JP2006009678A - コージェネレーション装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 エンジン室の冷却効率を向上させ、自己消費電力を低減し発電効率を向上させる
【解決手段】 エンジン２とこれにより駆動する発電機３を収納するエンジン室１０と、エンジン室１０の上方に配置されエンジン２の冷却水回路５に設けられたラジエータ２１およびラジエータ２１を空冷するラジエータファン２２が設けられたラジエータ室２０と、エンジン室１０の上方に配置されラジエータ室２０に隣接し、エンジン室１０とラジエータ室２０との間の通路となるダクト室３０と、エンジン室１０の空気を吸引しラジエータ室２０に送風する換気ファン３１が設けられている。
【選択図】 図１

Description

本発明は電気と熱を併給するコージェネレーション装置に関する。

エンジンにより発電機を駆動し、エンジンで発生する熱を利用するコジェネレーション装置が知られている。このコジェネレーション装置は、一般的にエンジン、発電機、エンジンの冷却水回路などを一つのパッケージ内に収納されている。このパッケージ内は、エンジンと発電機を収納するエンジン室と冷却水回路に設けられたラジエータを収納するラジエータ室に分割されている。エンジン室はエンジンや発電機で発生する熱の影響で温度が高くなり、エンジンや発電機に付属する配線、制御部品等を保護するために冷却する必要がある。

特許文献１には、パッケージ内の最下層にダクト室を配置し、その上方に機械室（エンジン室）、機械室の上方にラジエータが配設された熱交換器室（ラジエータ室）を配置し、冷却ファンによって外気がダクト室、機械室、熱交換器室の順で通風するように構成した熱併給発電装置が開示されている。
特開２０００−２０５６０６号公報（［請求項１］、［請求項２］、図１など） しかしながら、特許文献１の装置では、機械室の室内温度を適正な温度に保つためには、消費電力が大きな大型の冷却ファンを使用し連続運転する必要があった。このためコージェネレーション装置で発電した電力がコージェネレーション装置自身が消費する電力（自己消費電力）として多く消費され、発電効率が低くなっていた。

本発明は上記課題を解決したもので、エンジン室の冷却効率を向上でき、自己消費電力を低減し発電効率を向上できるコージェネレーション装置を提供する。

上記技術的課題を解決するために、請求項１の発明では、エンジンにより発電機を駆動するとともに前記エンジンで発生する熱を利用するコージェネレーション装置において、前記エンジンと前記発電機を収納するエンジン室と、該エンジン室の上方に配置され前記エンジンの冷却水回路に設けられたラジエータおよび該ラジエータを空冷するラジエータファンが設けられたラジエータ室と、前記エンジン室の上方に配置され前記ラジエータ室に隣接し、前記エンジン室と前記ラジエータ室との間の通路となるダクト室と、前記エンジン室の空気を吸引し前記ダクト室を介して前記ラジエータ室に送風する換気ファンが設けられていることを特徴とするコージェネレーション装置としている。

請求項２の発明では、前記ダクト室は前記エンジンの上方に設けられていることを特徴とする請求項１記載のコージェネレーション装置としている。

請求項３の発明では、前記換気ファンは前記エンジン室と前記ダクト室の接続部分に設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のコージェネレーション装置としている。

請求項４の発明では、前記エンジン室内に室内温度を検知する温度センサが設けられ、前記室内温度が所定温度以下の時には前記換気ファンを停止するように制御されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のコージェネレーション装置としている。

請求項１の発明によれば、エンジン室の上方にラジエータ室とそれに隣接されたダクト室が配置され、エンジン室の空気を吸引しダクト室を介してラジエータ室に送風する換気ファンが設けられているので、エンジン室を効率的に冷却でき、これによって定格消費電力が小さい換気ファンを使用でき、かつ換気ファンを停止することが可能であるため、自己消費電力を低減し発電効率を向上できる。

請求項２の発明によれば、ダクト室がエンジンの上方に設けられているので、エンジン室内の空気の流れをエンジン室内冷却に適した流れにすることができ、冷却効率をさらに向上できる。特に発熱の大きなエンジンを効率的に冷却できる。

請求項３の発明によれば、換気ファンがエンジン室とダクト室の接続部分に設けられているので、換気ファンがエンジン室内の空気を効率的に吸引でき、冷却効率をさらに向上できる。

請求項４の発明によれば、室内温度が所定温度以下の時には換気ファンを停止するので、換気ファンに使用する消費電力をさらに低減でき、自己消費電力をさらに低減できる。

本発明者は特許文献１などの方法ではエンジンを冷却する効率が悪い原因を追究し、エンジン室内の通風の流れを研究した結果、本発明に至った。

以下、本発明の実施例について、図面に基づいて説明する。図１は本発明の一実施形態のコージェネレーション装置を説明する説明図である。このコージェネレーション装置は、エンジン２、発電機３、冷却水回路５、熱交換器６、ラジエータ２１、インバータ４１、制御装置４２、ラジエータファン２２および換気ファン３１などから構成されている。これらの機器はパッケージ１内に収納されている。パッケージ１の床は脚１ａによって持ち上げられ、床部分から外気を取り入れることができるようになっている。パッケージ１内は、エンジン室１０、ラジエータ室２０、ダクト室３０および制御室４０に区分けされている。図１で白抜き矢印は空気の流れを、→は冷却水の流れを、先端が黒塗り三角形の線矢印は貯湯水の流れを示している。

エンジン室１０内には、エンジン２、発電機３、熱交換器６などが収納されている。発電機３はエンジン２により駆動されて発電し、発電した電気はインバータ４１を介して外部の電力消費機器に利用される。エンジン２は天然ガスを燃料とする内燃機関エンジン（通称ガスエンジン）で定格７．４ｋＷである。

冷却水回路５はエンジン冷却水をポンプ４により循環する回路である。冷却水回路５は、エンジン２を冷却しながらエンジン２で発生した熱を回収するとともに、エンジン２から排出される排ガスの熱を回収するように構成されている。エンジン２の排ガス管路に冷却水回路５と熱交換する排ガス熱交換器２ｂが設けられ、冷却水回路５が排ガスの熱を回収するようになっている。冷却水回路５上には熱交換器６が設けられている。この熱交換器６は貯湯タンク（図示せず）の貯湯水を循環する貯湯水回路７と熱交換するもので、これにより本実施形態ではエンジン２で発生した熱をお湯として利用するようになっている。本実施形態では熱交換器６もエンジン室１０内に収納されている。エンジン室１０内にはその室内温度を検知するために温度センサ８が設けられている。温度センサ８は後述する仕切壁１ｂの下、すなわちエンジン室１０の天井に付設されている。図示されていないが、エンジン２、発電機３などを制御するための配線や燃料供給機器、燃焼用空気供給機器などの付属機器などもエンジン室１０内に収納されている。また発電機３で発電した電気を送電するための配線もエンジン室１０内に存在する。これらの配線や付属機器は、高温になると故障するので、エンジン室１０の室内温度を所定温度以下に保つ必要がある。

冷却水回路５にはラジエータ２１が設けられ、冷却水が所定温度以上にならないように放熱する。ラジエータ２１はラジエータ室２０内に収納されている。ラジエータ室２０内にはラジエータ２１を冷却するためのラジエータファン２２が設けられている。ラジエータファン２２は定格２５０Ｗのものを使用した。ラジエータファン２２はラジエータ２１を通るように外気をラジエータ室２０内に取り入れるとともに、エンジン室１０内の空気をラジエータ室２０内に取り入れ、これらの空気をラジエータ室２０からパッケージ１外に排出する。ラジエータ室２０はエンジン室１０の上に配置されている。ラジエータ室２０とエンジン室１０は仕切壁１ｂによって互いの室を直接空気が流通しないように仕切られている。仕切壁１ｂは、エンジン室１０の天井であるとともにラジエータ室２０の床である。仕切壁１ｂが存在するため、ラジエータファン２２などからラジエータ室２０内に侵入した雨水がエンジン室１０に入ることはない。

ダクト室３０はエンジン室１０の上に設けられている。またダクト室３０はラジエータ室２０に隣接している。ダクト室３０とラジエータ室２０の間は仕切壁１ｃによって仕切られている。仕切壁１ｃには開口部３３が設けられている。開口部３３にはラジエータ室２０への空気の流れ方向が下方となるように庇状部材３２が設けられている。これによりラジエータ室２０内に侵入した雨水がダクト室３０を介してエンジン室１０に入ることを防止している。ダクト室３０とエンジン室１０の接続部分にも開口部が設けられ、ここに換気ファン３１が設けられている。換気ファン３１は定格４０Ｗのものを使用した。ダクト室３０には上記した開口部以外の開口部は存在しない。本実施形態ではダクト室３０はエンジン２の上方に設けられている。

制御室４０はエンジン室１０の上に設けられている。制御室４０は、ダクト室３３に隣接するとともにラジエータ室２０の反対側に設けられ、エンジン室１０、ラジエータ室２０、ダクト室３０から隔離されている。制御室４０にはインバータ４１と制御装置４２が収納されている。制御装置４２はコジェネレーション装置全体を制御している。

次にコージェネレーション装置の動作について説明する。エンジン２が起動すると、エンジン２によって発電機３が駆動され、発電機３で発電された電気がインバータ４１を介して電力消費機器に送られる。エンジン２が起動されるとともにポンプ４も起動され、エンジン冷却水が冷却水回路５を、排ガス熱交換器２ｂ、エンジン２、熱交換器６、ラジエータ２１の順に循環される。冷却水温度が予め決められた所定温度以上になるとラジエータファン２２が起動され、外気をラジエータ室２０内に取り入れ、ラジエータ２１を冷却する。これにより冷却水温度を所定温度以下に冷却する。冷却水温度が予め決められた所定温度より低くなったらラジエータファン２２が停止される。ラジエータ２１で冷却水温度を冷却しすぎると熱の回収効率が低下するが、ラジエータファン２２の停止によって、それを防止する。ラジエータファン２２を起動する所定温度と、停止する所定温度とは同じであってもよいし、異なっていてもよい。

温度センサ８によって検知されたエンジン室１０の室内温度が所定温度以上になったとき、換気ファン３１が起動される。換気ファン３１によってエンジン室１０内の空気が吸引され、外気がエンジン室１０の底部より取り入れられる。これによりエンジン室１０内が冷却される。換気ファン３１によって吸引された空気はダクト室３０を通り、開口部３３、庇状部材３２と仕切壁１ｃとの間の空間を通りラジエータ室２０に送り込まれる。換気ファン３１が起動しているときには、基本的に冷却水温度も高くなっており、ラジエータファン２２が動作中である。換気ファン３１によってラジエータ室２０に送り込まれた空気は、ラジエータ２１側からラジエータ室２０に取り込まれた空気と一緒にラジエータファン２２によって大気中に放出される。

温度センサ８によって検知されたエンジン室１０の室内温度が所定温度より低くなった場合、換気ファン３１が停止される。このとき、ラジエータファン２２が動作中であればラジエータファン２２によってエンジン室１０の空気が換気ファン３１の隙間、ダクト室３０、ラジエータ室２０を介して吸引され、外気がエンジン室１０の底部より取り入れられ、エンジン室１０内が冷却される。なお、換気ファン３１を起動する所定温度と、停止する所定温度とは同じであってもよいし、異なっていてもよい。実施形態では同じ７８℃に設定されている。

エンジン室１０内のエンジン２、発電機３などの構造や配置をまったく同じにして、特許文献１にあるように換気ファンをエンジン室１０の外気取り入れ口に配置して換気ファンによって外気をエンジン室１０に送り込む試験を行った。エンジン室１０内の風速を測定したところ、この場合の風速は実施形態の場合の約１／２であった。このため、特許文献１の方法では、定格消費電力の大きな換気ファンを使用して常時動作させておくことが必要である。反対に、本発明の場合、定格消費電力の小さな換気ファン３１を使用しても、換気ファン３１を停止できるほど冷却効率が優れていた。実際の試験でかなりの停止時間を確保できることがわかっている。これにより本発明では自己消費電力が低減できる。

実施形態ではダクト室３０がエンジン２の上方に設けられているが、エンジン２の上方よりずれた位置に設けてもよい。しかし、ダクト室をエンジンの上方に設ければ、エンジン室内の空気の流れをスムーズにできエンジン室内冷却に適した流れにすることができる。特に発熱の大きなエンジンの周囲に空気が流れやすいので、効率的な冷却ができる。これにより冷却効率を向上でき、その結果、換気ファンに使用する消費電力が節約でき、自己消費電力を低減できる。

実施形態では換気ファン３１はエンジン室１０とダクト室３０の接続部分に設けられているが、エンジン室１０の空気を吸引しダクト室３０を介してラジエータ室に送風できれば、どこに設けてもよい。例えば、図２のようにダクト室３０とラジエータ室２０の接続部分すなわち開口部３３の部分に換気ファン３４を設けてもよい。またダクト室３０内の適当な位置に設けてもよいし、ダクト室３０からエンジン室１０に突き出した位置に設けてもよい。しかし、換気ファンをエンジン室とダクト室の接続部分に設ければ、換気ファンによってエンジン室内の空気が効率的に吸引され、冷却効率をさらに向上できる。

換気ファン３１は常時動作させても定格消費電力が小さいファンを使用することができるので、自己消費電力を低減できる、しかし、本発明の構成では冷却効率がよいので、室内温度が所定温度以下の時に換気ファン３１を停止することによって、換気ファンに使用する消費電力をさらに低減でき、自己消費電力をさらに低減できる。また冷却しすぎることがないので、エンジン２の熱を有効に利用できる。

本発明の一実施形態のコージェネレーション装置を説明する説明図 本発明の別の実施形態のコージェネレーション装置を説明する説明図

符号の説明

１…パッケージ
２…エンジン
３…発電機
５…冷却水回路
８…温度センサ
１０…エンジン室
２０…ラジエータ室
２１…ラジエータ
２２…ラジエータファン
３０…ダクト室
３１…換気ファン

Claims (4)

1. エンジンにより発電機を駆動するとともに前記エンジンで発生する熱を利用するコージェネレーション装置において、
   前記エンジンと前記発電機を収納するエンジン室と、
   該エンジン室の上方に配置され前記エンジンの冷却水回路に設けられたラジエータおよび該ラジエータを空冷するラジエータファンが設けられたラジエータ室と、
   前記エンジン室の上方に配置され前記ラジエータ室に隣接し、前記エンジン室と前記ラジエータ室との間の通路となるダクト室と、
   前記エンジン室の空気を吸引し前記ダクト室を介して前記ラジエータ室に送風する換気ファンが設けられていることを特徴とするコージェネレーション装置。
2. 前記ダクト室は前記エンジンの上方に設けられていることを特徴とする請求項１記載のコージェネレーション装置。
3. 前記換気ファンは前記エンジン室と前記ダクト室の接続部分に設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のコージェネレーション装置。
4. 前記エンジン室内に室内温度を検知する温度センサが設けられ、前記室内温度が所定温度以下の時には前記換気ファンを停止するように制御されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のコージェネレーション装置。

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