JP5333847B2 - Cogeneration system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池を利用した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 using a fuel cell.
発電に伴う発熱を利用して給湯や暖房を行うコージェネレーションシステムが知られている。
コージェネレーションシステムには、発電所や工場で採用する大規模なものや、家庭で使用する小型のものがある。
わが国においては、家庭用の小型コージェネレーションシステムは、ガス給湯器に代わる装置として普及しつつある。
家庭用の小型コージェネレーションシステムとして実用化されているものに、ガスエンジンを主熱源機とするシステム(特許文献1)と、燃料電池を主熱源機とするシステム(特許文献2)がある。
Cogeneration systems that use hot water generated by power generation to supply hot water or heat are known.
Cogeneration systems include large ones used in power plants and factories and small ones used at home.
In Japan, small cogeneration systems for home use are becoming popular as an alternative to gas water heaters.
There are a system that uses a gas engine as a main heat source machine (Patent Document 1) and a system that uses a fuel cell as a main heat source machine (Patent Document 2) that have been put into practical use as a small cogeneration system for home use.
ガスエンジンを利用するコージェネレーションシステムは、ガスエンジンで発電機を駆動して電気を発生させ、ガスエンジンが発生する熱を利用して湯水を昇温し、当該湯水を給湯に使用するものである。
燃料電池を利用するシステムでは、水蒸気改質の余剰熱、オフガスの燃焼熱、及び燃料電池自身の発熱等を利用して湯水を昇温し、給湯に使用する。
A cogeneration system using a gas engine drives a generator with a gas engine to generate electricity, raises the temperature of hot water using the heat generated by the gas engine, and uses the hot water for hot water supply. .
In a system using a fuel cell, hot water is heated using surplus heat of steam reforming, off-gas combustion heat, heat generation of the fuel cell itself, etc., and used for hot water supply.
ここで一般家庭においては、電力が要求される時刻と、給湯が必要な時刻にずれがあり、いずれのコージェネレーションシステムにおいても、このずれを補うために、貯留タンクに湯を溜める構造が採用されている。即ち電力需要がある時にガスエンジンや燃料電池で発電し、この時に発生する熱で湯を作り、この湯を貯留タンクに溜置く。そして給湯需要があったときに、貯留タンクから湯を取り出して給湯に供する。 Here, in ordinary households, there is a difference between the time when power is required and the time when hot water supply is required, and in any cogeneration system, a structure in which hot water is stored in a storage tank is used to compensate for this difference. ing. That is, when there is a demand for electric power, power is generated by a gas engine or a fuel cell, hot water is made with the heat generated at this time, and the hot water is stored in a storage tank. And when there is demand for hot water supply, hot water is taken out from the storage tank and supplied for hot water supply.
また家庭用のコージェネレーションシステムでは、給湯の要求量が、貯留タンクに備蓄された湯量を越えた場合に備えて、補助熱源機が内蔵されている。
補助熱源機は、一般にガスバーナであり、緊急且つ大量の給湯要求に応えるため、主熱源機たる燃料電池等よりも、単位時間あたりの発生熱量が大きい。
Moreover, in the cogeneration system for home use, an auxiliary heat source machine is built in in preparation for the case where the required amount of hot water supply exceeds the amount of hot water stored in the storage tank.
The auxiliary heat source device is generally a gas burner, and generates more heat per unit time than a fuel cell as a main heat source device in order to meet an urgent and large amount of hot water supply demand.
ところで一般家庭における熱の需要は、給湯に限らず、風呂の追い焚きや床暖房等にも熱エネルギーが要求される。そのためガス給湯器には、風呂の追い焚きや床暖房器具等に熱を供給する機能を備えたものが多い。 By the way, the heat demand in general households is not limited to hot water supply, but also requires heat energy for bathing and floor heating. For this reason, many gas water heaters have a function of supplying heat to a reheating bath or a floor heater.
ここで前記した様に、わが国においては、家庭用の小型コージェネレーションシステムは、ガス給湯器に代わる装置として普及しつつあるので、家庭用のコージェネレーションシステムにも同様に、風呂の追い焚きや床暖房器具等に熱を供給する機能を付加させたいという市場の要求がある。 As described above, in Japan, small-sized cogeneration systems for home use are becoming popular as an alternative to gas water heaters. There is a market demand for adding a function of supplying heat to a heating appliance or the like.
この要求に対してガスエンジンを主熱源機として利用するシステムでは、図17の様に、暖房器具に熱媒体を送る流路に、熱交換器100を設け、この熱交換器の一次側に、ガスエンジン101の冷却水を通過させ、ガスエンジン101の冷却水と、暖房器具の熱媒体との間で直接的に熱交換を行う構成を採用して対処している。
また図17に示すシステムでは、本体102側にガスエンジン101の熱を移動させる熱交換器105があり、この熱交換器105を通過する流路に、補助熱源たるガスバーナ106と、暖房器具側に熱を移動させる熱交換器107、風呂追い焚き用の熱交換器108を設け、これらの熱交換器107,108によって暖房器具の昇温や、風呂の追い焚きを行っている。
そのためガスエンジン101を利用するシステムでは、補助熱源機たるガスバーナ106は、単に補助的な給湯機能だけを備えておれば足る。
In a system that uses a gas engine as a main heat source device in response to this requirement, as shown in FIG. 17, a
In the system shown in FIG. 17, there is a
Therefore, in the system using the
これに対して燃料電池を主熱源機として使用するシステムに、風呂の追い焚きや床暖房器具等に熱を供給する機能を付加させる場合には、補助熱源機たるガスバーナ106は、単に補助的な給湯機能だけでは足りず、補助熱源機自身に、風呂の追い焚き機能や、床暖房器具等に熱を供給する機能を持たせる必要がある。
On the other hand, when adding a function of supplying heat to a reheating bath or a floor heater to a system using a fuel cell as a main heat source unit, the
即ち燃料電池の特性上、ガスエンジン101を使用するコージェネレーションシステムの回路を燃料電池を使用するコージェネレーションシステムに転用することはできない。
この理由は、次の通りである。
That is, due to the characteristics of the fuel cell, the circuit of the cogeneration system using the
The reason for this is as follows.
即ち、前記したガスエンジンは、冷却水の温度や流量の適応幅が広い。そのためガスエンジン101側を流れる冷却水の量は、多少、多くても、少なくてもガスエンジンに不具合は生じない。またガスエンジン101側を流れる冷却水の温度は、多少、高くても、低くてもガスエンジン101に不具合は生じない。
That is, the above-described gas engine has a wide range of adaptation of the temperature and flow rate of the cooling water. Therefore, there is no problem with the gas engine even if the amount of cooling water flowing on the
これに対して燃料電池は、冷却水の温度や流量の適応幅が狭く、冷却水の量が増減したり、冷却水の温度が変化すると、燃料電池に不具合が起きるおそれがある。この不具合には、冷却水温度が上昇することによる発電装置2内の排熱回収ポンプ25の故障や、冷却水の流量が増加することによって燃料電池によって冷却水を所望温度まで上昇させることができない、などの不具合が含まれる。
そのため図17に示す様な、回路構成を採用することができない。即ち燃料電池を主熱源機として採用するコージェネレーションシステムでは、燃料電池から熱を奪う熱交換器105に対して直列的に負荷側の熱交換器107,108を接続することができない。
即ち図17の回路構成を燃料電池に採用すると、ガスバーナ106の点火・消火や、熱交換器107,108における熱交換の有無によって燃料電池を冷却する冷却水の温度が変化してしまう。
加えて、図17の回路構成の様に、暖房器具に熱媒体を送る流路に、熱交換器100を設け、この熱交換器の一次側に、燃料電池の冷却水を通過させる構成とすると、熱交換器100に熱媒体を流すか否かによって燃料電池を冷却する流路の流路抵抗が変化し、燃料電池を冷却する冷却水の流量が変化してしまう。
On the other hand, the fuel cell has a narrow adaptation range of the temperature and flow rate of the cooling water, and if the amount of the cooling water increases or decreases or the temperature of the cooling water changes, there is a possibility that the fuel cell may malfunction. This failure includes a failure of the exhaust
Therefore, the circuit configuration as shown in FIG. 17 cannot be adopted. That is, in a cogeneration system that employs a fuel cell as a main heat source machine, the load-
That is, when the circuit configuration of FIG. 17 is adopted in the fuel cell, the temperature of the cooling water for cooling the fuel cell changes depending on whether the
In addition, as in the circuit configuration of FIG. 17, when the
そのため、燃料電池を使用するシステムに、風呂の追い焚きや床暖房器具等に熱を供給する機能を付加させる場合には、図18の様に、補助熱源機に、風呂の追い焚きや、床暖房器具等に熱を供給するためのガスバーナ110を別途設ける必要がある。
Therefore, when adding a function for supplying heat to a bath reheating or floor heater to a system that uses a fuel cell, as shown in FIG. It is necessary to separately provide a
上記した様に、従来技術の燃料電池を使用するコージェネレーションシステムでは、風呂の追い焚きや床暖房器具等に熱を供給する機能を持たせるために、補助熱源機自身に、風呂の追い焚き機能や、床暖房器具等に熱を供給する機能を持たせていた。そのため従来技術の燃料電池を使用するコージェネレーションシステムは、部品点数が多く、製造コストが高いという不満があった。 As described above, in the cogeneration system that uses the fuel cell of the prior art, in order to have the function of reheating the bath and supplying heat to the floor heater, etc., the auxiliary heat source machine itself has the function of retreating the bath. And a function of supplying heat to floor heaters and the like. Therefore, the cogeneration system using the fuel cell of the prior art has been dissatisfied with a large number of parts and a high manufacturing cost.
そこで本発明は、従来技術の問題点に注目し、燃料電池を使用するコージェネレーションシステムであって、給湯の他に、風呂の追い焚きや床暖房器具等に熱を供給する機能を持ち、かつ従来に比べて部品点数が少ない構造を開発することを課題とする。 Therefore, the present invention focuses on the problems of the prior art, and is a cogeneration system that uses a fuel cell, and has a function of supplying heat to a reheating bath or a floor heater in addition to hot water supply, and It is an object to develop a structure having a smaller number of parts than conventional ones.
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、燃料電池及び当該燃料電池が発生する熱を回収する熱回収用熱交換器を有する主熱源機と、前記主熱源機よりも単位時間あたりの発熱量が大きい補助熱源機と、温度成層を形成した状態で内部に湯水を貯留する貯留タンクと、外部の機器に熱を供給する熱供給用熱交換器と、外部から水の供給を受ける入水口と、外部に湯水を排出する出湯口とを有し、これらを接続する配管と、弁及びポンプを有していて、前記弁を開閉することによって、前記熱回収用熱交換器と貯留タンクとを含んで環状に結ぶ排熱回収循環流路と、補助熱源機と熱供給用熱交換器とを含んで環状に結ぶ熱利用循環流路と、入水口から貯留タンクを経由して出湯口に繋がる給湯流路とを構成可能であり、且つ前記3流路は直接的に又は他の流路あるいは部材を介して相互に繋がっているコージェネレーションシステムにおいて、前記排熱回収循環流路と熱利用循環流路及び給湯流路に同時に通水可能であり、かつ前記3流路に同時に通水している状態の時には弁の開閉あるいは流路間の圧力バランスによって排熱回収循環流路と他の流路間の通水が実質的に遮断され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 1 for solving the above-described problem is a main heat source device having a fuel cell and a heat exchanger for heat recovery for recovering heat generated by the fuel cell, and a unit more than the main heat source device. Auxiliary heat source unit with a large calorific value per hour, a storage tank that stores hot water in a state where temperature stratification is formed, a heat exchanger for supplying heat to external devices, and water supply from the outside The heat recovery heat exchanger has a water inlet for receiving water, a hot water outlet for discharging hot water to the outside, a pipe for connecting them, a valve and a pump, and opens and closes the valve. And a waste heat recovery circulation path that is connected in a ring including the storage tank, a heat utilization circulation path that is connected in a ring including the auxiliary heat source unit and the heat exchanger for heat supply, and a storage tank from the water inlet. And a hot water supply channel connected to the hot water outlet, and In a cogeneration system in which the flow paths are connected to each other directly or via other flow paths or members, water can be simultaneously passed through the exhaust heat recovery circulation flow path, the heat utilization circulation flow path, and the hot water supply flow path. In addition, when the water flows through the three flow paths at the same time, water flow between the exhaust heat recovery circulation flow path and the other flow paths is substantially blocked by opening / closing of the valve or pressure balance between the flow paths. Is a cogeneration system characterized by
ここで、「外部の機器に熱を供給する熱供給用熱交換器」とは、床暖房機やファンコンベクタ等の暖房端末に熱を供給したり、風呂の追い焚きを行ったりするための熱交換器を指す。なお床暖房機は、比較的低温の熱媒体を循環させる暖房端末であり、ファンコンベクタは、比較的高温の熱媒体を循環させる暖房端末である。
補助熱源機は、ガスや石油を燃料とするバーナであることが望ましいが、電気ヒータであってもよい。
本発明のコージェネレーションシステムでは、弁を開閉することによって、前記熱回収用熱交換器と貯留タンクを含んで環状に結ぶ排熱回収循環流路と、補助熱源機と熱供給用熱交換器とを含んで環状に結ぶ熱利用循環流路と、入水口から貯留タンクを経由して出湯口に繋がる給湯流路とを構成可能である。
従って排熱回収循環流路を利用して燃料電池が発生する熱を貯留タンクに貯留することができる。
また熱利用循環流路を利用して暖房端末等に必要な熱を供給することができる。さらに給湯流路を利用して給湯を行うこともできる。
本発明のコージェネレーションシステムは、排熱回収循環流路と熱利用循環流路及び給湯流路に同時に通水可能であるから、燃料電池を起動しながら行う湯の貯留と、暖房端末等の使用と、給湯を同時に使用することができる。
さらに3流路に同時に通水している状態の時には弁の開閉あるいは流路間の圧力バランスによって排熱回収循環流路と他の流路間の通水が実質的に遮断されるから、暖房機器の利用や、給湯の実施があっても、それらが無い場合と比較して排熱回収循環流路を流れる湯水の量や温度は実質的に変化しない。
また本発明で採用する補助熱源機は、単に湯水を加熱する機能を持てば足るから、部品点数が少ない。
Here, “a heat exchanger for supplying heat to an external device” refers to heat for supplying heat to a heating terminal such as a floor heater or a fan convector, or for retreating a bath. Refers to an exchange. The floor heater is a heating terminal that circulates a relatively low-temperature heat medium, and the fan convector is a heating terminal that circulates a relatively high-temperature heat medium.
The auxiliary heat source machine is preferably a burner using gas or oil as fuel, but may be an electric heater.
In the cogeneration system of the present invention, by opening and closing the valve, the heat recovery heat exchanger and the exhaust heat recovery circulation flow path including the storage tank and connected in an annular shape, an auxiliary heat source device, and a heat supply heat exchanger, It is possible to constitute a heat-utilizing circulation channel that is connected in an annular shape including a hot water supply channel that is connected from the water inlet to the hot water outlet through the storage tank.
Therefore, the heat generated by the fuel cell can be stored in the storage tank using the exhaust heat recovery circulation channel.
Moreover, heat required for a heating terminal etc. can be supplied using a heat utilization circulation channel. Furthermore, hot water can be supplied using a hot water supply channel.
Since the cogeneration system of the present invention can simultaneously pass through the exhaust heat recovery circulation channel, the heat utilization circulation channel and the hot water supply channel, hot water storage performed while starting the fuel cell and use of a heating terminal, etc. And hot water can be used at the same time.
In addition, when water is flowing through the three channels at the same time, water flow between the exhaust heat recovery circulation channel and the other channels is substantially blocked by opening / closing of the valve or pressure balance between the channels. Even when equipment is used or hot water is supplied, the amount and temperature of hot water flowing through the exhaust heat recovery circulation channel are not substantially changed as compared with the case where there is no hot water supply.
In addition, the auxiliary heat source apparatus employed in the present invention has only a function of heating hot water, and thus has a small number of parts.
請求項2に記載の発明は、排熱回収循環流路と熱利用循環流路とは複数の短絡路で接続され、排熱回収循環流路と熱利用循環流路及び給湯流路に同時に通水する際に、前記複数の短絡路は一つの短絡路を除いて弁で閉止され、且つ排熱回収循環流路と熱利用循環流路はいずれも外部との通水が遮断された状態となる様に各弁が閉止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。 According to the second aspect of the present invention, the exhaust heat recovery circulation channel and the heat utilization circulation channel are connected by a plurality of short circuit paths, and are simultaneously passed through the exhaust heat recovery circulation channel, the heat utilization circulation channel, and the hot water supply channel. When water is supplied, the plurality of short-circuit paths are closed by a valve except for one short-circuit path, and the exhaust heat recovery circulation path and the heat-use circulation path are both in a state where water is not connected to the outside. The cogeneration system according to claim 1, wherein each valve is closed as follows.
本発明のコージェネレーションシステムでは、排熱回収循環流路と熱利用循環流路及び給湯流路に同時に通水する際に、排熱回収循環流路と熱利用循環流路はいずれも外部との通水が遮断された状態となる様に各弁が閉止される。本発明のコージェネレーションシステムでは、排熱回収循環流路と熱利用循環流路を結ぶ短絡路の一つが開いているが、前記した様に、排熱回収循環流路と熱利用循環流路はいずれも外部との通水が遮断された状態となるから、圧力バランスによって前記した短絡路に実質的な流れは生じない。そのため暖房端末の利用や、給湯の実施があっても、排熱回収循環流路を流れる湯水の量や温度は実質的に変化しない。 In the cogeneration system of the present invention, when water is simultaneously passed through the exhaust heat recovery circulation channel, the heat utilization circulation channel, and the hot water supply channel, the exhaust heat recovery circulation channel and the heat utilization circulation channel are both externally connected. Each valve is closed so that water flow is blocked. In the cogeneration system of the present invention, one of the short-circuit paths connecting the exhaust heat recovery circulation path and the heat utilization circulation path is open, but as described above, the exhaust heat recovery circulation path and the heat utilization circulation path are In any case, since the water flow to the outside is cut off, no substantial flow occurs in the short circuit due to the pressure balance. Therefore, even if a heating terminal is used or hot water is supplied, the amount and temperature of hot water flowing through the exhaust heat recovery circulation channel do not substantially change.
請求項3に記載の発明は、排熱回収循環流路の一部と熱利用循環流路の一部を接続する熱回収・熱利用第1短絡路と、排熱回収循環流路の他の一部と熱利用循環流路の他の一部を接続する熱回収・熱利用第2短絡路とを有し、前記熱回収・熱利用第1短絡路又は熱回収・熱利用第2短絡路への通水を断続する熱回収・熱利用開閉弁が設けられていることを特徴とする請求項2に記載のコージェネレーションシステムである。
According to a third aspect of the present invention, there is provided a heat recovery / heat utilization first short circuit that connects a part of the exhaust heat recovery circulation channel and a part of the heat utilization circulation channel, A heat recovery / heat utilization second short circuit connecting the part and another part of the heat utilization circulation channel, and the heat recovery / heat utilization first short circuit or the heat recovery / heat utilization second short circuit. The cogeneration system according to
本発明のコージェネレーションシステムについても、排熱回収循環流路と熱利用循環流路及び給水流路に同時に通水する際に、排熱回収循環流路と熱利用循環流路はいずれも外部との通水が遮断された状態となる様に各弁が閉止される。本発明のコージェネレーションシステムでは、排熱回収循環流路と熱利用循環流路の間に、熱回収・熱利用第1短絡路と、熱回収・熱利用第2短絡路が存在するが、二つの短絡路のいずれかに熱回収・熱利用開閉弁が設けられているから、当該開閉弁を閉じることによって、開通する流路が一つに限定される。
一方、前記した様に、排熱回収循環流路と熱利用循環流路はいずれも外部との通水が遮断された状態となるから、前記した短絡路に実質的な流れは生じない。そのため暖房端末の利用や、給湯の実施があっても、排熱回収循環流路を流れる湯水の量や温度は実質的に変化しない。
Also in the cogeneration system of the present invention, when the exhaust heat recovery circulation channel, the heat utilization circulation channel and the water supply channel are simultaneously passed through, the exhaust heat recovery circulation channel and the heat utilization circulation channel are both externally connected. Each valve is closed so that the water flow is blocked. In the cogeneration system of the present invention, the heat recovery / heat utilization first short circuit and the heat recovery / heat utilization second short circuit exist between the exhaust heat recovery circulation channel and the heat utilization circulation channel. Since one of the two short-circuit paths is provided with a heat recovery / heat utilization opening / closing valve, the number of opened flow paths is limited to one by closing the opening / closing valve.
On the other hand, as described above, since both the exhaust heat recovery circulation channel and the heat utilization circulation channel are in a state where water flow from the outside is blocked, no substantial flow occurs in the short circuit described above. Therefore, even if a heating terminal is used or hot water is supplied, the amount and temperature of hot water flowing through the exhaust heat recovery circulation channel do not substantially change.
請求項4に記載の発明は、排熱回収循環流路に水流を発生させる排熱回収ポンプと、熱利用循環流路に水流を発生させる熱循環ポンプとを有し、熱回収・熱利用第1短絡路は排熱回収ポンプの吐出側と熱循環ポンプの吸い込み側の間にあり、熱回収・熱利用第2短絡路は熱循環ポンプの吐出側と排熱回収ポンプの吸い込み側の間にあり、熱回収・熱利用開閉弁は熱回収・熱利用第2短絡路の通水を断続するものであることを特徴とする請求項3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 claim 4 includes a heat recovery pump that generates a water flow in the exhaust heat recovery circulation channel, and a heat circulation pump that generates a water flow in the heat utilization circulation channel. The first short circuit is between the discharge side of the exhaust heat recovery pump and the suction side of the heat circulation pump, and the second short circuit that uses heat recovery and heat is between the discharge side of the heat circulation pump and the suction side of the exhaust heat recovery pump. The cogeneration system according to claim 3, wherein the heat recovery / heat use opening / closing valve intermittently passes water through the heat recovery / heat use second short circuit.
本発明によると、排熱回収循環流路と熱利用循環流路及び給湯流路に同時に通水する際に、短絡路に実質的な流れは生じず、暖房端末の利用や、給湯の実施があっても、排熱回収循環流路を流れる湯水の量や温度は実質的に変化しない。 According to the present invention, when water is passed through the exhaust heat recovery circulation channel, the heat utilization circulation channel, and the hot water supply channel at the same time, there is no substantial flow in the short circuit, and the use of the heating terminal and the hot water supply can be performed. Even if it exists, the quantity and temperature of the hot water which flow through a waste heat recovery circulation channel do not change substantially.
請求項5に記載の発明は、熱回収・熱利用第1短絡路と、熱利用循環流路の一部と、熱回収・熱利用第2短絡路を含む流路によって、貯留タンクを経ずに熱回収用熱交換器の入水側と出水側を結ぶタンクバイパス循環流路が形成されることを特徴とする請求項3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である。 According to the fifth aspect of the present invention, the heat recovery / heat utilization first short circuit, a part of the heat utilization circulation flow path, and the flow path including the heat recovery / heat utilization second short circuit do not pass through the storage tank. The cogeneration system according to any one of claims 3 to 4, wherein a tank bypass circulation passage connecting the water inlet side and the water outlet side of the heat recovery heat exchanger is formed.
本発明では、熱回収・熱利用第1短絡路と、熱利用循環流路の一部と、熱回収・熱利用第2短絡路によって、タンクバイパス循環流路が形成される。タンクバイパス循環流路は、コージェネレーションシステムの起動初期に湯水を通過させる流路であり、暖機運転を行うために設けられた流路である。 In the present invention, a tank bypass circulation channel is formed by the heat recovery / heat utilization first short circuit, a part of the heat utilization circulation channel, and the heat recovery / heat utilization second short circuit. The tank bypass circulation passage is a passage through which hot water passes at the initial stage of activation of the cogeneration system, and is a passage provided for performing warm-up operation.
請求項6に記載の発明は、熱回収・熱利用開閉弁は3つの開口を有する三方弁であり、三方弁の開口の一つは熱回収・熱利用第2短絡路に接続され、残る二つの開口は排熱回収循環流路の中途に接続され、前記三方弁は、熱回収・熱利用第2短絡路と排熱回収循環流路内の一方との通水を許容して他の通水を遮断する状態と、熱回収・熱利用第2短絡路と排熱回収循環流路内の他の一方との通水を許容して他の通水を遮断する状態と、熱回収・熱利用第2短絡路の通水を遮断して排熱回収循環流路内の通水を許容する状態とを選択可能であ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である。
In the invention according to
本発明では、三方弁を操作することにより、通常運転と暖機運転の流路を切り換えることができる。 In the present invention, the flow path between the normal operation and the warm-up operation can be switched by operating the three-way valve.
請求項7に記載の発明は、熱利用循環流路における補助熱源機の下流側と給湯流路とを接続する熱利用・給湯短絡路と、補助熱源機の下流側と給湯流路間の通水を断続する熱利用・給湯路開閉弁を有し、補助熱源機によって加熱された湯水を給湯流路に流すことが可能であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか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 claim 7 is a heat utilization / hot water short-circuit path connecting the downstream side of the auxiliary heat source unit and the hot water supply channel in the heat utilization circulation channel, and a communication path between the downstream side of the auxiliary heat source unit and the hot water supply channel. The water use / hot water supply opening / closing valve for intermittently supplying water is provided, and hot water heated by the auxiliary heat source device can flow through the hot water supply flow path. 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、熱利用循環流路における補助熱源機の下流側と給湯流路とを接続する熱利用・給湯短絡路と、補助熱源機の下流側と給湯流路間の通水を断続する熱利用・給湯路開閉弁を有している。従って熱利用・給湯路開閉弁を開くことによって、補助熱源機によって昇温した湯水を給湯流路側に流すことができる。
また熱利用・給湯路開閉弁を閉じることによって、熱利用循環流路と給湯流路とを分離することができる。
In the cogeneration system of the present invention, the heat utilization / hot water short-circuit path connecting the downstream side of the auxiliary heat source unit and the hot water supply channel in the heat utilization circulation channel, and the water flow between the downstream side of the auxiliary heat source unit and the hot water channel. It has a heat utilization / hot water supply opening / closing valve that interrupts the operation. Therefore, the hot water heated by the auxiliary heat source device can be flowed to the hot water supply channel side by opening the heat utilization / hot water supply channel opening / closing valve.
Moreover, the heat utilization circulation channel and the hot water channel can be separated by closing the heat utilization / hot water channel opening / closing valve.
請求項8に記載の発明は、入水口と排熱回収循環流路とを結ぶ入水口・熱回収路短絡部と、入水口と排熱回収循環流路の通水を断続する入水口・熱回収路開閉弁を有することを特徴とする請求項2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である。
The invention described in
本発明では、入水口と排熱回収循環流路とが入水口・熱回収路短絡部で接続されている。また排熱回収循環流路には、補助熱源機が接続されている。そのため入水口・熱回収路開閉弁を操作して入水口と排熱回収循環流路の通水路を開くことによって、補助熱源機に水を供給することができる。 In the present invention, the water inlet and the exhaust heat recovery circulation channel are connected by the water inlet / heat recovery channel short-circuit portion. Further, an auxiliary heat source machine is connected to the exhaust heat recovery circulation channel. Therefore, water can be supplied to the auxiliary heat source device by operating the water inlet / heat recovery path opening / closing valve to open the water passage between the water inlet and the exhaust heat recovery circulation path.
請求項9に記載の発明は、入水口・熱回収路開閉弁は三方弁であり、入水口と排熱回収循環流路間の通水を許容して排熱回収循環流路内の通水を遮断する状態と、入水口と排熱回収循環流路間の通水を遮断して排熱回収循環流路内の通水を許容する状態とを選択可能であることを特徴とする請求項8に記載のコージェネレーションシステムである。 According to the ninth aspect of the present invention, the water inlet / heat recovery path opening / closing valve is a three-way valve, and allows water to flow between the water inlet and the exhaust heat recovery circulation flow path and allows water flow in the exhaust heat recovery circulation flow path. And a state in which water flow between the water inlet and the exhaust heat recovery circulation channel is blocked to allow water flow in the exhaust heat recovery circulation channel. 8. The cogeneration system according to 8.
本発明では、三方弁を切り換えることによって、入水口からの入水を補助熱源機で加熱する回路と、暖房機器等に熱を供給する回路を切り換えることができる。 In the present invention, by switching the three-way valve, it is possible to switch between a circuit that heats incoming water from the water inlet with an auxiliary heat source device and a circuit that supplies heat to a heating device or the like.
本発明のコージェネレーションシステムは、燃料電池を主熱源とするものでありながら、従来に比べて少ない部品点数で、給湯の他に、風呂の追い焚きや床暖房器具等に熱を供給する機能を持たせることができる効果がある。 Although the cogeneration system of the present invention uses a fuel cell as a main heat source, it has a function of supplying heat to a reheating bath or a floor heating appliance in addition to hot water supply with fewer parts than conventional ones. There is an effect that can be given.
以下さらに本発明の実施形態について説明する。なお各図において、矢印を付した弁はいずれも流量制御機能を備えている。各図において、1は本実施形態のコージェネレーションシステムである。コージェネレーションシステム1は、大別して発電装置(主熱源機)2と熱回収装置3とを組み合わせて構成されている。 Embodiments of the present invention will be further described below. In each figure, each valve with an arrow has a flow rate control function. In each figure, 1 is the cogeneration system of this embodiment. The cogeneration system 1 is roughly configured by combining a power generation device (main heat source machine) 2 and a heat recovery device 3.
発電装置2は、燃料電池によって構成されており、発電に伴って熱を発生する発熱部5と、発熱部5を冷却し、発電の際に発生した排熱を回収するための熱交換器(熱回収用熱交換器)6及び排熱回収ポンプ25を備えている。即ち、発電装置2は、外部に設けられた電力負荷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
熱回収装置3は、主要な部品として貯留タンク10、給湯装置(補助熱源機)31及び二つの熱供給用熱交換器38,42を備えている。
二つの熱供給用熱交換器は、具体的には熱器具用熱交換器38と風呂追い焚き用熱交換器42である。
またコージェネレーションシステム1は、発電装置2と熱回収装置3内の機器を結ぶ主要な流路として、排熱回収循環流路7(図2)と、熱利用循環流路8(図3)と、給湯流路9(図4)を構成可能であり、さらにこれらの流路を相互に連通する複数の短絡路が設けられている。以下、熱回収装置3を構成する主要機器について説明する。
The heat recovery device 3 includes a
The two heat supply heat exchangers are specifically a heat exchanger for
The cogeneration system 1 includes an exhaust heat recovery circulation channel 7 (FIG. 2) and a heat utilization circulation channel 8 (FIG. 3) as main channels connecting the
貯留タンク10は、湯水を貯留するためのタンクであり、その内部に温度成層を形成することができる。
貯留タンクは、密閉タンクであり、貯留タンク10の頂部に設けられた頂部接続部11a,11b、並びに、底部に設けられた底部接続部12a.12bに対して排熱回収循環流路7および給湯流路9を構成する配管を接続した構成とされている。なお、頂部接続部11a,11b及び底部接続部12a.12bは、本実施形態の様にそれぞれ2口設けられていることが推奨されるが、それぞれ1口であってもよい。
The
The storage tank is a closed tank, and
貯留タンク10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13a〜13dを取り付けた構成とされている。温度センサ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
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低温の湯水が排熱回収循環流路7に排出され、発電装置2の熱回収用熱交換器6を通過することによって熱交換・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されている。
In the cogeneration system 1 of the present embodiment, the low-temperature hot water taken out from the bottom of 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(湯水では摂氏約10度程度)以上であると、液体が温度毎に層状に分かれる。そのため、排熱回収循環流路7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。即ち温度成層を形成する。
従って、貯留タンク10に設置された温度センサ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 degrees Celsius for hot water), the liquid is divided into layers for each temperature. Therefore, the hot water passing through the exhaust heat recovery circulation channel 7 is heated to a temperature higher than the threshold temperature with respect to the temperature of the hot water in the
Therefore, it is possible to detect how much hot water heated to a desired temperature range is stored in the
給湯装置(補助熱源機)31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41と熱交換器43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。給湯装置31は、発電装置2の発熱部5よりも湯水の加熱能力が高い。給湯装置31は、貯留タンク10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い、熱利用循環流路8内を流れる湯水を加熱するものであり、補助的な熱源として機能する。給湯装置31は、流水検知センサ40により所定流量以上の通水が検知されることを作動条件の一つとしている。
The hot water supply device (auxiliary heat source machine) 31 includes a
熱供給用熱交換器38,42の一つは、熱器具用熱交換器38である。熱器具用熱交換器38は、二次側に後記する暖房循環流路70が接続され、暖房回路を流れる熱媒体を加熱するものである。
One of the heat exchangers for
風呂追い焚き用熱交換器42は、二次側に追い焚き循環流路71が接続され、風呂(浴槽)内の湯水の温度を昇温するものである。
The bath reheating
次にコージェネレーションシステム1の主要流路について説明する。
前記した様に、コージェネレーションシステム1は、主要な流路として、排熱回収循環流路7(図2)と、熱利用循環流路8(図3)と、給湯流路9(図4)を構成可能である。
排熱回収循環流路7は、図2に太線で示した流路であり、発電装置2内の排熱回収ポンプ25及び熱回収用熱交換器6と、熱回収装置3内の貯留タンク10を含んで環状に結ばれ、貯留タンク10と発電装置2との間で湯水が循環可能な流路である。
即ち排熱回収循環流路7は、貯留タンク10の底部接続部12aと発電装置2内の排熱回収ポンプ25及び熱回収用熱交換器6とを繋ぐ加熱往き側流路21と、熱回収用熱交換器6と貯留タンク10の頂部接続部11aとを繋ぐ加熱戻り側流路22とを有する。加熱戻り側流路22の中途には三方弁28が介在されている。
三方弁28は、開口a,開口b、開口cを持ち、2経路に流路切り換え可能なものである。即ち三方弁28は、開口aと開口bとが連通し、他の開口間が閉塞する状態と、開口cと開口aとが連通し、他の開口間が閉塞する状態とに切り換えることができる。
本実施形態では、三方弁28の開口aと開口bが、排熱回収循環流路7に接続されている。
他の開口には、後記する給水短絡路18が接続されている。
Next, main flow paths of the cogeneration system 1 will be described.
As described above, the cogeneration system 1 includes the exhaust heat recovery circulation passage 7 (FIG. 2), the heat utilization circulation passage 8 (FIG. 3), and the hot water supply passage 9 (FIG. 4) as main passages. Can be configured.
The exhaust heat recovery circulation channel 7 is a channel indicated by a thick line in FIG. 2, and the exhaust
That is, the exhaust heat recovery circulation flow path 7 includes a heating
The three-
In the present embodiment, the opening a and the opening b of the three-
A water supply
熱利用循環流路8は、図3に太線で示した流路であり、熱循環ポンプ15と、補助熱源機(給湯装置31)と熱供給用熱交換器(熱器具用熱交換器38と風呂追い焚き用熱交換器42)と三方弁26を含んでこの順に環状に結ぶ流路である。
本実施形態では、二つの熱供給用熱交換器(熱器具用熱交換器38と風呂追い焚き用熱交換器42)は並列に接続されている。二つの熱供給用熱交換器の下流側には、それぞれ開閉弁23,24が設けられている。開閉弁23,24はいずれも電磁弁である。
また熱供給用熱交換器38,42の下流側(正確には開閉弁24,23の下流側)と、熱循環ポンプ15の上流側の間には、三方弁(熱回収・熱利用開閉弁)26が設けられている。
The heat
In the present embodiment, two heat supply heat exchangers (a heat exchanger for
Further, a three-way valve (heat recovery / heat utilization opening / closing valve) is provided between the downstream side of the heat
三方弁26は、開口a,開口b、開口cを持ち、さらに3経路に流路切り換え可能なものである。即ち三方弁26は、開口aと開口bとが連通し、他の開口間が閉塞する状態と、開口bと開口cとが連通し、他の開口間が閉塞する状態と、開口cと開口aとが連通し、他の開口間が閉塞する状態に切り換えることができる。
本実施形態では、三方弁26の開口aが熱循環ポンプ15の吸い込み側に接続され、開口bが熱供給用熱交換器38,42の下流側に接続されている。
The three-
In the present embodiment, the opening a of the three-
給湯流路9は、図4に太線で示した流路であり、外部の給水源から入水口33に入り、貯留タンク10を経由して出湯口44に繋がる流路である。
給湯流路9は、入水口33から給水流路50を経由して貯留タンク10の下部に入り、貯留タンク10の頂部接続部11bから湯通路52を経て出湯口44に至る流路である。
順次説明すると、給水流路50は、外部の給水源から湯水を供給するための流路であり、末端部が貯留タンク10の底部側に設けられた底部接続部12bに接続されている。これにより、コージェネレーションシステム1は、外部から供給される低温の湯水を貯留タンク10の底部側から導入可能な構成とされている。
The hot
The hot water
If it demonstrates one by one, the water
給水流路50は、中途で給湯用給水流路50bが分岐されている。
給湯用給水流路50bは、湯通路52を流れる湯水に外部から供給される湯水を合流させるための流路である。給湯用給水流路50bの中途には、湯通路52側から入水口33側に向けて湯水が逆流するのを防止するための逆止弁57が設けられている。
In the
The hot water supply
給湯用給水流路50bは、逆止弁57よりも下流側の分岐部54において本流部53と支流部55とに分岐された構成とされている。本流部53は、湯水混合弁32を介して湯通路52に接続されている。そして湯水混合弁32の開度調整を行うことにより湯通路52に合流する湯水の量を調整し、出湯口44から出湯される湯の温度を調整する。また本実施形態では、湯通路52に開閉弁39が設けられている。
The hot
支流部55は、分岐部54よりも下流側の位置に電磁弁58を有する。電磁弁58は、非通電時に開いた状態となる弁であり、停電状態になって湯水混合弁32を開くことができなくなった際に貯留タンク10内の湯水がそのまま排出され、いわゆる高温出湯が起こるのを防止するために設けられたものである。
The
次に、前記した3系統の主要流路(排熱回収循環流路7、熱利用循環流路8、給湯流路9)を結ぶ短絡路について説明する。
排熱回収循環流路7と熱利用循環流路8とは二つの短絡路によって結ばれている。一つは、熱回収・熱利用第1短絡路35であり、排熱回収循環流路7の加熱戻り側流路22の一部であって、発電装置2と三方弁28の間が分岐され、熱利用循環流路8の熱循環ポンプ15の上流側に接続されている。
熱回収・熱利用第1短絡路35は排熱回収ポンプ25の吐出側と熱循環ポンプ15の吸い込み側の間にあるとも言える。
Next, a short circuit connecting the three main channels (exhaust heat recovery circulation channel 7, heat
The exhaust heat recovery circulation path 7 and the heat
It can be said that the heat recovery / heat utilization first
他の一つの短絡路は熱回収・熱利用第2短絡路17であり、三方弁26の開口cと、排熱回収循環流路7の加熱往き側流路21とを繋ぐものである。
詳細に説明すると、熱利用循環流路8は、熱循環ポンプ15の吐出側、給湯装置31、熱供給用熱交換器38,42、三方弁26の開口b、三方弁26の開口a、熱循環ポンプ15の吸い込み側をこの順に結ぶ流路であり、排熱回収循環流路7は、排熱回収ポンプ25の吐出側、熱回収用熱交換器6、三方弁28の開口a、三方弁28の開口b、貯留タンク10の頂部接続部11a、貯留タンク10の底部接続部12a、排熱回収ポンプ25の吸い込み側をこの順に結ぶ流路である。そして熱回収・熱利用第2短絡路17の一方の基端は三方弁26の開口cにあり、他方の基端は、貯留タンク10の底部接続部12aと排熱回収ポンプ25の吸い込み側の間にある。
熱回収・熱利用第2短絡路17は、熱循環ポンプ15の吐出側と排熱回収ポンプ25の吸い込み側の間にあるとも言える。
Another short circuit is the heat recovery / heat utilization second
More specifically, the heat
It can be said that the heat recovery / heat utilization second
なお本実施形態では、熱回収・熱利用第1短絡路35と、熱利用循環流路8の一部16と、熱回収・熱利用第2短絡路17によってタンクバイパス循環流路20の一部が形成される。
即ち排熱回収循環流路7に設けられた三方弁26を回動させて開口aと開口cを連通させ、熱回収・熱利用第2短絡路17を開いて、排熱回収循環流路7の排熱回収ポンプ25の上流側の領域と加熱戻り側流路22とを連通させると、タンクバイバス循環流路20(図5)を構成することができ、発電装置2から出た湯水を貯留タンク10を迂回して発電装置2に戻すタンクバイバス循環流路20を形成できる。
In this embodiment, the heat recovery / heat utilization first
That is, the three-
排熱回収循環流路7と給湯流路9は、給水短絡路18によって結ばれている。給水短絡路18は、給水流路50の一部と、排熱回収循環流路7の三方弁28の開口cに接続されている。なお給水短絡路18の中途には逆止弁37が設けられている。
また前記した様に排熱回収循環流路7は、熱回収・熱利用第1短絡路35を介して熱利用循環流路8に繋がっているから、給湯流路9は、給水短絡路18及び排熱回収循環流路7の一部を経由して熱利用循環流路8とも繋がっている。
前記した様に、給水流路50は、外部の給水源から湯水を供給するための流路であるから、外部から供給された冷水を給水短絡路18及び排熱回収循環流路7の一部を経由して熱利用循環流路8に流し込むことができ、外部から供給された冷水を熱利用循環流路8に設けられた給湯装置31で昇温することができる。
The exhaust heat recovery circulation channel 7 and the hot
Further, as described above, since the exhaust heat recovery circulation channel 7 is connected to the heat
As described above, since the
また熱利用循環流路8と給湯流路9は、高温湯短絡路19によって結ばれている。
そのため給湯装置31で昇温された湯水を給湯流路9に導入することができる。
即ち本実施形態では、熱利用循環流路8の給湯装置31の下流側に高温湯短絡路19が設けられ、高温湯短絡路19の末端が湯通路52に接続されている。また高温湯短絡路19には開閉弁34が設けられている。
Further, the heat
Therefore, the hot water heated by the hot
That is, in the present embodiment, the high temperature hot water
次に、熱供給用熱交換器(熱器具用熱交換器38と風呂追い焚き用熱交換器42)の二次側に接続された流路について簡単に説明する。
熱器具用熱交換器38の二次側には、前記した様に暖房器具63a,63bに熱媒体を供給する流路が接続されている。
熱媒体を供給する流路は、ファンコンベクタ等に高温の熱媒体を供給する高温熱媒体往き流路60と、床暖房器具等に低温の熱媒体を供給する低温熱媒体往き流路61と、両者から熱媒体が戻される熱媒戻り流路62を備えている。
Next, the flow path connected to the secondary side of the heat exchanger for heat supply (
As described above, the flow path for supplying the heat medium to the
The flow path for supplying the heat medium includes a high-temperature heat medium
熱媒戻り流路62から戻された熱媒体は、膨張タンク64を経て暖房用ポンプ65に入り、暖房用ポンプ65で加圧されて熱器具用熱交換器38の入り側に導入され、熱器具用熱交換器38で昇温されて高温熱媒体往き流路60に送り出される。
The heat medium returned from the heat medium
一方、暖房用ポンプ65の吐出側は分岐されて低温熱媒体往き流路61に接続されており、熱媒戻り流路62を流れる熱媒体の一部が、昇温されることなく床暖房器具63a等に供給される。
高温熱媒体往き流路60と低温熱媒体往き流路61の間にはバイパス流路72が設けれ、当該バイパス流路72には逆止弁73が介在されている。
低温熱媒体往き流路61と熱媒戻り流路62の間にもバイパス流路74が設けられている。
On the other hand, the discharge side of the
A
A
風呂追い焚き用熱交換器42の二次側は、追い焚き循環流路71が接続されている。追い焚き循環流路71には風呂ポンプ69が設けられている。
また追い焚き循環流路71と給湯流路9との間に落とし込み流路67が設けられている。落とし込み流路67には開閉弁68が設けられている。
A
Further, a
本実施形態のコージェネレーションシステム1は、制御手段80によって動作が制御されている。制御手段80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80は、各部に設けられたセンサ類の検知信号や、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、給湯装置31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 of this embodiment is controlled by the control means 80. The control means 80 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
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、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、貯留モード、給湯モード、暖房モード、並びに、迂回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。コージェネレーションシステム1は、貯留モードと給湯モードと暖房モードをそれそれ単独で実施することも、組み合わせて実施することも可能である。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。 Then, operation | movement of the cogeneration system 1 of this embodiment is demonstrated in detail, referring drawings. The cogeneration system 1 can operate by selecting an operation mode from an operation mode group including a storage mode, a hot water supply mode, a heating mode, and a detour mode. The cogeneration system 1 can perform the storage mode, the hot water supply mode, and the heating mode independently or in combination. Hereinafter, the operation of the cogeneration system 1 will be described for each operation mode.
(貯留モード)
貯留モードは、排熱回収ポンプ25を作動させることにより、図2に太線や矢印で示すように排熱回収循環流路7内に水流を発生させ、発電装置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。貯留モードは、加熱戻り側流路22を貯留タンク10側に向けて流れる湯水の温度が所定温度以上であることを条件として実施される動作モードである。
(Storage mode)
In the storage mode, the exhaust
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80から発信される制御信号に基づき、三方弁28が給水短絡路18に対して閉じ、加熱戻り側流路22を貯留タンク10の頂部接続部11aに対して開いた状態に調整する。
またもう一つの三方弁26は、開口aと開口bとが連通し、他の開口間が閉塞する状態とする。即ち熱利用循環流路8を開き、熱回収・熱利用第2短絡路17を閉じる状態に調節されている。
When the cogeneration system 1 operates in the storage mode, based on the control signal transmitted from the control means 80, the three-
The other three-
また、貯留モードを単独で動作する場合は、熱利用循環流路8の熱循環ポンプ15は停止しておく。
高温湯短絡路19に設けられた開閉弁34は閉じる。
Further, when the storage mode is operated alone, the
The on-off
上記したようにして三方弁28,26、開閉弁34の開度調整をした状態で排熱回収ポンプ25を作動させると、図2に矢印で示すような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、排熱回収ポンプ25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、底部接続部12aから加熱往き側流路21に吸い出され、発電装置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装置2内の熱回収用熱交換器6に供給され、発電装置2が冷却されると共に、発電装置2の作動に伴って発生した熱エネルギーが熱回収用熱交換器6に供給された湯水に吸収される。熱回収用熱交換器6において熱交換加熱された湯水は、加熱戻り側流路22を介して頂部接続部11a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 exhaust
なお本実施形態では、図2の様に排熱回収循環流路7は熱回収・熱利用第1短絡路35によって熱利用循環流路8と接続されているが、圧力バランスが機能しており、排熱回収循環流路7の湯水が、熱利用循環流路8に流れ込むことはない。言い換えると、熱回収・熱利用第1短絡路35に水流は起こらない。
即ち前記した様に、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80から発信される制御信号に基づき、三方弁28が給水短絡路18に対して閉じている。また高温湯短絡路19に設けられた開閉弁34についても閉じられている。そのため、熱利用循環流路8は、熱回収・熱利用第1短絡路35を除いて湯水の出入口がなく、排熱回収循環流路7に水流が生じて熱回収・熱利用第1短絡路35の、排熱回収循環流路7が高圧状態となっても、閉空間たる熱利用循環流路8は排熱回収循環流路7と同一の圧力となって湯水の流入を許さない。
そのため本実施形態では、熱回収・熱利用第1短絡路35に開閉弁は無いが、熱回収・熱利用第1短絡路35に通水は発生しない。なお本発明は、熱回収・熱利用第1短絡路35に開閉弁を設けることを排除するものではない。
In this embodiment, as shown in FIG. 2, the exhaust heat recovery circulation channel 7 is connected to the heat
That is, as described above, when the cogeneration system 1 operates in the storage mode, the three-
Therefore, in this embodiment, there is no on-off valve in the heat recovery / heat utilization first
前記した様に、貯留モードは、加熱戻り側流路22を貯留タンク10側に向けて流れる湯水の温度が所定温度以上であることを条件として実施される動作モードであるが、加熱戻り側流路22を流れる湯水の温度が低い場合には、貯留タンク10内の温度成層を壊すことを防ぐために、タンクバイパス循環流路20に湯水を通す。
As described above, the storage mode is an operation mode that is performed on the condition that the temperature of the hot water flowing through the heating
即ちコージェネレーションシステム1の運転初期は、発電装置2側から熱回収装置3に送られる湯の温度が低く、貯留するのに適さないから、図5に太線や矢印で示すように水流を発生させ、発電装置2で昇温した湯水をそのまま加熱往き側流路21を介して発電装置2側に戻す。
より具体的には、熱利用循環流路8に設けられた三方弁26を、開口aと開口cとが連通し、他の開口間が閉塞する状態とする。即ち熱回収・熱利用第2短絡路17を開き、熱利用循環流路8間の連通を阻止する。
また三方弁28は、給水短絡路18と加熱戻り側流路22の間が開き、貯留タンク10の頂部接続部11aに対して閉じた状態に調整する。
That is, in the initial operation of the cogeneration system 1, since the temperature of the hot water sent from the
More specifically, the three-
Further, the three-
その結果、発電装置2から加熱戻り側流路22、熱回収・熱利用第1短絡路35、熱利用循環流路8の一部16、三方弁26、熱回収・熱利用第2短絡路17、加熱往き側流路21を経て発電装置2に戻る一連の流路が開く。
また熱利用循環流路8を見ると、三方弁26が熱利用循環流路8間の連通を阻止しているので、給湯等が行われておらず開閉弁34が閉じているならば熱利用循環流路8は閉空間であり、熱利用循環流路8の他の部位に湯水が混入することはない。
なお排熱回収循環流路7の加熱戻り側流路22から、三方弁28に入り、さらに給水短絡路18を逆流する流路は、逆止弁37に阻まれて閉鎖されており、当該流路に水流は発生しない。
As a result, the heating return
Looking at the heat
The flow path that enters the three-
(タンク内の湯のみによる給湯モード)
タンク内の湯のみによる給湯モードは、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。コージェネレーションシステム1が給湯モードで動作する場合、図4に太線や矢印で示すように給湯流路9内に水流を発生させる。
(Water supply mode using only hot water in the tank)
The hot water supply mode using only hot water in the tank is an operation mode in which hot water is supplied using high-temperature hot water stored 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がタンク内の湯のみによる給湯モードで動作する場合、制御手段80は、高温湯短絡路19に設けられた開閉弁34を閉じ、熱利用循環流路8と給水流路50間の通水を遮断する。また電磁弁58は閉じた状態にする。
これにより、外部の給水源から供給される低温の湯水が給湯用給水流路50bの本流部53を介して所定量だけ給湯流路9に合流可能な状態となる。
More specifically, when the cogeneration system 1 operates in the hot water supply mode using only the hot water in the tank, the control means 80 closes the on-off
As a result, a low-temperature hot water supplied from an external water supply source can be joined to the hot
この状態で図示しないカランを開く等により、入水口33を介して外部から低温の湯水を導入すると、図4に太線や矢印で示すように、外部の給水源から供給された低温の湯水の一部が給水流路50を介して底部接続部12bから貯留タンク10内に流入する。これにより、貯留タンク10の頂部側に貯留されている高温の湯水が、頂部接続部11bを介して排出され、給湯流路9に流れ込む。即ち、入水口33から貯留タンク10の底部に湯水を導入すると、貯留タンク10の頂部側に溜まっている高温の湯水が頂部側に押し上げられ、湯通路52に押し出される。
In this state, when low temperature hot water is introduced from the outside through the
一方、外部の給水源から供給された低温の湯水の残部は、給湯用給水流路50bに流れ込み、本流部53を介して給湯流路9に導入される。この湯水は、貯留タンク10の頂部接続部11bから排出され、湯通路52を流れている湯水と湯水混合弁32で合流し、所望の温度の湯となる様に混合される。
そして所定の温度となった湯が、出湯口44から出湯される。
On the other hand, the remaining portion of the low-temperature hot water supplied from the external water supply source flows into the hot water supply
The hot water having a predetermined temperature is discharged from the
(暖房モード)
暖房モードは、給湯装置31を燃焼させて熱利用循環流路8内の湯水を昇温し、熱利用循環流路8内の湯水を熱器具用熱交換器38において熱交換加熱し、これを暖房端末63a,63bに供給する動作モードである。暖房モードが選択されると、図6に太線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 mode)
In the heating mode, the hot
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が暖房モードで動作する場合、制御手段80は、熱利用循環流路8に設けられた三方弁26を、開口aと開口bとが連通し、他の開口間が閉塞する状態とする。即ち熱利用循環流路8を開き、熱回収・熱利用第2短絡路17を閉じる状態に調節する。
もう一つの三方弁28については、いずれの姿勢にあっても構わない。
また暖房モードにおいては、熱器具用熱交換器38の下流側に設けられた開閉弁23を開き、風呂追い焚き用熱交換器42の下流側に設けられた開閉弁24は閉じ、高温湯短絡路19の開閉弁34も閉じる。
このようにして開度調整を行った状態で熱循環ポンプ15を起動させると、図6に太線や矢印で示すように給湯装置31及び熱器具用熱交換器38を通過する熱利用循環流路8に水流が生じる。そして給湯装置31に点火して、熱利用循環流路8を流れる湯水の温度を上昇させる。
その結果、熱器具用熱交換器38の一次側に高温の湯が流れ、二次側を流れる熱媒体を昇温する。
More specifically, when the cogeneration system 1 operates in the heating mode, the control means 80 communicates the three-
The other three-
In the heating mode, the on-off
When the
As a result, hot water flows on the primary side of the heat exchanger for
なお前記した様に、三方弁28の姿勢については問わず、三方弁28がいずれの姿勢であっても、熱利用循環流路8の外に湯水は流れ出すことはない。
即ち熱利用循環流路8から、熱回収・熱利用第1短絡路35を経て排熱回収循環流路7に至る流れは、排熱回収循環流路7が、閉空間であって湯水の出入りが無い故に生じない。
熱利用循環流路8から、熱回収・熱利用第1短絡路35を経て三方弁28に入り、さらに給水短絡路18を逆流する流路は、逆止弁37に阻まれて閉鎖される。
As described above, regardless of the posture of the three-
That is, the flow from the heat
The flow path that enters the three-
一方、制御手段80は、暖房器具63a,63bに熱媒体を供給する暖房側循環流路70内に設けられた暖房用ポンプ65を起動し、暖房側循環流路70内に熱媒体の循環流を発生させる。これにより、熱器具用熱交換器38において熱利用循環流路8を循環する湯水が持つ熱エネルギーが放出され、暖房側循環流路70を循環する湯水や熱媒体が熱交換加熱される。熱器具用熱交換器38において熱交換加熱された湯水や熱媒体は、暖房端末63a,63bに供給され、暖房用の熱源として使用される。
On the other hand, the control means 80 activates the
(追い焚きモード)
追い焚きモードにおける動作は、先に説明した暖房モードと略同一であるが、追い焚きモードにおいては、風呂追い焚き用熱交換器42の下流側に設けられた開閉弁24を開き、熱器具用熱交換器38の下流側に設けられた開閉弁23を閉じる。このようにして開度調整を行った状態で熱循環ポンプ15を起動させると、図7に太線や矢印で示すように追い焚き用熱交換器42を通過する熱利用循環流路8に水流が生じる。
(Chance mode)
The operation in the reheating mode is substantially the same as the heating mode described above. However, in the reheating mode, the on-off
また追い焚き循環流路71に設けられた風呂ポンプ69を起動し、追い焚き循環流路71内に熱媒体の循環流を発生させる。これにより、追い焚き用熱交換器42において熱利用循環流路8を循環する湯水が持つ熱エネルギーが放出され、追い焚き循環流路71を循環する湯水や熱媒体が熱交換加熱され、浴槽内の湯が昇温される。
Also, the
なお前記した暖房モードと追い焚きモードを同時に実行してもよい。暖房モードと追い焚きモードを同時に実行した場合における湯水の流れは、図8の通りである。 The heating mode and the reheating mode described above may be executed simultaneously. The flow of hot water when the heating mode and the reheating mode are executed simultaneously is as shown in FIG.
(貯留・給湯・暖房追い焚きモード)
本実施形態のコージェネレーションシステム1では、前記した主要モードを同時に行うことができる。即ち発電装置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に貯留する貯留モードと、タンク内の湯のみによって給湯を行う給湯モードと、暖房追い焚きモードとを同時に実行することができる。
即ち貯留モードにおける湯水の流れを示す図2と、給湯モードにおける湯水の流れを示す図4と、暖房追い焚きモードにおける湯水の流れを示す図3を重ね合わせて比較すると、3者の湯水の流れるルートに重なる部分がない。そのため排熱回収循環流路7と熱利用循環流路8及び給湯流路9に同時に通水可能であり、かつ前記3流路に同時に通水している状態の時には弁の開閉あるいは流路間の圧力バランスによって3流路間の通水が実質的に遮断される。
(Storage / hot water / heating mode)
In the cogeneration system 1 of this embodiment, the main modes described above can be performed simultaneously. That is, the waste heat (thermal energy) generated with the operation of the
That is, FIG. 2 showing the flow of hot water in the storage mode, FIG. 4 showing the flow of hot water in the hot water supply mode, and FIG. 3 showing the flow of hot water in the heating and reheating mode are overlapped and compared. There is no overlapping part of the route. Therefore, water can be simultaneously passed through the exhaust heat recovery circulation passage 7, the heat
より具体的に説明すると、主要モードを同時に行う場合には、制御手段80から発信される制御信号に基づき、三方弁28が給水短絡路18に対して閉じ、加熱戻り側流路22が貯留タンク10の頂部接続部11aに対して開いた状態に調整する。
またもう一つの三方弁26は、開口aと開口bとが連通し、他の開口間が閉塞する状態とする。即ち熱利用循環流路8を開き、給水短絡路18を閉じる状態に調節されている。
高温湯短絡路19に設けられた開閉弁34は閉じる。
More specifically, when the main mode is performed simultaneously, based on the control signal transmitted from the control means 80, the three-
The other three-
The on-off
上記したようにして三方弁28,26、開閉弁34の開度調整をした状態で排熱回収ポンプ25と熱循環ポンプ15を作動させる、さらにこの状態で図示しないカランを開く等により、入水口33を介して外部から低温の湯水を導入すると、図9に矢印で示す様に、排熱回収循環流路7と、熱利用循環流路8と、給湯流路9のそれぞれに湯水の流路が発生する。
そして各流路を流れる湯水は混ざることがない。
即ち前記した様に、排熱回収循環流路7と、熱利用循環流路8、給湯流路9は、熱回収・熱利用第1短絡路35と、熱回収・熱利用第2短絡路17と、給水短絡路18及び高温湯短絡路19によって接続されている。
より具体的には、排熱回収循環流路7、熱利用循環流路8との間が、熱回収・熱利用第1短絡路35と、熱回収・熱利用第2短絡路17によって接続されている。
排熱回収循環流路7と給湯流路9の間は、給水短絡路18によって接続されている。
熱利用循環流路8と給湯流路9の間は、高温湯短絡路19によって接続されている。
The exhaust
And hot water flowing through each flow path is not mixed.
That is, as described above, the exhaust heat recovery circulation channel 7, the heat
More specifically, the heat recovery / heat utilization first
The exhaust heat recovery circulation channel 7 and the hot
The heat
そして高温湯短絡路19には、開閉弁34が設けられている。主要モードを同時に行う場合、前記した開閉弁34は閉じられており、高温湯短絡路19が閉鎖されて熱利用循環流路8と給湯流路9の間は閉じられている。
また給水短絡路18の端部には、三方弁28の開口cがあるが、主要モードを同時に行う場合、前記した三方弁28の開口cは閉じられており、給水短絡路18が閉鎖されて排熱回収循環流路7と給湯流路9の間も閉じられている。
An open /
Moreover, although the opening c of the three-
排熱回収循環流路7と熱利用循環流路8との間に設けられた熱回収・熱利用第2短絡路17は、三方弁26の開口cに接続されているが、主要モードを同時に行う場合、前記した三方弁26の開口cは閉じられており、熱回収・熱利用第2短絡路17が閉鎖されて排熱回収循環流路7と熱利用循環流路8の一方の短絡路が閉じられている。
The heat recovery / heat utilization second
熱回収・熱利用第1短絡路35には開閉弁は存在しないが、熱回収・熱利用第1短絡路35は、主要モードを同時に行う場合において、熱回収・熱利用第2短絡路17が閉鎖されているので、排熱回収循環流路7と熱利用循環流路8とを接続する唯一の開通連通路であり、且つ排熱回収循環流路7についても、熱利用循環流路8についても、閉じられた空間であって、流路外への湯水に出口が無いから、熱回収・熱利用第1短絡路35についても圧力バランスによって湯水の流通は無い。そのため前記した様に、各流路を流れる湯水は混ざることがなく、他の流路の流れの有無によって、他の流路の流量変化や湯水の温度変化が起きない。
そのため貯留モードの実行中に他の運転モードを実行した場合と、しなかった場合とで、排熱回収循環流路7を流れる湯水の量や温度は変化せず、燃料電池を円滑に運転することができる範囲を外れることがない。
There is no on-off valve in the heat recovery / heat utilization first
Therefore, the amount and temperature of the hot water flowing through the exhaust heat recovery circulation passage 7 do not change depending on whether or not another operation mode is executed during the storage mode, and the fuel cell is operated smoothly. It will not be out of range.
本実施形態のコージェネレーションシステム1は、前記した運転モードの他に、60通り以上の運転モードで運転を行うことができる。
その中で、比較的重要な運転モードについて説明する。
The cogeneration system 1 of the present embodiment can be operated in 60 or more operation modes in addition to the operation modes described above.
Among them, a relatively important operation mode will be described.
(給湯装置・貯湯タンク併用給湯モード)
給湯装置・貯湯タンク併用給湯モードは、貯留タンク10の上部から高温の湯を押し出し、さらに当該湯を給湯装置で昇温して給湯に供する運転モードである。
給湯装置・貯湯タンク併用給湯モードは、貯留タンク10の湯の温度が低い場合に実行される運転モードである。
(Hot-water supply mode with hot water storage device and hot water storage tank)
The hot water supply apparatus / hot water storage tank combined hot water supply mode is an operation mode in which high-temperature hot water is pushed out from the upper part of the
The hot water supply apparatus / hot water tank combined hot water supply mode is an operation mode that is executed when the temperature of the hot water in the
コージェネレーションシステム1が給湯装置・貯湯タンク併用給湯モードで動作する場合、図10に太線や矢印で示すように熱利用循環流路8の一部と給湯流路9の一部内に水流を発生させる。
即ちコージェネレーションシステム1が給湯装置・貯湯タンク併用給湯モードで動作する場合、制御手段80から発信される制御信号に基づき、三方弁28が給水短絡路18に対して閉じ、加熱戻り側流路22を貯留タンク10の頂部接続部11aに対して開いた状態に調整する。
またもう一つの三方弁26については、いずれの姿勢にあっても構わない。
高温湯短絡路19に設けられた開閉弁34は開き、熱利用循環流路8と給水流路50間の通水を許容させる。電磁弁58は閉じる。
また熱器具用熱交換器38の下流側に設けられた開閉弁23及び風呂追い焚き用熱交換器42の下流側に設けられた開閉弁24は共に閉じる。
When the cogeneration system 1 operates in the hot water supply mode using the hot water supply apparatus and hot water storage tank, a water flow is generated in a part of the heat
That is, when the cogeneration system 1 operates in the hot water supply apparatus / hot water storage tank combined hot water supply mode, the three-
The other three-
The on-off
Further, the on-off
給湯装置・貯湯タンク併用給湯モードで動作する場合、発電装置2内の排熱回収ポンプ25は停止する。熱利用循環流路8の熱循環ポンプ15は運転する。
この状態で図示しないカランを開く等により、入水口33を介して外部から低温の湯水を導入すると、図10に太線や矢印で示すように、外部の給水源から供給された低温の湯水の一部が給水流路50を介して底部接続部12bから貯留タンク10内に流入する。これにより、貯留タンク10の頂部側に貯留されている高温の湯水が、頂部接続部11aから押し出される。ここで本実施形態では、熱利用循環流路8の熱循環ポンプ15が運転しているから、貯留タンク10からの湯は、頂部接続部11a側から押し出され、三方弁28の開口b、開口aを経由して加熱戻り側流路22の一部を逆流し、さらに熱回収・熱利用第1短絡路35を経て、熱利用循環流路8に入る。
そして熱利用循環流路8内で湯水が給湯装置31で加熱され、高温湯短絡路19を経て給湯流路9の下流側に流れ込む。即ち、入水口33から貯留タンク10の底部に湯水を導入すると、貯留タンク10の頂部側に溜まっている高温の湯水が頂部側に押し上げられ、熱利用循環流路8に流れ込み、湯水は、給湯装置31で加熱される。そして高温湯短絡路19に設けられた開閉弁34が開いているから、熱利用循環流路8で加熱された湯水は、湯水混合弁32の上流側に流れ込み、給湯流路9の下流側に入る。
When operating in the hot water supply apparatus / hot water storage tank combined hot water supply mode, the exhaust
In this state, when low temperature hot water is introduced from the outside through the
Then, hot water is heated in the heat
一方、外部の給水源から供給された低温の湯水の残部は、給湯用給水流路50bに流れ込み、本流部53を介して給湯流路9に導入される。この湯水は、熱利用循環流路8で加熱された湯水と湯水混合弁32で合流し、所望の温度の湯となる様に混合され、出湯口44から出湯される。
On the other hand, the remaining portion of the low-temperature hot water supplied from the external water supply source flows into the hot water supply
(給湯装置単独給湯モード)
給湯装置単独給湯モードは、貯留タンク10の湯水を全く使用せず、入水された水を給湯装置で昇温して給湯に供する運転モードである。
(Hot water supply unit single hot water supply mode)
The hot water supply unit hot water supply mode is an operation mode in which the hot water in the
コージェネレーションシステム1が給湯装置単独給湯モードで動作する場合、図11に太線や矢印で示すように熱利用循環流路8の一部と給湯流路9の一部内に水流を発生させる。
即ちコージェネレーションシステム1が給湯装置単独給湯モードで動作する場合、三方弁28が開口aと開口cを連通する様に調節する。即ち給水短絡路18と加熱戻り側流路22を連通させ、貯留タンク10の頂部接続部11aに至る流路を閉じる。
またもう一つの三方弁26については、熱利用循環流路8を閉じる姿勢に調節する。
高温湯短絡路19に設けられた開閉弁34は開き、熱利用循環流路8と給水流路50間の通水を許容させる。電磁弁58は閉じる。
熱器具用熱交換器38の下流側に設けられた開閉弁23及び風呂追い焚き用熱交換器42の下流側に設けられた開閉弁24は共に閉じる。
When the cogeneration system 1 operates in the hot water supply apparatus single hot water supply mode, a water flow is generated in a part of the heat
That is, when the cogeneration system 1 operates in the hot water supply device single hot water supply mode, the three-
Further, the other three-
The on-off
The on-off
給湯装置単独給湯モードで動作する場合、発電装置2内の排熱回収ポンプ25は停止する。熱利用循環流路8の熱循環ポンプ15も運転を停止する。
この状態で図示しないカランを開く等により、入水口33を介して外部から低温の湯水を導入すると、図11に太線や矢印で示すように、外部の給水源から供給された低温の湯水の一部が給水流路50から、給水短絡路18に入り、三方弁28の開口c、開口aを経由して加熱戻り側流路22の一部を逆流し、さらに熱回収・熱利用第1短絡路35を経て、熱利用循環流路8に入る。
そして熱循環ポンプ15を経由して給湯流路9に流れ込む。即ち、入水口33から冷水を導入すると、冷水が貯留タンク10を通過することなく熱利用循環流路8に流れ込み、当該冷水は、給湯装置31で加熱される。そして高温湯短絡路19に設けられた開閉弁34が開いているから、熱利用循環流路8で加熱された湯水は、給湯流路9に流れ込む。
When operating in the hot water supply unit hot water supply mode, the exhaust
In this state, when low temperature hot water is introduced from the outside through the
Then, it flows into the hot
一方、外部の給水源から供給された低温の湯水の残部は、給湯用給水流路50bに流れ込み、本流部53を介して給湯流路9に導入される。この湯水は、熱利用循環流路8で加熱された湯水と湯水混合弁32で合流し、所望の温度の湯となる様に混合され、出湯口44から出湯される。
On the other hand, the remaining portion of the low-temperature hot water supplied from the external water supply source flows into the hot water supply
(貯湯タンク熱利用の暖房・追い焚きモード)
貯湯タンク熱利用の暖房・追い焚きモードは、貯留タンク10の上部から高温の湯を押し出し、この湯を利用して暖房や追い焚きを行う運転モードである。
(Heating and reheating mode using hot water tank heat)
The heating / reheating mode using hot water storage tank heat is an operation mode in which hot water is pushed out from the upper part of the
コージェネレーションシステム1が貯湯タンク熱利用の暖房・追い焚きモードで動作する場合、図12に太線や矢印で示すように熱利用循環流路8内に水流を発生させる。
即ちコージェネレーションシステム1が貯湯タンク熱利用の暖房・追い焚きモードで動作する場合、三方弁28が開口bと開口aが連通する状態とする。即ち給水短絡路18に対して閉じ、加熱往き上流側流路21aを貯留タンク10の頂部接続部11aに対して開いた状態に三方弁28を調整する。
またもう一つの三方弁26は、開口cと開口bが連通する状態とする。
即ち熱器具用熱交換器38の下流側及び風呂追い焚き用熱交換器42の下流側と、熱回収・熱利用第2短絡路17とが連通する状態とする。
When the cogeneration system 1 operates in the heating / reheating mode using hot water storage tank heat, a water flow is generated in the heat
That is, when the cogeneration system 1 operates in the heating / reheating mode using hot water storage tank heat, the three-
The other three-
That is, the downstream side of the heat exchanger for
また熱器具用熱交換器38の下流側に設けられた開閉弁23及び風呂追い焚き用熱交換器42の下流側に設けられた開閉弁24は共に開く。
高温湯短絡路19に設けられた開閉弁34は閉じる。
The on-off
The on-off
また、貯湯タンク熱利用の暖房・追い焚きモードで動作する場合、発電装置2内の排熱回収ポンプ25は停止する。熱利用循環流路8の熱循環ポンプ15は運転する。給湯装置31は、燃焼させない。
その結果、熱循環ポンプ15、給湯装置31、熱器具用熱交換器38及び風呂追い焚き用熱交換器42、同開閉弁23,24、三方弁26の開口b,開口c、熱回収・熱利用第2短絡路17、貯留タンク10の底部接続部12a、貯留タンク10の頂部接続部11a,三方弁28の開口b,開口a、加熱戻り側流路22、熱回収・熱利用第1短絡路35、熱循環ポンプ15に至る一連の環状流路が開き、当該環状流路に水流が発生する。
Further, when operating in the heating / heating mode using hot water storage tank heat, the exhaust
As a result, the
そのため、貯留タンク10の頂部側に貯留されている高温の湯水が、頂部接続部11aから押し出され、熱器具用熱交換器38及び風呂追い焚き用熱交換器42を通過し、熱利用循環流路8を循環する湯水が持つ熱エネルギーが放出され、暖房側循環流路70等を循環する湯水や熱媒体が熱交換加熱される。熱器具用熱交換器38及び風呂追い焚き用熱交換器42において熱交換加熱された湯水や熱媒体は、暖房端末63a,63bや浴槽に供給され、熱源として使用される。
Therefore, hot hot water stored on the top side of the
(貯湯タンク再加熱モード)
貯湯タンク再加熱モードは、給湯装置31を利用して貯湯タンク10内の湯水の温度を昇温する運転モードである。
即ち貯湯タンク10内の湯水は、殺菌のために一定期間ごとに高温状態にすることが望ましい。貯湯タンク再加熱モードは、給湯装置31を利用して貯湯タンク10内の湯水の温度を相当の高温にし、内部を殺菌するものである。
(Hot water tank reheating mode)
The hot water tank reheating mode is an operation mode in which the temperature of hot water in the hot
That is, it is desirable that the hot water in the hot
コージェネレーションシステム1が貯湯タンク再加熱モードで動作する場合、図13に太線や矢印で示すように水流を発生させる。
即ちコージェネレーションシステム1が貯湯タンク再加熱モードで動作する場合、三方弁26は、開口aと開口cが連通する状態とする。
即ち熱循環ポンプ15の吸い込み側と、熱回収・熱利用第2短絡路17とが連通する状態とする。
もう一つの三方弁28については、いずれの姿勢にあっても構わない。
また熱器具用熱交換器38の下流側に設けられた開閉弁23及び風呂追い焚き用熱交換器42の下流側に設けられた開閉弁24は開閉いずれであっても構わない。
高温湯短絡路19に設けられた開閉弁34は開く。
When the cogeneration system 1 operates in the hot water tank reheating mode, a water flow is generated as shown by a thick line or an arrow in FIG.
That is, when the cogeneration system 1 operates in the hot water tank reheating mode, the three-
That is, the suction side of the
The other three-
The on-off
The on-off
また、貯湯タンク再加熱モードで動作する場合、発電装置2内の排熱回収ポンプ25は停止する。熱利用循環流路8の熱循環ポンプ15は運転する。給湯装置31は、燃焼させる。
その結果、熱循環ポンプ15、給湯装置31、高温湯短絡路19、開閉弁34、湯通路52、貯留タンク10の頂部接続部11b、貯留タンク10の底部接続部12a、加熱往き側流路21、熱回収・熱利用第2短絡路17、三方弁26の開口c,開口a、熱循環ポンプ15に至る一連の環状流路が開き、当該環状流路に水流が発生する。
Further, when operating in the hot water tank reheating mode, the exhaust
As a result, the
そのため、貯留タンク10の底側から、冷水が抜き出され、給湯装置31で加熱昇温されて、貯留タンク10に上方側から戻される。
その結果、貯留タンク10内が沸き上げられ、殺菌される。
Therefore, cold water is extracted from the bottom side of the
As a result, the inside of the
以上説明した実施形態では、給水短絡路18と熱回収・熱利用第2短絡路17にそれぞれ三方弁28,26を取り付けたが、本発明はこの構成に限定されるものではなく、それぞれの位置に二つづつ二方弁を設け、流路の切り換えを行ってもよい。
また、図14の様に給水短絡路18に設けた三方弁28を二方弁81に代え、さらに給水短絡路18を廃した構成にしても、貯留・給湯・暖房追い焚きモードによる運転は可能であり、且つ各流路を流れる湯水は混ざることがなく、他の流路の流れの有無によって、他の流路の流量変化や湯水の温度変化が起きない。
そのため貯留モードの実行中に他の運転モードを実行した場合と実行しなかった場合とで、排熱回収循環流路7を流れる湯水の量や温度は変化せず、燃料電池を円滑に運転することができる範囲を外れることがない。
In the embodiment described above, the three-
In addition, even when the three-
Therefore, the amount and temperature of the hot water flowing through the exhaust heat recovery circulation channel 7 do not change depending on whether or not another operation mode is executed during the storage mode, and the fuel cell is operated smoothly. It will not be out of range.
ただし、図14の様に二方弁81を採用すると、前記した給湯装置単独給湯モードによる運転ができなくなる弊害がある。
However, when the two-
同様に、図15の様に熱回収・熱利用第2短絡路17に設けた三方弁26を二方弁82に代えても、貯留・給湯・暖房追い焚きモードによる運転は可能であり、且つ各流路を流れる湯水は混ざることがなく、他の流路の流れの有無によって、他の流路の流量変化や湯水の温度変化が起きない。
そのため貯留モードの実行中に他の運転モードを実行した場合と実行しなかった場合とで、排熱回収循環流路7を流れる湯水の量や温度は変化せず、燃料電池を円滑に運転することができる範囲を外れることがない。
Similarly, even if the three-
Therefore, the amount and temperature of the hot water flowing through the exhaust heat recovery circulation channel 7 do not change depending on whether or not another operation mode is executed during the storage mode, and the fuel cell is operated smoothly. It will not be out of range.
ただし、図15の様に二方弁82を採用すると、前記した貯湯タンク熱利用の暖房・追い焚きモードによる運転ができなくなる弊害がある。
However, when the two-
前記した実施形態では、熱利用循環流路8に暖房機器用熱交換器と、風呂追い焚き用熱交換器を設けたが、いずれか一方だけを持つものであってもよい。また暖房機器に熱媒体を送る機能や、追い焚きをする機能を給湯装置に持たせることも考えられる。
図16は、追い焚き機能を給湯装置に持たせた例を示す作動原理図である。図16に示すコージェネレーションシステム1では、給湯装置31に追い焚き用の熱交換器45が搭載されており、当該熱交換器45に追い焚き循環流路71が接続されている。
In the above-described embodiment, the heat-
FIG. 16 is an operation principle diagram showing an example in which a water heater is provided with a reheating function. In the cogeneration system 1 shown in FIG. 16, a reheating
上記した各コージェネレーションシステム1は、燃料電池を使用するコージェネレーションシステムであって、給湯の他に、風呂の追い焚きや床暖房器具等に熱を供給する機能を持ち、かつ従来に比べて部品点数が少ない。 Each of the above-mentioned cogeneration systems 1 is a cogeneration system that uses a fuel cell, and has a function of supplying heat to a chasing of a bath, a floor heater, etc. in addition to hot water supply, and is a component compared to the conventional one. There are few points.
1 コージェネレーションシステム
2 発電装置(主熱源機)
3 熱回収装置
5 発熱部
6 熱交換器(熱回収用熱交換器)
7 排熱回収循環流路
8 熱利用循環流路
9 給湯流路
10 貯留タンク
11a,11b 頂部接続部
12a.12b 底部接続部
15 熱循環ポンプ
17 熱回収・熱利用第2短絡路
18 給水短絡路
19 高温湯短絡路
20 タンクバイパス循環流路
21 加熱往き側流路
22 加熱戻り側流路
23 開閉弁
24 開閉弁
25 排熱回収ポンプ
26 三方弁
28 三方弁
31 給湯装置(補助熱源機)
33 入水口
34 開閉弁
35 熱回収・熱利用第1短絡路
38 熱器具用熱交換器(熱供給用熱交換器)
41 バーナー
42 風呂追い焚き用熱交換器(熱供給用熱交換器)
44 出湯口
50 給水流路
52 湯通路
70 暖房循環流路
71 追い焚き循環流路
1
3
7 Waste heat recovery
33
41
44
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