JP5410832B2 - 発電システム、および補助ユニット - Google Patents
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Description
図1は、発電システム100の概略的な構成を示したブロック図である。発電システム100は、主として発電ユニット110と補助ユニット120とからなる。発電ユニット110では、燃料電池を通じて電気エネルギーと熱エネルギーとが生成され、少なくとも熱エネルギーは湯水として保持される。補助ユニット120は、発電システム100における特に湯水の循環に関する補助的な処理を遂行する。
図1に示したように、発電ユニット110は、貯湯槽150と、発電ラジエータ152と、燃料電池154と、熱交換器156と、給湯器158と、発電制御部160とを含んで構成され、自体で生成した熱エネルギーを湯水の顕熱として貯湯槽150に蓄積する。
図1に示したように、補助ユニット120は、循環流路222と、停電検出部224と、送水ポンプ226と、循環弁228と、補助制御部230とを含んで構成され、発電ユニット110における貯湯槽150の湯水を循環流路222を用いて循環させる。
第1の実施形態では、発電ユニット110および補助ユニット120を通じて本発明の概念的な実施形態を説明した。第2の実施形態では、第1の実施形態における補助ユニット120をさらに具体的に示した補助ユニット220を通じて、発電システム200の詳細な構成と、その動作を説明する。
加熱検出器240は、サーモスタット等で構成され、発電ユニット110の給湯器158に設置されて、給湯器158の加熱処理部178で加熱処理が為されているか否かを判定する。なお、給湯器158と電気的に接続し、動作信号を入力することで加熱処理の動作状態を検出するよう構成してもよい。
続いて、上述した発電システム200における発電方法の詳細な処理の流れを説明する。図3は、発電方法における状態遷移を示した状態遷移図である。当該発電方法は、図3に示したように、通常状態、停電状態、断水状態、および停電・断水状態の4つの状態を遷移する。ここでは、まず、4つの状態における発電システム200の各弁やポンプの動作を説明する。
図4は、通常状態における各弁およびポンプの動作を示した説明図であり、図5は、通常状態における湯水の流れを説明するための模式図である。発電システム200における各弁は、非通電で開口している弁と、閉口している弁の2つの弁が準備されている。かかる通電/非通電の状態は図中括弧内のON/OFFで表される。
図6は、停電状態における各弁およびポンプの動作を示した説明図であり、図7は、停電状態における湯水の流れを説明するための模式図である。停電時には、貯湯槽150の湯水を循環するため、基本的には循環弁228が開口され貯湯槽150と循環流路222との流路が確保されると共に、湯水を循環させるための送水ポンプ226が駆動する(S1)。
図8は、断水状態における各弁およびポンプの動作を示した説明図であり、図9は、断水状態における湯水の流れを説明するための模式図である。断水状態では、水道182の圧が低下し、停電検出部224が停電を検出していないので送水ポンプ226の圧もかからない。従って、給湯器158による湯水の給湯を可能とすると、貯湯槽150における湯水の圧が減少し発電ユニット110が断水異常となってしまい、後に停電が併発した際に発電を再開できなくなる。ここでは、図8に示すように給湯弁242を閉口して(S1)、図9に示すように湯水の給湯を制限することで湯水の圧の低下を防止し、発電が停止される事態を回避することが可能となる。
図10は、停電・断水状態における各弁およびポンプの動作を示した説明図であり、図11は、停電・断水状態における湯水の流れを説明するための模式図である。停電かつ断水時においても、停電状態同様、貯水槽256の湯水を循環するため、循環弁228が開口され貯湯槽150と循環流路222との流路が確保されると共に、湯水を循環させるための送水ポンプ226が駆動する(S1)。
図12は、停電時の各処理における各弁およびポンプの開閉の遷移を示した説明図である。通常状態では、弁やポンプはすべてOFFになっているが(S1)、停電検出部224が停電を検出すると、送水ポンプ226が駆動すると共に、循環弁228を開口して、図6のように停電状態の運転を開始する(S2)。
図13は、復電時の各処理における各弁およびポンプの開閉の遷移を示した説明図である。停電状態では基本的に放水排水弁258が閉口、循環弁228が開口して、送水ポンプ226がONしているが、図6を用いて説明したように、加熱処理部178や貯水槽256の鉛直下端部184の水温によっては、開閉やON/OFFが変化している場合もあり得る(S1)。このとき復電、即ち、停電検出部224が停電を検出しなくなると、放水排水弁258と循環弁228とを閉口する(S2)。そして、水抜弁250を開口して循環ラジエータ246に充填されている水を排水する(S3)。所定の時間経過後、水抜弁250を閉口して循環ラジエータ246の水抜きを終了し、続いて、送水ポンプ226を停止する(S4)。こうして図4に示したように、通常状態の運転が開始される。
図14は、断水時の各処理における各弁およびポンプの開閉の遷移を示した説明図である。通常状態では、弁やポンプはすべてOFFになっているが(S1)、断水検出部278が断水を検出すると給湯弁242を閉口する(S2)。
図15は、復水時の各処理における各弁およびポンプの開閉の遷移を示した説明図である。断水状態では給湯弁242が閉口されている(S1)。ここで、断水検出部278が断水を検出しなくなって水道圧が戻ると、まず水抜排水弁264を開口し、水道182から水を受水すると共に貯水槽256内の空気を水抜排水弁264を通じて排出する(S2)。そして、流量センサ266によって所定の流量を検出すると、水抜排水弁264を閉口し、給湯弁242を開口する(S3)。こうして、図4に示したような通常状態に戻り、ユーザは給湯が可能となる。
図16は、停電中の断水時の各処理における各弁およびポンプの開閉の遷移を示した説明図である。停電状態では基本的に放水排水弁258が閉口、循環弁228が開口して、送水ポンプ226がONしているが、加熱処理部178や貯水槽256の鉛直下端部184の水温によっては、開閉やON/OFFが変化している場合もあり得る(S1)。このとき断水検出部278が断水を検出すると、水の排水を回避すべく、排水弁制御部238を無効化して、放水排水弁258および給湯弁242を閉口する(S2)。このとき、排貯水吸気弁270が開口されているので、ユーザは、必要時に放水バルブ260を手動で開口して貯水槽256から湯水を受水することができる。こうして、図10に示したように、停電断水状態の運転が開始される。
図17は、停電断水中の復水時の各処理における各弁およびポンプの開閉の遷移を示した説明図である。放水排水弁258が閉口されている状態で(S1)で、断水検出部278が断水を検出しなくなると、水抜排水弁264を開口し、水道水を貯水槽256に受水させると共に水抜排水弁264から、貯水槽256内の空気を排気する(S2)。そして、流量センサ266によって所定の流量を検出すると、水抜排水弁264を閉口し、排水弁制御部238の無効化を解除すると共に、給湯弁242を開放して給湯を可能とする(S3)。こうして、図6に示した停電状態の運転が開始される。
図18は、断水中の停電時の各処理における各弁およびポンプの開閉の遷移を示した説明図である。断水状態では給湯弁242が閉口されている(S1)。断水中に停電検出部224が停電を検出すると、循環弁228を開口させ、送水ポンプ226を駆動させる。このとき、放水排水弁258は閉口を維持する(S2)。こうして、図10に示したような停電・断水状態の運転が開始される。
図19は、停電断水中の復電時の各処理における各弁およびポンプの開閉の遷移を示した説明図である。停電状態では基本的に循環弁228が開口して、送水ポンプ226がONしているが、加熱処理部178によっては、開閉やON/OFFが変化している場合もあり得る(S1)。停電断水中に停電検出部224が停電を検出しなくなると、循環弁228を閉口して循環を停止させる(S2)。そして、水抜弁250を開口して循環ラジエータ246に充填されている水を排水する(S3)。所定時間経過後、水抜弁250を閉口して循環ラジエータ246の水抜きを終了し、給湯弁242を閉口すると共に送水ポンプ226を停止する(S4)。こうして図8に示すような断水状態の運転が開始される。
110 …発電ユニット
120、220 …補助ユニット
150 …貯湯槽
154 …燃料電池
156 …熱交換器
158 …給湯器
160 …発電制御部
178 …加熱処理部
222 …循環流路
224 …停電検出部
226 …送水ポンプ
228 …循環弁
236 …循環弁制御部
238 …排水弁制御部
240 …加熱検出器
256 …貯水槽
262 …温度検出器
278 …断水検出部
Claims (5)
- 発電ユニットと、該発電ユニットに接続される補助ユニットと、を含む発電システムであって、
前記発電ユニットは、
湯水を貯湯および保温する貯湯槽と、
化学反応を通じて電気エネルギーおよび熱エネルギーを生成する燃料電池と、
前記貯湯槽の湯水との熱交換によって前記生成された熱エネルギーを回収する熱交換器と、
前記貯湯槽の湯水が所定温度未満のとき前記燃料電池を駆動して発電し、該所定温度以上になると該燃料電池による発電を停止する発電制御部と、
を備え、
前記補助ユニットは、
前記貯湯槽から通水された湯水を放熱する循環流路と、
前記貯湯槽の湯水が高温であるか低温であるかを判定し、高温のとき前記循環流路に前記貯湯槽の湯水を循環させ、低温のとき該循環を停止させる補助制御部と、
を備えることを特徴とする発電システム。 - 湯水を貯湯および保温する貯湯槽と、化学反応を通じて電気エネルギーおよび熱エネルギーを生成する燃料電池と、該貯湯槽の湯水との熱交換によって該生成された熱エネルギーを回収する熱交換器と、該貯湯槽の湯水が所定温度未満のとき該燃料電池を駆動して発電し、該所定温度以上になると該燃料電池による発電を停止する発電制御部と、を含む発電ユニットに接続される補助ユニットであって、
前記貯湯槽から通水された湯水を放熱する循環流路と、
前記貯湯槽の湯水が高温であるか低温であるかを判定し、高温のとき前記循環流路に該貯湯槽の湯水を循環させ、低温のとき該循環を停止させる補助制御部と、
を備えることを特徴とする補助ユニット。 - 停電を検出する停電検出部をさらに備え、
前記補助制御部は、前記停電検出部が停電を検出し、かつ、前記貯湯槽の湯水が高温のとき、前記湯水を循環させることを特徴とする請求項2に記載の補助ユニット。 - 前記補助制御部は、前記停電検出部が停電を検出してから所定時間は前記貯湯槽の水湯温に拘わらず前記湯水を循環させることを特徴とする請求項3に記載の補助ユニット。
- 前記循環流路は前記貯湯槽の湯水を給湯する給湯器を通じて前記貯湯槽の湯水を受水し、
前記給湯器において加熱処理が為されているか否かを検出する加熱検出器をさらに備え、
前記補助制御部は、前記加熱検出器が加熱処理が為されていることを検出したことをもって前記貯湯槽の水温が低温であることを判定することを特徴とする請求項2から4のいずれか1項に記載の補助ユニット。
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