JP2006105452A

JP2006105452A - コージェネレーションシステムおよびその制御方法

Info

Publication number: JP2006105452A
Application number: JP2004290999A
Authority: JP
Inventors: Keizo Hoshijima; 惠三星島; Kazuki Kudo; 一樹工藤; Masatsugu Hirano; 政嗣平野; Noboru Makita; 昇牧田; Junji Masuda; 淳二増田
Original assignee: Ebara Corp; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Ebara Corp; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2004-10-04
Filing date: 2004-10-04
Publication date: 2006-04-20

Abstract

【課題】製造コストを安価にし、また設置面積を狭くする。
【解決手段】燃料を入力して水素を取り出す燃料処理装置２と、燃料処理装置２からの水素と酸素とから直流電力を取り出すスタック３と、直流電力を交流電力に変換するインバータ４とを有する燃料電池１を設け、スタック３に接続された管路２１に熱交換器５を設け、熱交換器５と吸収冷凍機６とを接続する熱源水管路１８を設け、吸収冷凍機６と冷却塔１２とを接続する冷却水管路１９を設け、冷却水管路１９に熱交換器１４を設け、熱交換器１４と熱源水管路１８とを接続する管路２２を設け、熱源水管路１８に熱源水戻り温度Ｔ１に応じて制御されかつ吸収冷凍機６からの熱源水を熱交換器５と熱交換器１４とに分岐して供給する三方弁９を設け、吸収冷凍機６と複数のファンコイルユニット１５とを接続する冷水管路２０を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は吸収冷凍機を有するコージェネレーションシステムおよびその制御方法に関するものである。

図６は従来のコージェネレーションシステムを示す図である。図に示すように、固体高分子形の燃料電池１は燃料処置装置２、スタック３およびインバータ４を有しており、燃料処理装置２は燃料を入力して水素を取り出し、スタック３は燃料処理装置２からの水素と酸素とから直流電力を取り出し、インバータ４は直流電力を交流電力に変換し、交流電力を負荷へ出力する。また、スタック３に接続された管路２１に２基の熱交換器５、３１が設けられ、熱交換器５と燃料電池１の排熱を利用する吸収冷凍機６とを接続する熱源水管路１８が設けられ、熱源水管路１８に熱源水ポンプ７が設けられ、熱源水管路１８に第２の三方弁８が設けられ、三方弁８の開度は熱源水管路１８内の熱源水の温度を測定する温度計１０によって測定された温度すなわち熱源水戻り温度Ｔ１に応じて制御される。また、吸収冷凍機６と冷却塔１２とを接続する冷却水管路１９が設けられ、冷却水管路１９に冷却水ポンプ１３が設けられている。また、吸収冷凍機６と複数のファンコイルユニット１５とを接続する冷水管路２０が設けられ、冷水管路２０に冷水ポンプ１６が設けられている。また、熱源水管路１８に第３の三方弁１１が設けられ、三方弁１１の開度は冷水管路２０内の冷水の温度を測定する温度計１７によって測定された温度すなわち冷水出口温度Ｔ２に応じて制御される。また、熱交換器３１と冷却塔３２とを接続する冷却水管路３３が設けられている。

このコージェネレーションシステムにおいては、スタック３において発生する熱は熱交換器５により吸収冷凍機６へ取り出され、吸収冷凍機６の内部でリチウムブロマイド溶液の再生に利用され、一定温度の熱源水が熱交換器５に戻される。また、吸収冷凍機６の内部では蒸発によりたとえば７℃の冷水が作られ、冷水がファンコイルユニット１５に送られ、冷房として使用される。また、吸収冷凍機６が停止している場合、あるいは吸収冷凍機６の負荷が小さい場合には、熱交換器３１により熱が取り出され、冷却塔３２により放熱される。また、吸収冷凍機６から発生する熱は冷却塔１２により放熱される。

特開平９−２３６３５２号公報

図６に示す従来のコージェネレーションシステムにおいては、吸収冷凍機６の排熱を放熱するための冷却塔１２に加え、燃料電池１の排熱を放熱するための冷却塔３２が必要であり、その設備費用が必要となる上に、設置面積が広くなる。また、燃料電池１および吸収冷凍機６が最大出力で運転している際には、冷却塔１２、２２は停止した状態となり、設備的な無駄が生じている。

本発明は上述の課題を解決するためになされたもので、製造コストが安価であり、また設置面積を狭くすることができるコージェネレーションシステムおよびその制御方法を提供することを目的とする。

この目的を達成するため、本発明においては、発電装置、上記発電装置の排熱を利用する吸収冷凍機および上記吸収冷凍機で生成される冷水を利用する冷水利用装置を有するコージェネレーションシステムにおいて、上記吸収冷凍機の放熱装置を上記発電装置の放熱装置として兼用する。

この場合、上記吸収冷凍機と上記放熱装置とを接続する冷却水管路に熱交換器を設け、上記発電装置と上記吸収冷凍機とを接続する熱源水管路に、上記熱源水管路内の熱源水戻り温度が予め設定した第１の設定温度以上になったときに上記熱源水戻り温度の上昇に応じて開度が大きくなり、上記吸収冷凍機からの熱源水の一部を上記熱交換器に供給する第１の三方弁を設けてもよい。

この場合、上記熱源水管路に、上記熱源水戻り温度が上記第１の設定温度より低下したときに上記熱源水戻り温度の低下に応じて開度が大きくなり、上記発電装置からの上記熱源水の一部を上記発電装置に戻る上記熱源水に混ぜる第２の三方弁を設けてもよい。

これらの場合、上記熱源水管路に、上記吸収冷凍機と上記冷水利用装置とを接続する冷水管路内の冷水出口温度が予め設定した第２の設定温度より低下したときに上記冷水出口温度の低下に応じて開度が大きくなり、上記発電装置からの上記熱源水の一部を上記発電装置に戻る上記熱源水に混ぜる第３の三方弁を設けてもよい。

こられの場合、上記発電装置として燃料電池を用いてもよい。

また、上記のコージェネレーションシステムを制御する方法において、上記吸収冷凍機で利用しなかった上記発電装置の排熱を第１の三方弁を利用して上記放熱装置で放熱して、熱源水戻り温度を一定に保持する。

また、上記のコージェネレーションシステムを制御する方法において、上記熱源水戻り温度が上記第１の設定温度以上になったときに、上記第１の三方弁により上記吸収冷凍機からの熱源水の一部を上記熱交換器に供給して、上記熱源水戻り温度を一定に保持する。

また、発電装置、上記発電装置の排熱を利用する吸収冷凍機、上記発電装置を冷却する放熱装置、上記吸収冷凍機を冷却する放熱装置および上記吸収冷凍機で生成される冷水を利用する冷水利用装置を有するコージェネレーションシステムにおいて、上記吸収冷凍機を冷却する冷却塔と上記発電装置を冷却する冷却塔とを兼用する。

この場合、上記発電装置として燃料電池を用いてもよい。

これらの場合、上記吸収冷凍機からの熱源水を上記発電装置と上記放熱装置側とに分岐して供給する第１の三方弁を設けてもよい。

本発明に係るコージェネレーションシステムにおいては、発電装置の排熱を放熱するための放熱装置を設ける必要がないから、製造コストが安価になるとともに、設置面積を狭くすることができる。

また、第３の三方弁を設けたときには、冷水出口温度が第２の設定温度より低下したときに、冷水出口温度を第２の設定温度に上昇させることができるから、吸収冷凍機の冷房能力を調整することができる。

図１は本発明に係るコージェネレーションシステムを示す図である。図に示すように、冷却水管路１９の冷却塔１２より上流側に熱交換器１４が設けられ、熱交換器１４と熱源水管路１８とを接続する管路２２が設けられ、熱源水管路１８に第１の三方弁９が設けられ、三方弁９の開度は熱源水戻り温度Ｔ１に応じて制御され、三方弁９が開のときには、三方弁９は吸収冷凍機６からの熱源水を燃料電池１（熱交換器５）と冷却塔１２側すなわち熱交換器１４とに分岐して供給する。

図１に示したコージェネレーションシステムにおいては、燃料電池１で発生した熱エネルギーは熱源水として吸収冷凍機６側に取り出され、吸収冷凍機６の内部でリチウムブロマイド溶液の再生に利用される。これにより、たとえば７１．１℃といった一定の低温水が燃料電池１側に戻される。また、吸収冷凍機１の内部では蒸発によりたとえは７℃の冷水が作られ、この冷水がファンコイルユニット１５に送られ、冷房として使用される。また、三方弁９が開のときには、吸収冷凍機６からの熱源水の一部が熱交換器１４に供給され、熱交換器１４において熱源水の熱が管路１９内の冷却水に取り出され、冷却水の熱は冷却塔１２により放熱される。このように、吸収冷凍機６の冷却塔１２を燃料電池１の冷却塔として兼用している。すなわち、吸収冷凍機６を冷却する冷却塔と燃料電池１を冷却する冷却塔とを兼用している。

図２は熱源水戻り温度Ｔ１と三方弁８の開度との関係を示すグラフである。このグラフから明らかなように、熱源水戻り温度Ｔ１が予め設定した第１の設定温度たとえば７１．１℃以上のときには三方弁８は閉であり、熱源水戻り温度Ｔ１が７１．１℃より低下したときに、熱源水戻り温度Ｔ１の低下に応じて三方弁８の開度が大きくなる。なお、図２の点Ａ、Ｂでの熱源水の流れは各々図５の矢印Ａ、矢印Ｂで示される。このため、吸収冷凍機６あるいは冷却塔１２の動作により、熱源水戻り温度Ｔ１が７１．１℃より低下したときに、燃料電池１からの熱源水がバイパスを通って燃料電池１へ戻る熱源水に混ざるから、熱源水戻り温度Ｔ１を７１．１℃に上昇させることができる。

図３は熱源水戻り温度Ｔ１と三方弁９の開度との関係を示すグラフである。このグラフから明らかなように、熱源水戻り温度Ｔ１が第１の設定温度である７１．１℃より低下したときには三方弁９は閉であり、熱源水戻り温度Ｔ１が７１．１℃以上になったときに、熱源水戻り温度Ｔ１の上昇に応じて三方弁９の開度が大きくなる。なお、図３の点Ｃ、Ｄでの熱源水の流れは各々図５の矢印Ｃ、矢印Ｄで示される。このため、熱源水戻り温度Ｔ１が７１．１℃以上になったときに、吸収冷凍機６からの熱源水の一部が熱交換器１４に流れ、熱交換器１４で冷却水に熱交換され、冷却塔１２により放熱されるから、熱源水戻り温度Ｔ１を７１．１℃に低下させることができる。

図４は冷水出口温度Ｔ２と三方弁１１の開度との関係を示すグラフである。このグラフから明らかなように、冷水出口温度Ｔ２が予め設定した第２の設定温度たとえば７℃以上のときには三方弁１１は閉であり、冷水出口温度Ｔ２が７℃より低下したときに、冷水出口温度Ｔ２の低下に応じて三方弁１１の開度が大きくなる。なお、図４の点Ｅ、Ｆでの熱源水の流れは各々図５の矢印Ｅ、矢印Ｆで示される。このため、冷水出口温度Ｔ２が７℃以上のときには燃料電池１からの熱源水は三方弁１１側に流れずに吸収冷凍機６に流入するが、冷水出口温度Ｔ２が７℃より低下したときに、燃料電池１からの熱源水の一部はバイパスを通って三方弁１１側に流れ、燃料電池１へ戻る熱源水に混ざるから、ファンコイルユニット１５の冷房負荷が小さくなり、冷水出口温度Ｔ２が７℃より低下したときに、吸収冷凍機６の冷房能力を抑えて冷水出口温度Ｔ２を７℃に上昇させることができる。

このように、本発明に係るコージェネレーションシステムの制御方法においては、三方弁８、９を熱源水戻り温度Ｔ１により制御し、三方弁１１を供給冷水温度Ｔ２により制御することにより、熱源水戻り温度Ｔ１を７１．１℃に保持している。すなわち、吸収冷凍機６で利用しなかった燃料電池１の排熱を三方弁９を利用して冷却塔１２で放熱し、熱源水戻り温度Ｔ１を一定に保持している。

このようなコージェネレーションシステムにおいては、吸収冷凍機６の排熱を放熱するための冷却塔１２と燃料電池１の排熱を放熱するための冷却塔を兼用しているから、燃料電池１の排熱を放熱するための冷却塔を別に設ける必要がないので、製造コストが安価になるとともに、設置面積を狭くすることができる。また、熱源水戻り温度Ｔ１が７１．１℃より低下したときに、熱源水戻り温度Ｔ１を７１．１℃に上昇させることができ、また熱源水戻り温度Ｔ１が７１．１℃以上になったときに、熱源水戻り温度Ｔ１を７１．１℃に低下させることができるから、熱源水戻り温度Ｔ１を７１．１℃に保持することができる。また、冷水出口温度Ｔ２が７℃より低下したときに、冷水出口温度Ｔ２を７℃に上昇させることができるから、吸収冷凍機６の冷房能力を調整することができる。

なお、上述実施の形態においては、発電装置が燃料電池１の場合について説明したが、発電装置が他の発電装置の場合にも本発明を適用することができる。また、上述実施の形態においては、放熱装置が冷却塔１２の場合について説明したが、放熱装置が他の放熱装置の場合にも本発明を適用することができる。また、上述実施の形態においては、吸収冷凍機で生成される冷水を利用する冷水利用装置が複数のファンコイルユニット１５の場合について説明したが、上記冷水利用装置が他の冷水利用装置の場合にも本発明を適用することができる。

本発明に係るコージェネレーションシステムを示す図である。熱源水戻り温度Ｔ１と三方弁８の開度との関係を示すグラフである。熱源水戻り温度Ｔ１と三方弁９の開度との関係を示すグラフである。冷水出口温度Ｔ２と三方弁１１の開度との関係を示すグラフである。図１に示したコージェネレーションシステムの一部を示す拡大図である。従来のコージェネレーションシステムを示す図である。

符号の説明

１…燃料電池
６…吸収冷凍機
８…第２の三方弁
９…第１の三方弁
１１…第３の三方弁
１２…冷却塔
１４…熱交換器
１５…ファンコイルユニット
１８…熱源水管路
１９…冷却水管路
２０…冷水管路

Claims

発電装置、上記発電装置の排熱を利用する吸収冷凍機および上記吸収冷凍機で生成される冷水を利用する冷水利用装置を有するコージェネレーションシステムにおいて、上記吸収冷凍機の放熱装置を上記発電装置の放熱装置として兼用したことを特徴とするコージェネレーションシステム。
上記吸収冷凍機と上記放熱装置とを接続する冷却水管路に熱交換器を設け、上記発電装置と上記吸収冷凍機とを接続する熱源水管路に、上記熱源水管路内の熱源水戻り温度が予め設定した第１の設定温度以上になったときに上記熱源水戻り温度の上昇に応じて開度が大きくなり、上記吸収冷凍機からの熱源水の一部を上記熱交換器に供給する第１の三方弁を設けたことを特徴とする請求項１に記載のコージェネレーションシステム。
上記熱源水管路に、上記熱源水戻り温度が上記第１の設定温度より低下したときに上記熱源水戻り温度の低下に応じて開度が大きくなり、上記発電装置からの上記熱源水の一部を上記発電装置に戻る上記熱源水に混ぜる第２の三方弁を設けたことを特徴とする請求項２に記載のコージェネレーションシステム。
上記熱源水管路に、上記吸収冷凍機と上記冷水利用装置とを接続する冷水管路内の冷水出口温度が予め設定した第２の設定温度より低下したときに上記冷水出口温度の低下に応じて開度が大きくなり、上記発電装置からの上記熱源水の一部を上記発電装置に戻る上記熱源水に混ぜる第３の三方弁を設けたことを特徴とする請求項２または３に記載のコージェネレーションシステム。
上記発電装置として燃料電池を用いたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のコージェネレーションシステム。
請求項１に記載のコージェネレーションシステムを制御する方法において、上記吸収冷凍機で利用しなかった上記発電装置の排熱を第１の三方弁を利用して上記放熱装置で放熱して、熱源水戻り温度を一定に保持することを特徴とするコージェネレーションシステムの制御方法。
請求項２ないし４のいずれかに記載のコージェネレーションシステムを制御する方法において、上記熱源水戻り温度が上記第１の設定温度以上になったときに、上記第１の三方弁により上記吸収冷凍機からの熱源水の一部を上記熱交換器に供給して、上記熱源水戻り温度を一定に保持することを特徴とするコージェネレーションシステムの制御方法。
発電装置、上記発電装置の排熱を利用する吸収冷凍機、上記発電装置を冷却する放熱装置、上記吸収冷凍機を冷却する放熱装置および上記吸収冷凍機で生成される冷水を利用する冷水利用装置を有するコージェネレーションシステムにおいて、上記吸収冷凍機を冷却する冷却塔と上記発電装置を冷却する冷却塔とを兼用したことを特徴とするコージェネレーションシステム。
上記発電装置として燃料電池を用いたことを特徴とする請求項８に記載のコージェネレーションシステム。
上記吸収冷凍機からの熱源水を上記発電装置と上記放熱装置側とに分岐して供給する第１の三方弁を備えたことを特徴とする請求項８または９に記載のコージェネレーションシステム。