废热回收系统的制作方法

1.本公开涉及一种对如发电装置那样的会产生废热的装置所产生的废热进行回收并有效利用的废热回收系统。


背景技术：

2.专利文献1公开一种燃料电池发电装置，该燃料电池发电装置中具备燃料电池和热水贮存槽，该燃料电池基于对烃系燃料进行水蒸气改性所得到的含氢气体与氧化剂气体之间的电化学反应来产生电能及热能，该燃料电池发电装置进行将在燃料电池中产生的热能的一部分作为温水贮存于热水贮存槽的联产运转。
3.现有技术文献
4.专利文献
5.专利文献1：日本特开2003-282105号公报


技术实现要素：

6.本公开提供一种废热回收系统，在该废热回收系统中，即使在联产运转时热水贮存槽成为了无法进一步蓄热的满蓄热状态的情况下，也能够通过切换为单产运转来使发电装置继续发电。
7.本公开中的废热回收系统具备：废热产生装置；冷却路径；冷却泵，其设置于冷却路径；第一热交换部，其设置于冷却路径；中间路径；冷却部；第二热交换部，其设置于中间路径；流路切换部，其设置于中间路径，在使热介质以绕过冷却部的方式流通的主路径与使热介质以经由冷却部的方式流通的分支路径之间切换；热水供给路径；切换判定部，其基于第一温度或第二温度来进行将流路切换部在主路径与分支路径之间切换的判定，所述第一温度是在中间路径中流通的热介质的温度，所述第二温度是在热水供给路径中流通的供给热水的温度；热水供给泵，其设置于热水供给路径；以及控制部。冷却路径构成为用于流通通过热交换来回收由废热产生装置产生的热的冷却水。
8.冷却泵控制在冷却路径中流通的冷却水的流量。中间路径构成为用于流通通过第一热交换部来与冷却水进行了热交换的热介质。冷却部构成为将在中间路径中流通的热介质进行冷却。热水供给路径构成为用于流通通过第二热交换部来与热介质进行了热交换的供给热水。控制部基于第一温度控制热水供给泵，来调整在在热水供给路径中流通的供给热水的流量。
9.在第一温度高于第一规定温度的情况下、或者在第二温度高于第二规定温度的情况下，控制部使热水供给泵停止，将流路切换部切换为分支路径，并使冷却部动作，控制部在热水供给泵停止的期间使热水供给泵以规定的周期动作，并且在第一温度变动了规定值以上的情况下、或者在第二温度低于第三规定温度的情况下，使热水供给泵动作，将流路切换部切换为主路径，并使冷却部停止。
10.本公开中的废热回收系统能够在第一温度高于第一规定温度的情况下、或者在第
二温度高于第二规定温度的情况下，切换为单产运转，该单产运转是使热水供给泵停止、将流路切换部切换为分支路径并使冷却部动作的运转。另外，在热水供给泵停止的期间使热水供给泵以规定的周期进行动作，在第一温度变动了规定值以上的情况下、或者在第二温度低于第三规定温度的情况下，能够切换为联产运转，该联产运转是使热水供给泵动作、将流路切换部切为主路径并使冷却部停止的运转。即，由控制器基于第一温度和第二温度自动地在单产运转与联产运转之间切换。因而，提供以下一种废热回收系统，在该废热回收系统中，即使在联产运转时成为了热水贮存槽无法进一步蓄热的满蓄热状态的情况下，也能够通过切换为单产运转来使发电装置继续发电。
附图说明
11.图1是表示本公开的实施方式1所涉及的废热回收系统的一例的结构图。
12.图2是表示本公开的实施方式1及实施方式2所涉及的废热回收系统的动作的一例的流程图。
13.图3是表示本公开的实施方式2所涉及的废热回收系统的一例的结构图。
具体实施方式
14.(成为本公开的基础的见解等)
15.一般而言，在具备燃料电池发电装置等会产生废热的发电装置的废热回收系统中，为了维持发电装置的发电性能，需要使冷却水等通过发电装置，利用冷却水等将发电装置进行冷却。在无法利用冷却水进行冷却的情况下，无法使这样的发电装置继续发电。
16.例如，在利用冷却水将发电装置进行冷却的情况下，通过了发电装置的冷却水与发电装置进行热交换而被加热。即，冷却水会回收发电装置的废热。接着，被加热后的冷却水与在热水贮存槽中循环的供给热水进行热交换。由此，冷却水的温度降低，供给热水的温度上升。温度上升了的供给热水作为温水被贮存于热水贮存槽。因而，通过回收发电装置的废热并将温水贮存于热水贮存槽，能够活用发电装置的废热，能够提高节能性。
17.但是，在热水贮存槽成为无法进一步蓄热的满蓄热状态的情况下，无法回收发电装置的废热并将温水贮存于热水贮存槽。因此，冷却水的温度不降低，无法将发电装置进行冷却。因而，根据专利文献1所记载的燃料电池发电装置，存在以下担忧：在热水贮存槽成为了满蓄热状态的情况下，发电装置无法继续发电，从而损害使用者的方便利益。
18.因此，本发明的发明人们夜以继日不断研究有利于即使在热水贮存槽成为了满蓄热状态的情况下也能够继续发电的技术。其结果，本发明的发明人们发现，通过利用第一温度和第二温度来在单产运转与联产运转之间自动地切换，该第一温度是在中间路径中流通的热介质的温度，该第二温度是在热水供给路径中流通的供给热水的温度。基于该新的见解，本发明的发明人们提出了本公开的废热回收系统。
19.本公开提供一种废热回收系统，在该废热回收系统中，即使在联产运转时热水贮存槽成为了无法进一步蓄热的满蓄热状态的情况下，也能够通过切换为单产运转来使发电装置继续发电。
20.下面，参照附图来详细地说明实施方式。但是，有时省略超过必要的详细的说明。例如，有时省略已众所周知的事项的详细说明，或者针对实质相同的结构的重复说明。
21.此外，所附附图以及以下的说明是为了使本领域技术人员充分地理解本公开而提供的，意不在于通过它们来限定权利要求书所记载的主题。
22.(实施方式1)
23.下面，使用图1和图2来说明实施方式1。图1是表示实施方式1所涉及的废热回收系统100的结构图。图2是表示废热回收系统100的动作的一例的流程图。
24.[1-1.结构]
[0025]
废热回收系统100具备废热产生装置1、冷却泵2、冷却路径3以及第一热交换部4。废热产生装置1、冷却泵2以及第一热交换部4设置于冷却路径3。
[0026]
废热产生装置1是会因动作而产生废热的设备。废热产生装置1例如是固体高分子形燃料电池。固体高分子形燃料电池使用氧化剂气体和含氢气体来进行发电，生成电力。此外，废热产生装置1也可以是其它燃料电池，例如固体氧化物形燃料电池，也可以是除燃料电池以外的会产生废热的设备。
[0027]
冷却路径3是用于将废热产生装置1进行冷却的冷却水进行循环的路径。具体地说，在冷却路径3中循环的冷却水与废热产生装置1进行热交换来回收废热产生装置1的废热，由此将废热产生装置1进行冷却。冷却泵2进行动作，由此冷却路径3的冷却水在冷却路径3中循环。此外，冷却路径3也称为一次路径。
[0028]
第一热交换部4构成为使在冷却路径3中循环的冷却水与在后述的中间路径6中循环的热介质进行热交换。
[0029]
废热回收系统100还具备中间泵5、中间路径6、第一温度传感器10以及第二热交换部12。中间泵5、第一温度传感器10以及第二热交换部12设置于中间路径6。
[0030]
中间路径6是用于通过第一热交换部4来与在冷却路径3中循环的冷却水进行了热交换的热介质进行循环的路径。中间泵5进行动作，由此中间路径6的热介质在中间路径6中循环。此外，中间路径6也称为二次路径。
[0031]
第一温度传感器10是检测在中间路径6中循环的热介质的温度的设备。第一温度传感器10例如是接触式温度传感器。
[0032]
中间路径6具有主路径15、分支路径16、冷却部9以及流路切换部17。流路切换部17具有设置于主路径15的第一二通阀7和设置于分支路径16的第二二通阀8。分支路径16是使热介质经由冷却部9及第二二通阀8在中间路径6中循环的路径。主路径15是使热介质以绕过冷却部9、即不经由冷却部9的方式经由第一二通阀7在中间路径6中循环的路径。冷却部9例如是通过风扇进行散热的散热器。
[0033]
第二热交换部12构成为使在中间路径6中循环的热介质与在后述的热水供给路径14中循环的供给热水进行热交换。
[0034]
废热回收系统100还具备热水供给泵13、热水供给路径14以及第二温度传感器11。热水供给泵13和第二温度传感器11设置于热水供给路径14。
[0035]
热水供给路径14是用于通过第二热交换部12来与在中间路径6中循环的热介质进行了热交换的供给热水进行循环的路径。热水供给泵13进行动作，由此热水供给路径14的供给热水在热水供给路径14中循环。此外，热水供给路径14也称为三次路径。
[0036]
第二温度传感器11是检测在热水供给路径14中循环的供给热水的温度的设备。第二温度传感器11例如是接触式温度传感器。
[0037]
废热回收系统100还具备切换判定部20。切换判定部20基于由第一温度传感器10检测出的温度即第一温度、或者由第二温度传感器11检测出的温度即第二温度，来进行切换流路切换部17的判定。
[0038]
[1-2.动作]
[0039]
下面，使用图2的流程图来对如以上那样构成的废热回收系统的动作进行说明。
[0040]
首先，废热回收系统100使废热产生装置1开始运转(s100)。
[0041]
接着，废热回收系统100通过流路切换部17将流路从分支路径16切换为主路径15，并控制热水供给泵13的操作量，以使第一温度传感器10的检测温度即第一温度成为规定温度、例如50℃(s101)。此时，使冷却部9的动作停止。
[0042]
接着，废热回收系统100判定第二温度传感器11的检测温度即第二温度是否高于规定温度、例如40℃(s102)。在判定为第二温度传感器11的检测温度即第二温度低于规定温度、例如40℃的情况下(s102，“否”)，处理再次转到(返回)s102。
[0043]
在判定为第二温度传感器11的检测温度即第二温度为规定温度、例如40℃以上的情况下(s102，“是”)，切换判定部20进行切换流路切换部17的判定(s103)。即，流路切换部17从主路径15切换为分支路径16。具体地说，将第一二通阀7关闭，将第二二通阀8打开。此时，使冷却部9开始动作，并使热水供给泵13停止动作。将该切换动作也称为从联产运转切换为单产运转。
[0044]
接着，在经过了规定时间之后，废热回收系统100周期性地、例如以60分钟1次的比例使热水供给泵13动作(s104、s105)。
[0045]
接着，废热回收系统100判定第二温度传感器11的检测温度即第二温度是否高于规定温度、例如35℃(s106)。在判定为第二温度传感器11的检测温度即第二温度为规定温度、例如35℃以上的情况下(s106，“是”)，处理转到s104。
[0046]
在判定为第二温度传感器11的检测温度即第二温度低于规定温度、例如35℃的情况下(s106，“否”)，切换判定部20进行切换流路切换部17的判定，处理转到s101。即，流路切换部17从分支路径16切换为主路径15。具体地说，将第一二通阀7打开，并将第二二通阀8关闭。此时，冷却部9的动作停止，使热水供给泵13开始动作。将该切换动作也称为从单产运转切换为联产运转。
[0047]
此外，在本实施方式中，基于第二温度传感器11的检测温度即第二温度来进行判定处理。但是，也可以是，基于第一温度传感器10的检测温度即第一温度来进行判定处理。例如，也可以是，在s106中，在第一温度变动了规定值以上的情况下，使处理转到s101。
[0048]
[1-3.效果等]
[0049]
如以上那样，在本实施方式中，废热回收系统具备：废热产生装置；冷却路径；冷却泵，其设置于冷却路径；第一热交换部，其设置于冷却路径；中间路径；冷却部；第二热交换部，其设置于中间路径；流路切换部，其设置于中间路径，在使热介质以绕过冷却部的方式流通的主路径与使热介质以经由冷却部的方式流通的分支路径之间切换；热水供给路径；切换判定部，其基于第一温度或第二温度来进行将流路切换部在主路径与分支路径之间切换的判定，该第一温度是在中间路径中流通的热介质的温度，所述第二温度是在热水供给路径中流通的供给热水的温度；热水供给泵，其设置于热水供给路径；以及控制部。冷却路径构成为用于流通通过热交换来回收由废热产生装置产生的热的冷却水。
[0050]
冷却泵控制在冷却路径中流通的冷却水的流量。中间路径构成为用于流通通过第一热交换部来与冷却水进行了热交换的热介质。冷却部构成为将在中间路径流通的热介质进行冷却。热水供给路径构成为用于流通通过第二热交换部来与热介质进行了热交换的供给热水。由控制部基于第一温度控制热水供给泵，来调整在热水供给路径中流通的供给热水的流量。
[0051]
在第一温度高于第一规定温度的情况下、或者在第二温度高于第二规定温度的情况下，控制部使热水供给泵停止，将流路切换部切换为分支路径，并使冷却部动作，控制部在热水供给泵停止的期间使热水供给泵以规定的周期进行动作，在第一温度变动了规定值以上的情况下、或者在第二温度低于第三规定温度的情况下，使热水供给泵动作，将流路切换部切换为主路径，并使冷却部停止。
[0052]
由此，即使在联产运转中热水贮存罐成为了满蓄热而无法继续发电的情况下，也能够从联产运转自动地切换为单产运转。因而，即使在联产运转中热水贮存罐成为了满蓄热而无法继续发电的情况下，也能够通过从联产运转切换为单产运转来继续发电。
[0053]
另外，在本实施方式中，也可以是，废热回收系统还具备第一温度传感器和第二温度传感器中的至少一方，该第一温度传感器设置于中间路径，用于检测在中间路径中流通的热介质的温度即第一温度，该第二温度传感器设置于热水供给路径，用于检测在热水供给路径中流通的供给热水的温度即第二温度。
[0054]
由此，由于能够利用第一温度传感器和第二温度传感器中的至少一方探测热水贮存水的温度，因此从联产运转向单产运转的切换判定的误差减少。因而，能够使联产中的运转持续时间增加与误差减少的量相应的时间，因此能够回收更多的废热。
[0055]
另外，在本实施方式中，流路切换部也可以具有设置于主路径的第一二通阀。
[0056]
由此，能够以更简单的结构实施主路径与分支路径之间的切换。因而，容易进行从联产运转向单产运转的切换以及从单产运转向联产运转的切换。
[0057]
另外，在本实施方式中，也可以是，流路切换部具有设置于分支路径的第二二通阀。
[0058]
由此，能够以更简单的结构实施主路径与分支路径之间的切换。另外，即使在第一二通阀和第二二通阀中的任一方因关闭固定等而发生了故障的情况下，也能够维持针对预防冻结的性能，能够抑制冷却部以及分支路径的冻结破损。
[0059]
另外，在本实施方式中，也可以是，通过第一热交换部来热交换的热介质以不被分支的方式供给到第二热交换部。
[0060]
由此，能够抑制分在支部处的散热。因而，能够提高废热回收系统的热回收量。
[0061]
(实施方式2)
[0062]
下面，使用图3来说明实施方式2。图3是表示本公开的实施方式2所涉及的废热回收系统100的一例的结构图。
[0063]
以下，关于实施方式2，对与实施方式1的不同点进行说明。在实施方式2中，具备三通阀18来替代实施方式1的流路切换部17。另外，在实施方式2中，具备热水贮存罐19。其它结构及动作与实施方式1是共同的。因而，对与实施方式1共同的结构部及动作标注与实施方式1相同的附图标记，并省略其说明。
[0064]
[2-1.结构]
[0065]
废热回收系统100具备设置于中间路径6的三通阀18。三通阀18构成为在切换主路径15与分支路径16之间切换。分支路径16是使热介质在中间路径6中经由冷却部9及三通阀18循环的路径。主路径15是使热介质在中间路径6中以绕过冷却部9、即不经由冷却部9的方式经由三通阀18循环的路径。
[0066]
废热回收系统100还具备设置于热水供给路径14的热水贮存罐19。热水贮存罐19构成为贮存热水供给路径14的供给热水。
[0067]
第二温度传感器11是检测在热水供给路径14中循环的供给热水的温度的设备。第二温度传感器11例如是接触式温度传感器。此外，第二温度传感器11也可以设置于热水贮存罐19内。
[0068]
此外，上述的实施方式用于例示本公开中的技术，因此能够在权利要求书或其等同的范围内进行各种变更、置换、附加、省略等。
[0069]
[2-2.动作]
[0070]
下面，对如以上那样构成的实施方式2的废热回收系统100的动作进行说明。动作的流程图能够沿用图2所示的流程图。
[0071]
在s101中，废热回收系统100通过三通阀18将流路从分支路径16切换为主路径15，并控制热水供给泵13的操作量，以使第一温度传感器10的检测温度即第一温度成为规定温度、例如50℃。
[0072]
在s102中，废热回收系统100判定第二温度传感器11的检测温度即第二温度是否高于规定温度、例如40℃。在判定为第二温度传感器11的检测温度即第二温度低于规定温度、例如40℃的情况下(s102，“否”)，处理转到(返回)s102。
[0073]
在判定为第二温度传感器11的检测温度即第二温度为规定温度、例如40℃以上的情况下(s102，“是”)，切换判定部20进行切换三通阀18的判定(s103)。即，三通阀18从主路径15切换为分支路径16。此时，使冷却部9开始动作，热水供给泵13的动作停止。
[0074]
接着，在经过了规定时间之后，废热回收系统100周期性地、例如以60分钟1次的比例使热水供给泵13动作(s104、s105)。
[0075]
在s106中，废热回收系统100判定第二温度传感器11的检测温度即第二温度是否高于规定温度、例如35℃。在判定为第二温度传感器11的检测温度即第二温度为规定温度、例如35℃以上的情况下(s106，“是”)，处理转到s104。
[0076]
在判定为第二温度传感器11的检测温度即第二温度低于规定温度、例如35℃的情况下(s106，“否”)，处理转到s101。即，三通阀18从分支路径16切换为主路径15。此时，冷却部9的动作停止，使热水供给泵13开始动作。
[0077]
此外，在本实施方式中，基于第二温度传感器11的检测温度即第二温度来进行判定处理。但是，也可以基于第一温度传感器10的检测温度即第一温度来进行判定处理。例如，也可以是，在s106中，在第一温度变动了规定值以上的情况下，处理转到s101。
[0078]
[2-3.效果等]
[0079]
如以上那样，在本实施方式中，废热回收系统还可以在热水供给路径中具备热水贮存罐。
[0080]
由此，能够将从废热产生装置热回收的温水贮存于热水贮存罐。因而，即使在废热回收系统未动作的状况下，也能够利用贮存在热水贮存罐内的温水。
[0081]
另外，在本实施方式中，用于检测在热水供给路径中流通的供给热水的温度即第二温度的第二温度传感器也可以设置于热水贮存罐内。
[0082]
由此，能够直接探测热水贮存罐内的温度，能够进一步减少从联产运转向单产运转的切换判定的误差。因而，能够使联产中的运转持续时间增加与误差减少的量相应的时间，因此能够回收更多的废热。
[0083]
另外，在本实施方式中，流路切换部也可以是三通阀。
[0084]
由此，能够顺利地进行主路径与分支路径之间的切换。因而，能够迅速地进行从联产运转向单产运转的切换以及从单产运转向联产运转的切换。
[0085]
产业上的可利用性
[0086]
本公开能够提高废热回收系统的发电持续性。具体地说，本公开能够应用于家庭用及固定放置用的纯氢燃料电池系统以及家庭用联产系统等。
[0087]
附图标记说明
[0088]
1：废热产生装置；2：冷却泵；3：冷却路径；4：第一热交换部；5：中间泵；6：中间路径；7：第一二通阀；8：第二二通阀；9：冷却部；10：第一温度传感器；11：第二温度传感器；12：第二热交换部；13：热水供给泵；14：热水供给路径；15：主路径；16：分支路径；17：流路切换部；18：三通阀；19：热水贮存罐；20：切换判定部；100：废热回收系统。