JP5846413B2 - コージェネレーションシステム - Google Patents
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Description
これに対して熱は、発生する時刻と、消費する時刻が甚だしくずれている場合が多い。また単位時間あたりにおける発熱能力と、消費時における単位時間当たりの熱の必要量は大きく相違する。
即ち、家庭において、熱を消費する時刻は限られている。また、家庭において、熱需要が最も高いのは風呂であり、風呂では短時間の間に大きな熱量を消費する。
即ち、家庭用のコージェネレーションシステムでは、発電部と貯留タンクとを備え、両者の間を環状に結ぶ熱回収用回路が設けられている。そして発電部で発生した熱によって熱回収用回路を流れる湯水を昇温し、貯留タンクに溜める(以下、蓄熱運転ともいう)。
このように、2つのユニットをそれぞれ別の制御部が制御する構成によると、2つのユニットを1つの制御部が制御する構成に比べて、各ユニットの設置位置の自由度が高いという利点がある。具体的に説明すると、例えば、発電ユニットと排熱貯湯ユニットとを離れた位置に配置した場合、2つのユニットを1つの制御部が制御する構成であると、制御部から各ユニットまで配線を伸ばしたりする必要が有る。このことにより、2つのユニットの設置位置に制限ができてしまう。対して、2つのユニットを別の制御部が制御し、情報を互いに送受信する構成によると、そのような制限が発生することがないため、各ユニットの設置位置の自由度が高い。
また、コージェネレーションシステム1は、発電ユニット2と熱回収装置3内の機器を結ぶ主要な流路として、熱回収用回路12と、給湯経路21と、熱供給経路22とを有しており、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。
従って、貯留タンク15に設置されたタンク温度センサ30a〜30dの検知温度を調べることにより、貯留タンク15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。
熱回収用回路12は、図2の黒塗りに示すように、発電ユニット2内の発電側循環ポンプ11及び発電側熱交換器10と、熱回収装置3内の貯留タンク15を含んだ環状に結ばれた流路であり、発電側熱交換器10と貯留タンク15との間で湯水を循環可能な流路である。具体的には、熱回収用回路12は、貯留タンク15から発電側熱交換器10に向かって湯水が流れる熱回収往き流路37と、発電側熱交換器10から貯留タンク15に向かって湯水が流れる熱回収戻り流路38と、貯留タンク15を迂回する熱回収バイパス流路40を有する。
即ち、熱回収往き流路37の上流側が貯留タンク15の底部接続部27に接続され、熱回収戻り流路38の下流側が貯留タンク15の頂部接続部25に接続されている。さらに両者の中間部分を短絡するように熱回収バイパス流路40が接続されて熱回収用回路12が形成されている。
給湯経路21は、外部に所望の温度の湯水を出湯するための流路である。即ち、給湯経路21は、図3の黒塗りに示すように、給水源を基準に、貯留タンク15よりも上流側に位置する給水流路50と、貯留タンク15よりも下流側に位置する出湯流路51で構成されている。
熱供給経路22は、図4の黒塗りに示すように、熱器具用熱交換器17を設けた熱器具用流路67と、風呂追い焚き用熱交換器18を設けた風呂追い焚き用流路68とを含むように形成された循環流路である。
以下に各運転モードについて説明する。
蓄熱運転モードは、発電側循環ポンプ11を作動させることにより、熱回収用回路12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を回収して湯水を加熱し、この湯水を貯留タンク15に貯留する蓄熱運転を行う運転モードである。即ち、動作運転の要求がない場合に、蓄熱運転を単独で行う運転モードである。言い換えると、待機モードと言える。
このとき、特に限定されるものではないが、熱回収回路12を流れる湯水の流量は、100cc/min以上300cc/min以下、又は、100cc/minよりやや少ない量から、300cc/minまでの量となっている。
給湯運転モードを実施している間は、図7のハッチングのように、蓄熱運転が常時行われている。即ち、SOFCを用いたコージェネレーションシステム1が給湯運転モードで動作する場合、蓄熱運転と給湯運転の両方の運転が行われる。
追い焚き運転モードの実施中においても、図8のハッチングのように、蓄熱運転が常時行われている。即ち、SOFCを用いたコージェネレーションシステム1が追い焚き運転モードで動作する場合、蓄熱運転と、高温の湯水を追い焚き用熱交換器18に供給する追い焚き運転を共に実施する。
暖房運転モードの実施中においても、図9のハッチングのように、蓄熱運転が常時行われている。即ち、SOFCを用いた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、蓄熱運転と、高温の湯水を熱器具用熱交換器17に供給する暖房運転を共に実施する。
なお、本実施形態のコージェネレーションシステム1は、導入後、稼動を開始すると燃料電池6が発電し続けるものであるが、何らかの要因により発電が停止してしまったとき、第1の凍結防止動作(ステップ110の処理)を実施する。
これに対して、熱回収用回路12を流れる湯水の流量が比較的少ない場合、即ち、熱回収用回路12内で湯水が凍結してしまうおそれがある場合、コージェネレーションシステム1は、流量増加可否判断を実施する(ステップ104)。具体的に説明すると、熱回収用回路12を流れる湯水の流量をその時の流量(凍結防止運転実施前の流量であって通常時の流量、例えば、200cc/min)から規定の流量Q2(例えば、200cc/min以上である所定の流量)まで増加させたと仮定した場合に、貯湯タンク15に流入する湯水の温度が所定温度Ta(例えば摂氏40℃)以上となるか否かを判断する。そして、仮に湯水の流量を増加しても、貯湯タンク15に流入する湯水の温度が所定温度Ta以上となることが予測される場合、流量増加可能と判断する(ステップ105でYes)。対して、仮に湯水の流量を増加すると、貯湯タンク15に流入する湯水の温度が所定温度Taより低くなることが予測される場合、流量増加不可と判断する(ステップ105でNo)。
即ち、熱回収用回路12を流れる湯水の流量は、通常時又は第3の凍結防止動作時、第2の凍結防止動作時、第1の凍結防止動作時の順に多くなっている。
したがって、第1の凍結防止動作において、熱回収用回路12を流れる湯水の流量の目標とされる所定の流量Q1が、第2の凍結防止動作において、熱回収用回路12を流れる湯水の流量の目標とされる所定の流量Q2より大きくなっている。そしてさらに、当該所定の流量Q2が通常時の流量より大きくなっている。
例えば、湯水の温度に基づいて蓄熱運転モード時の動作又は凍結防止運転の制御を実施してもよい。即ち、温度を優先させて流量を成り行きとする制御を実施してもよい。具体的には、蓄熱運転モードを実施するとき、所定の目標温度を設定し、設定した目標温度となるように発電側循環ポンプ11のモータの回転を制御することによって、湯水の流量を可変させてもよい。また、凍結防止運転を実施するとき、第1の凍結防止動作、第2の凍結防止動作、第3の凍結防止動作でそれぞれ異なる目標温度を設定し、その目標温度となるように発電側循環ポンプ11のモータの回転を制御してもよい。
2 発電ユニット(発電部)
3 熱回収装置(排熱貯湯ユニット)
12 熱回収用回路
15 貯留タンク
44 凍結防止ヒータ
Claims (7)
- 燃料電池を内蔵していて電気エネルギーと熱エネルギーとを同時に発生させる発電部を有し、前記発電部で発生させた熱によって湯水を加熱するコージェネレーションシステムにおいて、
湯水を貯留する貯留タンクと、前記貯留タンク及び発電部を含んで環状に結ぶ熱回収回路とを有し、
発電部の熱によって加熱された湯水の貯留タンクへの供給と、発電部と貯留タンクの間での湯水の循環とが熱回収回路を介して実施されるものであって、
所定の位置の温度低下を条件として、前記熱回収回路の湯水の流量を増加可能であるか否かを判断する流量増加可否判断を実施するものであり、
前記流量増加可否判断は、前記熱回収回路を流れる湯水の流量を規定の流量まで増加させたと仮定した場合に、前記貯留タンクに流入する湯水の温度が所定温度以上となるか否かを判断するものであり、前記流量増加可否判断の判断結果に基づいて熱回収回路の湯水の流量を増加させる凍結防止運転を実施することを特徴とするコージェネレーションシステム。 - 前記流量増加可否判断において流量増加可能と判断された場合、熱回収回路を流れる湯水の目標温度を前記所定温度とす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。
- 前記熱回収回路は凍結防止ヒータを備えており、
凍結防止運転の実施中に凍結防止ヒータを作動させることを特徴とする請求項1又は2に記載のコージェネレーションシステム。 - 発電ユニットと、少なくとも前記貯留タンクを備えた排熱貯湯ユニットとを備え、
前記発電ユニットを制御する発電ユニット制御部と、前記排熱貯湯ユニットを制御する排熱貯湯ユニット制御部とを有し、
発電ユニット制御部は、前記流量増加可否判断を実施すると共に、流量増加可否判断の判断結果に基づく情報を排熱貯湯ユニット制御部に送信するものであり、排熱貯湯ユニット制御部は、発電ユニット制御部から送信された情報に基づいて前記凍結防止ヒータを作動させ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。 - 前記貯留タンクの下部から排出させた湯水を発電部で発生させた熱によって加熱し、加熱された湯水を上部側から貯留タンクに戻すことによって、貯留タンクに温度成層を形成させるものであることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載のコージェネレーションシステム。
- 前記凍結防止運転において、熱回収回路の湯水の流量を増加させるとき、所定の目標温度となるように循環ポンプのモータの回転数を制御することを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載のコージェネレーションシステム。
- 前記凍結防止運転において、熱回収回路の湯水の流量を増加させるとき、所定の流速となるように循環ポンプのモータの回転数を制御することを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載のコージェネレーションシステム。
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