(57)【要約】【課題】  発電装置用の冷却水を冷却する冷却手段を別途必要とせず、エネルギーロスの少ない高効率なコジェネレーションシステムの提供【解決手段】  給湯水を貯湯する貯湯槽３１と、発電装置２が発生する熱を熱交換する熱交換器３２と、貯湯槽３１及び熱交換器３２に給湯水を循環させる循環往路３３及び循環復路３４と、給湯に供するために貯湯槽３１から供給する給湯水を加熱可能な補助熱源装置６と、補助熱源装置６が作動した作動情報を入力可能であり、発電装置２の運転状態を監視し、発電装置２が停止状態であり且つ作動情報を入力すると発電装置２の運転を再開させる制御部８とからなる。【選択図】  図１
2005106341.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
給湯水を貯湯可能な貯湯槽と、
発熱が有効に利用されない熱余り状態で運転を停止される発電装置と、
発電装置が発生する熱を熱交換可能な熱交換部と、
貯湯槽及び熱交換部を給湯水が循環可能な循環往路及び循環復路と、
給湯に供するために貯湯槽から供給する給湯水が低温の場合に加熱可能な補助熱源装置と、
補助熱源装置が作動した作動情報を入力可能であり、発電装置の運転状態を監視し、発電装置が停止状態であり且つ作動情報を入力すると発電装置の運転を再開させる制御部とからなることを特徴とするコジェネレーションシステム。
【請求項２】
発熱が有効に利用されたに熱余り状態で運転を停止される発電装置及び発電装置を冷却する冷却系統を有し、冷却系統は発電装置からの排熱を熱交換部で収熱して温度上昇させ、給湯に用いる給湯水として貯湯槽に貯湯可能であり、給湯に供するために貯湯槽から供給する給湯水が低温の場合に補助熱源装置が加熱可能なシステムの制御方法であって、
発電装置の運転状況を監視し、発電装置が停止状態であり且つ補助熱源装置が作動した時には発電装置の運転を再開させることを特徴とするコジェネレーションシステムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、発電装置により電力を得ると共に、発電時に発生する熱をも利用可能とするコジェネレーションシステムの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
コジェネレーションシステムの従来例としては、例えば「燃料電池の廃熱回収装置」（特開２００１−３３６８２３、以下従来例１という。）が有った。
従来例１は、
『（請求項１）  燃料電池の熱回収部と、前記熱回収部の冷却系下流側に設けた冷却部と、前記冷却部を冷却する冷却ファンと、前記冷却部の冷却系下流側に設けた熱交換部と、前記熱交換部と熱交換する給湯系と、前記給湯系を流れる給湯水の温度を検出する給湯温度検出手段とを具備する燃料電池の排熱回収装置。
（請求項２）  前記冷却ファンの回転数を変化させる手段を具備する請求項１記載の燃料電池の排熱回収装置。』
からなり、以下に従来例１の実施の形態の構成及び作用を説明する。
【０００３】
従来例１は、図２に表すように、燃料電池１０１を設け発電する。燃料電池１０１には、燃料電池１０１が発電時に出す熱を冷却するための冷却系１０２を設けると共に、この発熱を給湯系１０５によって湯沸かしに利用している。このように構成する従来例１では、冷却系１０２に設けた熱回収部１０４が、燃料電池１０１の発熱を熱交換して収熱する。そして、回収された熱は、回収部１０４の下流側に設置する冷却部１１０によって冷却コントロールされ、更に下流に設置する熱交換部１０６によって給湯系１０５と熱交換する。
【０００４】
給湯系１０５では、熱交換により受領した熱量を温水を作るために利用する。
一方、給湯系１０５には給湯温度検出手段１１２を設け、給湯温度検出手段１１２の設定された温度によってＯＮ・ＯＦＦする冷却ファン１１１冷却部１１０を冷却可能に設置されている。
給湯温度検出手段１１２は、給湯系１０５における給湯水の温度を検出しており、給湯水が目標温度に達していない場合には給湯運転となって冷却ファン１１１を運転停止状態とし、冷却ファン１１１が冷却部１１０を冷却しない。又、給湯温度検出手段１１２は、検出した温度が目標温度に達した場合には冷却運転となって冷却ファン１１１の運転を開始し、冷却ファン１１１が冷却部１１０を冷却する。
【０００５】
従って、給湯温度検出手段１１２に設定された給湯水の温度が目標温度に到達するまでは、冷却系１０２の冷却水は冷却ファン１１１が運転停止状態であり冷却部１１０によって冷却されることなく熱交換部１０６に到達し、高熱のまま給湯系１０５と熱交換を行い冷却されて再び熱回収部１０４に向かう。一方給湯系１０５では、熱交換によって得た熱量で給湯水の温度を上昇させる。
そして、熱交換を継続した結果給湯水温度が目標温度に到達すると、給湯温度検出手段１１２によって冷却ファン１１１が運転される。すると、冷却部１１０が冷却ファン１１１によって冷却されるので、冷却系１０２の冷却水は冷却された状態（低温）で熱交換部１０６に到達することとなり、熱交換部１０６による熱交換では給湯水の温度を上昇させないこととなる。
上述のように、従来例１では、燃料電池１０１での発熱を冷却系１０２が熱回収し、熱交換部１０６によって給湯系１０５の給湯温度を上昇させる際、給湯水の温度が目標温度に達したか否かを温度検出手段１１２が監視し、達した場合に冷却ファン１１１を運転して、熱交換部１０６に到達する前に冷却部１１０で冷却水を冷却し、給湯温度が上昇しないように制御している。
【特許文献１】特開２００１−３３６８２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来例１では、熱回収部１０４によって回収した熱を再び熱交換部１０６で熱交換することによって給湯水の温度を上昇させているので、熱回収・熱交換を行う冷却系１０２と給湯系１０５とが必須となり装置全体が大がかりになってしまうという問題点を有すると共に、熱交換時のエネルギーロスが大きくなってしまうという問題点を有した。又、給湯水の湯温が適正になっても燃料電池１０１の発電は続けられるので、冷却ファン１１１によって冷却部１１０を冷却し冷却系１０２の温度を下げて運転するため、やはりエネルギーロスを生ずるという問題点を有した。
更には、冷却ファン１１１を動作するための電力を必要とするため、２重のエネルギーロスが発生し、装置全体でのエネルギー効率が低下してしまうという問題点を有した。
この発明は上記問題点に鑑み、簡単な構成でエネルギーロスを極力排除したエネルギー効率の良いコジェネレーションシステム及びその制御方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そこでこの発明は、
給湯水を貯湯可能な貯湯槽と、
発熱が有効に利用されない熱余り状態で運転を停止される発電装置と、
発電装置が発生する熱を熱交換可能な熱交換部と、
貯湯槽及び熱交換部を給湯水が循環可能な循環往路及び循環復路と、
給湯に供するために貯湯槽から供給する給湯水が低温の場合に加熱可能な補助熱源装置と、
補助熱源装置が作動した作動情報を入力可能であり、発電装置の運転状態を監視し、発電装置が停止状態であり且つ作動情報を入力すると発電装置の運転を再開させる制御部とからなることを特徴とするコジェネレーションシステム、
【０００８】
及び、
発熱が有効に利用されない熱余り状態で運転を停止される発電装置及び発電装置の発熱を冷却する冷却系統を有し、冷却系統は発電装置からの排熱を熱交換部で収熱して温度上昇させ、給湯に用いる給湯水として貯湯槽に貯湯可能であり、給湯に供するために貯湯槽から供給する給湯水が低温の場合に補助熱源装置が加熱可能なシステムの制御方法であって、
発電装置の運転状況を監視し、発電装置が停止状態であり且つ補助熱源装置が作動した時には発電装置の運転を再開させることを特徴とするコジェネレーションシステムの制御方法、
【０００９】
を提供する。従って、この発明におけるコジェネレーションシステム及びコジェネレーションシステムの制御方法では、循環往路及び循環復路によって貯湯槽内に蓄えている給湯水を貯湯槽及び熱交換部間で循環する。熱交換部では、発電装置によって発生された熱を熱交換するので、循環する給湯水は熱交換部を通過する際に暖められ再び貯湯槽に蓄えられることとなる。この循環が繰返されることで貯湯された給湯水の温度は上昇する。
又、発電装置の排熱により貯湯される給湯水が温水となると熱余り状態なので発電装置は運転を停止される。
そして給湯水が給湯に供される時には貯湯槽から供給されるが、供給される給湯水の温度が低温の場合には、補助熱源装置が給湯水を加熱してから供給される。
一方制御部は、発電装置の運転状況を監視すると共に、補助熱源装置の作動情報の入力を待ち受ける。発電装置が停止状態であり、且つ、作動情報を入力し補助熱源装置が作動した場合には、発電装置の運転を再開させる。
【発明の効果】
【００１０】
従って、この発明によれば、冷却系統が発電装置の発熱を給湯水温度の上昇のために直接熱交換するので、熱交換時のエネルギーロスを少なくできる。
又、発電装置によって発熱される熱量は、熱交換されて給湯水の温度を上昇させ、熱余り状態となると発電装置の運転を停止して発熱を無くし、給湯水温度が低温となり給湯される際には補助熱源装置が作動して給湯水温度を所望温度にして提供可能であり、且つ、補助熱源装置の作動を受けて、停止状態の発電装置の運転を再開可能なので、補助熱源装置の作動を取得するのみで他の手段を必要とせずに発電装置を再運転させる無駄のないコジェネレーションシステム及びその制御方法となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に、この発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１はこの発明の第１の実施の形態を説明する説明図である。
１はこの発明に係るコジェネレーションシステム（以下、システム１という。）の第１の実施の形態である。システム１は発電装置２及び冷却系統３とからなり、発電装置２の発電によって得られた電力は電力線Ａを介して供給され、他の電気設備への供給や商用電力として電力会社に売却される。従って、発電装置２には、供給する電力を一時的に蓄えておく蓄電設備や電圧を調整する変圧器等の設備が必要に応じ付加されていてもよい。
【００１２】
冷却系統３は、給湯水を貯湯可能な貯湯槽３１、発電装置２から発生する熱を熱交換して発電装置２の温度上昇を抑える熱交換器３２、貯湯槽３１から熱交換器３２への給湯水の循環路を形成する循環往路３３、熱交換器３２から貯湯槽３１への循環路を形成する循環復路３４、循環往路３３に設け給湯水を循環させる循環ポンプ３５からなる。
貯湯槽３１は、循環往路３３が下部に接続されると共に循環復路３４が上端に接続され、内部に貯湯される給湯水が下部から上部へと循環路を経由して戻る。従って、貯湯槽３１では、循環往路３３から供給した給湯水は熱交換器３２、循環復路３４を経由し温度上昇されて再び貯湯槽３１上部から貯湯槽３１内に戻ることとなるので、貯湯槽３１内では温度成層が形成された状態となる。
又、貯湯槽３１の上部には、貯湯槽３１内の給湯水を、厨房や洗面所等の温水を必要とする給湯設備へ給水する供給管４が接続され、暖められて貯湯槽３１上部に貯湯された給湯水を他の給湯設備へ給湯可能である。更に又、貯湯槽３１の下部には、供給管４から他の給湯設備へ給湯された量の上水を補給するための上水管５が接続され、供給管４から供給された給湯水と同量の上水を貯湯槽３１内へ補給可能である。従って、貯湯槽３１では、供給管４から給湯水が供給されると、下部から上水が補給されることとなり、貯湯層３１内も下部から上部までの各部位の温度が下がることとなる。
循環ポンプ３５は、循環往路３３に設けられ、発電装置２の動作時に動作し停止時には動作しない。循環ポンプ３５は、貯湯槽３１内のうち温度の低い下部に有る給湯水を循環往路３３から取出し、熱交換器３２で熱交換させて温度上昇させ、循環復路３４を経由させて再び貯湯槽３１上部から貯湯槽３１内に戻す循環をさせる。この実施の形態では循環ポンプ３５は循環往路３３に設けたが、循環復路３４に設けても良く、又、熱交換器３２に設けても、或は、貯湯槽３１に設けても良く、給湯水を循環できれば設置位置は特に特定されない。
【００１３】
３６は温度センサである。温度センサ３６は、循環往路３３の熱交換器３２側に設置し、熱交換器３２による熱交換前の低温の給湯水温度を検知する。そして温度センサ３６では、検知した温度を制御部８へ信号出力する。温度センサ３６は、設定される温度に到達したか否かによって制御部８へ信号を送信する温度センサからなるが、測温した温度の信号を制御部８へ送信する温度計でも良い。温度センサ３６は貯湯槽３１内下部の給湯水が既に温水となり、更に熱交換してもそれ以上給湯水温度を上げられない状態となっている熱余り状態を検知するセンサであり、温度センサ３６に設定される温度は５５℃である。この設定される温度は熱余り停止温度であり、発電装置２の種類によって異なるが、本実施の形態では発電装置２が燃料電池からなり、熱交換によって取得可能な温度が６０℃程度なので稍低い５５℃とするが、発電装置２がディーゼルエンジン等の動力を利用する場合には更に高温に設定され、発電装置２の種類により適宜設定すればよい。
【００１４】
６は、補助熱源装置である。補助熱源装置６は供給管４に設置され、貯湯槽３１の上部から厨房等の給湯設備の給湯に供されるために供給される給湯水を、電気や燃料により加熱可能である。補助熱源装置６による給湯水の加熱は、発電装置２の運転が停止して貯湯槽３１に貯湯された温水の給湯水が消費され、低温の給湯水の供給が開始されると行われる。従って、補助熱源装置６は、厨房等の給湯設備へ供給される給湯水の温度を検知して作動するか或は該温度を検知するセンサからの情報によって作動する。
又、補助熱源装置６には、補助熱源装置６が作動した場合に制御部８へ作動情報を信号出力する作動検知センサ６１が設置される。補助熱源装置６は、上記の他に冬期等給湯水の温度が厨房等の給湯設備で必要とする温度まで上昇しない場合や、給湯設備への供給量が不足した場合に作動する。従って、補助熱源装置６は、一般的なガス給湯器等でよく、動作状態を制御部８へ信号出力可能で有ればよい。
更に又、作動検知センサ６１も別途設けずとも、例えば補助熱源装置６が使用する燃料ガスの流量を検知して補助熱源装置６の作動の有無を検知するようにしても良く、この場合には燃料ガスの流量の検知が作動検知センサ６１に相当する。従って、補助熱源装置６は、貯湯量が減少している貯湯量減少状態時に作動する
【００１５】
更に、供給管４の補助熱源装置６と貯湯槽３１との間には混合弁７を設ける。そして、混合弁７には上水管５も接続されて上水の供給も受け、貯湯槽３１からの給湯水と上水管５からの上水とを混合して下流に供給する。このように混合弁７を設けることで、発電装置２の発熱量が多く、貯湯槽３１に貯湯される給湯水の温度が厨房等の給湯設備での所望温度より高くても上水と適宜混合することで所望温度で提供可能となり、発電装置２の発熱量が大きくて貯湯される給湯水が所望の給湯温度より高くても給湯温度を所望温度で供給できる。
【００１６】
８は制御部である。制御部８は、発電装置２の運転状況を監視可能であり、且つ、温度センサ３６及び作動検知センサ６１からの信号を入力可能である。そして制御部８は、制御部８では、貯湯槽３１内下部の給湯水温度が予め定める熱余り停止温度に達したと温度センサ３６が感知すると、発電装置２で発熱した熱量が既に貯湯槽３１内の給湯水温度を所定温度まで上昇させ熱余り状態であるとして発電装置２の動作を停止させる。又、制御部８は、制御部８では、発電装置２による発電が停止した状態で、厨房等の給湯設備による給湯水の供給があり、貯湯槽３１内上部の給湯水の温度が低下して補助熱源装置６が作動したことを作動検知センサ６１の検知した作動情報によって検知したときには、発電装置２の運転を再開可能である。制御部８は、この実施の形態では温度センサ３６が設定温度に到達することで信号出力するセンサからなるので、その信号の受信の有無により発電装置２の運転制御を行うが、温度センサ３６が温度計からなり測温した温度を送信する場合には、受信した温度が熱余り停止温度に到達したか否かを判断するよう構成される。
尚、第１の実施の形態では、発電装置２と冷却系統３というように説明したが、例えば冷却系統３の熱交換器３２が発電装置２の一部として構成されていても良く、それぞれの構成が特に限定されるものではない。
【００１７】
上述のように形成されるコジェネレーションシステム１では、貯湯槽３１内の給湯水は循環ポンプ３５によって貯湯槽３１下部から循環往路３３を経由し熱交換器３２へ到達する。熱交換器３２に到達した給湯水は熱交換器３２で発電装置２が排出する排熱を熱交換して温水となり、循環復路３４を経由して再び貯湯槽３１の上部から貯湯槽３１内に戻される。この時、給湯水が暖められる温度は、発電装置２からの排出される熱量・温度及び熱交換器３２の熱交換効率によって決定するが、この実施の形態では、前記の通り略６０℃である。
このように、順次熱交換器３２で熱交換される給湯水の温度は、熱交換前の低温であり、温度センサ３６によってその温度は検知される。そして検知された温度は制御部８へ出力される。
制御部８では下部温度センサ３６からの温度が熱余り停止温度に到達していないので、発電装置２の運転は継続される。
やがて貯湯槽３１内の給湯水が熱交換されて貯湯槽３１内の温度成層が下方に移動すると、下部温度センサ３６が検知する温度が熱余り停止温度に到達するか或はそれ以上の温度となる。すると、制御部８では、給湯水温度が熱余り停止温度に到達したので発電装置２の運転を停止させる。このように熱余り状態になった場合に発電装置２の運転を停止するのは、発電装置２からの排熱を給湯水の温度上昇に利用できなくなった状態であり、従って、発電装置２を冷却できない状態であるからであり、発電装置２を停止することで、利用できない排熱の発生を無くしエネルギーロスをより少なくすることとなる。尚、この間に厨房や洗面所等の温水を必要とする給湯設備が給湯水を利用しなければ、給湯水は順次熱交換器３２によって加熱されて温水となり貯湯槽３１に貯湯される。
このように制御部８が熱交換器３２によって温水となる前の給湯水の温度を温度センサ３６によって温度監視することで、発電装置２の運転停止を指示する。
【００１８】
一方、厨房等の給湯設備が温水となった給湯水を使用する場合には、貯湯槽３１上部に接続される供給管４から補助熱源装置６を経由して厨房等の給湯設備に給湯水が送られ消費される。そして、給湯水が消費されると貯湯槽３１には下部に接続した上水管５から上水が補給されることとなる。すると貯湯槽３１内には低温の給湯水が増量し、温度成層の境界面の位置は上方に移動する。
発電装置２が停止されて長時間経過した場合や、発電装置２が停止された状態で給湯水が厨房等の給湯設備に供給されると、貯湯槽３１上部の給湯水温度が下降する。この状態で尚厨房等の給湯設備へ給湯水を供給すると、給湯水の温度はやがて補助熱源装置６作動温度に達する。すると、補助熱源装置６は厨房等の給湯設備へ供給する給湯水を適温に加熱して供給管４から提供する。すると、補助熱源装置６が作動されたので作動検知センサ６１では作動されたことを制御部８へ送信することとなる。
【００１９】
補助熱源装置６が作動されるのは貯湯量が減少した状態の時であり、制御部８ではこの時に発電装置２が停止された状態であれば、発電装置２の発電を再開させる。すると、発電装置２からの排熱が熱交換器３２によって再び給湯水の温度を上昇させることとなり、貯湯槽３１へ温水となった給湯水が貯湯されることとなる。
尚、厨房等の給湯設備による給湯水の利用が続けられ、発電装置２が運転していて給湯水の温度を上昇させているにも拘らず給湯水の提供が間に合わない場合にも補助熱源装置６が作動して要求される温度或は量の給湯水を厨房等の給湯設備へ送り出すこととなるが、この時には発電装置２が運転状態であるので、制御部８が発電装置２の運転を制御することはない。又、厨房等の給湯設備に供給する貯湯槽３１に貯湯された給湯水の温度が高すぎる場合には、混合弁７によって上水を混合して所定温度で供給する。
【００２０】
又、この実施の形態では、発電装置２の停止を温度センサ３６の検出した温度に基づいて制御部８が行うようにしたが、例えば発電装置２が自身の温度を監視し温度が所定以上に上昇した場合に発電装置２が運転を停止し、制御部８が発電装置２の運転状況を監視するように構成しても良く、温度センサ３６の検出した温度によらずに他の方法によって発電装置２を停止させるようにしても良い。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
本発明では、新たにコジェネレーションシステムを構築する場合に限らず、補助熱源装置６の作動を監視するだけで熱余り状態で停止中の発電設備を再び運転状態にできるので、補助熱源装置６を具備する既存のコジェネレーションシステムに、制御部を新たに追加するか既に有る制御部に同機能を付加することで応用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】この発明の第１の実施の形態を表す説明図
【図２】従来例を表す説明図
【符号の説明】
【００２３】
１    コジェネレーションシステム
２    発電装置
３    冷却系統
３１  貯湯槽
３２  熱交換器
３３  循環往路
３４  循環復路
３５  循環ポンプ
３６  温度センサ
４    供給管
５    上水管
６    補助熱源装置
６１  作動検知センサ
７    混合弁
８    制御部
【図１】
2005106341.tif 000003
【図２】
2005106341.tif 000004