JP2010209877A

JP2010209877A - エンジンの水冷却装置

Info

Publication number: JP2010209877A
Application number: JP2009059432A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Koyanagi; 晋一小柳
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2009-03-12
Filing date: 2009-03-12
Publication date: 2010-09-24
Anticipated expiration: 2029-03-12
Also published as: JP5235735B2

Abstract

【課題】発電装置を駆動するエンジンの冷却を水槽循環冷却方式で行うものにおいて、低負荷時の冷却流量の過剰供給を抑制し、省力化を図る。
【解決手段】地下水槽５から減圧水槽６へ供給する冷却水量を調整する汲み上げ用ポンプ３を駆動する電動機Ｍの回転数を制御するインバータ制御装置９と、エンジン本体１の出力状態を検出しインバータ制御装置９に入力するエンジン出力検出手段を備え、インバータ制御装置９は、エンジン本体１の出力状態に応じて電動機Ｍの回転数を制御することにより、汲み上げ用ポンプ３の出力を制御して、地下水槽５から減圧水槽６へ供給する冷却水量を調整するようにした。
【選択図】図１

Description

この発明は、エンジンを有した発電設備において、エンジンの冷却を水槽循環冷却方式で行うエンジンの水冷却装置に関するものである。

図５は一般的な水槽循環冷却方式によるエンジンの水冷却装置を示す概略構成図であり、図５において、１はエンジン本体であり負荷である発電機Ｇを駆動する。２はエンジン本体１に冷却水を送る冷却水ポンプであり、図示しない電動機によって駆動される。３は地下水槽から減圧水槽に冷却水を汲み上げる汲み上げ用ポンプ、４は排水管内を大気圧に戻すサイフォンブレーカ、５は地下水槽、６は減圧水槽、７はボールタップ、８は地下水槽５のオーバーフロー管である。
このような構成において、エンジンの停止時は減圧水槽６の水位により冷却水ポンプ２およびエンジン本体１は冷却水で満たされている。エンジン本体１が起動するとエンジンに装備された冷却水ポンプ２が運転を始め、減圧水槽６から冷却水をエンジン本体１に供給する。エンジン本体１を冷却した冷却水は、地下水槽５に排水される。併せて、減圧水槽６の冷却水減少に対し、冷却水汲み上げ用ポンプ３を起動し、地下水槽５から減圧水槽６に冷却水を供給する。

また、特許文献１の第１０図には、下部タンク５の水を上部タンク９に補給するための吸い上げ用のポンプのモータが、自動制御コントローラ１２によって制御されるインバータにより駆動される構成が示されている。

特開昭６２−２０３９８６号公報（第１０図）

上述の図５に示す従来の水槽循環冷却方式の水冷却装置においては、冷却設備として地下水槽５と減圧水槽６を備えており、地下水槽５から冷却用水を減圧水槽６に一旦汲み上げ、減圧水槽６からエンジン本体１へ供給し、冷却を行った後、冷却水は地下水槽５に戻される。水槽の温度上昇限度までは上記循環でエンジンの冷却が行われる。
エンジンはその運転状態で発熱する状況が変化するが、上記冷却方式では地下水槽５から冷却用水を減圧水槽６に汲上げる際に、エンジン１の発熱がもっとも大きい定格出力運転を行った場合を想定して冷却水量と、水量にみあった配管サイズ、及び地下水槽から減圧水槽へ冷却水をくみ上げるポンプの能力を選定している。そして、エンジン１を定格運転以下で運転する場合は、余分な冷却水をオーバーフローとしてオーバーフロー管８を通じて地下水槽５に戻している。すなわち、エンジン１の冷却に対し過剰な量の冷却水を地下水槽５から減圧水槽６に供給し、余剰分をオーバーフロー管８で地下水槽５に戻すという無駄が発生する問題点があった。

また、特許文献１においても、エンジンの出力状態に応じてインバータを制御することは考慮されておらず、図５に示す従来装置と同様の問題点を有するものである。

この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、エンジンの運転状態に応じた冷却水の供給を地下水槽から減圧水槽に行うよう構成することにより、ポンプの使用電力を削減することができ、また、エンジンの冷却に必要な最適な冷却水量を供給でき、初期投資、維持経費の少ないエンジンの水冷却装置を得ることを目的とする。

この発明に係わるエンジンの水冷却装置は、第１の水槽（減圧水槽）と、この第１の水槽から負荷を駆動するエンジン本体に冷却水を供給する冷却水ポンプと、前記エンジン本体と離隔して設置された第２の水槽（地下水槽）と、電動機によって駆動され前記第２の水槽から前記第１の水槽へ供給する冷却水量を調整する汲み上げ用ポンプと、前記電動機の回転数を制御し前記汲み上げ用ポンプの出力を制御するインバータ制御装置、および、前記エンジン本体の出力状態を検出し前記インバータ制御装置に入力するエンジン出力検出手段を備え、前記インバータ制御装置は、前記エンジン出力検出手段からの入力により、前記エンジン本体の出力状態に応じて前記電動機の回転数を制御することにより、前記第２の水槽から前記第１の水槽へ供給する冷却水量を調整するようにしたことを特徴とするエンジンの水冷却装置。

この発明のエンジンの水冷却装置によれば、エンジン運転中の冷却水汲み上げ用ポンプの使用電力を削減することができる。また、地下水槽から減圧水槽に供給する冷却水量を調整することで、エンジンの冷却に必要な最適な冷却水量を供給でき、オーバーフロー水量を削減し、オーバーフロー管のサイズを小さくすることができるため、初期投資、維持経費の少ないエンジンの水冷却装置が得られる効果がある。

上述した、またその他の、この発明の目的、特徴、効果は、以下の実施の形態における詳細な説明および図面の記載からより明らかとなるであろう。

この発明の実施の形態１におけるエンジンの水冷却装置を示す概略構成図である。この発明の実施の形態２におけるエンジンの水冷却装置を示す概略構成図である。この発明の実施の形態３におけるエンジンの水冷却装置を示す概略構成図である。この発明の実施の形態４におけるエンジンの水冷却装置を示す概略構成図である。従来の水槽循環冷却方式によるエンジンの水冷却装置を示す概略構成図である。

以下、この発明の実施の形態のエンジンの水冷却装置について、図面を参照して説明する。なお、各図中、同一符号は、同一あるいは相当部分を示すものとする。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１のエンジンの水冷却装置を示す概略構成図である。
図１において、１はエンジン本体であり負荷である発電機Ｇを駆動する。２はエンジン本体１に冷却水を送る冷却水ポンプであり、図示しない電動機によって駆動される。３は地下水槽から減圧水槽に冷却水を汲み上げる汲み上げ用ポンプであり、電動機Ｍによって駆動される。４は排水管内を大気圧に戻すサイフォンブレーカ、５は地下水槽（以下、第２の水槽ともいう。）、６は減圧水槽（以下、第１の水槽ともいう。）、７はボールタップ、８は地下水槽５のオーバーフロー管、９は電動機Ｍの回転数を制御し、汲み上げ用ポンプ３の出力を制御するインバータ制御装置である。

次に動作について説明する。エンジン停止時減圧水槽６の水位により、冷却水ポンプ２及びエンジン本体１は冷却水で満たされている。エンジン本体１が起動すると、エンジン本体１に直結された冷却水ポンプ２が運転を始め、エンジン本体１に冷却水を供給し、冷却水はエンジンを冷却した後、地下水槽５に戻される。そして、エンジン本体１への冷却水供給により減圧水槽６から減少した冷却水を、地下水槽５から冷却水汲み上げ用ポンプ３で減圧水槽６に供給する。

ここで、この実施の形態１においては、図示しないエンジン出力検出手段によってエンジン本体１の出力を計測して、インバータ制御装置９へ検出した信号を入力し、インバータ制御装置９は、エンジン本体１の出力に応じて、冷却水汲み上げ用ポンプ３のモータＭの回転数を制御するよう構成されている。すなわち、エンジン本体１の出力が定格出力以下のときは、インバータ制御装置９により汲み上げ用ポンプ３のモータＭの回転数を小さくし、地下水槽５から減圧水槽６へ供給する冷却水量を減少させる。
また、エンジン出力が上昇するとモータＭの回転数を上昇させ、地下水槽５から減圧水槽６へ供給する冷却水量を増加させる。この制御により、エンジン出力に応じた汲み上げ用ポンプ３の出力制御を行うことで汲み上げ用ポンプ３の使用電力を削減することができる。また、適正な冷却水量を減圧水槽６に供給することで、今まで過剰に供給していた冷却水量を調整することでオーバーフロー水量を削減し、オーバーフロー管８のサイズを小さくすることができる。

以上のように、この発明の実施の形態１のエンジンの水冷却装置によれば、エンジン運転中の冷却水汲み上げ用ポンプの使用電力を削減することができる。また、エンジンの運転状態に応じて減圧水槽に供給する冷却水量を調整することで、エンジンの冷却に必要な最適な冷却水量を供給でき、オーバーフロー水量を削減し、オーバーフロー管のサイズを小さくすることができるため、初期投資、維持経費の少ないエンジンの水冷却装置が得られる効果がある。

実施の形態２．
図２はこの発明の実施の形態２のエンジンの水冷却装置を示す概略構成図である。
この実施の形態２が実施の形態１と異なるところは、図２に示すように、インバータ制御装置９が、汲み上げ用ポンプ３に変えて、エンジン機付冷却水ポンプ２のモータ（図示せず）の速度制御を行うよう構成した点である。尚、その他の構成は、図１と同様であるから説明を省略する。

次に動作について説明する。エンジン停止時減圧水槽６の水位により、冷却水ポンプ２及びエンジン本体１は冷却水で満たされている。エンジン本体１が起動するとエンジン本体１に装備された冷却水ポンプ２が運転を始め、エンジン本体１に冷却水を供給し、冷却水はエンジンを冷却した後、地下水槽５に戻される。

ここで、この実施の形態２においては、図示しないエンジン出力検出手段によってエンジン本体１の出力を計測して、インバータ制御装置９へ信号を入力し、インバータ制御装置９は、エンジン本体１の出力に応じて、冷却水ポンプ２のモータの回転数を制御するよう構成されている。すなわち、エンジン本体１の出力が定格出力以下のときはインバータ制御装置９により冷却水ポンプ２のモータの回転数を小さくし、減圧水槽６からエンジン本体１へ供給する冷却水量を減少させる。
また、エンジン出力が上昇するとモータの回転数を上昇させ、減圧水槽６からエンジン本体１へ供給する冷却水量を増加させる。この制御により、エンジン出力に応じた冷却水ポンプ２の出力制御を行うことで冷却水ポンプ２の使用電力を削減することができる。
また、適正な冷却水量をエンジン本体１に供給することで、今まで過剰にエンジンに供給していた冷却水量を調整することができ、地下水槽５から減圧水槽６への汲み上げ水量を調整することが出来、オーバーフロー水量を削減し、オーバーフロー管のサイズを小さくすることができる。

以上のように、この発明の実施の形態２のエンジンの水冷却装置によれば、エンジン運転中のエンジン機付冷却水ポンプの使用電力を削減することができる。また、エンジンの運転状態に応じた適正な冷却水量をエンジン本体１に供給することができるので、オーバーフロー水量を削減し、オーバーフロー管のサイズを小さくすることができるため、初期投資、維持経費の少ないエンジンの水冷却装置が得られる効果がある。

実施の形態３．
図３はこの発明の実施の形態３のエンジンの水冷却装置を示す概略構成図である。
この実施の形態３のエンジンの水冷却装置は、図３に示すように、上述の実施の形態１と２で説明した２つの実施形態を複合し、エンジン本体１へ供給する冷却水量と、地下水槽５から減圧水槽６に供給する冷却水量を、エンジン本体１の出力状態に応じて共に調整するよう構成したものである。

この実施の形態３によれば、実施の形態１、２に比し、よりきめ細かな制御を行うことができ、エンジン運転中の冷却水汲み上げ用ポンプ３の使用電力とエンジン機付冷却水ポンプ２の使用電力を削減することができる。また、エンジンの運転状態に応じた適正な冷却水量をエンジン本体１に供給することができ、さらには、地下水槽５から減圧水槽６に供給する冷却水量を調整することで、オーバーフロー水量を削減し、オーバーフロー管のサイズを小さくすることができるため、初期投資、維持経費の少ない装置が得られる効果がある。

実施の形態４．
図４はこの発明の実施の形態４のエンジンの水冷却装置を示す概略構成図である。
この実施の形態４のエンジンの水冷却装置は、図４に示すように、上述の実施の形態１、２、３で説明したエンジンの水冷却装置を、複数台の発電装置に適用したものである。
すなわち、複数のエンジン本体１の出力状態を各々のエンジン出力検出手段（図示せず）で検出してインバータ制御装置９に入力し、インバータ制御装置９は、各々のエンジン本体１の出力状態に応じて、各々の冷却水ポンプ２および汲み上げポンプ３の電動機の回転数を制御することにより、各冷却水ポンプ２および汲み上げポンプ３の出力を制御して、各エンジン本体１へ供給する冷却水量と、各地下水槽５から各減圧水槽６に供給する冷却水量を同時に調整するよう構成したものである。

この実施の形態４によれば、複数台の発電装置において、エンジン運転中の冷却水汲み上げ用ポンプ３およびエンジン機付冷却水ポンプ２の使用電力を削減することができる。
また、複数台のエンジンの運転状態に応じた適正な冷却水量を各エンジン本体に供給することができ、さらには、各地下水槽から各減圧水槽に供給する冷却水量を調整することで、オーバーフロー水量を削減し、オーバーフロー管のサイズを小さくすることができるため、初期投資、維持経費の少ない装置が得られる効果がある。

１エンジン本体、２冷却水ポンプ、３汲み上げ用ポンプ、
５地下水槽（第２の水槽）、６減圧水槽（第１の水槽）、
８オーバーフロー管、９インバータ制御装置、
Ｍ電動機、Ｇ発電機

Claims

第１の水槽（減圧水槽）と、この第１の水槽から負荷を駆動するエンジン本体に冷却水を供給する冷却水ポンプと、前記エンジン本体と離隔して設置された第２の水槽（地下水槽）と、電動機によって駆動され前記第２の水槽から前記第１の水槽へ供給する冷却水量を調整する汲み上げ用ポンプと、前記電動機の回転数を制御し前記汲み上げ用ポンプの出力を制御するインバータ制御装置、および、前記エンジン本体の出力状態を検出し前記インバータ制御装置に入力するエンジン出力検出手段を備え、前記インバータ制御装置は、前記エンジン出力検出手段からの入力により、前記エンジン本体の出力状態に応じて前記電動機の回転数を制御することにより、前記第２の水槽から前記第１の水槽へ供給する冷却水量を調整するようにしたことを特徴とするエンジンの水冷却装置。
第１の水槽（減圧水槽）と、電動機によって駆動され前記第１の水槽から負荷を駆動するエンジン本体に冷却水を供給する冷却水ポンプと、前記エンジン本体と離隔して設置された第２の水槽（地下水槽）と、前記第２の水槽から前記第１の水槽へ供給する冷却水量を調整する汲み上げ用ポンプと、前記電動機の回転数を制御し前記冷却水ポンプの出力を制御するインバータ制御装置、および、前記エンジン本体の出力状態を検出し前記インバータ制御装置に入力するエンジン出力検出手段を備え、前記インバータ制御装置は、前記エンジン出力検出手段からの入力により、前記エンジン本体の出力状態に応じて前記電動機の回転数を制御することにより、前記第１の水槽から前記エンジン本体へ供給する冷却水量を調整するようにしたことを特徴とするエンジンの水冷却装置。
第１の水槽（減圧水槽）と、第１の電動機によって駆動され前記第１の水槽から負荷を駆動するエンジン本体に冷却水を供給する冷却水ポンプと、前記エンジン本体と離隔して設置された第２の水槽（地下水槽）と、第２の電動機によって駆動され前記第２の水槽から前記第１の水槽へ供給する冷却水量を調整する汲み上げ用ポンプと、前記第１および第２の電動機の回転数を制御し、前記冷却水ポンプおよび前記汲み上げ用ポンプの出力を制御するインバータ制御装置、および、前記エンジン本体の出力状態を検出し前記インバータ制御装置に入力するエンジン出力検出手段を備え、前記インバータ制御装置は、前記エンジン出力検出手段からの入力により、前記エンジン本体の出力状態に応じて前記第１および第２の電動機の回転数を制御することにより、前記第１の水槽から前記エンジン本体へ供給する冷却水量および前記第２の水槽から前記第１の水槽へ供給する冷却水量の双方を調整するようにしたことを特徴とするエンジンの水冷却装置。
前記第１の水槽（減圧水槽）、エンジン本体、冷却水ポンプ、第２の水槽（地下水槽）、汲み上げ用ポンプ、エンジン出力検出手段を複数台備え、インバータ制御装置は、各々のエンジン本体の出力状態に応じて、各々の第１および第２の電動機の回転数を制御することにより、各々の冷却水ポンプおよび汲み上げ用ポンプの出力を制御するようにしたことを特徴とする請求項３に記載のエンジンの水冷却装置。
前記エンジン本体によって駆動される負荷は、発電装置であることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のエンジンの水冷却装置。