Cogeneration system |
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申请号 | JP2009010075 | 申请日 | 2009-01-20 | 公开(公告)号 | JP4414474B2 | 公开(公告)日 | 2010-02-10 |
申请人 | パナソニック株式会社; | 发明人 | 哲也 上田; 英夫 小原; 章典 行正; | ||||
摘要 | |||||||
权利要求 | 発電装置と、前記発電装置を第1の熱媒体で冷却する冷却回路と、前記冷却回路上に設けられた熱交換器と、前記熱交換器を介して第1の熱媒体と熱交換する第2の熱媒体が流通する排熱回収回路と、前記排熱回収回路と接続し前記熱交換器により熱交換された第2の熱媒体を蓄える蓄熱部と、制御部とを備え、第2の熱媒体が流れる方向における前記熱交換器の下流には、第1の温度検知器と、前記発電装置の電力が給電されるヒータとがこの順に接続され、さらに前記排熱回収回路には第2の熱媒体を循環させる循環ポンプが接続され、前記制御部は、前記第1の温度検知器によって検知される温度に基づいて、前記検知温度が所定の目標温度になるよう前記循環ポンプの流量を制御 し、 さらに、前記第2の熱媒体が流れる方向における前記ヒータの下流に第2の温度検知器を備え、 前記制御部は、前記第2の温度検知器により検知される温度が第1の閾値以上に上昇した場合に、前記循環ポンプの流量を上昇させるよう制御する、コージェネレーションシステム。 前記制御部は、前記第2の温度検知器で検出される温度が、前記第1の閾値よりも高い第2の閾値以上になった場合に運転を停止させる、請求項 1に記載のコージェネレーションシステム。 前記制御部は、前記第2の温度検知器で検出される温度が、前記第1の閾値よりも高い第2の閾値以上になった場合に前記循環ポンプの流量をさらに上昇させる、請求項 1に記載のコージェネレーションシステム。 さらに、前記第2の温度検知器で検知される温度が前記第2の閾値より高い第3の閾値以上になった場合に運転を停止させる、請求項 3に記載のコージェネレーションシステム。 前記ヒータには、前記発電装置で発生する電力のうち外部負荷に供給されない余剰電力を供給する、請求項1に記載のコージェネレーションシステム。 |
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说明书全文 | 本発明は、発電装置により発生した電力を家庭の電力負荷に供給し、発電装置により発生した熱を排熱回収回路により回収して家庭などの熱源として利用する、コージェネレーションシステムに関する。 従来のコージェネレーションシステムとしては、例えば、特許文献1に開示されたものがある。 図7は、従来のコージェネレーションシステムの概略構成を示すブロック図である。 図7に示すように、このコージェネレーションシステム500は、エンジン排熱回収回路51により、発電装置としてのガスエンジン52の排気経路53に接続された排熱熱交換器54と、ヒータ56と、熱交換器57と、排熱ポンプ55と、が直列に接続されている。 また、貯湯経路58により、貯湯タンク59(蓄熱部)と、熱交換器57と、循環温度センサ61と、循環ポンプ60と、が直列に接続されている。 熱交換器57は、エンジン排熱回収回路51内の水(第1の熱媒体)と、貯湯経路58内の水(第2の熱媒体)との間で熱交換できる構造となっている。 コージェネレーションシステム500の動作を以下に説明する。 ガスエンジン52の駆動により、内部に備え付けられた発電装置(図示せず)が電力を発生し、家庭などへ供給する。 発電に伴って発生する熱は、排気経路53に接続された排熱熱交換器54を介してエンジン排熱回収回路51内の水へ伝えられる。 排熱ポンプ55がエンジン排熱回収回路51内の水を循環させることにより、排熱熱交換器54で回収された熱は、熱交換器57を介して貯湯経路58内の水へ伝えられる。 循環ポンプ60が貯湯経路58内の水を循環させることにより、熱交換器57で回収された熱は、貯湯タンク59に温水として貯えられる。 かかる構成によれば、ガスエンジン52により発生した電力を使用すると同時に、この貯湯タンク59に貯えられた温水を家庭などの給湯または暖房に使用することが可能となり、コージェネレーションシステムとしての機能が果たされる。 つぎに、コージェネレーションシステム500の、水温制御方法について説明する。 貯湯経路58内の水は、熱交換器57により加熱されるが、このとき循環温度センサ61が検知する水温が、常に回収可能な最高温度の目標値(例えば70℃)になるように、循環ポンプ60の循環流量を制御する。 例えば、熱交換器57によりエンジン排熱回収回路51から伝えられる熱量が少なくなれば、(具体的には、循環温度センサ61で検出される温度が目標値より低下すれば)循環ポンプ60の流量を減少させ、循環温度センサ61で検知される温度を高温に維持するフィードバック制御を行っている。 熱交換器57で加温された水は、上方から貯湯タンク59内へと供給される。 熱交換器57へ供給される水は、貯湯タンク59の下方から取出される。 この水温制御方法により、貯湯タンク59内は上方に高温の温水をためる、いわゆる積層沸上げを行う。 この方式では、貯湯タンク59内の水が全て高温でなくても、上方の水温は高く維持される。 使用時には、上方から温水を取り出すことで、常に高温の温水を使用することができる。 この特長を生かすためには、上記水温制御方法において、循環温度センサ61部の温度を常に高温に維持することが重要である。 一方、ガスエンジン52で発生した電力を家庭などに供給する場合、一般的には電力会社等が敷設している電力供給系統に接続(図示せず)し、いわゆる系統連係を行う。 系統連係により、ガスエンジンの発電能力だけで家庭などの電力負荷をまかないきれない場合には、外部から電力を供給する。 系統連係を行う場合、ガスエンジン52の発電電力に対し家庭などの電力負荷が小さいと、電力供給側へと電気が流れる、いわゆる逆潮流が発生する。 この逆潮流を防止するために、この従来のコージェネレーションシステムでは、ヒータ56に通電し、余剰電力を熱エネルギーに変換する処理を行っている。 しかしながら、上記従来のコージェネレーションシステムでは、ガスエンジン52による発電電力がほぼ一定または必要に応じて緩やかに変化するのに対し、家庭などの負荷電力は急激かつ頻繁に変化する。 そのため、ヒータ56に供給される余剰電力が大きく変化し、熱交換器57から貯湯経路58に与えられる熱量も大きく変化するため、循環温度センサ61に基づく循環ポンプ60の流量をフィードバック制御する場合、水温(第2の熱媒体の温度)が大きくハンチングするという問題があった。 そして、水温目標値70℃に対し、例えば水温が70℃から40℃の間でハンチングした場合は、貯湯タンク59には、平均55℃の温水しか貯えることができない。 すなわち、上記従来の構成と制御方法では、十分な貯湯温度(蓄熱部に貯留される第2の熱媒体の温度)が維持できないという課題があった。 本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、発電装置の排熱及び発電装置の余剰電力で発生させた熱を第2の熱媒体へと回収して蓄熱部に貯留する際に、蓄熱部内における第2の熱媒体を高い目標温度に維持することが可能なコージェネレーションシステムを提供することを目的とする。 発明者らは、上記従来の課題を解決すべく鋭意検討を行った。 その結果、水温のハンチングは、ヒータから供給される熱量の変動が循環温度センサで検出される温度に反映されるまでの間に時間差があるために発生することに気づいた。 かかる時間差が存在すると、循環温度センサの温度が低下した時点では、熱交換器の内部を含めた経路上に相当量の水温の低い水が発生してしまい、ポンプの流量を下げてもすぐには水温は回復しない。 また、水の熱容量や熱交換器、配管等が有する熱容量によっても、水温の応答は遅れることになる。 かかる理由によって、暫くの間は貯湯タンクへと水温の低い水が供給されることになり、十分な貯湯温度(蓄熱部に貯留される第2の熱媒体の温度)が維持できなくなる。 発明者らは、かかる知見を踏まえ、温度センサの下流側にヒータを設ければ、ヒータから供給される熱量の変動がポンプの流量に与える影響を緩やかにでき、貯湯タンク内の水温を高い目標温度に維持可能であることに想到した。 上記従来の課題を解決するために、本発明のコージェネレーションシステムは、発電装置と、前記発電装置を第1の熱媒体で冷却する冷却回路と、前記冷却回路上に設けられた熱交換器と、前記熱交換器を介して第1の熱媒体と熱交換する第2の熱媒体が通流する排熱回収回路と、前記排熱回収回路と接続し前記熱交換器により熱交換された第2の熱媒体を蓄える蓄熱部と、制御部とを備え、第2の熱媒体が流れる方向に対して前記熱交換器の下流には、第1の温度検知器と、前記発電装置の電力が供給されるヒータとがこの順に接続され、さらに前記排熱回収回路には第2の熱媒体を循環させる循環ポンプが接続され、前記制御部は、前記第1の温度検知器によって検知される温度に基づいて、前記検知温度が所定の目標温度になるよう前記循環ポンプの流量を制御し、さらに、前記第2の熱媒体が流れる方向における前記ヒータの下流に第2の温度検知器を備え、前記制御部は、前記第2の温度検知器により検知される温度が第1の閾値以上に上昇した場合に、前記循環ポンプの流量を上昇させるよう制御する 。 かかる構成では、ヒータが第1の温度検知器よりも下流に配設されているため、ヒータによる加熱の有無が第1の温度検知器によって検知される温度に直接影響しない。 また、第1の熱媒体の温度は、第1の温度検知器が検知する温度に基づいて制御される。 よって、発電装置の排熱及び発電装置の余剰電力で発生させた熱を第2の熱媒体へと回収して蓄熱部に貯留する際に、余剰電力の変動があっても第1の熱媒体の温度はハンチングせず、蓄熱部内における第2の熱媒体を高い目標温度に維持することが可能となる。 また、かかる構成では、ヒータによる第2の熱媒体の過熱を防止することが可能となる。 上記のコージェネレーションシステムにおいて、前記制御部は、前記第2の温度検知器で検出される温度が、前記第1の閾値よりも高い第2の閾値以上になった場合に、前記循環ポンプの流量をさらに上昇させてもよい。 かかる構成では、ヒータによる第2の熱媒体の過熱を防止することが可能となる。 上記のコージェネレーションシステムにおいて、前記制御部は、前記第2の温度検知器で検出される温度が、前記第1の閾値よりも高い第2の閾値以上になった場合に運転を停止させてもよい。 かかる構成では、貯湯タンク内の湯が沸騰等により異常に高温になることでユーザがやけど等をしないように安全性を確保することが可能となる。 上記のコージェネレーションシステムにおいて、前記制御部は、前記第2の温度検知器で検出される温度が、前記第1の閾値よりも高い第2の閾値以上になった場合に前記循環ポンプの流量をさらに上昇させてもよい。 かかる構成では、ヒータによる第2の熱媒体の過熱を効率よく防止できる。 上記のコージェネレーションシステムは、さらに、前記第2の温度検知器で検知される温度が前記第2の閾値より高い第3の閾値以上になった場合に運転を停止させてもよい。 かかる構成では、ヒータによる第2の熱媒体の過熱を効率よく防止できると同時に、貯湯タンク内の湯が沸騰等により異常に高温になることでユーザがやけど等をしないように安全性を確保することが可能となる。 上記のコージェネレーションシステムにおいて、前記ヒータには、前記発電装置で発生する電力のうち外部負荷に供給されない余剰電力を供給してもよい。 かかる構成では、発電装置が発生させる電力を熱源として有効活用できるため、システムのエネルギー効率が向上する。 本発明のコージェネレーションシステムは上述のような構成を有し、以下のような効果を奏する。 すなわち、発電装置の排熱及び発電装置の余剰電力で発生させた熱を第2の熱媒体へと回収して蓄熱部に貯留する際に、上述のハンチングの問題が解消されるため、蓄熱部内における第2の熱媒体を高い目標温度に維持することが可能なコージェネレーションシステムを提供することができる。 以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。 まず、コージェネレーションシステム100のハードウェアについて説明する。 コージェネレーションシステム100は、改質装置1と、原料供給経路2と、水素供給経路3と、燃焼排ガス経路4と、発電装置5(燃料電池)とを有する。 発電装置5の水素極(図示せず)には水素供給経路3と排水素経路6とが、酸素極(図示せず)には空気ブロワ7と排空気経路8とが、それぞれ接続されている。 発電装置5が発生させる電力は、電力変換装置22により取出されて、外部負荷へと供給される。 改質装置1にはバーナ9が備えつけられており、排水素経路6と接続され、水素排ガスを燃焼する。 コージェネレーションシステム100は、さらに冷却水経路10と、排熱回収回路12と、貯湯タンク20とを有する。 冷却水経路10は、発電装置5を冷却する第1の熱媒体である冷却水が流れる冷却回路であり、冷却水ポンプ11を備えている。 排熱回収回路12は、第1の熱媒体を冷却する第2の熱媒体である水が流れる冷却回路である。 排熱回収回路12には、水の循環方向に、循環ポンプ13、排空気経路8に取付けられた熱交換器14、燃焼排ガス経路4に取付けられた熱交換器15、冷却水経路10に取付けられた熱交換器16、第1の温度検知器17、ヒータ18、貯湯タンク20(蓄熱部、蓄熱手段)がこの順に接続されている。 貯湯タンク20には、適宜市水が供給される。 本実施形態では、発電装置5には固体高分子型燃料電池が用いられる。 次に、コージェネレーションシステム100の制御系統について説明する。 コージェネレーションシステム100の制御系統は、制御部21(制御手段)と、循環ポンプ13と、第1の温度検知器17と、ヒータ18と、電力変換装置22とを有する。 第1の温度検知器17と、ヒータ18との位置関係は以下の通りである。 すなわち、排熱回収回路12において、第2の熱媒体が流れる方向おける熱交換器16の下流に、第1の温度検知器17と、ヒータ18とが、この順に接続されている。 制御部21は例えばCPU80とメモリ81と計時装置82とI/O(図示せず)とを備えたマイコン基板で構成されている。 制御部21は、図示されない外部負荷の負荷量に応じて発電装置5の出力を制御する。 具体的には、制御部21は、制御部21に記憶されたプログラムに従い、外部負荷の負荷量に基づいて、空気ブロワ7からの空気供給量および改質装置1からの水素供給量(原料供給経路2からの原料供給量およびバーナ9による加熱量)を制御することにより発電量を制御する。 制御部21は、第1の温度検知器17と、逆潮流検知器33(後述)とからの検出信号を受け取り、制御部21に記憶されたプログラムに従って、循環ポンプ13の動作および電力変換装置22からヒータ18への給電(後述)を制御する。 制御部21は、図示されない温度検知器(例えば、発電装置5の内部や冷却水経路10の内部に設置される)の検出結果に基づいて冷却水ポンプ11を制御することで、冷却水経路の内部の水の温度を制御する。 なお、制御部21は複数が備えられていてもよい。 すなわち、制御部21による制御は分散制御であっても、集中制御であってもよい。 図2は、本発明の第1実施形態のコージェネレーションシステムの電力系統を概略的に示すブロック図である。 発電装置としての発電装置5で発生した直流電力を交流に変換する電力変換装置22は、家庭などの電力負荷31(外部負荷)とともに、電力会社等が敷設する電力供給系統32に接続されている。 電力変換装置22には、内部付加としてヒータ18が制御部21を介して接続されている。 制御部21はヒータ18への給電をON/OFFするスイッチを備えていて、このON/OFFを制御する。 電力供給系統32の受電点には、逆潮流検知器33が設けられている。 逆潮流検知器33には、例えば電流センサが用いられる。 逆潮流検知器33の検知出力は、制御部21に入力されており、検知結果を制御部21に送る。 このような系統連係接続において、発電装置5は電力負荷31の消費電力に見合った発電を行うが、電力負荷31の消費電力が急変した場合は、改質装置1(図1参照)による発電装置5への水素供給量を瞬時に応答させることができないため、発電装置5の発電電力を瞬時に追従させることができない。 発電装置5の発電電力よりも外部負荷が大きい場合は、不足分の電力が電力供給系統32から供給されるが、発電電力よりも外部負荷が小さい場合は、電力供給系統32側へ電気が逆潮流する。 電力系統を流れる交流波形には制約があり、逆潮流が発生すると、交流出力補機の使用状況によってはこの制約の範囲外の電流を系統に流して系統内の交流波形を乱してしまう。 コージェネレーションシステム100では、逆潮流検知器33が逆潮流を検知した場合、その余剰電力(発電装置5から出力される電力のうち、外部負荷に供給されない余剰部分)をヒータ18に供給することによって熱エネルギーに変換する。 これらの制御は、制御部21によって行われる。 かかる制御により、余剰電力のエネルギーを温水の熱エネルギーとして有効利用でき、コージェネレーションシステム100のエネルギー効率が向上する。 次に、コージェネレーションシステム100の動作について、発電と熱利用に分けて以下に説明する。 まず、コージェネレーションシステム100により発電を行うための動作について説明する。 炭化水素や水などの原料は、原料供給経路2より改質装置1に供給され、改質装置1内でバーナ9によって加熱され、改質触媒上で改質反応により水素に転換される。 この水素は、水素供給経路3から発電装置5の水素極に供給され、発電装置5内で消費された後、余った水素が、排水素経路6を介してバーナ9に供給され、改質装置1を加熱するための燃料として使用される。 発電装置5の酸素極には、空気ブロワ7から空気が供給され、発電装置5内で酸素が消費された後、排空気経路8から外部へ排出される。 発電装置5内では、水素と空気中の酸素とが反応して電力が発生する。 発生した直流電力は電力変換装置22によって交流に変換され、家庭などに設置された外部負荷へと供給される。 次に、コージェネレーションシステム100において、発電装置5が発電と同時に発生する排熱を回収する動作について説明する。 発電装置5は、発電運転中に熱を発生する。 発電装置5が発生する熱は、冷却水経路10内を冷却水ポンプ11により循環する水(第1の熱媒体)により発電装置5の外部へと取り出され、熱交換器16を介して排熱回収回路12内の水(第2の熱媒体)に伝えられる。 伝達された熱により、排熱回収回路12中の水は温水となる。 温水は、循環ポンプ13によって圧送され、貯湯タンク20に貯えられる。 貯湯タンク20に蓄えられた温水は、家庭などにおいて給湯または暖房に使用される。 かかる動作により、コージェネレーションシステム100は、発電装置および給湯給熱装置としての機能を果たす。 コージェネレーションシステム100は、排熱の回収効率を向上させるために、排熱回収回路12に複数の熱交換器を備える。 すなわち、冷却水経路10に取付けられた熱交換器16の上流に、燃焼排ガス経路4から排出される熱を回収するための熱交換器15が、さらにその上流に、排空気経路8から排出される熱を回収するための熱交換器14が、それぞれ接続されている。 かかる構成により、発電装置5から排出される熱をさらに効率よく回収できる。 次に、本発明を特徴づけるコージェネレーションシステム100における貯湯タンク20に供給される温水の温度を制御する動作について説明する。 排熱回収回路12内の水は、貯湯タンク20の下部に配設された取出口から取り出され、熱交換器14、熱交換器15、熱交換器16により加熱される。 制御部21は、第1の温度検知器17が検知する水温(第1の検知温度)が、常に回収可能な最高温度、すなわち冷却水経路10内の水温(第1実施形態では70℃)に略等しくなるように、循環ポンプ13の流量Qを制御する。 運転中に、もし、排熱回収回路12に伝えられる熱量(発電装置5から供給される熱量)が少なくなれば、循環ポンプ13の流量を絞り、第1の温度検知器17の部位における水温を高温に維持する。 コージェネレーションシステム100は、いわゆる積層沸上げを行う。 すなわち、貯湯タンク20の下方から取り出された水は、熱交換器14、15、16を経て高温の温水となり、貯湯タンク20の上部に配設された供給口より供給される。 積層沸上げでは、上層に高温の水が溜められるため、貯湯タンク20内の水の全量を高温にしなくても、温水の使用時には貯湯タンク20内の温水を上層より取り出せば、高温の温水を使用することができるという特長がある。 積層沸上げの特長を生かすためには、第1の温度検知器17の部位における水温(貯湯タンク20に供給される温水の温度)を常に安定した高温に維持する必要がある。 コージェネレーションシステム100の特徴は、余剰電力をヒータ18に供給して水温を上昇させる機構を備えていながら、貯湯タンク20に供給される温水を常に一定温度以上に維持できる点にある。 以下、コージェネレーションシステム100における水温制御動作について説明する。 図3は、本発明の第1実施形態において制御部によって実行される水温制御プログラムの一例を概略的に示すフローチャートである。 図3において、T1は、第1の温度検知器によって検知される水温を示す。 また、目標温度範囲は、例えば、65℃以上70℃以下とする。 第1の判定温度は、例えば75℃とする。 以下、図3のフローチャートに基づいて、第1実施形態における制御部21の動作を説明する。 水温制御スタート後、制御部21は、ステップS11においてT1が目標温度範囲の中にあるか否かの判定を行う。 T1が目標温度範囲の中にある場合は、ステップS11の判定を繰り返す。 ステップS11において、T1が目標温度範囲の中にない場合は、制御部21は、循環ポンプ13の操作量(流量)を変化させる(S12)。 このとき、T1が目標温度範囲の下限よりも低い場合には、制御部21は、流量がより小さくなるように循環ポンプ13の操作量を変化させ、T1が目標温度範囲の上限よりも高い場合には、流量がより大きくなるように循環ポンプ13の操作量を変化させる。 操作量を変化させた後は、T1が第1の判定温度以上か否かの判定が行われる(S13)。 T1が第1の判定温度以上である場合には、制御部21はコージェネレーションシステム100の運転を停止する(S14)。 T1が第1の判定温度未満の場合には、ステップS11に戻る。 なお、上述の制御はT1に基づく循環ポンプ13の制御のみに着目したものであり、割り込み処理や並列処理等により適宜に他の制御(燃料電池の運転等)が行われることは言うまでもない。 また、コージェネレーションシステム100の運転が終了された場合には、T1に基づく循環ポンプ13の制御も終了する。 かかる制御によれば、T1は目標温度範囲内に維持される。 ヒータ18は第1の温度検知器17よりも下流(第1の温度検知器17と貯湯タンク20の間)に配設されているため、ヒータ18による加熱の有無はT1に直接影響しない。 T1が目標温度範囲内に維持されていれば、貯湯タンク20へと供給される温水の温度は所定の温度以上に維持される。 よって、貯湯タンク20内の水温を高い目標温度に維持可能となる。 従来のように、ヒータ18により加熱された後の水温で循環ポンプ13のフィードバック制御を行えば、予測困難な負荷電力の急激な変化に伴うヒータ18の加熱量の変動により水温のハンチングが生じる。 本実施形態では、ヒータ18による加熱の前の水温に基づいて循環ポンプ13のフィードバック制御を行うため、ハンチングの問題は生じない。 なお、図3に示した制御はあくまで例示であり、第1の温度検知器が検知する温度が所定の目標温度になるように制御するものであれば、どのような制御が行われてもよい。 本実施形態のコージェネレーションシステムでは、第1の熱媒体と第2の熱媒体の熱交換を行う熱交換器16の下流に、第1の温度検知器17と、発電装置5の余剰電力が供給されるヒータ18がこの順に接続されており、制御部21は、第1の温度検知器17によって検知される温度T1に基づいて、T1が所定の目標温度範囲に入るように循環ポンプ13の流量を制御する。 かかる構成によれば、発電装置の排熱及び発電装置の余剰電力で発生させた熱を第2の熱媒体へと回収して蓄熱部に貯留する際に、上述のハンチングの問題が解消されるため、蓄熱部内における第2の熱媒体を高い目標温度に維持することが可能となる。 また、本実施形態のコージェネレーションシステムでは、電力負荷31に供給されない余剰電力をヒータ18へ供給する。 かかる構成では、発電装置5が発生させる電力を熱源として有効活用できるため、システムのエネルギー効率が向上する。 また、本実施形態のコージェネレーションシステムでは、発電装置5が固体高分子形燃料電池である。 固体高分子形燃料電池は熱と電力を同時に発生させることができ、汎用性も高いため、コージェネレーションシステムの発電装置として好適である。 なお、発電装置5は、燃料電池に限られず、エンジンを利用した発電機等であってもよい。 上述の説明では、ヒータ18は、第1の温度検知器17と貯湯タンク20との間に配設されたが、貯湯タンク20の取出口と熱交換器16との間に配設されていてもよい。 熱交換器16と第1の温度検知器17とヒータ18とが、この順に排熱回収回路12上に配設されていればよい。 第2の温度検知器19は、排熱回収回路12の内部を通流する水の温度を検出する装置である。 第2の温度検知器19はヒータ18の下流にある。 すなわち、第2の熱媒体が流れる方向に対して、熱交換器16の下流に、第1の温度検知器17と、ヒータ18と、第2の温度検知器19とが、この順に配設されている。 第2の温度検知器19は、熱交換器17およびヒータ18によって加熱された後の水温を検出し、制御部21に送る。 次に、コージェネレーションシステム200の特徴となる動作について説明する。 第1実施形態で説明したように、循環ポンプ13の循環流量は、第1の温度検知器17が検知する水温(T1)が目標温度範囲内にあるように、制御部21により制御される。 ここで、余剰電力をヒータ18に供給した場合、ヒータ18において温水がさらに加熱され、目標温度範囲の上限よりも高い温度となる場合がある。 このとき、余剰電力の大きさによってはヒータ18による加熱量が大きくなり、ヒータ18出口の水が沸騰する恐れがある。 沸騰を回避するために、第2実施形態では、第2の温度検知器19が検出する水温(T2)に基づいて、制御部21が循環ポンプ13の流量を制御することにより、ヒータ18による過熱を防止する。 すなわち、T2が第1の閾値以上に上昇した場合は、制御部21は、循環ポンプ13の出力上昇により排熱回収回路12中の水の流量を第1の所定量だけ増加させる。 T2が第2の閾値以上(第2の閾値>第1の閾値)に上昇した場合は、制御部21は、安全のためシステムの運転を停止させる。 図5は、本発明の第2実施形態において制御部によって実行される水温制御プログラムの一例を概略的に示すフローチャートである。 図5において、T1は第1の温度検知器17によって検知される水温を示し、T2は第2の温度検知器19によって検知される水温を示す。 また、目標温度範囲は、例えば、65℃以上70℃以下とする。 第1の判定温度は、例えば75℃とする。 以下、図5のフローチャートに基づいて、第2実施形態における制御部21の動作を説明する。 水温制御スタート後、制御部21は、ステップS21においてT1が目標温度範囲の中にあるか否かの判定を行う。 T1が目標温度範囲の中にない場合は、制御部21は、循環ポンプ13の操作量(流量)を変化させる(S22)。 このとき、T1が目標温度範囲の下限よりも低い場合には、制御部21は、流量がより小さくなるように循環ポンプ13の操作量を変化させ、T1が目標温度範囲の上限よりも高い場合には、制御部21は、流量がより大きくなるように循環ポンプ13の操作量を変化させる。 操作量を変化させた後は、ステップS21に戻る。 ステップS21において、T1が目標温度範囲の中にある場合は、T2が第1の閾値以上であるか否かの判定が行われる(S23)。 T2が第1の閾値以上でないと判定された場合には、ステップS21に戻る。 T2が第1の閾値以上であると判定された場合には、循環流量が増加するように、循環ポンプ13の操作量が変更される(S24)。 流量の増加により、熱交換器14、15、17によって第2の熱媒体へと伝達される熱量が少なくなり、過熱が抑制される。 ステップS24の後、T2が第2の閾値以上であるか否かの判定が行われる(S25)。 T2が第2の閾値以上であると判定された場合には、制御部21はコージェネレーションシステム200の運転を停止する(S26)。 T2が第2の閾値以上でないと判定された場合には、ステップS21に戻る。 なお、上述の制御はT1とT2に基づく循環ポンプ13の制御のみに着目したものであり、割り込み処理や並列処理等により適宜に他の制御(燃料電池の運転等)が行われることは言うまでもない。 また、コージェネレーションシステム100の運転が終了された場合には、T1とT2に基づく循環ポンプ13の制御も終了する。 かかる制御では、T2が上昇すれば循環ポンプ13の循環流量が増加してT2を下降させるので、ヒータ18による過熱が防止される。 よって、ヒータによる第2の熱媒体の過熱を防止することができる。 あるいは貯湯タンク20に供給される温水が沸騰することを防止できる。 また、T2が第2の閾値以上となった場合にはコージェネレーションシステム200の運転が停止されるので、コージェネレーションシステムの熱暴走を防止できる。 また、貯湯タンク内の湯が沸騰等により異常に高温になることでユーザがやけど等をしないように安全性を確保することが可能となる。 なお、第2実施形態のコージェネレーションシステムにおいても、第1実施形態と同様の効果が得られることは言うまでもない。 例えば、T2が第1の閾値以上に上昇した場合は、制御部21は、循環ポンプ13の出力を上昇させ、排熱回収回路12中の水の流量を第1の所定量だけ増加させる。 T2が第2の閾値以上(第2の閾値>第1の閾値)に上昇した場合は、制御部21は、循環ポンプ13の出力上昇により排熱回収回路12中の水の流量をさらに第2の所定量増加させる。 さらに、T2が第3の閾値以上(第3の閾値>第2の閾値)となった場合には、コージェネレーションシステム200の運転が停止される。 図6は、本発明の第2実施形態の変形例において制御部によって実行される水温制御プログラムのT2に基づく制御の部分の一例を概略的に示すフローチャートである。 T1に基づく制御については、図5と同様であるので図および説明を省略する。 図6においては、第1の閾値が85℃、第2の閾値が90℃、第3の閾値が95℃、第1の所定量が5%、第2の所定量が5%の場合を例として示す。 また、Qは循環ポンプ13が吐出する水の流量を示す。 以下、図6を参照しつつ、本変形例における制御部21による水温制御を説明する。 なお、本変形例のコージェネレーションシステム300は、装置の構成としては第2実施形態のコージェネレーションシステム200と同様であるので説明を省略する。 過昇温防止制御スタート後、T2≧85℃(S31)の場合は、制御部21は、Qを5%アップ(S32)させる。 さらにT2≧90℃(S33)の場合は、制御部21は、さらにQを5%アップ(S34)させる。 循環ポンプ13が吐出する水の流量を制御したにもかかわらず、ヒータ18が暴走しT2≧95℃(S35)となった場合は、制御部21は、安全のためシステム運転を停止(S36)させる。 なお、制御部21は、T2<90℃(S37)となった場合は、Qを5%ダウン(S38)させ、T2<85℃(S39)となった場合は、さらにQを5%ダウン(S40)させる。 このような過昇温防止制御によって、制御部21は、ヒータ18で加熱された水が沸騰することを未然に防止し、万一の故障等によりヒータ18が暴走した場合でも、安全にシステムを停止させる。 なお、上述の制御はT2に基づく循環ポンプ13の制御のみに着目したものであり、割り込み処理や並列処理等により適宜に他の制御(燃料電池の運転等)が行われることは言うまでもない。 また、コージェネレーションシステム100の運転が終了された場合には、T2に基づく循環ポンプ13の制御も終了する。 なお、ステップS33において「Qを5%アップ」とは、QがQ 0の105%となるように制御部21が循環ポンプ18を制御することを指す。 また、ステップS5において「Qをさらに5%アップ」とは、QがQ 0の110%となるように制御部21が循環ポンプ18を制御することを指す。 ステップS9において「Qを5%ダウン」とは、QがQ 0の105%となるように制御部21が循環ポンプ18を制御することを指す。 また、ステップS11において「Qを5%ダウン」とは、QがQ 0の100%となるように制御部21が循環ポンプ18を制御することを指す。 Q 0は図5に示すようにT1に基づいて制御されて決定された流量を指す。 本変形例では、第1の温度検知器が検知した温度と第2の温度検知器が検知した温度を組合せて流量を段階的に制御する。 より高温の場合にはより流量を増やすことで、迅速に温度を下げることができる。 かかる制御によれば、貯湯タンク20へ供給される温水の水温を適正な範囲(例えば、70℃以上95℃以下)に効率よく維持することが可能となる。 よって、ヒータによる第2の熱媒体の過熱を効率よく防止できる。 発電装置5に60℃〜70℃の運転温度となる低温型の燃料電池(例えば、高分子電解質形燃料電池)を用いた場合、余剰電力によるヒータ18への給電がないときは、貯湯タンク20内の水は70℃程度までしか上昇しない。 温水を長時間使用しないと、排熱回収回路12及び貯湯タンク20を含む排熱回収系内の水は更新されることなく、排熱回収系内に長期間滞留してしまう。 かかる場合、70℃程度の温度では死滅しない雑菌(レジオネラ菌等)が繁殖する可能性がある。 本実施形態のコージェネレーションシステム400は、制御部21の制御により、排熱回収系内に繁殖する雑菌を死滅させる目的で、所定の時間ごとに定期的にヒータ18へ発電装置5または電力供給系統32より給電する。 給電時において制御部21は、排熱回収回路12及び貯湯タンク20内の水を循環させ、排熱回収回路及び貯湯タンク内の水を通常の排熱回収の目標温度よりも高い90℃程度まで上昇させる。 なお、該所定の期間は、タイマー(図示せず)等によって設定された一定間隔であってもよいし、制御部21が計時装置82を利用して計測してもよい。 制御部21が、貯湯タンク20内の温水の使用頻度をセンシングして温水使用が滞留する時刻を設定し、設定時刻に沸上げを行ってもよい。 なお、電力供給系統32からヒータ18へ給電する場合、図2において、電力供給系統32とヒータ18とを、制御部21を介して電力供給可能に接続することが好ましい。 本実施形態のコージェネレーションシステムでは、制御部21が、貯湯タンク20の内部の水を、所定の時間毎に、ヒータ18により貯湯タンク20への温水供給の目標温度(例えば70℃)よりも高い温度(例えば90℃)へと加熱する。 かかる構成では、余剰電力がない場合であっても貯湯タンクの水を高温に加熱できるため、貯湯タンク中での雑菌の繁殖を防止できる。 本発明にかかるコージェネレーションシステムは、発電装置の排熱及び発電装置の余剰電力で発生させた熱を第2の熱媒体へと回収して蓄熱部に貯留する際に、蓄熱部内における第2の熱媒体を高い目標温度に維持することが可能なコージェネレーションシステムであり、家庭用等の定置用発電設備等として有用である。 1 改質装置 2 原料供給経路 3 水素供給経路 4 燃料排ガス経路 5 発電装置(燃料電池) |