JP2022154156A - energy supply system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エネルギー供給システムに関する。 The present invention relates to energy supply systems.
エネルギー供給システムとして、供給される燃料ガスによって発電する燃料電池を有するものを例に挙げると、燃料電池で発電を行うと同時に、この発電時に生ずる温水を貯湯槽に蓄えておき、必要に応じて利用するコージェネシステムとして構成されたものがある(例えば、特許文献1参照)。
Taking an example of an energy supply system that has a fuel cell that generates power using the supplied fuel gas, the fuel cell generates power while at the same time storing hot water generated during this power generation in a hot water storage tank. There is one that is configured as a cogeneration system to be used (see
固体酸化物形燃料電池(SOFCと称されることもある)は700℃から1000℃の高温で燃料ガス中の水素、一酸化炭素、炭化水素と酸化剤ガス中の酸素を電気化学的に反応させて発電が行われるものであり、他の燃料電池システムと比べて高発電効率での発電が可能である。 A solid oxide fuel cell (sometimes called SOFC) electrochemically reacts hydrogen, carbon monoxide, and hydrocarbons in a fuel gas with oxygen in an oxidant gas at a high temperature of 700°C to 1000°C. It is possible to generate power with high power generation efficiency compared to other fuel cell systems.
現在流通している家庭用燃料電池は、発電した電力と、発電時に発生する熱とを同時に回収し、給湯や暖房等に利用できるコージェネレーションシステムが主流である。このようなシステムは、従来、家庭用燃料が比較的大きい電力需要、熱需要があるユーザー向けの製品であり、電気、熱を合わせた一次エネルギー需要に対応し、分散型システムの利点を活かすことで一次エネルギーを削減するためのものである。 Domestic fuel cells currently in circulation are mainly cogeneration systems that simultaneously collect generated power and heat generated during power generation and use the generated power for hot water supply, heating, and the like. Such systems have traditionally been products for users with relatively large power and heat demands for household fuels, and are expected to meet the combined primary energy demand of electricity and heat and take advantage of distributed systems. in order to reduce primary energy.
しかし今後、さらなる技術開発等により発電効率が向上し、排熱出力が小さくなる中で、発電のみで充分な省エネ性、経済メリットを生むことができれば、必ずしもコージェネレーションシステムである必要はなくなり、モノジェネレーションシステムとしての展開を可能にすると考えられる。 However, in the future, further technological developments will improve power generation efficiency and reduce exhaust heat output. If power generation alone can generate sufficient energy savings and economic benefits, cogeneration systems will no longer be necessary. It is thought that it will enable development as a generation system.
コージェネレーションシステムとモノジェネレーションシステムとを比較する上で、投資回収期間(機器コスト、設置コストなどを踏まえたイニシャルコストをランニングメリットで回収できる期間)や、機器コスト、施工コスト、ランニングメリットを総合的に判断することが重要となる。投資回収期間は、全需要家で一律でなく、需要家ごとに電力と熱との需要量から光熱費メリットを試算し、設置に要するコスト等を踏まえたイニシャルコストと比較して最短で回収できるシステムを提案できることが望まれる。 When comparing a cogeneration system and a monogeneration system, the investment payback period (the period during which the initial cost based on equipment costs, installation costs, etc. can be recovered by running benefits), equipment costs, construction costs, and running benefits are comprehensively considered. It is important to judge The investment recovery period is not the same for all customers, but the benefits of utility costs are calculated from the demand for electricity and heat for each customer, and the investment can be recovered in the shortest time compared to the initial cost based on the installation costs. It is desirable to be able to propose a system.
ここで、燃料電池システムの設置に要するコストを考える上で、コージェネレーションシステム由来の以下の2点に課題がある。
(1)運転時重要の増加
つまり、排熱を回収し蓄熱するため、一般的に液体の熱媒が用いられるため、熱媒が機器の運転時重量を増大させる。これにより機器重量が大きくなり、設置に求められる要件が厳しくなり、例えば、コンクリートの基礎や、固定部材等にコストを要する。
(2)配管接続作業
排熱回収配管や、給水用、給湯用の配管が必要となり、設置コストが上昇する。
Here, when considering the cost required to install the fuel cell system, there are the following two problems derived from the cogeneration system.
(1) Increased weight during operation In other words, since a liquid heat medium is generally used to recover and store waste heat, the heat medium increases the weight of equipment during operation. As a result, the weight of the equipment increases, and the installation requirements become more stringent.
(2) Piping connection work Exhaust heat recovery piping and piping for water supply and hot water supply are required, which increases the installation cost.
このような課題を考慮すると、燃料ガスとして都市ガスを用いて燃料電池で発電だけを行うモノジェネレーション運転(以下、モノジェネ運転と称する)専用のシステムを製造することも考えられる。 Considering these problems, it is conceivable to manufacture a system dedicated to monogeneration operation (hereinafter referred to as monogeneration operation) in which city gas is used as fuel gas and fuel cells only generate power.
しかしながら、モノジェネ運転専用のシステムの燃料電池部分をコージェネレーション運転(以下、コージェネ運転と称する)が可能なシステムと共通するものを用いても、コージェネレーションシステムと異なる構成のシステムを製造しなくてはならず、システムを新たに設計することや、専用の制御プログラムを用いることや、製造ラインを新たに設置する等の不都合を招く懸念があった。 However, even if the fuel cell part of a system dedicated to monogeneration operation is used in common with a system capable of cogeneration operation (hereinafter referred to as cogeneration operation), a system with a configuration different from that of the cogeneration system must be manufactured. Instead, there was a concern that it would lead to inconvenience such as designing a new system, using a dedicated control program, or installing a new production line.
このような理由から、コージェネ運転とモノジェネ運転との使い分けを可能にすると共に、コージェネ運転を行うシステムを用いる場合には、設置コスト、機器コストの低減が可能なエネルギー供給システムが求められる。 For these reasons, there is a demand for an energy supply system that enables separate use of cogeneration operation and monogeneration operation and, when using a system that performs cogeneration operation, that can reduce installation costs and equipment costs.
本発明に係るエネルギー供給システムの特徴構成は、燃料ガスから発電を行い、発電された電気エネルギーの供給が可能な燃料電池を有し、前記燃料電池での発電に伴って排出される排ガスの熱を回収することで温度が上昇した水を貯留する貯湯槽を有し、前記貯湯槽の温湯を供給するコージェネ運転が可能なエネルギー供給システムであって、
前記コージェネ運転と、前記貯湯槽に水を貯留しない状態で前記燃料電池での発電の制御を行うモノジェネ運転との2種の運転モードのうちの一方を選択可能な運転制御部を備え、
前記運転制御部は、2種の前記運転モードに対応したモード情報を取得することで、2種の前記運転モードの何れの運転に対応するものであるかを判定するモード判定部を有し、前記運転制御部は、前記モード判定部で判定した前記運転モードで運転を行う点にある。
A characteristic configuration of the energy supply system according to the present invention is that it has a fuel cell capable of generating electric power from fuel gas and supplying the generated electric energy, and the heat of the exhaust gas emitted along with the power generation in the fuel cell. An energy supply system having a hot water storage tank that stores water whose temperature has been raised by recovering the
an operation control unit capable of selecting one of two operation modes of the cogeneration operation and the monogeneration operation for controlling power generation in the fuel cell with no water stored in the hot water storage tank,
The operation control unit has a mode determination unit that acquires mode information corresponding to the two operation modes to determine which operation of the two operation modes corresponds, The operation control unit operates in the operation mode determined by the mode determination unit.
この特徴構成によると、モード判定部が、モード情報を取得し、取得したモード情報が2種の運転モードの何れの運転に対応するものであるかを判定し、運転制御部が、判定された運転モードに従ってコージェネ運転とモノジェネ運転とのうち、判定された運転を行う。これにより、コージェネ運転が可能なエネルギー供給システムを設置した後に、人為的に選択を行うことなく、2種の運転モードのうち必要とする運転モードが自動的に選択され、選択された運転モードでの運転が可能となる。
また、モノジェネ運転を行うものでは、貯湯槽に水を貯留することがないため、コージェネ運転を行うシステムと比較して、コンクリートの基礎の強度、固定部材の強度を高めなくて済む。
従って、コージェネ運転とモノジェネ運転との使い分けを可能にすると共に、コージェネ運転を行うシステムを用いる場合には、設置コスト、機器コストの低減が可能なエネルギー供給システムが構成された。
According to this characteristic configuration, the mode determination unit acquires the mode information, determines which of the two operation modes the acquired mode information corresponds to, and the operation control unit determines Either cogeneration operation or monogeneration operation, which is determined according to the operation mode, is performed. As a result, after installing an energy supply system capable of cogeneration operation, the required operation mode is automatically selected from the two types of operation modes without manual selection, and the selected operation mode operation becomes possible.
In addition, since water is not stored in the hot water storage tank in a system that performs monogeneration operation, it is not necessary to increase the strength of the concrete foundation and the strength of fixing members compared to a system that performs cogeneration operation.
Therefore, an energy supply system has been constructed that enables the proper use of cogeneration operation and monogeneration operation, and also reduces installation costs and equipment costs when using a system that performs cogeneration operation.
上記構成に加えた構成として、前記運転制御部は、前記コージェネ運転が行われる際に、前記貯湯槽の水位を検出する水位センサからの水位信号と、前記貯湯槽からの水を熱交換部に送り出す熱回収ポンプの駆動時の負荷信号と、前記熱回収ポンプの駆動時に送り出される水の流れを検出する水流センサからの水流信号と、を取得することにより水の管理を行うように構成され、前記モード判定部は、前記水位信号と、前記負荷信号と、前記水流信号との少なくとも1つの信号に基づいて水の存在を検出できない場合に前記モノジェネ運転を選択しても良い。 As a configuration in addition to the above configuration, the operation control unit transmits a water level signal from a water level sensor that detects the water level of the hot water storage tank and the water from the hot water storage tank to the heat exchange unit when the cogeneration operation is performed. Water is managed by acquiring a load signal when the heat recovery pump is driven and a water flow signal from a water flow sensor that detects the flow of water sent when the heat recovery pump is driven, The mode determination unit may select the monogeneration operation when presence of water cannot be detected based on at least one of the water level signal, the load signal, and the water flow signal.
モノジェネ運転では、貯湯槽に水(温水)が貯留されないため水位センサからの水位信号から水の存在が検出されない。また、モノジェネ運転では、貯湯槽に水(温水)を貯留しないため熱回収ポンプを駆動した場合に負荷は極めて低い。また、モノジェネ運転では、貯湯槽に水(温水)を貯留しないため熱回収ポンプを駆動した際に水流センサの水流信号はで水の流れが検出されない。
このような理由から、水位信号と、負荷信号と、水流信号との少なくとも1つの信号に基づいて水の存在を検出できない場合に、モード判定部が、モノジェネ運転を選択する。これに対し、水の存在を検出した場合にコージェネ運転が選択される。
In the monogeneration operation, water (hot water) is not stored in the hot water storage tank, so the presence of water is not detected from the water level signal from the water level sensor. In addition, in the mono-generation operation, since water (hot water) is not stored in the hot water storage tank, the load is extremely low when the heat recovery pump is driven. Further, in the mono-generation operation, water (hot water) is not stored in the hot water storage tank, so when the heat recovery pump is driven, the water flow signal of the water flow sensor does not detect the flow of water.
For this reason, when the presence of water cannot be detected based on at least one of the water level signal, the load signal, and the water flow signal, the mode determination section selects the monogeneration operation. On the other hand, cogeneration operation is selected when the presence of water is detected.
上記構成に加えた構成として、前記運転制御部は、最初の運転開始時に前記モード判定部で前記運転モードを判定して記憶し、この後の運転時には記憶された前記運転モードで運転が行われても良い。 As a configuration in addition to the above configuration, the operation control unit determines and stores the operation mode by the mode determination unit when the operation is first started, and the operation is performed in the stored operation mode during subsequent operation. can be
これによると、最初の運転開始時にモード判定部が運転モードを判定してモード情報として記憶するため、この後に運転を行う場合には記憶されているモード情報に対応する運転モードでの運転が実現する。 According to this, since the mode determination unit determines the operation mode at the time of the first operation start and stores it as mode information, operation in the operation mode corresponding to the stored mode information is realized when driving is performed after this. do.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔基本構成〕
図1に示すように、燃焼部1、改質処理部2、燃料電池3を有する発電モジュールMと、発電モジュールMでの発電に伴い発生する排熱(発電排熱)で水を加熱して温湯として貯留する貯湯槽4と、発電モジュールMからの電力を交流に変換して送り出す電力変換部6と、これらを制御する運転制御部7とを備えてコージェネレーション運転(コージェネ運転と称している)が可能なエネルギー供給システムAが構成されている。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[Basic configuration]
As shown in FIG. 1, water is heated by a power generation module M having a
ここで、コージェネ運転とは、コージェネ運転可能なエネルギー供給システムAにおいて燃料電池3で発電を行いつつ、発電排熱により貯湯槽4に温湯の貯留を可能にする運転と定義している。また、モノジェネレーション運転(モノジェネ運転と称している)とは、コージェネ運転可能なエネルギー供給システムAにおいて燃料電池3で発電を行うものの、温湯の貯留を行わない運転と定義している。
Here, the cogeneration operation is defined as an operation in which hot water can be stored in the hot water storage tank 4 using waste heat generated from the power generation while the
図1に示すエネルギー供給システムAは、貯湯槽4に貯留した温湯の供給を可能にする貯湯ユニットUを備えている。この貯湯ユニットUは、貯湯槽4に対する水の供給、及び、貯湯槽4の温湯の排出を可能にする給排水部Fと、発電モジュールMでの発電排熱に含まれる熱を回収する排熱回収交換部5(放熱部の一例)とを備えている。 The energy supply system A shown in FIG. 1 includes a hot water storage unit U that enables the hot water stored in the hot water storage tank 4 to be supplied. The hot water storage unit U includes a water supply/drainage unit F that enables water to be supplied to the hot water storage tank 4 and hot water to be discharged from the hot water storage tank 4, and an exhaust heat recovery that recovers the heat contained in the waste heat generated by the power generation module M. and a replacement part 5 (an example of a heat dissipation part).
このエネルギー供給システムAは、家屋の外部に設置されるものを想定しており、運転制御部7は、発電モジュールMと貯湯ユニットUとを含むシステムを制御すると共に、発電モジュールMの電力を家屋内の電気機器に供給する制御、貯湯槽4に貯留された温湯をキッチンや浴室、あるいは暖房機器に供給する出湯制御、あるいは、リモートコントローラ8の操作に対応した制御を実現する。
This energy supply system A is assumed to be installed outside the house, and the
発電モジュールMは、燃焼部1と改質処理部2と燃料電池3とをケースに収容して構成され、外部からガス供給流路11を介して燃料ガスが供給され、空気供給流路12を介して空気が供給される。図面には示していないが、発電モジュールMは、外部から改質水が供給される。更に、ガス供給流路11には燃料ガスの供給を制御する電磁式の供給制御弁13が備えられている。
The power generation module M is configured by housing a
この発電モジュールMでは、燃料ガス(基本的に都市ガス)の一部を燃焼部1で燃焼させ、燃焼部1での燃焼熱により蒸気化した改質水と、燃料ガスとを改質処理部2での反応によって改質して燃料電池3に供給し、この燃料電池3において空気(空気に含まれる酸素)と反応により発電が行われる。発電した電力は、電力変換部6で交流に変換してエネルギー供給システムAの外部に送り出される。
In the power generation module M, part of the fuel gas (basically city gas) is burned in the
エネルギー供給システムAは、発電モジュールMで発生した燃焼ガスを含む高温化した排ガスを送り出す排ガス流路14の流路中に排熱回収交換部5(放熱部)を備え、この排熱回収交換部5で排熱が回収され、このように回収した排熱で貯湯槽4に貯留される水の温度上昇が図られる。
The energy supply system A includes an exhaust heat recovery/exchange unit 5 (heat radiation unit) in an
貯湯ユニットUでは、貯湯槽4の底部と上部とに循環路15が連通し、この循環路15の流路の中間に排熱回収交換部5を備えている。貯湯槽4の底部に連通する循環路15に熱回収ポンプ16と、水流スイッチ17(水流センサの一例)とを備え、貯湯槽4には水位センサ18を備えている。
In the hot water storage unit U, a
これにより、発電モジュールMでの発電時には熱回収ポンプ16の駆動により、排熱回収交換部5に水を供給して熱量を回収し、排熱の回収により昇温した水(温湯)を貯湯槽4に戻し、貯湯槽4に貯留する。貯湯槽4に水(温湯)が貯留されている場合には水位センサ18で水位が検出され、また、熱回収ポンプ16の駆動によって循環路15に水が流れる際には、水流スイッチ17がON状態となる。
As a result, when power is generated by the power generation module M, the
給排水部Fは、外部から貯湯槽4に水(基本的に水道水)を供給する給水流路20と、貯湯槽4から温水を送り出す出湯流路21と、給水流路20から分岐する分岐路20Aと、分岐路20Aから分岐して出湯流路21に合流する冷水流路22とを備えている。
The water supply/drainage section F includes a
また、給排水部Fは、分岐路20Aと出湯流路21との合流位置に電磁式の混合弁23を備え、冷水流路22には、電磁式の開閉弁24を備えている。これにより、混合弁23の制御により貯湯槽4の温湯と、給水流路20からの冷水を混合して送り出すことや、開閉弁24を開放することで給水流路20の冷水を出湯流路21に流れる温湯に混合して送り出すことを可能にしている。
Further, the water supply/drainage section F includes an
この給排水部Fでは、分岐路20Aに給水流路20に供給される水の水温を計測する水温センサ25を備え、出湯流路21のうち、混合弁23より下流側に出湯温センサ26を備えている。尚、このエネルギー供給システムAは、システムの外部の温度を検出する外気温センサ27を備えている。
The water supply/drainage section F includes a water temperature sensor 25 for measuring the temperature of the water supplied to the
〔運転制御部〕
運転制御部7は、マイクロプロセッサや、DSP(Digital Signal Processor)等を備え、予め記憶されたプログラムに従って処理を実行する。この運転制御部7は、前述したように、発電モジュールMと貯湯ユニットUとを含むシステムを制御し、電力の供給を制御し、出湯を制御するだけでなく、後述するモード判定を行う。この運転制御部7では、図2には一部だけを記載しているが、水流スイッチ17、水位センサ18、水温センサ25、出湯温センサ26、外気温センサ27等からの検出信号が入力し、供給制御弁13、混合弁23、開閉弁24、熱回収ポンプ16等を制御する制御信号を出力する。
[Operation control unit]
The
図2に示すように、運転制御部7は、EEPROMやフラッシュメモリ等の不揮発性メモリで成るモード記憶部41と、ソフトウエアで構成されるシステム制御部42と、モード判定部43と、負荷判定部44とを備えている。モード記憶部41は、コージェネ運転とモノジェネ運転との2種の運転モードの何れか一方のモード情報を記憶する。システム制御部42は、発電モジュールMの制御と、貯湯ユニットUの制御とを行う。
As shown in FIG. 2, the
モード判定部43は、エネルギー供給システムAを最初に稼動させた試験運転の際に、コージェネ運転とモノジェネ運転との2種の運転モードの何れのモードに対応するかを判定する。負荷判定部44は、モード判定部43での判定時に必要な情報を取得するため、エネルギー供給システムAを最初に稼動させた際にセンサ類で検知された負荷信号等に基づき運転モードを判定する。
The
尚、システム制御部42と、モード判定部43と、負荷判定部44とは、ソフトウエアで構成されるものであるが、夫々における制御の一部をハードウエアで行わせるようにハードウエアと組み合わせても良い。
The
また、システム制御部42は、前述したように、家屋の内部での電気機器の操作や、キッチンや浴室での出湯操作、あるいは、リモートコントローラ8が操作された場合に、制御情報を取得し、取得した情報に基づいて必要とする制御を実現する。
In addition, as described above, the
〔運転制御部による制御〕
運転制御部7は、エネルギー供給システムAにおいてコージェネ運転と、モノジェネ運転との運転のためのプログラムを備えると共に、モード判定部43の判定を実現するためのプログラムを備えており、このモード判定を実現するプログラムの概要を図3のフローチャートに示している。
[Control by operation control unit]
The
つまり、エネルギー供給システムAの電源スイッチ等をON操作する操作が行われた場合には、モード記憶部41における運転モードを示すモード情報の記憶の有無を判定し(#101ステップ)、モード記憶部41に既に運転モードを示すモード情報を記憶している場合には(#101ステップのYes)、モード情報を取得して#106ステップの処理に移行し、記憶していない場合には(#101ステップのNo)、判定処理(#102ステップ)の処理を行う。 That is, when an operation to turn on the power switch or the like of the energy supply system A is performed, it is determined whether or not the mode information indicating the operation mode is stored in the mode storage unit 41 (step #101). If the mode information indicating the operation mode is already stored in 41 (Yes in step #101), the mode information is acquired and the process proceeds to step #106. Step No), the determination process (#102 step) is performed.
判定処理(#102ステップ)は、モード判定部43が、水位センサ18からの信号を取得し、熱回収ポンプ16を一時的に駆動するための制御信号を出力することにより供給される電流値から負荷を取得し、熱回収ポンプ16を一時的に駆動するための制御信号を出力することにより水流スイッチ17からの信号を取得する。
In the determination process (step #102), the
図1に示すエネルギー供給システムAでは、水位センサ18、熱回収ポンプ16、水流スイッチ17を備えているため、例えば、貯湯槽4に水が貯留されている場合には、負荷判定部44の判定処理(#103ステップ)において水が貯留されていることを示す信号(水流スイッチ17がOFFからONに変化する情報と、熱回収ポンプ16に負荷が作用している情報)を得る。その結果、モード判定部43においてコージェネ運転モードを選択する判定が行われ(#103ステップのYes)、モード記憶部41に対してコージェネ運転モードをモード情報として記憶する(#104ステップ)。
Since the energy supply system A shown in FIG. In the process (#103 step), a signal indicating that water is stored (information that the water flow switch 17 changes from OFF to ON and information that the
これに対し、貯湯槽4に水が貯留されない状況のように、モノジェネ運転モードで用いる場合には、判定処理(#103ステップ)において水位センサ18や水流スイッチ17等から適正な信号を得ることがない。つまり、水流スイッチ17がOFFの状態を維持し、熱回収ポンプ16に作用する負荷が極めて低い値となる情報を得る。その結果、モード判定部43において運転モードを選択する判定が行われ(#103ステップのNo)、モード記憶部41に対してモノジェネ運転モードをモード情報として記憶する(#105ステップ)。
On the other hand, when using in the mono-generation operation mode as in a situation where water is not stored in the hot water storage tank 4, it is possible to obtain appropriate signals from the
このようにモード情報は、EEPROM等の不揮発性メモリ等で成るモード記憶部41に記憶され、この後、記憶されたモード情報に対応する運転モードに従ってエネルギー供給システムAを制御するシステム制御が実行され、このシステム制御はシステムが停止するまで継続される(#106、#107ステップ)。
In this way, the mode information is stored in the
〔実施形態の作用効果〕
このエネルギー供給システムAは、同じ構成のエネルギー供給システムAを用いるものでありながら、使用目的に応じてコージェネ運転で使用するための状態と、モノジェネ運転で使用するための状態との、何れかの状態で設置されることになる。
[Action and effect of the embodiment]
Although this energy supply system A uses the energy supply system A having the same configuration, it can be in either a state for use in cogeneration operation or a state for use in monogeneration operation depending on the purpose of use. will be installed in the state
具体的には、コージェネ運転で使用する場合には、貯湯槽4に貯留された水の重量に耐え得るように設計された強度となるようにコンクリート基礎の工事を行い、貯湯槽4に水を供給する水道と接続する工事を行い、貯湯槽4の温湯を送り出すための配管を設ける工事が行われる。 Specifically, when used in a cogeneration operation, the concrete foundation is constructed so that it has a strength designed to withstand the weight of the water stored in the hot water storage tank 4, and the hot water storage tank 4 is filled with water. Construction work to connect to the water supply to be supplied is performed, and construction work to install piping for sending out hot water from the hot water storage tank 4 is performed.
これに対し、このエネルギー供給システムAを、モノジェネ運転で使用する場合には、コージェネ運転で使用する場合と比較して、低い強度の基礎工事で済み、貯湯槽4に水を供給する水道と接続する工事と、貯湯槽4の温湯を送り出すための配管を設ける工事とが不要となる。 On the other hand, when this energy supply system A is used in mono-generation operation, compared to the case of co-generation operation, it requires less strength foundation work, and is connected to the water supply that supplies water to the hot water storage tank 4. The construction for installing the hot water tank 4 and the construction for installing a pipe for sending out hot water from the hot water storage tank 4 are not required.
このような設置形態が異なるため、エネルギー供給システムAを設置した後に、最初に電源スイッチ等をON操作する等の操作を行うだけで、設置形態が異なることに対応してコージェネ運転とモノジェネ運転との何れを実行すべきかモード判定部43で自動的に判定され、運転モードを決めるためのスイッチ類を人為的に操作することなく、人為的な操作ミスを排除することが可能で、適正に選択された運転モードでエネルギー供給システムAを制御できる。
Since these installation forms are different, cogeneration operation and mono-generation operation can be switched by simply performing an operation such as turning on the power switch, etc., after installing the energy supply system A, corresponding to the different installation forms. It is automatically determined by the
特に、モノジェネ運転を行うエネルギー供給システムAでは、貯湯槽4を備えた構成でありながら、貯湯槽4に水(温湯)を貯留しないため、コンクリート基礎の強度の低減することが可能で、貯湯槽4を基礎に固定するアンカーボルト等の強度の低減も可能となる。しかも、貯湯槽4に水を供給する水道と接続する工事と、貯湯槽4の温湯を送り出すための配管を設ける工事とが不要等が不要となるため、設置工事のコストの低減が可能となる。また、同じ構成のエネルギー供給システムAを、コージェネ運転とモノジェネ運転とに用いるため、例えば、モノジェネ運転専用のシステムを構成する場合と比較して機器コストの低減が可能となる。 In particular, in the energy supply system A that performs monogeneration operation, although the hot water storage tank 4 is provided, water (hot water) is not stored in the hot water storage tank 4, so the strength of the concrete foundation can be reduced. It is also possible to reduce the strength of the anchor bolts and the like that fix 4 to the foundation. In addition, the construction work for connecting to the water supply for supplying water to the hot water storage tank 4 and the construction work for installing piping for sending out hot water from the hot water storage tank 4 are not required, so the cost of installation work can be reduced. . In addition, since the energy supply system A having the same configuration is used for both cogeneration operation and monogeneration operation, it is possible to reduce equipment costs compared to, for example, configuring a system dedicated to monogeneration operation.
〔別実施形態〕
本発明は、上記した実施形態以外に以下のように構成しても良い(実施形態と同じ機能を有するものには、実施形態と共通の番号、符号を付している)。
[Another embodiment]
The present invention may be configured as follows other than the above-described embodiments (components having the same functions as those of the embodiments are given the same numbers and symbols as those of the embodiments).
本発明は、図4~図6に示す、別実施形態(a)~(c)に示す構成のエネルギー供給システムAに適用することも可能である。これら(a)~(c)に示す構成のエネルギー供給システムAは、同じ構成のエネルギー供給システムAを用いるものでありながら、使用目的に応じてコージェネ運転で使用するための状態と、モノジェネ運転で使用するための状態との、何れかの状態で設置されるものである。 The present invention can also be applied to an energy supply system A having configurations shown in other embodiments (a) to (c) shown in FIGS. The energy supply system A having the configuration shown in these (a) to (c) uses the energy supply system A having the same configuration, but depending on the purpose of use, the state for use in cogeneration operation and the state for use in monogeneration operation It is intended to be installed either in a state for use or in a state for use.
つまり、コージェネ運転で使用する場合には、貯湯槽4に貯留された水の重量に耐え得るように設計された強度となるようにコンクリート基礎の工事を行い、貯湯槽4に水を供給する水道と接続する工事を行い、貯湯槽4の温湯を送り出すための配管を設ける工事が行われる。 In other words, when used in cogeneration operation, the concrete foundation is constructed so as to have a strength designed to withstand the weight of the water stored in the hot water storage tank 4, and the water supply for supplying water to the hot water storage tank 4 is carried out. Then, construction work is performed to install a pipe for sending out hot water from the hot water storage tank 4.
これに対し、このエネルギー供給システムAを、モノジェネ運転で使用する場合には、コージェネ運転で使用する場合と比較して、低い強度の基礎工事で済み、貯湯槽4に水を供給する水道と接続する工事と、貯湯槽4の温湯を送り出すための配管を設ける工事とが行われない。 On the other hand, when this energy supply system A is used in mono-generation operation, compared to the case of co-generation operation, it requires less strength foundation work, and is connected to the water supply that supplies water to the hot water storage tank 4. The construction work to install the hot water tank 4 and the construction work to install the piping for sending out the hot water from the hot water storage tank 4 are not performed.
別実施形態(a)~(c)に示す貯湯槽31は、図1に示した貯湯槽4と同じ構成のものが使用されるが、コージェネ運転で使用する場合には、貯湯槽31に対し外部に供給可能な温湯(水)が貯留され(貯湯槽4として機能し)、モノジェネ運転で使用される場合には、給湯に用いる温湯(水)は貯留されず、熱媒に利用される僅かな量(2L程度)の水が貯留される。
The hot
また、図4~図6に示す、別実施形態(a)~(c)には、センサ類を示していないが、実施形態と同様に複数のセンサを備えており、運転制御部7がセンサの信号を取得することによりコージェネ運転とモノジェネ運転と2種の運転モードの一方の選択を行えるように構成されている。このような運転モードの選択は、実施形態に記載したものと同様の処理によって実現し、選択された運転モードは運転制御部7に記憶される。
Further, sensors are not shown in the other embodiments (a) to (c) shown in FIGS. By acquiring the signal of , one of two operation modes, cogeneration operation and mono-generation operation, can be selected. Selection of such an operation mode is realized by the same processing as described in the embodiment, and the selected operation mode is stored in the
(a)図4に示すエネルギー供給システムAでは、燃焼部1と改質処理部2と燃料電池3とを有する発電モジュールMを備え、凝縮水タンク30と、貯湯槽31と、排熱回収交換部5と、放熱器32と、給排水部Fとを備えている。
(a) The energy supply system A shown in FIG. A part 5, a
このエネルギー供給システムAでは、発電モジュールMで発生した高温の排ガスを、排ガス流路14に送り出し、この排ガスに含まれる排熱を、この排ガス流路14の流路中に備えた排熱回収交換部5によって回収する。排熱回収交換部5は、排ガス流路14の排熱を熱媒流路36の熱媒に与え、排ガス流路14に流れるガスから水を凝縮して凝縮として凝縮水流路35に送る。凝縮水流路35に送られる凝縮水は凝縮水タンク30に貯留され、第1ポンプP1で改質処理部2に供給する。
In this energy supply system A, the high-temperature exhaust gas generated in the power generation module M is sent to the exhaust
また、熱媒流路36に流れる熱媒は、貯湯槽31に貯留された後に、第2ポンプP2によって放熱器32に送って放熱し、この放熱の後に排熱回収交換部5に戻される。貯湯槽31には、給排水部Fとして、外部から貯湯槽31(貯湯槽4と同様に機能する)に水(基本的に水道水)を供給する給水流路20と、貯湯槽31から温水を送り出す出湯流路21と、給水流路20から分岐する分岐路20Aと、分岐路20Aから分岐して出湯流路21に合流する冷水流路22とを備えている。
The heat medium flowing through the heat
更に、給排水部Fは、分岐路20Aと出湯流路21との合流位置に電磁式の混合弁23を備え、冷水流路22に電磁式の開閉弁24を備えている。特に、出湯流路21から送り出される温湯の温度上昇を可能にするため補助熱源機28を備えている。
Further, the water supply/drainage section F is provided with an
(b)図5に示すエネルギー供給システムAは、燃焼部1と、改質処理部2と、燃料電池3とを有する発電モジュールMを備え、凝縮水タンク30と、貯湯槽31と、排熱回収交換部5と、放熱器32と、給排水部Fとを備えている。
(b) The energy supply system A shown in FIG. A recovery/exchange unit 5, a
この別実施形態(b)では、給排水部Fは、別実施形態(a)と共通する構成を有している。特に、出湯流路21から送り出される温湯の温度上昇を可能にするため補助熱源機28を備えている。
In this alternative embodiment (b), the water supply/drainage section F has a configuration common to that of the alternative embodiment (a). In particular, an auxiliary
このエネルギー供給システムAでは、発電モジュールMで発生した高温の排ガスを、排ガス流路14に送り出し、この排ガスに含まれる排熱を、この排ガス流路14の流路中に備えた排熱回収交換部5によって回収する。排熱回収交換部5は、排ガス流路14の排熱を熱媒流路36の熱媒に与え、排ガス流路14に流れるガスから水を凝縮して凝縮として凝縮水流路35に送る。凝縮水流路35に送られる凝縮水は凝縮水タンク30に貯留され、第1ポンプP1で改質処理部2に供給する。
In this energy supply system A, the high-temperature exhaust gas generated in the power generation module M is sent to the exhaust
また、熱媒流路36に流れる熱媒は、貯湯槽31に貯留された後に、第2ポンプP2によって放熱器32に送って放熱し、この放熱の後に排熱回収交換部5に戻される。貯湯槽31には、給排水部Fとして、外部から貯湯槽4に水(基本的に水道水)を供給する給水流路20と、貯湯槽4から温水を送り出す出湯流路21と、給水流路20から分岐する分岐路20Aと、分岐路20Aから分岐して出湯流路21に合流する冷水流路22とを備えている。
The heat medium flowing through the heat
この別実施形態(b)の発電モジュールMは、改質処理部2では供給された燃料ガスを改質して燃料電池3の燃料極に供給し、この燃料極から送り出された高温のガスを排ガス流路14に送り出す点、及び、燃料電池3の空気極に空気を供給し、この空気極から送り出されたガス(基本的に空気)を燃焼部1に供給する点が、別実施形態(a)として図4に示した構成と異なっている。
In the power generation module M of this alternative embodiment (b), the reforming
つまり、の発電モジュールMでは、排ガス流路14に流れるガスに含まれる排熱を、排ガス流路14の流路中に備えた排熱回収交換部5によって回収する点で、図4に示した構成と共通するものであるが、排熱回収交換部5を通過したガスの一部を燃焼部1に供給することで、空気極から供給されたガス(基本的に空気)と混合状態で燃焼させ、ガスの残余分を改質処理部2に供給する点において異なっている。つまり、排熱回収交換部5を通過したガスには未反応のガス(改質された燃料ガス)を含んでいるため、改質処理部2において反応させるように構成されている。
That is, in the power generation module M, the exhaust heat contained in the gas flowing in the exhaust
また、別実施形態(b)では、排熱回収交換部5が、凝縮水を回収し、凝縮水流路35によって凝縮水タンク30に送り出し、この凝縮水タンク30に貯留した水を改質処理部2に供給することで、改質時に発生するCO(一酸化炭素)の濃度を低減している。
Further, in another embodiment (b), the exhaust heat recovery exchange unit 5 recovers the condensed water, sends it to the
(c)図6に示すエネルギー供給システムAは、燃焼部1と、改質処理部2と、燃料電池3とを有する発電モジュールMを備え、凝縮水タンク30と、貯湯槽31と、排熱回収交換部5と、放熱器32と、給排水部Fとを備えている。
(c) The energy supply system A shown in FIG. A recovery/exchange unit 5, a
この別実施形態(c)では、給排水部Fは、別実施形態(a)と共通する構成を有している。特に、出湯流路21から送り出される温湯の温度上昇を可能にするため補助熱源機28を備えている。
In this alternative embodiment (c), the water supply/drainage section F has a configuration common to that of the alternative embodiment (a). In particular, an auxiliary
また、この別実施形態(c)では、発電モジュールMの構成と、燃焼ガスの流れが異なるものの、基本的な構成が、先に説明した別実施形態(b)として図5に示した構成と類似している。つまり、別実施形態(c)では、排熱回収交換部5において空気を加熱して発電モジュールMの空気極に供給しており、このような空気の加熱を可能にするために排熱回収交換部5が、空気が流れる流路と、排ガス流路14からの排ガスが流れる流路と、熱媒流路36からの熱媒が流れる流路とに分離されている。
Further, in this alternative embodiment (c), although the configuration of the power generation module M is different from the flow of the combustion gas, the basic configuration is different from the configuration shown in FIG. Similar. That is, in another embodiment (c), the air is heated in the exhaust heat recovery exchange unit 5 and supplied to the air electrode of the power generation module M. The portion 5 is separated into a channel through which air flows, a channel through which the exhaust gas from the
また、この別実施形態(c)では、別実施形態(b)と同様に、改質処理部2では供給された燃料ガスを改質して燃料電池3の燃料極に供給し、この燃料極から送り出された高温のガスを排ガス流路14に送り出し、燃料電池3の空気極に空気を供給し、この空気極から送り出されたガス(基本的に空気)を燃焼部1に供給している。
Further, in this alternative embodiment (c), as in the alternative embodiment (b), the
この別実施形態(c)では、別実施形態(b)と同様に、凝縮水タンク30に貯留した水を改質処理部2に供給することで、改質時に発生するCO(一酸化炭素)の濃度を低減している。また、外部から吸入した空気の温度上昇を図って空気極に供給することで発電効率を高めている。
In this alternative embodiment (c), as in the alternative embodiment (b), the water stored in the
このように構成された別実施形態(a)~(c)の構成であっても、実施形態の作用効果の項で説明した作用効果を奏する。つまり、エネルギー供給システムAを設置した後に、最初に電源スイッチ等をON操作する等の操作を行うだけで、コージェネ運転とモノジェネ運転との何れを実行すべきかモード判定部43で自動的に判定され、運転モードを決めるためのスイッチ類を人為的に操作することなく、人為的な操作ミスを排除することが可能となる。
Even with the configurations of the other embodiments (a) to (c) configured in this manner, the effects described in the section on the effects of the embodiments are exhibited. That is, after the energy supply system A is installed, the
また、モノジェネ運転を行うエネルギー供給システムAでは、水(温湯)を貯留しないため、システムの重量が増大することはない。このような理由からシステムを設置する場合のコンクリート基礎の強度の低減が可能となり、また、アンカーボルト等が不要となり、設置のための工事に要する時間やコストの低減が可能となる。 In addition, since the energy supply system A that performs the monogeneration operation does not store water (hot water), the weight of the system does not increase. For these reasons, it is possible to reduce the strength of the concrete foundation when installing the system, and the need for anchor bolts and the like is eliminated, making it possible to reduce the time and cost required for installation work.
尚、上記実施形態(別実施形態を含む)で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能であり、また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。 It should be noted that the configurations disclosed in the above embodiments (including other embodiments) can be applied in combination with configurations disclosed in other embodiments as long as there is no contradiction. The embodiments disclosed in are exemplifications, and the embodiments of the present invention are not limited to these, and can be modified as appropriate without departing from the object of the present invention.
本発明は、供給される燃料ガスにより発電を行う燃料電池を有するエネルギー供給システムに利用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used in an energy supply system having a fuel cell that generates power using supplied fuel gas.
3 燃料電池
4,31 貯湯槽
5 排熱回収交換部(放熱部)
7 運転制御部
16 熱回収ポンプ
17 水流スイッチ(水流センサ)
18 水位センサ
43 モード判定部
A エネルギー供給システム
3
7
18
Claims (3)
前記コージェネ運転と、前記貯湯槽に水を貯留しない状態で前記燃料電池での発電の制御を行うモノジェネ運転との2種の運転モードのうちの一方を選択可能な運転制御部を備え、
前記運転制御部は、2種の前記運転モードに対応したモード情報を取得することで、2種の前記運転モードの何れの運転に対応するものであるかを判定するモード判定部を有し、前記運転制御部は、前記モード判定部で判定した前記運転モードで運転を行うエネルギー供給システム。 It has a fuel cell capable of generating electric power from fuel gas and supplying the generated electric energy, and stores water whose temperature has risen by recovering the heat of the exhaust gas discharged with the power generation of the fuel cell. An energy supply system having a hot water storage tank and capable of cogeneration operation for supplying hot water from the hot water storage tank,
an operation control unit capable of selecting one of two operation modes of the cogeneration operation and the monogeneration operation for controlling power generation in the fuel cell with no water stored in the hot water storage tank,
The operation control unit has a mode determination unit that acquires mode information corresponding to the two operation modes to determine which operation of the two operation modes corresponds, The energy supply system, wherein the operation control unit operates in the operation mode determined by the mode determination unit.
前記モード判定部は、前記水位信号と、前記負荷信号と、前記水流信号との少なくとも1つの信号に基づいて水の存在を検出できない場合に前記モノジェネ運転を選択する請求項1に記載のエネルギー供給システム。 When the cogeneration operation is performed, the operation control unit controls a water level signal from a water level sensor that detects the water level of the hot water storage tank, and a heat recovery pump that sends water from the hot water storage tank to the heat exchange unit configured to manage water by acquiring a load signal and a water flow signal from a water flow sensor that detects the flow of water sent out when the heat recovery pump is driven,
The energy supply according to claim 1, wherein the mode determination unit selects the mono-generation operation when the presence of water cannot be detected based on at least one of the water level signal, the load signal, and the water flow signal. system.
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