JP2010151384A - Cogeneration system - Google Patents

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Shinichi Ueda
信一 上田
Tetsuya Watanabe
哲也 渡辺
Hiroshi Kanazawa
広士 金沢
Masanao Hattori
雅直 服部
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cogeneration system capable of directly recovering heat from an exhaust gas generated by a fuel cell and the like, and adjusting a temperature. <P>SOLUTION: A storage tank 4 incorporates a gas-liquid heat exchanger 13, a bypass flow channel 11 bypassing the gas-liquid heat exchanger 13 is disposed outside of the storage tank 4, further a flow channel adjusting function is provided to switch the flow of the exhaust gas to a side of the gas-liquid heat exchanger 13 or a side of the bypass flow channel 11, or adjusting a ratio of the exhaust gas flowing to both sides, and a temperature of the liquid in the storage tank 4 is raised by allowing the exhaust gas of a power generator 2 (power generating section) to pass through the gas-liquid heat exchanger 13. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池等が発生する熱を回収するコージェネレーションシステムに関するものである。   The present invention relates to a cogeneration system that recovers heat generated by a fuel cell or the like.

燃料電池等の発電装置において発生した熱エネルギーを回収するコージェネレーションシステムとしては、発電装置内に設けられた熱交換器に湯水等の液体を熱媒体として循環ポンプによって循環させ、その循環させた熱媒体を介して熱エネルギーを貯留タンク等に回収するシステムが一般的である。また、前記システムには、熱媒体が過度に昇温することを防止するための保護回路として冷却用ラジエータを備えていることも多い。   As a cogeneration system that recovers thermal energy generated in a power generator such as a fuel cell, a heat pump provided in the power generator circulates a liquid such as hot water with a circulation pump as a heat medium, and the circulated heat A system that recovers thermal energy to a storage tank or the like via a medium is common. Further, the system often includes a cooling radiator as a protection circuit for preventing the heat medium from being excessively heated.

しかし、前記したコージェネレーションシステムでは、発電装置からの熱回収装置の複雑さや熱回収装置に掛かる費用、循環中の放熱ロスが問題となっている。特に放熱ロスの問題については、今後大きな問題となっていくと予想される。その要因として、最新の燃料電池（特に固体酸化物形燃料電池［以下、ＳＯＦＣと略す］）の排熱温度の低温化が挙げられる。   However, in the above-mentioned cogeneration system, the complexity of the heat recovery device from the power generation device, the cost of the heat recovery device, and the heat dissipation loss during circulation are problems. In particular, the problem of heat dissipation loss is expected to become a major problem in the future. The cause is a reduction in the exhaust heat temperature of the latest fuel cells (particularly, solid oxide fuel cells [hereinafter abbreviated as SOFC]).

ＳＯＦＣは、他の燃料電池に比べて発電効率が非常に高く、燃料電池の主流となっている。ところが、開発が進むにつれて、排熱温度が低く抑えられてきている。そのため、熱交換器から循環させる熱媒体の循環中における放熱ロスの対策に苦心している。   SOFC has a very high power generation efficiency compared to other fuel cells, and has become the mainstream of fuel cells. However, as development progresses, the exhaust heat temperature has been kept low. For this reason, we are struggling with measures against heat dissipation loss during circulation of the heat medium circulated from the heat exchanger.

さて、前記熱回収装置の複雑さや熱回収装置に掛かる費用、放熱ロスの解決策として、特許文献１の図９には、発電装置内に熱交換器を設けずに、燃料電池からの高温排気ガス流路を直接貯留タンク内に通過させたコージェネレーションシステムが開示されている。
特開２００５−２９１６１５号公報 Now, as a solution to the complexity of the heat recovery device, the cost of the heat recovery device, and the heat dissipation loss, FIG. 9 of Patent Document 1 shows a high-temperature exhaust from the fuel cell without providing a heat exchanger in the power generation device. A cogeneration system in which a gas flow path is directly passed into a storage tank is disclosed.
JP 2005-291615 A

しかしながら、特許文献１に開示された発明は、温度調節機構や装置を備えていないため、燃料電池によって発電が行われている間、常に高温の排気ガスが貯留タンク内の高温排気ガス流路を通過することになり、貯留タンク内の液体が沸点に達した場合でも、高温の排気ガスが貯留タンク内の高温排気ガス流路を通過し続け、貯留タンクを焚き続けることが考えられる。   However, since the invention disclosed in Patent Document 1 does not include a temperature adjustment mechanism or device, high-temperature exhaust gas always passes through the high-temperature exhaust gas flow path in the storage tank while power generation is performed by the fuel cell. Even when the liquid in the storage tank reaches the boiling point, the high-temperature exhaust gas may continue to pass through the high-temperature exhaust gas passage in the storage tank and continue to blow the storage tank.

そこで本発明は、このような問題点に鑑み、燃料電池等によって発生した排気ガスから直接的に熱回収し且つ温度調節できるコー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。   In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a cogeneration system capable of directly recovering heat and adjusting temperature from exhaust gas generated by a fuel cell or the like.

上記課題を解決するための請求項１の発明は、電気と排気ガスとを発生する発電部と、液体を貯留する貯留タンクとを有するコージェネレーションシステムにおいて、貯留タンクは気・液熱交換器を内蔵し、貯留タンクの外部に気・液熱交換器を迂回するバイパス流路を備え、さらに排気ガスの流れを気・液熱交換器側とバイパス流路側のいずれに流すかの切り換え或いは両者に流れる排気ガスの比率を調節する流路調節機能を備え、当該気・液熱交換器に発電部の排気ガスを通過させて貯留タンク内の液体を昇温することを特徴とするコージェネレーションシステムである。   The invention of claim 1 for solving the above problem is a cogeneration system having a power generation unit that generates electricity and exhaust gas, and a storage tank that stores liquid, wherein the storage tank includes a gas / liquid heat exchanger. Built-in, equipped with a bypass flow path that bypasses the gas / liquid heat exchanger outside the storage tank, and further switches between the flow of exhaust gas to the gas / liquid heat exchanger side or the bypass flow path side or both A cogeneration system that has a flow path adjustment function that adjusts the ratio of the exhaust gas flowing, and raises the temperature of the liquid in the storage tank by passing the exhaust gas of the power generation unit through the gas / liquid heat exchanger is there.

本発明のコージェネレーションシステムは、貯留タンクの外部に気・液熱交換器を迂回するバイパス流路を備え、さらに排気ガスの流れを気・液熱交換器側とバイパス流路側のいずれに流すかの切り換え或いは両者に流れる排気ガスの比率を調節する流路調節機能を備えたことにより、従来技術で問題となっていた高温の排気ガスが貯留タンク内の高温排気ガス流路を通過し続けることを回避できる。つまり、前記流路調節機能によって、過剰な排気ガスをバイパス流路から大気中に放つことが可能となり、貯留タンクを必要以上に加熱することを防止できる。   The cogeneration system of the present invention is provided with a bypass flow path that bypasses the gas / liquid heat exchanger outside the storage tank, and further the flow of exhaust gas flows to the gas / liquid heat exchanger side or the bypass flow path side. High temperature exhaust gas, which has been a problem in the prior art, continues to pass through the high temperature exhaust gas flow path in the storage tank. Can be avoided. That is, the flow path adjustment function allows excess exhaust gas to be released from the bypass flow path into the atmosphere, and the storage tank can be prevented from being heated more than necessary.

さらに、貯留タンクに気・液熱交換器を内蔵することにより、従来必要だった発電装置内の熱交換器、熱媒体循環用の循環ポンプ、冷却ラジエータを不要とし、コストダウンに大きく寄与している。   Furthermore, the built-in gas / liquid heat exchanger in the storage tank eliminates the need for heat exchangers in power generation equipment, circulation pumps for heat medium circulation, and cooling radiators, which have been required in the past, greatly contributing to cost reduction. Yes.

請求項２の発明は、請求項１に記載の発明において、発電部は、燃料電池と燃料電池のオフガスを燃焼させる燃焼部とを有し、前記燃焼部において排気ガスを発生させることを特徴とするコージェネレーションシステムである。   According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the power generation unit includes a fuel cell and a combustion unit that burns off-gas of the fuel cell, and generates exhaust gas in the combustion unit. It is a cogeneration system.

本発明のコージェネレーションシステムは、燃焼部を発電部に備えたことを特徴とし、前記燃焼部において、燃料電池に供給されたものの反応に寄与しなかったオフガス（未反応ガス）を燃焼させ、貯留タンクを昇温させるための排気ガスを発生させることができる。つまり、燃焼部にてオフガスを素早く燃焼させることが可能となり、オフガスの熱量を下げることなく、排気ガスへと変えることができ、高温の排気ガスを気・液熱交換器側へ送ることを可能としている。   The cogeneration system of the present invention is characterized in that a combustion section is provided in a power generation section, and in the combustion section, off-gas (unreacted gas) that is supplied to the fuel cell but does not contribute to the reaction is burned and stored. Exhaust gas for raising the temperature of the tank can be generated. In other words, off-gas can be burned quickly in the combustion section, and it can be changed to exhaust gas without reducing the amount of heat of off-gas, and high-temperature exhaust gas can be sent to the gas / liquid heat exchanger side. It is said.

請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、貯留タンクの高さ方向の中心よりも下部に、貯留タンクに貯留された液体の温度を検知する温度検知手段が設けられ、流路調節機能は、前記温度検知手段の検知温度が一定以上である場合に、排気ガスの一部又は全部をバイパス流路側に流すことを特徴とするコージェネレーションシステムである。   The invention of claim 3 is the invention according to claim 1 or 2, further comprising a temperature detection means for detecting the temperature of the liquid stored in the storage tank below the center in the height direction of the storage tank. The flow path adjustment function is a cogeneration system characterized in that a part or all of the exhaust gas is caused to flow to the bypass flow path side when the temperature detected by the temperature detection means is a certain level or higher.

本発明のコージェネレーションシステムは、貯留タンクに貯留された液体の温度を検知する温度検知手段を設け、温度検知手段の検知温度が一定以上である場合に、排気ガスの一部又は全部をバイパス流路側に流すことにより、貯留タンク内の液体の温度を一定以上に加熱されることを防ぐことができる。   The cogeneration system of the present invention is provided with temperature detection means for detecting the temperature of the liquid stored in the storage tank, and when the detected temperature of the temperature detection means is above a certain level, a part or all of the exhaust gas is bypassed. By flowing to the road side, the temperature of the liquid in the storage tank can be prevented from being heated above a certain level.

請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明において、気・液熱交換器は上部側に排気ガス導入口があり、下部側に排気ガス排出口があり、排気ガス導入口から排気ガス排出口に至る流路はいずれの部位も下り勾配または平坦であって上り勾配部が存在しないことを特徴とするコージェネレーションシステムである。   According to a fourth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to third aspects, the gas / liquid heat exchanger has an exhaust gas inlet on the upper side and an exhaust gas outlet on the lower side. The flow path from the inlet to the exhaust gas outlet is a cogeneration system characterized in that any part is downwardly inclined or flat and no upwardly inclined part is present.

本発明のコージェネレーションシステムは、排気ガスを一方向排気させるために上部側に排気ガス導入口を、下部側に排気ガス排出口を設けている。これは、気・液熱交換器を通過した後に冷却された排気ガスの内、液化されたドレン（蒸留水）を効率よく下部側に集めるための構造となっている。   The cogeneration system of the present invention is provided with an exhaust gas inlet on the upper side and an exhaust gas outlet on the lower side in order to exhaust the exhaust gas in one direction. This is a structure for efficiently collecting liquefied drain (distilled water) in the lower part of the exhaust gas cooled after passing through the gas / liquid heat exchanger.

請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明において、貯留タンクの外部における排気ガスが流れる流路の一部であって、気・液熱交換器の下流側にドレン排出口が設けられていることを特徴とするコージェネレーションシステムである。   A fifth aspect of the invention is the invention according to any one of the first to fourth aspects, wherein a part of the flow path through which the exhaust gas flows outside the storage tank flows to the downstream side of the gas / liquid heat exchanger. The cogeneration system is characterized in that a discharge port is provided.

本発明のコージェネレーションシステムでは、気・液熱交換器を通過した後に冷却された排気ガスの内、液化され下流側に集められたドレン（蒸留水）をドレン排出口から排出することを可能にしている。   The cogeneration system of the present invention makes it possible to discharge from the drain outlet the drain (distilled water) that has been liquefied and collected downstream from the exhaust gas cooled after passing through the gas-liquid heat exchanger. ing.

請求項６の発明は、請求項５に記載の発明において、発電部は水蒸気改質装置を備え、ドレン排出口から回収されたドレンを気化して水蒸気改質装置で再利用することを特徴とするコージェネレーションシステムである。   The invention according to claim 6 is the invention according to claim 5, wherein the power generation unit includes a steam reformer, and the drain recovered from the drain outlet is vaporized and reused in the steam reformer. It is a cogeneration system.

本発明のコージェネレーションシステムでは、燃料電池の燃料である改質ガスを生成するための水蒸気改質装置を発電部に備えることで、水蒸気改質装置から燃料電池までの距離を短くし、高温に加熱された改質ガスの放熱ロスを最小限に抑えることを図っている。また、ドレン排出口から回収されたドレン（蒸留水）を水蒸気改質装置で再利用することを可能にしている。   In the cogeneration system of the present invention, the steam generator is provided with a steam reformer for generating the reformed gas that is the fuel of the fuel cell, thereby shortening the distance from the steam reformer to the fuel cell and increasing the temperature. The heat dissipation loss of the heated reformed gas is minimized. Further, the drain (distilled water) collected from the drain outlet can be reused in the steam reformer.

請求項７の発明は、請求項５又は６に記載の発明において、発電部からドレン排出口に至る排気ガスの流路は、いずれの部位も下り勾配または平坦であって上り勾配部が存在しないことを特徴とするコージェネレーションシステムである。   The invention according to claim 7 is the invention according to claim 5 or 6, wherein any part of the exhaust gas flow path from the power generation unit to the drain outlet is downwardly inclined or flat, and there is no upwardly inclined portion. It is a cogeneration system characterized by this.

本発明のコージェネレーションシステムでは、排気ガスを一方向排気させるために上り勾配部を設けていない。これは、気・液熱交換器を通過した後に冷却された排気ガスの内、液化されたドレン（蒸留水）を下部側に集めるための構造となっている。   In the cogeneration system of the present invention, no upward gradient portion is provided to exhaust the exhaust gas in one direction. This is a structure for collecting liquefied drain (distilled water) in the lower part of the exhaust gas cooled after passing through the gas / liquid heat exchanger.

請求項８の発明は、請求項１乃至７のいずれかに記載の発明において、発電部と貯留タンクとが一つの筐体内に収められていることを特徴とするコージェネレーションシステムである。   The invention of claim 8 is the cogeneration system according to any one of claims 1 to 7, wherein the power generation unit and the storage tank are housed in one casing.

本発明のコージェネレーションシステムは、発電部と貯留タンクとを一つの筐体内に収めたことにより、省スペース化が図られると共に、排気ガスが流れる流路が外気に面することがなく気・液熱交換器に連結されるため、排気ガスの放熱ロスを最小限に抑えることを図っている。   In the cogeneration system according to the present invention, the power generation unit and the storage tank are housed in one housing, so that space is saved and the flow path through which the exhaust gas flows does not face the outside air. Since it is connected to the heat exchanger, the heat dissipation loss of the exhaust gas is minimized.

請求項９の発明は、請求項１乃至８のいずれかに記載の発明において、貯留タンクから排出される液体が特定温度以下の場合に作動する補助熱源機を別置としたことを特徴とするコージェネレーションシステムである。   The invention according to claim 9 is the invention according to any one of claims 1 to 8, characterized in that an auxiliary heat source device that operates when the liquid discharged from the storage tank is below a specific temperature is provided separately. It is a cogeneration system.

本発明のコージェネレーションシステムでは、貯留タンクから排出される液体が特定温度以下の場合に作動する補助熱源機を別置としたことにより、省スペース化を図ると共に、補助熱源機の有無の選択をユーザ側で決定できるようにしている。このことにより、既設の給湯器を補助熱源機として利用することが可能となり、ユーザに無駄な経済的負担を強いることが避けられる。   In the cogeneration system of the present invention, the auxiliary heat source machine that operates when the liquid discharged from the storage tank is below a specific temperature is provided separately, thereby saving space and selecting the presence or absence of the auxiliary heat source machine. It can be determined by the user. This makes it possible to use an existing water heater as an auxiliary heat source machine, and avoids impending a useless economic burden on the user.

請求項１０の発明は、請求項１乃至９のいずれかに記載の発明において、気・液熱交換器を貯留タンクの下部領域に設け、液体の自然対流にて貯留タンク内部に温度成層を形成することを特徴とするコージェネレーションシステムである。   The invention of claim 10 is the invention according to any one of claims 1 to 9, wherein a gas / liquid heat exchanger is provided in a lower region of the storage tank, and temperature stratification is formed inside the storage tank by natural convection of liquid. It is a cogeneration system characterized by

本発明のコージェネレーションシステムでは、気・液熱交換器を貯留タンクの下部領域に設けることにより、貯留タンク内部の液体を満蓄熱状態にすることが可能となる。詳しく説明すると、高温の排気ガスを貯留タンクの下部領域に存在する低温の液体と熱交換させることにより、温められた液体が自然対流にて貯留タンクの上部に上がっていき、貯留タンク内部の上層部から温度成層が形成されていく。その結果、貯留タンク内部の液体を満蓄熱状態にすることが可能となる。   In the cogeneration system of the present invention, by providing the gas / liquid heat exchanger in the lower region of the storage tank, the liquid inside the storage tank can be fully stored. More specifically, when the hot exhaust gas exchanges heat with the low-temperature liquid existing in the lower area of the storage tank, the warmed liquid rises to the upper part of the storage tank by natural convection, and the upper layer inside the storage tank. Temperature stratification is formed from the part. As a result, the liquid inside the storage tank can be fully stored.

本発明によれば、燃料電池等によって発生した排気ガスから直接的に熱回収し且つ温度調節できるコージェネレーションシステムを提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a cogeneration system capable of directly recovering heat and adjusting temperature from exhaust gas generated by a fuel cell or the like.

次に本発明の具体的な実施形態について説明する。
図１はコージェネレーションシステムを示す作動原理図であり、図２はコージェネレーションシステムが加熱モードで動作する際の動作状態を示す作動原理図であり、図３はコージェネレーションシステムが保温モードで動作する際の動作状態を示す作動原理図であり、図４はコージェネレーションシステムがバイパスモードで動作する際の動作状態を示す作動原理図であり、図５はコージェネレーションシステムの排気方向切替ダンパ１２付近の拡大図である。 Next, specific embodiments of the present invention will be described.
1 is an operation principle diagram showing a cogeneration system, FIG. 2 is an operation principle diagram showing an operation state when the cogeneration system operates in a heating mode, and FIG. 3 is an operation principle diagram in which the cogeneration system operates in a heat retention mode. FIG. 4 is an operation principle diagram showing the operation state when the cogeneration system operates in the bypass mode, and FIG. 5 is a diagram of the vicinity of the exhaust direction switching damper 12 of the cogeneration system. It is an enlarged view.

図１に示すように、本実施形態のコージェネレーションシステム１は、発電装置２（発電部）と、排熱回収装置３と、貯留タンク４から構成され、これらが一つの筐体内に納められている。   As shown in FIG. 1, the cogeneration system 1 of this embodiment is comprised from the electric power generating apparatus 2 (electric power generation part), the waste heat recovery apparatus 3, and the storage tank 4, and these are stored in one housing | casing. Yes.

まず、発電装置２は、燃焼部５（燃焼装置）、水蒸気改質装置６（燃料改質器）、ＳＯＦＣ（Ｓｏｌｉｄ Ｏｘｉｄｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）７から構成されている。
ＳＯＦＣ７は、主としてアノード（燃料極）と、カソード（空気極）と、アノードとカソードに挟まれた電解質とから構成される単電池を複数積層した電池スタックで構成される。 First, the power generation device 2 includes a combustion unit 5 (combustion device), a steam reformer 6 (fuel reformer), and a SOFC (Solid Oxide Fuel Cell) 7.
The SOFC 7 is composed of a battery stack in which a plurality of single cells each composed mainly of an anode (fuel electrode), a cathode (air electrode), and an electrolyte sandwiched between the anode and the cathode are stacked.

ＳＯＦＣ７の発電原理を説明すると、カソードで酸素Ｏ2 （オーツー）が電子４ｅ-（イーマイナス）と反応して酸素イオンＯ2-（オーツーマイナス）になり、酸素イオンＯ2- が固体酸化物電解質（セラミックス膜）を通り、アノードで水素２Ｈ2（エッチツー）と反応して水蒸気２Ｈ2Ｏ（エッチツーオー）と電子４ｅ- （イーマイナス）を生成する。さらに、アノードでは一酸化炭素ＣＯと酸素イオンＯ2- （オーツーマイナス）が反応して二酸化炭素ＣＯ2 と電子２ｅ- （イーマイナス）を生成する。
固体酸化物電解質は酸素イオンＯ2-（オーツーマイナス）を通すが、水蒸気２Ｈ2Ｏや一酸化炭素ＣＯ、電子４ｅ- を通さないので、アノードで生じた電子４ｅ- がアノードとカソードを結ぶ回路を移動して、カソードで再び酸素をイオン化することによって回路に電流が流れる仕組み（発電）となっている。 When explaining the generation principle of SOFC7, cathode oxygen O 2 (Otsu) electronic 4e - become oxygen ions O 2- (Otsu minus) reacts with (e minus), the oxygen ions O 2- is the solid oxide electrolyte It passes through (ceramic film) and reacts with hydrogen 2H 2 (etch-to) at the anode to generate water vapor 2H 2 O (etch-to-o) and electrons 4e − (e minus). Further, at the anode, carbon monoxide CO and oxygen ions O 2− (auto-minus) react to generate carbon dioxide CO 2 and electrons 2e − (e minus).
The solid oxide electrolyte allows oxygen ions O 2− (O-to-minus) to pass through, but does not pass water vapor 2H 2 O, carbon monoxide CO, and electrons 4e − , so that the electron 4e − generated at the anode connects the anode and cathode. This is a mechanism (power generation) in which current flows through the circuit by ionizing oxygen again at the cathode.

ちなみに、ＰＥＦＣ（Ｐｏｌｉｍｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）に代表される低温作動型（７０℃〜９０℃）の燃料電池では、化学反応を効率よく進めるために白金（Pt）などの触媒を必要とするが、ＳＯＦＣ７は高温作動型（７００℃〜１０００℃）なので触媒が不要となっている。このため、低温作動型の燃料電池では、触媒（白金等の金属）の劣化を招く一酸化炭素は極力取り除く必要があったが、ＳＯＦＣ７では水素のほかに一酸化炭素も燃料として使用可能となっている。   Incidentally, a low temperature operation type fuel cell represented by PEFC (Polymer Electrolyte Fuel Cell) (70 ° C. to 90 ° C.) requires a catalyst such as platinum (Pt) in order to efficiently advance the chemical reaction. Is a high-temperature operation type (700 ° C. to 1000 ° C.), so that no catalyst is required. For this reason, in a low temperature operation type fuel cell, it was necessary to remove as much carbon monoxide as possible that would cause deterioration of the catalyst (metal such as platinum). However, in SOFC7, carbon monoxide can be used as fuel in addition to hydrogen. ing.

ＳＯＦＣ７のアノードに供給される水素や一酸化炭素は、都市ガス、メタノール、ガソリン、天然ガス、プロパンなどの電池用燃料を水蒸気改質装置６（燃料改質器）によって水蒸気改質することで得られる改質ガス（水素、一酸化炭素、二酸化炭素）である。
詳しく説明すると、水蒸気改質装置６において都市ガスなどの電池用燃料が起こす反応は吸熱反応であり、電池用燃料の改質反応を促進するために、水蒸気改質装置６にはバーナー等の燃焼部５が改質反応の熱源として接続される。なお、水蒸気改質装置６における電池用燃料の改質反応を安定して行うため、燃焼部５は、水蒸気改質装置６におおよそ摂氏７００度（°Ｃ）〜１０００度（°Ｃ）という高温の熱量を供給する。或いは、高温作動中のＳＯＦＣ７からの排熱（摂氏７００度〜１０００度）を水蒸気改質装置６への熱量の供給源として併用してもよい。 Hydrogen and carbon monoxide supplied to the anode of the SOFC 7 are obtained by steam reforming battery fuel such as city gas, methanol, gasoline, natural gas, and propane with a steam reformer 6 (fuel reformer). Reformed gas (hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide).
More specifically, the reaction caused by the battery fuel such as city gas in the steam reformer 6 is an endothermic reaction. In order to promote the reforming reaction of the battery fuel, the steam reformer 6 is burned by a burner or the like. The part 5 is connected as a heat source for the reforming reaction. In order to stably perform the reforming reaction of the fuel for the battery in the steam reformer 6, the combustion section 5 has a high temperature of about 700 degrees Celsius (° C) to 1000 degrees Celsius (° C). Supply the amount of heat. Alternatively, exhaust heat (700 degrees Celsius to 1000 degrees Celsius) from the SOFC 7 that is operating at a high temperature may be used together as a heat source for the steam reformer 6.

さて、燃焼部５より水蒸気改質装置６内にて高温の熱量を受けた水と電池用燃料は、水蒸気改質反応を起こし、水素Ｈ2 、一酸化炭素ＣＯ、二酸化炭素ＣＯ2 を含有する改質ガスとなる。水蒸気改質装置６を出た改質ガスは、ＳＯＦＣのアノードに供給され、前述した発電に至る。 Now, the water and the fuel for the battery that have received a high amount of heat in the steam reformer 6 from the combustion section 5 cause a steam reforming reaction, and contain hydrogen H 2 , carbon monoxide CO, and carbon dioxide CO 2 . It becomes a reformed gas. The reformed gas exiting the steam reforming device 6 is supplied to the anode of the SOFC and reaches the power generation described above.

なお、上記した燃焼部５には、ガス供給管を介して都市ガス等の燃料が供給される。ガス供給管を介して供給される燃料は、ウオッベ指数が高く、一次空気と混合されることにより良好に燃焼される高熱量燃料である。また、燃焼部５には、上記したＳＯＦＣのアノードに供給されたものの反応に寄与しなかったオフガス（未反応ガス）が、循環ガス供給管（図示しない）を介して供給される。オフガスは、ＳＯＦＣにおいて発生する水分を多く含み、水素を主成分とするガスであり、ウオッベ指数が低い低熱量燃料である。   In addition, fuels, such as city gas, are supplied to the above-mentioned combustion part 5 via a gas supply pipe. The fuel supplied through the gas supply pipe has a high Wobbe index and is a high calorific value fuel that is burned well when mixed with primary air. Further, the off-gas (unreacted gas) that has been supplied to the anode of the SOFC but has not contributed to the reaction is supplied to the combustion section 5 through a circulation gas supply pipe (not shown). Off-gas is a gas that contains a large amount of water generated in SOFC and is mainly composed of hydrogen, and is a low calorific value fuel with a low Wobbe index.

熱回収装置３は、上流側排気ガス流路９、気・液熱交換器１３、下流側排気ガス流路１０、バイパス流路１１、排気方向切替ダンパ１２、ドレン排出口１４から構成されている。すなわち、熱回収装置３の構成は、燃焼部５からの排気ガス流路を構成するもので、貯留タンク４の内部に気・液熱交換器１３が配置されている。つまり、貯留タンク４の内部を排気ガス流路が貫通した恰好となっている。   The heat recovery device 3 includes an upstream side exhaust gas passage 9, a gas / liquid heat exchanger 13, a downstream side exhaust gas passage 10, a bypass passage 11, an exhaust direction switching damper 12, and a drain discharge port 14. . That is, the configuration of the heat recovery device 3 constitutes an exhaust gas flow path from the combustion unit 5, and the gas / liquid heat exchanger 13 is arranged inside the storage tank 4. In other words, the exhaust gas flow path penetrates the inside of the storage tank 4.

詳細に説明すると、上流側排気ガス流路９の一端は、燃焼部５の排気ガス排出口に繋がっている。気・液熱交換器１３は、上部側に排気ガス導入口が設けられ、上流側排気ガス流路９の末端と連結されている。また、気・液熱交換器１３の下部側に排気ガス排出口があり、下流側排気ガス流路１０が連結されている。   More specifically, one end of the upstream side exhaust gas passage 9 is connected to the exhaust gas discharge port of the combustion unit 5. The gas / liquid heat exchanger 13 is provided with an exhaust gas inlet on the upper side, and is connected to the end of the upstream side exhaust gas passage 9. In addition, an exhaust gas discharge port is provided on the lower side of the gas / liquid heat exchanger 13 and the downstream exhaust gas passage 10 is connected thereto.

気・液熱交換器１３の形状は任意であり、図の様な単純な水平部と垂直部によって構成される「コ」の字状であってもよく、水平部と垂直部がそれぞれ複数列、並列に設けられているものであってもよい。また気・液熱交換器１３は螺旋コイル状であってもよい。ただし、気・液熱交換器１３はその内部のいずれの部位も下り勾配または平坦であって上り勾配部は存在しない。   The shape of the gas / liquid heat exchanger 13 is arbitrary, and it may be a “U” shape composed of a simple horizontal portion and a vertical portion as shown in the figure. These may be provided in parallel. The gas / liquid heat exchanger 13 may have a spiral coil shape. However, the gas / liquid heat exchanger 13 has a downward gradient or a flat portion in any part of the gas / liquid heat exchanger 13 and no upward gradient portion.

上流側排気ガス流路９の途中から分岐されたバイパス流路１１は、下流側排気ガス流路１０と繋がっており、バイパス流路１１の出口には排気方向切替ダンパ１２が設けられている。排気方向切替ダンパ１２はモータを内蔵し、排気ガスの流れる方向を切り替える流路調節機能を持っている。   A bypass passage 11 branched from the middle of the upstream exhaust gas passage 9 is connected to the downstream exhaust gas passage 10, and an exhaust direction switching damper 12 is provided at the outlet of the bypass passage 11. The exhaust direction switching damper 12 has a built-in motor and has a flow path adjusting function for switching the flow direction of the exhaust gas.

詳細に説明すると、図５に示すように、排気方向切替ダンパ１２がバイパス流路１１の出口を完全に塞いでいる角度を０度とし、排気方向切替ダンパ１２が気・液熱交換器１３の排気ガス排出口からの下流側排気ガス流路１０を完全に塞いでいる角度を９０度とし、この排気方向切替ダンパ１２の開放角度を調整することで、気・液熱交換器１３に流れ込む排気ガス量を調整し、貯留タンク４内の湯水の温度を調整する。
また、下流側排気ガス流路１０のバイパス流路１１と連結された部位より下流側には、ドレン排出口１４が設けられている。 More specifically, as shown in FIG. 5, the angle at which the exhaust direction switching damper 12 completely closes the outlet of the bypass passage 11 is set to 0 degree, and the exhaust direction switching damper 12 is connected to the air / liquid heat exchanger 13. Exhaust gas flowing into the gas / liquid heat exchanger 13 by adjusting the opening angle of the exhaust gas direction switching damper 12 to 90 degrees as the angle at which the downstream side exhaust gas flow path 10 from the exhaust gas exhaust port is completely blocked. The amount of gas is adjusted, and the temperature of the hot water in the storage tank 4 is adjusted.
A drain discharge port 14 is provided on the downstream side of the downstream exhaust gas passage 10 connected to the bypass passage 11.

発電装置２の燃焼部５から上流側排気ガス流路９、気・液熱交換器１３、そして下流側排気ガス流路１０を経てドレン排出口１４に至る排気ガス流路は、いずれの部位も下り勾配または平坦であって上り勾配部は存在せず、常に上流側から下流側へ排気ガスが流れる構造になっている。なお、少なくとも、気・液熱交換器１３の排気ガス導入口からドレン排出口１４までが下り勾配または平坦であって上り勾配部が存在しないように構成されていれば良い。   Any part of the exhaust gas flow path from the combustion section 5 of the power generator 2 to the drain outlet 14 via the upstream exhaust gas flow path 9, the gas / liquid heat exchanger 13, and the downstream exhaust gas flow path 10 It has a structure in which the exhaust gas always flows from the upstream side to the downstream side without the up-gradient part, which is down-graded or flat. It should be noted that at least the exhaust gas inlet to the drain outlet 14 of the gas / liquid heat exchanger 13 may be configured to have a downward slope or a flat and no upward slope portion.

湯水を貯留するための貯留タンク４は、貯留タンク４の頂部に設けられた頂部接続部３０並びに、底部に設けられた底部接続部３１に対して給湯・給水系統６０を構成する配管が接続された構成となっている。頂部接続部３０から接続されている給湯・給水系統６０の下流側の途中には、補助熱源機４０が設けられている。なお、給湯・給水系統６０の詳細な説明は省略する。   The storage tank 4 for storing hot water is connected to the top connection portion 30 provided at the top of the storage tank 4 and the pipes constituting the hot water supply / water supply system 60 to the bottom connection portion 31 provided at the bottom. It becomes the composition. An auxiliary heat source device 40 is provided in the middle of the downstream side of the hot water supply / water supply system 60 connected from the top connection portion 30. Detailed description of the hot water supply / water supply system 60 is omitted.

貯留タンク４は、高さ方向、即ち内部に貯留される湯水の水位上昇方向に複数（本実施形態では４つ）の温度センサー２０〜２３を取り付けた構成となっている。温度センサー２０〜２３は、それぞれ貯留タンク４内の湯水の温度を検知するための温度検知手段として機能すると共に、貯留タンク４内に所定温度あるいは温度範囲の湯水の残留量を検知するための残量検知手段としての役割も果たす。   The storage tank 4 has a configuration in which a plurality of (four in the present embodiment) temperature sensors 20 to 23 are attached in the height direction, that is, in the direction in which the level of hot water stored in the storage tank 4 increases. The temperature sensors 20 to 23 function as temperature detection means for detecting the temperature of the hot water in the storage tank 4, respectively, and the remaining amount for detecting the remaining amount of hot water in the storage tank 4 at a predetermined temperature or temperature range. Also serves as a quantity detection means.

コージェネレーションシステム１は、制御手段５０によって動作が制御されている。制御手段５０は、従来公知のコージェネレーションシステムが備えているものと同様のものであり、例えばＣＰＵや所定の制御プログラムが内蔵されたメモリなどを備えた構成とすることができる。制御手段５０は、各部に設けられたセンサー類の検知信号や、メモリに記憶されているデータ等に基づいてコージェネレーションシステム１の各部に設けられた弁や発電装置２、排気方向切替ダンパ１２、補助熱源機４０等の動作を制御し、コージェネレーションシステム１の総合エネルギー効率の最適化を図る構成とされている。   The operation of the cogeneration system 1 is controlled by the control means 50. The control means 50 is the same as that provided in a conventionally known cogeneration system, and can be configured to include, for example, a CPU and a memory in which a predetermined control program is built. The control means 50 includes a valve and a power generator 2 provided in each part of the cogeneration system 1 based on detection signals of sensors provided in each part, data stored in a memory, and the like, the exhaust direction switching damper 12, The operation of the auxiliary heat source unit 40 or the like is controlled to optimize the total energy efficiency of the cogeneration system 1.

次に、本実施形態のコージェネレーションシステム１における、気・液熱交換器１３に流れ込む排気ガスの比率を調節する流路調節機能（排気方向切替ダンパ１２）について、図面を参照しながら詳細に説明する。
コージェネレーションシステム１は、加熱モード、保温モード、バイパスモードから動作モードを選択して、流路調節機能を働かせることができる。以下、コージェネレーションシステム１の動作について、各動作モード毎に説明する。 Next, the flow path adjustment function (exhaust direction switching damper 12) for adjusting the ratio of exhaust gas flowing into the gas / liquid heat exchanger 13 in the cogeneration system 1 of the present embodiment will be described in detail with reference to the drawings. To do.
The cogeneration system 1 can operate the flow path adjustment function by selecting an operation mode from the heating mode, the heat retention mode, and the bypass mode. Hereinafter, the operation of the cogeneration system 1 will be described for each operation mode.

（加熱モード）
加熱モードでは、図２に矢印で示すように、発電装置２の動作に伴って発生する燃焼部５からの高温の排気ガス（熱エネルギー）を、バイパス流路１１の出口に設けられた排気方向切替ダンパ１２の角度を０度（排気方向切替ダンパ１２がバイパス流路１１の出口を完全に塞いでいる角度）に調整することにより、排気ガス流路を調整する。 (Heating mode)
In the heating mode, as indicated by an arrow in FIG. 2, an exhaust direction in which high-temperature exhaust gas (thermal energy) generated from the combustion unit 5 generated by the operation of the power generation device 2 is provided at the outlet of the bypass passage 11 is provided. The exhaust gas flow path is adjusted by adjusting the angle of the switching damper 12 to 0 degrees (the angle at which the exhaust direction switching damper 12 completely closes the outlet of the bypass flow path 11).

つまり、排気ガスを上流側排気ガス流路９から気・液熱交換器１３を経て、下流側排気ガス流路１０に流すことにより、熱エネルギーを気・液熱交換器１３にて回収して貯留タンク４内の湯水を加熱する動作モードである。加熱モードは、貯留タンク４に設けられた温度センサー２０、２１によって検知される湯水の温度が設定温度（一定温度）に達するまで実施される。すなわち、本動作モードでは、気・液熱交換器１３に流れ込む排気ガスの比率が１００％である。   That is, the exhaust gas is allowed to flow from the upstream side exhaust gas passage 9 through the gas / liquid heat exchanger 13 to the downstream side exhaust gas passage 10 to recover the thermal energy in the gas / liquid heat exchanger 13. This is an operation mode for heating hot water in the storage tank 4. The heating mode is performed until the temperature of the hot water detected by the temperature sensors 20 and 21 provided in the storage tank 4 reaches a set temperature (a constant temperature). That is, in this operation mode, the ratio of the exhaust gas flowing into the gas / liquid heat exchanger 13 is 100%.

（保温モード）
保温モードは、図３に矢印で示すように、発電装置２の動作に伴って発生する燃焼部５からの高温の排気ガスを、バイパス流路１１の出口に設けられた排気方向切替ダンパ１２の角度を調節することで、排気ガス流路を調整する。つまり、上流側排気ガス流路９から気・液熱交換器１３へ流す流量と、上流側排気ガス流路９からバイパス流路１１へ流す流量とを調節する動作モードである。
本保温モードは、例えば、貯留タンクが満蓄熱状態である場合において、自然放熱による温度低下を防止するために実施される。 (Insulation mode)
As shown by an arrow in FIG. 3, the heat retention mode is performed by using the exhaust direction switching damper 12 provided at the outlet of the bypass passage 11 to convert the high-temperature exhaust gas from the combustion unit 5 generated by the operation of the power generation device 2. The exhaust gas flow path is adjusted by adjusting the angle. That is, this is an operation mode in which the flow rate flowing from the upstream exhaust gas flow path 9 to the gas / liquid heat exchanger 13 and the flow rate flowing from the upstream exhaust gas flow path 9 to the bypass flow path 11 are adjusted.
This heat insulation mode is implemented in order to prevent the temperature fall by natural heat dissipation, for example, when a storage tank is a full heat storage state.

この調節機能により、気・液熱交換器１３にて回収する熱エネルギー量を調整し、貯留タンク４に設けられた温度センサー２０、２１によって検知される湯水の温度を設定温度（一定温度）のまま保持できるよう、排気方向切替ダンパ１２の角度を微調整する。すなわち、本動作モードでは、排気方向切替ダンパ１２の角度を０〜９０度の間で微調整する時、上流側排気ガス流路９から気・液熱交換器１３に流れ込む排気ガスの比率は０〜１００％となり、バイパス流路１１へ流れ込む排気ガスの比率は１００〜０％となる。   With this adjustment function, the amount of heat energy recovered by the gas / liquid heat exchanger 13 is adjusted, and the temperature of the hot water detected by the temperature sensors 20 and 21 provided in the storage tank 4 is set to a set temperature (constant temperature). The angle of the exhaust direction switching damper 12 is finely adjusted so that it can be held as it is. That is, in this operation mode, when the angle of the exhaust direction switching damper 12 is finely adjusted between 0 and 90 degrees, the ratio of the exhaust gas flowing into the gas / liquid heat exchanger 13 from the upstream side exhaust gas passage 9 is 0. -100%, and the ratio of the exhaust gas flowing into the bypass channel 11 is 100-0%.

（バイパスモード）
バイパスモードは、図４に矢印で示すように、発電装置２の動作に伴って発生する燃焼部５からの高温の排気ガスを、バイパス流路１１の出口に設けられた排気方向切替ダンパ１２の角度を９０度（排気方向切替ダンパ１２が気・液熱交換器１３の排気ガス排出口からの下流側排気ガス流路１０を完全に塞いでいる角度）に調整することにより、排気ガス流路を調整する。
本バイパスモードは、例えば、貯留タンク内における局部沸騰を防止するために実施される。 (Bypass mode)
In the bypass mode, as shown by an arrow in FIG. 4, high-temperature exhaust gas generated from the combustion unit 5 generated by the operation of the power generation device 2 is discharged from the exhaust direction switching damper 12 provided at the outlet of the bypass passage 11. By adjusting the angle to 90 degrees (the angle at which the exhaust direction switching damper 12 completely blocks the downstream exhaust gas passage 10 from the exhaust gas discharge port of the gas / liquid heat exchanger 13), the exhaust gas passage Adjust.
This bypass mode is implemented, for example, in order to prevent local boiling in the storage tank.

つまり、排気ガスを上流側排気ガス流路９からバイパス流路１１を経て、下流側排気ガス流路１０に流し大気中に放つことにより、熱エネルギーを気・液熱交換器１３にて回収せず、貯留タンク４内の湯水を加熱しない動作モードである。バイパスモードは、貯留タンク４に設けられた温度センサー２０、２１によって検知される湯水の温度が設定温度（一定温度）を超えた時に実施される。すなわち、本動作モードでは、気・液熱交換器１３に流れ込む排気ガスの比率が０％である。   That is, exhaust gas flows from the upstream exhaust gas flow path 9 through the bypass flow path 11 to the downstream exhaust gas flow path 10 and is released into the atmosphere so that the heat energy can be recovered by the gas / liquid heat exchanger 13. In this mode, the hot water in the storage tank 4 is not heated. The bypass mode is performed when the temperature of hot water detected by the temperature sensors 20 and 21 provided in the storage tank 4 exceeds a set temperature (a constant temperature). That is, in this operation mode, the ratio of the exhaust gas flowing into the gas / liquid heat exchanger 13 is 0%.

本実施形態のコージェネレーションシステム１では、温度センサー２０、２１の検知温度を制御手段５０で監視し、貯留タンク４内の湯水の温度が設定温度（一定温度）となるように、排熱回収装置３に設けられた排気方向切替ダンパ１２の開放角度を０度〜９０度の間で調整し、気・液熱交換器１３に流れ込む排気ガスの比率を０〜１００％の間で調整することが可能である。   In the cogeneration system 1 of the present embodiment, the exhaust temperature recovery device is configured so that the temperature detected by the temperature sensors 20 and 21 is monitored by the control means 50 and the temperature of the hot water in the storage tank 4 becomes the set temperature (constant temperature). 3 to adjust the opening angle of the exhaust direction switching damper 12 between 0 degrees and 90 degrees, and to adjust the ratio of exhaust gas flowing into the gas / liquid heat exchanger 13 between 0 to 100%. Is possible.

すなわち、従来技術で問題となっていた高温の排気ガスが貯留タンク内の高温排気ガス流路を通過し続けることを回避できる。つまり、前記流路調節機能によって、過剰な排気ガスをバイパス流路１１を経由して大気中に放つことが可能となり、貯留タンク４を必要以上に加熱することを防止できる。   That is, it is possible to avoid the high-temperature exhaust gas that has been a problem in the prior art from continuing to pass through the high-temperature exhaust gas passage in the storage tank. In other words, the flow path adjustment function allows excess exhaust gas to be released into the atmosphere via the bypass flow path 11 and prevents the storage tank 4 from being heated more than necessary.

本実施形態のコージェネレーションシステム１では、燃料電池等によって発生した排気ガスから直接的に熱回収し且つ温度調節することが可能である。
さらに、貯留タンク４に気・液熱交換器１３を内蔵することにより、従来必要だった発電装置内の熱交換器、熱媒体循環用の循環ポンプ、冷却ラジエータを不要とし、コストダウンに大きく寄与している。 In the cogeneration system 1 of this embodiment, it is possible to directly recover heat and adjust the temperature from exhaust gas generated by a fuel cell or the like.
Furthermore, by incorporating the gas / liquid heat exchanger 13 in the storage tank 4, the heat exchanger, the circulation pump for circulating the heat medium, and the cooling radiator, which have been required in the past, are no longer necessary, greatly contributing to cost reduction. is doing.

燃焼部５において、ＳＯＦＣ７からのオフガスを燃焼させ貯留タンク４を昇温させるための排気ガスを発生させることができる。つまり、燃焼部５にてオフガスを素早く燃焼させることが可能となり、オフガスの熱量を下げることなく、排気ガスへと変えることができ、高温の排気ガスを気・液熱交換器１３へ送ることを可能としている。   In the combustion unit 5, exhaust gas for heating off the storage tank 4 by burning off-gas from the SOFC 7 can be generated. In other words, the off-gas can be burned quickly in the combustion section 5 and can be changed into the exhaust gas without reducing the heat amount of the off-gas, and the high-temperature exhaust gas can be sent to the gas / liquid heat exchanger 13. It is possible.

本実施形態のコージェネレーションシステム１は、排気ガスを一方向排気させるために上り勾配部を設けていない。つまり、上部側に排気ガス導入口を、下部側に排気ガス排出口を設け、気・液熱交換器１３を通過した後に冷却された排気ガスの内、液化され下流側に集められたドレン（蒸留水）をドレン排出口から排出することを可能にしている。   The cogeneration system 1 of the present embodiment is not provided with an ascending gradient portion in order to exhaust the exhaust gas in one direction. In other words, an exhaust gas inlet is provided on the upper side and an exhaust gas outlet is provided on the lower side. Among exhaust gases cooled after passing through the gas-liquid heat exchanger 13, the liquefied and collected drain ( Distilled water) can be discharged from the drain outlet.

ここでＳＯＦＣ７からのオフガスは、前記した様にＳＯＦＣ７のアノードに供給されたものの反応に寄与しなかった未反応ガスであり、水分を多く含み、水素を主成分とする。そのためオフガスを燃焼させた燃焼ガスには、水蒸気が多量に含まれる。そしてオフガスを燃焼させた燃焼ガスが貯留タンク４の内部に気・液熱交換器１３を通過すると、燃焼ガスに含まれる水蒸気が液化し、ドレンを発生させる。
この排出されたドレンは、水の純度が高く、蒸留水に近い。
そこで本実施形態では、ドレン（蒸留水）は、発電装置２に備えられた水蒸気改質装置６で再利用することを可能にしている。 Here, the off-gas from the SOFC 7 is an unreacted gas that has been supplied to the anode of the SOFC 7 but has not contributed to the reaction as described above, contains a large amount of moisture, and contains hydrogen as a main component. For this reason, the combustion gas obtained by burning off-gas contains a large amount of water vapor. And when the combustion gas which burned off gas passes the gas-liquid heat exchanger 13 inside the storage tank 4, the water vapor | steam contained in combustion gas will liquefy and will generate | occur | produce a drain.
This discharged drain has a high purity of water and is close to distilled water.
Therefore, in the present embodiment, the drain (distilled water) can be reused in the steam reformer 6 provided in the power generator 2.

また、水蒸気改質装置６を発電装置２に備えることで、水蒸気改質装置６からＳＯＦＣ７までの距離を短くし、高温に加熱された改質ガスの放熱ロスを最小限に抑えることを図っている。   Further, by providing the power generation device 2 with the steam reforming device 6, the distance from the steam reforming device 6 to the SOFC 7 is shortened, and the heat radiation loss of the reformed gas heated to a high temperature is minimized. Yes.

さらに、本実施形態のコージェネレーションシステム１では、発電装置２と貯留タンク４とを一つの筐体内に収めたことにより、省スペース化が図られると共に、排気ガスが流れる流路が外気に面することがなく気・液熱交換器１３に連結されるため、排気ガスの放熱ロスを最小限に抑えることを図っている。   Furthermore, in the cogeneration system 1 of the present embodiment, the power generation device 2 and the storage tank 4 are housed in one housing, so that space is saved and the flow path through which the exhaust gas flows faces the outside air. Since it is connected to the gas / liquid heat exchanger 13 without any problems, the heat loss of exhaust gas is minimized.

本実施形態のコージェネレーションシステム１では、貯留タンク４から排出される湯水が特定温度以下の場合に作動する補助熱源機４０を別置としたことにより、省スペース化を図ると共に、補助熱源機の有無の選択をユーザ側で決定できるようにしている。このことにより、既設の給湯器を補助熱源機として利用することが可能となり、ユーザに無駄な経済的負担を強いることが避けられる。また、補助熱源機４０に風呂追焚機能や温水暖房機能を備えて、コージェネレーションシステム１に対して別置とし、給湯・給水系統６０とは別の独立した追焚回路や暖房回路を備えてもよい。   In the cogeneration system 1 of the present embodiment, the auxiliary heat source unit 40 that operates when the hot water discharged from the storage tank 4 is at a specific temperature or lower is provided separately, so that space saving is achieved and the auxiliary heat source unit The user can decide whether or not to select the presence or absence. This makes it possible to use an existing water heater as an auxiliary heat source machine, and avoids impending a useless economic burden on the user. Further, the auxiliary heat source device 40 has a bath remedy function and a hot water heating function, and is provided separately from the cogeneration system 1, and has an independent remedy circuit and heating circuit separate from the hot water supply / water supply system 60. Also good.

なお、補助熱源機４０は、従来公知の給湯器と同様にガスや灯油等の燃料を燃焼するためのバーナーと熱交換器とを内蔵しており、燃料の燃焼により発生した熱エネルギーを利用して湯水を加熱するものである。補助熱源機４０は、貯留タンク４から排出される湯水の温度が低い等のような特別な場合に限って燃焼動作を行う。   The auxiliary heat source unit 40 has a built-in burner and a heat exchanger for burning fuel such as gas and kerosene as well as a conventionally known hot water heater, and uses heat energy generated by fuel combustion. It heats hot and cold water. The auxiliary heat source unit 40 performs the combustion operation only in special cases such as when the temperature of the hot water discharged from the storage tank 4 is low.

本実施形態では、温度センサー２０、２１の検知温度をそのまま動作モード判定用の基準温度とする例を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、温度センサー２０〜２３の検知温度から選ばれる１又は複数の検知温度あるいは、温度センサー２０〜２３の検知温度に所定の演算を加えて動作モード判定用の基準温度を設定する構成としてもよい。   In the present embodiment, an example in which the detected temperature of the temperature sensors 20 and 21 is used as the reference temperature for determining the operation mode is illustrated, but the present invention is not limited to this, and the detected temperature of the temperature sensors 20 to 23 is used. A reference temperature for operation mode determination may be set by adding a predetermined calculation to one or a plurality of detected temperatures selected from the above or the detected temperatures of the temperature sensors 20 to 23.

また、本実施形態では、気・液熱交換器を貯留タンクの下部領域に設けることにより、貯留タンク内部の液体を満蓄熱状態にすることが可能となる。詳しく説明すると、高温の排気ガスを貯留タンクの下部領域に存在する低温の液体と熱交換させることにより、温められた液体が自然対流にて貯留タンクの上部に上がっていき、貯留タンク内部の上層部から温度成層が形成されていく。その結果、貯留タンク内部の液体を満蓄熱状態にすることが可能となる。   Further, in the present embodiment, by providing the gas / liquid heat exchanger in the lower region of the storage tank, the liquid inside the storage tank can be fully stored. More specifically, when the hot exhaust gas exchanges heat with the low-temperature liquid existing in the lower area of the storage tank, the warmed liquid rises to the upper part of the storage tank by natural convection, and the upper layer inside the storage tank. Temperature stratification is formed from the part. As a result, the liquid inside the storage tank can be fully stored.

なお、本実施形態では、発電装置２にＳＯＦＣ形の燃料電池を採用した例を例示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、今後開発される高効率の発電効果を持つ他の燃料電池を利用して発電するものを採用することができる。また本発明の構成要件たる発電部は、燃料電池に限定されるものではなく、例えばガスエンジンと発電機の組み合わせであってもよい。   In the present embodiment, an example in which a SOFC type fuel cell is adopted as the power generation device 2 is illustrated. However, the present invention is not limited to this, and other power generation effects with high efficiency to be developed in the future will be described. What generates electric power using a fuel cell is employable. Further, the power generation unit as a constituent element of the present invention is not limited to the fuel cell, and may be a combination of a gas engine and a generator, for example.

ちなみに、本実施形態のコージェネレーションシステム１では、発電装置２（発電部）と、排熱回収装置３と、貯留タンク４が一つの筐体内に納められていたが、発電装置２と、排熱回収装置３と、貯留タンク４は、どのように組み合わされてもよいし、一つの筐体内に納められていないものも考えてよい。   Incidentally, in the cogeneration system 1 of the present embodiment, the power generation device 2 (power generation unit), the exhaust heat recovery device 3, and the storage tank 4 are housed in one housing. The collection device 3 and the storage tank 4 may be combined in any way, or may be considered that are not housed in one housing.

本発明の実施形態であるコージェネレーションシステムを示す作動原理図である。It is an operation | movement principle figure which shows the cogeneration system which is embodiment of this invention. 図１に示すコージェネレーションシステムが加熱モードで動作する際の動作状態を示す作動原理図である。FIG. 2 is an operation principle diagram illustrating an operation state when the cogeneration system illustrated in FIG. 1 operates in a heating mode. 図１に示すコージェネレーションシステムが保温モードで動作する際の動作状態を示す作動原理図である。It is an operation principle figure which shows the operation state at the time of the cogeneration system shown in FIG. 図１に示すコージェネレーションシステムがバイパスモードで動作する際の動作状態を示す作動原理図である。FIG. 2 is an operation principle diagram illustrating an operation state when the cogeneration system illustrated in FIG. 1 operates in a bypass mode. 図１に示すコージェネレーションシステムの排気方向切替ダンパ付近の拡大図である。FIG. 2 is an enlarged view of the vicinity of an exhaust direction switching damper of the cogeneration system shown in FIG. 1.

符号の説明Explanation of symbols

１ コージェネレーションシステム
２ 発電装置（発電部）
３ 排熱回収装置
４ 貯留タンク
５ 燃焼部（燃焼装置）
６ 水蒸気改質装置（燃料改質器）
７ ＳＯＦＣ（Ｓｏｌｉｄ Ｏｘｉｄｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）
９ 上流側排気ガス流路
１０ 下流側排気ガス流路
１１ バイパス流路
１２ 排気方向切替ダンパ
１３ 気・液熱交換器
１４ ドレン排出口
２０ 温度センサー
２１ 温度センサー
４０ 補助熱源機
５０ 制御手段
６０ 給湯・給水系統 1 Cogeneration system 2 Power generator (power generation unit)
3 Waste heat recovery device 4 Storage tank 5 Combustion section (combustion device)
6 Steam reformer (fuel reformer)
7 SOFC (Solid Oxide Fuel Cell)
9 upstream exhaust gas flow path 10 downstream exhaust gas flow path 11 bypass flow path 12 exhaust direction switching damper 13 gas / liquid heat exchanger 14 drain outlet 20 temperature sensor 21 temperature sensor 40 auxiliary heat source machine 50 control means 60 hot water supply / Water supply system

Claims (10)

電気と排気ガスとを発生する発電部と、液体を貯留する貯留タンクとを有するコージェネレーションシステムにおいて、貯留タンクは気・液熱交換器を内蔵し、貯留タンクの外部に気・液熱交換器を迂回するバイパス流路を備え、さらに排気ガスの流れを気・液熱交換器側とバイパス流路側のいずれに流すかの切り換え或いは両者に流れる排気ガスの比率を調節する流路調節機能を備え、当該気・液熱交換器に発電部の排気ガスを通過させて貯留タンク内の液体を昇温することを特徴とするコージェネレーションシステム。   In a cogeneration system having a power generation unit that generates electricity and exhaust gas and a storage tank that stores liquid, the storage tank includes a gas / liquid heat exchanger, and the gas / liquid heat exchanger is provided outside the storage tank. It has a bypass flow path that bypasses the exhaust gas, and further has a flow path adjustment function that switches the flow of the exhaust gas to the gas / liquid heat exchanger side or the bypass flow path side or adjusts the ratio of the exhaust gas flowing to both The cogeneration system is characterized in that the gas in the storage tank is heated by passing the exhaust gas of the power generation section through the gas / liquid heat exchanger. 発電部は、燃料電池と燃料電池のオフガスを燃焼させる燃焼部とを有し、前記燃焼部において排気ガスを発生させることを特徴とする請求項１に記載のコージェネレーションシステム。   The cogeneration system according to claim 1, wherein the power generation unit includes a fuel cell and a combustion unit that burns off-gas of the fuel cell, and generates exhaust gas in the combustion unit. 貯留タンクの高さ方向の中心よりも下部に、貯留タンクに貯留された液体の温度を検知する温度検知手段が設けられ、流路調節機能は、前記温度検知手段の検知温度が一定以上である場合に、排気ガスの一部又は全部をバイパス流路側に流すことを特徴とする請求項１又は２に記載のコージェネレーションシステム。   A temperature detection means for detecting the temperature of the liquid stored in the storage tank is provided below the center in the height direction of the storage tank, and the flow path adjustment function is such that the temperature detected by the temperature detection means is a certain level or higher. In this case, the cogeneration system according to claim 1 or 2, wherein a part or all of the exhaust gas is caused to flow toward the bypass flow path. 気・液熱交換器は上部側に排気ガス導入口があり、下部側に排気ガス排出口があり、排気ガス導入口から排気ガス排出口に至る流路はいずれの部位も下り勾配または平坦であって上り勾配部が存在しないことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のコージェネレーションシステム。   The gas / liquid heat exchanger has an exhaust gas inlet on the upper side, an exhaust gas outlet on the lower side, and the flow path from the exhaust gas inlet to the exhaust gas outlet is downwardly sloped or flat at any part. The cogeneration system according to any one of claims 1 to 3, wherein there is no upward gradient portion. 貯留タンクの外部における排気ガスが流れる流路の一部であって、気・液熱交換器の下流側にドレン排出口が設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のコージェネレーションシステム。   5. The drain discharge port is provided in a part of a flow path through which exhaust gas flows outside the storage tank, and is provided downstream of the gas / liquid heat exchanger. The described cogeneration system. 発電部は水蒸気改質装置を備え、ドレン排出口から回収されたドレンを気化して水蒸気改質装置で再利用することを特徴とする請求項５に記載のコージェネレーションシステム。   The cogeneration system according to claim 5, wherein the power generation unit includes a steam reformer, vaporizes the drain recovered from the drain discharge port, and reuses the drain in the steam reformer. 発電部からドレン排出口に至る排気ガスの流路は、いずれの部位も下り勾配または平坦であって上り勾配部が存在しないことを特徴とする請求項５又は６に記載のコージェネレーションシステム。   The cogeneration system according to claim 5 or 6, wherein any part of the flow path of the exhaust gas from the power generation unit to the drain discharge port is downwardly inclined or flat and no upwardly inclined portion exists. 発電部と貯留タンクとが一つの筐体内に収められていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のコージェネレーションシステム。   The cogeneration system according to any one of claims 1 to 7, wherein the power generation unit and the storage tank are housed in one casing. 貯留タンクから排出される液体が特定温度以下の場合に作動する補助熱源機を別置としたことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載のコージェネレーションシステム。   The cogeneration system according to any one of claims 1 to 8, wherein an auxiliary heat source device that operates when the liquid discharged from the storage tank is equal to or lower than a specific temperature is provided separately. 気・液熱交換器を貯留タンクの下部領域に設け、液体の自然対流にて貯留タンク内部に温度成層を形成することを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載のコージェネレーションシステム。   The cogeneration system according to any one of claims 1 to 9, wherein a gas / liquid heat exchanger is provided in a lower region of the storage tank, and temperature stratification is formed inside the storage tank by natural convection of the liquid.
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