專利名稱：熱電聯(lián)供系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有生成電力和熱的熱電并給器和儲存熱電并給 器的排熱的蓄熱器的熱電聯(lián)供系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
以往，在使用燃料電池、發(fā)動機的熱電聯(lián)供系統(tǒng)中，通過將與發(fā) 電同時產(chǎn)生的熱以熱水的方式進行回收，能夠?qū)⒛芰坑行Щ钣茫鳛?高效率的分散型電源受到關(guān)注。例如，當(dāng)燃料電池?zé)犭娐?lián)供系統(tǒng)的情
況下，通常如圖12所示，將由燃料電池21產(chǎn)生的熱通過冷卻水路徑 22中的冷卻水回收，該冷卻水經(jīng)由熱交換器24與儲熱水路徑23內(nèi)的 儲熱水進行熱交換。在熱交換器24中被加熱的儲熱水，作為熱水蓄積 在熱水罐27中，根據(jù)熱負載的熱需要，從熱水罐27的出口經(jīng)由熱水 供給路28將該熱水供給熱負載。在這樣的燃料電池?zé)犭娐?lián)供系統(tǒng)中， 將使用由燃料電池21產(chǎn)生的電力中未被電力負載消耗的剩余電力加熱 儲熱水的剩余電力加熱器25設(shè)置在熱交換器24的下游的儲熱水路徑 25上，并針對熱負載的熱需要，在熱水供給路28上作為熱水罐27內(nèi) 熱水不足的情況下的備用而設(shè)置輔助熱源29 (例如參照專利文獻1)。 專利文獻l:日本特開2005-12906號公報

發(fā)明內(nèi)容
在上述專利文獻1所記載的熱電聯(lián)供系統(tǒng)中，通常，為了調(diào)整儲 熱水的溫度而控制儲熱水泵26的輸出，但是不僅需要應(yīng)對伴隨燃料電 池21的發(fā)電量的變動的燃料電池21的發(fā)熱量的變動，還需要應(yīng)對伴 隨剩余電力的變動的剩余電力加熱器25的發(fā)熱量的變動，所以上述控 制是困難的。另外，優(yōu)選針對熱負載的熱需要，作為熱水罐27內(nèi)的熱 水不足的情況下的備用而設(shè)置輔助熱源29，但是這成為成本增加和尺 寸增大的主要原因。本發(fā)明是鑒于上述問題而研發(fā)的，其目的在于提供一種緩解剩余 電力加熱器的發(fā)電量的變動導(dǎo)致的儲熱水泵的控制困難性，并且沒有 必要另外設(shè)置輔助熱源的熱電聯(lián)供系統(tǒng)。
為了達成上述目的，本發(fā)明的熱電聯(lián)供系統(tǒng)，具有熱電并給器， 生成電和熱；蓄熱器，蓄積對由所述熱電并給器產(chǎn)生的熱進行回收的 熱載體；熱交換器，用于將由所述熱電并給器產(chǎn)生的熱傳導(dǎo)給所述熱 載體；第一熱載體路徑，構(gòu)成為所述熱載體由所述熱交換器被傳導(dǎo)所 述熱而流入所述蓄熱器；熱載體送出器，使所述熱載體流入所述第一 熱載體路徑；供熱路徑，用于將蓄積在所述蓄熱器中的熱載體供給熱 負載；電力消耗加熱器，消耗所述熱電并給器的剩余電力和商用電力 來加熱在所述供熱路徑中朝向所述熱負載流動的所述熱載體；第二熱 載體路徑，構(gòu)成為所述熱載體由所述電力消耗加熱器加熱而流入所述 蓄熱器熱載體熱載體熱載體熱載體熱載體熱載體熱載體熱載體熱載體 熱載體熱載體。在此，所謂"消耗剩余電力和商用電力來加熱的電力 消耗加熱器"是指，電力消耗加熱器消耗剩余電力和商用電力這兩者， 但消耗剩余電力和商用電力的時機(timing)沒有任何限定。SP，電力 消耗加熱器可以同時消耗剩余電力和商用電力，也可以在不同的時機 消耗剩余電力和商用電力。
上述熱電聯(lián)供系統(tǒng)中，可以具有用于從熱載體源向所述蓄熱器 供給所述熱載體的第一熱載體供給路；從所述第一熱載體供給路分支 而與所述供熱路徑連接的第二熱載體供給路；設(shè)置在所述供熱路徑與 所述第二熱載體供給路的所述連接的部分上，將來自所述第二熱載體 供給路的所述熱載體與在所述供熱路徑中流動的所述熱載體混合的混 合閥；將所述第二熱載體路徑與所述供熱路徑上的所述混合閥的所述 蓄熱器側(cè)的部分連接的旁通路徑；設(shè)于所述旁通路徑上的旁通闊，所 述第二熱載體路徑由從所述蓄熱器經(jīng)由所述第一熱載體供給路、所述 第二熱載體供給路、所述旁通路徑、所述供熱路徑而到達所述蓄熱器 的路徑構(gòu)成熱載體熱載體熱載體熱載體熱載體熱載體熱載體熱載體熱 載體熱載體熱載體熱載體熱載體。
上述熱電聯(lián)供系統(tǒng)中，可以具有設(shè)于所述熱水供給路徑上的所 述混合閥的熱負載側(cè)的部分上、檢測所述熱載體的流動的流量檢測器;控制器，所述控制器控制所述旁通閥，使其在所述流量檢測器檢測出 所述熱載體的流動的情況下關(guān)閉，在未檢測出所述熱載體的流體的情 況下打開熱載體熱載體熱載體。
上述熱電聯(lián)供系統(tǒng)中，可以具有用于從熱載體源向所述蓄熱器 供給所述熱載體的第一熱載體供給路；從所述第一熱載體供給路分支 并與所述供熱路徑連接的第二熱載體供給路；設(shè)置在所述第二熱載體 供給路與所述供熱路徑的所述連接的部分上的三通閥，所述三通閥具 有兩個動作模式將所述供熱路徑上的該三通閥的蓄熱器側(cè)的部分和
第二熱載體供給路與所述供熱路徑上的該三通閥的熱負載側(cè)的部分連
接的模式A;將所述供熱路徑上的該三通閥的蓄熱器側(cè)的部分與第二 熱載體供給路連接并將它們相對于所述供熱路徑上的該三通閥的熱負
載側(cè)的部分遮斷的模式B，所述供熱路徑通過所述三通閥切換到所述 模式A而形成，所述第二熱載體路徑通過所述三通閥切換到所述模式 B而形成熱載體熱載體熱載體熱載體熱載體熱載體熱載體熱載體熱載體。
上述熱電聯(lián)供系統(tǒng)中，可以具有檢測所述熱負載的熱需要的熱 需要檢測器；控制器，其中，所述控制器控制所述三通閥，使其在所 述熱需要檢測器檢測出所述熱需要的情況下切換到所述模式A，在未 檢測出所述熱需要的情況下切換到所述模式B。
本發(fā)明的上述目的、其他目的、特征以及優(yōu)點，參照附圖，根據(jù) 以下的合適的實施方式的詳細說明能夠明確。
根據(jù)本發(fā)明的熱電聯(lián)供系統(tǒng)，能夠改善熱載體送出器的控制性， 并且不需要另外設(shè)置輔助熱源，能夠消耗剩余電力和/或商用電力進行 加熱的電力消耗加熱器的熱，補充從蓄熱器供給熱負載的熱載體的不 足的熱。


圖1是表示本發(fā)明的實施方式1的熱電聯(lián)供系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)例的框圖。 圖2是簡化表示圖1的熱電聯(lián)供系統(tǒng)的電氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的框圖。 圖3是表示圖1的熱電聯(lián)供系統(tǒng)的熱水供給路徑的路徑切換控制 的內(nèi)容的流程圖。圖4是表示圖1的熱電聯(lián)供系統(tǒng)的剩余電力控制的內(nèi)容的流程圖。 圖5是表示圖1的熱電聯(lián)供系統(tǒng)的熱水供給的溫度控制的內(nèi)容的 流程圖。
圖6是表示圖1的熱電聯(lián)供系統(tǒng)的加熱器的防止過加熱控制的內(nèi) 容的流程圖。
圖7是表示本發(fā)明的第二實施方式的熱電聯(lián)供系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。 圖8是表示圖7的熱電聯(lián)供系統(tǒng)的第二熱載體路徑的熱水供給的 溫度控制的內(nèi)容的流程圖。
圖9是表示本發(fā)明的實施方式3的熱電聯(lián)供系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
圖10是表示圖9的熱電聯(lián)供系統(tǒng)的三通閥的動作模式的圖。
圖11是表示本發(fā)明的實施方式4的熱電聯(lián)供系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
圖12是表示以往的熱電聯(lián)供系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)例的框圖。
附圖標記說明
1燃料電池
2熱水槽
3燃料氣體路徑
4氧化劑氣體路徑
5冷卻水路徑
6冷卻水送出器
7熱交換器
8儲熱水路徑
9儲熱水送出器
10第一供水路徑
11熱水供給路徑
12加熱器
13第二供水路徑
14混合閥
15旁通路徑
16旁通閥
17流量檢測器
18溫度檢測器19控制器
31導(dǎo)熱系統(tǒng)
32輸出控制器
33 DC/DC轉(zhuǎn)換器(converter)
34變換器(inverter)
35、 39電氣配線
36聯(lián)系點
37商用電源
38電力負載
40電流檢測器
51儲熱水送出器
52三通閥
53第三供水路徑
54開閉傳感器
55開閉閥
具體實施例方式
以下，參照

本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。另外，統(tǒng)觀全圖， 對相同或相當(dāng)?shù)臉?gòu)成要素使用相同的附圖標記，其重復(fù)說明省略。 (實施方式1)
圖1是表示本發(fā)明的實施方式1的熱電聯(lián)供系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。 本實施方式中的熱電聯(lián)供系統(tǒng)，為本發(fā)明的熱電并給器的一例。 具有使用燃料氣體和氧化劑氣體進行發(fā)電的燃料電池1;作為本發(fā)明的 蓄熱器的一例的熱水槽2，其具有作為本發(fā)明的熱載體的一例的儲熱 水；供給燃料電池1的燃料氣體所流動的燃料氣體路徑3;供給燃料電 池1的氧化劑氣體所流動的氧化劑氣體路徑4;回收伴隨燃料電池1 的發(fā)電而產(chǎn)生的熱并冷卻燃料電池1的冷卻水所流動的冷卻水路徑5; 用于流出冷卻水路徑5內(nèi)的冷卻水的冷卻水送出器6;設(shè)于冷卻水路徑 5上的、用于冷卻水和儲熱水進行熱交換，由該儲熱水回收熱的熱交換 器7;與熱交換器7連接的、儲熱水所流動的作為本發(fā)明的第一熱載體
路徑的儲熱水路徑8;設(shè)于儲熱水路徑8上的、用于流出儲熱水路徑8內(nèi)的儲熱水的儲熱水送出器9;從水源(例如市政水)對熱水槽2的下 部供給未加熱的水的、作為本發(fā)明的第一熱載體供給路的第一供水路 徑10;用于將熱水槽2內(nèi)的儲熱水供給熱負荷的作為本發(fā)明的供熱路 徑B的熱水供給路徑11;設(shè)于熱水供給路徑11上的、本發(fā)明的消耗剩 余電力以及商用電力而進行加熱的電力消耗加熱器(以下簡單地稱為 加熱器)12;從第一供水路徑10分支并與熱水供給路徑11連接的、 作為本發(fā)明的第二熱載體供給路的第二供水路徑13;設(shè)于熱水供給路 徑11與第二供水路徑13的連接部上的混合閥14;旁通混合閥14的旁 通路徑15;設(shè)于旁通路徑15上的由開閉閥構(gòu)成的旁通閥16;檢測從 混合閥14向熱負載送出的儲熱水的流量的流量檢測器17;檢測熱交換 器7下游的儲熱水路徑8上的儲熱水的溫度的溫度檢測器18;控制熱
電聯(lián)供系統(tǒng)的各種動作的控制器19。另外，在上述的結(jié)構(gòu)中，本發(fā)明 的第二熱載體路徑A由作為第二熱載體供給路(第一供水路徑IO)的 第二供水路徑13、旁通路徑15以及作為本發(fā)明的供熱路徑的熱水供給 路徑11構(gòu)成。即，第二熱載體路徑A由從第一供水路徑10分支并到 達熱水罐2的路徑構(gòu)成，具體地，由從第一供水路徑10分支的熱載體 通過第二供水路徑13、旁通路徑15、熱水供給路徑11而到達熱水罐2 的路徑構(gòu)成。另外，冷卻水路徑5、冷卻水送出器6以及熱交換器7 構(gòu)成導(dǎo)熱系統(tǒng)31。
熱水槽2以所謂的疊層沸騰方式構(gòu)成。具體地，儲熱水路徑8與 熱水槽2的下部和上部連接，儲熱水送出器9以吸入口構(gòu)成儲熱水路 徑8與熱水槽2下部的連接部側(cè)、排出口構(gòu)成儲熱水路徑8與熱水槽2 上部的連接部側(cè)的方式配設(shè)。這樣構(gòu)成的情況下，當(dāng)儲熱水送出器9 動作，則存在于熱水槽2的下部的溫度低的儲熱水從熱水槽2的下部 取出，流入熱交換器7，通過熱交換器7與冷卻水進行熱交換而加熱的 儲熱水返回?zé)崴?的上部，溫度變高的儲熱水蓄積在熱水槽2的上 部。通過這樣的結(jié)構(gòu)，由熱交換器7加熱的高溫的儲熱水從熱水槽2 上層朝向下層順次蓄積，所以與整體同時沸騰的情況相比，能夠在短 時間內(nèi)將熱負載必要量的熱水蓄積在熱水槽2的上部，供給熱負載。
作為冷卻水送出器6主要采用離心泵或斜流泵、往復(fù)泵等。作為 熱交換器7主要采用板式熱交換器和雙層管式熱交換器等。作為儲熱水送出器9主要采用離心泵、斜流泵、往復(fù)泵等。
混合閥14，設(shè)于第二供水路徑13的終端與熱水供給路徑11的途 中連接的部分上，將來自第二供水路徑13的水與在熱水供給路徑11 中流動的儲熱水混合。作為混合閥14主要采用滾筒式或球式的閥等。 流量檢測器17為本發(fā)明的熱需要檢測器的一例，主要由測量流量值的 流量計或浮動開關(guān)等構(gòu)成。
在本發(fā)明中，所謂電力消耗加熱器是指消耗輸入的電力，放出與 該消耗的電力對應(yīng)的量的熱，對被加熱物進行加熱的設(shè)備。作為典型 例，例如、將輸入的電力轉(zhuǎn)換為焦耳熱，對被加熱物進行加熱的電氣 加熱器；將輸入的電力轉(zhuǎn)換為動力，由該動力使熱載體循環(huán)，使熱移 動的加熱器泵。它們都放出與消耗的電力對應(yīng)的量的熱。另一方面， 在使用源于電氣以外的熱源的熱對非加熱物進行加熱的設(shè)備中，單由 控制部消耗電力的設(shè)備(例如氣體加熱器)，由于不放出與消耗的電力 對應(yīng)的量的熱，所以不能包含在電力消耗加熱器中。加熱器12的消耗 電力(額定輸出)，由于需要吸收剩余電力，所以至少要求比燃料電池 1的額定輸出大。另外，加熱器12由于擔(dān)負作為備用的熱源的功能， 所以加熱器12的消耗電力作為備用的熱源要求充分的輸出。在本實施 方式中，例如燃料電池1的額定輸出為lkw，加熱器12的消耗電力為 3kw。
控制器19例如由微型計算機構(gòu)成，具有由其CPU構(gòu)成的計算部 和由其內(nèi)部存儲器構(gòu)成的存儲部。并且，通過由計算部讀出并實行收 納(存儲)在存儲部中的控制程序，而進行控制。另外，在本發(fā)明中， 控制器不僅是單獨的控制器，還意味著由多個控制器構(gòu)成的控制器組。 因此，控制器19不是必須由單獨的控制器構(gòu)成，也可以由分散配置的、 協(xié)同進行控制動作的多個控制器構(gòu)成。
在控制器19中從包含流量檢測器17、溫度檢測器8以及后述的電 流檢測器40 (參照圖2)的熱電聯(lián)供系統(tǒng)的所需的要素輸入檢測輸出。 控制器19根據(jù)這些檢測輸出，控制包含冷卻水送出器6、儲熱水送出 器9、加熱器12、混合閥14、旁通閥16的熱電聯(lián)供系統(tǒng)的各要素的動 作。
接著，說明本實施方式的熱電聯(lián)供系統(tǒng)的電氣系統(tǒng)的構(gòu)成。圖2是簡化表示圖1的熱電聯(lián)供系統(tǒng)的電氣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的框圖。
如圖2所示，由燃料電池1發(fā)電產(chǎn)生的直流電力輸出給DC/DC轉(zhuǎn) 換器33。 DC/DC轉(zhuǎn)換器33將該直流電力升壓到規(guī)定的電壓，并輸出 給變換器34。變換器34的輸出側(cè)通過電氣配線35在聯(lián)系點36上與連 接商用電源37和電力負載(例如家庭的電器設(shè)備)的電氣配線39連 接。變換器34將輸入的直流電力轉(zhuǎn)換為交流電力，并將其與商用電源 37系統(tǒng)聯(lián)系并輸出給電力負載。另外，變換器33通過控制其輸出(輸 出電流)，從而控制燃料電池1的發(fā)電量。DC/DC轉(zhuǎn)換器33和變換器 34構(gòu)成輸出控制器32，它們的動作由控制器19控制。在商用電源37 和聯(lián)系點36之間的電氣配線39上設(shè)置有檢測它們之間流動的電流的 方向和大小的電流檢測器40。電流檢測器40的檢測輸出被輸入到控制 器19。進而，在變換器34的輸出側(cè)連接有加熱器12。
接著，關(guān)于具有上述的結(jié)構(gòu)的本實施方式的熱電聯(lián)供系統(tǒng)的動作 進行說明。
首先，簡單地說明一般的動作。
參照圖1和圖2，在燃料電池1中，通過從燃料氣體路徑3供給的 氫等燃料氣體和從氧化劑氣體路徑4供給的含有氧的空氣等氧化劑氣 體之間的電氣化學(xué)反應(yīng)，進行發(fā)電。作為燃料電池1主要采用固體高 分子型燃料電池、磷酸型燃料電池或熔化碳酸鹽型燃料電池等。燃料 電池1發(fā)電產(chǎn)生的電力被輸出控制器32從直流電力轉(zhuǎn)換為交流電力， 供給電力負載38。電力負載38由于也與通常的商用電源37連接，所 以電力需要為燃料電池1發(fā)電產(chǎn)生的電力以上的情況下，從商用電源 37補給不充分量。另外，電力負載38需要的電力比燃料電池1發(fā)電產(chǎn) 生的電力少的情況下，剩余的電力(剩余電力)向商用電源37逆流(反 流)，作為熱電聯(lián)供系統(tǒng)，在能量產(chǎn)生浪費，不可取，所以如后所述通 過剩余電力使加熱器12動作，通過回收此時放出的熱，抑制能量損失。
接著，說明燃料電池1經(jīng)由熱交換器7進行的排熱回收動作。回 收燃料電池1的排熱而溫度上升的冷卻水，通過熱交換器7與儲熱水 進行熱交換而放熱，由冷卻水送出器6再次供給燃料電池1。另一方面， 儲熱水從熱水槽2的下部取出，并由熱交換器7與冷卻水進行熱交換 而加熱，返回?zé)崴?的上部。返回?zé)崴?的高溫的儲熱水從熱水槽2的上層朝向下層而順次蓄積。另外，控制器19由于控制蓄積在熱 水槽2中的儲熱水的溫度，所以根據(jù)溫度檢測器18的檢測溫度來控制 儲熱水送出器9的輸出。例如，控制儲熱水送出器9的輸出，以使檢 測溫度為規(guī)定的閾值(例如60'C)以上。這時，在本實施方式的熱電 聯(lián)供系統(tǒng)中，如以往那樣在儲熱水路徑8中不存在剩余電力加熱器， 所以在儲熱水送出器9的輸出控制中不需要應(yīng)對伴隨著剩余電力的變 動的剩余電力加熱器的發(fā)熱量的變動。結(jié)果，能夠改善用于對蓄積在 熱水槽2中的儲熱水進行溫度控制的儲熱水送出器9的控制性。
接著，說明由剩余電力使加熱器12動作時的排熱的回收動作。
圖3是表示圖1的熱電聯(lián)供系統(tǒng)的熱水供給路徑的路徑切換控制 的內(nèi)容的流程圖。圖4是表示圖1的熱電聯(lián)供系統(tǒng)的剩余電力控制的 內(nèi)容的流程圖。圖5是表示圖1的熱電聯(lián)供系統(tǒng)的供熱水的溫度控制 的內(nèi)容的流程圖。圖6是表示圖1的熱電聯(lián)供系統(tǒng)的加熱器的防止過 加熱控制的內(nèi)容的流程圖。
在本實施方式中，在熱電聯(lián)供系統(tǒng)的動作的控制中，進行熱水供 給路徑的路徑切換控制、供熱水的溫度控制、剩余電力控制以及加熱 器的防止過加熱控制。這些控制通過由控制器10的計算部讀出并實行 收納在控制器19的存儲部中的各個控制程序來進行。
控制裝置19始終以規(guī)定的間隔(采樣間隔)進行路徑切換控制和 剩余電力控制和防止過加熱控制。另外，在初期設(shè)定(默認)中，打 開旁通閥16，混合閥14向第二供水路徑13側(cè)全開，加熱器12被停止。 另外，關(guān)于混合閥14的開度(閥芯位置)，混合閥14向"第二供水路 徑13側(cè)"全開，表述為"向水側(cè)全開"，混合閥14向"熱水供給路徑 11側(cè)"全幵，表述為"向熱水側(cè)全開"。
首先，說明路徑切換控制。
如圖3所示，控制器19判定是否供給熱水(是否有熱負載的熱需 要)(步驟S1)。具體地，當(dāng)流量檢測器17檢測到儲熱水的流動，判定 為正在進行熱水供給(步驟Sl的"是")，當(dāng)流量檢測器17未檢測到 儲熱水的流動，則判定為未在進行熱水供給(步驟S1的"否")?？刂?器19，當(dāng)判定為未在進行熱水供給，則開閥旁通閥16，使混合閥14 向水側(cè)全開(步驟S5)。由此，形成第二熱載體路徑A。并且，熱水供給路徑ll的熱水槽2和混合閥14之間的部分切換到第二熱載體路徑A 的一部分上。之后，結(jié)束本控制。
另一方面，當(dāng)控制器19判定為正在進行熱水供給，則關(guān)閉旁通閥 16 (步驟S3)。由此，形成供熱路徑B。然后，熱水供給路徑ll的熱 水槽2和混合閥14之間的部分切換到供熱路徑B的一部分上。之后， 控制器19進行熱水供給溫度控制(步驟S4)。關(guān)于熱水供給溫度控制， 在后詳述。之后，結(jié)束本控制。
然后，本控制以規(guī)定的間隔反復(fù)進行，從而由控制器19監(jiān)視熱水 供給的有無，根據(jù)熱水供給的有無，來切換供熱路徑B和第二熱載體 路徑A。
接著，說明剩余電力控制。
燃料電池1的剩余電力由設(shè)于燃料電池1與商用電源37的聯(lián)系點 36的商用電源37側(cè)的電流檢測器40檢測。如圖4所示，在剩余電力 控制中，控制器19首先判斷是否產(chǎn)生了剩余電力(步驟S21)。具體地， 控制器19當(dāng)電流檢測器40檢測出朝向商用電源37側(cè)的電流時判定為 有剩余電力產(chǎn)生。若沒有檢測到則判定為沒有剩余電力產(chǎn)生，然后， 當(dāng)判定為有剩余電力產(chǎn)生，則控制器19根據(jù)由電流檢測器40檢測出 的電流來計算剩余電力，以該剩余電力的量，增加加熱器12的輸出(步 驟S22)。然后，結(jié)束本控制。另一方面，當(dāng)判斷為沒有剩余電力產(chǎn)生， 則判定是否正在進行熱水供給(步驟S23),在未在進行熱水供給的情 況下減少加熱器12的輸出后，結(jié)朿本控制的一系列的流程。之后，以 規(guī)定的間隔(采樣間隔)反復(fù)進行本流程，從而在未在進行熱水供給 的情況下，降低加熱器12的輸出，直到達到加熱器12不消耗剩余電 力以外的電力(例如剩余電力)的狀態(tài)。另一方面，在正在進行熱水 供給的情況下(步驟S23中的"是")，結(jié)束本控制的一系列的流程。 這是因為在正在進行熱水供給的情況下，控制器19將加熱器12的輸 出作為熱水供給溫度控制的一環(huán)進行控制。
然后，反復(fù)進行圖4所示的本控制的一系列的流程，從而通過加 熱器12消耗剩余電力，由此防止剩余電力的反向流動。另外，通過反 復(fù)進行本控制的一系列的流程，從而未檢測出反向流動并且沒有熱水 供給的情況下，實行步驟S24直到檢測出反向流動。gp，降低加熱器12的輸出，降低電力負載的多余商用電力的消耗，直到不再是加熱器 12消耗比燃料電池1的輸出電力中相對于電力負載的電力需要而實際 余出的剩余電力多的電力，電力負載不再利用商用電力的狀態(tài)。另外， 在本控制中，如上所述，根據(jù)熱水供給的有無，切換第二熱載體路徑A 和供熱路徑B。在形成有第二熱載體路徑A的情況下，儲熱水在第二 熱載體路徑A (第一供水路徑10、第二供水路徑13、旁通路徑15以 及熱水供給路徑11)如圖1所示從下向上流動，在途中由加熱器12加 熱，蓄積在熱水槽2的上部。該水的流動是由加熱器12加熱的水的加 熱前后的溫度差導(dǎo)致的流體(K，7卜)效應(yīng)產(chǎn)生的。由此，商用電 力被轉(zhuǎn)換為熱，蓄積在熱水槽2。
另一方面，在未在形成供熱路徑B的情況下，加熱器12的剩余電 力的消耗作為熱水供給溫度控制的一環(huán)進行控制。
接著，關(guān)于該熱水供給溫度控制，進行詳細說明。
在圖1中，當(dāng)打開熱負載側(cè)閥，則如上所述，由流量檢測器17檢 測儲熱水的流動，通過控制器19的控制形成供熱路徑B。于是，如圖 l所示，儲熱水從熱水槽2的上部從上向下流動。另外，與此同時，在 熱水槽2中，補充從熱水槽2的上部流出的儲熱水的量的水從第一供 水路徑10向熱水槽2的下部供給。
該狀態(tài)下，控制器19調(diào)整混合閥14的開度(閥芯位置)，以使熱 水供給溫度(在熱水供給路徑11中的混合閥14的下游側(cè)流動的儲熱 水的溫度)達到要求值(步驟Sll)。具體地，在熱水供給路徑11的混 合閥14的下游側(cè)設(shè)置有溫度檢測器(未圖示)，控制器19通過該溫度 檢測器檢測出熱水供給溫度。另外，在熱負載側(cè)配置有調(diào)整熱水供給 溫度的調(diào)整工具(例如遙控器(未圖示))，使用者通過操作該調(diào)整工 具，來調(diào)整熱水供給溫度，則該調(diào)整值(要求的熱水供給溫度以下 稱為要求值)被輸入控制器19?？刂破?9調(diào)整混合閥14的開度，以 使由溫度檢測器檢測出的熱水供給溫度達到該要求值。這種情況下， 隨著混合闊14向水側(cè)的開度變大，來自第二供水路徑13的水向在熱 水供給路徑ll中流動的儲熱水混合的量增加，熱水供給溫度降低，隨 著混合閥14向熱水側(cè)的開度變大，來自第二供水路徑13的水向在熱 水供給路徑ll中流動的儲熱水混合的量少，熱水供給溫度變高。接著，控制器19判定混合閥14向熱水側(cè)的開度是否全開(步驟S12)。
在混合閥14向熱水側(cè)的開度為全開的情況下(步驟S12中的
"曰"、 m必lt^4irj拙Bfi 1。 Af7仏Lp縣木水泰/*聰C12、 旌嘗
當(dāng)加熱器12的輸出為零的情況下(步驟S13的"是")開始加熱器12的輸出(步驟S14)。之后，結(jié)束本控制的一系列的流程。另外，在加熱器12的輸出不為零的情況下(步驟S13的"否")，增加加熱器12的輸出(步驟S15)。在此，加熱器12的輸出不為零的情況包括在步驟S14中起動了加熱器12的情況和在上述的剩余電力控制中由剩余電力的發(fā)生來起動加熱器12的情況(步驟S22)這兩者情況。之后，結(jié)束本控制的一系列的流程。
另一方面，在混合閥14向熱水側(cè)的開度不是全開的情況下(步驟S12中的"否")，控制器19判定加熱器12的輸出是否為零(步驟S15)。接著，在加熱器12的輸出為零的情況下(步驟S15中的"是")，本控制的一系列的流程結(jié)束。這種情況下，由于熱水被水稀釋，所以從熱水槽2供給的儲熱水的溫度比要求值高，另外，不需要由加熱器12進行加熱。另外，在加熱器12的輸出不為零的情況下(步驟S15的"否")，判定反向流動的有無(步驟S16)。該加熱器12的輸出不為零的情況包括如上所述，在步驟S14中起動了加熱器12的情況和在剩余電力控制中由剩余電力的產(chǎn)生而起動加熱器12的情況(步驟S22)這兩者情況。并且，當(dāng)檢測出反向流動的情況下(步驟S16的"是")，結(jié)束本控制的一系列的流程，在未檢測出反向流動的情況下(步驟S16中的"否")，減少加熱器12的輸出后，結(jié)束本控制的一系列的流程。另外，檢測出反向流動的情況下，作為剩余電力的控制的一環(huán)，在圖4所示的步驟S22中，控制加熱器的輸出，使其增加。
然后，通過反復(fù)進行以上圖5所示的本控制的一系列的流程，在能夠通過調(diào)整混合閥14的開度來應(yīng)對的情況下，通過調(diào)整混合閥14的開度來控制熱水供給溫度，使其達到使用者要求的值。另外，在該過程中產(chǎn)生剩余電力的情況或已經(jīng)生成剩余電力的情況下，加熱器12加熱以相當(dāng)于相對于電力負載的電力需要實際上余出的剩余電力的輸出加熱供給熱負載的儲熱水，該加熱的儲熱水被水稀釋，供給熱負載。由此，剩余電力被有效利用。另外，能夠防止浪費消耗商用電力、使能量效率降低。
另一方面，在混合閥14向熱水槽全開的情況下實行步驟S14或步3求s丄;)是力j tti口j烈/j^苣tr、jTn戈乂、j王丌tr、ji育(^ r， 出丁/a ^/j、惜z 'i六給的儲熱水的溫度與要求值相等或小于要求值，所以通過這些這些步驟，使在混合閥14的上游的熱水供給路徑11中流動的儲熱水的溫度至少為要求值以上。另外，上述步驟S14和15，不管商用電力的有無如何都實行，加熱器起到作為備用的熱源的作用。具體地，作為用于將從熱水槽2供給的儲熱水的溫度形成為要求值以上所必要的電力，不僅利用燃料電池1的剩余電力，還利用來自商用電源37的商用電力。例如，在步驟S14或15中產(chǎn)生剩余電力或已產(chǎn)生剩余電力的情況下，以剩余電力產(chǎn)生的量，減少從商用電源37供給的電力。由此，乘ij余電力被有效利用。
接著，關(guān)于防止過加熱控制進行說明。
如圖6所示，控制器19當(dāng)防止過加熱控制幵始，則首先判定加熱器12的溫度是否為規(guī)定的閾值以下(步驟S31)。具體地，設(shè)置有檢測設(shè)置有加熱器12的熱水供給路徑11內(nèi)的水溫的溫度檢測器(未圖示)，控制器19通過該溫度檢測器檢測由加熱器19加熱的熱水供給路徑11內(nèi)的水的溫度。另外，在控制器19的存儲部中存儲規(guī)定的閾值。控制器19判定由溫度檢測器檢測的由加熱器12加熱的水的溫度是否為存儲在存儲部中的規(guī)定的閾值以下。
然后，在由加熱器12加熱的水的溫度為規(guī)定的閾值以下的情況下(步驟S31中的"是")，由加熱器12加熱的水不會成為過加熱狀態(tài)，所以結(jié)束本控制的一系列的流程。另一方面，在由加熱器12加熱的水的溫度超過規(guī)定的閾值的情況下(步驟S31中的"否")，由于由加熱器12加熱的水可能會形成過加熱狀態(tài)，所以控制器19首先判定旁通閥16是否開放(步驟S32)。并且，在旁通閥16開放的情況下(步驟S32的"是")，控制器19降低燃料電池1的發(fā)電量(步驟S33)。由此，通過降低供給加熱器12的剩余電力，進而反復(fù)實行本控制的一系列的流程，從而降低燃料電池1的發(fā)電量，直至由加熱器12加熱的水的溫度變?yōu)橐?guī)定的閾值以下，沒有形成過加熱狀態(tài)的危險性。另一方面，在旁通閥16未開放的情況下(步驟S32中的"否")，控制器19使混合閥14向水側(cè)全開并開放旁通閥16 (步驟S34)。然后，進而以規(guī)定時間停止路徑切換控制(步驟S35)，之后，結(jié)束本控制的一系列的流程。這是由于雖然當(dāng)初形成有供熱路徑B，但是熱負載側(cè)闔的開度限制對熱負載的供給水量，所以會有通過混合水的比率調(diào)整不能將供給熱負載的儲熱水的溫度從過加熱的狀態(tài)降低到要求值的情況。因此，在步驟S34中，混合閥14向水側(cè)全開，從而來自第一供水路徑10的水供給熱負載，由此，防止過升溫的儲熱水供給熱負載。另外，通過開放旁通閥16而形成第二熱載體路徑A，對加熱器12供給來自第一供水路徑10的水。結(jié)果，與在形成有供熱路徑B的狀態(tài)下從熱水槽2流入設(shè)置有加熱器12的熱水供給路徑11的儲熱水為熱水的情況相比，流入設(shè)置有加熱器12的熱水供給路徑11的水的溫度降低，所以由加熱器12加熱的水的溫度也能夠從接近過升溫度的狀態(tài)離開。然后，通過以規(guī)定時間停止路徑切換控制，從而該狀態(tài)維持規(guī)定時間。如此，防止加熱器12的過加熱以及由此引發(fā)的不良情況。如以上所說明，根據(jù)本實施方式，將加熱器12設(shè)置在熱水供給路徑11和第二熱載體路徑A上，以能夠加熱在熱水供給路徑11和第二熱載體路徑A中流動的儲熱水或水，并且加熱器12構(gòu)成為在產(chǎn)生剩余電力而不想消耗剩余電力的情況下，消耗從燃料電池1和商用電源37的至少一方供給的電力而進行加熱，從而不僅能夠?qū)⑹Ｓ嚯娏ψ鳛閺募訜崞?2放出的熱進行回收，抑制能量損失，而且沒有必要在以往的熱電聯(lián)供系統(tǒng)的熱水供給路徑中另外設(shè)置輔助熱源，還能夠削減成本，實現(xiàn)熱電聯(lián)供系統(tǒng)的尺寸的小型化。(實施方式2)
圖7是表示本發(fā)明的第二實施方式的熱電聯(lián)供系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。圖8是表示圖7的熱電聯(lián)供系統(tǒng)的第二熱載體路徑A的儲熱水的溫度控制的內(nèi)容的流程圖。
如圖7所示，在本實施方式中，在第二熱載體路徑A上設(shè)置有儲熱水送出器51。另外，在熱水供給路徑11的加熱器12和熱水槽2之間的部分上設(shè)置有未圖示的溫度檢測器，控制器19通過該溫度檢測器檢測形成有第二熱載體路徑A的情況下的從加熱器12流出的儲熱水的溫度(以下稱作加熱器出口溫度)。此外，與實施方式l相同。該儲熱
水送出器51只要是在第二熱載體路徑A上，可以設(shè)置在任何部位，但在此設(shè)置在旁通路徑15上。該儲熱水送出器51通過控制器19的控制，
iU :nx A敏一 "fc如扭乂+ 口々4又 a milzhn 二+! 坐/H* "Wt 口々4又d m"/食，L力A p=i^i乂l^P乂樂一？^f華乂'KPlWT工/\ j^u;t^^j， ^l乂l^/J又'l^ ^it貨T工D WJI7化o ""乂口 ,
如圖8所示，控制器19，當(dāng)形成第二熱載體路徑A時控制儲熱水送出器51的輸出，以使在第二熱載體路徑A中流動的儲熱水的加熱器出口
、、,H存J^Uz:il+rn tir/古l、l L 」9r+m e=r汰丄山"Hi六他CW. " sflr+n "fch Ra m4in"fch
iMJ支仏;tU7^疋'直W丄o 1^7^疋'但刃'rF,J出？^乂 犬;8& / ^VJW ;^3eP丄么乂JW 、"的從熱水槽2的上部蓄積的儲熱水的溫度閾值而預(yù)先設(shè)定的值。由此，向熱水槽2的上部的返回，溫度被適當(dāng)控制，熱水槽2的儲熱水的層疊結(jié)構(gòu)被適當(dāng)維持。另外，本實施方式中的上述儲熱水送出器51的控制，也可以適用于實施方式1所記載的過加熱控制中的降低燃料電池1的發(fā)電量的步驟S33。具體地，代替加熱出口溫度，當(dāng)由加熱器12加熱的水的溫度超過規(guī)定的閾值(步驟S31的"否")，并且旁通閥打開的情況下(步驟S32中的"是")，使儲熱水送出器51的輸出增加(輸出為零的情況下開始輸出)。然后，在步驟S31中，增加儲熱水送出器51的輸出，直到水溫達到規(guī)定的閾值以下。通過這樣的構(gòu)成，避免加熱器12的過加熱，所以沒必要降低燃料電池1的發(fā)電量，能夠抑制燃料電池的低輸出導(dǎo)致的能量效率的降低。(實施方式3)
圖9是表示本發(fā)明的實施方式3的熱電聯(lián)供系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。圖10是表示圖9的熱電聯(lián)供系統(tǒng)的三通閥的動作模式的圖。
如圖9所示，在本實施方式中，代替實施方式1的混合閥14，在熱水供給路徑11的途中以與第二供水路徑13的終端連接的方式設(shè)置有三通閥52。并且，省略實施方式l中的旁通路徑15。另外，省略實施方式1中的流量檢測器17，代替為在熱負載側(cè)閥上設(shè)置檢測其開閉的幵閉傳感器54，其檢測輸出被輸入給控制器19。開閉傳感器54為本發(fā)明的熱需要檢測器的一例，由限位開關(guān)、位置傳感器等構(gòu)成。此外、與實施方式l相同。
如圖IO所示，三通閥52其三個孔a、 b、 c中，孔a與第二供水路徑13的終端連接，孔b與熱水供給路徑11的熱水槽2側(cè)連接，孔c與熱水供給路徑11的熱負載側(cè)連接。并且，具有使孔c與孔a和孔b雙方連通的模式A和使孔c相對于孔a和孔b遮斷并使孔a與孔b連通的模式B這兩個動作模式。在模式A中，熱水供給路徑11的熱水槽2側(cè)和第二供水路徑13與熱水供給路徑11的熱負載側(cè)連接。在模式B中，熱水供給路徑11的熱水槽2側(cè)與第二供水路徑13連接，它們相對于熱水供給路徑11的熱負載側(cè)遮斷。
控制器19當(dāng)由開閉傳感器54檢測出熱負載側(cè)閥的開放時，判定為正在進行熱水供給，當(dāng)由開閉傳感器54檢測出熱負載側(cè)閥的關(guān)閉時，判定為未在進行熱水供給?？刂破?9在正在進行熱水供給的情況下，將三通閥52的動作模式切換到模式A。由此，形成供熱路徑B。另一方面，控制器19在未在進行熱水供給的情況下，將三通閥52的動作模式切換到模式B。由此，形成第二熱載體路徑A。此外的動作由于與實施方式l相同，所以其說明省略。
根據(jù)這樣的本實施方式，能夠省略旁通路徑15和旁通閥。(實施方式4)
圖11是表示本發(fā)明的實施方式4的熱電聯(lián)供系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。如圖11所示，在本實施方式中，代替實施方式1的旁通路徑15，設(shè)置有第三供水路徑53。第三供水路徑53從第二供水路徑13分支并且其終端與熱水槽2的上部連接。并且，在第三供水路徑53上設(shè)置有開閉閥55。另外，加熱器12以能夠加熱在熱水供給路徑11中流動的儲熱水和在第三供水路徑53中流動的儲熱水兩者的方式設(shè)置在熱水供給路徑11和第三供水路徑53上。
控制器19在正在進行熱水供給的情況下，關(guān)閉開閉閥55。由此，形成供熱路徑B。另一方面，控制器19在未在進行熱水供給的情況下，將混合閥14向水側(cè)全開，開放開閉閩55。由此，形成第二熱載體路徑A。此外的動作由于與實施方式l相同，所以其說明省略。
通過這樣的本實施方式，也能夠得到與實施方式1相同的效果。另外，在實施方式1 4中，作為熱電并給器例舉了燃料電池l，但是該熱電并給器不限于燃料電池，也可以是采樣燃氣發(fā)動機或燃氣輪機的裝置。
另外，在實施方式1 4中，使加熱器12與變換器34的輸出側(cè)連接，但是也可以經(jīng)由切換器將加熱器12與變換器34的輸出側(cè)和變換器34的輸入側(cè)(DC/DC轉(zhuǎn)換器33的輸出側(cè))連接，在產(chǎn)生有剩余電 力的情況下，通過切換器從變換器34的輸入側(cè)(DC/DC轉(zhuǎn)換器33的 輸出側(cè))對加熱器12供給電力(直流)，在未產(chǎn)生剩余電力的情況下， 通過切換器從變換器34的輸出側(cè)對加熱器12供給電力(交流)。由此， 防止燃料電池1的剩余電力由變換器34造成的損失，進一步提高能量 效率。
另外，在實施方式1、 2、 4中，作為熱需要檢測器，舉例供給熱 負載的儲熱水的流量檢測器，在實施方式3中作為熱需要檢測器舉例 熱負載側(cè)閥的開閉傳感器，但是熱需要檢測器不限定于它們，只要能 夠檢測熱需要的部件即可。
根據(jù)上述說明，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，本發(fā)明的大量的改良 和其他實施方式是顯而易見的。因此，上述說明需僅作為舉例來解釋， 為教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員而提供了實行本發(fā)明的最佳實施方式。在不脫 離本發(fā)明的精神的情況下，能夠?qū)嵸|(zhì)上變更其結(jié)構(gòu)和/或功能的詳細內(nèi) 容。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性
根據(jù)本發(fā)明的熱電聯(lián)供系統(tǒng)，能夠改善熱載體送出器的控制性， 并且不需要另外設(shè)置輔助熱源，能夠使用消耗剩余電力以及商用電力 而進行加熱的電力消耗加熱器的熱，來補充從蓄熱器供給熱負載的熱 載體的不足的熱，對于利用了燃料電池或燃氣輪機的熱電聯(lián)供系統(tǒng)是 有用的。
權(quán)利要求
1.一種熱電聯(lián)供系統(tǒng)，其具有熱電并給器，生成電和熱；蓄熱器，蓄積對由所述熱電并給器產(chǎn)生的熱進行回收的熱載體；熱交換器，用于將由所述熱電并給器產(chǎn)生的熱傳導(dǎo)給所述熱載體；第一熱載體路徑，構(gòu)成為所述熱載體由所述熱交換器傳導(dǎo)來所述熱后流入所述蓄熱器熱載體；熱載體送出器，使所述熱載體流入所述第一熱載體路徑熱載體；供熱路徑，用于將蓄積在所述蓄熱器中的熱載體供給熱負載；電力消耗加熱器，消耗所述熱電并給器的剩余電力和商用電力來加熱在所述供熱路徑中朝向所述熱負載流動的所述熱載體；第二熱載體路徑，構(gòu)成為所述熱載體由所述電力消耗加熱器加熱后流入所述蓄熱器熱載體。
2. 權(quán)利要求l所述的熱電聯(lián)供系統(tǒng)，其中，具有用于從熱載體 源向所述蓄熱器供給所述熱載體的第一熱載體供給路；從所述第一熱 載體供給路分支而與所述供熱路徑連接的第二熱載體供給路；設(shè)置在 所述供熱路徑與所述第二熱載體供給路的所述連接的部分上，將來自 所述第二熱載體供給路的所述熱載體與在所述供熱路徑中流動的所述 熱載體混合的混合閥；將所述第二熱載體路徑與所述供熱路徑上的比 所述混合閥靠所述蓄熱器側(cè)的部分連接的旁通路徑；設(shè)于所述旁通路 徑上的旁通閥，所述第二熱載體路徑由從所述蓄熱器經(jīng)由所述第一熱載體供給 路、所述第二熱載體供給路、所述旁通路徑、所述供熱路徑而到達所 述蓄熱器的路徑構(gòu)成。
3. 如權(quán)利要求2所述的熱電聯(lián)供系統(tǒng)，其中，具有設(shè)于所述熱 水供給路徑上的比所述混合閥靠熱負載側(cè)的部分上、檢測所述熱載體 的流動的流量檢測器；控制器，所述控制器控制所述旁通閥，使其在所述流量檢測器檢測出所述 熱載體的流動的情況下關(guān)閉，在未檢測出所述熱載體的流體的情況下 打開。
4. 如權(quán)利要求l所述的熱電聯(lián)供系統(tǒng)，其中，具有用于從熱載 體源向所述蓄熱器供給所述熱載體的第一熱載體供給路；從所述第一 熱載體供給路分支并與所述供熱路徑連接的第二熱載體供給路；設(shè)置 在所述第二熱載體供給路與所述供熱路徑的所述連接的部分上的三通 閥，所述三通閥具有兩個動作模式將所述供熱路徑上的比該三通閥 靠蓄熱器側(cè)的部分和第二熱載體供給路與所述供熱路徑上的比該三通 閥靠熱負載側(cè)的部分連接的模式A;將所述供熱路徑上的比該三通閥 靠蓄熱器側(cè)的部分與第二熱載體供給路連接并將它們與所述供熱路徑 上的比該三通閥靠熱負載側(cè)的部分遮斷的模式B，所述供熱路徑通過所述三通閥切換到所述模式A而形成，所述第 二熱載體路徑通過所述三通閥切換到所述模式B而形成。
5. 如權(quán)利要求4所述的熱電聯(lián)供系統(tǒng)，其中，具有檢測所述熱 負載的熱需要的熱需要檢測器；控制器，所述控制器控制所述三通閥，使其在所述熱需要檢測器檢測出所 述熱需要的情況下切換到所述模式A，在未檢測出所述熱需要的情況 下切換到所述模式B。
全文摘要
本發(fā)明提供一種熱電聯(lián)供系統(tǒng)，其具有生成電和熱的燃料電池(1)；熱水槽(2)，對回收由燃料電池(1)產(chǎn)生的熱的儲熱水進行蓄積；用于將由燃料電池(1)產(chǎn)生的熱傳導(dǎo)給儲熱水的熱交換器(7)；儲熱水由熱交換器(7)被傳導(dǎo)所述熱并流入熱水槽(2)而構(gòu)成的作為第一熱載體路徑的儲熱水路徑(8)；使熱載體流入第一熱載體路徑(8)的熱載體送出器(9)；用于將蓄積在熱水槽(2)中的儲熱水供給熱負載的熱水供給路徑(11)；消耗燃料電池(1)的剩余電力和商用電力來加熱在熱水供給路徑(11)中朝向熱負載流動的儲熱水的電力消耗加熱器(12)；儲熱水由電力消耗加熱器(12)加熱并流入熱水槽(2)而構(gòu)成的第二熱載體路徑(A)。
文檔編號F24D17/00GK101680680SQ20088001817
公開日2010年3月24日 申請日期2008年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月28日
發(fā)明者小原英夫, 田中良和, 田口清 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社