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JP-2026077436-A - 熱交換装置、空調装置及び加熱方法

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Abstract

【課題】課題は、除湿器などに利用される熱交換式の加熱器を適切に稼働できるようにすることである。 【解決手段】ファンによって送られる空気を加熱する加熱方法は、熱交換器を用いて熱媒体と水との間で熱交換することによって熱媒体を加熱する加熱工程と、順に、前記熱交換器、燃料電池式発電モジュールに設けられるとともに前記燃料電池式発電モジュールの発熱を利用して前記水を加熱する熱回収器、前記水を貯留する貯湯タンクに前記水を循環させる第１循環工程と、前記空気と前記熱媒体との間で熱交換することによって前記空気を加熱する加熱器と、前記熱交換器との間で前記熱媒体を循環させる第２循環工程と、前記熱交換器から前記加熱器に供給される前記熱媒体の温度と、前記加熱器から前記熱交換器に排出される前記熱媒体の温度とに基づいて、前記熱媒体の流量を調整する流量調整工程と、を含む。 【選択図】図１

Inventors

  • 太田 勇
  • 水野 敬太
  • 北西 博
  • 山本 浩平

Assignees

  • ミサワホーム株式会社
  • パナソニック株式会社

Dates

Publication Date
20260513
Application Date
20241025

Claims (13)

  1. 熱媒体と水との間で熱交換することによって前記熱媒体を加熱する熱交換器と、 順に、前記熱交換器、燃料電池式発電モジュールに設けられるとともに前記燃料電池式発電モジュールの発熱を利用して前記水を加熱する熱回収器、前記水を貯留する貯湯タンクに前記水を循環させる第１循環回路と、 ファンによって送られる空気と前記熱媒体との間で熱交換することによって前記空気を加熱する加熱器と、前記熱交換器との間で前記熱媒体を循環させる第２循環回路と、を備え、 前記第２循環回路が、 前記熱交換器から前記加熱器に供給される前記熱媒体の温度を測定する第１測定器と、 前記加熱器から前記熱交換器に排出される前記熱媒体の温度を測定する第２測定器と、 前記第１測定器によって測定された第１測定温度と、前記第２測定器によって測定された第２測定温度とに基づいて、前記熱媒体の流量を調整する流量調整器と、 を有する 熱交換装置。
  2. 熱媒体と水との間で熱交換することによって前記熱媒体を加熱する熱交換器と、 前記熱交換器と前記水を貯留する貯湯タンクとの間で前記水を循環させる第１循環回路と、 ファンによって送られる空気と前記熱媒体との間で熱交換することによって前記空気を加熱する加熱器と、前記熱交換器との間で前記熱媒体を循環させる第２循環回路と、 燃料電池式発電モジュールに設けられるとともに前記燃料電池式発電モジュールの発熱を利用して前記水を加熱する熱回収器と前記貯湯タンクとの間で前記水を循環させる第３循環回路と、を備え、 前記第２循環回路が、 前記熱交換器から前記加熱器に供給される前記熱媒体の温度を測定する第１測定器と、 前記加熱器から前記熱交換器に排出される前記熱媒体の温度を測定する第２測定器と、 前記第１測定器によって測定された第１測定温度と、前記第２測定器によって測定された第２測定温度とに基づいて、前記熱媒体の流量を調整する流量調整器と、 を有する 熱交換装置。
  3. 前記流量調整器が、前記第１測定温度から前記第２測定温度を減算した差分に基づいて、前記熱媒体の流量を調整する 請求項１又は２に記載の熱交換装置。
  4. 前記差分が閾値に等しい場合に、前記流量調整器が前記熱媒体の流量を維持し、 前記差分が前記閾値を超える場合に、前記流量調整器が前記熱媒体の流量を増やし、 前記差分が前記閾値未満である場合に、前記流量調整器が前記熱媒体の流量を減らす 請求項３に記載の熱交換装置。
  5. 前記差分が下閾値以上であり、且つ前記差分が前記下閾値よりも大きい上閾値以下である場合に、前記流量調整器が前記熱媒体の流量を維持し、 前記差分が前記上閾値を超える場合に、前記流量調整器が前記熱媒体の流量を増やし、 前記差分が前記下閾値未満である場合に、前記流量調整器が前記熱媒体の流量を減らす 請求項３に記載の熱交換装置。
  6. 前記加熱器は、デシカントローターに関して前記空気の流れの上流に設けられている 請求項１又は２に記載の熱交換装置。
  7. 前記ファンが第一種換気、第二種換気又は第三種換気に用いられるファンである 請求項１又は２に記載の熱交換装置。
  8. 空調対象の空気の換気又は屋外の空気の取り込みをするファンと、 熱媒体と水との間で熱交換することによって前記熱媒体を加熱する熱交換器と、 前記ファンによって送られる空気と前記熱媒体との間で熱交換することによって前記空気を加熱する加熱器と、 燃料ガスから電力を生成し、発電により生じた熱を利用して前記熱媒体を加熱する熱回収器を有する燃料電池式発電モジュールと、 前記水に温度勾配を持たせて前記水を貯留する貯湯タンクと、 順に、前記熱交換器、前記熱回収器及び前記貯湯タンクに前記水を循環させる第１循環回路と、 前記加熱器と前記熱交換器との間で前記熱媒体を循環させる第２循環回路と、を備え、 前記第２循環回路が、 前記熱交換器から前記加熱器に供給される前記熱媒体の温度を測定する第１測定器と、 前記加熱器から前記熱交換器に排出される前記熱媒体の温度を測定する第２測定器と、 前記第１測定器によって測定された第１測定温度と、前記第２測定器によって測定された第２測定温度とに基づいて、前記熱媒体の流量を調整する流量調整器と、 を有する 空調装置。
  9. 空調対象の空気の換気又は屋外の空気の取り込みをするファンと、 熱媒体と水との間で熱交換することによって前記熱媒体を加熱する熱交換器と、 前記ファンによって送られる空気と前記熱媒体との間で熱交換することによって前記空気を加熱する加熱器と、 燃料ガスから電力を生成し、発電により生じた熱を利用して前記熱媒体を加熱する熱回収器を有する燃料電池式発電モジュールと、 前記水に温度勾配を持たせて前記水を貯留する貯湯タンクと、 前記熱交換器と前記貯湯タンクとの間で前記水を循環させる第１循環回路と、 前記加熱器と前記熱交換器との間で前記熱媒体を循環させる第２循環回路と、 前記熱回収器と前記貯湯タンクとの間で前記水を循環させる第３循環回路と、を備え、 前記第２循環回路が、 前記熱交換器から前記加熱器に供給される前記熱媒体の温度を測定する第１測定器と、 前記加熱器から前記熱交換器に排出される前記熱媒体の温度を測定する第２測定器と、 前記第１測定器によって測定された第１測定温度と、前記第２測定器によって測定された第２測定温度とに基づいて、前記熱媒体の流量を調整する流量調整器と、 を有する 空調装置。
  10. ファンによって送られる空気を加熱する加熱方法であって、 熱交換器を用いて熱媒体と水との間で熱交換することによって熱媒体を加熱する加熱工程と、 順に、前記熱交換器、燃料電池式発電モジュールに設けられるとともに前記燃料電池式発電モジュールの発熱を利用して前記水を加熱する熱回収器、前記水を貯留する貯湯タンクに前記水を循環させる第１循環工程と、 前記空気と前記熱媒体との間で熱交換することによって前記空気を加熱する加熱器と、前記熱交換器との間で前記熱媒体を循環させる第２循環工程と、 前記熱交換器から前記加熱器に供給される前記熱媒体の温度と、前記加熱器から前記熱交換器に排出される前記熱媒体の温度とに基づいて、前記熱媒体の流量を調整する流量調整工程と、 を含む加熱方法。
  11. ファンによって送られる空気を加熱する加熱方法であって、 熱交換器を用いて熱媒体と水との間で熱交換することによって熱媒体を加熱する加熱工程と、 前記熱交換器と前記水を貯留する貯湯タンクとの間で前記水を循環させる第１循環工程と、 前記空気と前記熱媒体との間で熱交換することによって前記空気を加熱する加熱器と、前記熱交換器との間で前記熱媒体を循環させる第２循環工程と、 燃料電池式発電モジュールに設けられるとともに前記燃料電池式発電モジュールの発熱を利用して前記水を加熱する熱回収器と前記貯湯タンクとの間で前記水を循環させる第３循環工程と、 前記熱交換器から前記加熱器に供給される前記熱媒体の温度と、前記加熱器から前記熱交換器に排出される前記熱媒体の温度とに基づいて、前記熱媒体の流量を調整する流量調整工程と、 を含む加熱方法。
  12. 前記流量調整工程が、 前記熱交換器から前記加熱器に供給される前記熱媒体の温度から、前記加熱器から前記熱交換器に排出される前記熱媒体の温度を減算した差分が閾値に等しい場合に、前記熱媒体の流量を維持する工程と、 前記差分が前記閾値を超える場合に、前記熱媒体の流量を増やす工程と、 前記差分が前記閾値未満である場合に、前記熱媒体の流量を減らす工程と、 を含む請求項１１に記載の加熱方法。
  13. 前記流量調整工程が、 前記熱交換器から前記加熱器に供給される前記熱媒体の温度から、前記加熱器から前記熱交換器に排出される前記熱媒体の温度を減算した差分が下閾値以上であり、且つ前記差分が前記下閾値よりも大きい上閾値以下である場合に、前記熱媒体の流量を維持する工程と、 前記差分が前記上閾値を超える場合に、前記熱媒体の流量を増やす工程と、 前記差分が前記下閾値未満である場合に、前記熱媒体の流量を減らす工程と、 を含む請求項１０に記載の加熱方法。

Description

本発明は、熱交換装置、空調装置及び加熱方法に関する。 特許文献１は、併設された貯湯ユニットと燃料電池ユニットを備える貯湯発電システムを開示する。貯湯ユニットは貯湯タンクを備える。貯湯ユニットでは、貯湯タンク内に水道水等を取り入れ、給湯用又は冷暖房用として利用するため、燃料電池ユニットによる発熱が熱回収配管によって貯湯タンク内の水の加熱に用いられる。燃料電池ユニットには、第１ポンプが設けられ、第１ポンプの駆動により、貯湯タンク内の水が、燃料電池ユニットの入口ポートから燃料電池ユニットに取り込まれる。その水は、発電による熱によって加熱され、燃料電池ユニットの出口ポートから排出される。熱回収配管には、第１熱交換器が介在されている。第１熱交換器では、熱回収配管の熱が、第２ポンプの駆動でバイパス配管を流れる水を加熱するようになっている。２体の三方弁が給湯設備配管とバイパス配管との連結部分に設けられている。給湯設備配管には、給湯設備としてマットと除湿器が接続されている。マット及び除湿器は、ヒートポンプと連通する給湯設備配管によって、必要な温水を得ている。燃料電池ユニットの出口ポートの温度が閾値を超えていれば、バイパス配管の流路が除湿器に連通するように三方弁が切り替えられ、熱回収配管の熱が第１熱交換器によってバイパス配管内の水に熱交換され、温水が第２ポンプの駆動によって除湿器に供給される。燃料電池ユニットの出口ポートの温度が閾値以下であれば、バイパス配管への熱供給元がバックアップボイラに変更され、バックアップボイラの熱が第２熱交換器によってバイパス配管内の水に熱交換され、温水が第２ポンプの駆動によって除湿器に供給される。除湿器には室内の空気が取り込まれて、その空気が燃料電池ユニットの排熱により加熱され、除湿器のデシカントローターがその空気によって再生される。 特許文献１の技術によれば、第２ポンプはバイパス配管の内部の水に流動力を与えて水を流すところ、その水の流量が調整されない。除湿器の内側において水の温度及びその勾配が安定せず、除湿器の動作が適切に稼働しないことがある。 特開２０１８－１６９１１９号公報 図１は、第１実施形態の熱電併給式空調装置及びそれに利用される熱交換装置を示す。図２は、第１実施形態の変形例の熱電併給式空調装置及びそれに利用される熱交換装置を示す。図３は、第２実施形態の熱電併給式空調装置及びそれに利用される熱交換装置を示す。図４は、第２実施形態の熱電併給式空調装置及びそれに利用される熱交換装置を示す。図５は、第２実施形態の変形例の熱電併給式空調装置及びそれに利用される熱交換装置を示す。図６は、第２実施形態の変形例の熱電併給式空調装置及びそれに利用される熱交換装置を示す。図７は、第３実施形態の熱電併給式空調装置及びそれに利用される熱交換装置を示す。図８は、第３実施形態の変形例の熱電併給式空調装置及びそれに利用される熱交換装置を示す。 以下、図面を参照して、実施形態について説明する。ただし、本発明の範囲は以下に開示された実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で以下に開示の実施形態から設計変更された実施形態も本発明の範囲に含まれる。図面は例示のために提供されるため、本発明の範囲は図面の例示に限定されない。 ＜第１実施形態＞ ＜＜１． 熱電併給式空調装置の概要＞＞ 図１は、第１実施形態の熱電併給式空調装置のブロック図である。 第１実施形態の熱電併給式空調装置は集合住宅の住戸、戸建て住宅又は小規模事業所に設置される。熱電併給式空調装置は、屋内に設置された空調対象９０の空気を循環させながらその空気を除湿する循環式除湿装置である。空調対象９０は、例えば居室、収納室、洗面室、脱衣室、トイレルーム、廊下、キッチン、階段室又は玄関ホールである。空調対象９０は、集合住宅の住戸、戸建て住宅又は小規模事業所の内側の空間全体であってもよい。 熱電併給式空調装置は、貯湯タンク１１、補助加熱器１９、燃料電池式発電モジュール２０、除湿モジュール３０、ファン７０，８０及び熱交換装置を備える。熱交換装置は熱交換器４０、第１循環回路５０及び第２循環回路６０を有する。熱電併給式空調装置の全体が屋内に設置されてもよい。熱電併給式空調装置の一部が屋内に設置され、残りの一部が屋外に設置されてもよい。例えば、貯湯タンク１１、補助加熱器１９及び燃料電池式発電モジュール２０が屋外に設置され、除湿モジュール３０、ファン７０，８０及び熱交換装置が屋内に設置される。 燃料電池式発電モジュール２０は燃料改質型燃料電池システムである。燃料電池式発電モジュール２０は、メタンガス、エタンガス、プロパンガス若しくはブタンガス又はこれら２以上の混合ガスなどのような燃料ガスの供給を受ける。燃料電池式発電モジュール２０は、空気の供給を受ける。燃料電池式発電モジュール２０は、供給された燃料ガスの化学エネルギーを電気エネルギーに変換する。燃料電池式発電モジュール２０は、住戸、戸建て住宅又は小規模事業所に設置された電力設備に、生成した電力を供給する。 貯湯タンク１１、補助加熱器１９及び燃料電池式発電モジュール２０はこれらに共通のケーシングに収容されている。或いは、貯湯タンク１１及び補助加熱器１９がこれらに吸通の第１ケーシングに収容され、燃料電池式発電モジュール２０が第２ケーシングに収容されている。或いは、貯湯タンク１１、補助加熱器１９及び燃料電池式発電モジュール２０は個別のケーシングに別々に収容されている。なお、後述の第１循環ポンプ５１はここに挙げられたケーシングに収容されてもよい。 ファン７０は、屋内に設置された空調対象９０の空気を除湿モジュール３０に供給する。ファン８０は、屋外の空気を除湿モジュール３０に供給する。ファン７０，８０は、プロペラファンのような軸流ファンであってもよいし、シロッコファン、ターボファン及び斜流ファンのような遠心ファンであってもよい。 除湿モジュール３０は、ファン７０の動力により、空調対象９０から空気を吸い込む。除湿モジュール３０は、ファン７０によって供給された空気から水分を吸収することによって、その空気を除湿する。除湿モジュール３０は、ファン７０の動力により、除湿された空気を空調対象９０へ吹き出す。除湿モジュール３０は、ファン７０によって供給された空気から吸収した水分により、ファン８０によって供給された空気を加湿する。除湿モジュール３０は、ファン８０の動力により、加湿された空気を屋外へ排出する。ファン７０，８０は除湿モジュール３０のケーシングに収容されてもよい。 ＜＜２． 貯湯タンク及び補助加熱器＞＞ 貯湯タンク１１は、水に温度勾配を持たせた状態でその水を貯留する。貯湯タンク１１内の上部に貯留される水が高温水であり、貯湯タンク１１内の下部に貯留される水が低温水である。燃料電池式発電モジュール２０が動作する際には、貯湯タンク１１内の水は第１循環回路５０によって循環されることによって、その水が燃料電池式発電モジュール２０の発電に伴って生じる熱によって加熱される。なお、燃料電池式発電モジュール２０が動作しない際に、ポンプが動作することによってそのポンプが貯湯タンク１１の下部から第２補助加熱器を経由して貯湯タンク１１の上部へ水を送るとともに、その水が第２補助加熱器によって加熱されてもよい。第２補助加熱器は例えばヒートポンプのコンデンサー、太陽光発電装置の熱回収器、ガスバーナー、ボイラー、太陽光温水器又は電熱ヒーターである。 上水が加熱されずに貯湯タンク１１に供給される。上水が補助的に加熱された上で貯湯タンク１１に供給されてもよい。上水が補助的に加熱される場合、熱源は例えばヒートポンプのコンデンサー、太陽光発電装置の熱回収器、ガスバーナー、ボイラー、太陽光温水器又は電熱ヒーターである。補助加熱器１９の排熱が熱回収器によって回収された上で、貯湯タンク１１に供給される水が熱回収器によって補助的に加熱されてもよい。 貯湯タンク１１内の高温水は、補助加熱器１９によって補助的に加熱された上で、住戸、戸建て住宅又は小規模事業所に設置された水回り設備に供給される。但し、貯湯タンク１１内の高温水が設定温度以上であれば、補助加熱器１９が動作せずに、貯湯タンク１１内の高温水が加熱されずに、その高温水が水回り設備に供給される。 補助加熱器１９は例えばヒートポンプのコンデンサー、太陽光発電装置の熱回収器、ガスバーナー、ボイラー、太陽光温水器又は電熱ヒーターである。 貯湯タンク１１内の高温水を水回り設備に送る方法として、本実施形態においては、貯湯タンク１１の高温水を給水圧で圧送する方式を採用している。ただし、これに限られるものではなく、ポンプによる送水の方式を採用してもよい。ポンプの場合は、貯湯タンク１１の出口から補助加熱器１９を経由して水回り設備までの経路上であれば、どこに設置されてもよい。一例では、そのポンプは貯湯タンク１１１の出口に設けられている。 ＜＜３． 燃料電池式発電モジュール＞＞ 燃料電池式発電モジュール２０は改質器２１、燃料電池２２、熱回収器２３及び補器類を有する。 改質器２１は燃料ガスの供給を受ける。改質器２１は、燃料ガスを水素に改質して、水素成分の多い改質ガスを生成する。改質器２１は、生成した改質ガスを燃料電池２２に供給する。 燃料電池２２は、改質器２１から改質ガスの供給を受ける。燃料電池２２は、空気の供給を受ける。燃料電池２２は、改質ガス中の水素と空気中の酸素を電気化学的に反応させて、水及び電気エネルギーを生成する。燃料電池２２によって生成された電力は電力コンバーターによって交流電力に変換された上で電力設備に供給される。燃料電池２２は、水素と酸素の電気化学反応により生成された生成物などを含む排ガスを排出する。排ガスには、未反応の燃料ガス若しくは水素又はこれら両方が含まれるところ、未反応物は、補器類の一種である燃焼器によって燃焼される。 以上のように燃料電池式発電モジュール２０が燃料ガスから電力を生成する過程において、燃料電池式発電モジュール２０の改質器２１、燃料電池２２及び補器類が発熱する。熱回収器２３は、改質器２１、燃料電池２２及び補器類にて生じた熱を回収し、貯湯タンク１１から供給された低温水を回収熱によって加熱する。燃焼器で生じた燃焼熱も熱回収器によって回収される。 ＜＜４． 除湿モジュール＞＞ 除湿モジュール３０は、筐体、吸放湿ローター３１、モーター３２、予熱用の加熱器３３及び予冷用の冷却器３４を備える。 筐体は、その内側に、並列された除湿用流路及び加湿用流路を有する。空調対象９０に設置された吸込口がダクトを介して除湿用流路の一端に接続され、空調対象９０に設置された吹出口がダクトを介して除湿用流路の他端に接続されている。ファン７０は、吸込口から除湿用流路を経由して吹出口までの経路上であれば、どこに設置されてもよい。住戸、戸建て住宅又は小規模事業所の外壁に設置された吸気口がダクトを介して加湿用流路の一端に接続され、外壁に設置された排気口がダクトを介して加湿用流路の他端に接続されている。ファン８０は、吸気口から加湿用経路を経由して排気口までの経路上であれば、どこに設置されてもよい。除湿用経路における空気の流れの向きは、加湿用流路における空気の流れの向きの反対である。 吸放湿ローター３１はデシカントローターともいう。吸放湿ローター３１の外形は円盤状に成している。吸放湿ローター３１は、ハニカム構造又はコルゲート構造を有した円盤状の基材と、その基材に担持された収着材若しくは吸着材又はそれら両方とを有する。吸放湿ローター３１は、吸放湿ローター３１の表側から吸放湿ローター３１の裏側へ及びその逆に空気が通過可能である。吸放湿ローター３１を通過する空気が高湿であれば、吸放湿ローター３１はその空気から水分を捕捉し、これによりその空気が除湿される。吸