱媒入替用通流状態切換手段が、前記熱媒入替用通流状態において、前記排熱発生装置及び前記蓄熱手段を通して熱媒を循環させ、且つ、前記放熱手段を通流した熱媒の全部を外部に排出させるように、熱媒を前記放熱手段を通して流動させる形態で熱媒を通流させるように構成されている点にある。

上記第４特徴構成によれば、熱媒入替用通流状態において、放熱手段及び排熱発生装置を通して循環するように熱媒が流動され、且つ、放熱手段を通流した熱媒の全部を外部に排出させる形態で、放熱手段に滞留していた熱媒の入れ替えが行われることで、排熱発生装置から発生する排熱を熱媒にて回収しながら、同時に、放熱手段に滞留していた全熱媒を取り除いて、この排熱回収装置内の熱媒循環路中を流動する熱媒をより清浄に保つことが可能となる。

本発明に係る排熱回収装置の第５特徴構成は、上記第１から第４のいずれかの特徴構成に加えて、前記運転制御手段が、前記非通流期間として、前記放熱手段に滞留する熱媒の温度が滞留不適正温度範囲内にある期間を求めるように構成されている点にある。

上記第５特徴構成によれば、運転制御手段が、放熱手段に滞留する熱媒の温度が滞留不適正温度範囲にある期間を上記非通流期間とし、この非流通期間が設定期間以上継続したときには、熱媒入替用通流状態切換手段が熱媒入替用通流状態に切り換えられるので、放熱手段に滞留する熱媒の温度範囲が、熱媒に汚れが発生し易くなる滞留不適正温度範囲にある期間が継続したとしても、放熱手段に滞留する熱媒に汚れが発生する前にその入れ替えが行われることになる。その結果、この排熱回収装置内の熱媒循環路中を流動する熱媒を清浄に保つことが可能となる。

本発明に係る排熱回収装置の第６特徴構成は、上記第１から第５のいずれかの特徴構成に加えて、前記運転制御手段が、前記熱媒入替用通流状態において、前記熱媒循環手段による単位時間当たりの熱媒循環能力を増大させるように構成されている点にある。

上記第６特徴構成によれば、上記蓄熱状態又は上記放熱状態から熱媒入替用通流状態に切り換えられたときに、熱媒が通流する経路が変化して熱媒にとっての流路抵抗が増大したとしても、運転制御手段が、熱媒循環手段による単位時間当たりの熱媒循環能力を増大させることで、排熱発生装置に流入する熱媒量が充分に確保されるので、排熱発生装置から発生する排熱を充分に回収することができる。また、上記放熱手段を通流した熱媒を外部に排出するように構成されているとき、その排出位置の下流側での熱媒流量が上流側に比べて減少することになるものの、運転制御手段が、熱媒循環手段による単位時間当たりの熱媒循環能力を増大させることで、熱媒の排出による排出位置の下流側での熱媒流量の減少を補うことが可能となる。

＜第１実施形態＞
以下に、本発明の第１実施形態について図面を参照して説明する。
図１に示す第１実施形態に係る排熱回収装置では、排熱発生装置１０から発生する排熱が熱媒循環路１１を流動する熱媒にて回収され、排熱を回収した熱媒がポンプ１３によって熱媒循環路１１を通して循環されて、排熱貯留用の貯湯槽（蓄熱手段）１２にて蓄えられるように構成されている。

排熱発生装置１０には、燃料電池Ｇの内部を冷却することを目的とする冷却水が循環する冷却水循環路１と、燃料電池Ｇを運転するときに冷却水循環路１中に冷却水を循環させるポンプ３と、冷却水にて回収された燃料電池Ｇの排熱を、熱媒循環路１１を流動する熱媒に渡す排熱回収用熱交換器４とが設けられている。そして、熱媒循環路１１中に設けられたポンプ（熱媒循環手段）１３によって排熱回収用熱交換器４と貯湯槽１２とに亘って循環供給される熱媒は、排熱発生装置１０から発生する排熱の回収と、回収した排熱の貯湯槽１２での蓄熱とを行っている。つまり、熱媒循環路１１を循環する熱媒は、排熱発生装置１０を冷却する役割も担っている。

本実施形態では、貯湯槽１２は密閉式に構成され、底部に水道圧、若しくは減圧弁（図示せず）によって減圧した水道水を給水する給水路１７を接続し、上部に給湯路１８を接続して、図示しない給湯栓の開栓等により給湯路１８を通じて貯湯槽１２の上部から湯水が送出されるのに伴って、給水路１７を通じて貯湯槽１２の底部に給水されるようになっており、貯湯槽１２には満杯状態に湯水が貯留されるように構成されている。また、貯湯槽１２の上部には、貯湯槽１２内の圧力が設定圧力以上になると開いて、貯湯槽１２内の圧力を下げる逃がし弁１９を設けてある。つまり、熱媒循環路１１を通して循環供給される熱媒は貯湯槽１２に貯留されている湯水である。そして、ポンプ１３は貯湯槽１２の底部に存在する低温側の湯水を熱媒循環路１１へと取り出し、取り出した湯水によって排熱回収用熱交換器４において燃料電池Ｇの冷却水から熱を奪うことにより、排熱発生装置１０から発生する排熱の回収を行った高温の湯水を、貯湯槽１２の上部に戻すように構成されている。また、貯湯槽１２から排熱発生装置１０へと至る熱媒循環路１１中の湯水の温度を測定する温度センサ２５と、熱媒循環路１１を通って排熱回収装置１０に流入する湯水の流量を測定する流量センサ２３が設けられている。

そして、貯湯槽１２から排熱発生装置１０へ向かう湯水（熱媒）が流動する熱媒循環路１１の一部（熱媒循環路１１ａ）をバイパスするような熱媒循環路１１ｂが設けられ、この熱媒循環路１１ｂ中には、湯水が有する熱を放熱可能な放熱手段１４が設けられている。放熱手段１４には、通流する湯水の表面積が大きくなるように流路を形成した放熱用熱交換器１４ａと、放熱運転を行うときに放熱用熱交換器１４ａに対して通風動作して、放熱用熱交換器１４ａを通流する湯水が有する熱の放熱効果を高めるためのファン１４ｂとが設けられている。また、放熱手段１４内に存在する湯水の温度を測定する温度センサ２２と、熱媒循環路１１ｂにおける湯水の流量を測定する流量センサ２４とが設けられている。熱媒循環路１１ａ及び熱媒循環路１１ｂのどちらを経由して湯水を流動させるのかは、湯水を放熱手段１４を通して流動させるバイパス流動状態と、バイパス流動させない非バイパス流動状態とに切り換え自在な切り換え弁（通流状態切換手段）１５によって制御されている。

ポンプ３、ポンプ１３、放熱手段１４及び切り換え弁１５の動作制御を行う制御部（運転制御手段）１６は、冷却水循環路１を流動する冷却水と熱媒循環路１１を流動する湯水との熱交換によって冷却水温度を更に低下させ（つまり、冷却水の温度と湯水の温度との温度差を大きくする）るために、熱媒循環路１１を流動する湯水の温度を低下させるような運転を行う。具体的には、制御部１６は、温度センサ２５によって測定された湯水の温度が設定温度（例えば、４５℃）以上のときには、放熱手段１４の運転を開始するための条件である放熱運転開始条件が満たされたと判定して、湯水が放熱手段１４及び熱媒循環路１１ｂを通して流動するように切り換え弁１５を切り換えて、湯水を熱媒循環路１１ｂへ流入させる（バイパス流動状態）。そして、制御部１６は、放熱手段１４のファン１４ｂを作動させる放熱運転を実行する。他方で、制御部１６は、温度センサ２５によって測定された湯水の温度が上記設定温度未満のときには放熱運転開始条件が満たされていないと判定して、湯水が貯湯槽１２から排熱発生装置１０へと熱媒循環路１１ａを経由して循環するように（非バイパス流動状態）切り換え弁１５を切り換えて、排熱発生装置１０において湯水によって回収された排熱が貯湯槽１２に蓄積される蓄熱運転を実行する。

以上のように、本発明に係る排熱回収装置では、湯水を放熱手段１４に通流させず、排熱発生装置１０から発生する排熱を湯水によって回収して貯湯槽１２に蓄積する蓄熱運転と、湯水を放熱手段１４に通流させて、湯水が有する熱を放熱させる放熱運転とが実行されるように構成されている。
更に、本発明に係る排熱回収装置では、蓄熱運転が長期間に亘って継続されたとき、放熱手段１４及び熱媒循環路１１ｂに滞留することになる湯水に汚れが発生することを未然に防止するため、放熱手段１４及び熱媒循環路１１ｂに滞留する熱媒を入れ替えるべく、湯水を放熱手段１４及び熱媒循環路１１ｂを通して流動させる熱媒入れ替え用通流状態で運転が行われる熱媒入れ替え運転を実行するように構成されており、この熱媒入れ替え運転について以下に図面を参照して説明する。

制御部１６は、上述の蓄熱運転が実行されている場合に生じる、放熱手段１４に湯水が通流しない非通流期間を計時しており、この非通流期間が設定期間以上（例えば、３０日以上）継続したときには、湯水が放熱手段１４及び熱媒循環路１１ｂを通して流動するような熱媒入替用通流状態に切り換え弁（熱媒入替用通流状態切換手段）１５を切り換える。本実施形態において制御部１６が求める非通流期間は、放熱手段１４に滞留し、温度センサ２２によって測定される湯水の温度が滞留不適正温度範囲（例えば、２０℃以上５０℃以下）内にある期間である。尚、この滞留不適正温度範囲とその継続期間とは、汚れの発生し易さなどを考慮して適宜設定することができる。

具体的には、図２に例示する熱媒入れ替え運転のフローチャートに記載のように、制御部１６は、上記蓄熱運転及び上記放熱運転を適宜切り換えながら燃料電池Ｇの運転を行う燃料電池運転制御を実行する（ステップ１００）。そして、ステップ１０２において制御部１６は、放熱手段１４に湯水が通流しない非通流期間が設定期間以上継続しているか否かを判定する。非通流期間が設定期間以上継続しているとき、制御部１６は、湯水が放熱手段１４及び熱媒循環路１１ｂを通して流動するような熱媒入替用通流状態に切り換え弁１５を切り換える（ステップ１０４）。次に制御部１６は、流量センサ２３又は流量センサ２４にて測定される湯水の流量と熱媒入替用通流状態に切り換えてからの期間を参照して、放熱手段１４及び熱媒循環路１１ｂに滞留していた湯水が新たな湯水によって入れ替えられるのに充分な量の湯水が流動したか否かを判定し（ステップ１０６）、入れ替えが完了したと判定されるまでは熱媒入替用通流状態を継続する。そして制御部１６は、湯水の入れ替えが完了したと判定すると、湯水が放熱手段１４及び熱媒循環路１１ｂを通して流動しないような非熱媒入替用通流状態（つまり、湯水が熱媒循環路１１ａを通して流動する通流状態）に切り換え弁１５を切り換える（ステップ１０８）。

以上のように、熱媒入替用通流状態において、放熱手段１４、排熱発生装置１０及び貯湯槽１２を通して湯水を循環させる形態で湯水を通流することで、排熱発生装置１０から発生する排熱を回収してその排熱を貯湯槽１２で蓄熱しながら、同時に、放熱手段１４で汚れが発生する前にそこで滞留している熱媒の入れ替えを行うことができる。加えて、常時、熱媒循環路１１を通って排熱発生装置１０へと流入する湯水によって燃料電池Ｇの冷却が実現されている。

＜第２実施形態＞
図３に例示する第２実施形態に係る排熱回収装置は、放熱手段１４を通流した湯水（熱媒）の一部を外部に排出させることのできる排出路２０及び排出弁２１が熱媒循環路１１に連結して設けられている点で上記第１実施形態と異なっており、他の点では同様の構成である。以下に第２実施形態に係る排熱回収装置で行われる、熱媒入替用通流状態切換手段（切り換え弁１５及び排出弁２１）の熱媒入替用通流状態への切り換え動作について説明するが、第１実施形態と同様の説明については省略する。

本実施形態に係る排熱回収装置では、排出弁２１が閉じられ、且つ、湯水が排熱発生装置１０と貯湯槽１２とに亘って、熱媒循環路１１を通して循環供給されるように切り換え弁１５が切り換えられた状態で、排熱発生装置１０から回収された排熱が貯湯槽１２に蓄えられる蓄熱運転が長期間に亘って継続されたとき、放熱手段１４及び熱媒循環路１１ｂに滞留することになる湯水に汚れが発生することを未然に防止するため、放熱手段１４及び熱媒循環路１１ｂに滞留する熱媒を入れ替えるべく、放熱手段１４、排熱発生装置１０及び貯湯槽１２を通して湯水を循環させ、且つ、放熱手段１４を通流した湯水の一部を外部に排出させる熱媒入れ替え用通流状態で運転が行われる熱媒入れ替え運転を実行するように構成されている。

図４に例示する熱媒入れ替え運転のフローチャートに記載のように、制御部１６は、上記蓄熱運転及び上記放熱運転を適宜切り換えながら燃料電池Ｇの運転を行う燃料電池運転制御を実行する（ステップ２００）。その間、制御部１６は、排熱回収装置の蓄熱運転が実行されている場合に生じる、放熱手段１４に湯水が通流しない非通流期間を計時している。そして、ステップ２０２において制御部１６は、非通流期間が設定期間以上継続しているか否かを判定する。非通流状態が設定期間以上継続しているとき、制御部１６は、湯水が放熱手段１４及び熱媒循環路１１ｂを通して流動するように切り換え弁１５を切り換え、且つ、放熱手段１４を通流した熱媒の一部が外部に排出されるように排出弁２１を開くことで、熱媒入れ替え用通流状態への切り換えを行う（ステップ２０４）。次に制御部１６は、排熱発生装置１０への湯水の流入量を流量センサ２３の測定結果から取得し、その流量が燃料電池Ｇを冷却するのに充分な量であるか否かを判定する（ステップ２０６）。そして、流量が充分でないとき、制御部１６は、排熱発生装置１０への湯水の流入量が燃料電池Ｇを冷却するのに充分な量となるようにポンプ１３による湯水の単位時間当たりの流量（つまり、ポンプ１３の熱媒循環能力）を制御する（ステップ２０８）。

排熱発生装置１０への湯水の流入量が燃料電池Ｇを冷却するのに充分な量であることを確保すると共に、制御部１６は、流量センサ２４にて測定される湯水の流量と熱媒入れ替え用通流状態に切り換えてからの期間を参照して、放熱手段１４及び熱媒循環路１１ｂに滞留していた湯水が新たな湯水によって入れ替えられるのに充分な量の湯水が流動したか否かを判定し（ステップ２１０）、入れ替えが完了したと判定されるまでは熱媒入替用通流状態を継続する。そして制御部１６は、湯水の入れ替えが完了したと判定すると、湯水が放熱手段１４及び熱媒循環路１１ｂを通して流動しないように切り換え弁１５を切り換え、且つ、排出弁２１を閉じて、湯水が熱媒循環路１１ａを通して流動する非熱媒入替用通流状態を形成する（ステップ２１２）。

以上のように、熱媒入替用通流状態において、放熱手段１４を通流した熱媒の一部を外部に排出させる形態で、放熱手段１４及び熱媒循環路１１ｂに滞留していた熱媒の入れ替えを行うことで、放熱手段１４に滞留していた熱媒の一部が取り除かれて、放熱手段１４、排熱発生装置１０、貯湯槽１２及び熱媒循環路１１中に存在して、それらを流動する熱媒をより清浄に保つことができる。加えて、常時、熱媒循環路１１を通って排熱発生装置１０へと流入する湯水の量を充分に保った上で燃料電池Ｇの冷却が実現されている。

＜第３実施形態＞
図５に例示する第３実施形態に係る排熱回収装置は、熱媒循環路１１の一部をバイパスするような熱媒循環路１１ｂが、排熱発生装置１０から見て貯湯槽１２と並列に設けられている点で上記第１実施形態と異なっており、他の点では上記第１実施形態と同様の構成である。従って、以下の本実施形態の説明において上記第１実施形態と同様の点については説明を省略する。

本実施形態に係る排熱回収装置では、湯水が排熱発生装置１０と貯湯槽１２とに亘って、熱媒循環路１１を通して循環供給されるように切り換え弁１５が切り換えられた状態で蓄熱運転が長期間に亘って継続されたとき、放熱手段１４及び熱媒循環路１１ｂに滞留することになる湯水に汚れが発生することを未然に防止するため、放熱手段１４及び熱媒循環路１１ｂに滞留する熱媒を入れ替えるべく、放熱手段１４及び排熱発生装置１０を通して湯水を循環させる熱媒入れ替え運転を実行するように構成されている。

制御部１６が実行する具体的な熱媒入れ替え運転は、図２に例示する熱媒入れ替え運転のフローチャートと同様であり、放熱手段１４及び熱媒循環路１１ｂにおける非通流期間が設定期間以上継続したときには、湯水が放熱手段１４及び熱媒循環路１１ｂを通して流動するような熱媒入替用通流状態に切り換え弁（熱媒入替用通流状態切換手段）１５を切り換えることで、放熱手段１４及び排熱発生装置１０を通して熱媒を循環させる形態で熱媒を通流させるように構成されている。

以上のように、熱媒入替用通流状態において、放熱手段１４及び排熱発生装置１０を通して湯水を循環させる形態で湯水を通流することで、排熱発生装置１０から発生する排熱を回収して燃料電池Ｇの冷却を行いながら、放熱手段１４で汚れが発生する前にそこで滞留している熱媒の入れ替えを行うことができる。

＜第４実施形態＞
図６に例示する第４実施形態に係る排熱回収装置は、熱媒循環路１１の一部をバイパスするような熱媒循環路１１ｂが、排熱発生装置１０から見て貯湯槽１２と並列に設けられ、且つ、熱媒循環路１１ｂ中の切り換え弁１５と放熱手段１４との間に排出路２０及び排出弁２１が連結されている点で上記第３実施形態と異なっており、他の点では上記第３実施形態と同様の構成である。従って、上記第３実施形態と同様の点については説明を省略する。

本実施形態に係る排熱回収装置では、湯水が排熱発生装置１０と貯湯槽１２とに亘って、熱媒循環路１１を通して循環供給されるように切り換え弁１５が切り換えられた状態で蓄熱運転が長期間に亘って継続されたとき、放熱手段１４及び熱媒循環路１１ｂに滞留することになる湯水に汚れが発生することを未然に防止するため、放熱手段１４及び熱媒循環路１１ｂに滞留する熱媒を入れ替えるべく、排熱発生装置１０及び貯湯槽１２を通して湯水を循環させ、且つ、排出弁２１を開いて放熱手段１４を通流した湯水の全部を外部に排出させるように、熱媒を放熱手段１４に流動させる形態で湯水を通流させる熱媒入れ替え運転を実行するように構成されている。

制御部１６が実行する具体的な熱媒入れ替え運転は、図４に例示する熱媒入れ替え運転のフローチャートと同様であり、放熱手段１４及び貯湯槽１２における非通流期間が設定期間以上継続したときには、湯水が排熱発生装置１０から貯湯槽１２へと循環し、且つ、放熱手段１４を通流した湯水の全部が外部に排出されるように、熱媒入替用通流状態切換手段（切り換え弁１５及び排出弁２１）を切り換える。具体的には、切り換え弁１５は、湯水が排熱発生装置１０から貯湯槽１２に循環するように切り換えられ、排出弁２１は、貯湯槽１２から放熱手段１４へ流入する湯水の全部が外部に排出されるよう開放される。

以上のように、熱媒入替用通流状態において、放熱手段１４及び排熱発生装置１０を通して湯水を循環させる形態で湯水を通流することで、排熱発生装置１０から発生する排熱を回収しながら、放熱手段１４で汚れが発生する前にそこで滞留している熱媒の入れ替えを行うことができる。そして、放熱手段１４を通流した湯水の全部を外部に排出させる形態で、滞留していた熱媒の入れ替えを行うことで、放熱手段１４に滞留していた全湯水が取り除かれて、熱媒循環路１１中を流動する熱媒をより清浄に保つことができる。加えて、常時、熱媒循環路１１を通って排熱発生装置１０へと流入する湯水の量を充分に保った上で燃料電池Ｇの冷却が実現されている。

＜別実施形態＞
＜１＞
上記実施形態では、排熱を発生する燃料電池Ｇが設けられた排熱発生装置１０を例にして本発明に係る排熱回収装置の説明を行ったが、排熱発生装置１０の内部構造、熱媒循環路１１を通流する熱媒に対して、排熱発生装置１０から発生した排熱を渡す機構などは様々な形態に改変可能である。例えば、燃料電池Ｇの代わりにガスエンジンなどの原動機が設けられた排熱発生装置を用いることもできる。

また、排熱発生装置１０から発生する排熱を回収する熱媒として、排熱貯留用の貯湯槽１２に蓄えられる湯水を用いたが、他の熱媒を用いることも可能である。そして、貯湯槽１２を密閉式に構成して、給水路１７から水道水が供給され、且つ、給湯路１８を通じて貯湯槽１２内の湯水が送出されるように構成したが、貯湯槽１２の構造や、給湯機構なども様々な形態に改変可能である。

＜２＞
上記実施形態では、制御部１６が、流量センサ２３の測定結果に基づいて排熱発生装置１０への湯水の流入量が燃料電池Ｇを冷却するのに充分な量であるか否かを判定する場合について説明したが、他の方法を用いて排熱発生装置１０への湯水の流入量が燃料電池Ｇを冷却するのに充分な量であるか否かを判定するように構成することもできる。例えば、制御部１６が、冷却水循環路１のポンプ３の上流側又は下流側に設けられた温度センサ（図示せず）の測定結果から、燃料電池Ｇが充分に冷却されているか否かを判定する、つまり、温度センサの測定値が充分に低いときに排熱発生装置１０への湯水の流入量が燃料電池Ｇを冷却するのに充分な量であると判定するように構成することができる。

＜３＞
図３を参照して説明した上記第２実施形態では、排出弁２１を開放させることで、放熱手段１４を通流した熱媒の一部を外部に排出させる形態で、放熱手段１４及び熱媒循環路１１ｂに滞留していた熱媒の入れ替えを行うような熱媒入替用通流状態を形成する場合について説明したが、排出弁２１を常に閉止しておいて、上記第１実施形態と同様に、放熱手段１４、排熱発生装置１０及び貯湯槽１２を通して湯水を循環させる形態で湯水を通流する熱媒入替用通流状態を形成することも可能である。

同様に、図６を参照して説明した上記第４実施形態では、放熱手段１４及び排熱発生装置１０を通して湯水を循環させ、且つ、放熱手段１４を通流した湯水の全部を外部に排出させる形態で湯水を通流する熱媒入替用通流状態を形成する場合について説明したが、排出弁２１を常に閉止しておいて、上記第３実施形態と同様に、放熱手段１４及び排熱発生装置１０を通して湯水を循環させる形態で湯水を通流する熱媒入替用通流状態を形成することも可能である。加えて、放熱手段１４及び排熱発生装置１０を通して湯水を循環させる熱媒循環路１１中に、図３に示したような排出路２０及び排出弁２１を設け、放熱手段１４を通流した湯水の一部を外部に排出させる形態で湯水を通流するように改変することも可能である。

＜４＞
上記実施形態において、上記熱媒入替用通流状態を形成するために切り換え弁１５や排出路２０及び排出弁２１を熱媒循環路１１中のどこに設けるかは自在に変更可能である。また熱媒循環手段としてのポンプ１３の設置位置も自在に変更可能である。

＜５＞
上記実施形態では、制御部１６が、温度センサ２５によって測定された湯水の温度が設定温度（例えば、４５℃）以上のときに、放熱手段１４の運転を開始するための条件である放熱運転開始条件が満たされたと判定する例について説明したが、その放熱運転開始条件は適宜変更可能である。例えば、制御部１６が、冷却水循環路１のポンプ３の上流側又は下流側に設けられた温度センサ（図示せず）によって測定された冷却水温度が設定温度（例えば、７０℃）以上のときに、放熱手段１４の運転を開始するための条件である放熱運転開始条件が満たされたと判定して、湯水が放熱手段１４及び熱媒循環路１１ｂを通して流動するように切り換え弁１５を切り換えて、湯水を熱媒循環路１１ｂへ流入させ（バイパス流動状態）、そして、放熱手段１４のファン１４ｂを作動させる放熱運転を実行するように変更することもできる。

＜６＞
上記実施形態では、制御部１６が、熱媒循環路１１ｂにおける湯水の流量を測定する流量センサ２４の測定値を参照して、放熱手段１４及び熱媒循環路１１ｂに滞留していた湯水が新たな湯水によって入れ替えられるのに充分な量の湯水が流動したか否かを判定し、入れ替えが完了したと判定されるまでは熱媒入替用通流状態を継続するように構成されている例について説明したが、流量センサ２４の測定値を参照せずに、放熱手段１４及び熱媒循環路１１ｂに滞留していた湯水が新たな湯水によって入れ替えられるのに充分な量の湯水が流動したか否かを判定することもできる。例えば、熱媒が流動する放熱用熱交換器１４ａ、排熱回収用熱交換器４及び熱媒循環路１１、１１ｂにおける圧損、並びに、ポンプ１３の能力などの情報を予め取得しておけば、ポンプ１３の動作制御値を参照して、流動する熱媒の単位時間当たりの流量を導出することができるので、流量センサ２４の測定値を参照する場合と同様に、放熱手段１４及び熱媒循環路１１ｂに滞留していた湯水が新たな湯水によって入れ替えられるのに充分な量の湯水が流動したか否かを判定することができる。

排熱回収装置の概略図熱媒入れ替え運転のフローチャート排熱回収装置の概略図熱媒入れ替え運転のフローチャート排熱回収装置の概略図排熱回収装置の概略図

符号の説明

１０排熱発生装置
１１熱媒循環路
１２貯湯槽（蓄熱手段）
１３ポンプ（熱媒循環手段）
１４放熱手段
１５切り換え弁（熱媒入替用通流状態切換手段）
１６制御部（運転制御手段）

Claims

排熱発生装置と排熱貯留用の蓄熱手段とに亘って、熱媒循環路を通して熱媒を循環供給させる熱媒循環手段と、
前記熱媒循環路の一部をバイパスして熱媒が通流されて、熱媒が有する熱を放熱可能な放熱手段と、
熱媒を前記放熱手段を通して流動させるバイパス流動状態とバイパス流動させない非バイパス流動状態とに切り換え自在な通流状態切換手段と、
前記放熱手段及び前記通流状態切換手段の動作制御を行う運転制御手段とが設けられ、
前記運転制御手段が、放熱運転開始条件が満たされないときには、熱媒の通流状態を前記非バイパス流動状態とする蓄熱運転を実行し、且つ、放熱運転開始条件が満たされたときには、熱媒の通流状態を前記バイパス流動状態として、前記放熱手段にて放熱動作させる放熱運転を実行するように構成されている排熱回収装置であって、
前記放熱手段に滞留する熱媒の入れ替えのために、熱媒を前記放熱手段を通して流動させる熱媒入替用通流状態に切り換える熱媒入替用通流状態切換手段が設けられ、
前記運転制御手段が、前記放熱手段を熱媒が通流しない非通流期間が設定期間以上継続したときには、前記熱媒入替用通流状態切換手段を前記熱媒入替用通流状態に切り換えて、前記放熱手段に滞留する熱媒を入れ替える熱媒入れ替え運転を実行するように構成されている排熱回収装置。
前記熱媒入替用通流状態切換手段が、前記熱媒入替用通流状態において、前記放熱手段及び前記排熱発生装置を通して熱媒を循環させる形態で熱媒を通流させるように構成されている請求項１記載の排熱回収装置。
前記熱媒入替用通流状態切換手段が、前記熱媒入替用通流状態において、前記放熱手段及び前記排熱発生装置を通して熱媒を循環させ、且つ、前記放熱手段を通流した熱媒の一部を外部に排出させる形態で熱媒を通流させるように構成されている請求項１記載の排熱回収装置。
前記熱媒入替用通流状態切換手段が、前記熱媒入替用通流状態において、前記排熱発生装置及び前記蓄熱手段を通して熱媒を循環させ、且つ、前記放熱手段を通流した熱媒の全部を外部に排出させるように、熱媒を前記放熱手段を通して流動させる形態で熱媒を通流させるように構成されている請求項１記載の排熱回収装置。
前記運転制御手段が、前記非通流期間として、前記放熱手段に滞留する熱媒の温度が滞留不適正温度範囲内にある期間を求めるように構成されている請求項１〜４のいずれか１項に記載の排熱回収装置。
前記運転制御手段が、前記熱媒入替用通流状態において、前記熱媒循環手段による単位時間当たりの熱媒循環能力を増大させるように構成されている請求項１〜５のいずれか１項に記載の排熱回収装置。