JP2004211557A - 内燃機関を有する発電機の冷却システム及び内燃機関を有する発電機の冷却方法 - Google Patents
内燃機関を有する発電機の冷却システム及び内燃機関を有する発電機の冷却方法 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】電力負荷に応じて冷却することにより、安定した冷却を得ることができ、そのことによって冷却にかかるコストを低減できる内燃機関を有する発電機の冷却システム及び内燃機関を有する発電機の冷却方法を提供する。
【解決手段】発電機13を駆動する原動機25と、原動機25の冷却水を冷却する第1ラジエータ29及び第2ラジエータ30とを備える。第1ラジエータ29及び第2ラジエータ30と原動機25間に、第1循環回路A及び第2循環回路Bを設け、第2ラジエータ30の第2循環回路Bに、第2ラジエータ30のエンジン冷却水の流量を調整する電磁開閉弁31とを設ける。発電機13の発電電力を推定する第2電力推定装置を設け、第2電力推定装置が推定した発電機13の発電電力に応じて、電磁開閉弁31を開閉制御する。
【選択図】 図1
【解決手段】発電機13を駆動する原動機25と、原動機25の冷却水を冷却する第1ラジエータ29及び第2ラジエータ30とを備える。第1ラジエータ29及び第2ラジエータ30と原動機25間に、第1循環回路A及び第2循環回路Bを設け、第2ラジエータ30の第2循環回路Bに、第2ラジエータ30のエンジン冷却水の流量を調整する電磁開閉弁31とを設ける。発電機13の発電電力を推定する第2電力推定装置を設け、第2電力推定装置が推定した発電機13の発電電力に応じて、電磁開閉弁31を開閉制御する。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関を有する発電機の冷却システム及び内燃機関を有する発電機の冷却方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来から、自家発電機は内燃機関を備えたものが一般的である。内燃機関の冷却水は、例えば、特許文献1に示すように、ラジエータにて冷却することが行われている。この特許文献1の技術では、内燃機関であるエンジンの冷却水温を推定するセンサを備え、検出された冷却水温に応じて、ラジエータのファンの回転数を制御することにより、冷却能力の調整を行うようにしている。
【0003】
【特許文献1】
実開平6−58127号公報(段落「0012」)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の技術の場合、電力負荷に応じて、発電機、すなわち、内燃機関の冷却を行っているものではないため、電力負荷により冷却が安定しない問題があった。
【0005】
本発明の目的は、電力負荷に応じて冷却することにより、安定した冷却を得ることができ、そのことによって冷却にかかるコストを低減できる内燃機関を有する発電機の冷却システム及び内燃機関を有する発電機の冷却方法を提供することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、発電機を駆動する内燃機関と、前記内燃機関の冷却水を冷却する複数の放熱器と、各放熱器と内燃機関間に設けられ、前記冷却水が流れる循環回路と、前記複数の放熱器に通ずる、少なくとも1つの循環回路に設けられ、同循環回路から同循環回路に通ずる放熱器への冷却水の流量を調整する弁手段と、発電機の発電電力を推定する発電電力推定装置と、前記発電電力推定装置が推定した発電機の発電電力に応じて、前記弁手段を調整制御する制御手段とを備えたことを特徴とする内燃機関を有する発電機の冷却システムを要旨とするものである。
【0007】
なお、本明細書において、「放熱器への冷却水の流量を調整する弁手段」は、冷却水の流量を可変とする流量制御が可能な弁と、放熱器への冷却水の通過が不能な閉弁状態と、放熱器への冷却水の通過が可能な開弁状態とが選択的に行うことができる弁を含む趣旨である。
【0008】
請求項2の発明は、請求項1において、前記内燃機関に吸入される空気を冷却する冷却手段を備え、前記冷却手段は、前記放熱器と内燃機関の間に設けられた循環回路に接続されていることを特徴とする。
【0009】
請求項3の発明は、請求項2において、前記空気は圧縮空気であることを特徴とする。
請求項4の発明は、発電機を駆動する内燃機関と、前記内燃機関の冷却水を冷却する複数の放熱器とを備えた内燃機関を有する発電機の冷却方法において、前記発電機の発電電力に応じて、前記複数の放熱器のうち、使用する放熱器の1つ又は複数を選択することを特徴とする内燃機関を有する発電機の冷却方法を要旨とするものである。
【0010】
請求項5の発明は、請求項4において、前記内燃機関に吸入される空気を冷却する冷却手段を備え、前記冷却手段は、前記内燃機関と前記放熱器の間に設けられた循環回路に接続されていることを特徴とする。
【0011】
【発明の実施の形態】
(第1実施形態)
以下、本発明を具体化した内燃機関を有する発電機の冷却システムに具体化した第1実施形態を、図1〜図3を参照して説明する。
【0012】
図1は、発電機の冷却システムの概略図を示し、図2は、商用電源に接続された母線12に前記発電機13を接続した配電システムのブロック図である。
図2に示すように、変成器10は遮断器11を介して母線12に接続されている。従って、商用電源は上記変成器10、遮断器11を介して母線12に供給される。発電機13は発電した電力を遮断器14を介して前記母線12に供給されるように接続されている。第1電力推定装置15は、母線電圧と受電電流とを、それぞれ変圧器16、変流器17を介して取り込み、母線電圧と受電電流に基づいて受電電力を推定する。
【0013】
又、第2電力推定装置18は、前記第1電力推定装置15と同様、それぞれ変圧器19、変流器20を介して、母線電圧、発電機電流を取り込み、発電機出力(発電電力)を推定するようにされている。第2電力推定装置18は、発電電力推定装置に相当する。
【0014】
制御手段としての制御装置22は第1設定器23、第2設定器24を備えている。第1設定器23は、逆潮流を防止すべく設けられており、受電電力の下限値が入力されている(図3参照)。一方、第2設定器24により前記発電機13の定格出力等に応じて定められる発電機出力(発電電力)の上限値が入力されている(図3参照)。
【0015】
そして、受電電力が前記下限値を下回ることのないように、且つ、発電機出力(発電電力)が前記上限値を上回ることのないように、制御装置22が、内燃機関としての原動機25の運転を制御するようにされている。すなわち、図1に示すように、発電機13は原動機25によって直接駆動されるように構成されている。
【0016】
次に、原動機25の冷却システムについて説明する。
原動機25の冷却水(なお、エンジン冷却水ということがある)は、ウォータポンプ27を介して原動機25に送られ、原動機25の内部に設けられたウォータジャケット26を通ることにより、原動機25で生じた熱を吸収する。そして、原動機25で熱を吸収したエンジン冷却水は、サーモスタットバルブ28を経て、互いに並設された第1ラジエータ29と第2ラジエータ30に送出される。第1ラジエータ29又は第2ラジエータ30を通った冷却水は、ウォータポンプ27に戻る。第1ラジエータ29及び第2ラジエータ30は、放熱器に相当する。
【0017】
冷却水が循環する循環回路には、冷却水がウォータポンプ27、ウォータジャケット26、サーモスタットバルブ28、第1ラジエータ29を通過する第1循環回路Aと、冷却水がウォータポンプ27、ウォータジャケット26、サーモスタットバルブ28、第2ラジエータ30を通過する第2循環回路Bとがある。第2循環回路Bにおいて、第1循環回路Aとの分岐部aと、第2ラジエータ30との間には弁手段としての電磁開閉弁31が設けられている。又、第1循環回路Aにおいて、第1ラジエータ29の吐出側には、絞り29aが設けられ、絞り29aにより、前記電磁開閉弁31が開弁した際に、第1ラジエータ29及び第2ラジエータ30に同流量の冷却水が通過できるようにされている。
【0018】
副循環回路Cは、ウォータポンプ27、ウォータジャケット26、サーモスタットバルブ28を通過する管路から構成されている。すなわち、サーモスタットバルブ28には副循環回路Cの一部を構成する管路の流入口が接続され、この管路の流出口がウォータポンプ27の給水口に接続されている。
【0019】
なお、サーモスタットバルブ28は開弁開始温度と全開到達温度とが設定されており、本実施形態では、例えば開弁開始温度が60〜65℃のいずれかの温度に、及び全開到達温度が70〜75℃のいずれかの温度に設定されている。サーモスタットバルブ28が全閉時は、第1ラジエータ29及び第2ラジエータ30に通じる第1循環回路A及び第2循環回路Bのみが遮断され、副循環回路Cはウォータポンプ27に連通された状態が維持される。
【0020】
サーモスタットバルブ28が全開時は、第1ラジエータ29及び第2ラジエータ30に通じる第1循環回路A及び第2循環回路Bにエンジン冷却水の通過が許容され、副循環回路Cは遮断状態が維持される。
【0021】
なお、第1ラジエータ29及び第2ラジエータ30に送風する図示しない電動ファンが設けられており、電動ファンの送風により両ラジエータを循環するエンジン冷却水が冷却される。
【0022】
冷却手段としてのインタークーラ40はターボ過給器41から供給される圧縮空気を充填空気として原動機25に吸入する前に冷却する。インタークーラ40の内部を通過する冷却水(以下、本実施形態において、インタークーラ冷却水という)は、インタークーラ用のウォータポンプ42、第3ラジエータ43を含む第3循環回路Dを通過する。第3ラジエータ43は、前記図示しない電動ファンの送風により第3循環回路Dを循環するインタークーラ冷却水を冷却する。
【0023】
制御装置22は、コンピュータを備えており、前記第1電力推定装置15、第2電力推定装置18から入力した信号等に基づいて、予め図示しない記憶手段に格納されたプログラムに従ってウォータポンプ27、電磁開閉弁31、ウォータポンプ42、原動機25及び発電機13を制御する。
【0024】
第1循環回路A、第2循環回路B、副循環回路C、及び第3循環回路Dにより、本実施形態の冷却システムが構成されている。
(作用)
さて、上記のように構成された本実施形態の冷却システムの作用について説明する。
【0025】
1. 発電機13の始動時等のエンジン冷却水が低温の場合
原動機25の始動時、すなわち、発電機13の始動時、ウォータポンプ27が制御装置22により制御されて駆動される。このとき、エンジン冷却水が低温(60℃未満)の場合、サーモスタットバルブ28が全閉状態にあるため、エンジン冷却水は、ウォータポンプ27、ウォータジャケット26、サーモスタットバルブ28の副循環回路Cを循環する。
【0026】
この結果、エンジン冷却水は、第1ラジエータ29及び第2ラジエータ30にて冷却されることなく、ウォータジャケット26内に戻る。
又、ウォータポンプ42は制御装置22により制御駆動され、インタークーラ冷却水は、インタークーラ用のウォータポンプ42、第3ラジエータ43を含む第3循環回路Dを通過する。この結果、インタークーラ40では、ターボ過給器41から供給される圧縮空気が充填空気として原動機25に吸引される前に、インタークーラ冷却水が冷却(熱を吸収)する。そして、熱を吸収したインタークーラ冷却水は、第3ラジエータ43にて冷却される。
【0027】
2. エンジン冷却水の水温が60〜65℃を超えた場合
エンジン冷却水の水温が60〜65℃を超え、70〜75℃のいずれかの温度未満の場合、副循環回路Cは完全には遮断されず、一部のエンジン冷却水が副循環回路Cを循環し、他のエンジン冷却水は、第1ラジエータ29及び第2ラジエータ30側へ送出される。
【0028】
又、エンジン冷却水の水温が70〜75℃に達した場合、サーモスタットバルブ28が全開状態となるため、副循環回路Cが遮断され、エンジン冷却水はサーモスタットバルブ28から第1ラジエータ29及び第2ラジエータ30側へ送出される。
【0029】
このエンジン冷却水が、第1ラジエータ29及び第2ラジエータ30側へ送出されているとき、制御装置22が第2電力推定装置18の電力推定に基づいて発電機13の発電電力が所定電力未満、例えば定格出力の50%未満の場合には、電磁開閉弁31に対して閉弁状態を維持するように制御する。
【0030】
なお、発電機出力の上限値は、第2設定器24にて、発電機13の定格等に応じて設定されているが、前記発電電力が所定電力未満(本実施形態では、定格出力の50%未満)の場合は、電力負荷が小さい場合である。
【0031】
この場合、制御装置22は、電磁開閉弁31に対して開弁のための信号を出力しない。
この結果、サーモスタットバルブ28から送出されたエンジン冷却水は、電磁開閉弁31が閉弁されているため、第2ラジエータ30を通過できず、第1ラジエータ29のみを通過する。このため、エンジン冷却水は第1ラジエータ29のみにて冷却されて、ウォータジャケット26内に戻る。この場合には、電力負荷は、小さいため、原動機25の冷却は第1ラジエータ29のみによるエンジン冷却水の冷却にて十分対応できる。
【0032】
一方、前記エンジン冷却水が、第1ラジエータ29及び第2ラジエータ30側へ送出されているとき、制御装置22が第2電力推定装置18の電力推定に基づいて発電機13の発電電力が所定電力以上、例えば定格出力の50%以上の場合には、電磁開閉弁31に対して開弁するように制御する。
【0033】
なお、発電機出力の上限値は、第2設定器24にて、発電機13の定格に応じて設定されているが、前記発電電力が所定電力以上(本実施形態では、定格出力の50%以上)の場合は、電力負荷が大きい場合である。
【0034】
この結果、サーモスタットバルブ28から送出されたエンジン冷却水は、電磁開閉弁31が開弁されるため、第1ラジエータ29及び第2ラジエータ30を通過する。このため、エンジン冷却水は第1ラジエータ29及び第2ラジエータ30にて冷却されて、ウォータジャケット26内に戻る。この場合には、電力負荷は、大きいため、原動機25の冷却は第1ラジエータ29及び第2ラジエータ30の両ラジエータによるエンジン冷却水の冷却により対処する。
【0035】
従って、本実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
(1) 本実施形態の冷却システムでは、発電機13を駆動する原動機25(内燃機関)と、原動機25の冷却水(エンジン冷却水)を冷却する第1ラジエータ29(放熱器)及び第2ラジエータ30(放熱器)とを備えるようにした。又、第1ラジエータ29及び第2ラジエータ30と原動機25間に、第1循環回路A及び第2循環回路Bを設け、第2ラジエータ30の第2循環回路Bに、第2ラジエータ30のエンジン冷却水の流量を調整する電磁開閉弁31(弁手段)とを設けた。さらに、発電機13の発電電力を推定する第2電力推定装置18(発電電力推定装置)を設け、第2電力推定装置18が推定した発電機13の発電電力に応じて、電磁開閉弁31を開閉(調整)制御する制御装置22(制御手段)を設けた。
【0036】
この結果、発電電力の大きさに応じて、すなわち、電力負荷に応じて、第1ラジエータ29単独、又は第1ラジエータ29及び第2ラジエータ30の両者を使用する。このことにより、電力負荷に応じてエンジン冷却水を冷却でき、電力負荷に応じて安定した冷却を得ることができる。そのことによって、電力負荷に応じて冷却をしない場合に比して、冷却コストを低減することができる。
【0037】
すなわち、電力負荷に応じて冷却を行わない場合には、電力負荷と対応しない分、過剰に冷却しすぎたり、冷却不足が生ずる場合があるが、このようなことがなくなり、冷却コストを低減できる。
【0038】
(2) 本実施形態では、発電機13を駆動する原動機25と、原動機25のエンジン冷却水を冷却する第1ラジエータ29及び第2ラジエータ30を備えた発電機13の冷却方法において、発電機13の発電電力に応じて、1つのラジエータ、又は2つのラジエータを選択して、エンジン冷却水を冷却するようにした。
【0039】
この結果、上記(1)に記載した効果を奏することができる。
(3)、なお、特許文献1のような冷却能力の調整においては、冷却水温を検出して、ラジエータのファンの回転数を制御する場合、冷却水温の温度検出のためのセンサが必要である。又、ラジエータのファンの回転数制御により、ファンの回転変化による騒音の問題がある。すなわち、ファンの回転数を上げると空気の流速が高まり、風切り音や、ラジエータに吹き込まれて排出される空気の騒音のレベルが高まるため、予めファンの最大回転数に応じた対策を施す必要がある。
【0040】
それに対して、本実施形態では、このようなことがなく、複数のラジエータを単独、又は複数組み合わせることにより、電力負荷に応じて冷却能力を調整することができる。
【0041】
(第2実施形態)
次に、第2実施形態を図4を参照して説明する。なお、第1実施形態と同一又は相当する構成については同一符号を付してその説明を省略し、異なるところを中心に説明する。
【0042】
第2実施形態では、第3循環回路D、ウォータポンプ42、第3ラジエータ43が省略されており、その代わりに、インタークーラ40が図4に示すように第1ラジエータ29及び第2ラジエータ30との合流点bと、ウォータポンプ27との間に接続されている。又、サーモスタットバルブ28の流出口はインタークーラ40の流入口に接続されている。
【0043】
そして、第2実施形態では、第1循環回路Aは冷却水がウォータポンプ27、ウォータジャケット26、サーモスタットバルブ28、第1ラジエータ29、インタークーラ40を通過する管路から構成されている。又、第2循環回路Bは冷却水がウォータポンプ27、ウォータジャケット26、サーモスタットバルブ28、第2ラジエータ30、インタークーラ40を通過する管路から構成されている。又、副循環回路Cは、ウォータポンプ27、ウォータジャケット26、サーモスタットバルブ28、インタークーラ40を通過する管路から構成されている。このように、第2実施形態では、インタークーラ冷却水は、エンジン冷却水が兼用する構成とされている。
【0044】
又、第2実施形態では、サーモスタットバルブ28の開弁開始温度は第1実施形態の設定温度である60〜65℃の範囲よりもさらに、低い温度となるように設定され、その低い温度でサーモスタットバルブ28が開弁を開始するようにされている。例えば、50〜55℃の範囲内で水温でサーモスタットバルブ28の開弁開始温度を設定してもよい。
【0045】
これは、第1実施形態よりも開弁開始温度を低くして、第1ラジエータ29や第2ラジエータ30によって冷却水を効率良く冷却し、冷却された冷却水をインタークーラ40に導いて、ターボ過給器41からの圧縮空気を冷却して原動機25に対する充填効率が落ちないようにするためである。
【0046】
又、第1実施形態と同様に制御装置22はコンピュータを備えており、第1電力推定装置15、第2電力推定装置18から入力した信号等に基づいて、予め図示しない記憶手段に格納されたプログラムに従ってウォータポンプ27、電磁開閉弁31、原動機25及び発電機13を制御する。なお、第2実施形態では、制御装置22は、ウォータポンプ42が省略されているため、ウォータポンプ42に対する制御が省略されてはいるが、他の制御は第1実施形態と同様に行う。
【0047】
第1循環回路A、第2循環回路B、及び副循環回路Cにより、第2実施形態の冷却システムが構成されている。
さて、上記のように構成された冷却システムの作用を説明する。
【0048】
なお、第1実施形態と同様に、制御装置22にて電磁開閉弁31は閉弁又は開弁制御されるため、電磁開閉弁31に対する制御の説明は省略する。
第2実施形態では、第1実施形態の作用の説明中、エンジン冷却水が、インタークーラ冷却水を兼用する。
【0049】
そして、インタークーラ40では、エンジン冷却水がターボ過給器41から供給される圧縮空気を充填空気として原動機25に導入する前に冷却(熱を吸収)する。この場合、第2実施形態では、前記第1実施形態よりも、サーモスタットバルブ28の開弁開始温度が低いため、サーモスタットバルブ28は、第1実施形態よりも低い温度で開弁され、第1ラジエータ29及び第2ラジエータ30側にエンジン冷却水が送出される。
【0050】
又、サーモスタットバルブ28にて、第1ラジエータ29及び第2ラジエータ30側に送出されたエンジン冷却水は、第1実施形態と同様に、第1ラジエータ29単独、又は第1ラジエータ29及び第2ラジエータ30のそれぞれを通過して、冷却される。そして、前記ラジエータ単独、又は両ラジエータを経たエンジン冷却水はインタークーラ40、ウォータポンプ27を介してウォータジャケット26内に戻る。
【0051】
従って、本実施形態によれば、第1実施形態の(1)及び(2)で記載した作用効果を奏するとともに、以下のような効果を得ることができる。
(1) 第2実施形態の冷却システム及び冷却方法では、原動機25に吸入される空気を冷却するインタークーラ40(冷却手段)を備え、インタークーラ40は、第1ラジエータ29及び第2ラジエータ30と原動機25の間に設けられた第1循環回路A、第2循環回路Bの管路に接続されている。
【0052】
そして、電力負荷の変動があった際に、電磁開閉弁31の開閉により、第1ラジエータ29単独、又は第1ラジエータ29及び第2ラジエータ30にてインタークーラ冷却水を兼用するエンジン冷却水が冷却できる。このため、電力負荷の変動があっても安定した低温の空気(吸気)を得ることができる。
【0053】
(2) 第2実施形態では、インタークーラ40にて冷却される空気は、ターボ過給器41から送出された圧縮空気とした。
この結果、圧縮時に昇温した圧縮空気を低温にすることができる。
【0054】
なお、本発明の実施形態は、前記各実施形態に限定されるものではなく、下記のように実施してもよい。
(1) 第1実施形態及び第2実施形態では、弁手段としての電磁開閉弁31は、開閉弁としたが、流量制御弁にて構成し、電力負荷に応じて冷却水の流量を可変にするように、流量制御弁を制御装置22にて制御する構成にしてもよい。
【0055】
(2) 第1実施形態では、放熱器として、第1ラジエータ29及び第2ラジエータ30をそれぞれ設けたが、3つ以上のラジエータを設けて、それぞれにエンジン冷却水が循環する循環回路を設けるようにしてもよい。
【0056】
この場合、少なくとも1つの循環回路には、弁手段としての電磁開閉弁31や上記(1)に記載した流量制御弁にて構成するものとする。
【0057】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項1乃至請求項5の発明は、電力負荷に応じて冷却することにより、安定した冷却を得ることができ、そのことによって冷却にかかるコストを低減できる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を具体化した第1実施形態の発電機の冷却システムの概略図。
【図2】同じく配電システムのブロック図。
【図3】同じく受電電力、発電電力の関係を示すグラフ。
【図4】第2実施形態の発電機の冷却システムの概略図。
【符号の説明】
A…第1循環回路
B…第2循環回路
C…副循環回路
13…発電機
18…第2電力推定装置(発電電力推定装置)
22…制御装置(制御手段)
29…第1ラジエータ(放熱器)
30…第2ラジエータ(放熱器)
31…電磁開閉弁(弁手段)
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関を有する発電機の冷却システム及び内燃機関を有する発電機の冷却方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来から、自家発電機は内燃機関を備えたものが一般的である。内燃機関の冷却水は、例えば、特許文献1に示すように、ラジエータにて冷却することが行われている。この特許文献1の技術では、内燃機関であるエンジンの冷却水温を推定するセンサを備え、検出された冷却水温に応じて、ラジエータのファンの回転数を制御することにより、冷却能力の調整を行うようにしている。
【0003】
【特許文献1】
実開平6−58127号公報(段落「0012」)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の技術の場合、電力負荷に応じて、発電機、すなわち、内燃機関の冷却を行っているものではないため、電力負荷により冷却が安定しない問題があった。
【0005】
本発明の目的は、電力負荷に応じて冷却することにより、安定した冷却を得ることができ、そのことによって冷却にかかるコストを低減できる内燃機関を有する発電機の冷却システム及び内燃機関を有する発電機の冷却方法を提供することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、発電機を駆動する内燃機関と、前記内燃機関の冷却水を冷却する複数の放熱器と、各放熱器と内燃機関間に設けられ、前記冷却水が流れる循環回路と、前記複数の放熱器に通ずる、少なくとも1つの循環回路に設けられ、同循環回路から同循環回路に通ずる放熱器への冷却水の流量を調整する弁手段と、発電機の発電電力を推定する発電電力推定装置と、前記発電電力推定装置が推定した発電機の発電電力に応じて、前記弁手段を調整制御する制御手段とを備えたことを特徴とする内燃機関を有する発電機の冷却システムを要旨とするものである。
【0007】
なお、本明細書において、「放熱器への冷却水の流量を調整する弁手段」は、冷却水の流量を可変とする流量制御が可能な弁と、放熱器への冷却水の通過が不能な閉弁状態と、放熱器への冷却水の通過が可能な開弁状態とが選択的に行うことができる弁を含む趣旨である。
【0008】
請求項2の発明は、請求項1において、前記内燃機関に吸入される空気を冷却する冷却手段を備え、前記冷却手段は、前記放熱器と内燃機関の間に設けられた循環回路に接続されていることを特徴とする。
【0009】
請求項3の発明は、請求項2において、前記空気は圧縮空気であることを特徴とする。
請求項4の発明は、発電機を駆動する内燃機関と、前記内燃機関の冷却水を冷却する複数の放熱器とを備えた内燃機関を有する発電機の冷却方法において、前記発電機の発電電力に応じて、前記複数の放熱器のうち、使用する放熱器の1つ又は複数を選択することを特徴とする内燃機関を有する発電機の冷却方法を要旨とするものである。
【0010】
請求項5の発明は、請求項4において、前記内燃機関に吸入される空気を冷却する冷却手段を備え、前記冷却手段は、前記内燃機関と前記放熱器の間に設けられた循環回路に接続されていることを特徴とする。
【0011】
【発明の実施の形態】
(第1実施形態)
以下、本発明を具体化した内燃機関を有する発電機の冷却システムに具体化した第1実施形態を、図1〜図3を参照して説明する。
【0012】
図1は、発電機の冷却システムの概略図を示し、図2は、商用電源に接続された母線12に前記発電機13を接続した配電システムのブロック図である。
図2に示すように、変成器10は遮断器11を介して母線12に接続されている。従って、商用電源は上記変成器10、遮断器11を介して母線12に供給される。発電機13は発電した電力を遮断器14を介して前記母線12に供給されるように接続されている。第1電力推定装置15は、母線電圧と受電電流とを、それぞれ変圧器16、変流器17を介して取り込み、母線電圧と受電電流に基づいて受電電力を推定する。
【0013】
又、第2電力推定装置18は、前記第1電力推定装置15と同様、それぞれ変圧器19、変流器20を介して、母線電圧、発電機電流を取り込み、発電機出力(発電電力)を推定するようにされている。第2電力推定装置18は、発電電力推定装置に相当する。
【0014】
制御手段としての制御装置22は第1設定器23、第2設定器24を備えている。第1設定器23は、逆潮流を防止すべく設けられており、受電電力の下限値が入力されている(図3参照)。一方、第2設定器24により前記発電機13の定格出力等に応じて定められる発電機出力(発電電力)の上限値が入力されている(図3参照)。
【0015】
そして、受電電力が前記下限値を下回ることのないように、且つ、発電機出力(発電電力)が前記上限値を上回ることのないように、制御装置22が、内燃機関としての原動機25の運転を制御するようにされている。すなわち、図1に示すように、発電機13は原動機25によって直接駆動されるように構成されている。
【0016】
次に、原動機25の冷却システムについて説明する。
原動機25の冷却水(なお、エンジン冷却水ということがある)は、ウォータポンプ27を介して原動機25に送られ、原動機25の内部に設けられたウォータジャケット26を通ることにより、原動機25で生じた熱を吸収する。そして、原動機25で熱を吸収したエンジン冷却水は、サーモスタットバルブ28を経て、互いに並設された第1ラジエータ29と第2ラジエータ30に送出される。第1ラジエータ29又は第2ラジエータ30を通った冷却水は、ウォータポンプ27に戻る。第1ラジエータ29及び第2ラジエータ30は、放熱器に相当する。
【0017】
冷却水が循環する循環回路には、冷却水がウォータポンプ27、ウォータジャケット26、サーモスタットバルブ28、第1ラジエータ29を通過する第1循環回路Aと、冷却水がウォータポンプ27、ウォータジャケット26、サーモスタットバルブ28、第2ラジエータ30を通過する第2循環回路Bとがある。第2循環回路Bにおいて、第1循環回路Aとの分岐部aと、第2ラジエータ30との間には弁手段としての電磁開閉弁31が設けられている。又、第1循環回路Aにおいて、第1ラジエータ29の吐出側には、絞り29aが設けられ、絞り29aにより、前記電磁開閉弁31が開弁した際に、第1ラジエータ29及び第2ラジエータ30に同流量の冷却水が通過できるようにされている。
【0018】
副循環回路Cは、ウォータポンプ27、ウォータジャケット26、サーモスタットバルブ28を通過する管路から構成されている。すなわち、サーモスタットバルブ28には副循環回路Cの一部を構成する管路の流入口が接続され、この管路の流出口がウォータポンプ27の給水口に接続されている。
【0019】
なお、サーモスタットバルブ28は開弁開始温度と全開到達温度とが設定されており、本実施形態では、例えば開弁開始温度が60〜65℃のいずれかの温度に、及び全開到達温度が70〜75℃のいずれかの温度に設定されている。サーモスタットバルブ28が全閉時は、第1ラジエータ29及び第2ラジエータ30に通じる第1循環回路A及び第2循環回路Bのみが遮断され、副循環回路Cはウォータポンプ27に連通された状態が維持される。
【0020】
サーモスタットバルブ28が全開時は、第1ラジエータ29及び第2ラジエータ30に通じる第1循環回路A及び第2循環回路Bにエンジン冷却水の通過が許容され、副循環回路Cは遮断状態が維持される。
【0021】
なお、第1ラジエータ29及び第2ラジエータ30に送風する図示しない電動ファンが設けられており、電動ファンの送風により両ラジエータを循環するエンジン冷却水が冷却される。
【0022】
冷却手段としてのインタークーラ40はターボ過給器41から供給される圧縮空気を充填空気として原動機25に吸入する前に冷却する。インタークーラ40の内部を通過する冷却水(以下、本実施形態において、インタークーラ冷却水という)は、インタークーラ用のウォータポンプ42、第3ラジエータ43を含む第3循環回路Dを通過する。第3ラジエータ43は、前記図示しない電動ファンの送風により第3循環回路Dを循環するインタークーラ冷却水を冷却する。
【0023】
制御装置22は、コンピュータを備えており、前記第1電力推定装置15、第2電力推定装置18から入力した信号等に基づいて、予め図示しない記憶手段に格納されたプログラムに従ってウォータポンプ27、電磁開閉弁31、ウォータポンプ42、原動機25及び発電機13を制御する。
【0024】
第1循環回路A、第2循環回路B、副循環回路C、及び第3循環回路Dにより、本実施形態の冷却システムが構成されている。
(作用)
さて、上記のように構成された本実施形態の冷却システムの作用について説明する。
【0025】
1. 発電機13の始動時等のエンジン冷却水が低温の場合
原動機25の始動時、すなわち、発電機13の始動時、ウォータポンプ27が制御装置22により制御されて駆動される。このとき、エンジン冷却水が低温(60℃未満)の場合、サーモスタットバルブ28が全閉状態にあるため、エンジン冷却水は、ウォータポンプ27、ウォータジャケット26、サーモスタットバルブ28の副循環回路Cを循環する。
【0026】
この結果、エンジン冷却水は、第1ラジエータ29及び第2ラジエータ30にて冷却されることなく、ウォータジャケット26内に戻る。
又、ウォータポンプ42は制御装置22により制御駆動され、インタークーラ冷却水は、インタークーラ用のウォータポンプ42、第3ラジエータ43を含む第3循環回路Dを通過する。この結果、インタークーラ40では、ターボ過給器41から供給される圧縮空気が充填空気として原動機25に吸引される前に、インタークーラ冷却水が冷却(熱を吸収)する。そして、熱を吸収したインタークーラ冷却水は、第3ラジエータ43にて冷却される。
【0027】
2. エンジン冷却水の水温が60〜65℃を超えた場合
エンジン冷却水の水温が60〜65℃を超え、70〜75℃のいずれかの温度未満の場合、副循環回路Cは完全には遮断されず、一部のエンジン冷却水が副循環回路Cを循環し、他のエンジン冷却水は、第1ラジエータ29及び第2ラジエータ30側へ送出される。
【0028】
又、エンジン冷却水の水温が70〜75℃に達した場合、サーモスタットバルブ28が全開状態となるため、副循環回路Cが遮断され、エンジン冷却水はサーモスタットバルブ28から第1ラジエータ29及び第2ラジエータ30側へ送出される。
【0029】
このエンジン冷却水が、第1ラジエータ29及び第2ラジエータ30側へ送出されているとき、制御装置22が第2電力推定装置18の電力推定に基づいて発電機13の発電電力が所定電力未満、例えば定格出力の50%未満の場合には、電磁開閉弁31に対して閉弁状態を維持するように制御する。
【0030】
なお、発電機出力の上限値は、第2設定器24にて、発電機13の定格等に応じて設定されているが、前記発電電力が所定電力未満(本実施形態では、定格出力の50%未満)の場合は、電力負荷が小さい場合である。
【0031】
この場合、制御装置22は、電磁開閉弁31に対して開弁のための信号を出力しない。
この結果、サーモスタットバルブ28から送出されたエンジン冷却水は、電磁開閉弁31が閉弁されているため、第2ラジエータ30を通過できず、第1ラジエータ29のみを通過する。このため、エンジン冷却水は第1ラジエータ29のみにて冷却されて、ウォータジャケット26内に戻る。この場合には、電力負荷は、小さいため、原動機25の冷却は第1ラジエータ29のみによるエンジン冷却水の冷却にて十分対応できる。
【0032】
一方、前記エンジン冷却水が、第1ラジエータ29及び第2ラジエータ30側へ送出されているとき、制御装置22が第2電力推定装置18の電力推定に基づいて発電機13の発電電力が所定電力以上、例えば定格出力の50%以上の場合には、電磁開閉弁31に対して開弁するように制御する。
【0033】
なお、発電機出力の上限値は、第2設定器24にて、発電機13の定格に応じて設定されているが、前記発電電力が所定電力以上(本実施形態では、定格出力の50%以上)の場合は、電力負荷が大きい場合である。
【0034】
この結果、サーモスタットバルブ28から送出されたエンジン冷却水は、電磁開閉弁31が開弁されるため、第1ラジエータ29及び第2ラジエータ30を通過する。このため、エンジン冷却水は第1ラジエータ29及び第2ラジエータ30にて冷却されて、ウォータジャケット26内に戻る。この場合には、電力負荷は、大きいため、原動機25の冷却は第1ラジエータ29及び第2ラジエータ30の両ラジエータによるエンジン冷却水の冷却により対処する。
【0035】
従って、本実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
(1) 本実施形態の冷却システムでは、発電機13を駆動する原動機25(内燃機関)と、原動機25の冷却水(エンジン冷却水)を冷却する第1ラジエータ29(放熱器)及び第2ラジエータ30(放熱器)とを備えるようにした。又、第1ラジエータ29及び第2ラジエータ30と原動機25間に、第1循環回路A及び第2循環回路Bを設け、第2ラジエータ30の第2循環回路Bに、第2ラジエータ30のエンジン冷却水の流量を調整する電磁開閉弁31(弁手段)とを設けた。さらに、発電機13の発電電力を推定する第2電力推定装置18(発電電力推定装置)を設け、第2電力推定装置18が推定した発電機13の発電電力に応じて、電磁開閉弁31を開閉(調整)制御する制御装置22(制御手段)を設けた。
【0036】
この結果、発電電力の大きさに応じて、すなわち、電力負荷に応じて、第1ラジエータ29単独、又は第1ラジエータ29及び第2ラジエータ30の両者を使用する。このことにより、電力負荷に応じてエンジン冷却水を冷却でき、電力負荷に応じて安定した冷却を得ることができる。そのことによって、電力負荷に応じて冷却をしない場合に比して、冷却コストを低減することができる。
【0037】
すなわち、電力負荷に応じて冷却を行わない場合には、電力負荷と対応しない分、過剰に冷却しすぎたり、冷却不足が生ずる場合があるが、このようなことがなくなり、冷却コストを低減できる。
【0038】
(2) 本実施形態では、発電機13を駆動する原動機25と、原動機25のエンジン冷却水を冷却する第1ラジエータ29及び第2ラジエータ30を備えた発電機13の冷却方法において、発電機13の発電電力に応じて、1つのラジエータ、又は2つのラジエータを選択して、エンジン冷却水を冷却するようにした。
【0039】
この結果、上記(1)に記載した効果を奏することができる。
(3)、なお、特許文献1のような冷却能力の調整においては、冷却水温を検出して、ラジエータのファンの回転数を制御する場合、冷却水温の温度検出のためのセンサが必要である。又、ラジエータのファンの回転数制御により、ファンの回転変化による騒音の問題がある。すなわち、ファンの回転数を上げると空気の流速が高まり、風切り音や、ラジエータに吹き込まれて排出される空気の騒音のレベルが高まるため、予めファンの最大回転数に応じた対策を施す必要がある。
【0040】
それに対して、本実施形態では、このようなことがなく、複数のラジエータを単独、又は複数組み合わせることにより、電力負荷に応じて冷却能力を調整することができる。
【0041】
(第2実施形態)
次に、第2実施形態を図4を参照して説明する。なお、第1実施形態と同一又は相当する構成については同一符号を付してその説明を省略し、異なるところを中心に説明する。
【0042】
第2実施形態では、第3循環回路D、ウォータポンプ42、第3ラジエータ43が省略されており、その代わりに、インタークーラ40が図4に示すように第1ラジエータ29及び第2ラジエータ30との合流点bと、ウォータポンプ27との間に接続されている。又、サーモスタットバルブ28の流出口はインタークーラ40の流入口に接続されている。
【0043】
そして、第2実施形態では、第1循環回路Aは冷却水がウォータポンプ27、ウォータジャケット26、サーモスタットバルブ28、第1ラジエータ29、インタークーラ40を通過する管路から構成されている。又、第2循環回路Bは冷却水がウォータポンプ27、ウォータジャケット26、サーモスタットバルブ28、第2ラジエータ30、インタークーラ40を通過する管路から構成されている。又、副循環回路Cは、ウォータポンプ27、ウォータジャケット26、サーモスタットバルブ28、インタークーラ40を通過する管路から構成されている。このように、第2実施形態では、インタークーラ冷却水は、エンジン冷却水が兼用する構成とされている。
【0044】
又、第2実施形態では、サーモスタットバルブ28の開弁開始温度は第1実施形態の設定温度である60〜65℃の範囲よりもさらに、低い温度となるように設定され、その低い温度でサーモスタットバルブ28が開弁を開始するようにされている。例えば、50〜55℃の範囲内で水温でサーモスタットバルブ28の開弁開始温度を設定してもよい。
【0045】
これは、第1実施形態よりも開弁開始温度を低くして、第1ラジエータ29や第2ラジエータ30によって冷却水を効率良く冷却し、冷却された冷却水をインタークーラ40に導いて、ターボ過給器41からの圧縮空気を冷却して原動機25に対する充填効率が落ちないようにするためである。
【0046】
又、第1実施形態と同様に制御装置22はコンピュータを備えており、第1電力推定装置15、第2電力推定装置18から入力した信号等に基づいて、予め図示しない記憶手段に格納されたプログラムに従ってウォータポンプ27、電磁開閉弁31、原動機25及び発電機13を制御する。なお、第2実施形態では、制御装置22は、ウォータポンプ42が省略されているため、ウォータポンプ42に対する制御が省略されてはいるが、他の制御は第1実施形態と同様に行う。
【0047】
第1循環回路A、第2循環回路B、及び副循環回路Cにより、第2実施形態の冷却システムが構成されている。
さて、上記のように構成された冷却システムの作用を説明する。
【0048】
なお、第1実施形態と同様に、制御装置22にて電磁開閉弁31は閉弁又は開弁制御されるため、電磁開閉弁31に対する制御の説明は省略する。
第2実施形態では、第1実施形態の作用の説明中、エンジン冷却水が、インタークーラ冷却水を兼用する。
【0049】
そして、インタークーラ40では、エンジン冷却水がターボ過給器41から供給される圧縮空気を充填空気として原動機25に導入する前に冷却(熱を吸収)する。この場合、第2実施形態では、前記第1実施形態よりも、サーモスタットバルブ28の開弁開始温度が低いため、サーモスタットバルブ28は、第1実施形態よりも低い温度で開弁され、第1ラジエータ29及び第2ラジエータ30側にエンジン冷却水が送出される。
【0050】
又、サーモスタットバルブ28にて、第1ラジエータ29及び第2ラジエータ30側に送出されたエンジン冷却水は、第1実施形態と同様に、第1ラジエータ29単独、又は第1ラジエータ29及び第2ラジエータ30のそれぞれを通過して、冷却される。そして、前記ラジエータ単独、又は両ラジエータを経たエンジン冷却水はインタークーラ40、ウォータポンプ27を介してウォータジャケット26内に戻る。
【0051】
従って、本実施形態によれば、第1実施形態の(1)及び(2)で記載した作用効果を奏するとともに、以下のような効果を得ることができる。
(1) 第2実施形態の冷却システム及び冷却方法では、原動機25に吸入される空気を冷却するインタークーラ40(冷却手段)を備え、インタークーラ40は、第1ラジエータ29及び第2ラジエータ30と原動機25の間に設けられた第1循環回路A、第2循環回路Bの管路に接続されている。
【0052】
そして、電力負荷の変動があった際に、電磁開閉弁31の開閉により、第1ラジエータ29単独、又は第1ラジエータ29及び第2ラジエータ30にてインタークーラ冷却水を兼用するエンジン冷却水が冷却できる。このため、電力負荷の変動があっても安定した低温の空気(吸気)を得ることができる。
【0053】
(2) 第2実施形態では、インタークーラ40にて冷却される空気は、ターボ過給器41から送出された圧縮空気とした。
この結果、圧縮時に昇温した圧縮空気を低温にすることができる。
【0054】
なお、本発明の実施形態は、前記各実施形態に限定されるものではなく、下記のように実施してもよい。
(1) 第1実施形態及び第2実施形態では、弁手段としての電磁開閉弁31は、開閉弁としたが、流量制御弁にて構成し、電力負荷に応じて冷却水の流量を可変にするように、流量制御弁を制御装置22にて制御する構成にしてもよい。
【0055】
(2) 第1実施形態では、放熱器として、第1ラジエータ29及び第2ラジエータ30をそれぞれ設けたが、3つ以上のラジエータを設けて、それぞれにエンジン冷却水が循環する循環回路を設けるようにしてもよい。
【0056】
この場合、少なくとも1つの循環回路には、弁手段としての電磁開閉弁31や上記(1)に記載した流量制御弁にて構成するものとする。
【0057】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項1乃至請求項5の発明は、電力負荷に応じて冷却することにより、安定した冷却を得ることができ、そのことによって冷却にかかるコストを低減できる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を具体化した第1実施形態の発電機の冷却システムの概略図。
【図2】同じく配電システムのブロック図。
【図3】同じく受電電力、発電電力の関係を示すグラフ。
【図4】第2実施形態の発電機の冷却システムの概略図。
【符号の説明】
A…第1循環回路
B…第2循環回路
C…副循環回路
13…発電機
18…第2電力推定装置(発電電力推定装置)
22…制御装置(制御手段)
29…第1ラジエータ(放熱器)
30…第2ラジエータ(放熱器)
31…電磁開閉弁(弁手段)
Claims (5)
- 発電機を駆動する内燃機関と、
前記内燃機関の冷却水を冷却する複数の放熱器と、
各放熱器と内燃機関間に設けられ、前記冷却水が流れる循環回路と、
前記複数の放熱器に通ずる、少なくとも1つの循環回路に設けられ、同循環回路から同循環回路に通ずる放熱器への冷却水の流量を調整する弁手段と、
発電機の発電電力を推定する発電電力推定装置と、
前記発電電力推定装置が推定した発電機の発電電力に応じて、前記弁手段を調整制御する制御手段とを備えたことを特徴とする内燃機関を有する発電機の冷却システム。 - 前記内燃機関に吸入される空気を冷却する冷却手段を備え、
前記冷却手段は、前記放熱器と内燃機関の間に設けられた循環回路に接続されていることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関を有する発電機の冷却システム。 - 前記空気は圧縮空気であることを特徴とする請求項2に記載の内燃機関を有する発電機の冷却システム。
- 発電機を駆動する内燃機関と、前記内燃機関の冷却水を冷却する複数の放熱器とを備えた内燃機関を有する発電機の冷却方法において、
前記発電機の発電電力に応じて、前記複数の放熱器のうち、使用する放熱器の1つ又は複数を選択することを特徴とする内燃機関を有する発電機の冷却方法。 - 前記内燃機関に吸入される空気を冷却する冷却手段を備え、前記冷却手段は、前記内燃機関と前記放熱器の間に設けられた循環回路に接続されていることを特徴とする請求項4に記載の内燃機関を有する発電機の冷却方法。
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JP2017223399A (ja) * | 2016-06-14 | 2017-12-21 | 株式会社デンソー | 冷却システム |
KR102004270B1 (ko) * | 2018-04-20 | 2019-07-26 | 엘지전자 주식회사 | 엔진 발전 시스템 및 그 제어방법 |
-
2002
- 2002-12-26 JP JP2002378744A patent/JP2004211557A/ja active Pending
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