(57)【要約】【課題】  発電システムは、蓄熱器の蓄熱量の不足について何ら考慮されていない。本発明は、従来の発電システムに比べ、蓄熱器の蓄熱量の不足が抑制される発電システムを提供する。【解決手段】  発電システム１００は、発電ユニット１と、発電ユニット１よりも多量の排熱を生成する燃焼器２と、発電ユニット１及び燃焼器２の排熱を回収する第１熱媒体が流れる第１熱媒体流路４と、第１熱媒体流路４上に設けられた蓄熱器３とを備え、第１熱媒体流路４は、第１熱媒体が発電ユニット１及び燃焼器２の順に熱回収した後、蓄熱器３に熱を供給するよう構成されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電ユニットと、燃焼器と、前記発電ユニット及び前記発電ユニットよりも多量の排熱を生成する前記燃焼器の排熱を回収する熱媒体が流れる熱媒体流路と、前記熱媒体流路上に設けられた蓄熱器とを備え、前記熱媒体流路は、前記熱媒体が発電ユニット及び前記燃焼器の順に熱回収した後、前記蓄熱器に熱を供給するよう構成されている、発電システム。
【請求項２】
前記熱媒体流路を構成する配管が、前記蓄熱器内を通過するよう構成されている、請求項１記載の発電システム。
【請求項３】
前記配管は、前記蓄熱器内においてコイル状に形成されている、請求項２記載の発電システム。
【請求項４】
前記発電ユニットの起動において前記燃焼器の燃焼動作を実行する制御器を備える請求項１−３のいずれかに記載の発電システム。
【請求項５】
前記発電ユニットより熱回収する前の熱媒体が流れる熱媒体流路から分岐し、前記発電ユニットの排熱を回収した後でかつ前記燃焼器の排熱を回収する前の熱媒体が流れる熱媒体流路と合流する分岐流路を備える、請求項１−４のいずれかに記載の発電システム。
【請求項６】
前記分岐流路が分岐する箇所と該分岐流路と合流する箇所との間の前記熱媒体流路内の前記熱媒体の流量を調整する第１の流量調整器を備える、請求項５記載の発電システム。
【請求項７】
前記分岐流路内の前記熱媒体の流量を調整する第２の流量調整器を備える、請求項５記載の発電システム。
【請求項８】
前記燃焼器の排熱を回収後の前記熱媒体の温度を検知する温度検知器を備え、前記温度検知器の温度が上限温度以下になるよう前記第２の流量調整器を制御する制御器を備える、請求項７記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記発電システムの発電運転中において前記燃焼器の燃焼動作を停止する制御器を備える、請求項１−８のいずれかに記載の発電システム。
【請求項１０】
前記蓄熱器の蓄熱量が、最大蓄熱量よりも小さい所定の閾値以上になると、前記燃焼器からの排熱回収を停止する制御器を備える、請求項１−８のいずれかに記載の発電システム。
【請求項１１】
前記発電システムが発電している時における前記所定の閾値は、前記発電システムが発電していない時における前記所定の閾値よりも低くなるよう設定されている、請求項１０記載の発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電ユニット及び燃焼器の排熱を回収する蓄熱器を備える発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の発電システムの一例として、発電した電力を電力負荷に供給するとともに、発電に伴う排熱を回収して蓄熱器（貯湯タンク）に蓄熱するシステムがある。この発電システムにおいて、発電ユニットの排熱を回収した温水が、蓄熱器内の熱媒体（水）と熱交換するよう構成されたコイル状の熱交換器が設ける発電システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３４９３２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１記載の発電システムは、蓄熱器の蓄熱量の不足について何ら考慮されていない。
【０００５】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、従来の発電システムに比べ、蓄熱器の蓄熱量の不足が抑制される発電システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記従来の課題を解決するために、本発明の発電システムは、発電ユニットと、前記発電ユニットよりも多量の排熱を生成する燃焼器と、前記発電ユニット及び前記燃焼器の排熱を回収する熱媒体が流れる熱媒体流路と、前記熱媒体流路上に設けられた蓄熱器とを備え、前記熱媒体流路は、前記熱媒体が発電ユニット及び前記燃焼器の順に熱回収した後、前記蓄熱器に熱を供給するよう構成されている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の発電システムによれば、従来の発電システムに比べ、蓄熱器の蓄熱量の不足が抑制される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施の形態１の発電システムの概略構成の一例を示す図
【図２】実施の形態１の変形例１の発電システムの概略構成を示す図
【図３】実施の形態１の変形例２の発電システムの動作フローの一例を示す図
【図４】実施の形態１の変形例３の発電システムの動作フローの一例を示す図
【図５】実施の形態２の発電システムの概略構成の一例を示す図
【図６】実施の形態２の発電システムの動作フローの一例を示す図
【図７】実施の形態３の発電システムの概略構成の一例を示す図
【図８】実施の形態３の発電システムの動作フローの一例を示す図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（実施の形態１）
実施の形態１の発電システムは、発電ユニットと、発電ユニットよりも多量の排熱を生成する燃焼器と、発電ユニット及び燃焼器の排熱を回収する熱媒体が流れる熱媒体流路と、熱媒体流路上に設けられた蓄熱器とを備え、熱媒体流路は、熱媒体が発電ユニット及び燃焼器の順に熱回収した後、蓄熱器に熱を供給するよう構成されている。
【００１０】
かかる構成により、従来の発電システムに比べ、蓄熱器の蓄熱量の不足が抑制される。
【００１１】
図１は、本実施の形態における発電システム１００の概略構成の一例を示す図である。
【００１２】
図１に示されるように、発電システム１００は、発電ユニット１と、燃焼器２と、蓄熱器３と、第１熱媒体流路４と、ポンプ５と、制御器１１とを備える。
【００１３】
発電ユニット１は、例えば、燃料電池発電ユニット、ガスエンジン発電ユニット等が例示される。燃焼器２は、バーナー等が用いられる。蓄熱器３には、発電ユニット１及び燃焼器２のそれぞれの排熱を回収した第１熱媒体が貯えられる。
【００１４】
第１熱媒体流路４は、第１熱媒体が流れる流路であり、両端が共に蓄熱器３に接続され、第１熱媒体が発電ユニット１と燃焼器２の順に排熱を回収した後、蓄熱器３に熱媒体を供給するよう構成されている。ここで、第１熱媒体流路４は、一端が蓄熱器３の下部に接続され、他端が蓄熱器３の上部に接続するよう構成されており、蓄熱器３の下部より取り出された第１熱媒体は、熱回収後、蓄熱器３の上部に戻る。従って、蓄熱器３内の上部には下部よりも相対的に温度の高い第１熱媒体が蓄積される。外部熱負荷に供給される第１熱媒体は、蓄熱器３の上部より取り出される。これにより相対的に温度の高い第１熱媒体が熱負荷に供給される。蓄熱器３の下部に相対的に温度の低い第１熱媒体が供給される。図１の蓄熱器３において、上記第１熱媒体流路４の両端が接続される位置、蓄熱器３から外部熱負荷へと第１熱媒体が取り出される位置、及び蓄熱器３へと相対的に温度の低い第１熱媒体が供給される位置は、例示であり、本例に限定されるものではない。
【００１５】
ポンプ５は、第１熱媒体流路４上に設けられ、第１熱媒体流路において第１熱媒体を流す機器である。なお、発電ユニット１が、燃料電池発電ユニットである場合、その排熱は、燃料電池本体、燃料電池からの排ガス、及び改質器を加熱する燃焼器の燃焼排ガスの少なくともいずれか一つの排熱である。また、発電ユニット１が、ガスエンジン発電ユニットである場合、ガスエンジンの燃焼排ガスの排熱である。
【００１６】
制御器１１は、燃焼器２の動作を制御し、所定のタイミングにおいて燃焼器２の燃焼動作を開始または停止する。制御器１１は、制御機能を有するものであればよく、演算処理部と、制御プログラムを記憶する記憶部とを備える。演算処理部としては、ＭＰＵ、ＣＰＵが例示される。記憶部としては、メモリが例示される。制御器１１は、集中制御を行う単独の制御器で構成されていてもよく、互いに協働して分散制御を行う複数の制御器で構成されていてもよい。
［変形例１］
実施の形態１の変形例１の発電システムについて説明する。図２は、本変形例の発電システムは、第１熱媒体流路４が蓄熱器３内を通過するよう構成されている。そして、蓄熱器３内の第１熱媒体流路４は、蓄熱器３に貯えられた第２熱媒体と熱交換する熱交換部６として機能する。熱交換部６の形状は任意であるが、本変形例においては、熱交換部６の少なくとも一部がコイル状に形成される。
上記以外の点については、実施の形態１の発電システムと同様に構成される。
［変形例２］
実施の形態１の変形例２の発電システムは、発電ユニットの起動において燃焼器の燃焼動作を実行する制御器を備える。起動時は発電時よりも発電ユニットの排熱量が小さいため、特許文献１記載の従来の発電システムでは、蓄熱器内の熱媒体（第１または第２熱媒体）の温度が低下してしまう。しかしながら、本変形例の発電システムにより、従来の発電システムに比べ、蓄熱器内の熱媒体の温度低下が抑制される。
【００１７】
本変形例の発電システムは、上記制御器以外は、実施の形態１及びその変形例１のいずれかと同様に構成してもよい。
【００１８】
以下に、本変形例の発電システムの動作の一例について説明する。図３は、本変形例の発電システムの動作フローを示す図である。図３に示すように、制御器１１は、発電ユニット１を起動させる（ステップＳ１）に伴い、燃焼器２の燃焼動作を開始する（ステップＳ２）。なお、上記動作フローは、例示であり、発電ユニット１の起動において燃焼器２の燃焼動作が実行されるのであれば、燃焼器２の燃焼動作の開始タイミングは、任意である。例えば、発電ユニット１の起動の途中において燃焼器２の燃焼動作を開始してもよい。
［変形例３］
実施の形態１の変形例３の発電システムは、発電ユニットの発電運転において燃焼器の燃焼動作を停止する。これにより、蓄熱器３には、発電ユニットの発電運転時に燃焼器より排熱回収する場合に比べ、蓄熱器に発電ユニットからの排熱を貯える余力（最大蓄熱量になるまでに蓄熱可能な熱量）がより多く確保されるので、発電システムの運転時間の延長が図られ、好ましい。
【００１９】
本変形例の発電システムは、上記制御器以外は、実施の形態１、変形例１及び変形例２のいずれかと同様に構成してもよい。
【００２０】
以下に、本変形例の発電システムの一例について説明する。
【００２１】
図４は、本変形例の発電システムの動作フローの一例を示す図である。図４に示すように、制御器１１は、発電ユニット１の発電運転を開始する（ステップＳ３）に伴い、燃焼器２の燃焼動作を停止する（ステップ４）。なお、発電ユニット１の発電運転は、発電システム１００の起動完了後に開始される。
【００２２】
なお、上記動作フローは、例示であり、発電ユニット１の発電運転において燃焼器２の燃焼動作が停止されるのであれば、燃焼器２の燃焼動作の停止タイミングは、任意である。例えば、発電ユニット１の発電運転の途中において燃焼器２の燃焼動作を停止するよう制御してもよい。
【００２３】
本変形例の発電システムは、制御器１１が上記制御を実行する点以外は、実施の形態１、変形例１及び変形例２のいずれかと同様に構成されてもよい。
（実施の形態２）
実施の形態２の発電システムは、発電ユニットより熱回収する前の熱媒体が流れる熱媒体流路から分岐し、発電ユニットの排熱を回収し、かつ燃焼器の排熱を回収する前の熱媒体が流れる熱媒体流路と合流する分岐流路を備える。
【００２４】
発電ユニットと燃焼器の排熱量の差が大きいと（例えば、発電ユニットの定格電力出力が１−３ｋＷ、燃焼器の定格熱出力が、２４ｋＷ）発電ユニットの温度と燃焼器の排熱を回収した後の熱媒体の温度の温度差が大きくなるという問題が発生する。この点についてより具体的に説明すると、発電ユニットを適温に維持するため発電ユニットの小さい排熱量に合わせて熱媒体の流量を制御すると、燃焼器の排熱を回収した後の熱媒体は過昇温してしまう可能性がある。一方、燃焼器からの排熱を回収した後の熱媒体の過昇温を抑制するよう燃焼器の大きい排熱量に合わせて熱媒体の流量を制御すると、発電ユニットが過冷却される可能性がある。ここで、上記分岐流路を備えることにより、燃焼器の排熱を回収する熱媒体の流量が発電ユニットの排熱を回収する熱媒体の流量よりも多くなり、分岐流路を設けない場合に比べ、発電ユニットの温度と燃焼器の排熱を回収した後の熱媒体の温度の温度差が低減される。
【００２５】
また、発電ユニットは、分岐流路への分岐箇所と該分岐流路との合流点との間の熱媒体流路内の熱媒体の流量を調整する第１の流量調整器を備えてもよい。
【００２６】
かかる構成により、発電ユニットからの排熱の回収量が適切に調整される。
【００２７】
また、分岐流路内の前記熱媒体の流量を調整する第２の流量調整器を備えてもよい。
【００２８】
かかる構成により、燃焼器の排熱の回収量が適切に調整される。
【００２９】
また、燃焼器の排熱を回収した後の前記熱媒体の温度を検知する温度検知器を備え、温度検知器の温度が上限温度以下になるよう第２の流量調整器を制御する制御器を備えてもよい。
【００３０】
かかる構成により、燃焼器からの排熱を回収後の熱媒体の過昇温が抑制される。
【００３１】
本実施の形態の発電システムは、上記以外の点については、実施の形態１、変形例１及び変形例２のいずれかの発電システムと同様に構成してもよい。
【００３２】
次に、発電システムの一例について説明する。図５は、発電システムの概略構成の一例を示す図である。図５に示すように、発電システム１００は、分岐流路１２、流量調整弁７、温度検知器８を備える。分岐流路１２は、発電ユニット１より熱回収する前の熱媒体が流れる第１熱媒体流路４から分岐し、発電ユニット１の排熱を回収した後でかつ燃焼器２の排熱を回収する前の熱媒体が流れる第１熱媒体流路４と合流するよう構成されている。流量調整弁７は、分岐流路１２に設けられ、分岐流路１２を流れる第１熱媒体の流量を調整する。温度検知器８は、燃焼器２から排熱を回収した後の第１熱媒体が流れる第１熱媒体流路４上に設けられる。ここで、第１の流量調整器及び第２の流量調整器は、共にポンプ５と流量調整弁７とにより構成されるが、これに限定されるものではない。例えば、分岐流路１２が分岐する箇所と分岐流路１２と合流する箇所との間の第１熱媒体流路４と分岐流路１２とにそれぞれポンプを設け、それぞれのポンプが、第１の流量調整器及び第２の流量調整器として機能する形態を採用しても構わない。
【００３３】
次に、発電システム１００の動作の一例について説明する。図６は、発電システム１００の動作フローの一例を示す図である。
【００３４】
発電ユニット１の発電及び燃焼器２の燃焼動作が共に実行されているとき（スタート）、温度検知器８により温度が検知される（ステップＳ５）。検知温度が上限温度Ｔ１より高いか否かが判定され（ステップＳ６）、検知温度が上限温度Ｔ１より高い場合（ステップＳ６でＹｅｓ）、制御器１１は、ポンプ５及び流量調整弁（第２流量調整器）を制御して分岐流路への流量を増加させる（ステップＳ７）。具体的には、ポンプ５の出力を増加させ、流量調整弁の開度を大きくする。
【００３５】
上記動作フローにより燃焼器２からの排熱を回収した第１熱媒体の温度が上限温度以下になるよう制御されるので、第１熱媒体の過昇温が抑制される。
【００３６】
なお、上記発電システムは、第１の流量調整器と、第２の流量調整器と、温度検知器及び温度検知器の温度が上限温度以下になるよう第２の流量調整器を制御する制御器とを備える例について説明するが、本例に限定されるものではない。例えば、第１の流量調整器及び第２流量調整器を備える一方で、温度検知器及び温度検知器の温度が上限温度以下になるよう第２の流量調整器を制御する制御器を備えない形態を採用しても構わない。また、上記発電システムは、第１の流量調整器及び第２の流量調整器が、第１熱媒体が第１熱媒体流路４及び分岐流路１２への分流比を調整可能な形態であるが、これに限定されず、分流比が一定の形態であっても構わない。分流比が一定となる形態においては、流量調整弁７を設けずに、ポンプ５のみにより第１熱媒体流路４及び分岐流路１２へ流れる第１熱媒体の流量が調整される。
（実施の形態３）
実施の形態３の発電システムは、蓄熱器の蓄熱量が、最大蓄熱量よりも小さい所定の閾値以上になると、燃焼器からの排熱回収を停止する制御器を備える。
【００３７】
かかる構成により、蓄熱器に発電ユニットからの排熱を貯える余力が確保され、燃焼器からの排熱回収を停止しない場合に比べ、発電システムの発電運転をより長時間実行することが可能になり、好ましい。
【００３８】
また、発電システムは、発電システムの発電運転時における所定の閾値は、発電システムの発電停止時における所定の閾値よりも低くなるよう設定されている。
【００３９】
かかる構成により、発電システムの発電運転時において、蓄熱器に発電ユニットからの排熱を貯える余力がより多く確保されるので、発電システムの運転時間の延長が図られ、好ましい。
【００４０】
本実施の形態の発電システムは、上記以外の点については、実施の形態１、変形例１−３及び実施の形態２のいずれかの発電システムと同様に構成してもよい。
【００４１】
図７は、本実施の形態における発電システム１００の概略構成の一例を示す図である。
【００４２】
図７に示されるように、発電システム１００は、温度検知器１０ａ、１０ｂを備える。温度検知器１０ａ、１０ｂは、蓄熱器３内において、温度検知器１０ｂが温度検知器１０ａよりも高い位置に設けられ、それぞれ、蓄熱器３内の蓄熱量を間接的に検知する蓄熱量検知器として機能する。なお、蓄熱量検知器は、蓄熱器３内に設けられた上記温度検知器に限定されるものではなく、任意の形態で構わない。例えば、蓄熱器３内の蓄熱量を直接検知する検知器であっても構わない。
【００４３】
次に、発電システム１００の動作の一例について説明する。図８（ａ）は、発電システム１００の発電停止時における燃焼器の動作フローの一例を示す図である。図８（ｂ）は、発電システム１００の発電運転時における燃焼器の動作フローの一例を示す図である。
【００４４】
図８（ａ）に示すように、発電システム１００の発電が停止しており、かつ燃焼器２は燃焼動作を実行しているとき（スタート）、蓄熱器３内の蓄熱量を検知する（ステップＳ８）。そして、検知された蓄熱量が第１の閾値Ｑ１以上であるか否かを判定する（ステップＳ９）。具体的には、温度検知器１０ａの検知温度が、第１の閾値Ｔ１（例えば、４５℃）以上か否かで判定される。次に、蓄熱量が第１の閾値Ｑ１以上である場合（ステップＳ９でＹｅｓ）、制御器１１は、燃焼器２の燃焼動作を停止させる（ステップＳ１０）。一方、蓄熱器３内の蓄熱量が第１の閾値Ｑ１よりも小さい場合（ステップＳ９でＮｏ）、制御器１１は、燃焼器２の燃焼動作を継続する。
【００４５】
図８（ｂ）に示すように、発電システム１００が発電し、かつ燃焼器２は燃焼動作を実行しているとき（スタート）、蓄熱器３内の蓄熱量を検知する（ステップＳ１１）。そして、検知された蓄熱量が第２の閾値Ｑ２以上であるか否かを判定する（ステップＳ１２）。具体的には、温度検知器１０ｂの検知温度が、第２の閾値Ｔ２（例えば、４５℃）以上か否かで判定される。そして、蓄熱量が第２の閾値Ｑ２以上である場合（ステップＳ１２でＹｅｓ）、制御器１１は、燃焼器２の燃焼動作を停止させる（ステップＳ１３）。一方、蓄熱器３内の蓄熱量が第２の閾値Ｑ２よりも小さい場合（ステップＳ１２でＮｏ）、制御器１１は、燃焼器２の燃焼動作を継続する。
【００４６】
ここで、上記第２の閾値Ｑ２は、上記第１の閾値Ｑ１よりも小さい値が設定される。これにより、発電システムの発電運転時において発電ユニットからの排熱を回収する余力がより多く確保されるので、発電システムの運転時間の延長が図られ、好ましい。
【００４７】
また、上記第１の閾値Ｑ１を給湯負荷の需要発生に備えて確保すべき下限蓄熱量と定義してもよい。このとき、発電システムの発電運転時は、燃焼器２の排熱を回収しなくても上記下限蓄熱量を満たす可能性があるので第２の閾値Ｑ２は、第１の閾値Ｑ１よりも小さい値が設定される。
【００４８】
なお、上記発電システムは、燃焼器の燃焼動作を停止して、燃焼器からの排熱回収を停止しているが、これは例示に過ぎず、燃焼器からの排熱回収を停止するものであれば任意の形態を採用して構わない。例えば、第１熱媒体流路４より分岐して燃焼器２をバイパスするバイパス経路（図示せず）を設け、第１熱媒体の流路をバイパス流路側に切替え、燃焼器からの排熱回収を停止する形態を採用しても構わない。
【００４９】
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。従って、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。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明にかかる発電システムは、従来の発電システムに比べ、蓄熱器の蓄熱量の不足が抑制される。
【符号の説明】
【００５１】
１  発電ユニット
２  燃焼器
３  蓄熱器
４  第１熱媒体流路
５  ポンプ
６  熱交換部
７  流量調整弁
８  温度検知器
１０ａ  温度検知器
１０ｂ  温度検知器
１１  制御器
１２  分岐流路
１００  発電システム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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