JPH11337211A - コ・ジェネレーションシステム - Google Patents

コ・ジェネレーションシステム

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JPH11337211A
JPH11337211A JP10162836A JP16283698A JPH11337211A JP H11337211 A JPH11337211 A JP H11337211A JP 10162836 A JP10162836 A JP 10162836A JP 16283698 A JP16283698 A JP 16283698A JP H11337211 A JPH11337211 A JP H11337211A
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heat medium
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    • Y02E20/14Combined heat and power generation [CHP]

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 発熱機の冷却媒体の温度を一定に保持でき、
温度制御された冷水、温水を取り出すことができるコ・
ジェネレーションシステムを提供する。 【解決手段】 発電機FGと、その排熱で駆動する吸収
冷温水機とを有し、該吸収冷温水機と発電機との間に熱
媒体を介して熱交換をする熱交換器H2 を設け、該熱媒
体が発電機FGと該熱交換器H2 との間を循環する熱媒
体Aと、再生器Gと該熱交換器H2 との間を循環する熱
媒体Bとからなり、前記熱媒体Aで熱媒体Bを加熱する
構成としたコ・ジェネレーションシステムにおいて、前
記熱媒体Bは、該熱交換器H2 で蒸発し、媒体蒸気の形
で再生器Gに導入して凝縮し液化する媒体を用い、前記
再生器Gから熱交換器H2 に戻る媒体の液配管13中に
流量制御弁V4 を設けたものであり、前記流量制御弁
は、熱媒体Bの圧力又は飽和温度を目標値に制御する
か、熱媒体Aの温度を目標値に制御するように調節す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、コ・ジェネレーシ
ョンシステムに係り、特に、燃料電池、あるいはエンジ
ン駆動発電機等の発電機の排熱で駆動する排熱駆動吸収
冷温水装置を用いるコ・ジェネレーションシステムに関
する。
【0002】
【従来の技術】従来、発電設備の熱回収方法として、廃
熱を吸収冷凍機の再生器で回収することは知られてい
た。また、吸収冷凍機では、冷房運転時は、吸収器、凝
縮器に冷却水を通水し、発生器に熱源となる温水(発電
設備のエンジン駆動発電機や燃料電池の排出熱など)を
通し、蒸発器から、冷房用の冷水を取り出す。冷房サイ
クルは通常の吸収冷凍サイクルで運転される。一方、暖
房の場合は、熱源となる温水と、暖房用温水とを直接、
熱交換させて得ることになる。
【0003】また、エンジン駆動発電機や燃料電池等の
発電機の排出熱を熱源として運転する吸収冷凍装置で
は、吸収冷凍装置の役目として冷水を製造する以外に、
熱源である排出熱を冷却する役目がある。ところが、発
電機で発電する電気の使用量と、吸収冷凍機で必要とす
る排出熱量とは、一般には一致しない。例えば、発電量
が多く、冷房負荷が小さい場合、排出熱量が多く、吸収
冷凍機で排出熱の冷却する役目が果せない。このよう
な、熱源温度が高すぎる場合には、ラジエータ(あるい
は冷却器)を用いて、熱源の熱を放出するのが一般的で
あるが、冷却し過ぎになる等の問題があった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、冷房負荷及
び暖房負荷がなくても、発電機の冷却媒体の温度を一定
に保持でき、温度制御された冷水、温水を取り出すこと
ができるコ・ジェネレーションシステムを提供すること
を課題とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明では、発電機と、発電機からの排熱で駆動す
る吸収冷温水機とを有し、該吸収冷温水機と発電機との
間に熱媒体を介して熱交換をする熱交換器を設け、該熱
媒体が発電機の冷却回路と該熱交換器との間を循環する
熱媒体Aと、吸収冷温水機の再生器と該熱交換器との間
を循環する熱媒体Bとからなり、前記熱媒体Aで熱媒体
Bを加熱し、熱媒体A自体は冷却される構成としたコ・
ジェネレーションシステムにおいて、前記熱媒体Bは、
該熱交換器で蒸発し、媒体蒸気の形で吸収冷温水機の再
生器に導入され、再生器で凝縮して液化する媒体を用
い、前記再生器から熱交換器に戻る媒体の液配管中に流
量制御弁を設けることとしたものである。
【0006】前記コ・ジェネレーションシステムにおい
て、流量制御弁は、熱媒体Bの圧力又は飽和温度を目標
値に制御するように調節するか、前記熱媒体Aの温度を
目標値に制御するように調節することができる。また、
前記吸収冷温水機と熱交換器を循環する熱媒体Bの蒸気
配管に、該熱媒体Bの蒸気を受入れ、水を加熱する熱交
換器を設け、該熱交換器を出る熱媒体Bの液は吸収冷温
水機の再生器と流量制御弁の間に戻し、また、被加熱側
の水の温度制御は、被加熱水の熱交換器のバイパス量を
調節することで行うことができる。
【0007】
【発明の実施の形態】燃料電池など、コ・ジェネレーシ
ョンシステムは基本的に発電が主目的であり、副次的に
熱が利用できる。この熱利用の際に、電気を消費するこ
とは、極力避ける必要がある。本発明では、発電機側の
熱を吸収冷温水機の再生器に輸送するのに、顕熱ではな
く、潜熱で行い、その媒体の移動をポンプではなく、熱
による自然循環とし、ポンプ動力を使用しないものとし
ている。本発明に使用できる熱媒体Bとしては、発生量
の熱媒体として使用して液化するもの例えば、HCF
C、HFC系の熱媒が利用できるが、中でもR123 が温
度、圧力から適当である。また、発電機側の冷却水の温
度は、冷却して供給する必要があるが、低下させ過ぎる
と問題になることがあり、システム上、ある温度範囲に
収めるのが一般的である。例えば、燃料電池などの様
に、反応温度をこの冷却水で冷却制御している場合、冷
却水温度を下げ過ぎると、反応速度が遅くなり、発電量
の減少という悪い影響が出る。
【0008】本発明では、発電機側と吸収冷温水機との
間の熱交換器に供給する媒体Bの液量を調節すること
で、発電機側から除去する熱量、あるいは発電機側の温
度を制御することができる。また、熱媒体Bの蒸気側に
熱交換器(給湯器)を設ける場合、湯温の制御は、給湯
器に導く湯量とバイパス量の比率を変えることで調節す
ることができる。本発明のコ・ジェネレーションシステ
ムに用いることができる発電機は、燃料電池、あるいは
エンジン駆動発電機であるが、燃料電池の例としては、
例えば特表平8−502855号公報に記載されている
低温度の個体ポリマー燃料電池の積み重ねを用いて、ガ
ス状の及び/又は液体状の炭化水素燃料からの化学エネ
ルギーを、電気的エネルギーに変換する燃料電池を用い
ることができる。
【0009】次に、図面を用いて本発明を詳細に説明す
る。図1は、本発明のコ・ジェネレーションシステムの
一例を示す概略構成図である。図1において、吸収冷温
水装置の構成要素で、Gは発生器、Aは吸収器、Eは蒸
発器、Cは凝縮器、H1 は溶液熱交換器、V1 は冷媒蒸
気弁、V2 は冷媒弁、V3 は冷却水弁、PIは冷却水制
御ポンプ、11,12はポンプ、TH は熱源温度検出
器、TC は冷水温度検出器、17は冷却塔、管1〜4は
溶液通路、管5〜6は冷媒通路、管8は冷媒蒸気配管、
管13,14は熱源通路、管18は冷水通路、19〜2
0は冷却水通路であり、また、FGは燃料電池、H2
燃料電池FGと発生器Gを結ぶ熱交換器、21は燃料電
池の冷却用熱媒体Aの循環路、V4は熱媒体Bの蒸気弁
である。
【0010】次に、この装置を用いた冷房サイクルを説
明する。燃料電池FGを運転することにより、燃料電池
が発熱し、この発熱を冷却するために冷却用の熱媒体A
が、熱交換器H2 を通って、熱媒体Bにより冷却されて
循環している。固体ポリマー燃料電池の場合熱媒体Aは
約80℃程度で戻し、熱媒体Bは75℃程度とすること
が多い。一方、熱交換器H2 では熱媒体Bは、熱媒体A
により加熱されて気化し、媒体蒸気Bとして熱源通路1
4を通り発生器Gに入り、吸収冷温水機内を循環する希
溶液を加熱し、自らは冷却されて熱媒体液Bとして通路
13から熱交換器H2 に循環する。熱媒体Bの流れをス
ムーズにし、逆流を起こさないようにするため、熱媒体
Bは発生器Gの下部から取り出し、熱交換器H2 の下部
から導入し、間には液シール(Uシール)を設けるのが
よい。
【0011】通路13には媒体液Bの流量を制御する流
量制御弁V4 が設けられ、熱媒体Bの圧力又は飽和温度
を目標値に制御し、また熱媒体Aの温度を目標値に制御
している。即ち、熱媒体Aの温度が高い場合は弁V4
開けて熱交換器H2 に導入される熱媒体Bの量を増大さ
せて、より多くの熱を熱媒体B側に移動させて熱媒体A
の温度を低下させ、逆に熱媒体Aの温度が低い場合は弁
4 を閉方向に移動して、熱媒体Bに移動する熱量を減
少させて、熱媒体Aの温度を維持するように調節する。
そして、吸収冷温水機では、冷媒を吸収した希溶液は吸
収器Aから管1を通り、ポンプ11により熱交換器H1
の被加熱側に送られ、熱交換により加温された希溶液は
管2を通り発生器Gに導入される。発生器Gでは、管1
4からの媒体蒸気Bにより加熱されて、吸収した冷媒蒸
気を蒸発して濃縮される。濃縮された濃溶液は管3から
熱交換器Hの加熱側を通って、管4から吸収器Aに導入
され再び冷媒を吸収して希溶液となって管1から循環さ
れる。
【0012】一方、発生器Gで発生した冷媒蒸気は凝縮
器Cに至り、凝縮器C中の冷却水によって冷却されて凝
縮し、管5から蒸発器Eに導入される。蒸発器Eでは、
冷媒は冷水から熱を奪い、冷凍効果を発揮して蒸発す
る。蒸発した冷媒蒸気は吸収器Aで溶液に吸収される。
吸収の際の吸収熱は吸収器Aを流れる管19からの冷却
水により冷却される。このような冷房サイクルにおい
て、冷水温度が冷水目標温度より低い場合は、凝縮器か
ら蒸発器に導く冷媒蒸気配管8の冷媒蒸気弁V1 の開度
を調節することにより制御し、次いで、冷水温度検出器
C 及び熱源温度検出器TH により、冷水温度及び熱源
温度を検出し、その検出値に基づいて、冷媒蒸気弁V1
を調節する。また、冷水温度が目標温度より高い場合
は、冷媒蒸気弁V1 は全閉とする。そして、熱源温度が
熱源目標温度より低い場合は、冷水温度に関係なく、吸
収器及び凝縮器に通す冷却水の流量を減少させ、逆に目
標温度より高い場合は冷水温度に関係なく冷却水流量を
増加させる。そして、冷水温度の制御は冷媒蒸気弁で行
う。
【0013】次に、暖房サイクルについて説明する。暖
房サイクルでは、発生器Gで溶液が熱源により加熱さ
れ、発生した冷媒蒸気を凝縮器Cから冷媒蒸気弁V1
経由して蒸発器Eに導き、蒸発器Eで凝縮させることに
より温水を得る。凝縮した冷媒液は、蒸発器Eから溶液
系(吸収器A又は吸収器出口配管1)に戻す。蒸発器E
から溶液系に戻す方法としては、蒸発器Eをオーバーフ
ローさせて吸収器Aに流すか、或いは、蒸発器Eから吸
収器出口配管1に直接接続した配管の冷暖房切替弁(希
釈弁)を開にして行う。
【0014】このような暖房サイクルにおいては、次の
ように制御する。まず、温水温度が目標温度より高い場
合は、冷媒蒸気弁は閉方向に温水温度で制御し、温水温
度が目標温度より低い場合は、熱源温度によって制御方
法が異る。すなわち、熱源温度が目標温度より低い場合
は冷媒蒸気弁を熱源温度で制御し、熱源温度が目標より
高い場合は冷媒蒸気弁を開方向に温水温度によって制御
する。一方、冷却水流量は、熱源温度が目標温度より低
い場合は0とし、目標温度より高い場合は、熱源温度に
よって冷却水流量を調節し、熱源の熱媒体Bの流量制御
弁V4 は、常に熱媒体Aの温度を目標値に制御するよう
に調節する。
【0015】図2に、本発明のコ・ジェネレーションシ
ステムの他の例の概略構成図を示す。図2においては、
図1の装置の熱媒体Bの循環路13、14に温水用の熱
交換器(給湯器)H3 を設けたものである。即ち、熱交
換器H2 から出る熱媒体Bの蒸気配管14に、バイパス
管22を接続し、該バイパス管を給湯用の熱交換器H3
の加熱側を通し、熱媒体Bの液を熱媒体Bの液配管13
の流量制御弁V4 の前に接続する。そして、熱交換器H
3 の被加熱側には、被加熱水が通る流路23に3方弁V
5 と、熱交換器H3 をバイパスするバイパス管24を設
けており、この熱交換器H3 をバイパスする被加熱水の
バイパス量を調節することにより、被加熱側の水の温度
制御を行っている。
【0016】
【発明の効果】本発明によれば、発電機側の冷却水の温
度を、発電機側と吸収冷温水機との間に設けた熱交換器
に供給する媒体Bの液量で調節しており、発電機側の温
度を一定範囲に維持することができる。また、吸収冷温
水機側の媒体Bとして、熱交換器で気化して媒体蒸気と
して再生器中に導入し、再生等で凝縮して液化する媒体
を用いているため、ポンプを設けることなく熱による自
然循環としているのでポンプ動力を節約できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一例を示すコ・ジェネレーションシス
テムの概略構成図。
【図2】本発明の他の例を示すコ・ジェネレーションシ
ステムの概略構成図。
【符号の説明】
G:発生器、A:吸収器、E:蒸発器、C:凝縮器、H
1 :溶液熱交換器、H2 :熱源熱交換器、H3 :温水用
熱交換器、V1 :冷媒蒸気弁、V2 :冷媒弁、V3 :冷
却水弁、V4 :熱媒体B蒸気弁、V5 :被加熱水バイパ
ス量制御弁、TH :熱源温度検出器、TC :温度検出
器、PI:冷却水制御ポンプ 1〜4:溶液通路、5,6:冷媒通路、8:冷媒蒸気配
管、11,12:ポンプ、13,14:熱媒体B通路、
17:冷却塔、18:冷温水通路、19〜20:冷却水
通路、21:熱媒体Aの循環路、22:熱媒体Bバイパ
ス通路、23:被加熱水通路、24:被加熱水バイパス
通路

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 発電機と、発電機からの排熱で駆動する
    吸収冷温水機とを有し、該吸収冷温水機と発電機との間
    に熱媒体を介して熱交換をする熱交換器を設け、該熱媒
    体が発電機の冷却回路と該熱交換器との間を循環する熱
    媒体Aと、吸収冷温水機の再生器と該熱交換器との間を
    循環する熱媒体Bとからなり、前記熱媒体Aで熱媒体B
    を加熱し、熱媒体A自体は冷却される構成としたコ・ジ
    ェネレーションシステムにおいて、前記熱媒体Bは、該
    熱交換器で蒸発し、媒体蒸気の形で吸収冷温水機の再生
    器に導入され、再生器で凝縮して液化する媒体を用い、
    前記再生器から熱交換器に戻る媒体の液配管中に流量制
    御弁を設けたことを特徴とするコ・ジェネレーションシ
    ステム。
  2. 【請求項2】 前記流量制御弁は、熱媒体Bの圧力又は
    飽和温度を目標値に制御するように調節することを特徴
    とする請求項1記載のコ・ジェネレーションシステム。
  3. 【請求項3】 前記流量制御弁は、熱媒体Aの温度を目
    標値に制御するように調節することを特徴とする請求項
    1記載のコ・ジェネレーションシステム。
  4. 【請求項4】 前記吸収冷温水機と熱交換器を循環する
    熱媒体Bの蒸気配管に、該熱媒体Bの蒸気を受入れ、水
    を加熱する熱交換器を設け、該熱交換器を出る熱媒体B
    の液は吸収冷温水機の再生器と流量制御弁の間に戻し、
    また、被加熱側の水の温度制御は、被加熱水の熱交換器
    のバイパス量を調節することで行うことを特徴とする請
    求項1、2又は3記載のコ・ジェネレーションシステ
    ム。
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