JP5830698B2

JP5830698B2 - 熱電併給システム

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Publication number: JP5830698B2
Application number: JP2011051078A
Authority: JP
Inventors: 剛広丸山; 小林　晋; 晋小林; 安本　栄一; 栄一安本
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2011-03-09
Filing date: 2011-03-09
Publication date: 2015-12-09
Anticipated expiration: 2031-03-09
Also published as: JP2012189233A

Description

本発明は、熱と電気を供給する熱電併給システムに関し、特に、熱電併給システムの構造に関する。

燃料電池は、還元剤ガスが含有された燃料ガスと空気等の酸素が含有された酸化剤ガスとを電気化学反応させることにより、電力と熱とを同時に発生させるものである。また、ヒートポンプは、冷媒を圧縮して、加熱し、高温の冷媒と水とを熱交換することにより、水を加熱して需要者にお湯を提供するものである。

このような燃料電池とヒートポンプとを備えた熱電併給装置が知られている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。ここで、図５を参照しながら、特許文献１に開示されている熱電併給装置について説明する。

図５は、特許文献１に開示されている熱電併給装置の概略構成を示す模式図である。なお、図５においては、特許文献１に開示されている熱電併給装置を説明するために必要となる構成要素のみを抜粋して図示しており、その他の構成要素については図示を省略している。

図５に示すように、特許文献１に開示されている熱電併給装置は、燃料電池１１７と、改質器１１６と、第１熱交換器１１９と、圧縮機１２３と第２熱交換器１２４を有するヒートポンプ１２０と、第３熱交換器１２２と、貯湯槽１３１と、ポンプ１３２と、を備えている。そして、特許文献１に開示されている熱電併給装置では、燃料電池１１７から排出されたアノードオフガス及びカソードオフガスが、改質器１１６の加熱部に供給される。加熱部では、アノードオフガスとカソードオフガスを燃焼させ、排気ガスが発生する。発生した排気ガスは、配管１５２を介して外部に排出される。

加熱部で発生した排気ガスは、配管１５２を通流する間に、第１熱交換器１１９で配管１３４を通流する貯湯用水と熱交換し、ついで、第２熱交換器１２４で冷媒流路１２５を通流する冷媒と熱交換する。また、貯湯槽１３１に貯えられている貯湯用水は、配管１３４を通流する間に、第２熱交換器１２４で冷媒と熱交換し、第１熱交換器１１９で排ガスと熱交換して、加熱される。

このように、特許文献１に開示されている熱電併給装置では、燃料電池１１７（正確には、改質器１１６の加熱部）から排出された排ガスと、ヒートポンプ１２０の冷媒とが第３熱交換器１２２で熱交換するように構成されている。なお、このような構成は、特許文献２に開示されている給湯装置でも同様である。

特開２００９−１６８３４８号公報特許４３４６００６号

ところで、特許文献１及び特許文献２に開示されている熱電併給装置では、貯湯槽１３１や配管１３４が破損して、配管１３４内に貯湯用水がなくなったような場合、燃料電池１１７が発電運転中である場合には、燃料電池１１７は停止され、燃料電池１１７が停止中の場合には、燃料電池１１７の起動が禁止されると考えられる。

しかしながら、万一、燃料電池１１７が作動したような場合には、燃料電池１１７から排出される高温の排ガスは、第１熱交換器１１９で貯湯用水と熱交換を行うことができない。このため、高温の排ガスは、第３熱交換器１２２で冷媒流路１２５を通流する冷媒と熱交換することとなる。高温の排ガスと熱交換した冷媒は、過熱されて、冷媒流路１２５内の圧力が急激に上昇し、冷媒流路１２５を構成する配管が破損して、冷媒が漏洩するおそれがあった。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、発電装置の排熱を回収する熱媒体が通流する熱媒体流路が破損したような場合に、万一、発電装置が作動しても、ヒートポンプの冷媒が外部に漏洩することを防止することができる、熱電併給システムを提供することを目的とする。

上記従来の課題を解決するために、本発明に係る熱電併給システムは、直流電力を発電する発電装置と、前記発電装置から排出された排ガスが通流する排ガス流路と、冷媒を圧縮する圧縮機と前記冷媒が通流する冷媒流路を有するヒートポンプと、前記発電装置の排熱を回収する熱媒体が通流する熱媒体流路と、前記熱媒体流路と前記排ガス流路を跨ぐように設けられた第１熱交換器と、前記熱媒体流路と前記冷媒流路を跨ぐように設けられた第２熱交換器と、前記熱媒体流路と前記排ガス流路を跨ぐように設けられた第３熱交換器と、を備え、前記第１熱交換器、前記第２熱交換器、及び前記第３熱交換器は、前記熱媒体の通流方向に対して、この順で前記熱媒体流路に設けられている。

これにより、熱媒体流路が破損したような場合に、万一、発電装置が作動しても、ヒートポンプの冷媒が外部に漏洩することを防止することができる。

本発明の熱電併給システムによれば、発電装置の排熱を回収する熱媒体が通流する熱媒体流路が破損したような場合に、万一、発電装置が作動しても、ヒートポンプの冷媒が外部に漏洩することを防止することが可能となる。

図１は、本発明の実施の形態１に係る熱電併給システムの概略構成を示す模式図である。図２は、本実施の形態１における変形例１の熱電併給システムの概略構成を示す模式図である。図３は、本発明の実施の形態２に係る熱電併給システムの概略構成を示す模式図である。図４は、本発明の実施の形態３に係る熱電併給システムの概略構成を示す模式図である。図５は、特許文献１に開示されている熱電併給装置の概略構成を示す模式図である。

以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、全ての図面において、同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。また、全ての図面において、本発明を説明するために必要となる構成要素のみを抜粋して図示しており、その他の構成要素については図示を省略している。さらに、本発明は以下の実施の形態に限定されない。

（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係る熱電併給システムは、発電装置と、発電装置から排出された排ガスが通流する排ガス流路と、冷媒を圧縮する圧縮機と冷媒が通流する冷媒流路を有するヒートポンプと、発電装置の排熱を回収する熱媒体が通流する熱媒体流路と、熱媒体流路と排ガス流路を跨ぐように設けられた第１熱交換器と、熱媒体流路と冷媒流路を跨ぐように設けられた第２熱交換器と、熱媒体流路と排ガス流路を跨ぐように設けられた第３熱交換器と、を備え、第１熱交換器、第２熱交換器、及び第３熱交換器は、熱媒体の通流方向に対して、この順で熱媒体流路に設けられている態様を例示するものである。

［熱電併給システムの構成］
図１は、本発明の実施の形態１に係る熱電併給システムの概略構成を示す模式図である。

図１に示すように、本発明の実施の形態１に係る熱電併給システム１００は、発電装置１１と、排ガス流路３１と、圧縮機１と冷媒流路２を有するヒートポンプ１２と、熱媒体流路３２と、第１熱交換器１３と、第２熱交換器１４と、第３熱交換器１５と、を備えていて、第１熱交換器１３、第２熱交換器１４、及び第３熱交換器１５は、熱媒体の通流方向に対して、この順で熱媒体流路３２に設けられている。

発電装置１１は、直流電力を発電し、高温（例えば、数百℃）の排ガスを排出するように構成されている。発電装置１１としては、例えば、ガスタービン、ガスエンジン、蒸気タービン、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）、又は溶融炭素塩形燃料電池（ＭＣＦＣ）等を使用することができる。

発電装置１１には、排ガス流路３１が接続されている。排ガス流路３１は、発電装置１１から排出された高温の排ガスが通流するように構成されている。排ガス流路３１の途中には、排ガスの通流方向に対して、第３熱交換器１５及び第１熱交換器１３がこの順で設けられている。これにより、発電装置１１から排出された高温の排ガスは、第３熱交換器１５及び第１熱交換器１３で後述する熱媒体（水）と熱交換することにより、冷却されて（例えば、１５〜２５℃）、熱電併給システム１００外に排出される。

ヒートポンプ１２は、圧縮機１、第２熱交換器１４、膨張弁４、及び蒸発器（第４熱交換器）３が、冷媒流路２に、この順で設けられている。冷媒流路２には、Ｒ４１０Ａ、Ｒ１３４ａ等の冷媒が充填されている。冷媒流路２に充填されている冷媒としては、理論給湯ＣＯＰを大きくする観点から、ヒートポンプ１２の作動温度で、液相と気相の二相となるように構成されていることが好ましい。具体的には、例えば、各冷媒のモリエル曲線から設定されるヒートポンプ１２の作動温度（例えば、外気が５℃、第２熱交換器１４に供給されるときの温度が４０℃、第２熱交換器１４から排出されるときの温度が５０℃）で、高圧側で気液二相となる冷媒を冷媒流路２に充填する冷媒として用いることが好ましい。また、この場合、第２熱媒体１４を通流する冷媒の温度と圧力を適宜設定して、冷媒流路２に充填されている冷媒を気液二相とすることが好ましい。

ここで、ヒートポンプ１２の作動温度とは、冷媒流路２を通流する冷媒の温度をいう。冷媒の温度は、圧縮機１での冷媒の圧縮率や第２熱交換器１４での熱交換率等により任意に設定することができる。

これにより、圧縮機１で圧縮された高温の冷媒が、第２熱交換器１４で熱媒体と熱交換することにより、冷却されて、凝縮される。凝縮された冷媒（液体の冷媒）は、膨張弁４を通過することにより、圧力が低くなり、さらに温度が下がる。そして、液体状態の冷媒が蒸発器３を通過するときに、ヒートポンプ１２外部から熱を吸収し、気体となる。熱を吸収した冷媒は、再び圧縮機１で圧縮される。ヒートポンプ１２では、このようなサイクルが繰り返される。

熱媒体流路３２は、熱媒体（ここでは、水（市水））が通流するように構成されている。熱媒体流路３２の途中には、第１流量調整器（送出器）１６が設けられている。第１流量調整器１６は、熱媒体流路３２を通流する熱媒体の流量を調整することができればどのような構成であってもよい。第１流量調整器１６としては、流量調整弁単体やポンプ単体で構成されていてもよく、また、ポンプと流量調整弁との組合せで構成されていてもよい。

また、上述したように、熱媒体流路３２の途中には、第１熱交換器１３、第２熱交換器１４、及び第３熱交換器１５は、熱媒体の通流方向に対して、この順で設けられている。すなわち、第１熱交換器１３及び第３熱交換器１５は、排ガス流路３１と熱媒体流路３２を跨ぐように設けられている。また、第２熱交換器１４は、熱媒体流路３２と冷媒流路２を跨ぐように設けられている。

第１熱交換器１３及び第３熱交換器１５は、それぞれ、排ガス流路３１を通流する排ガスと、熱媒体流路３２を通流する熱媒体と、が熱交換するように構成されていれば、どのような構成であってもよい。第１熱交換器１３及び第３熱交換器１５としては、例えば、プレート式熱交換器等の各種の熱交換器を用いることができる。

また、第２熱交換器１４は、熱媒体流路３２を通流する熱媒体と、冷媒流路２を通流する冷媒と、が熱交換するように構成されていれば、どのような構成であってもよい。第２熱交換器１４としては、例えば、二重管式熱交換器等の各種の熱交換器を用いることができる。

これにより、熱媒体流路３２を通流する熱媒体は、第１熱交換器１３、第２熱交換器１４、及び第３熱交換器１５の順で加熱されて、床暖房や給湯機等の給湯機器（熱負荷）に供給される。このとき、第１流量調整器１６は、制御器２０の制御により、熱媒体が、所望の温度で給湯機器に供給されるように、熱媒体流路３２を通流する熱媒体の流量を調整する。

制御器２０は、熱電併給システム１００を構成する各機器を制御する機器であれば、どのような形態であってもよい。制御器２０は、マイクロプロセッサ、ＣＰＵ等に例示される演算処理部と、各制御動作を実行するためのプログラムを格納した、メモリ等から構成される記憶部を備えている。そして、制御器２０は、演算処理部が、記憶部に格納された所定の制御プログラムを読み出し、これを実行することにより、これらの情報を処理し、かつ、これらの制御を含む熱電併給システム１００に関する各種の制御を行う。

なお、制御器２０は、単独の制御器で構成される形態だけでなく、複数の制御器が協働して熱電併給システム１００の制御を実行する制御器群で構成される形態であっても構わない。また、制御器２０は、マイクロコントロールで構成されていてもよく、ＭＰＵ、ＰＬＣ(ＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＬｏｇｉｃＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ)、論理回路等によって構成されていてもよい。

［熱電併給システムの動作］
次に、本実施の形態１に係る熱電併給システム１００の動作について、図１を参照しながら説明する。

まず、制御器２０に発電装置１１の起動指令が入力されると、制御器２０は、発電装置１１に起動開始指令を出力する。なお、発電装置１１の起動指令としては、例えば、熱電併給システム１００の使用者が、図示されないリモコンを操作して、発電装置１１を起動させるように指示した場合や予め設定された発電装置１１の運転開始時刻になった場合等が挙げられる。また、制御器２０に給湯機器へのお湯の供給指令が入力されると、制御器２０は、ヒートポンプ１２に起動開始指令を出力し、第１流量調整器１６を作動させる。

発電装置１１が起動し、発電運転が行われると、発電装置１１から高温の排出ガスが排ガス流路３１に排出される。また、ヒートポンプ１２が起動し、冷媒流路２内を冷媒が通流する。さらに、第１流量調整器１６が作動することにより、熱媒体流路３２内を熱媒体が通流する。

なお、ヒートポンプ１２では、圧縮機１が冷媒を圧縮して、冷媒の温度を上昇させる。高温の冷媒は、冷媒流路２を通流して、第２熱交換器１４に供給される。第２熱交換器１４に供給された冷媒は、排ガス流路３１を通流する熱媒体を加熱した後、膨張弁４で減圧されて膨張し、蒸発器３に供給される。蒸発器３に供給された熱媒体は、ヒートポンプ１２外の空気から吸熱して、再び圧縮機１により圧縮される。

熱媒体流路３２を通流する熱媒体は、第１熱交換器１３、第２熱交換器１４、及び第３熱交換器１５の順で、加熱される。具体的には、熱媒体流路３２を通流する熱媒体は、第１熱交換器１３で、発電装置１１から排ガス流路３１に排出された排ガスと熱交換し、加熱される。第１熱交換器１３で加熱された熱媒体は、熱媒体流路３２を通流して、第２熱交換器１４に供給される。

第２熱交換器１４に供給された熱媒体は、冷媒流路２を通流する高温の冷媒と熱交換して、さらに加熱される。第２熱交換器１４で加熱された熱媒体は、熱媒体流路３２を通流して、第３熱交換器１５に供給される。第３熱交換器１５では、発電装置１１から排ガス流路３１に排出された高温の排ガスと熱交換し、加熱される。そして、第３熱交換器１５で加熱された熱媒体は、熱媒体流路３２を通流して、給湯機器に供給される。

なお、例えば、発電装置１１が直流発電出力５ｋＷ（熱回収量が３．２ｋＷ）の固体酸化物形燃料電池であり、ヒートポンプ１２の出力が３．２ｋＷのヒートポンプである場合、約３５℃で熱媒体流路３２に供給された熱媒体（水）は、第１熱交換器１３で約４０℃にまで加熱される。約４０℃に加熱された熱媒体は、第２熱交換器１４で約５０℃にまで加熱される。そして、約５０℃に加熱された熱媒体は、第３熱交換器１５で約５５℃にまで加熱される。

ところで、上述したように、図５に示す特許文献１に開示されている熱電併給装置では、貯湯槽１３１や配管１３４が破損して、配管１３４内に貯湯用水がなくなったような場合に、燃料電池１１７が作動すると、高温の排ガスは、第１熱交換器１１９で貯湯用水と熱交換することができない。このため、第３熱交換器１２２で、ヒートポンプ１２０の冷媒と熱交換することにより、冷媒が過熱されて、冷媒流路１２５を構成する配管が破損し、冷媒が漏洩するおそれがあった。

また、特許文献１に開示されている熱電併給装置では、ポンプ１３２が故障したような場合、配管１３４内を貯湯用水が通流されなくなる。このため、燃料電池１１７から排出された高温の排ガスは、第１熱交換器１１９で、ほとんど熱を奪われることなく、第３熱交換器１２２に供給される。そして、第３熱交換器１２２では、熱を奪われなかった高温の排ガスが、ヒートポンプ１２０の冷媒と熱交換することにより、冷媒が過熱されて、冷媒流路１２５を構成する配管が破損し、冷媒が漏洩するおそれがあった。

しかしながら、本実施の形態１に係る熱電併給システム１００では、発電装置１１から排出された排ガスは、ヒートポンプ１２の冷媒と熱交換を行わない。このため、冷媒が過熱されることがなく、冷媒流路２を構成する配管を破損することがない。

したがって、本実施の形態１に係る熱電併給システム１００では、熱媒体流路３２が破損したような場合に、万一、発電装置１１が作動しても、ヒートポンプ１２の冷媒が外部に漏洩することを防止することができる。

［変形例１］
次に、本実施の形態１における変形例１の熱電併給システムについて説明する。

本実施の形態１における変形例１の熱電併給システムは、発電装置が、固体酸化物形燃料電池である態様を例示するものである。

図２は、本実施の形態１における変形例１の熱電併給システムの概略構成を示す模式図である。

図２に示すように、本変形例１の熱電併給システム１００は、実施の形態１に係る熱電併給システム１００と基本的構成は同じであるが、発電装置１１が、固体酸化物形燃料電池１１Ａ、水素生成装置１１Ｂ、及び酸化剤ガス供給器１１Ｃで構成されている点が異なる。

水素生成装置１１Ｂは、固体酸化物形燃料電池１１Ａに燃料ガス（水素ガス）をその流量を調整しながら供給することができれば、どのような構成であってもよい。水素生成装置１１Ｂは、改質器を有している。改質器には、原料供給器が接続されていて（それぞれ、図示せず）、原料が供給される。原料としては、例えば、メタンを主成分とする天然ガス、ＬＰガス、又はバイオガス等を用いることができる。

また、改質器には、水供給路３３の下流端が接続されている。水供給路３３の上流端は、排ガス流路３１の第１熱交換器１３より下流側に接続されている。また、水供給路３３の途中には、第２流量調整器１８が設けられている。第２流量調整器１８は、水供給路３３を通流する水の流量を調整することができればどのような構成であってもよい。第２流量調整器１８としては、流量調整弁単体やポンプ単体で構成されていてもよく、また、ポンプと流量調整弁との組合せで構成されていてもよい。なお、本変形例１においては、水蒸気改質を用いているが、これに限定されず、部分酸化改質（ＣＨ_４＋１／２Ｏ_２→ＣＯ＋２Ｈ_２）を用いてもよい。この場合には、改質器へ水を供給する必要はない。

ここで、排ガス流路３１を通流する排ガス中の水蒸気が、第１熱交換器１３及び第３熱交換器１５で冷却されて、凝縮して水になる。そして、凝縮した水が、水供給路３３を通流して、改質器に供給されて、水蒸気改質反応に用いられる。なお、水供給路３３には、水供給路３３を通流する水を浄化するためのイオン交換樹脂等が充填された浄化器を設けてもよい。

さらに、改質器は、改質触媒を有している。改質触媒としては、例えば、水蒸気改質反応を用いる場合には、原料と水蒸気とから水素含有ガスを発生させる水蒸気改質反応を触媒することができれば、どの様な物質を使用してもよく、例えば、アルミナ等の触媒担体にルテニウム（Ｒｕ）を担持させたルテニウム系触媒や同様の触媒担体にニッケル（Ｎｉ）を担持させたニッケル系触媒等を使用することができる。

そして、改質器では、供給された原料と水との改質反応により、水素含有ガスが生成される。生成された水素含有ガスは、燃料ガスとして、燃料ガス供給流路３４を通流して、固体酸化物形燃料電池１１Ａに供給される。

酸化剤ガス供給器１１Ｃは、酸化剤ガス供給流路３５を介して、固体酸化物形燃料電池１１Ａに接続されている。酸化剤ガス供給器１１Ｃは、酸化剤ガス（空気）をその流量を調整しながら供給することができれば、どのような構成であってもよい。酸化剤ガス供給器１１Ｃとしては、例えば、ファンやブロワ等のファン類で構成されていてもよい。

固体酸化物形燃料電池１１Ａは、アノードとカソードを有している（いずれも図示せず）。固体酸化物形燃料電池１１Ａでは、水素生成装置１１Ｂから供給された燃料ガスが、燃料アノードに供給される。また、酸化剤ガス供給器１１Ｃから供給された酸化剤ガスが、酸カソードに供給される。そして、アノードに供給された燃料ガスとカソードに供給された酸化剤ガスとが、反応して電気と熱が発生する。

そして、固体酸化物形燃料電池１１Ａで使用されなかった燃料ガス及び酸化剤ガスの少なくとも一方のガス（本変形例１においては、両方のガス）が、排ガスとして、排ガス流路３１に排出される。排ガス流路３１に排出された排ガスは、第３熱交換器１５に流入する前に、燃焼されて、熱が発生し、燃焼排ガスが生成される。そして、生成された燃焼排ガスが、排ガス流路３１を通流して、熱電併給システム１００外に排出される。なお、本変形例１では、固体酸化物形燃料電池１１Ａで使用されなかった燃料ガス（以下、オフ燃料ガス）及び酸化剤ガス（以下、オフ酸化剤ガス）の両方のガスを排ガス流路３１に排出する形態を採用したが、これに限定されない。例えば、オフ燃料ガスをリサイクルして、固体酸化物形燃料電池１１Ａで使用し、高温のオフ酸化剤ガスのみを排ガス流路３１に排出して、第３熱交換器１５に流入させる形態を採用してもよい。

なお、本変形例１においては、固体酸化物形燃料電池１１Ａとして、間接内部改質型固体酸化物形燃料電池（Ｉｎｄｉｒｅｃｔｉｎｔｅｒｎａｌｒｅｆｏｒｍｉｎｇｓｏｌｉｄｏｘｉｄｅｆｕｅｌｃｅｌｌｓ）を用いる形態を採用したが、これに限定されない。固体酸化物形燃料電池１１Ａとして、直接内部改質型固体酸化物形燃料電池（Ｄｉｒｅｃｔｉｎｔｅｒｎａｌｒｅｆｏｒｍｉｎｇｓｏｌｉｄｏｘｉｄｅｆｕｅｌｃｅｌｌｓ）を用いる形態を採用してもよい。

また、本変形例１においては、発電装置１１として、固体酸化物形燃料電池を用いる形態を採用したが、これに限定されず、溶融炭素塩形燃料電池を用いる形態を採用してもよい。さらに、固体酸化物形燃料電池１１Ａの構成は、一般的な固体酸化物形燃料電池と同様に構成されているため、その詳細な説明は省略する。

このように構成された本変形例１の熱電併給システム１００であっても、実施の形態１に係る熱電併給システム１００と同様の作用効果を奏する。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る熱電併給システムは、熱媒体流路に設けられ、熱媒体を貯えるための熱媒体タンクと、熱媒体流路に設けられ、熱媒体を通流させるための送出器と、熱媒体タンクが満蓄状態になると、送出器を停止させるように構成されている制御器と、を備える態様を例示するものである。

図３は、本発明の実施の形態２に係る熱電併給システムの概略構成を示す模式図である。

図３に示すように、本実施の形態２に係る熱電併給システム１００は、実施の形態１に係る熱電併給システム１００と基本的構成は同じであるが、貯湯タンク（熱媒体タンク）１７が設けられている点が異なる。具体的には、貯湯タンク１７は、ここでは、鉛直方向に延びるように形成されている。貯湯タンク１７の下部には、市水を供給するための水供給路３６が接続されている。貯湯タンク１７の上部には、貯湯水（熱媒体）を利用者に供給するための貯湯水供給路３７が接続されている。また、貯湯水供給路３７には、貯湯水を利用する給湯機器が接続されている。

また、貯湯タンク１７の下部には、熱媒体流路３２の上流端が接続されていて、その下流端は、貯湯タンク１７の上部に接続されている。これにより、貯湯タンク１７の下部にある低温の貯湯水が、熱媒体流路３２を通流して、第１熱交換器１３等により加熱されて、貯湯タンク１７の上部に供給される。

このように構成された本実施の形態２に係る熱電併給システム１００であっても、実施の形態１に係る熱電併給システム１００と同様の作用効果を奏する。

ところで、図５に示す特許文献１に開示されている熱電併給装置では、貯湯槽１３１が満蓄状態になると、ポンプ１３２が停止され、貯湯用水の配管１３４内の通流が停止される。ここで、貯湯槽１３１の満蓄状態とは、例えば、第１熱交換器１１９を通過した貯湯用水が、配管１３４又は貯湯槽１３１の耐熱温度以上にまで加熱されている状態をいう。また、貯湯槽１３１の満蓄状態とは、例えば、熱電併給装置が、水蒸気改質反応を用いる形態を採用していて、凝縮水を回収するような場合に、貯湯槽１３１から配管１３４に供給される貯湯用水の温度（より正確には、第１熱交換器１１９に流入する貯湯用水の温度）が、配管１５２を通流する排気ガス中の水蒸気を凝縮することができる温度（例えば、約６０℃）よりも高い温度になっている状態をいう。

そして、特許文献１に開示されている熱電併給装置では、配管１３４内を貯湯用水が通流されなくなると、燃料電池１１７から排出された高温の排ガスは、第１熱交換器１１９で、ほとんど熱を奪われることがなくなる。このため、第１熱交換器１１９で熱を奪われなかった高温の排ガスが、第３熱交換器１２２に供給される。そして、第３熱交換器１２２では、熱を奪われなかった高温の排ガスが、ヒートポンプ１２０の冷媒と熱交換することにより、冷媒が過熱されて、冷媒流路１２５を構成する配管が破損し、冷媒が漏洩するおそれがあった。

しかしながら、本実施の形態２に係る熱電併給システム１００では、発電装置１１から排出された排ガスは、ヒートポンプ１２の冷媒と熱交換を行わない。このため、本実施の形態２に係る熱電併給システム１００では、貯湯タンク１７が満蓄状態になり、第１流量調整器１６が停止して、熱媒体流路３２内を貯湯水が通流しないような場合であっても、冷媒が過熱されることがなく、冷媒流路２を構成する配管を破損することがない。

（実施の形態３）
本発明の実施の形態３に係る熱電併給システムは、熱媒体タンクに貯えられた熱媒体を熱負荷に供給するための熱媒体供給路と、熱媒体供給路に設けられ、熱媒体を加熱するためのボイラと、を備える態様を例示するものである。

図４は、本発明の実施の形態３に係る熱電併給システムの概略構成を示す模式図である。

図４に示すように、本実施の形態３に係る熱電併給システム１００は、実施の形態２に係る熱電併給システム１００と基本的構成は同じであるが、貯湯水供給路（熱媒体供給路）３７にボイラ１９が設けられている点が異なる。ボイラ１９は、貯湯タンク１７から貯湯水供給路３７に供給された貯湯水（熱媒体）を加熱することができれば、どのような構成であってもよい。ボイラ１９としては、ガスボイラ、電気ボイラ、又はオイルボイラ等を用いることができる。

このように構成された本実施の形態３に係る熱電併給システム１００であっても、実施の形態２に係る熱電併給システム１００と同様の作用効果を奏する。

上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。したがって、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の要旨を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組合せにより種々の発明を形成できる。

本発明の熱電併給システムは、発電装置の排熱を回収する熱媒体が通流する熱媒体流路が破損したような場合に、万一、発電装置が作動しても、ヒートポンプの冷媒が外部に漏洩することを防止することが可能であるので、熱電併給システムの分野において有用である。

１圧縮機
２冷媒流路
３蒸発器
４膨張弁
１１発電装置
１１Ａ固体酸化物形燃料電池
１１Ｂ水素生成装置
１１Ｃ酸化剤ガス供給器
１２ヒートポンプ
１３第１熱交換器
１４第２熱交換器
１５第３熱交換器
１６第１流量調整器
１７貯湯タンク
１８第２流量調整器
１９ボイラ
２０制御器
３１排ガス流路
３２熱媒体流路
３３水供給路
３４燃料ガス供給流路
３５酸化剤ガス供給流路
３６水供給路
３７貯湯水供給路
１００熱電併給システム
１１６改質器
１１７燃料電池
１１９第１熱交換器
１２０ヒートポンプ
１２２第３熱交換器
１２３圧縮機
１２４第２熱交換器
１２５冷媒流路
１３１貯湯槽
１３２ポンプ
１３４配管
１５２配管

Claims

直流電力を発電する発電装置と、
前記発電装置から排出された排ガスが通流する排ガス流路と、
冷媒を圧縮する圧縮機と前記冷媒が通流する冷媒流路を有するヒートポンプと、
前記発電装置の排熱を回収する熱媒体が通流する熱媒体流路と、
前記熱媒体流路と前記排ガス流路を跨ぐように設けられた第１熱交換器と、
前記熱媒体流路と前記冷媒流路を跨ぐように設けられた第２熱交換器と、
前記熱媒体流路と前記排ガス流路を跨ぐように設けられた第３熱交換器と、
前記熱媒体流路に設けられ、前記熱媒体を貯えるための熱媒体タンクと、を備え、
前記熱媒体流路は、前記熱媒体タンク内の熱媒体が循環するように構成されていて、
前記第１熱交換器、前記第２熱交換器、及び前記第３熱交換器は、前記熱媒体の通流方向に対して、この順で直列的に前記熱媒体流路に設けられている、熱電併給システム。
前記熱媒体流路に設けられ、前記熱媒体を通流させるための送出器と、
前記熱媒体タンクが満蓄状態になると、前記送出器を停止させるように構成されている制御器と、を備える、請求項１に記載の熱電併給システム。
前記発電装置が、固体酸化物形燃料電池である、請求項１又は２に記載の熱電併給システム。
前記冷媒は、前記ヒートポンプの作動温度で、液相と気相の二相になるように構成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱電併給システム。
前記熱媒体タンクに貯えられた熱媒体を熱負荷に供給するための熱媒体供給路と、
前記熱媒体供給路に設けられ、前記熱媒体を加熱するためのボイラと、を備える、請求項２に記載の熱電併給システム。