JP2006105452A - Cogeneration system and its control method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は吸収冷凍機を有するコージェネレーションシステムおよびその制御方法に関するものである。 The present invention relates to a cogeneration system having an absorption refrigerator and a control method thereof.
図6は従来のコージェネレーションシステムを示す図である。図に示すように、固体高分子形の燃料電池1は燃料処置装置2、スタック3およびインバータ4を有しており、燃料処理装置2は燃料を入力して水素を取り出し、スタック3は燃料処理装置2からの水素と酸素とから直流電力を取り出し、インバータ4は直流電力を交流電力に変換し、交流電力を負荷へ出力する。また、スタック3に接続された管路21に2基の熱交換器5、31が設けられ、熱交換器5と燃料電池1の排熱を利用する吸収冷凍機6とを接続する熱源水管路18が設けられ、熱源水管路18に熱源水ポンプ7が設けられ、熱源水管路18に第2の三方弁8が設けられ、三方弁8の開度は熱源水管路18内の熱源水の温度を測定する温度計10によって測定された温度すなわち熱源水戻り温度T1に応じて制御される。また、吸収冷凍機6と冷却塔12とを接続する冷却水管路19が設けられ、冷却水管路19に冷却水ポンプ13が設けられている。また、吸収冷凍機6と複数のファンコイルユニット15とを接続する冷水管路20が設けられ、冷水管路20に冷水ポンプ16が設けられている。また、熱源水管路18に第3の三方弁11が設けられ、三方弁11の開度は冷水管路20内の冷水の温度を測定する温度計17によって測定された温度すなわち冷水出口温度T2に応じて制御される。また、熱交換器31と冷却塔32とを接続する冷却水管路33が設けられている。
FIG. 6 is a diagram showing a conventional cogeneration system. As shown in the figure, a polymer electrolyte fuel cell 1 has a
このコージェネレーションシステムにおいては、スタック3において発生する熱は熱交換器5により吸収冷凍機6へ取り出され、吸収冷凍機6の内部でリチウムブロマイド溶液の再生に利用され、一定温度の熱源水が熱交換器5に戻される。また、吸収冷凍機6の内部では蒸発によりたとえば7℃の冷水が作られ、冷水がファンコイルユニット15に送られ、冷房として使用される。また、吸収冷凍機6が停止している場合、あるいは吸収冷凍機6の負荷が小さい場合には、熱交換器31により熱が取り出され、冷却塔32により放熱される。また、吸収冷凍機6から発生する熱は冷却塔12により放熱される。
In this cogeneration system, the heat generated in the
図6に示す従来のコージェネレーションシステムにおいては、吸収冷凍機6の排熱を放熱するための冷却塔12に加え、燃料電池1の排熱を放熱するための冷却塔32が必要であり、その設備費用が必要となる上に、設置面積が広くなる。また、燃料電池1および吸収冷凍機6が最大出力で運転している際には、冷却塔12、22は停止した状態となり、設備的な無駄が生じている。
In the conventional cogeneration system shown in FIG. 6, in addition to the
本発明は上述の課題を解決するためになされたもので、製造コストが安価であり、また設置面積を狭くすることができるコージェネレーションシステムおよびその制御方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a cogeneration system that can be manufactured at low cost and can be reduced in installation area, and a control method therefor.
この目的を達成するため、本発明においては、発電装置、上記発電装置の排熱を利用する吸収冷凍機および上記吸収冷凍機で生成される冷水を利用する冷水利用装置を有するコージェネレーションシステムにおいて、上記吸収冷凍機の放熱装置を上記発電装置の放熱装置として兼用する。 In order to achieve this object, in the present invention, in a cogeneration system having a power generation device, an absorption refrigerator that uses exhaust heat of the power generation device, and a cold water utilization device that uses cold water generated by the absorption refrigerator, The heat dissipation device of the absorption refrigerator is also used as the heat dissipation device of the power generator.
この場合、上記吸収冷凍機と上記放熱装置とを接続する冷却水管路に熱交換器を設け、上記発電装置と上記吸収冷凍機とを接続する熱源水管路に、上記熱源水管路内の熱源水戻り温度が予め設定した第1の設定温度以上になったときに上記熱源水戻り温度の上昇に応じて開度が大きくなり、上記吸収冷凍機からの熱源水の一部を上記熱交換器に供給する第1の三方弁を設けてもよい。 In this case, a heat exchanger is provided in the cooling water line connecting the absorption chiller and the heat dissipation device, and the heat source water in the heat source water line is connected to the heat source water line connecting the power generation device and the absorption chiller. When the return temperature becomes equal to or higher than the first preset temperature set in advance, the opening degree increases as the heat source water return temperature increases, and a part of the heat source water from the absorption chiller is transferred to the heat exchanger. A first three-way valve to supply may be provided.
この場合、上記熱源水管路に、上記熱源水戻り温度が上記第1の設定温度より低下したときに上記熱源水戻り温度の低下に応じて開度が大きくなり、上記発電装置からの上記熱源水の一部を上記発電装置に戻る上記熱源水に混ぜる第2の三方弁を設けてもよい。 In this case, when the heat source water return temperature falls below the first set temperature in the heat source water pipe, the opening degree increases according to the decrease in the heat source water return temperature, and the heat source water from the power generator A second three-way valve that mixes a part of the heat source water with the heat source water returning to the power generation device may be provided.
これらの場合、上記熱源水管路に、上記吸収冷凍機と上記冷水利用装置とを接続する冷水管路内の冷水出口温度が予め設定した第2の設定温度より低下したときに上記冷水出口温度の低下に応じて開度が大きくなり、上記発電装置からの上記熱源水の一部を上記発電装置に戻る上記熱源水に混ぜる第3の三方弁を設けてもよい。 In these cases, when the chilled water outlet temperature in the chilled water pipe connecting the absorption refrigerator and the chilled water utilization device to the heat source water pipe is lower than a preset second set temperature, the chilled water outlet temperature A third three-way valve may be provided that increases the opening according to the decrease and mixes part of the heat source water from the power generation device with the heat source water that returns to the power generation device.
こられの場合、上記発電装置として燃料電池を用いてもよい。 In such a case, a fuel cell may be used as the power generator.
また、上記のコージェネレーションシステムを制御する方法において、上記吸収冷凍機で利用しなかった上記発電装置の排熱を第1の三方弁を利用して上記放熱装置で放熱して、熱源水戻り温度を一定に保持する。 Further, in the method for controlling the cogeneration system, the exhaust heat of the power generation device not used in the absorption refrigerator is radiated by the heat dissipation device using the first three-way valve, and the heat source water return temperature is obtained. Is kept constant.
また、上記のコージェネレーションシステムを制御する方法において、上記熱源水戻り温度が上記第1の設定温度以上になったときに、上記第1の三方弁により上記吸収冷凍機からの熱源水の一部を上記熱交換器に供給して、上記熱源水戻り温度を一定に保持する。 Moreover, in the method for controlling the cogeneration system, when the heat source water return temperature is equal to or higher than the first set temperature, a part of the heat source water from the absorption refrigerator is caused by the first three-way valve. Is supplied to the heat exchanger to maintain the heat source water return temperature constant.
また、発電装置、上記発電装置の排熱を利用する吸収冷凍機、上記発電装置を冷却する放熱装置、上記吸収冷凍機を冷却する放熱装置および上記吸収冷凍機で生成される冷水を利用する冷水利用装置を有するコージェネレーションシステムにおいて、上記吸収冷凍機を冷却する冷却塔と上記発電装置を冷却する冷却塔とを兼用する。 Further, a power generator, an absorption refrigerator that uses exhaust heat of the power generator, a heat dissipation device that cools the power generator, a heat radiator that cools the absorption refrigerator, and cold water that uses cold water generated by the absorption refrigerator In a cogeneration system having a utilization device, a cooling tower that cools the absorption chiller and a cooling tower that cools the power generation device are combined.
この場合、上記発電装置として燃料電池を用いてもよい。 In this case, a fuel cell may be used as the power generator.
これらの場合、上記吸収冷凍機からの熱源水を上記発電装置と上記放熱装置側とに分岐して供給する第1の三方弁を設けてもよい。 In these cases, a first three-way valve may be provided in which the heat source water from the absorption refrigerator is branched and supplied to the power generation device and the heat dissipation device side.
本発明に係るコージェネレーションシステムにおいては、発電装置の排熱を放熱するための放熱装置を設ける必要がないから、製造コストが安価になるとともに、設置面積を狭くすることができる。 In the cogeneration system according to the present invention, it is not necessary to provide a heat radiating device for radiating the exhaust heat of the power generation device, so that the manufacturing cost can be reduced and the installation area can be reduced.
また、第3の三方弁を設けたときには、冷水出口温度が第2の設定温度より低下したときに、冷水出口温度を第2の設定温度に上昇させることができるから、吸収冷凍機の冷房能力を調整することができる。 In addition, when the third three-way valve is provided, the cooling water outlet temperature can be raised to the second set temperature when the cold water outlet temperature falls below the second set temperature. Can be adjusted.
図1は本発明に係るコージェネレーションシステムを示す図である。図に示すように、冷却水管路19の冷却塔12より上流側に熱交換器14が設けられ、熱交換器14と熱源水管路18とを接続する管路22が設けられ、熱源水管路18に第1の三方弁9が設けられ、三方弁9の開度は熱源水戻り温度T1に応じて制御され、三方弁9が開のときには、三方弁9は吸収冷凍機6からの熱源水を燃料電池1(熱交換器5)と冷却塔12側すなわち熱交換器14とに分岐して供給する。
FIG. 1 is a diagram showing a cogeneration system according to the present invention. As shown in the figure, a
図1に示したコージェネレーションシステムにおいては、燃料電池1で発生した熱エネルギーは熱源水として吸収冷凍機6側に取り出され、吸収冷凍機6の内部でリチウムブロマイド溶液の再生に利用される。これにより、たとえば71.1℃といった一定の低温水が燃料電池1側に戻される。また、吸収冷凍機1の内部では蒸発によりたとえは7℃の冷水が作られ、この冷水がファンコイルユニット15に送られ、冷房として使用される。また、三方弁9が開のときには、吸収冷凍機6からの熱源水の一部が熱交換器14に供給され、熱交換器14において熱源水の熱が管路19内の冷却水に取り出され、冷却水の熱は冷却塔12により放熱される。このように、吸収冷凍機6の冷却塔12を燃料電池1の冷却塔として兼用している。すなわち、吸収冷凍機6を冷却する冷却塔と燃料電池1を冷却する冷却塔とを兼用している。
In the cogeneration system shown in FIG. 1, the thermal energy generated in the fuel cell 1 is taken out as heat source water to the
図2は熱源水戻り温度T1と三方弁8の開度との関係を示すグラフである。このグラフから明らかなように、熱源水戻り温度T1が予め設定した第1の設定温度たとえば71.1℃以上のときには三方弁8は閉であり、熱源水戻り温度T1が71.1℃より低下したときに、熱源水戻り温度T1の低下に応じて三方弁8の開度が大きくなる。なお、図2の点A、Bでの熱源水の流れは各々図5の矢印A、矢印Bで示される。このため、吸収冷凍機6あるいは冷却塔12の動作により、熱源水戻り温度T1が71.1℃より低下したときに、燃料電池1からの熱源水がバイパスを通って燃料電池1へ戻る熱源水に混ざるから、熱源水戻り温度T1を71.1℃に上昇させることができる。
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the heat source water return temperature T1 and the opening of the three-
図3は熱源水戻り温度T1と三方弁9の開度との関係を示すグラフである。このグラフから明らかなように、熱源水戻り温度T1が第1の設定温度である71.1℃より低下したときには三方弁9は閉であり、熱源水戻り温度T1が71.1℃以上になったときに、熱源水戻り温度T1の上昇に応じて三方弁9の開度が大きくなる。なお、図3の点C、Dでの熱源水の流れは各々図5の矢印C、矢印Dで示される。このため、熱源水戻り温度T1が71.1℃以上になったときに、吸収冷凍機6からの熱源水の一部が熱交換器14に流れ、熱交換器14で冷却水に熱交換され、冷却塔12により放熱されるから、熱源水戻り温度T1を71.1℃に低下させることができる。
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the heat source water return temperature T1 and the opening of the three-way valve 9. As is apparent from this graph, when the heat source water return temperature T1 falls below 71.1 ° C. which is the first set temperature, the three-way valve 9 is closed and the heat source water return temperature T1 becomes 71.1 ° C. or higher. The opening of the three-way valve 9 increases as the heat source water return temperature T1 rises. The flow of the heat source water at points C and D in FIG. 3 is indicated by arrows C and D in FIG. For this reason, when the heat source water return temperature T1 becomes 71.1 ° C. or higher, a part of the heat source water from the
図4は冷水出口温度T2と三方弁11の開度との関係を示すグラフである。このグラフから明らかなように、冷水出口温度T2が予め設定した第2の設定温度たとえば7℃以上のときには三方弁11は閉であり、冷水出口温度T2が7℃より低下したときに、冷水出口温度T2の低下に応じて三方弁11の開度が大きくなる。なお、図4の点E、Fでの熱源水の流れは各々図5の矢印E、矢印Fで示される。このため、冷水出口温度T2が7℃以上のときには燃料電池1からの熱源水は三方弁11側に流れずに吸収冷凍機6に流入するが、冷水出口温度T2が7℃より低下したときに、燃料電池1からの熱源水の一部はバイパスを通って三方弁11側に流れ、燃料電池1へ戻る熱源水に混ざるから、ファンコイルユニット15の冷房負荷が小さくなり、冷水出口温度T2が7℃より低下したときに、吸収冷凍機6の冷房能力を抑えて冷水出口温度T2を7℃に上昇させることができる。
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the cold water outlet temperature T2 and the opening degree of the three-
このように、本発明に係るコージェネレーションシステムの制御方法においては、三方弁8、9を熱源水戻り温度T1により制御し、三方弁11を供給冷水温度T2により制御することにより、熱源水戻り温度T1を71.1℃に保持している。すなわち、吸収冷凍機6で利用しなかった燃料電池1の排熱を三方弁9を利用して冷却塔12で放熱し、熱源水戻り温度T1を一定に保持している。
Thus, in the control method of the cogeneration system according to the present invention, the three-
このようなコージェネレーションシステムにおいては、吸収冷凍機6の排熱を放熱するための冷却塔12と燃料電池1の排熱を放熱するための冷却塔を兼用しているから、燃料電池1の排熱を放熱するための冷却塔を別に設ける必要がないので、製造コストが安価になるとともに、設置面積を狭くすることができる。また、熱源水戻り温度T1が71.1℃より低下したときに、熱源水戻り温度T1を71.1℃に上昇させることができ、また熱源水戻り温度T1が71.1℃以上になったときに、熱源水戻り温度T1を71.1℃に低下させることができるから、熱源水戻り温度T1を71.1℃に保持することができる。また、冷水出口温度T2が7℃より低下したときに、冷水出口温度T2を7℃に上昇させることができるから、吸収冷凍機6の冷房能力を調整することができる。
In such a cogeneration system, since the
なお、上述実施の形態においては、発電装置が燃料電池1の場合について説明したが、発電装置が他の発電装置の場合にも本発明を適用することができる。また、上述実施の形態においては、放熱装置が冷却塔12の場合について説明したが、放熱装置が他の放熱装置の場合にも本発明を適用することができる。また、上述実施の形態においては、吸収冷凍機で生成される冷水を利用する冷水利用装置が複数のファンコイルユニット15の場合について説明したが、上記冷水利用装置が他の冷水利用装置の場合にも本発明を適用することができる。
In the above-described embodiment, the case where the power generation device is the fuel cell 1 has been described. However, the present invention can also be applied to a case where the power generation device is another power generation device. In the above-described embodiment, the case where the heat dissipation device is the
1…燃料電池
6…吸収冷凍機
8…第2の三方弁
9…第1の三方弁
11…第3の三方弁
12…冷却塔
14…熱交換器
15…ファンコイルユニット
18…熱源水管路
19…冷却水管路
20…冷水管路
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