专利名称：热电联供系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有生成电力和热的热电并给器和储存热电并给 器的排热的蓄热器的热电联供系统。
背景技术：
以往，在使用燃料电池、发动机的热电联供系统中，通过将与发 电同时产生的热以热水的方式进行回收，能够将能量有效活用，作为 高效率的分散型电源受到关注。例如，当燃料电池热电联供系统的情
况下，通常如图12所示，将由燃料电池21产生的热通过冷却水路径 22中的冷却水回收，该冷却水经由热交换器24与储热水路径23内的 储热水进行热交换。在热交换器24中被加热的储热水，作为热水蓄积 在热水罐27中，根据热负载的热需要，从热水罐27的出口经由热水 供给路28将该热水供给热负载。在这样的燃料电池热电联供系统中， 将使用由燃料电池21产生的电力中未被电力负载消耗的剩余电力加热 储热水的剩余电力加热器25设置在热交换器24的下游的储热水路径 25上，并针对热负载的热需要，在热水供给路28上作为热水罐27内 热水不足的情况下的备用而设置辅助热源29 (例如参照专利文献1)。 专利文献l:日本特开2005-12906号公报
发明内容
在上述专利文献1所记载的热电联供系统中，通常，为了调整储 热水的温度而控制储热水泵26的输出，但是不仅需要应对伴随燃料电 池21的发电量的变动的燃料电池21的发热量的变动，还需要应对伴 随剩余电力的变动的剩余电力加热器25的发热量的变动，所以上述控 制是困难的。另外，优选针对热负载的热需要，作为热水罐27内的热 水不足的情况下的备用而设置辅助热源29，但是这成为成本增加和尺 寸增大的主要原因。本发明是鉴于上述问题而研发的，其目的在于提供一种缓解剩余 电力加热器的发电量的变动导致的储热水泵的控制困难性，并且没有 必要另外设置辅助热源的热电联供系统。
为了达成上述目的，本发明的热电联供系统，具有热电并给器， 生成电和热；蓄热器，蓄积对由所述热电并给器产生的热进行回收的 热载体；热交换器，用于将由所述热电并给器产生的热传导给所述热 载体；第一热载体路径，构成为所述热载体由所述热交换器被传导所 述热而流入所述蓄热器；热载体送出器，使所述热载体流入所述第一 热载体路径；供热路径，用于将蓄积在所述蓄热器中的热载体供给热 负载；电力消耗加热器，消耗所述热电并给器的剩余电力和商用电力 来加热在所述供热路径中朝向所述热负载流动的所述热载体；第二热 载体路径，构成为所述热载体由所述电力消耗加热器加热而流入所述 蓄热器热载体热载体热载体热载体热载体热载体热载体热载体热载体 热载体热载体。在此，所谓"消耗剩余电力和商用电力来加热的电力 消耗加热器"是指，电力消耗加热器消耗剩余电力和商用电力这两者， 但消耗剩余电力和商用电力的时机(timing)没有任何限定。SP，电力 消耗加热器可以同时消耗剩余电力和商用电力，也可以在不同的时机 消耗剩余电力和商用电力。
上述热电联供系统中，可以具有用于从热载体源向所述蓄热器 供给所述热载体的第一热载体供给路；从所述第一热载体供给路分支 而与所述供热路径连接的第二热载体供给路；设置在所述供热路径与 所述第二热载体供给路的所述连接的部分上，将来自所述第二热载体 供给路的所述热载体与在所述供热路径中流动的所述热载体混合的混 合阀；将所述第二热载体路径与所述供热路径上的所述混合阀的所述 蓄热器侧的部分连接的旁通路径；设于所述旁通路径上的旁通阔，所 述第二热载体路径由从所述蓄热器经由所述第一热载体供给路、所述 第二热载体供给路、所述旁通路径、所述供热路径而到达所述蓄热器 的路径构成热载体热载体热载体热载体热载体热载体热载体热载体热 载体热载体热载体热载体热载体。
上述热电联供系统中，可以具有设于所述热水供给路径上的所 述混合阀的热负载侧的部分上、检测所述热载体的流动的流量检测器;控制器，所述控制器控制所述旁通阀，使其在所述流量检测器检测出 所述热载体的流动的情况下关闭，在未检测出所述热载体的流体的情 况下打开热载体热载体热载体。
上述热电联供系统中，可以具有用于从热载体源向所述蓄热器 供给所述热载体的第一热载体供给路；从所述第一热载体供给路分支 并与所述供热路径连接的第二热载体供给路；设置在所述第二热载体 供给路与所述供热路径的所述连接的部分上的三通阀，所述三通阀具 有两个动作模式将所述供热路径上的该三通阀的蓄热器侧的部分和
第二热载体供给路与所述供热路径上的该三通阀的热负载侧的部分连
接的模式A;将所述供热路径上的该三通阀的蓄热器侧的部分与第二 热载体供给路连接并将它们相对于所述供热路径上的该三通阀的热负
载侧的部分遮断的模式B，所述供热路径通过所述三通阀切换到所述 模式A而形成，所述第二热载体路径通过所述三通阀切换到所述模式 B而形成热载体热载体热载体热载体热载体热载体热载体热载体热载体。
上述热电联供系统中，可以具有检测所述热负载的热需要的热 需要检测器；控制器，其中，所述控制器控制所述三通阀，使其在所 述热需要检测器检测出所述热需要的情况下切换到所述模式A，在未 检测出所述热需要的情况下切换到所述模式B。
本发明的上述目的、其他目的、特征以及优点，参照附图，根据 以下的合适的实施方式的详细说明能够明确。
根据本发明的热电联供系统，能够改善热载体送出器的控制性， 并且不需要另外设置辅助热源，能够消耗剩余电力和/或商用电力进行 加热的电力消耗加热器的热，补充从蓄热器供给热负载的热载体的不 足的热。
图1是表示本发明的实施方式1的热电联供系统的结构例的框图。 图2是简化表示图1的热电联供系统的电气系统的结构的框图。 图3是表示图1的热电联供系统的热水供给路径的路径切换控制 的内容的流程图。图4是表示图1的热电联供系统的剩余电力控制的内容的流程图。 图5是表示图1的热电联供系统的热水供给的温度控制的内容的 流程图。
图6是表示图1的热电联供系统的加热器的防止过加热控制的内 容的流程图。
图7是表示本发明的第二实施方式的热电联供系统的系统结构图。 图8是表示图7的热电联供系统的第二热载体路径的热水供给的 温度控制的内容的流程图。
图9是表示本发明的实施方式3的热电联供系统的系统结构图。
图10是表示图9的热电联供系统的三通阀的动作模式的图。
图11是表示本发明的实施方式4的热电联供系统的系统结构图。
图12是表示以往的热电联供系统的结构例的框图。
附图标记说明
1燃料电池
2热水槽
3燃料气体路径
4氧化剂气体路径
5冷却水路径
6冷却水送出器
7热交换器
8储热水路径
9储热水送出器
10第一供水路径
11热水供给路径
12加热器
13第二供水路径
14混合阀
15旁通路径
16旁通阀
17流量检测器
18温度检测器19控制器
31导热系统
32输出控制器
33 DC/DC转换器(converter)
34变换器(inverter)
35、 39电气配线
36联系点
37商用电源
38电力负载
40电流检测器
51储热水送出器
52三通阀
53第三供水路径
54开闭传感器
55开闭阀
具体实施例方式
以下，参照
本发明的优选实施方式。另外，统观全图， 对相同或相当的构成要素使用相同的附图标记，其重复说明省略。 (实施方式1)
图1是表示本发明的实施方式1的热电联供系统的系统结构图。 本实施方式中的热电联供系统，为本发明的热电并给器的一例。 具有使用燃料气体和氧化剂气体进行发电的燃料电池1;作为本发明的 蓄热器的一例的热水槽2，其具有作为本发明的热载体的一例的储热 水；供给燃料电池1的燃料气体所流动的燃料气体路径3;供给燃料电 池1的氧化剂气体所流动的氧化剂气体路径4;回收伴随燃料电池1 的发电而产生的热并冷却燃料电池1的冷却水所流动的冷却水路径5; 用于流出冷却水路径5内的冷却水的冷却水送出器6;设于冷却水路径 5上的、用于冷却水和储热水进行热交换，由该储热水回收热的热交换 器7;与热交换器7连接的、储热水所流动的作为本发明的第一热载体
路径的储热水路径8;设于储热水路径8上的、用于流出储热水路径8内的储热水的储热水送出器9;从水源(例如市政水)对热水槽2的下 部供给未加热的水的、作为本发明的第一热载体供给路的第一供水路 径10;用于将热水槽2内的储热水供给热负荷的作为本发明的供热路 径B的热水供给路径11;设于热水供给路径11上的、本发明的消耗剩 余电力以及商用电力而进行加热的电力消耗加热器(以下简单地称为 加热器)12;从第一供水路径10分支并与热水供给路径11连接的、 作为本发明的第二热载体供给路的第二供水路径13;设于热水供给路 径11与第二供水路径13的连接部上的混合阀14;旁通混合阀14的旁 通路径15;设于旁通路径15上的由开闭阀构成的旁通阀16;检测从 混合阀14向热负载送出的储热水的流量的流量检测器17;检测热交换 器7下游的储热水路径8上的储热水的温度的温度检测器18;控制热
电联供系统的各种动作的控制器19。另外，在上述的结构中，本发明 的第二热载体路径A由作为第二热载体供给路(第一供水路径IO)的 第二供水路径13、旁通路径15以及作为本发明的供热路径的热水供给 路径11构成。即，第二热载体路径A由从第一供水路径10分支并到 达热水罐2的路径构成，具体地，由从第一供水路径10分支的热载体 通过第二供水路径13、旁通路径15、热水供给路径11而到达热水罐2 的路径构成。另外，冷却水路径5、冷却水送出器6以及热交换器7 构成导热系统31。
热水槽2以所谓的叠层沸腾方式构成。具体地，储热水路径8与 热水槽2的下部和上部连接，储热水送出器9以吸入口构成储热水路 径8与热水槽2下部的连接部侧、排出口构成储热水路径8与热水槽2 上部的连接部侧的方式配设。这样构成的情况下，当储热水送出器9 动作，则存在于热水槽2的下部的温度低的储热水从热水槽2的下部 取出，流入热交换器7，通过热交换器7与冷却水进行热交换而加热的 储热水返回热水槽2的上部，温度变高的储热水蓄积在热水槽2的上 部。通过这样的结构，由热交换器7加热的高温的储热水从热水槽2 上层朝向下层顺次蓄积，所以与整体同时沸腾的情况相比，能够在短 时间内将热负载必要量的热水蓄积在热水槽2的上部，供给热负载。
作为冷却水送出器6主要采用离心泵或斜流泵、往复泵等。作为 热交换器7主要采用板式热交换器和双层管式热交换器等。作为储热水送出器9主要采用离心泵、斜流泵、往复泵等。
混合阀14，设于第二供水路径13的终端与热水供给路径11的途 中连接的部分上，将来自第二供水路径13的水与在热水供给路径11 中流动的储热水混合。作为混合阀14主要采用滚筒式或球式的阀等。 流量检测器17为本发明的热需要检测器的一例，主要由测量流量值的 流量计或浮动开关等构成。
在本发明中，所谓电力消耗加热器是指消耗输入的电力，放出与 该消耗的电力对应的量的热，对被加热物进行加热的设备。作为典型 例，例如、将输入的电力转换为焦耳热，对被加热物进行加热的电气 加热器；将输入的电力转换为动力，由该动力使热载体循环，使热移 动的加热器泵。它们都放出与消耗的电力对应的量的热。另一方面， 在使用源于电气以外的热源的热对非加热物进行加热的设备中，单由 控制部消耗电力的设备(例如气体加热器)，由于不放出与消耗的电力 对应的量的热，所以不能包含在电力消耗加热器中。加热器12的消耗 电力(额定输出)，由于需要吸收剩余电力，所以至少要求比燃料电池 1的额定输出大。另外，加热器12由于担负作为备用的热源的功能， 所以加热器12的消耗电力作为备用的热源要求充分的输出。在本实施 方式中，例如燃料电池1的额定输出为lkw，加热器12的消耗电力为 3kw。
控制器19例如由微型计算机构成，具有由其CPU构成的计算部 和由其内部存储器构成的存储部。并且，通过由计算部读出并实行收 纳(存储)在存储部中的控制程序，而进行控制。另外，在本发明中， 控制器不仅是单独的控制器，还意味着由多个控制器构成的控制器组。 因此，控制器19不是必须由单独的控制器构成，也可以由分散配置的、 协同进行控制动作的多个控制器构成。
在控制器19中从包含流量检测器17、温度检测器8以及后述的电 流检测器40 (参照图2)的热电联供系统的所需的要素输入检测输出。 控制器19根据这些检测输出，控制包含冷却水送出器6、储热水送出 器9、加热器12、混合阀14、旁通阀16的热电联供系统的各要素的动 作。
接着，说明本实施方式的热电联供系统的电气系统的构成。图2是简化表示图1的热电联供系统的电气系统的结构的框图。
如图2所示，由燃料电池1发电产生的直流电力输出给DC/DC转 换器33。 DC/DC转换器33将该直流电力升压到规定的电压，并输出 给变换器34。变换器34的输出侧通过电气配线35在联系点36上与连 接商用电源37和电力负载(例如家庭的电器设备)的电气配线39连 接。变换器34将输入的直流电力转换为交流电力，并将其与商用电源 37系统联系并输出给电力负载。另外，变换器33通过控制其输出(输 出电流)，从而控制燃料电池1的发电量。DC/DC转换器33和变换器 34构成输出控制器32，它们的动作由控制器19控制。在商用电源37 和联系点36之间的电气配线39上设置有检测它们之间流动的电流的 方向和大小的电流检测器40。电流检测器40的检测输出被输入到控制 器19。进而，在变换器34的输出侧连接有加热器12。
接着，关于具有上述的结构的本实施方式的热电联供系统的动作 进行说明。
首先，简单地说明一般的动作。
参照图1和图2，在燃料电池1中，通过从燃料气体路径3供给的 氢等燃料气体和从氧化剂气体路径4供给的含有氧的空气等氧化剂气 体之间的电气化学反应，进行发电。作为燃料电池1主要采用固体高 分子型燃料电池、磷酸型燃料电池或熔化碳酸盐型燃料电池等。燃料 电池1发电产生的电力被输出控制器32从直流电力转换为交流电力， 供给电力负载38。电力负载38由于也与通常的商用电源37连接，所 以电力需要为燃料电池1发电产生的电力以上的情况下，从商用电源 37补给不充分量。另外，电力负载38需要的电力比燃料电池1发电产 生的电力少的情况下，剩余的电力(剩余电力)向商用电源37逆流(反 流)，作为热电联供系统，在能量产生浪费，不可取，所以如后所述通 过剩余电力使加热器12动作，通过回收此时放出的热，抑制能量损失。
接着，说明燃料电池1经由热交换器7进行的排热回收动作。回 收燃料电池1的排热而温度上升的冷却水，通过热交换器7与储热水 进行热交换而放热，由冷却水送出器6再次供给燃料电池1。另一方面， 储热水从热水槽2的下部取出，并由热交换器7与冷却水进行热交换 而加热，返回热水槽2的上部。返回热水槽2的高温的储热水从热水槽2的上层朝向下层而顺次蓄积。另外，控制器19由于控制蓄积在热 水槽2中的储热水的温度，所以根据温度检测器18的检测温度来控制 储热水送出器9的输出。例如，控制储热水送出器9的输出，以使检 测温度为规定的阈值(例如60'C)以上。这时，在本实施方式的热电 联供系统中，如以往那样在储热水路径8中不存在剩余电力加热器， 所以在储热水送出器9的输出控制中不需要应对伴随着剩余电力的变 动的剩余电力加热器的发热量的变动。结果，能够改善用于对蓄积在 热水槽2中的储热水进行温度控制的储热水送出器9的控制性。
接着，说明由剩余电力使加热器12动作时的排热的回收动作。
图3是表示图1的热电联供系统的热水供给路径的路径切换控制 的内容的流程图。图4是表示图1的热电联供系统的剩余电力控制的 内容的流程图。图5是表示图1的热电联供系统的供热水的温度控制 的内容的流程图。图6是表示图1的热电联供系统的加热器的防止过 加热控制的内容的流程图。
在本实施方式中，在热电联供系统的动作的控制中，进行热水供 给路径的路径切换控制、供热水的温度控制、剩余电力控制以及加热 器的防止过加热控制。这些控制通过由控制器10的计算部读出并实行 收纳在控制器19的存储部中的各个控制程序来进行。
控制装置19始终以规定的间隔(采样间隔)进行路径切换控制和 剩余电力控制和防止过加热控制。另外，在初期设定(默认)中，打 开旁通阀16，混合阀14向第二供水路径13侧全开，加热器12被停止。 另外，关于混合阀14的开度(阀芯位置)，混合阀14向"第二供水路 径13侧"全开，表述为"向水侧全开"，混合阀14向"热水供给路径 11侧"全幵，表述为"向热水侧全开"。
首先，说明路径切换控制。
如图3所示，控制器19判定是否供给热水(是否有热负载的热需 要)(步骤S1)。具体地，当流量检测器17检测到储热水的流动，判定 为正在进行热水供给(步骤Sl的"是")，当流量检测器17未检测到 储热水的流动，则判定为未在进行热水供给(步骤S1的"否")。控制 器19，当判定为未在进行热水供给，则开阀旁通阀16，使混合阀14 向水侧全开(步骤S5)。由此，形成第二热载体路径A。并且，热水供给路径ll的热水槽2和混合阀14之间的部分切换到第二热载体路径A 的一部分上。之后，结束本控制。
另一方面，当控制器19判定为正在进行热水供给，则关闭旁通阀 16 (步骤S3)。由此，形成供热路径B。然后，热水供给路径ll的热 水槽2和混合阀14之间的部分切换到供热路径B的一部分上。之后， 控制器19进行热水供给温度控制(步骤S4)。关于热水供给温度控制， 在后详述。之后，结束本控制。
然后，本控制以规定的间隔反复进行，从而由控制器19监视热水 供给的有无，根据热水供给的有无，来切换供热路径B和第二热载体 路径A。
接着，说明剩余电力控制。
燃料电池1的剩余电力由设于燃料电池1与商用电源37的联系点 36的商用电源37侧的电流检测器40检测。如图4所示，在剩余电力 控制中，控制器19首先判断是否产生了剩余电力(步骤S21)。具体地， 控制器19当电流检测器40检测出朝向商用电源37侧的电流时判定为 有剩余电力产生。若没有检测到则判定为没有剩余电力产生，然后， 当判定为有剩余电力产生，则控制器19根据由电流检测器40检测出 的电流来计算剩余电力，以该剩余电力的量，增加加热器12的输出(步 骤S22)。然后，结束本控制。另一方面，当判断为没有剩余电力产生， 则判定是否正在进行热水供给(步骤S23),在未在进行热水供给的情 况下减少加热器12的输出后，结朿本控制的一系列的流程。之后，以 规定的间隔(采样间隔)反复进行本流程，从而在未在进行热水供给 的情况下，降低加热器12的输出，直到达到加热器12不消耗剩余电 力以外的电力(例如剩余电力)的状态。另一方面，在正在进行热水 供给的情况下(步骤S23中的"是")，结束本控制的一系列的流程。 这是因为在正在进行热水供给的情况下，控制器19将加热器12的输 出作为热水供给温度控制的一环进行控制。
然后，反复进行图4所示的本控制的一系列的流程，从而通过加 热器12消耗剩余电力，由此防止剩余电力的反向流动。另外，通过反 复进行本控制的一系列的流程，从而未检测出反向流动并且没有热水 供给的情况下，实行步骤S24直到检测出反向流动。gp，降低加热器12的输出，降低电力负载的多余商用电力的消耗，直到不再是加热器 12消耗比燃料电池1的输出电力中相对于电力负载的电力需要而实际 余出的剩余电力多的电力，电力负载不再利用商用电力的状态。另外， 在本控制中，如上所述，根据热水供给的有无，切换第二热载体路径A 和供热路径B。在形成有第二热载体路径A的情况下，储热水在第二 热载体路径A (第一供水路径10、第二供水路径13、旁通路径15以 及热水供给路径11)如图1所示从下向上流动，在途中由加热器12加 热，蓄积在热水槽2的上部。该水的流动是由加热器12加热的水的加 热前后的温度差导致的流体(K，7卜)效应产生的。由此，商用电 力被转换为热，蓄积在热水槽2。
另一方面，在未在形成供热路径B的情况下，加热器12的剩余电 力的消耗作为热水供给温度控制的一环进行控制。
接着，关于该热水供给温度控制，进行详细说明。
在图1中，当打开热负载侧阀，则如上所述，由流量检测器17检 测储热水的流动，通过控制器19的控制形成供热路径B。于是，如图 l所示，储热水从热水槽2的上部从上向下流动。另外，与此同时，在 热水槽2中，补充从热水槽2的上部流出的储热水的量的水从第一供 水路径10向热水槽2的下部供给。
该状态下，控制器19调整混合阀14的开度(阀芯位置)，以使热 水供给温度(在热水供给路径11中的混合阀14的下游侧流动的储热 水的温度)达到要求值(步骤Sll)。具体地，在热水供给路径11的混 合阀14的下游侧设置有温度检测器(未图示)，控制器19通过该温度 检测器检测出热水供给温度。另外，在热负载侧配置有调整热水供给 温度的调整工具(例如遥控器(未图示))，使用者通过操作该调整工 具，来调整热水供给温度，则该调整值(要求的热水供给温度以下 称为要求值)被输入控制器19。控制器19调整混合阀14的开度，以 使由温度检测器检测出的热水供给温度达到该要求值。这种情况下， 随着混合阔14向水侧的开度变大，来自第二供水路径13的水向在热 水供给路径ll中流动的储热水混合的量增加，热水供给温度降低，随 着混合阀14向热水侧的开度变大，来自第二供水路径13的水向在热 水供给路径ll中流动的储热水混合的量少，热水供给温度变高。接着，控制器19判定混合阀14向热水侧的开度是否全开(步骤S12)。
在混合阀14向热水侧的开度为全开的情况下(步骤S12中的
"曰"、 m必lt^4irj拙Bfi 1。 Af7仏Lp县木水泰/*聰C12、 旌尝
当加热器12的输出为零的情况下(步骤S13的"是")开始加热器12的输出(步骤S14)。之后，结束本控制的一系列的流程。另外，在加热器12的输出不为零的情况下(步骤S13的"否")，增加加热器12的输出(步骤S15)。在此，加热器12的输出不为零的情况包括在步骤S14中起动了加热器12的情况和在上述的剩余电力控制中由剩余电力的发生来起动加热器12的情况(步骤S22)这两者情况。之后，结束本控制的一系列的流程。
另一方面，在混合阀14向热水侧的开度不是全开的情况下(步骤S12中的"否")，控制器19判定加热器12的输出是否为零(步骤S15)。接着，在加热器12的输出为零的情况下(步骤S15中的"是")，本控制的一系列的流程结束。这种情况下，由于热水被水稀释，所以从热水槽2供给的储热水的温度比要求值高，另外，不需要由加热器12进行加热。另外，在加热器12的输出不为零的情况下(步骤S15的"否")，判定反向流动的有无(步骤S16)。该加热器12的输出不为零的情况包括如上所述，在步骤S14中起动了加热器12的情况和在剩余电力控制中由剩余电力的产生而起动加热器12的情况(步骤S22)这两者情况。并且，当检测出反向流动的情况下(步骤S16的"是")，结束本控制的一系列的流程，在未检测出反向流动的情况下(步骤S16中的"否")，减少加热器12的输出后，结束本控制的一系列的流程。另外，检测出反向流动的情况下，作为剩余电力的控制的一环，在图4所示的步骤S22中，控制加热器的输出，使其增加。
然后，通过反复进行以上图5所示的本控制的一系列的流程，在能够通过调整混合阀14的开度来应对的情况下，通过调整混合阀14的开度来控制热水供给温度，使其达到使用者要求的值。另外，在该过程中产生剩余电力的情况或已经生成剩余电力的情况下，加热器12加热以相当于相对于电力负载的电力需要实际上余出的剩余电力的输出加热供给热负载的储热水，该加热的储热水被水稀释，供给热负载。由此，剩余电力被有效利用。另外，能够防止浪费消耗商用电力、使能量效率降低。
另一方面，在混合阀14向热水槽全开的情况下实行步骤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六给的储热水的温度与要求值相等或小于要求值，所以通过这些这些步骤，使在混合阀14的上游的热水供给路径11中流动的储热水的温度至少为要求值以上。另外，上述步骤S14和15，不管商用电力的有无如何都实行，加热器起到作为备用的热源的作用。具体地，作为用于将从热水槽2供给的储热水的温度形成为要求值以上所必要的电力，不仅利用燃料电池1的剩余电力，还利用来自商用电源37的商用电力。例如，在步骤S14或15中产生剩余电力或已产生剩余电力的情况下，以剩余电力产生的量，减少从商用电源37供给的电力。由此，乘ij余电力被有效利用。
接着，关于防止过加热控制进行说明。
如图6所示，控制器19当防止过加热控制幵始，则首先判定加热器12的温度是否为规定的阈值以下(步骤S31)。具体地，设置有检测设置有加热器12的热水供给路径11内的水温的温度检测器(未图示)，控制器19通过该温度检测器检测由加热器19加热的热水供给路径11内的水的温度。另外，在控制器19的存储部中存储规定的阈值。控制器19判定由温度检测器检测的由加热器12加热的水的温度是否为存储在存储部中的规定的阈值以下。
然后，在由加热器12加热的水的温度为规定的阈值以下的情况下(步骤S31中的"是")，由加热器12加热的水不会成为过加热状态，所以结束本控制的一系列的流程。另一方面，在由加热器12加热的水的温度超过规定的阈值的情况下(步骤S31中的"否")，由于由加热器12加热的水可能会形成过加热状态，所以控制器19首先判定旁通阀16是否开放(步骤S32)。并且，在旁通阀16开放的情况下(步骤S32的"是")，控制器19降低燃料电池1的发电量(步骤S33)。由此，通过降低供给加热器12的剩余电力，进而反复实行本控制的一系列的流程，从而降低燃料电池1的发电量，直至由加热器12加热的水的温度变为规定的阈值以下，没有形成过加热状态的危险性。另一方面，在旁通阀16未开放的情况下(步骤S32中的"否")，控制器19使混合阀14向水侧全开并开放旁通阀16 (步骤S34)。然后，进而以规定时间停止路径切换控制(步骤S35)，之后，结束本控制的一系列的流程。这是由于虽然当初形成有供热路径B，但是热负载侧阖的开度限制对热负载的供给水量，所以会有通过混合水的比率调整不能将供给热负载的储热水的温度从过加热的状态降低到要求值的情况。因此，在步骤S34中，混合阀14向水侧全开，从而来自第一供水路径10的水供给热负载，由此，防止过升温的储热水供给热负载。另外，通过开放旁通阀16而形成第二热载体路径A，对加热器12供给来自第一供水路径10的水。结果，与在形成有供热路径B的状态下从热水槽2流入设置有加热器12的热水供给路径11的储热水为热水的情况相比，流入设置有加热器12的热水供给路径11的水的温度降低，所以由加热器12加热的水的温度也能够从接近过升温度的状态离开。然后，通过以规定时间停止路径切换控制，从而该状态维持规定时间。如此，防止加热器12的过加热以及由此引发的不良情况。如以上所说明，根据本实施方式，将加热器12设置在热水供给路径11和第二热载体路径A上，以能够加热在热水供给路径11和第二热载体路径A中流动的储热水或水，并且加热器12构成为在产生剩余电力而不想消耗剩余电力的情况下，消耗从燃料电池1和商用电源37的至少一方供给的电力而进行加热，从而不仅能够将剩余电力作为从加热器12放出的热进行回收，抑制能量损失，而且没有必要在以往的热电联供系统的热水供给路径中另外设置辅助热源，还能够削减成本，实现热电联供系统的尺寸的小型化。(实施方式2)
图7是表示本发明的第二实施方式的热电联供系统的系统结构图。图8是表示图7的热电联供系统的第二热载体路径A的储热水的温度控制的内容的流程图。
如图7所示，在本实施方式中，在第二热载体路径A上设置有储热水送出器51。另外，在热水供给路径11的加热器12和热水槽2之间的部分上设置有未图示的温度检测器，控制器19通过该温度检测器检测形成有第二热载体路径A的情况下的从加热器12流出的储热水的温度(以下称作加热器出口温度)。此外，与实施方式l相同。该储热
水送出器51只要是在第二热载体路径A上，可以设置在任何部位，但在此设置在旁通路径15上。该储热水送出器51通过控制器19的控制，
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如图8所示，控制器19，当形成第二热载体路径A时控制储热水送出器51的输出，以使在第二热载体路径A中流动的储热水的加热器出口
、、,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 、"的从热水槽2的上部蓄积的储热水的温度阈值而预先设定的值。由此，向热水槽2的上部的返回，温度被适当控制，热水槽2的储热水的层叠结构被适当维持。另外，本实施方式中的上述储热水送出器51的控制，也可以适用于实施方式1所记载的过加热控制中的降低燃料电池1的发电量的步骤S33。具体地，代替加热出口温度，当由加热器12加热的水的温度超过规定的阈值(步骤S31的"否")，并且旁通阀打开的情况下(步骤S32中的"是")，使储热水送出器51的输出增加(输出为零的情况下开始输出)。然后，在步骤S31中，增加储热水送出器51的输出，直到水温达到规定的阈值以下。通过这样的构成，避免加热器12的过加热，所以没必要降低燃料电池1的发电量，能够抑制燃料电池的低输出导致的能量效率的降低。(实施方式3)
图9是表示本发明的实施方式3的热电联供系统的系统结构图。图10是表示图9的热电联供系统的三通阀的动作模式的图。
如图9所示，在本实施方式中，代替实施方式1的混合阀14，在热水供给路径11的途中以与第二供水路径13的终端连接的方式设置有三通阀52。并且，省略实施方式l中的旁通路径15。另外，省略实施方式1中的流量检测器17，代替为在热负载侧阀上设置检测其开闭的幵闭传感器54，其检测输出被输入给控制器19。开闭传感器54为本发明的热需要检测器的一例，由限位开关、位置传感器等构成。此外、与实施方式l相同。
如图IO所示，三通阀52其三个孔a、 b、 c中，孔a与第二供水路径13的终端连接，孔b与热水供给路径11的热水槽2侧连接，孔c与热水供给路径11的热负载侧连接。并且，具有使孔c与孔a和孔b双方连通的模式A和使孔c相对于孔a和孔b遮断并使孔a与孔b连通的模式B这两个动作模式。在模式A中，热水供给路径11的热水槽2侧和第二供水路径13与热水供给路径11的热负载侧连接。在模式B中，热水供给路径11的热水槽2侧与第二供水路径13连接，它们相对于热水供给路径11的热负载侧遮断。
控制器19当由开闭传感器54检测出热负载侧阀的开放时，判定为正在进行热水供给，当由开闭传感器54检测出热负载侧阀的关闭时，判定为未在进行热水供给。控制器19在正在进行热水供给的情况下，将三通阀52的动作模式切换到模式A。由此，形成供热路径B。另一方面，控制器19在未在进行热水供给的情况下，将三通阀52的动作模式切换到模式B。由此，形成第二热载体路径A。此外的动作由于与实施方式l相同，所以其说明省略。
根据这样的本实施方式，能够省略旁通路径15和旁通阀。(实施方式4)
图11是表示本发明的实施方式4的热电联供系统的系统结构图。如图11所示，在本实施方式中，代替实施方式1的旁通路径15，设置有第三供水路径53。第三供水路径53从第二供水路径13分支并且其终端与热水槽2的上部连接。并且，在第三供水路径53上设置有开闭阀55。另外，加热器12以能够加热在热水供给路径11中流动的储热水和在第三供水路径53中流动的储热水两者的方式设置在热水供给路径11和第三供水路径53上。
控制器19在正在进行热水供给的情况下，关闭开闭阀55。由此，形成供热路径B。另一方面，控制器19在未在进行热水供给的情况下，将混合阀14向水侧全开，开放开闭闽55。由此，形成第二热载体路径A。此外的动作由于与实施方式l相同，所以其说明省略。
通过这样的本实施方式，也能够得到与实施方式1相同的效果。另外，在实施方式1 4中，作为热电并给器例举了燃料电池l，但是该热电并给器不限于燃料电池，也可以是采样燃气发动机或燃气轮机的装置。
另外，在实施方式1 4中，使加热器12与变换器34的输出侧连接，但是也可以经由切换器将加热器12与变换器34的输出侧和变换器34的输入侧(DC/DC转换器33的输出侧)连接，在产生有剩余电 力的情况下，通过切换器从变换器34的输入侧(DC/DC转换器33的 输出侧)对加热器12供给电力(直流)，在未产生剩余电力的情况下， 通过切换器从变换器34的输出侧对加热器12供给电力(交流)。由此， 防止燃料电池1的剩余电力由变换器34造成的损失，进一步提高能量 效率。
另外，在实施方式1、 2、 4中，作为热需要检测器，举例供给热 负载的储热水的流量检测器，在实施方式3中作为热需要检测器举例 热负载侧阀的开闭传感器，但是热需要检测器不限定于它们，只要能 够检测热需要的部件即可。
根据上述说明，对于本领域技术人员来说，本发明的大量的改良 和其他实施方式是显而易见的。因此，上述说明需仅作为举例来解释， 为教导本领域技术人员而提供了实行本发明的最佳实施方式。在不脱 离本发明的精神的情况下，能够实质上变更其结构和/或功能的详细内 容。
产业上的可利用性
根据本发明的热电联供系统，能够改善热载体送出器的控制性， 并且不需要另外设置辅助热源，能够使用消耗剩余电力以及商用电力 而进行加热的电力消耗加热器的热，来补充从蓄热器供给热负载的热 载体的不足的热，对于利用了燃料电池或燃气轮机的热电联供系统是 有用的。
权利要求
1.一种热电联供系统，其具有热电并给器，生成电和热；蓄热器，蓄积对由所述热电并给器产生的热进行回收的热载体；热交换器，用于将由所述热电并给器产生的热传导给所述热载体；第一热载体路径，构成为所述热载体由所述热交换器传导来所述热后流入所述蓄热器热载体；热载体送出器，使所述热载体流入所述第一热载体路径热载体；供热路径，用于将蓄积在所述蓄热器中的热载体供给热负载；电力消耗加热器，消耗所述热电并给器的剩余电力和商用电力来加热在所述供热路径中朝向所述热负载流动的所述热载体；第二热载体路径，构成为所述热载体由所述电力消耗加热器加热后流入所述蓄热器热载体。
2. 权利要求l所述的热电联供系统，其中，具有用于从热载体 源向所述蓄热器供给所述热载体的第一热载体供给路；从所述第一热 载体供给路分支而与所述供热路径连接的第二热载体供给路；设置在 所述供热路径与所述第二热载体供给路的所述连接的部分上，将来自 所述第二热载体供给路的所述热载体与在所述供热路径中流动的所述 热载体混合的混合阀；将所述第二热载体路径与所述供热路径上的比 所述混合阀靠所述蓄热器侧的部分连接的旁通路径；设于所述旁通路 径上的旁通阀，所述第二热载体路径由从所述蓄热器经由所述第一热载体供给 路、所述第二热载体供给路、所述旁通路径、所述供热路径而到达所 述蓄热器的路径构成。
3. 如权利要求2所述的热电联供系统，其中，具有设于所述热 水供给路径上的比所述混合阀靠热负载侧的部分上、检测所述热载体 的流动的流量检测器；控制器，所述控制器控制所述旁通阀，使其在所述流量检测器检测出所述 热载体的流动的情况下关闭，在未检测出所述热载体的流体的情况下 打开。
4. 如权利要求l所述的热电联供系统，其中，具有用于从热载 体源向所述蓄热器供给所述热载体的第一热载体供给路；从所述第一 热载体供给路分支并与所述供热路径连接的第二热载体供给路；设置 在所述第二热载体供给路与所述供热路径的所述连接的部分上的三通 阀，所述三通阀具有两个动作模式将所述供热路径上的比该三通阀 靠蓄热器侧的部分和第二热载体供给路与所述供热路径上的比该三通 阀靠热负载侧的部分连接的模式A;将所述供热路径上的比该三通阀 靠蓄热器侧的部分与第二热载体供给路连接并将它们与所述供热路径 上的比该三通阀靠热负载侧的部分遮断的模式B，所述供热路径通过所述三通阀切换到所述模式A而形成，所述第 二热载体路径通过所述三通阀切换到所述模式B而形成。
5. 如权利要求4所述的热电联供系统，其中，具有检测所述热 负载的热需要的热需要检测器；控制器，所述控制器控制所述三通阀，使其在所述热需要检测器检测出所 述热需要的情况下切换到所述模式A，在未检测出所述热需要的情况 下切换到所述模式B。
全文摘要
本发明提供一种热电联供系统，其具有生成电和热的燃料电池(1)；热水槽(2)，对回收由燃料电池(1)产生的热的储热水进行蓄积；用于将由燃料电池(1)产生的热传导给储热水的热交换器(7)；储热水由热交换器(7)被传导所述热并流入热水槽(2)而构成的作为第一热载体路径的储热水路径(8)；使热载体流入第一热载体路径(8)的热载体送出器(9)；用于将蓄积在热水槽(2)中的储热水供给热负载的热水供给路径(11)；消耗燃料电池(1)的剩余电力和商用电力来加热在热水供给路径(11)中朝向热负载流动的储热水的电力消耗加热器(12)；储热水由电力消耗加热器(12)加热并流入热水槽(2)而构成的第二热载体路径(A)。
文档编号F24D17/00GK101680680SQ20088001817
公开日2010年3月24日 申请日期2008年5月28日 优先权日2007年5月28日
发明者小原英夫, 田中良和, 田口清 申请人:松下电器产业株式会社