JP2009275658A - 排気カバー - Google Patents

Abstract

【課題】コジェネレーションユニットからの排気ガスの排出部がユニットケースの天板に設置される排出部構造を採用するコジェネレーションユニットにおいて、排出部からケース天板に沿う排気ガスの流れをなくして、ケース天板上での排気ガスの結露による水溜りの発生やさびの発生を防止する排気カバーを提供すること。
【解決手段】エンジンを動力源とした発電機と給湯システムとが組み込まれたコジェネレーションユニット１０３の天板１０７に、台座部３を介して取付けられ、内部に排気通路が形成される円筒部７と、該円筒部７の上部の周方向の一部壁面に軸方向に形成される複数のスリットからなる排気口１５と、円筒部７の中心に対して排気口１５と反対側の壁面から排気口１５の上端部に掛けて円弧状に湾曲した背面部１９とを有し、円筒部７内を下方から上方へ流れる排気ガスを背面部１９と円筒部７内の周壁とによって排気口１５に導くようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンを動力源とした発電機と該エンジンの排熱を利用した給湯システムとが組み込まれたコジェネレーションユニットにおいて、ユニットケースからエンジンの排気ガスを外部へ排出する排出部に設けられる排気カバーに関するものである。

都市ガスを燃料としたガスエンジン等を動力源とした発電機と、該ガスエンジンの排熱を利用した給湯システムとをユニット化したコジェネレーションユニットが知られており、近年、家庭用等に使用する比較的小型のユニットが普及し始めている。
この種のガスエンジンに用いられる排気熱交換器では排気が冷却されるため排気が凝縮して凝縮水が生じやすく、また、前記コジェネレーション装置が家庭用等に自家発電として利用される場合には排気騒音の低減のために、複数の排気サイレンサが設けられ、そのサイレンサでは排気がチャンバ内で膨張することによって低温化して排気中の水分がさらに凝縮して凝縮水が発生しやすい。

図８に示すように、排気通路１０１から凝縮水を分離排出しやすくするために、排気ガスの排出部はコジェネレーションユニット１０３のユニットケース１０５の天板１０７に設けられている。そして、この排出部には排気カバー１０９が設けられているが、排気口を真上方向に向けると、子供のいたずらや、鳥の糞の浸入等で該排出部が塞がれるおそれがあるため、横方向を向いて、かつ周囲に障害物がない方向を指向して排出されるように設置されている。

一方、このようなコジェネレーション装置については、特許文献１（特開２００６−２８３５７９号公報）、特許文献２（特開２００６−９７６４６号公報）が知られており、特許文献１においては、排気ガス中の水蒸気が排気通路内で凍結するのを防止するために、熱媒体の循環経路に電熱ヒータを設ける構成が示され、さらには排気ガスをユニット装置から排出する排出部をユニットケースの天板に設置して、排気カバーで横方向に排気ガスを排出する構成が示されている（図８参照）。
また、特許文献２においては、平面視長方形状のケース内に、発電機と、発電機用エンジンと、エンジンの排熱を利用した熱交換器とをパッケージングするレイアウトについて示され、そこに、ケースの天板部に排気ガスの排出部が設けられている構成が示されている。

特開２００６−２８３５７９号公報 特開２００６−９７６４６号公報

しかし、図８に示すような横方向へ排出する排気カバー１０９では、排気の一部がユニットケース１０５の天板１０７に沿って流れるおそれがあり、さらに、排気ガスが排気熱交換器や排気サイレンサで温度低下しているため、排気中の水分が凝縮して凝縮水が発生しやすく、天板１０７に排気ガスが触れると、結露して天板１０７の上面に水溜りが生じやすく、さびの発生の問題、また見栄上も好ましくない。

また、前記特許文献１、特許文献２には、ユニットケースの天板部に排出部を設置することは示されているだけであり、排出部の排気カバーの構造については詳細には示されてなく、天板上面での水溜りの発生やさびの発生の問題についての解決技術については示されていない。

そこで、本発明は、このような背景に鑑みなされたものであり、コジェネレーションユニットからの排気ガスの排出部がユニットケースの天板に設置される排出部構造を採用するコジェネレーションユニットにおいて、排出部からケース天板に沿う排気ガスの流れをなくして、ケース天板上での排気ガスの結露による水溜りの発生やさびの発生を防止する排気カバーを提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明は、エンジンを動力源とした発電機と該エンジンの排熱を利用した給湯システムとが組み込まれたコジェネレーションユニットにおける前記エンジンからの排気ガスをユニットケースから外部へ排出する排出部に設けられる排気カバーにおいて、前記ユニットケースの天板に台座部を介して取付けられ内部に排気通路が形成される円筒形状の円筒部と、該円筒部の上部の周方向の一部壁面に円筒部の軸方向に形成される複数のスリット状の排気口と、円筒部中心に対して前記排気口と反対側の壁面から排気口上端部に掛けて円弧状に湾曲した背面部とを有し、前記円筒部内を下方から上方へ流れる排気ガスを前記背面部と円筒部内の周壁とによって前記排気口に導くように構成したことを特徴とする。

かかる発明によれば、円筒部内の排気通路を下方から上方へ流れる排気ガスは、円筒部中心に対して排気口と反対側の壁面から排気口上端部に掛けて円弧状に湾曲した背面部によって排気口に導かれ、さらに、円筒形状の内壁の周方向に沿って排気口に集まるように流れるため、排気口から排出される排気ガスの流出速度が高く維持されて、ユニットケースの天板方向への排出をなくして、天板上に排気ガスが接触して結露が発生することを防止できる。

本発明において、好ましくは、前記排気口の複数のスリットは円筒部の径方向に対して直角な一方向を指向して形成されるとよい、すなわち複数のスリットの指向性は放射状ではなく、円筒部の径方向に対して直角な一方向を指向しているため、排気ガスの排出速度が高く維持され、ユニットケースの天板方向への速度成分を持つ排出がさらに防止される。

また、好ましくは、前記円筒部は上方の径が下方より小さくなった円錐台形状に形成されているとよく、円錐台形状とすることによって、上方の排気口へ向かうに従って排気通路が絞られるため、排気口からの排気ガスの排出速度が高く維持され、ユニットケースの天板方向への速度成分を持つ排出がさらに防止される。そして、排気口の開口面が水平方向に対して約１０°程度上方を指向しているとよい。

また、好ましくは、前記複数のスリット状の排気口は、円筒部の周壁に沿って形成され、複数スリットの両サイドのスリットの開口面積が中央部のスリットの開口面積より小さく形成されているとよく、排出速度は中央のスリットよりも両サイドのスリットの方が低下しやすいが、開口面積が両サイドのスリット部の方を中央のスリット部より小さくしているため、排出速度の低下を回避でき、複数スリットの両側のスリットからの排出も流速を高く維持でき、ユニットケースの天板方向への速度成分をさらになくすことができる。

また、好ましくは、該円筒部の上部側に形成された複数のスリット状の排気口と、該排気口の下部の前記円筒部壁面との間に棚部が形成されるとよく、排気口の下部の円筒部壁面との間の棚部によって、複数のスリットからの排気が排出後すぐに下方向に向かうことが回避されるため、ユニットケースの天板方向への速度成分をさらになくすことができる。

本発明によれば、コジェネレーションユニットからの排気ガスの排出部がユニットケースの天板に設置される排出部構造を採用するコジェネレーションユニットにおいて、排出部からケース天板に沿う排気ガスの流れをなくして、ケース天板上での排気ガスの結露による水溜りの発生やさびの発生を防止する排気カバーを提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。但しこの実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

図１は、本発明の実施形態にかかる排気カバー１の全体斜視図を示し、図１（ａ）は後方斜視図を示し、図１（ｂ）は前方斜視図を示す。
図１において、排気カバー１は、図８で示すコジェネレーションユニット１０３のユニットケース１０５の天板１０７に設けられ、エンジンからの排気ガスを該ユニットケース１０５外に排出する排出部に装着されている。

このコジェネレーションユニット１０３は、家庭用のコジェネレーションユニットであり、都市ガス等を燃料とするガスエンジン等のエンジンを動力源として発電、およびガスエンジンの排熱を利用して給湯を行うものであり、前記のようにガスエンジンからの排気ガスをユニットケース１０５外に天板１０７から排出する構成になっている。

図２は、排気カバー１の全体構成を示す平面図であり、図３は正面図であり、図４は側面図であり、図５は図２のＡ−Ａ線断面図である。
排気カバー１は、天板１０７に、該排気カバー１を取付ける円形の台座部３と、該台座部３から立設され内部に排気通路５が形成される円筒形状の円筒部７から主になっていて、樹脂にて一体成形されている。台座部３には排気カバー１を天板１０７に固定するためのビスが貫通する固定穴１１が形成され、排気カバー１の向きを変えることができるように９０°毎に設けられている。

また、円筒部７の底部は円形の台座部３の中心部と同心状に位置し、上方に向かうに従って、径が小さくなるように正面視で垂直に対して約５°の傾斜（図３参照）を有して形成され、さらに後方側に約１０°の傾斜（図４参照）を有して傾くように立設されている。

円筒部７の上部の一方側の壁面部には円筒部７の軸方向に延びて長方形状に開口された４本のスリット１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄからなる排気口１５が形成されている。そして、円筒部７の中心部に対して該排気口１５と反対側の壁面から円筒部７の頂部１７さらに排気口１５の上端部に掛けて半径Ｒの円弧状に湾曲した背面部１９が形成されている。
排気口１５の上端部における半径Ｒの円弧形状の接線方向は上方に約１０°程度上向きになっている（図４参照）。

このように、円筒部７内の排気通路５を下方から上方へ流れる排気ガスは、背面部１９によって排気口１５に導かれる（図５矢印Ｂ）とともに、さらに、円筒部７の円筒形状によって、内壁の周方向に沿う流れが排気口１５に集まるように流れ、４本のスリットの両サイドから中央部のスリット１３ｂ、１３ｃに排気ガスが集められるように（図２矢印Ｃ）流れる。このため、４本のスリット１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄから排出される排気ガスの流出速度が高く維持され、特に、複数スリットの中央部のスリット１３ｂ、１３ｃだけでなく、両サイドのスリット１３ａ、１３ｄからの排出流速を高く維持でき、ユニットケースの天板方向への速度成分をもつ排出をなくして、天板上に排気ガスが接触して結露が発生することを防止できる。

また、排気口１５を構成する４本のスリット１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄは円筒部７の径方向に対して直角な一方向を指向して形成されている。すなわち、図２の矢印Ｄで示すように、各スリットからの排出方向が同一の一方向に向かっている。
従って、各スリットからの指向性は放射状ではなく、一方向のため、排気ガスの排出速度が分散されず高い速度が維持されるため、ユニットケースの天板方向への速度成分を持つ排出が防止される。
また、排気口１５は水平より上方に約１０°向いて排出されるため（図４参照）、ユニットケース１０５の天板１０７へ一層接触しにくくなる。なお、あまり大きい角度で上方向を指向して排出するようにすると、外部からゴミや鳥の糞等の異物が侵入しやすくなる。

さらに、前記円筒部７は上方の径が下方より小さくなった円錐台形状に形成されているため、すなわち、図３のように上方が絞られているため、上方に向かうにつれて速度が速められることで、背面部１９による排気口１５への導き作用および、円筒部７の円筒形状による内壁の周方向に沿う流れを排気口１５に集める作用が効果的に得られるようになる。

また、前記４本のスリット１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄは、円筒部７の周壁に沿って形成されるとともに、両サイドのスリット１３ａ、１３ｄの開口面積は、中央部のスリット１３ｂ、１３ｃの開口面積より小さく形成されている。
このため、両サイドのスリット１３ａ、１３ｄに対する排出速度の低下を回避でき、両側のスリット１３ａ、１３ｄからの排出速度を高く維持でき、ユニットケース１０５の天板１０７方向への速度成分をさらになくすことができる。

また、図２、図４に示すように、円筒部７の上部側に形成された４本のスリット状の排気口１５と、該排気口１５の下部の円筒部７の壁面との間に棚部２１が張り出して形成され、さらに前記排気口１５の下部の円筒部７の壁面の高さが円筒部７の全高の略１／３以上形成されている。このため、複数のスリット１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄからの排気が排出後すぐに下方向に向かうことが回避され、さらに向かったとしても、円筒部７の壁面の高さがあるため、排気ガスのユニットケース１０５の天板１０７への接触が防げられる。

次に、以上の構成からなる排気カバー１について、排気特性の解析結果を説明する。図６（ａ）（ｂ）は、比較例の解析結果を示すものであり、該比較例の排気カバー５０は、排気カバー５０を取付ける円形の台座部５２と、該台座部５２から立設され内部に排気通路５４が形成される箱型の突出部５６から主になっていて、該箱型の突出部５６の一側面には縦方向に同一形状のスリット５８ａ、５８ｂ、５８ｃ、５８ｄが形成されている。

そして、排気ガス相当のガス物性の試験ガスを流入速度を略２４ｍ／ｓで排気カバーに流して、熱流体解析（ＣＦＤ解析：Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ Ｆｌｕｉｄ Ｄｙｎａｍｉｃｓ解析）を行ってスリット５８ａ、５８ｂ、５８ｃ、５８ｄからの排出速度と、方向、温度を解析した。
図６（ａ）は、中央寄りのスリット５８ｂ、５８ｃから排出されるガス流線を示し、（ｂ）はサイド寄りのスリット５８ａ、５８ｄからの排出されるガス流線を示す。

この結果より、中央寄りのスリット５８ｂ、５８ｃからの排気ガスは、斜め上方向に排出されていることがわかり、天板１０７の方向に向かう成分は見られなかったが、サイド寄りのスリット５８ａ、５８ｄからの排気ガスは、図６（ｂ）のように主流Ｐは斜め上向きであるが、一部、天板１０７に沿う流れＱが見られた。

これは、突出部５６内の排気通室を下から上へ流れる排気ガスに対して、背面の傾斜部６０によってスリット５８ａ、５８ｂ、５８ｃ、５８ｄに向かうようにするが、突出部５６が箱形であり、スリットが設けられていない両側壁部が平面形状のため、本発明のように円筒内壁の周方向に沿ってスリット部分に寄せ集める流れが生じないため、サイド寄りのスリット５８ａ、５８ｄに対しては、排出流速が十分得られないためと考えられる。

さらに、比較例においては、傾斜部６０のスリット５８ａ、５８ｂ、５８ｃ、５８ｄの上端部における接線方向が、水平方向であるため、上方向に排出しにくい角度設定になっていて、排出流速が上方向に十分得られずサイド寄りのスリット５８ａ、５８ｄからの排気ガスに対して一層、下方に向かって天板１０７に沿う流れを生じやすくなっていると考えられる。

一方、本発明の排気カバー１による比較例と同一条件での解析結果を、図７（ａ）、（ｂ）に示す。
図６と同様に、中央寄りのスリット１３ｂ、１３ｃから排出されるガス流線を、図（ａ）に示し、サイド寄りのスリット１３ａ、１３ｄから排出されるガス流線を、図（ｂ）に示す。

中央寄りのスリット１３ｂ、１３ｃからの排気ガスは、斜め上方向に排出されて天板１０７の方向に向かう成分は見られなかった。さらに、比較例に対してより上方向へ排出されていることが見られた。
また、両サイドのスリット１３ａ、１３ｄからの排気ガスは、斜め上方に向けて排出され天板１０７に沿う流れは見らなかった。

以上の解析結果より、本発明の排気カバー１によれば、コジェネレーションユニットからの排気ガスの排気口１５がユニットケースの天板１０７に設置される排出部構造を採用するコジェネレーションユニットにおいて、排気口１５から天板１０７に沿う排気ガスの流れをなくすことが確認された。
そして、このような排気カバー１を採用することで、天板１０７上での排気ガスの結露による水溜りの発生やさびの発生を防止することができる。

本発明によれば、コジェネレーションユニットからの排気ガスの排出部がユニットケースの天板に設置される排出部構造を採用するコジェネレーションユニットにおいて、排出部からケース天板に沿う排気ガスの流れをなくして、ケース天板上での排気ガスの結露による水溜りの発生やさびの発生を防止する排気カバーを提供できるので、コジェネレーション装置におけるエンジンからの排気ガスをユニット外に排出する排出部の排気カバーに適用に際して有益である。

本発明の実施形態にかかる排気カバーの全体斜視図であり、（ａ）は後方斜視図を、（ｂ）は前方斜視図である。 排気カバーの平面図である。 排気カバーの正面図である。 排気カバーの側面図である。 図２のＡ−Ａ線断面図である。 比較例の排気カバーにおける熱流体解析結果示す特性図である。 本発明の排気カバーにおける熱流体解析結果示す特性図である。 従来技術の説明図である。

符号の説明

１ 排気カバー
３ 台座部
５ 排気通路
７ 円筒部
１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ スリット
１５ 排気口
１９ 背面部
２１ 棚部
１０３ コジェネレーションユニット
１０５ ユニットケース
１０７ 天板

Claims (6)

1. エンジンを動力源とした発電機と該エンジンの排熱を利用した給湯システムとが組み込まれたコジェネレーションユニットにおける前記エンジンからの排気ガスをユニットケースから外部へ排出する排出部に設けられる排気カバーにおいて、
   前記ユニットケースの天板に台座部を介して取付けられ内部に排気通路が形成される円筒形状の円筒部と、該円筒部の上部の周方向の一部壁面に円筒部の軸方向に形成される複数のスリット状の排気口と、円筒部中心に対して前記排気口と反対側の壁面から排気口上端部に掛けて円弧状に湾曲した背面部とを有し、前記円筒部内を下方から上方へ流れる排気ガスを前記背面部と円筒部内の周壁とによって前記排気口に導くように構成したことを特徴とする排気カバー。
2. 前記排気口の複数のスリットは円筒部の径方向に対して直角な一方向を指向して形成されることを特徴とする請求項１記載の排気カバー。
3. 前記円筒部は上方の径が下方より小さくなった円錐台形状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の排気カバー。
4. 前記複数のスリット状の排気口が、水平方向に対して約１０°上方を指向していることを特徴とする請求項３記載の排気カバー。
5. 前記複数のスリット状の排気口は、円筒部の周壁に沿って形成され、複数スリットの両サイドのスリットの開口面積が中央部のスリットの開口面積より小さく形成されていることを特徴とする請求項１記載の排気カバー。
6. 該円筒部の上部側に形成された複数のスリット状の排気口と、該排気口の下部の前記円筒部壁面との間に棚部が形成されることを特徴とする請求項１記載の排気カバー。

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