JP2012202643A

JP2012202643A - 発電システム

Info

Publication number: JP2012202643A
Application number: JP2011069210A
Authority: JP
Inventors: Kunihiro Ukai; 邦弘鵜飼; Akinori Yukimasa; 章典行正; Hiroaki Kaneko; 広明金子
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2011-03-28
Filing date: 2011-03-28
Publication date: 2012-10-22

Abstract

【課題】従来の発電システムに比べ、発電システムの運転時間の低下が抑制される発電システムを提供する。
【解決手段】給水路７及び給湯路８と接続された貯湯タンク６と、発電ユニット１と、発電ユニット１の排熱を回収する第１熱媒体が流れる第１排熱回収経路２と、燃焼装置３と、燃焼装置３の排熱を回収する第２熱媒体が流れる第２排熱回収経路５とを備え、貯湯タンク６の第１流出口１１は、貯湯タンク６の第１流入口１２、貯湯タンク６の第２流出口１３、及び貯湯タンク６の第２流入口１４よりも貯湯タンク６の給水口１０に近い位置に設けられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、発電ユニットの排熱と、燃焼装置の排熱とを貯える貯湯タンクを備えた発電システムに関する。

従来、発電ユニットの排熱と燃焼装置の排熱とを供給の貯湯タンクに貯える発電システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）
上記特許文献１に記載の発電システムは、上述の通り独立した排熱回収回路を用いて排熱回収しているため、発電システムが、発電運転を停止しているときにも貯湯タンク内に燃焼装置の排熱が貯えられるよう構成されている。

特開２００６−１８３９６０号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の発電システムでは、上述の通り、発電運転を停止しているときにも貯湯タンク内に燃焼装置の排熱が貯えられるため、貯湯タンクに発電システムの発電運転に伴う排熱を回収する容量が低下する。これにより、発電システムの運転時間が低下してしまうが、従来の発電システムは、この点について考慮されていない。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、従来の発電システムに比べ、発電システムの運転時間の低下が抑制される発電システムを提供する。

上記従来の課題を解決するために、本発明の発電システムは、給水路及び給湯路と接続された貯湯タンクと、発電ユニットと、前記発電ユニットの排熱を回収して、回収した排熱を前記貯湯タンクに供給する第１熱媒体が流れる第１排熱回収経路と、燃焼装置と、前記燃焼装置の排熱を回収して、回収した排熱を前記貯湯タンクに供給する第２熱媒体が流れる第２排熱回収経路とを備え、前記貯湯タンクに設けられた、前記貯湯タンクの内側から外側に前記第１熱媒体が流出するための第１流出口は、前記貯湯タンクに設けられた、前記貯湯タンクの外側から内側に前記第１熱媒体が流入するための第１流入口、前記貯湯タンクに設けられた、前記貯湯タンクの内側から外側に前記第２熱媒体が流出するための第２流出口、及び前記貯湯タンクに設けられた、前記貯湯タンクの外側から内側に前記第２熱媒体が流入するための第２流入口よりも前記貯湯タンクに設けられた、前記給水路より水が流入するための給水口に近い位置に設けられる。

本発明の発電システムによれば、従来の発電システムに比べ、発電システムの運転時間の低下が抑制される。

実施の形態１の発電システムの概略構成の一例を示す図実施の形態１の第１変形例の発電システムの概略構成の一例を示す図実施の形態１の第２変形例の発電システムの概略構成の一例を示す図実施の形態１の第３変形例の発電システムの概略構成の一例を示す図実施の形態２の発電システムの概略構成の一例を示す図実施の形態２の発電システムの動作フローの一例を示す図

（実施の形態１）
実施の形態１の発電システムは、給水路及び給湯路と接続された貯湯タンクと、発電ユニットと、発電ユニットの排熱を回収して、回収した排熱を貯湯タンクに供給する第１熱媒体が流れる第１排熱回収経路と、燃焼装置と、燃焼装置の排熱を回収して、回収した排熱を貯湯タンクに供給する第２熱媒体が流れる第２排熱回収経路とを備え、貯湯タンクに設けられた、貯湯タンクの内側から外側に第１熱媒体が流出するための第１流出口は、貯湯タンクに設けられた、貯湯タンクの外側から内側に第１熱媒体が流入するための第１流入口、貯湯タンクに設けられた、貯湯タンクの内側から外側に前記第２熱媒体が流出するための第２流出口、及び貯湯タンクに設けられた、貯湯タンクの外側から内側に第２熱媒体が流入するための第２流入口よりも貯湯タンクに設けられた、給水路より水が流入するための給水口に近い位置に設けられる。

かかる構成により、従来の発電システムに比べ、発電システムの運転時間の低下が抑制される。

実施の形態１の発電システムは、給水口は、貯湯タンクの底部に設けられてもよい。

実施の形態１の発電システムは、第１流出口は、底部近傍の側面に設けられてもよい。

ここで、底部近傍とは、第１流出口が、貯湯タンクに給湯１回当りの平均給水量の水が給水されたときの給水された水の水位以下になる位置であってもよい。

次に、本実施の形態の発電システム１００について詳細に説明する。

図１は、本実施の形態における発電システム１００の概略構成の一例を示す図である。

図１に示されるように、発電システム１００は、発電ユニット１と、第１排熱回収経路２と、燃焼装置３と、第２排熱回収経路５と、貯湯タンク６と、給水路７と、給湯路８と、制御器２０とを備える。

発電ユニット１は、発電すれば、いずれの構成であってもよく、例えば、燃料電池発電ユニット、ガスエンジン発電ユニット等が例示される。第１排熱回収経路２は、発電ユニット１の排熱を回収して、回収した排熱を貯湯タンク６に供給する。

なお、発電ユニット１が、燃料電池発電ユニットである場合、その排熱は、燃料電池本体、燃料電池からの排ガス、及び改質器を加熱する燃焼器の燃焼排ガスの少なくともいずれか一つの排熱である。また、発電ユニット１が、ガスエンジン発電ユニットである場合、ガスエンジンの燃焼排ガスの排熱である。

燃焼装置３は、バーナー等が用いられる。第２排熱回収経路５は、燃焼装置３の排熱を回収して、回収した排熱を貯湯タンク６に供給する第２熱媒体が流れる。貯湯タンク６には、発電ユニット１及び燃焼装置３のそれぞれの排熱が湯として貯えられる。

貯湯タンク６には、第１流出口１１、第１流入口１２、第２流出口１３、及び第２流入口１４が設けられる。

第１流出口１１は、貯湯タンク６に設けられた、貯湯タンク６の内側から外側に第１熱媒体が流出するための開口である。

第１流入口１２は、貯湯タンク６に設けられた、貯湯タンク６の外側から内側に第１熱媒体が流入するための開口である。

第２流出口１３は、貯湯タンク６に設けられた、貯湯タンク６の内側から外側に第２熱媒体が流出するための開口である。

第２流入口１４は、貯湯タンク６に設けられた、貯湯タンク６の外側から内側に第２熱媒体が流入するための開口である。

ここで、第１排熱回収経路２は、その両端が貯湯タンク６の第１流出口１１及び第１流入口１２で接続されるよう構成されていてもよいし、貯湯タンク６内において第１流出口１１及び第１流入口１２を接続する経路（配管）が設けられるよう構成されていてもよい。

ここで、第２排熱回収経路５は、その両端が貯湯タンク６の第２流出口１３及び第２流入口１４で接続されるよう構成されていてもよいし、貯湯タンク６内において第２流出口１３及び第２流入口１４を接続する経路（配管）が設けられるよう構成されていてもよい。

また、貯湯タンク６には、発電システム１００外部より貯湯タンク６に供給される水が流入するための給水口１０が設けられている。本実施の形態において、給水口１０は、貯湯タンク６の底部に設けられている。

給水路７は、貯湯タンク６に水を供給するための流路であり、給水口において貯湯タンク６と接続されている。

給湯路８は、貯湯タンク６の湯を給湯負荷に供給するための流路であり、貯湯タンク６の上部に設けられている。

上記構成を備える発電システムにおいて、第１流出口１１は、第１流入口１２、第２流出口１３、及び第２流入口よりも給水口１０に近い位置に設けられている。

これにより、給水路７より流入した水は、第１流入口１２及び第２流入口１４のそれぞれより流入する湯により高温化される前、かつ第２流出口１３を介して第２排熱回収経路５に流入する前に、第１流出口１１を介して第１排熱回収経路２に流入し、発電システム１００の排熱回収に利用される。従って、従来の発電システムに比べ、発電システム１００の発電システムの運転時間の低下が抑制される。

なお、第１流出口１１は、第１流入口１２、第２流出口１３、及び第２流入口よりも給水口１０に近い位置に設けられていれば、いずれの箇所に設置してもよいが、貯湯タンク６の底部近傍の側面に設けるのがより好ましい。これは、底部より離れた位置に設けられると、貯湯タンク６内で上部から下部に向けて蓄積される湯の位置がより早期に第１流出口１１の位置に達して、発電システム１００の運転時間が低下してしまう。ここで、上記のように第１流出口１１を貯湯タンク６の底部近傍に設けることで、底部より離れた位置に設けた場合に比べ、発電システム１００の運転時間の低下が抑制される。

これにより、従来の発電システムに比べ、より発電システム１００の運転時間の延長が図られる。

また、第１流出口１１、第１流入口１２、第２流出口１３及び第２流入口１４の設置位置は、第１流入口１２は、第１流出口１１よりも設置位置が高く、第２流入口１４は、第２流出口１３よりも設置位置が高い。これにより、貯湯タンク６の上部より高温の湯が積層され、貯湯タンク６内の下部の水は温度の低い状態に保持されるので、発電システム１００の運転時間の延長が図られる。
また、第１流出口１１及び第１流入口１２の設置位置は、第２流出口１３及び第２流入口１４の設置位置よりも低い。これにより、燃焼装置３より回収した排熱は、発電ユニット１の排熱回収に利用される水が存在する層よりも上層に貯えられるので、発電システムの運転時間の延長が図られる。

なお、第１流出口１１、第１流入口１２、第２流出口１３、及び第２流入口の上記設置位置は、一例であり、第１流入口１２、第２流出口１３、及び第２流入口よりも給水口１０に近い位置に設けられていれば、いずれの箇所に設置してもよい。
［第１変形例］
実施の形態１の第１変形例の発電システムについて説明する。図２は、本変形例の発電システム１００の概略構成の一例を示す。
図２に示すように本変形例の発電システムは、給水口１０が貯湯タンク６の底部近傍の側面に設けられている。ここで、給水口１０は、第１流出口１１以下の位置であってもよい。これは、給水口１０が第１流出口１１よりも高い位置であると給水口１０より給水された水の一部が第１流出口１１に流入して、発電システム１００の排熱回収に利用されず、第１流入口より流入した温水により高温化されてしまう。これは、発電システム１００の運転時間の低下に繋がるが、上記のように給水口１０は、第１流出口１１以下の位置に設けることで、発電システム１００の運転時間の低下が抑制される。

上記以外の点については、実施の形態１の発電システムと同様に構成される。
［第２変形例］
実施の形態１の第２変形例の発電システムについて説明する。図３は、本変形例の発電システム１００の概略構成の一例を示す。
図３に示すように本変形例の発電システムは、第１流出口１１が貯湯タンク６の底部に設けられ、給水口１０が貯湯タンク６の底部近傍に設けられている。

上記以外の点については、実施の形態１の発電システムと同様に構成される。
［第３変形例］
実施の形態１の第３変形例の発電システムについて説明する。図４は、本変形例の発電システム１００の概略構成の一例を示す。

図４に示すように本変形例の発電システムは、第１流出口１１及び給水口１０が共に貯湯タンク６の底部に設けられている。これにより、実施の形態１、第１変形例及び第２変形例に比べ、発電システム１００の運転時間の延長が図られる。

上記以外の点については、実施の形態１の発電システムと同様に構成される。
（実施の形態２）
実施の形態２の発電システムは、第１流出口より流出する第１熱媒体の温度を検出する温度検知器と、給水路に設けられた第１弁と、温度検知器で検知された温度が予め設定さ
れた上限温度以上になると、弁を開放し、貯湯タンクに給水する制御器とを備える。

また、本実施の形態の発電システムは、給湯経路に設けられた第２弁を備え、制御器は、第１弁の開放とともに第２弁を開放する。

かかる構成により、発電ユニットからの排熱の回収量が適切に調整される。

本実施の形態の発電システムは、上記特徴以外は、実施の形態１及び第１変形例−第３変形例のいずれかの発電システムと同様に構成してもよい。

図５は、本実施の形態における発電システム１００の概略構成の一例を示す図である。

図５に示されるように、発電システム１００は、温度検知器１５と、第１弁１６と、第２弁１７とを備える。これ以外については、実施の形態１の発電システム１００と同様であるので、その説明を省略する。
温度検知器１５は、第１流出口１１より流出する第１熱媒体の温度を検知する。第１流出口１１より流出する第１熱媒体の温度を検出可能であれば、いずれの箇所に設けてもよい。温度検知器１５は、例えば、第１流出口１１より低い貯湯タンク６の所定の位置、及び発電ユニット１の排熱を回収する前の第１熱媒体が流れる第１排熱回収経路２の所定の位置のいずれかに設けられてもよい。
第１弁１６は、給水路７に設けられ、これを開放することで、貯湯タンク６に水が供給される。第１弁１６は、例えば、開閉弁及び流量調整弁の少なくともいずれか一方により構成される。
第２弁１７は、給湯路８に設けられ、これを開放することで、貯湯タンク６内の湯が給湯負荷に供給される。第２弁１７は、例えば、開閉弁及び流量調整弁の少なくともいずれか一方により構成される。

次に、発電システム１００の動作の一例について説明する。図６は、発電システム１００の動作フローの一例を示す図である。

発電システム１００の発電運転しているとき、及び発電システム１００が起動するとき（スタート）、温度検知器１５により温度が検知される（ステップＳ１）。検知温度が上限温度Ｔ１より高いか否かが判定され（ステップＳ２）、検知温度が上限温度Ｔ１以上であると（ステップＳ２でＹｅｓ）、制御器２０は、第１弁１６及び第２弁１７を開放する（ステップＳ３）。これにより、給湯負荷からの給湯需要に依らず、強制的に給湯負荷に給湯される。
ここで、発電システム１００が起動するときとは、発電システム１００の起動を控えたとき及び発電システム１００の起動中の少なくともいずれか一方を含む。上記上限温度は、発電ユニット１の排熱を回収できない第１熱媒体の温度よりも小さい温度として規定される。

一方、検知温度が上限温度Ｔ１未満であると（ステップＳ２でＮｏ）、制御器２０は、ステップＳ１に戻り、温度検知器１５により第１熱媒体の温度を検知する。

上記動作フローにより、第１熱媒体により発電システム１００の排熱が回収できなくなる前に、第１流出口１１より第１排熱回収経路２に流入する第１熱媒体の低温化されるので、上記動作を実行しない場合に比べ、発電システム１００の運転時間の延長が図られる。

上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。

本発明にかかる発電システムは、従来の発電システムに比べ、発電システムの運転時間の低下が抑制されるので、発電システムとして有用である。

１発電ユニット
２第１排熱回収経路
３燃焼装置
５第２排熱回収経路
６貯湯タンク
７給水路
８給湯路
１０給水口
１１第１流出口
１２第１流入口
１３第２流出口
１４第２流入口
１５温度検知器
１６第１弁
１７第２弁
２０制御器

Claims

給水路及び給湯路と接続された貯湯タンクと、
発電ユニットと、
前記発電ユニットの排熱を回収して、回収した排熱を前記貯湯タンクに供給する第１熱媒体が流れる第１排熱回収経路と、
燃焼装置と、
前記燃焼装置の排熱を回収して、回収した排熱を前記貯湯タンクに供給する第２熱媒体が流れる第２排熱回収経路とを備え、
前記貯湯タンクに設けられた、前記貯湯タンクの内側から外側に前記第１熱媒体が流出するための第１流出口は、
前記貯湯タンクに設けられた、前記貯湯タンクの外側から内側に前記第１熱媒体が流入するための第１流入口、前記貯湯タンクに設けられた、前記貯湯タンクの内側から外側に前記第２熱媒体が流出するための第２流出口、及び前記貯湯タンクに設けられた、前記貯湯タンクの外側から内側に前記第２熱媒体が流入するための第２流入口よりも前記貯湯タンクに設けられた、前記給水路より水が流入するための給水口に近い位置に設けられる発電システム。
前記給水口は、前記貯湯タンクの底部または底部近傍の側面に設けられる請求項１記載の発電システム。
前記第１流出口は、前記貯湯タンクの底部または底部近傍の側面に設けられる請求項１または２記載の発電システム。
前記第１流出口は、前記貯湯タンクに給湯１回当りの平均給水量の水が給水されたときの給水された水の水位以下になる位置に設けられている、請求項１〜３のいずれかに記載の発電システム。
前記第１流出口より流出する第１熱媒体の温度を検出する温度検知器と、
前記給水路に設けられた第１弁と、
前記温度検知器で検知された温度が予め設定された上限温度以上になると、前記弁を開放し、前記貯湯タンクに給水する制御器とを備える請求項１〜４のいずれかに記載の発電システム。
前記給湯路に設けられた第２弁を備え、
前記制御器は、前記第１弁の開放とともに前記第２弁を開放する請求項５記載の発電システム。