JP6817878B2 - 熱回収システム - Google Patents
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Description
熱源装置から生じた熱を有する第1熱媒が流れる第1熱媒流路と、
第2熱媒を貯える蓄熱槽と、
流量調整機器の運転に伴い前記蓄熱槽の下部から取り出した第2熱媒を前記蓄熱槽の上部に戻すように流す第2熱媒流路と、
前記第1熱媒流路及び前記第2熱媒流路の途中に設けられ、前記第1熱媒と前記蓄熱槽の下部から取り出した前記第2熱媒とを熱交換させる熱回収用熱交換器と、
前記流量調整機器を制御して前記第2熱媒流路での単位時間当たりの前記第2熱媒の流量である第2熱媒流量を調節する熱回収運転を行う運転制御部と、を備え、
前記運転制御部は、
前記熱回収用熱交換器に流入する前記第2熱媒の温度が所定の上限温度以下であることを条件として前記熱源装置の運転を許可し、及び、前記熱源装置が運転しているとき、前記熱回収用熱交換器から流出する前記第2熱媒の温度が所定の目標温度になるように、前記熱回収運転を行うように構成され、
前記蓄熱槽に蓄えられている熱量が所定量以下である熱切れ状態であるとき、第1温度を前記目標温度に設定した第1熱回収運転を行い、
前記蓄熱槽の下部から前記第2熱媒流路に取り出される前記第2熱媒の温度である取出温度が、前記上限温度未満の所定の過渡温度以上であるとき、前記第1温度よりも高い第2温度を前記目標温度に設定した第2熱回収運転を行い、
前記蓄熱槽は、前記蓄熱槽から前記第2熱媒を排出する排出路と、前記蓄熱槽の下部に接続されて、前記第2熱媒の供給源から新たに前記第2熱媒を前記蓄熱槽の下部に供給する補給路と、を備え、前記排出路から前記第2熱媒が排出されるのに対応して前記補給路から前記第2熱媒が前記蓄熱槽内に供給されるように構成されており、
前記運転制御部は、前記第2熱回収運転を行っているときに、前記排出路から前記第2熱媒が排出されるのに対応して前記補給路から前記第2熱媒が前記蓄熱槽の下部に供給されて、前記取出温度が前記過渡温度未満になると、前記第1温度よりも高くかつ前記第2温度よりも低い第3温度を前記目標温度に設定した第3熱回収運転に切り替え、
前記運転制御部は、
前記第3熱回収運転を行っているとき、前記流量調整機器が最低出力で運転しているときの前記第2熱媒流量である下限流量において前記第2熱媒を前記熱回収用熱交換器により昇温させたときの前記第2熱媒の温度である到達可能温度が、前記第3温度以上か否かを判定するように構成され、
前記到達可能温度が前記第3温度以上と判定したとき、前記第3温度に代えて前記到達可能温度を前記目標温度に設定する。
このように、第1温度を用いた第1熱回収運転と第2温度を用いた第2熱回収運転とを適切に組み合わせることで、ポンプなどの流量調整機器の調整量に下限制約があるという条件においても、蓄熱槽の利用に問題が生じるような排熱回収量の低下が抑制され、蓄熱槽が有効利用される。
又、この構成では、さらに、第2熱回収運転中に、蓄熱槽に蓄えられていた第2熱媒の使用などにより、第2熱媒の排熱回収入口温度が低下しても、第2温度よりも低い第3温度を目標温度として、排熱回収が行われる(第3熱回収運転)。また、第2熱媒の排熱回収入口温度が上昇すれば、再び、第2温度を目標温度として排熱回収(第2熱回収運転)が行われる。これにより、蓄熱槽に貯留されている第2熱媒の温度の低下ができるだけ抑制される。
又、この構成によれば、第3熱回収運転を行っている間に、第2熱媒を第3温度よりも高い温度に昇温させられるようになれば、その到達可能温度を目標温度として第3熱回収運転を行うので、第2熱媒を可能な限り昇温させることができ、より効率的な運転が可能になる。
本発明に係る熱回収システムの第1の実施形態について、図面を参照して説明する。この熱回収システムは、コージェネレーションシステムに組み込まれており、図1は、そのようなコージェネレーションシステムに組み込まれた熱回収システムを示している。本熱回収システムは、熱源装置1と、湯水(第2熱媒の一例)を貯える貯湯タンク(蓄熱槽の一例)3と、熱源装置1から生じた熱を有する熱媒(第1熱媒に相当)と貯湯タンク3の下部から取り出した湯水とを熱交換させる熱回収用熱交換器2と、湯水流路(第2熱媒流路の一例)L2での単位時間当たりの湯水流量(第2熱媒流量に相当)を調節する熱回収運転を行う運転制御部9と、を備えている。なお、この実施形態では、熱源装置1として燃料電池を用いている。具体的には、燃料電池には、空気及び原燃料が供給され、燃料電池は、原燃料を水蒸気改質して生成された燃料ガスと空気とを反応させることで電力を出力する。また、燃料電池は、燃料ガス中に残存する燃料成分を燃焼させて排ガスを生じさせるようになっており、本実施形態では、この排ガスを熱源装置から生じた熱を有する熱媒として用いる。具体的には、本熱回収システムでは、熱媒としての排ガスが流れる熱媒流路(第1熱媒流路)L1により熱回収用熱交換器2に排ガスが供給され、排ガス中の熱源装置1で発生した熱が熱回収用熱交換器2を通過する湯水により回収され、熱回収用熱交換器2で熱を回収した湯水が貯湯タンク3に貯留され、貯湯タンク3に貯留された湯水が熱利用装置4で利用されるようになっている。また、図示は省略してあるが、熱回収用熱交換器2により熱回収された排ガスからは凝縮水が生じており、本実施形態では、この凝縮水を回収して水蒸気改質など燃料電池の発電に再利用するようになっている。そして、後述する上限湯水温度(上限温度に相当)は、排ガスから回収できる凝縮水の量が燃料電池の発電に必要な量を下回って、燃料電池の運転が不可能になる温度に設定してある。
本発明に係る熱回収システムの第2の実施形態について、図6を参照して説明する。本実施形態では、第3熱回収運転モードの内容が第1の実施形態と異なっている。以下、本実施形態に係る熱回収システムについて、主に第1の実施形態との相違点について説明する。なお、特に明記しない点に関しては、第1の実施形態と同様であり、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
(1)上述した第1実施形態では、ポンプPと貯湯タンク3の下部との間の湯水流路L2に放熱用ファン5aを有する放熱器5が配置されている。しかしながら、本発明による熱回収システムでは、放熱器5による湯水の冷却の必要性は低いので、図7に示すように、放熱器5を省略してもよい。
2 熱回収用熱交換器
3 貯湯タンク(蓄熱槽)
4 熱利用装置
5 放熱器
5a 放熱用ファン
9 運転制御部
L1 熱媒流路(第1熱媒流路)
L2 湯水流路(第2熱媒流路)
L3 排出路
L4 補給路
P ポンプ(流量調整機器)
Claims (5)
- 熱源装置から生じた熱を有する第1熱媒が流れる第1熱媒流路と、
第2熱媒を貯える蓄熱槽と、
流量調整機器の運転に伴い前記蓄熱槽の下部から取り出した第2熱媒を前記蓄熱槽の上部に戻すように流す第2熱媒流路と、
前記第1熱媒流路及び前記第2熱媒流路の途中に設けられ、前記第1熱媒と前記蓄熱槽の下部から取り出した前記第2熱媒とを熱交換させる熱回収用熱交換器と、
前記流量調整機器を制御して前記第2熱媒流路での単位時間当たりの前記第2熱媒の流量である第2熱媒流量を調節する熱回収運転を行う運転制御部と、を備え、
前記運転制御部は、
前記熱回収用熱交換器に流入する前記第2熱媒の温度が所定の上限温度以下であることを条件として前記熱源装置の運転を許可し、及び、前記熱源装置が運転しているとき、前記熱回収用熱交換器から流出する前記第2熱媒の温度が所定の目標温度になるように、前記熱回収運転を行うように構成され、
前記蓄熱槽に蓄えられている熱量が所定量以下である熱切れ状態であるとき、第1温度を前記目標温度に設定した第1熱回収運転を行い、
前記蓄熱槽の下部から前記第2熱媒流路に取り出される前記第2熱媒の温度である取出温度が、前記上限温度未満の所定の過渡温度以上であるとき、前記第1温度よりも高い第2温度を前記目標温度に設定した第2熱回収運転を行い、
前記蓄熱槽は、前記蓄熱槽から前記第2熱媒を排出する排出路と、前記蓄熱槽の下部に接続されて、前記第2熱媒の供給源から新たに前記第2熱媒を前記蓄熱槽の下部に供給する補給路と、を備え、前記排出路から前記第2熱媒が排出されるのに対応して前記補給路から前記第2熱媒が前記蓄熱槽内に供給されるように構成されており、
前記運転制御部は、前記第2熱回収運転を行っているときに、前記排出路から前記第2熱媒が排出されるのに対応して前記補給路から前記第2熱媒が前記蓄熱槽の下部に供給されて、前記取出温度が前記過渡温度未満になると、前記第1温度よりも高くかつ前記第2温度よりも低い第3温度を前記目標温度に設定した第3熱回収運転に切り替え、
前記運転制御部は、
前記第3熱回収運転を行っているとき、前記流量調整機器が最低出力で運転しているときの前記第2熱媒流量である下限流量において前記第2熱媒を前記熱回収用熱交換器により昇温させたときの前記第2熱媒の温度である到達可能温度が、前記第3温度以上か否かを判定するように構成され、
前記到達可能温度が前記第3温度以上と判定したとき、前記第3温度に代えて前記到達可能温度を前記目標温度に設定する熱回収システム。 - 前記運転制御部は、前記到達可能温度が前記第3温度以上と判定したとき、さらに、前記到達可能温度が前記第2温度以上か否かを判定するように構成され、
前記到達可能温度が前記第2温度以上と判定したとき、前記第2熱回収運転に切り替える請求項1に記載の熱回収システム。 - 前記運転制御部は、前記第1熱回収運転を行っているとき、前記熱切れ状態ではなく、かつ、前記取出温度が前記過渡温度未満であるときは、前記第1熱回収運転を継続して行う請求項1又は2に記載の熱回収システム。
- 前記第1温度は、前記熱回収用熱交換器から前記第1温度で流出した前記第2熱媒が、再度前記蓄熱槽の下部から前記熱回収用熱交換器に流入するときに、前記上限温度以下の温度となる温度に設定されている請求項1〜3の何れか一項に記載の熱回収システム。
- 前記蓄熱槽の下部と前記熱回収用熱交換器との間の前記第2熱媒流路に放熱器を備え、
前記運転制御部は、第2熱媒の前記取出温度が前記上限温度より高いとき、前記熱回収用熱交換器に流入する第2熱媒の温度が前記上限温度以下になるように前記放熱器を動作させる請求項1〜4の何れか一項に記載の熱回収システム。
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