JP5170515B2 - Cogeneration system and storage tank unit - Google Patents
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Description
本発明は、燃料電池その他の電力と熱とを同時に発生させる機器と、貯留タンクとを組み合わせたコージェネレーションシステムに関するものである。また本発明は、上記したコージェネレーションシステムの一部を構成するのに適する貯留タンクユニットに関するものである。 The present invention relates to a cogeneration system that combines a fuel cell and other devices that simultaneously generate electric power and heat and a storage tank. The present invention also relates to a storage tank unit suitable for constituting a part of the above-described cogeneration system.
燃料電池が発電時に発生した排熱が持つ熱エネルギーを湯水等の液体を介して回収し、貯留タンクに貯留するコージェネレーションシステムが知られている（特許文献１）。かかる構成のコージェネレーションシステムは、燃料電池を冷却する際の排熱を有効利用できるため、エネルギー効率が高い。
特許文献１に開示されたコージェネレーションシステムは、燃料電池が発生する熱によって湯水を昇温し、この湯を貯留タンクに貯留するものである。
特許文献１に開示されたコージェネレーションシステムで採用する貯留タンクは、内部に温度成層を形成して湯水等を貯留する。また特許文献１に開示されたコージェネレーションシステムは、運転モードとして、燃料電池側から排出された湯水を貯留タンクに導入する貯留モードと、貯留タンクを迂回して燃料電池側に戻す迂回運転モードを持つ。
そして燃料電池側から排出された湯水の温度を測定し、この温度が高い場合には湯水を貯留タンクに導き、低い場合には動作モードを迂回運転モードに切り換えて燃料電池側に戻す。
A cogeneration system is known that recovers thermal energy of exhaust heat generated by a fuel cell during power generation through a liquid such as hot water and stores it in a storage tank (Patent Document 1). The cogeneration system having such a configuration has high energy efficiency because it can effectively use exhaust heat when cooling the fuel cell.
The cogeneration system disclosed in
The storage tank employed in the cogeneration system disclosed in
Then, the temperature of the hot water discharged from the fuel cell side is measured. When this temperature is high, the hot water is guided to the storage tank, and when the temperature is low, the operation mode is switched to the bypass operation mode and returned to the fuel cell side.
コージェネレーションシステムでは、燃料電池等の発熱側の機器と、貯留タンク側の機器がそれぞれユニット化され、これを施工現場に運搬し、施工現場で両者を配管接続する。
すなわち施工現場で貯留タンクユニットと燃料電池ユニットとを配管接続し、両者の間に排熱回収循環回路を形成させる。
具体的な工事方法としては、貯留タンクユニットの出湯側接続部を燃料電池ユニットの入湯側接続部に接続し、貯留タンクユニットの入湯側接続部を燃料電池ユニットの出湯側接続部に接続する。
In a cogeneration system, equipment on the heat generation side such as a fuel cell and equipment on the storage tank side are unitized, transported to the construction site, and both are connected by piping at the construction site.
That is, the storage tank unit and the fuel cell unit are connected by piping at the construction site, and an exhaust heat recovery circuit is formed between them.
As a specific construction method, the hot water side connection part of the storage tank unit is connected to the hot water side connection part of the fuel cell unit, and the hot water side connection part of the storage tank unit is connected to the hot water side connection part of the fuel cell unit.
貯留タンクユニットと燃料電池ユニットとの配管接続は、基本的に二本の接続配管を繋ぐだけであるが、繋ぐ際に入側と出側とを取り違えて接続してしまうことがある。
この対策のヒントとなる技術が特許文献２，３に開示されている。
特許文献２，３に開示された発明は給湯器の発明であり、ヒートポンプを利用している。特許文献２，３に開示された給湯器は、コージェネレーションシステムではないが、発熱側のユニットと貯留タンクユニットとを持ち、両者を施工現場で配管接続する。特許文献２，３に記載の給湯装置は、ヒートポンプユニットと貯留タンクユニットとの間の配管の誤接続を検知する機能を持つものである。
The pipe connection between the storage tank unit and the fuel cell unit is basically just connecting the two connection pipes. However, when connecting, there are cases where the inlet side and the outlet side are mistakenly connected.
Techniques serving as hints for this countermeasure are disclosed in
The inventions disclosed in
すなわち特許文献２に記載の給湯装置では、ヒートポンプユニットから排出される湯水の温度と、ヒートポンプユニットに導入される湯水の温度とを比較し、両者の高低関係が正常状態と逆である場合に配管接続が誤っていると判定する。
特許文献３に記載の発明は、前記した特許文献２に記載の発明を発展させたものであり、判定を行うのに際して貯留タンク内の温度を参酌している。
That is, in the hot water supply apparatus described in
The invention described in
前記した様に、貯留タンクユニットと燃料電池ユニットとの配管接続は、基本的に二本の接続配管を繋ぐだけであるが、入側と出側とを取り違えて接続してしまうことがあり、接続状態の正誤を確認する方策が必要である。
ここで特許文献２，３に開示された方策は、接続状態の正誤を確認することができるものではあるが、正確性に欠けるという不満がある。すなわち特許文献２，３に記載の発明は、いずれも発熱側ユニットの入側と出側の温度を比較するものである。すなわち発熱ユニットから出る湯水は昇温されるので入側より温度が高いはずであるから、出側の温度が入側よりも低い場合は配管接続が逆である可能性が高い。
As described above, the pipe connection between the storage tank unit and the fuel cell unit is basically only connecting the two connection pipes, but there is a case where the inlet side and the outlet side are mistakenly connected. A measure to confirm the correctness of the connection status is necessary.
Here, although the measures disclosed in
しかしながら、コージェネレーションシステムを起動して間もない時間帯は、両者の温度差は小さい。温度センサーが取り付けられた位置や、コージェネレーションシステムが設置された場所の環境によっては、コージェネレーションシステムを起動して間もない時間帯では両者の関係が逆転することもある。
さらには温度センサー自体にも感度差や機差があり、被測定物の温度が同一であっても両者の間に差がある様な信号を発することもある。
そのため配管接続の誤接続検知システム自体が誤検知することがある。
However, the temperature difference between the two is small in the time zone shortly after starting the cogeneration system. Depending on the location where the temperature sensor is installed and the environment where the cogeneration system is installed, the relationship between the two may be reversed in the time zone shortly after the cogeneration system is activated.
Furthermore, there are differences in sensitivity and machine differences in the temperature sensor itself, and even if the temperature of the object to be measured is the same, a signal may appear that there is a difference between the two.
For this reason, the erroneous connection detection system itself for pipe connection may erroneously detect.
一方、誤接続検知システム自体が誤検知した場合の対処は誠に厄介である。すなわち配管接続が逆であった場合は、配管を接続し直さなければならないが、一般に配管接続部は、奥まった位置や狭い場所にある。そのため配管接続を修正するためには、作業者が狭い場所に行き着くことが前提であり、接続場所に行き着くまでに時間がかかる。
しかし配管接続の誤接続表示があり、苦労して配管接続部に行き着いても、誤接続表示自体が誤表示であれば労力の無駄となる。
そこで本発明は、より正確に配管接続の正誤を検知することができるコージェネレーションシステム及び貯留タンクユニットを開発することを課題とする。
On the other hand, handling when the erroneous connection detection system itself detects an error is extremely troublesome. That is, if the pipe connection is reversed, the pipe must be reconnected, but generally the pipe connection portion is in a deep position or a narrow place. Therefore, in order to correct the pipe connection, it is assumed that the worker reaches a narrow place, and it takes time to reach the connection place.
However, there is an erroneous connection display of the pipe connection, and even if the laboriously arrives at the pipe connection part, if the erroneous connection display itself is an erroneous display, labor is wasted.
Then, this invention makes it a subject to develop the cogeneration system and storage tank unit which can detect the correctness of piping connection more correctly.
そして上記した課題を解決するための請求項１に記載の発明は、電力と熱とを発生させる発電ユニットと、貯留タンクユニットによって構成され、両者を往復配管で接続することで排熱回収循環回路を構成するコージェネレーションシステムであって、貯留タンクユニットに内蔵される貯留タンクは内部に温度成層を形成した状態で液体を貯留するものであり、排熱回収循環回路には、貯留タンクの上部側から液体を流入させ余剰の液体を下部側から排出させて貯留タンクに高温の液体を貯留する貯留流路と、貯留タンクを迂回するバイパス流路と、前記貯留流路とバイパス流路とを切り換える流路切替え弁と、貯留タンクに流入する液体の温度を検出する液体温度検出手段と、前記貯留タンクユニットの制御を司る制御手段とを備え、前記制御手段が、前記液体温度検出手段の検出値に基づいて、前記流路切替え弁を制御する制御構成を備えたコージェネレーションシステムにおいて、前記制御手段は、所定時間内に前記流路切替え弁による切替えが所定回数以上行われたことを条件に、前記往復配管が逆接続されているものとの判定を実行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。
The invention according to
本発明のコージェネレーションシステムでは、貯留タンクに高温の液体を貯留する貯留流路と、貯留タンクを迂回するバイパス流路とを持つ。そして二つの流路を貯留タンクに流入する液体の温度に応じて切り換えるものである。
すなわち液体が貯留に適する温度であれば流路切替え弁を貯留流路に流し、不適な温度であるならばバイパス流路に迂回させる。
この様な回路構成を持った、コージェネレーションシステムについて、発電ユニットと貯留タンクユニットの往復配管を本来の向きとは逆に取り付けると、前記した流路切替え弁が頻繁に切り替わる現象が起こる。そのため所定時間内に前記流路切替え弁による切替えが所定回数以上行われた場合は、配管の接続が逆である可能性が高い。そこで本発明は、所定時間内に前記流路切替え弁による切替えが所定回数以上行われたことを条件に、前記往復配管が逆接続されているものとの判定を実行させることとした。前記往復配管が逆接続されているものとの判定の一例としては、制御装置に配管の逆接続であると認識させて警告等を表示させることが考えられる。
The cogeneration system of the present invention has a storage channel that stores high-temperature liquid in a storage tank and a bypass channel that bypasses the storage tank. The two flow paths are switched according to the temperature of the liquid flowing into the storage tank.
That is, if the liquid is at a temperature suitable for storage, the flow path switching valve is caused to flow through the storage flow path, and if it is at an inappropriate temperature, it is bypassed to the bypass flow path.
In a cogeneration system having such a circuit configuration, when the reciprocating piping of the power generation unit and the storage tank unit is attached in the opposite direction, the phenomenon that the flow path switching valve is frequently switched occurs. Therefore, when the switching by the flow path switching valve is performed a predetermined number of times or more within a predetermined time, there is a high possibility that the pipe connection is reversed. Therefore, in the present invention, it is determined that the reciprocating pipe is reversely connected on the condition that the switching by the flow path switching valve has been performed a predetermined number of times or more within a predetermined time. As an example of the determination that the reciprocating pipe is reversely connected, it is conceivable that the control device recognizes that the pipe is reversely connected and displays a warning or the like.
請求項２に記載の発明は、前記往復配管が逆接続されているものとの判定は、コージェネレーションシステムに電源を投入した後の最初の貯留運転の際にのみ実施され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である。
The invention according to
配管の接続は、作業者が人為的に行うものであり、作業者が作業しない限り往復配管の接続方向は変わらない。従って配管の逆接続の有無は、常に監視する必要はなく、試運転の際だけで足りる。そこで本発明では、コージェネレーションシステムに電源を投入した後の最初の貯留運転の際にのみ実施することとした。 The connection of the piping is artificially performed by the worker, and the connection direction of the reciprocating piping does not change unless the worker works. Therefore, it is not always necessary to monitor whether or not the pipes are reversely connected, and it is only necessary during the trial run. Therefore, in the present invention, the operation is performed only at the time of the first storage operation after the power is supplied to the cogeneration system.
本発明は、コージェネレーションシステムに採用することを目的としたものであり、ガスエンジンを利用したコージェネレーションシステムや燃料電池を利用したコージェネレーションシステムに応用することができるが、特に燃料電池を利用したコージェネレーションシステムに適用することが推奨される（請求項３）。
燃料電池を利用したコージェネレーションは、他の熱源を利用する場合に比べて発熱量が少なく、回路を流れる液体の温度が上昇しにくいので、貯留タンクに高温の液体を貯留する貯留流路の他に、バイパス流路を設ける構成が推奨される。請求項３に記載の発明は、このバイパス流路を利用することができるので、新たにバイパス流路を設ける必要がない。
The present invention is intended for use in a cogeneration system, and can be applied to a cogeneration system using a gas engine and a cogeneration system using a fuel cell. It is recommended to apply to a cogeneration system (Claim 3 ).
Cogeneration using fuel cells generates less heat than other heat sources and the temperature of the liquid flowing through the circuit is less likely to rise, so there are other storage channels that store hot liquid in the storage tank. In addition, a configuration in which a bypass channel is provided is recommended. Since the invention according to
請求項４に記載の発明は、発熱源と組み合わされて熱を蓄積するものであり、前記発熱源との間を往復配管で接続することで排熱回収循環回路を形成する貯留タンクユニットであって、内蔵される貯留タンクは内部に温度成層を形成した状態で液体を貯留するものであり、排熱回収循環回路には、貯留タンクの上部側から液体を流入させ余剰の液体を下部側から排出させて貯留タンクに高温の液体を貯留する貯留流路と、貯留タンクを迂回するバイパス流路と、前記貯留流路とバイパス流路とを切り換える流路切替え弁と、貯留タンクに流入する液体の温度を検出する液体温度検出手段と、前記貯留タンクユニットの制御を司る制御手段とを備え、前記制御手段が、前記液体温度検出手段の検出値に基づいて、前記流路切替え弁を制御する制御構成を備えた貯留タンクユニットにおいて、前記制御手段は、所定時間内に前記流路切替え弁による切替えが所定回数以上行われたことを条件に、前記往復配管が逆接続されているものとの判定を実行させることを特徴とする貯留タンクユニットである。
The invention according to
本発明は、コージェネレーションシステムの一部をユニット化したものである。ただし本発明の貯留タンクユニットの用途はコージェネレーションシステムに限定されるものではなく、ヒートポンプユニットと組み合わせて使用することもできる。 In the present invention, a part of a cogeneration system is unitized. However, the use of the storage tank unit of the present invention is not limited to a cogeneration system, and can be used in combination with a heat pump unit.
本発明のコージェネレーションシステムでは、ユニット同士の配管接続の正誤を正確に検知することができる効果がある。また本発明の貯留タンクユニットについても同様の効果がある。 In the cogeneration system of the present invention, there is an effect that the correctness of the pipe connection between the units can be accurately detected. The same effect can be obtained with the storage tank unit of the present invention.
以下さらに本発明の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態のコージェネレーションシステムの配管系統図である。図２は、図１に示す配管系統図であって、貯留流路を示すと共に、貯留モードにおける湯水の流れを図示したものである。図３は、図１に示す配管系統図であって、迂回循環流路を示すと共に、暖機・迂回運転モードにおける湯水の流れを図示したものである。
図１において、１は本実施形態のコージェネレーションシステムを示す。コージェネレーションシステム１は、大別して発電ユニット２と貯留タンクユニット３とによって構成され、これらを往復配管７０で接続して一連の排熱回収循環回路７１を形成するものである。
Embodiments of the present invention will be further described below.
FIG. 1 is a piping diagram of the cogeneration system of the present embodiment. FIG. 2 is a piping system diagram shown in FIG. 1, showing the storage flow path and illustrating the flow of hot water in the storage mode. FIG. 3 is a piping system diagram shown in FIG. 1, showing a detour circulation flow path, and illustrating a flow of hot water in a warm-up / detour operation mode.
In FIG. 1, 1 shows the cogeneration system of this embodiment. The
発電ユニット２は、燃料電池５を主たる構成要素とするものであり、発電に伴って熱を発生する燃料電池５を冷却し、発電の際に発生した排熱を回収するための電池側熱交換器６及び循環ポンプ７を備えている。循環ポンプ７は、一連の排熱回収循環回路７１に湯水を循環させるために設けられている。
The
発電ユニット２は、外部に設けられた電力負荷Ｅに対して電力を供給するための発電デバイスとしての機能と、湯水（液体）を加熱するための熱エネルギー発生デバイスとしての機能とを兼ね備えている。
The
一方、貯留タンクユニット３は、湯水を貯留するための貯留タンク１０を中心として構成されており、貯留タンク１０の頂部に設けられた上部側接続部１１、並びに、底部に設けられた下部側接続部１２に対して排熱回収流路Ｃおよび給湯・給水流路Ｈを構成する配管を接続した構成とされている。
On the other hand, the
貯留タンク１０は、内部に温度成層を構成して湯水を貯めるものであり、高さ方向、すなわ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１３ａ〜１３ｄを取り付けた構成とされている。温度センサー１３ａ〜１３ｄは、それぞれ貯留タンク１０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１０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
さらに具体的には、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１０の底部から取り出された湯水が排熱回収流路Ｃに排出され、発電ユニット２の電池側熱交換器６を通過することによって熱交換して加熱され、貯留タンク１０の頂部側にゆっくりと戻される構成となっている。
More specifically, in the
ここで、一般的にタンク内に液体を貯留する場合、その液体の温度差が所定の閾値（湯水では約１０℃程度）以上であると、液体が温度毎に層状に分かれる。そのため、排熱回収流路Ｃを通過する湯水が、貯留タンク１０内の湯水の温度に対して前記閾温度以上高温に加熱され、貯留タンク１０内の湯水を掻き乱さない程度にゆっくりと戻されると、貯留タンク１０内に貯留されている湯水が温度毎に層状に分かれる（温度成層）。従って、貯留タンク１０に設置された温度センサー１３ａ〜１３ｄの検知温度を調べることにより、貯留タンク１０内に所望の温度範囲に加熱された湯水がどれだけ貯留されているかを検知することができる。
Here, in general, when a liquid is stored in a tank, if the temperature difference between the liquids is equal to or greater than a predetermined threshold (about 10 ° C. in hot water), the liquid is divided into layers for each temperature. Therefore, the hot water passing through the exhaust heat recovery passage C is heated to a temperature higher than the threshold temperature with respect to the temperature of the hot water in the
排熱回収流路Ｃは、複数の配管を組み合わせて形成され、貯留流路１５と、迂回循環流路１６とを構成可能なものである。さらに詳細に説明すると、排熱回収流路Ｃは、貯留タンク１０の下部側接続部１２と発電ユニット２内の電池側熱交換器６とを繋ぐ加熱往き側流路２１と、電池側熱交換器６の出側と上部側接続部１１とを繋ぐ加熱戻り側流路２２とを有する。また、排熱回収流路Ｃは、加熱往き側流路２１および加熱戻り側流路２２の中間部分において両流路をバイパスするバイパス流路２３を有する。バイパス流路２３と加熱戻り側流路２２とは、加熱側三方弁（流路切替え弁）２８を介して接続されている。バイパス流路２３の末端側と加熱往き側流路２１とは例えばティ２７によって接続されている。
The exhaust heat recovery flow path C is formed by combining a plurality of pipes, and can constitute a
排熱回収循環回路７１内では、湯水は、図面時計方向回りに循環するので、ティ２７よりも貯留タンク１０側の流路を加熱往き上流側流路３１と称し、ティ２７よりも発電ユニット２側の流路を加熱往き下流側流路３２と称する。
加熱往き側流路２１は、貯留タンク１０の底部側から排出される湯水を燃料電池５の電池側熱交換器６に供給する流路である。
Since the hot water circulates clockwise in the drawing in the exhaust
The heating forward flow
加熱往き側流路２１の中途であって、ティ２７に対して湯水の流れ方向下流側、すなわち加熱往き下流側流路３２には、圧力センサー２４および温度センサー２６が設けられている。圧力センサー２４は、排熱回収流路Ｃを流れる湯水の給水圧を検知するために設けられており、温度センサー２６は、排熱回収流路Ｃ内を流れる湯水の温度を検知するために設けられている。温度センサー２６によって検知される湯水の温度は、発電ユニット２の燃料電池５側に導入される直前の湯水の温度である。
A
一方、加熱戻り側流路２２は、電池側熱交換器６を通過した湯水を貯留タンク１０の頂部側に戻す流路である。加熱戻り側流路２２の中途には、上記した加熱側三方弁２８が設けられている。
加熱側三方弁２８を構成する３つのポートのうちの２つは加熱戻り側流路２２に接続されており、残りのポートにはバイパス流路２３が接続されている。すなわち加熱側三方弁２８は、加熱戻り側流路２２のうち加熱側三方弁２８よりも貯留タンク１０側の流路（以下、必要に応じて加熱戻り下流側流路３５と称す）と、加熱側三方弁２８よりも発電ユニット２側の流路（以下、必要に応じて加熱戻り上流側流路３６と称す）と、バイパス流路２３とに接続されている。本実施形態では、加熱側三方弁２８が流路切替え弁として機能する。
On the other hand, the heating return
Two of the three ports constituting the heating side three-
加熱戻り側流路２２には主流路と後記する分岐路があり、加熱戻り側流路２２の主流路の加熱戻り上流側流路３６には暖房用熱交換器３７が接続され、さらに暖房用熱交換器３７の下流側に温度センサー３８が接続されている。本実施形態では、温度センサー３８は、貯留タンクに流入する液体の温度を検出する液体温度検出手段として機能する。
The heating
加熱戻り側流路２２には、分岐路として、前記した暖房用熱交換器３７、温度センサー３８及び加熱側三方弁（流路切替え弁）２８をバイパスする迂回分岐流路４０が設けられている。すなわち加熱戻り側流路２２の加熱戻り上流側流路３６であって暖房用熱交換器３７の上流側が分岐されて迂回分岐流路４０が設けられ、迂回分岐流路４０の末端は加熱戻り下流側流路３５にティ４１で接続されている。
迂回分岐流路４０は、燃料電池５側から湯水を暖房用熱交換器３７を通過させずに貯留タンク１０側に戻す流路である。迂回分岐流路４０には電磁弁４３が設けられている。
加熱戻り下流側流路３５であって迂回分岐流路４０の合流点（ティ４１）の下流側には貯留タンク１０側に向けて流れる湯水の温度を検知するための温度センサー４５が設けられている。
また加熱戻り側流路２２の発電ユニット２から迂回分岐流路４０の分岐点までの間にも温度センサー３４が設けられている。温度センサー３４は、発電ユニット２から排出された直後の湯水の温度を測定するものである。
In the heating return
The
A
A
排熱回収流路Ｃは、加熱戻り側流路の中途に設けられた加熱側三方弁（流路切替え弁）２８を調整することにより、貯留流路１５や迂回循環流路１６を構成することができる。さらに詳細に説明すると、加熱側三方弁２８を構成する３つのポートのうち加熱戻り側流路２２に接続された２つのポートを開状態とすると、図２にハッチングで示すように貯留タンク１０と発電ユニット２との間で湯水が循環可能な貯留流路１５を構成することができる。
また、加熱側三方弁２８を構成する３つのポートのうち加熱戻り上流側流路３６に接続されたポートと、バイパス流路２３に接続されたポートとを開くと、図３にハッチングで示すように貯留タンク１０を迂回して湯水が循環可能な迂回循環流路１６を形成できる。
The exhaust heat recovery flow path C constitutes the
Further, among the three ports constituting the heating side three-
暖房循環流路Ｄは排熱回収流路Ｃの外部にあり、二つの暖房端末５０，５１と後述する予備熱源５２との間で不凍液等の熱媒体を循環させるための流路である。
二つの暖房端末５０，５１の内、一方の暖房端末５０は、ファンコンベクタであり、高温の熱媒体を要求するものである。他方の暖房端末５１は、床暖房機器であり、低温の熱媒体を要求するものである。
暖房循環流路Ｄには予備熱源５２が接続されている。予備熱源５２はバーナ５３と熱交換器５５を有する。
各暖房端末５０，５１に熱媒体を供給する流路、すなわち高温熱媒体供給流路５７と低温熱媒体供給流路５８は、いずれも予備熱源５２の下流側が分岐されたものである。しかしながら高温熱媒体供給流路５７と低温熱媒体供給流路５８はそれぞれの暖房端末５０，５１が要求する熱媒体を取り出すために分岐部分が相違している。すなわち低温熱媒体供給流路５８は、予備熱源５２の熱交換器５５の下流が分岐されたものであるが、熱交換器５５に戻る戻り側配管６０の分岐配管６１が低温熱媒体供給流路５８に接続されている。そのため低温熱媒体供給流路５８から供給される熱媒体には低温の熱媒体が混入し、比較的温度が低いものとなる。
The heating circulation channel D is outside the exhaust heat recovery channel C, and is a channel for circulating a heat medium such as antifreeze liquid between the two
Of the two
A
The flow paths for supplying the heat medium to the
これに対して高温熱媒体供給流路５７は、予備熱源５２を出た熱媒体が直接的に流れ込む位置から分岐されたものであり、予備熱源５２を出た高温の熱媒体が流れる。
高温熱媒体供給流路５７と低温熱媒体供給流路５８の一端は、暖房端末５０，５１に接続される。暖房端末５０，５１からの戻り側流路は、暖房戻り側流路６２に集約され、予備熱源５２の上流側に接続されている。
On the other hand, the high-temperature heat
One ends of the high temperature heat
予備熱源５２の上流側には、暖房循環流路Ｄ内において熱媒体を循環させ、暖房端末５０，５１に熱媒体を送り込むための循環ポンプ６５が設けられている。暖房循環流路Ｄには、さらに上記した暖房用熱交換器３７の二次側流路が接続されている。暖房用熱交換器３７は、いわゆる液−液熱交換器と称されるものであり、暖房循環流路Ｄ内を循環する熱媒体を、加熱戻り側流路２２を流れる湯水との熱交換により加熱するために設けられたものである。
On the upstream side of the
暖房用熱交換器３７の二次側は、その入側と前記した予備熱源５２の下流側とが熱交上流側配管６６によって接続され、暖房用熱交換器３７の出側は、熱交下流側配管６７によって循環ポンプ６５の上流側に接続されている。
また熱交上流側配管６６と熱交下流側配管６７とは熱交バイパス配管６９によって短絡されている。
上記した熱交上流側配管６６には熱交上流側熱動弁６８が設けられ、熱交バイパス配管６９にはバイパス熱動弁７２が設けられている。
The secondary side of the
Further, the heat exchange
The heat exchange upstream piping 66 is provided with a heat exchange upstream
給湯・給水流路Ｈは、貯留タンク１０の上部側接続部１１に接続された給湯流路７３と、外部から給湯・給水流路Ｈ側や排熱回収流路Ｃ側に湯水を供給するための給水流路７４を備えている。
給湯・給水流路Ｈは、公知のものであるから、図示するに止め、詳細な説明を省略する。
The hot water supply / water supply flow path H is for supplying hot water from the hot water
Since the hot water supply / water supply flow path H is a known one, it is not shown in the figure and will not be described in detail.
コージェネレーションシステム１は、発電ユニット２側の制御手段（図示せず）と、貯留タンクユニット３の制御手段７５とを持ち、両者は相互に通信を行うことで連携してコージェネレーションシステム１の制御を行っている。貯留タンクユニット３は前記した様に制御手段７５によって動作が制御されている。制御手段７５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７５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燃料電池５、予備熱源５２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
続いて、本実施形態のコージェネレーションシステム１の動作について説明する。コージェネレーションシステム１は、貯留モード、給湯モード、暖房運転モード、暖機・迂回運転モード及び予熱供給運転モードを含む動作モード群から動作モードを選択して動作することができる。なお貯留運転の際には、貯留モードと暖機・迂回運転モードが実行される。
以下、順次説明する。
Then, operation | movement of the
Hereinafter, description will be made sequentially.
（貯留モード）
貯留モードは、循環ポンプ７を作動させることにより、排熱回収循環回路７１であって排熱回収流路Ｃの貯留流路１５内に水流を発生させ、発電ユニット２の動作に伴って発生する排熱（熱エネルギー）を回収して湯水を加熱し、この湯水を貯留タンク１０に貯留する動作モードである。
コージェネレーションシステム１が貯留モードで動作する場合、制御手段７５から発信される制御信号に基づき、加熱側三方弁（流路切替え弁）２８がバイパス流路２３に対して閉じ、加熱戻り上流側流路３６および加熱戻り下流側流路３５に対して開いた状態に調整する。
従って前記した図２にハッチンクで示した様な貯留流路１５が開く。
(Storage mode)
The storage mode is generated in accordance with the operation of the
When the
Therefore, the
上記したようにして加熱側三方弁（流路切替え弁）２８の開度調整をした状態で循環ポンプ７を作動させると図２のハッチングで示した貯留流路１５に湯水の循環流が発生する。さらに具体的には、コージェネレーションシステム１が貯留モードで動作する場合は、循環ポンプ７の作動に伴って貯留タンク１０の底部側に貯留されている低温の湯水が、下部側接続部１２から加熱往き側流路２１に吸い出され、発電ユニット２に供給される。これにより、貯留タンク１０から吸い出された湯水が発電ユニット２内の電池側熱交換器６に供給され、発電ユニット２の燃料電池５が冷却されると共に、発電ユニット２の作動に伴って発生した熱エネルギーが電池側熱交換器６に供給された湯水に吸収される。電池側熱交換器６において熱交換して加熱された湯水は、加熱戻り側流路２２を介して上部側接続部１１から貯留タンク１０内に戻される。これにより、貯留タンク１０内の湯水が徐々に加熱される。
When the
なお本実施形態では、加熱戻り側流路２２には、迂回分岐流路４０が設けられている。迂回分岐流路４０には電磁弁４３が設けられているが、電磁弁４３は、常時開の電磁弁であり、貯留モードに際しては開いている。そのため本実施形態では、図２に矢印で示すように貯留モードに際しては迂回分岐流路４０にも湯水が流れ、貯留タンク１０に至る。
貯留モードに際しては主流路たる暖房用熱交換器３７を通過する湯水と、分岐路たる迂回分岐流路４０を通過する湯水の双方が貯留タンク１０に至る。すなわち貯留モードにおいては、発電ユニット２から排出された湯水の全てが貯留タンク１０に流れ込む。
In the present embodiment, a
In the storage mode, both hot water passing through the
（給湯モード）
給湯モードは、上記した貯留モードによって貯留タンク１０内に貯留された高温の湯水を利用して給湯を行う動作モードであるが、公知の動作であるから詳細な説明を省略する。
(Hot water supply mode)
The hot water supply mode is an operation mode in which hot water is supplied using high-temperature hot water stored in the
（暖房運転モード）
暖房運転モードは、暖房循環流路Ｄ内の熱媒体を暖房用熱交換器３７において熱交換して加熱し、これを暖房端末５０，５１に供給する動作モードである。暖房運転モードが選択されると、図３にハッチングや矢印で示すように湯水や熱媒体の循環流が発生する。
(Heating operation mode)
The heating operation mode is an operation mode in which the heat medium in the heating circulation passage D is heated by exchanging heat in the
さらに具体的に説明すると、コージェネレーションシステム１が暖房運転モードで動作する場合、制御手段７５は、排熱回収流路Ｃの加熱戻り側流路２２の中途に設けられた加熱側三方弁（流路切替え弁）２８を構成する３つのポートのうち加熱戻り上流側流路３６に接続されたポートと、バイパス流路２３に接続されたポートとを開き、加熱戻り下流側流路３５を閉じ、図３にハッチングで示す様なバイパス流路２３を経由し、貯留タンク１０を迂回して湯水が循環可能な迂回循環流路１６を開く。
More specifically, when the
このようにして加熱側三方弁２８の開度調整を行った状態で循環ポンプ７を起動させると、図３にハッチングで示す流路（迂回循環流路１６）に、湯水の循環流が発生する。すなわち暖房用熱交換器３７の一次側を通過し、バイパス流路２３を経由し、発電ユニット２に戻る迂回循環流路１６に湯水の循環流が発生する。
When the
一方、本実施形態では、加熱戻り側流路２２に、迂回分岐流路４０が設けられており、迂回分岐流路４０には電磁弁４３が設けられているが、電磁弁４３は、常時開の電磁弁であり、暖房運転モードに際しても電磁弁４３は開いている。そのため本実施形態では、図３に矢印で示すように暖房運転モードに際しても迂回分岐流路４０に湯水が流れこむ。
迂回分岐流路４０は、前記したバイパス流路２３を迂回しているので、迂回分岐流路４０を流れた湯水は、加熱戻り下流側流路３５に入り、貯留タンク１０に至る。
ここで前記した貯留モードにおいては、発電ユニット２から排出された湯水の全てが貯留タンク１０に流れ込むのに対し、今回説明する暖房運転モードにおいては、主流路たる暖房用熱交換器３７を通過する流路を流れた湯水がバイパス流路２３を流れて貯留タンク１０を迂回し、補助的流路たる迂回分岐流路４０を流れた湯水だけが貯留タンク１０に流れ込む。
On the other hand, in the present embodiment, a
Since the
Here, in the storage mode described above, all the hot water discharged from the
暖房循環流路Ｄについて見ると、制御手段７５は、暖房循環流路Ｄに設けられた循環ポンプ６５を起動し、暖房循環流路Ｄに熱媒体の循環流を発生させる。その結果、暖房用熱交換器３７の二次側に熱媒体が流れる。前記した様に暖房用熱交換器３７の一次側には発電ユニット２で昇温された湯水が流れているから、暖房用熱交換器３７において排熱回収流路Ｃを循環する湯水が持つ熱エネルギーが熱交換によって暖房循環流路Ｄ側に放出され、暖房循環流路Ｄを循環する熱媒体が加熱される。暖房用熱交換器３７において熱交換し、加熱された熱媒体は、暖房端末５０，５１に供給され、暖房用の熱源として使用される。
また暖房循環流路Ｄを流れる熱媒体の温度が低下した場合は、予備熱源５２のバーナ５３に点火し、暖房循環流路Ｄを流れる熱媒体を昇温する。
Looking at the heating circulation flow path D, the control means 75 activates the
When the temperature of the heat medium flowing through the heating circulation channel D is lowered, the
排熱回収流路Ｃ側の説明に戻ると、暖房運転モードにおいては暖房用熱交換器３７を通過した湯水はバイパス流路２３を流れ、貯留タンク１０を迂回する。この様な流路を選択する理由は、貯留タンク１０内の温度成層を乱すことを防ぐためである。すなわち暖房運転モードにおいては暖房用熱交換器３７を通過した湯水は暖房循環流路Ｄに熱を奪われ、暖房用熱交換器３７を出た湯水は温度が低下している。そのためこの湯水を貯留タンク１０に戻すと低温の湯水を貯留タンクの上部から注入することとなり、高温の湯が滞留する部位に低温の湯水が混ざることとなる。そのため本実施形態では、暖房運転モードにおいては主たる流路（暖房用熱交換器３７を通過する流路）を流れる湯水をバイパス流路２３に流して貯留タンク１０を迂回させ、発電ユニット２側に戻すこととした。
ただし本実施形態では、燃料電池５の損傷を防止するために、迂回分岐流路４０を設け、一部の湯水だけは貯留タンク１０に流している。
Returning to the description of the exhaust heat recovery flow path C side, in the heating operation mode, the hot water passing through the
However, in the present embodiment, in order to prevent the
この様に一部の湯水を貯留タンク１０に流す構成を採用した理由は、次の通りである。 すなわちコージェネレーションシステム１側が暖房運転モードであっても、暖房端末５０，５１側の弁の開閉状況によっては、暖房用熱交換器３７で十分に熱交換が行われない場合がある。この様な場合には暖房用熱交換器３７の一次側から吐出された湯水の温度は、十分に低下していない。そのためこの湯水をそのまま発電ユニット２側に戻すと、燃料電池５を十分に冷却できない場合もある。
The reason for adopting such a configuration in which a part of hot water flows through the
そこで本実施形態では、一部の湯水を貯留タンク１０に供給し、貯留タンク１０から低温の湯水を流量だけ取り出すこととした。すなわち迂回分岐流路４０を通過する湯水を貯留タンク１０に流す。その結果、少流量ではあるが貯留タンク１０の底部側に貯留されている低温の湯水が、下部側接続部１２から加熱往き側流路２１に吸い出され、ティ２７の部位でバイパス流路２３を流れる湯水と混合される。そのためバイパス流路２３を流れる湯水に低温の湯水が混合され、全体の温度が低下する。
そのため発電ユニット２内の電池側熱交換器６に供給される湯水の温度が過度に高くなることがなく、燃料電池５を冷却することができ、燃料電池５を傷めない。
また迂回分岐流路４０を流れる湯水は、暖房用熱交換器３７を迂回しているから相当に高温であり、貯留タンク１０に導入しても温度成層を乱すことはない。
Therefore, in the present embodiment, a part of hot water is supplied to the
Therefore, the temperature of the hot water supplied to the battery-
The hot water flowing through the
（暖機・迂回運転モード）
暖機・迂回運転モードは、発電ユニット２の燃料電池５を運転して発熱させつつ、貯留タンク１０を迂回した流路に湯水を循環させる運転モードである。暖機・迂回運転モードは、排熱回収流路Ｃを流れる湯水の温度が低い場合に選択される運転モードであり、コージェネレーションシステムの運転初期の段階における暖機運転や、何らかの理由で排熱回収流路Ｃを流れる湯水の温度が低下した場合に実行される運転モードである。
コージェネレーションシステム１が暖機・迂回運転モードで動作する場合は、迂回循環流路１６に全ての湯水を流す。
(Warm-up / detour operation mode)
The warm-up / detour operation mode is an operation mode in which hot water is circulated through a flow path detouring the
When the
さらに具体的に説明すると、コージェネレーションシステム１が暖機・迂回運転モードで動作する場合、制御手段７５は、排熱回収流路Ｃの加熱戻り側流路２２の中途に設けられた加熱側三方弁２８を構成する３つのポートのうち加熱戻り上流側流路３６に接続されたポートと、バイパス流路２３に接続されたポートとを開き、加熱戻り下流側流路３５を閉じ、図３にハッチングで示す貯留タンク１０を迂回して湯水が循環可能な迂回循環流路１６を開く。
また暖機・迂回運転モードで動作させる場合には 加熱戻り側流路２２の迂回分岐流路４０を閉じる。すなわち常時開の電磁弁４３に通電し、電磁弁４３を閉じる。
More specifically, when the
When operating in the warm-up / bypass mode, the
上記したようにして加熱側三方弁２８や電磁弁４３を調整した状態で循環ポンプ７を作動させると、図３のハッチング部分だけに湯水の循環流が発生する。すなわち、コージェネレーションシステム１が暖機・迂回運転モードで動作する場合は、循環ポンプ７の作動に伴い、加熱戻り側流路２２を流れる湯水は、その全量がバイパス流路２３に流れ込み、そのまま全量が加熱往き側流路２１を介して発電ユニット２側に戻される。
すなわち電池側熱交換器６を出た湯水がそのまま電池側熱交換器６に戻り、循環する湯水が早期に昇温する。
When the
That is, the hot water discharged from the battery
本実施形態のコージェネレーションシステム１では、前記した貯留モードで運転中に、何らかの理由で排熱回収流路Ｃを流れる湯水の温度が低下すると、暖機・迂回運転モードに切り替わる。
具体的には、暖房用熱交換器３７の下流側に設けられた温度センサー（液体温度検出手段）３８を監視し、この検知温度が貯留に適しない湯温を検知すると、貯留モードから暖機・迂回運転モードに切り替わり、加熱側三方弁２８がバイパス流路２３に開いて貯留タンク１０を迂回した流路に湯水を循環させる。
In the
Specifically, a temperature sensor (liquid temperature detecting means) 38 provided on the downstream side of the
貯留モードから暖機・迂回運転モードに切替える際の基準となる温度は、例えば６０ーＣという様な一定の温度であってもよく、変数であってもよい。
貯留モードから暖機・迂回運転モードに切替える際の基準温度を決める要素として、貯留タンク１０内の温度成層を乱す温度であるか否かを考慮してもよい。すなわち貯留タンク１０内の温度成層を乱す程度に低い温度を温度センサー（液体温度検出手段）３８が検知すると、貯留モードから暖機・迂回運転モードに切り替わり、加熱側三方弁２８がバイパス流路２３に開いて貯留タンク１０を迂回した流路に湯水を循環させる。
The reference temperature when switching from the storage mode to the warm-up / bypass operation mode may be a constant temperature such as 60-C or may be a variable.
As a factor for determining the reference temperature when switching from the storage mode to the warm-up / bypass operation mode, it may be considered whether the temperature is disturbing the temperature stratification in the
あるいは現に貯留タンク１０内に貯留されている湯水の温度と、温度センサー（液体温度検出手段）３８が検知した新たに貯留タンクに流入する湯水の温度を比較し、温度センサー（液体温度検出手段）３８が検知した温度が貯留タンク１０内に貯留されている湯水の温度よりも低い場合に加熱側三方弁２８を切り換えてもよい。
すなわち、貯留モードによる動作は、温度センサー３８によって検知される湯水の温度（以下、必要に応じて入水温度Ｔｉと称す）が温度Ａ以上（Ｔｉ≧Ａ）であることを条件として実施されるが、貯留モードで動作することによって貯留タンク１０から排出される湯水の温度（以下、必要に応じて排出温度Ｔｏと称す）が入水温度Ｔｉよりも高いと、その分だけ熱エネルギーの損失が発生し、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が低下することとなる。
Alternatively, the temperature of the hot water actually stored in the
That is, the operation in the storage mode is performed on condition that the temperature of hot water detected by the temperature sensor 38 (hereinafter referred to as the incoming water temperature Ti as necessary) is equal to or higher than the temperature A (Ti ≧ A). When the temperature of hot water discharged from the
そこで温度センサ３８によって入水温度Ｔｉを検知すると共に、貯留タンク１０の底部側に取り付けられた温度センサ１３ａによって排出温度Ｔｏを検知し、入水温度Ｔｉと排出温度Ｔｏとの大小関係に基づいて動作モードを選択する方策も考えられる。
Accordingly, the water temperature Ti is detected by the
さらに詳細に説明すると、本実施形態のコージェネレーションシステム１が貯留モードで動作する場合は、貯留タンク１０の頂部側から湯水が導入されると共に、これと同量の湯水が貯留タンク１０の底部側から排出される。そのため、制御手段７５は、貯留タンク１０の底部側に取り付けられた温度センサ１３ａの検知温度に基づき、仮に貯留モードが選択され、加熱戻り側流路２２を流れる湯水を貯留タンク１０に流入させた場合に貯留タンク１０から排出されると想定される湯水の温度を検知し、これを排出温度Ｔｏとみなす。また、制御手段７５は、加熱戻り側流路２２とバイパス流路２３との分岐部（加熱側三方弁２８）の直前（湯水の流れ方向上流側）に取り付けられた温度センサ３８により湯水の温度を検知する。制御手段７５は、温度センサ３８の検知温度を、仮に貯留モードで動作させた場合に貯留タンク１０に流入すると想定される湯水の温度（入水温度Ｔｉ）とみなす。制御手段７５は、これらの検知温度に基づいて図５に示す制御フローに則り、貯留モードで動作させるべきか、暖機・迂回運転モードで動作させるべきかを判断し、コージェネレーションシステム１の動作を制御する。
図５は、図１に示すコージェネレーションシステムで湯を貯留する際における動作モードの切替え状況を示すフローチャートである。
More specifically, when the
FIG. 5 is a flowchart showing a switching state of operation modes when hot water is stored in the cogeneration system shown in FIG.
図５に示す制御フローについてさらに詳細に説明すると、制御手段７５は、先ずステップ１において温度センサ３８によって検知される入水温度Ｔｉが温度Ａ以上であるか否かを確認する。ここで、入水温度ＴｉがＡ未満である場合は、湯水の温度が低く、これを貯留タンク１０に貯留するよりもそのまま発電ユニット２側に戻し、発電ユニット２の冷却に使用することが望ましい。そこで、入水温度Ｔｉが温度Ａよりも低い場合は、制御フローがステップ４に進められ、動作モードとして暖機・迂回運転モードが選択される。暖機・迂回運転モードが選択されると、加熱側三方弁２８の開度調整等がなされ、図３にハッチングや矢印で示すように貯留タンク１０を迂回する迂回循環流路１６が構成され、湯水の循環流が形成される。
The control flow shown in FIG. 5 will be described in more detail. First, the control means 75 confirms whether or not the incoming water temperature Ti detected by the
一方、ステップ１において入水温度Ｔｉが温度Ａ以上である場合は、湯水の温度がある程度高く、貯留タンク１０内に貯留されている湯水の温度次第では、発電ユニット２側から貯留タンク１０側に向けて流れている湯水を貯留タンク１０に流入させることによって熱エネルギーを有効利用できる可能性がある。そこで、制御手段７５は、ステップ１において入水温度Ｔｉが温度Ａ以上であることを条件として制御フローをステップ２に進め、貯留モードを選択すべきか否かを判断する。
On the other hand, when the incoming water temperature Ti is equal to or higher than the temperature A in
すなわち、制御フローがステップ２に移行すると、制御手段７５は、貯留タンク１０の底部側に設けられた温度センサ１３ａの検知温度（排出温度Ｔｏ）と温度センサ３８によって検知される入水温度Ｔｉとを比較する。ここで、入水温度Ｔｉが排出温度Ｔｏより低い場合、加熱戻り側流路２２を流れる湯水を貯留タンク１０に流入させると、これよりも高温の湯水が貯留タンク１０から加熱往き側流路２１に排出されることとなり、熱エネルギーの損失が発生する。そのため、ステップ２において入水温度Ｔｉが排出温度Ｔｏよりも低い場合は、制御フローがステップ４に進められ、動作モードとして暖機・迂回運転モードが選択され、図３にハッチングや矢印で示すような湯水の循環流が形成される。
That is, when the control flow shifts to step 2, the control means 75 determines the detected temperature (discharge temperature To) of the
一方、ステップ２において入水温度Ｔｉが排出温度Ｔｏ以上である場合は、エネルギー効率の観点からすると、発電ユニット２において加熱され、加熱戻り側流路２２を流れる湯水を貯留タンク１０に貯留することが望ましい。そこで、ステップ２において入水温度Ｔｉが排出温度Ｔｏ以上であることを条件として制御フローがステップ３に進められ、動作モードとして貯留モードが選択される。貯留モードが選択されると、図２にハッチングで示すような貯留流路１５が構成され、湯水の循環流が形成される。これにより、発電ユニット２において熱交換加熱され加熱戻り側流路２２を流れる湯水が、貯留タンク１０の頂部から導入され、貯留される。
On the other hand, if the incoming water temperature Ti is equal to or higher than the discharge temperature To in
（予熱供給運転モード）
図４は、図１に示す配管系統図であって、予熱供給運転モードにおける湯水及び熱媒体の流れを示したものである。
予熱供給運転モードは、コージェネレーションシステム１の起動前の段階で実行される運転モードである。予熱供給運転モードは、燃料電池が冷えていて起動が容易でない場合に実行される。
(Preheating supply operation mode)
FIG. 4 is a piping system diagram shown in FIG. 1 and shows the flow of hot water and heat medium in the preheating supply operation mode.
The preheating supply operation mode is an operation mode executed at a stage before the
予熱供給運転モードは、暖房循環流路Ｄ内の予備熱源５２を起動し、暖房循環流路Ｄ内の熱媒体を昇温し、この熱を排熱回収流路Ｃ側に取り込んで燃料電池５側に循環させるモードである。
予熱供給運転モードにおける排熱回収流路Ｃ側の流路は、前記した暖機・迂回運転モードと同一である。すなわちコージェネレーションシステム１を予熱供給運転モードで運転する場合には貯留タンク１０を迂回した流路に湯水の全量を循環させる。
具体的には、コージェネレーションシステム１が予熱供給運転モードで動作する場合、制御手段７５は、排熱回収流路Ｃの加熱戻り側流路２２の中途に設けられた加熱側三方弁２８を構成する３つのポートのうち加熱戻り上流側流路３６に接続されたポートと、バイパス流路２３に接続されたポートとを開き、加熱戻り下流側流路３５を閉じ、図４にハッチングで示す様に、貯留タンク１０を迂回して湯水が循環可能な迂回循環流路１６を開く。
また予熱供給運転モードで動作させる場合には 加熱戻り側流路２２の迂回分岐流路４０を閉じる。すなわち常時開の電磁弁４３に通電し、電磁弁４３を閉じる。
このようにして加熱側三方弁２８および電磁弁４３の開度調整を行った状態で循環ポンプ７を起動させると、図３にハッチングで示す流路（迂回循環流路１６）に、湯水の循環流が発生する。すなわち暖房用熱交換器３７の一次側を通過し、バイパス流路２３を経由し、発電ユニット２に戻る迂回循環流路１６だけに湯水の循環流が発生する。
In the preheating supply operation mode, the
The flow path on the exhaust heat recovery flow path C side in the preheating supply operation mode is the same as the warm-up / detour operation mode described above. That is, when the
Specifically, when the
When operating in the preheat supply operation mode, the
When the
一方、暖房循環流路Ｄでは、予備熱源５２のバーナ５３に点火して暖房循環流路Ｄを流れる熱媒体を昇温すると共に、暖房用熱交換器３７の二次側に熱媒体を通過させる。
具体的には、図の様に熱交上流側配管６６の熱交上流側熱動弁６８を開き、熱交バイパス配管６９のバイパス熱動弁７２を閉じる。
この状態で暖房循環流路Ｄの循環ポンプ６５を起動する。
その結果、暖房循環流路Ｄでは、循環ポンプ６５から吐出された熱媒体は、予備熱源５２の熱交換器５５を通過して昇温し、熱交上流側配管６６を経て暖房用熱交換器３７の二次側を流れる。そして暖房用熱交換器３７の二次側を出た熱媒体は、戻り側配管６０を経由して循環ポンプ６５に戻る。
On the other hand, in the heating circulation channel D, the
Specifically, as shown in the figure, the heat exchange upstream side
In this state, the
As a result, in the heating circulation flow path D, the heat medium discharged from the
予熱供給運転モードでは、暖房用熱交換器３７の二次側を高温の熱媒体が通過し、暖房用熱交換器３７の一次側を低温の湯水が通過するので、暖房循環流路Ｄ側の熱が排熱回収流路Ｃ側に移動し、排熱回収流路Ｃの湯水が昇温される。そして昇温された湯水がバイパス流路２３を経て発電ユニット２に流れ込む。この状態では発電ユニット２側に流れる湯水は、その全量が暖房用熱交換器３７を通過したものであり、貯留タンク１０の冷水は混入していない。
そのため発電ユニット２の燃料電池５は適度に予熱され、起動可能な状態となる。
In the preheating supply operation mode, the high-temperature heat medium passes through the secondary side of the
Therefore, the
次に、本実施形態のコージェネレーションシステム１の特徴的な機能について説明する。本実施形態のコージェネレーションシステム１は、発電ユニット２と、貯留タンクユニット３との間を繋ぐ往復配管７０の誤接続を検知する機能を持つ。
すなわち本実施形態のコージェネレーションシステム１は、往復配管７０の誤接続があると、表示装置８０にその旨が表示される。
本実施形態のコージェネレーションシステム１では、試運転の際に往復配管が正規であるか逆であるかを判断する。
試運転であるか否かを制御装置が認識することは困難であるから、制御プログラムは、便宜上、電源を投入して最初に実行される貯留運転の際に往復配管７０が正規方向であるか逆であるかを判断する。
Next, characteristic functions of the
That is, in the
In the
Since it is difficult for the control device to recognize whether or not the test operation is being performed, for convenience, the control program determines whether the reciprocating
本実施形態のコージェネレーションシステム１では、往復配管７０が誤接続されると、加熱側三方弁（流路切替え弁）２８が頻繁に切り替わる現象が生じる。そこで本実施形態のコージェネレーションシステム１では、貯留運転の際、一定時間以内における加熱側三方弁（流路切替え弁）２８の切り替り回数をカウントし、この回数が所定回数を越えると往復配管７０が誤接続であると判断する。
次に、往復配管７０が誤接続された際に、加熱側三方弁（流路切替え弁）２８が頻繁に切り替わる理由を説明する。
In the
Next, the reason why the heating side three-way valve (flow path switching valve) 28 is frequently switched when the
本来、図１，２の様に、貯留タンクユニットの加熱往き側流路２１が発電ユニット２の入側に接続され、貯留タンクユニットの加熱戻り側流路２２が発電ユニット２の出側に接続されるべきであるが、この往復配管７０が誤って逆に接続されると貯留タンクユニット内の湯水の流れは図６，７の様になる。すなわち本来は、図面の時計方向に湯水が流れるが、往復配管７０が誤って逆に接続されると、半時計回りに湯水が流れる。
図６は、本実施形態のコージェネレーションシステムにおいて、往復配管７０を逆に接続し、貯留モードで動作させた場合の湯水の流れを示す配管系統図である。図７は、本実施形態のコージェネレーションシステムにおいて、往復配管７０を逆に接続し、暖機・迂回運転モードで動作させた場合の湯水の流れを示す配管系統図である。
Originally, as shown in FIGS. 1 and 2, the heating forward flow
FIG. 6 is a piping system diagram showing the flow of hot water when the reciprocating
図６，７の様に往復配管７０を逆に接続した状態で、コージェネレーションシステム１を試運転のために起動すると、最初に暖機・迂回運転モードで動作する。暖機・迂回運転モードにおいては、加熱側三方弁（流路切替え弁）２８は、３つのポートのうち加熱戻り上流側流路３６に接続されたポートと、バイパス流路２３に接続されたポートとを開き、加熱戻り下流側流路３５を閉じる。すなわち図６の様にバイパス流路２３を開いて貯留タンク１０を迂回する流路が開き、この流路に湯水が流れる。
When the
発電ユニット２の出側を出た湯水は、図面下側の加熱往き側流路２１に入り、バイパス流路２３を流れ、さらに加熱側三方弁（流路切替え弁）２８を経て加熱戻り上流側流路３６に入り、発電ユニット２の入側に戻る。
この様に発電ユニット２の出側を出た湯水は、滞りなく循環し、且つほとんど熱を奪われることがない。そのため上記した流路を流れる湯水の温度は次第に上昇する。そして暖房用熱交換器３７の下流側に設けられた温度センサー（液体温度検出手段）３８が、貯留に適する湯温を検知すると、運転モードが暖機・迂回運転モードから貯留モードに切り替わり、加熱側三方弁２８（流路切替え弁）が動作し、図７の様にバイパス流路２３を閉じ、貯留タンク１０に向かう流路が開かれる。
Hot water that has exited the output side of the
Thus, the hot water that has exited the exit side of the
そうすると発電ユニット２の出側を出た湯水は、貯留タンク１０の下部側接続部１２から貯留タンク１０に入り、余剰の湯水が貯留タンク１０の上部側接続部１１から加熱戻り側流路２２に押し出されることとなる。
すなわち発電ユニット２の出側を出た湯水は、図面下側の加熱往き側流路２１に入るがバイパス流路２３は他端側が閉じているから、湯水は図面上直進して貯留タンク１０の下部側接続部１２から貯留タンク１０に入る。そして導入された湯水と同じ量の湯水が貯留タンク１０の上部側接続部１１から押し出される。
Then, the hot water exiting the outlet side of the
That is, the hot water coming out of the output side of the
ここでコージェネレーションシステム１を既に長時間に渡って運転している場合には、貯留タンク１０の上部に高温の湯水が存在するが、試運転の段階では、貯留タンク１０内の水は全て低温である。
そのため冷水が貯留タンク１０の上部側接続部１１から押し出され、加熱戻り側流路２２に流れる。
Here, when the
Therefore, the cold water is pushed out from the upper
ここで加熱戻り側流路２２には、前記した様に温度センサー（液体温度検出手段）３８が取り付けられており、加熱戻り側流路２２を流れる湯水の温度が、貯留に適する高温であるか否かを監視している。
そのため貯留タンク１０から加熱戻り側流路２２に冷水が流れ込むと、温度センサー（液体温度検出手段）３８が低温を検知し、貯留モードから暖機・迂回運転モードに切り替わり、加熱側三方弁２８がバイパス流路２３に開いて貯留タンク１０を迂回した流路に湯水を循環させる。
すなわち再度図６に示した状態に戻る。そして発電ユニット２の出側を出た湯水は、図面下側の加熱往き側流路２１から再度バイパス流路２３を流れる流路を循環し、温度が上昇する。そして温度センサー（液体温度検出手段）３８が、貯留に適する湯温を検知すると、運転モードが暖機・迂回運転モードから貯留モードに再度切り替わる。こうして短い時間の間に、運転モードの切替えが頻繁に起こり、加熱側三方弁２８（流路切替え弁）が頻繁に動作する。
Here, as described above, the temperature sensor (liquid temperature detecting means) 38 is attached to the heating return
Therefore, when cold water flows from the
That is, the state again returns to the state shown in FIG. And the hot water which came out of the exit side of the electric
そこで本実施形態では、前記した様に、貯留運転の際、一定時間以内における加熱側三方弁（流路切替え弁）２８の切り替り回数をカウントし、この回数が所定回数を越えると往復配管７０に誤接続があると判断する構成を採用した。
Therefore, in the present embodiment, as described above, during the storage operation, the number of times of switching of the heating side three-way valve (flow path switching valve) 28 within a predetermined time is counted, and when this number exceeds a predetermined number, the reciprocating
次に上記した往復配管７０の誤接続を判断する際の制御の流れについて説明する。
図８は、本発明の実施形態における往復配管の誤接続を判断する制御のフローチャートである。
往復配管の誤接続の判断は、前記した様に貯留運転の試運転の際に実施される。
すなわちフローチャートのスタートでコージェネレーションシステム１に電源が投入され、最初に行われる貯留運転の際にのみ図８の制御が実行される。
コージェネレーションシステム１に電源が投入されると、ステップ１で発電ユニット２が起動される。続くステップ２では貯留タンクユニット３側が起動し、暖機・迂回運転モードで運転が開始される。
Next, the flow of control when determining the erroneous connection of the
FIG. 8 is a flowchart of control for determining erroneous connection of the reciprocating pipe in the embodiment of the present invention.
The determination of erroneous connection of the reciprocating pipe is performed during the trial operation of the storage operation as described above.
That is, at the start of the flowchart, the
When power is turned on to the
そして暖房用熱交換器３７の下流側に設けられた温度センサー（液体温度検出手段）３８を監視し、この温度が所定の高温となるのを待つ。なお往復配管７０の接続が正しい場合であっても誤りの場合であっても暖房用熱交換器３７の下流側に高温の湯水が流れる。したがって配管接続７０の正誤に係わらず温度センサー（液体温度検出手段）３８は高温を検知し、ステップ３はイエスとなってステップ４に移行する。
Then, a temperature sensor (liquid temperature detecting means) 38 provided on the downstream side of the
ステップ４では、運転モードが暖機・迂回運転モードから貯留モードに切り替わり、加熱側三方弁２８（流路切替え弁）が動作し、図７の様にバイパス流路２３を閉じ、貯留タンク１０の流路が開かれる。
続くステップ５では、一定時間のタイマが計時を開始する。タイマの設定時間は、例えば５分程度である。
そして続くステップ６では、温度センサー（液体温度検出手段）３８を確認し、この温度が低温であるか否かを判断する。すなわち貯留に不適な温度であるか否かを判断する。ここで往復配管７０の接続に誤りがなければ、加熱戻り側流路２２に低温の湯水が流れることがないから、ステップ１３へ移行し、以後ステップ６，１３の動作を繰り返す。そして往復配管７０の接続に誤りがなければ、そのまま一定時間が経過し、検査を終わる。
In
In the
In the
これに対してステップ６で、温度センサー（液体温度検出手段）３８の検知温度を確認したところ、これが低温であれば、ステップ７に移行し、貯留モードから暖機・迂回運転モードに切り替わり、加熱側三方弁２８がバイパス流路２３を開いて貯留タンク１０を迂回した流路に湯水を循環させる。
そして続くステップ８でカウンタを１加算する。さらにステップ９でそのカウンタ数を確認し、これが１０以上であるか否かを判断する。今回は、一回目のカウンタ加算であるから、カウンタ数は、１０未満であり、ステップ１０に移行してタイマの計時が終了したか否かを確認する。タイマの計時か終了していれば、所定時間内の加熱側三方弁２８（流路切替え弁）の動作回数が所定回数に達していないので、配管接続７０は正常であると判断し、検査を終わる。
On the other hand, when the detected temperature of the temperature sensor (liquid temperature detecting means) 38 is confirmed in
In the
時間が未経過であれば、ステップ１１に移行し、温度センサー（液体温度検出手段）３８を確認し、この温度が所定の高温であるか否かを確認する。高温でなければステップ１０に戻ってタイマの計時が終了したか否かを確認し、タイマの計時が終了するか、あるいは温度センサー（液体温度検出手段）３８が高温を検知するまで、ステップ１０，１１を繰り返す。
If the time has not elapsed, the process proceeds to step 11 where the temperature sensor (liquid temperature detection means) 38 is checked to check whether this temperature is a predetermined high temperature. If the temperature is not high, the flow returns to step 10 to check whether the timer has ended, and until the timer ends or until the temperature sensor (liquid temperature detecting means) 38 detects a high temperature,
もし温度センサー（液体温度検出手段）３８が高温を検知すればステップ１２に移行し、運転モードが暖機・迂回運転モードから貯留モードに切り替わり、加熱側三方弁２８（流路切替え弁）が動作し、図７の様にバイパス流路２３を閉じ、貯留タンク１０の流路が開かれる。
そしてステップ６に戻り、温度センサー（液体温度検出手段）３８を確認し、この温度が低温であるか否かを判断し、一定温度未満であれば、以下、ステップ７以降を繰り返す。
そして途中でタイマの計時が終了すれば配管接続７０は正常であると判断し、検査を終わる。タイマの計時が終了する前にカウンタが１０を数えると表示装置８０に異常表示を表示して検査を終える。
If the temperature sensor (liquid temperature detecting means) 38 detects a high temperature, the process proceeds to step 12, the operation mode is switched from the warm-up / detour operation mode to the storage mode, and the heating side three-way valve 28 (flow path switching valve) is operated. Then, as shown in FIG. 7, the
Then, returning to step 6, the temperature sensor (liquid temperature detecting means) 38 is confirmed, and it is determined whether or not this temperature is low. If it is below a certain temperature,
If the timer finishes on the way, it is determined that the
図８に示す実施形態では、貯留モードから暖機・迂回運転モードに切り替わる際の加熱側三方弁２８の動作回数をカウントして配管接続の正誤を判断したが、暖機・迂回運転モードから貯留モードに切り替わる際の加熱側三方弁２８の動作回数をカウントしてもよい。また双方の動作を合計してもよい。
In the embodiment shown in FIG. 8, the number of operations of the heating side three-
上記した実施形態では、流路切替え弁（加熱側三方弁２８）の切替え頻度だけに基づいて往復配管の正誤を判断したが、より正確を期すために他の要素を参酌してもよい。例えば、前記した予熱供給運転モードの実行中の暖房用熱交換器３７の前後の温度を測定し、この差が適正であるか否かを正誤判断の参考にする。
In the above-described embodiment, whether the reciprocating pipe is correct or not is determined based only on the switching frequency of the flow path switching valve (the heating side three-way valve 28), but other elements may be taken into account for more accuracy. For example, the temperature before and after the
具体的には、予熱供給運転モードで運転し、その時の暖房用熱交換器３７を挟んで暖房用熱交換器３７の上流側に設けられた温度センサー３４と、暖房用熱交換器３７の下流側に設けられた温度センサー（液体温度検出手段）３８の温度を比較する。
予熱供給運転モードは、暖房循環流路Ｄ内の予備熱源５２を起動し、暖房循環流路Ｄ内の熱媒体を昇温し、この熱を暖房用熱交換器３７で排熱回収流路Ｃ側に移動させて燃料電池５側に循環させるモードである。
Specifically, the operation is performed in the preheating supply operation mode, and the
In the preheating supply operation mode, the
したがって暖房用熱交換器３７の前後を見ると、暖房用熱交換器３７に入る湯水の温度よりも暖房用熱交換器３７から出る湯水の温度の方が高い。
ここで予熱供給運転モードにおける暖房用熱交換器３７近辺の湯水の流れは、本来、発電ユニット２側から貯留タンク１０側に向かって図面の時計方向に流れる。したがって図面左側の温度センサー３４の検知温度よりも右側の温度センサー（液体温度検出手段）３８の検知温度の方が高くなる。
しかし往復配管７０の接続方向を誤ると、湯水は逆に貯留タンク１０側から発電ユニット２側に流れる。そのため温度センサー３４，３８の検知温度は逆転し、発電ユニット２側の温度センサー３４の検知温度が、貯留タンク１０側の温度センサー３８の検知温度よりも高くなる。
Therefore, when the front and rear of the
Here, the flow of hot water in the vicinity of the
However, if the connection direction of the
したがって温度センサー３４の検知温度が、温度センサー３８の検知温度よりも高い状態が一定時間続けば往復配管７０の接続が間違っている可能性が高い。そのため予熱供給運転モードで運転した際に、温度センサー３４の検知温度が、温度センサー３８の検知温度よりも高い状態が一定時間続き、且つ貯留運転を行った際に流路切替え弁２８が頻繁に切り替わる現象が起きた場合に往復配管７０が誤接続であると判断する。
Therefore, if the temperature detected by the
さらに貯湯タンクユニット３から出入りする湯水の温度の高低が適正であるか否かを正誤の参考にしてもよい。すなわち貯留モード、暖房運転モード及び暖機・迂回運転モードにおける湯水の流れは、図１を基準として右回りであり、配管接続が正しければ、加熱戻り側流路２２に設けられた温度センサー３４の検知温度の方が、加熱往き側流路２１に設けられた温度センサー２６よりも高い温度を検知するはずである。
したがって逆に加熱往き側流路２１に設けられた温度センサー２６の検知温度の方が温度センサー３４の検知温度よりも高い状態が続けば、往復配管７０の接続が間違っている可能性が高い。そこで貯留モード等で運転した際に温度センサー２６の検知温度の方が温度センサー３４の検知温度よりも高い状態が続き、且つ貯留運転を行った際に流路切替え弁２８が頻繁に切り替わる現象が起きた場合に往復配管７０が誤接続であると判断する。
さらに上記した３条件がすべて揃ったことを条件として往復配管７０が誤接続であると判断してもよい。
Further, whether the temperature of hot water entering and exiting the hot water
Therefore, conversely, if the detected temperature of the
Furthermore, the reciprocating
以上説明した実施形態では、バイパス流路２３に三方弁を設けてバイパス流路２３を開閉したが、二方弁の組み合わせによってバイパス流路２３を開閉してもよい。この場合には、二方弁が流路切替え弁として機能する。
In the embodiment described above, the
１ コージェネレーションシステム
２ 発電ユニット
３ 貯留タンクユニット
５ 燃料電池
６ 電池側熱交換器
１０ 貯留タンク
１１ 上部側接続部
１２ 下部側接続部
１５ 貯留流路
１６ 迂回循環流路
２３ バイパス流路
２６ 温度センサー
２８ 加熱側三方弁（流路切替え弁）
３７ 暖房用熱交換器
３８ 温度センサー（液体温度検出手段）
４０ 迂回分岐流路
４３ 電磁弁
５０，５１ 暖房端末
５２ 予備熱源
７０ 往復配管
７１ 排熱回収循環回路
７５ 制御手段
Ｃ 排熱回収流路
Ｄ 暖房循環流路
DESCRIPTION OF
37 Heat exchanger for
40 Detour
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