JP2013100791A - コージェネレーション装置 - Google Patents

Abstract

【課題】商用電力系統の停電後の自立運転時、内燃機関の冷却水の温度の上昇を回避して内燃機関の運転を継続するようにしたコージェネレーション装置を提供する。
【解決手段】商用電力系統から電気負荷に至る交流電力の給電路に接続可能な発電機２０と発電機を駆動する内燃機関（エンジン）２２とからなる発電ユニット２６を少なくとも備えたコージェネレーション装置において、内燃機関の冷却水が循環させられる循環路５０に接続されて冷却水を冷却可能な冷却部５４を備え、商用電力系統が停電した場合に内燃機関を一旦停止させ、次いで自立運転が開始されるとき、内燃機関を始動させてアイドル運転を実行すると共に、前記アイドル運転が実行されるとき、冷却部を作動させるようにする。
【選択図】図３

Description

この発明はコージェネレーション装置に関し、より具体的には発電機と発電機を駆動する内燃機関とからなる発電ユニットを備えたコージェネレーション装置に関する。

近年、商用電力系統から電気負荷に至る交流電力の給電路に内燃機関で駆動される発電機からなる発電ユニットを接続し、商用電力系統と連系させて電気負荷に電力を供給すると共に、内燃機関の排熱を利用して生成した温水などを熱負荷に供給するようにした、いわゆるコージェネレーション装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。

特許文献１記載の技術にあっては、内燃機関の冷却水の循環路に排熱ポンプ（循環ポンプ）と熱交換器を配置し、排熱ポンプを駆動させて冷却水を循環させることで内燃機関を冷却すると共に、内燃機関の冷却によって昇温させられた冷却水を熱交換器に供給して温水を生成しつつ冷却水の温度を下げ、その冷却水を再度内燃機関に供給するように構成される。

特開平１１−１７３２１２号公報

ところで、上記した排熱ポンプの動作電源は商用電力系統や発電機から供給される。そのため、商用電力系統に停電が発生した場合、排熱ポンプは自立運転が開始されて発電機から駆動可能な電力が供給されるまでの間、駆動されない。

従って、例えば自立運転が開始されて内燃機関が始動され、アイドル運転が実行されるとき、発電機における発電量は比較的少ないことから排熱ポンプは駆動されず、そのような状態が長時間継続すると、内燃機関の冷却水の温度が過度に上昇して内燃機関が停止、即ち、コージェネレーション装置全体が停止するという不具合が生じる恐れがあった。

従って、この発明の目的は上記した課題を解決し、商用電力系統の停電後の自立運転時、内燃機関の冷却水の温度の上昇を回避して内燃機関の運転を継続するようにしたコージェネレーション装置を提供することにある。

上記した課題を解決するために、請求項１にあっては、商用電力系統から電気負荷に至る交流電力の給電路に接続可能な発電機と前記発電機を駆動する内燃機関とからなる発電ユニットを少なくとも備えたコージェネレーション装置において、前記内燃機関の冷却水が循環させられる循環路に接続されて前記冷却水を冷却可能な冷却部と、前記商用電力系統が停電した場合に前記内燃機関を一旦停止させ、次いで自立運転が開始されるとき、前記内燃機関を始動させてアイドル運転を実行するアイドル運転実行手段と、前記アイドル運転が実行されるとき、前記冷却部を作動させる冷却部作動手段とを備える如く構成した。

請求項２に係るコージェネレーション装置にあっては、前記アイドル運転実行手段は、前記内燃機関の冷却水の温度が所定値未満のとき、前記内燃機関を始動させてアイドル運転を実行する如く構成した。

請求項３に係るコージェネレーション装置にあっては、前記冷却部は、前記循環路から分岐される第１分岐路と、前記第１分岐路に設けられるポンプと第１バルブとから構成されるようにした。

請求項４に係るコージェネレーション装置にあっては、前記冷却部は、前記循環路から分岐される第２分岐路と、前記第２分岐路に設けられる放熱フィンと第２バルブと、前記放熱フィンに送風する放熱ファンとから構成されるようにした。

請求項５に係るコージェネレーション装置にあっては、前記電気負荷における電力需要を検出する電力需要検出手段と、前記自立運転が開始されるとき、前記検出された電力需要に応じて前記内燃機関の燃料供給量を調整する燃料供給量調整手段とを備える如く構成した。

請求項１に係るコージェネレーション装置にあっては、発電機と発電機を駆動する内燃機関とからなる発電ユニットと、内燃機関の冷却水が循環させられる循環路に接続されて冷却水を冷却可能な冷却部とを備えると共に、商用電力系統が停電した場合に内燃機関を一旦停止させ、次いで自立運転が開始されるとき、内燃機関を始動させてアイドル運転を実行し、アイドル運転が実行されるとき、冷却部を作動させるように構成、換言すれば、自立運転が開始されてアイドル運転が実行されるときのみ作動する冷却部（即ち、アイドル運転専用の冷却部）を備えるように構成したので、停電後の自立運転時の内燃機関においてアイドル運転が実行されるときも（別言すれば排熱ポンプが駆動されないときも）、内燃機関の冷却水を冷却部で冷却することができ、よって冷却水の温度の上昇を回避して内燃機関の運転を継続することができる。

また、冷却水の過度な温度上昇が原因で内燃機関が停止した場合、冷却水の温度が自然に低下するまでには時間を要することから、コージェネレーション装置を長時間に亘って起動できなくなる恐れがあるが、上記の如く、自立運転時の内燃機関においてアイドル運転が実行されるときに冷却部で冷却水を冷却するように構成したので、冷却水の温度が過度に上昇するのを回避でき、よって長期に起動できない状態に陥ることもない。

請求項２に係るコージェネレーション装置にあっては、アイドル運転実行手段は、内燃機関の冷却水の温度が所定値未満のとき、内燃機関を始動させてアイドル運転を実行するように構成したので、上記した効果に加え、例えば所定値を内燃機関の始動可能な冷却水温度の上限値に設定することが可能となり、それによって冷却水の温度が所定値未満のときに内燃機関を確実に始動できると共に、所定値以上のときは内燃機関を始動させないようにして内燃機関を保護することも可能となる。

請求項３に係るコージェネレーション装置にあっては、冷却部は、循環路から分岐される第１分岐路と、第１分岐路に設けられるポンプと第１バルブとから構成されるようにしたので、上記した効果に加え、冷却部を簡易な構成にすることができる。

請求項４に係るコージェネレーション装置にあっては、冷却部は、循環路から分岐される第２分岐路と、第２分岐路に設けられる放熱フィンと第２バルブと、放熱フィンに送風する放熱ファンとから構成されるようにしたので、請求項１および２で述べた効果に加え、冷却部を簡易な構成にすることができる。

請求項５に係るコージェネレーション装置にあっては、電気負荷における電力需要を検出すると共に、自立運転が開始されるとき、検出された電力需要に応じて内燃機関の燃料供給量を調整するように構成したので、上記した効果に加え、電力需要に応じて必要な発電量を発電機で発電することが可能となり、よって自立運転時に内燃機関を効率良く運転することができる。

この発明の第１実施例に係るコージェネレーション装置を模式的に示す説明図である。 図１に示す発電機や発電制御部などの接続関係を模式的に示すブロック図である。 図１に示す発電ユニットケース内の内燃機関や排気熱交換器、循環路を模式的に示す説明図である。 商用電力系統が停電したときの発電制御部のＥＣＵの動作を示すフロー・チャートである。 図４の停電検知処理を示すサブ・ルーチン・フロー・チャートである。 図４フロー・チャートで使用される内燃機関の燃料調整マップを示すグラフである。 この発明の第２実施例に係るコージェネレーション装置の発電ユニットケース内の内燃機関や排気熱交換器、循環路を模式的に示す、図３と同様な説明図である。 商用電力系統が停電したときの発電制御部のＥＣＵの動作を示す、図４と同様なフロー・チャートである。

以下、添付図面に即してこの発明に係るコージェネレーション装置を実施するための形態について説明する。

図１は、この発明の第１実施例に係るコージェネレーション装置を模式的に示す説明図である。

図１において符号１０はコージェネレーション装置を示す。コージェネレーション装置１０は、商用電源（商用電力系統）１２から電気負荷（例えば家庭内の照明器具など）１４に至る交流電力の給電路（電力線）１６に接続可能な、多極コイルからなる発電機（図１で「ＧＥＮ」と示す）２０、発電機２０を駆動する内燃機関（図１で「ＥＮＧ」と示し、以下「エンジン」という）２２、発電制御部２４からなる発電ユニット２６と、エンジン２２に接続されてエンジン２２の冷却水を排気熱と熱交換させて昇温する排気熱交換器３０とを備える。

商用電源１２は、単相３線からＡＣ１００／２００Ｖで５０Ｈｚ（または６０Ｈｚ）の交流電力を出力する。発電ユニット２６は一体化され、排気熱交換器３０と共に発電ユニットケース（筐体）３２の内部に収容される。具体的には、発電ユニットケース３２は仕切り３２ａで２つの室に仕切られ、図において下の室３２ｂに発電機２０とエンジン２２が重力方向において上下に配置されると共に、排気熱交換器３０も配置される一方、上の室３２ｃに発電制御部２４やエンジン２２のマフラ３４などが収容される。即ち、発電制御部２４はエンジン２２から隔離され、エンジン２２からの放熱を可能な限り遮断させられるようにエンジン２２とは別室に収容される。

エンジン２２は都市ガス（あるいはＬＰガス。以下、単に「ガス」という）を燃料とする、水冷４サイクルの単気筒ＯＨＶ型の火花点火式のエンジンであり、例えば１６３ｃｃの排気量を備える。図示は省略するが、発電ユニットケース３２においてエンジン２２のシリンダヘッドとシリンダブロックは横（水平）方向に配置され、その内部に１個のピストンが往復動自在に配置される。

供給された吸気とガスはミキサで混合され、生成された混合気は燃焼室に流れ、点火プラグ（図示せず）で点火されるとき燃焼してピストンを駆動し、発電ユニットケース３２において縦（重力）方向にピストンに連結されるクランクシャフトを回転させる。よって生じた排気は、排気熱交換器３０、排気管２２ａおよびマフラ３４を通って発電ユニットケース３２の外（庫外）に排出される。

発電機２０は、クランクシャフトの上端に取り付けられるフライホイール（図示せず）の内側のクランクケース上に固定され、フライホイールとの間で相対回転するとき、交流電力を発電し、その発電量はエンジン回転数に比例する。発電機２０の出力は発電制御部２４に送られる。

図２は、図１に示す発電機２０や発電制御部２４などの接続関係を模式的に示すブロック図である。

図２に示す如く、発電制御部２４は、マイクロコンピュータからなる電子制御ユニット（Electronic Control Unit。以下「ＥＣＵ」という）２４ａと、ＤＣ／ＤＣコンバータ（「ＤＣ／ＤＣ」と示す）２４ｂと、インバータ（「ＩＮＶ」と示す）２４ｃとを備える。インバータ２４ｃは、ＤＣ／ＤＣコンバータ２４ｂを介して発電機２０の出力をＡＣ１００／２００Ｖ（単相）に変換する。尚、通常運転時（具体的には商用電源１２が停電していないとき）の発電ユニット２６の発電出力（定格出力）は１．２ｋＷ程度である。

インバータ２４ｃの出力は、インバータ出力用リレー３６を介して配電盤４０に供給され、そこから商用電源１２と連系しつつ給電路１６を介して電気負荷１４に送られる。インバータ出力用リレー３６は、発電制御部２４のＥＣＵ２４ａによってそのオン／オフが制御され、通常運転時はオンされる。尚、インバータ２４ｃの出力はＥＣＵ２４ａにも入力され、ＥＣＵ２４ａにおいてインバータ２４ｃの出力周波数が検出される。

配電盤４０は、商用電源１２と電気負荷１４を結ぶ給電路１６に介挿される。配電盤４０は、商用電源１２側から順に、メインブレーカ４０ａと、ＡＴＳ（Automatic Transfer Switch。電源自動切替スイッチ）４０ｂと、電気負荷用のスイッチ４０ｃとを備える。インバータ２４ｃから延びる電力線は、ＡＴＳ４０ｂとスイッチ４０ｃの間の接続点４０ｄで接続され、その電力線の途中にはコージェネレーション装置用のブレーカ４０ｅが介挿される。

メインブレーカ４０ａとコージェネレーション装置用のブレーカ４０ｅは、過電流が流れるときにオフされて過電流の通電を防止する。電気負荷用のスイッチ４０ｃは、例えば後述するような商用電源１２の停電に伴うエンジン２２の停止時、または自立運転中のエンジン２２がアイドル運転のときなどにオフされ、それ以外のとき（具体的には、通常運転時、および自立運転時の発電機２０の発電出力が安定した後など）はオンされる。

ＡＴＳ４０ｂは、ＡＴＳ接点４０ｂ１と、ＡＴＳ接点４０ｂ１の動作を制御するＡＴＳ制御部（図示せず）とを備える。ＡＴＳ制御部は、通常運転時にＡＴＳ接点４０ｂ１をオンする一方、ＡＴＳ一次側電圧（即ち、商用電源１２の電圧）の低下を検出するとき接点４０ｂ１をオフして商用電源１２と発電制御部２４のインバータ２４ｃとの接続を遮断する。これにより、インバータ２４ｃから商用電力系統１２への電力供給（逆潮流）が阻止される。さらにＡＴＳ制御部は、ＡＴＳ接点４０ｂ１がオンのとき「ＡＴＳ接点オン信号」を、接点４０ｂ１をオフしてから規定時間（例えば５ｓｅｃ）が経過するとき、「ＡＴＳ接点オフ信号」をＥＣＵ２４ａに出力する。

配電盤４０は、メインブレーカ４０ａとＡＴＳ４０ｂの間の電圧、換言すれば、商用電源１２の電圧を検出する電圧センサ４０ｆを備え、検出された電圧を示す信号を出力する。また、給電路１６の途中、正確には、給電路１６において配電盤４０と電気負荷１４の間には電流センサ４２が配置され、そこを流れる電流（別言すれば、電気負荷１４における電力需要）を示す信号を出力する。

図１の説明に戻ると、発電機２０は商用電源１２からインバータ２４ｃを介して通電されるとき、エンジン２２をクランキングするスタータモータとしても機能する。発電制御部２４のＥＣＵ２４ａは発電機２０の機能をスタータとジェネレータの間で切り換えると共に、エンジン２２などの動作を制御する。さらに、図示は省略するが、エンジン２２のクランクシャフトには、例えば商用電源１２の停電時などに操作者（ユーザ）の手動操作によってエンジン２２を始動するリコイルスタータが取り付けられる。

発電ユニットケース３２において操作者によって操作可能な位置には、コージェネレーション装置１０を自立運転に切り替える自立運転切替スイッチ４４が配設される。自立運転切替スイッチ４４は、操作者が自立運転の開始を所望する際に操作され（押され）、操作されるとき自立運転開始指示を示す信号（オン信号）を出力する。上記した各センサ４０ｆ，４２やスイッチ４４の出力は発電制御部２４のＥＣＵ２４ａに入力される。

エンジン２２と排気熱交換器３０には、冷却水（不凍液）が循環させられる循環路５０が接続される。

図３は、発電ユニットケース３２内のエンジン２２や排気熱交換器３０、循環路５０を模式的に示す説明図である。尚、図３においては簡略化のために、発電ユニットケース３２における循環路５０の入出力位置を図１と相違させた。

図３に示すように、循環路５０は、エンジン２２のシリンダブロックなどの発熱部位と排気熱交換器３０を通るように形成される。従って、循環路５０の内部を流れる冷却水は、発熱部位と熱交換してエンジン２２を冷却させつつ昇温させられると共に、排気熱交換器３０も通過し、エンジン２２の排気と熱交換してさらに昇温させられる。

循環路５０においてエンジン２２の冷却水出口２２ｂの下流側には、電気ヒータ５２が取り付けられる。電気ヒータ５２は、例えば発電ユニット２６において余剰電力が生じたときに通電されて循環路５０を流れる冷却水を昇温する。尚、この明細書において「上流」「下流」とは、そこを流れる液体（流体）などの流れ方向における上流、下流を意味する。

循環路５０にはさらに、商用電源１２の停電時などに冷却水を冷却可能な冷却部（ポンプ循環方式）５４が接続される。冷却部５４は、具体的に、循環路５０（正確には、循環路５０においてエンジン２２の冷却水出口２２ｂ付近であって、前記した電気ヒータ５２の上流側）から分岐される第１分岐路５４ａと、第１分岐路５４ａに設けられるポンプ５４ｂと、第１電磁弁（第１バルブ）５４ｃとから構成される。

第１分岐路５４ａの下流側の端部は、排気熱交換器３０の冷却水入口３０ａ付近に接続される。即ち、第１分岐路５４ａは、循環路５０においてエンジン２２の冷却水出口２２ｂ付近と排気熱交換器３０の冷却水入口３０ａ付近とを繋ぐように設置される。

ポンプ５４ｂは、比較的小型の循環ポンプからなる。第１電磁弁５４ｃは、ポンプ５４ｂの上流側に設けられると共に、ノーマル・クローズ型の電磁弁（非通電時に閉弁し、通電時に開弁する電磁弁）である。第１電磁弁５４ｃは、通常運転時は非通電とされる、即ち閉弁される。

ポンプ５４ｂと第１電磁弁５４ｃは共に、比較的小電力（数Ｗ程度）で駆動可能なものに設定され、具体的にはエンジン２２がアイドル運転状態にあるときの発電機２０によって発電可能な発電量であっても駆動できるように設定される。

また、循環路５０においてエンジン２２の冷却水出口２２ｂ付近には、温度センサ５６が取り付けられ、そこを流れる冷却水の温度（エンジン温度）Ｔｗに応じた信号をＥＣＵ２４ａに出力する。

発電ユニットケース３２において、上の室３２ｃのマフラ３４の近傍には換気入口３２ｄが開口されると共に、下の室３２ｂであって換気入口３２ｄと同じ側面の適宜位置には換気出口３２ｅが開口され、そこには排気ファン（図示せず）が嵌合される。また、仕切り３２ａの発電機２０付近には通気孔３２ｆが穿設される。

これにより、排気ファンが作動すると、図３に矢印で示す如く、換気入口３２ｄから流入した空気は上の室３２ｃ、通風孔３２、下の室３２ｂを介して排気出口３２ｅ（排気ファン）へ流れ、発電ユニットケース３２内の発電制御部２４（ＥＣＵ２４ａ）やエンジン２２などを冷却しつつ外部へ排出される。

図１の説明に戻ると、コージェネレーション装置１０は、発電ユニット２６に加え、貯湯タンクユニット５８を備える。

貯湯タンクユニット５８は、貯湯タンク６０と貯湯タンクユニット制御部６２とを備える。貯湯タンクユニット５８は貯湯タンクユニットケース６４の内部に収容される。貯湯タンクユニットケース６４は仕切り６４ａ，６４ｂ，６４ｃによって４つの室に仕切られる。貯湯タンク６０は図１において中央の貯湯タンク室６４ｄに周囲を断熱（保温）材６０ａで被覆されて収容され、内部に温水を貯留する。

貯湯タンク６０と発電ユニット２６は、前記した冷却水の循環路５０で接続される。即ち、循環路５０はエンジン２２から貯湯タンクユニット５８に向けて延び、貯湯タンク側循環路６０ｂと局部的に接近して排熱熱交換器６０ｃを形成する。排熱熱交換器６０ｃで循環路５０を流れる冷却水は貯湯タンク側循環路６０ｂを流れる温水（循環水）に熱を伝えて冷却する。

排熱熱交換器６０ｃでの熱交換で昇温させられて温水となった貯湯タンク側循環路６０ｂの水は貯湯タンク６０に出入し、貯湯タンク６０との間を循環するように流れる。

また、貯湯タンク６０には流出路６０ｄが設けられる。流出路６０ｄは、例えば台所や風呂の給湯設備（図示せず）などの熱負荷６６に接続される。流出路６０ｄには、水道からの給水路６０ｅが混合弁６８を介して水温調節自在に接続される。

流出路６０ｄの途中には、補助ボイラ７０が設けられる。補助ボイラ７０は、ガス供給源に接続され、温水制御部６２から駆動信号が出力されるとき、ガス供給源からのガスを燃焼させて流出路６０ｄを流れる温水を昇温する。

また、流出路６０ｄには、前記した補助ボイラ７０をバイパスするバイパス路６０ｆと、バイパス路６０ｆの上流側で分岐される分岐流出路６０ｇが接続される。バイパス路６０ｆと分岐流水路６０ｇは局部的に接近して排熱熱交換器６０ｈを形成する。

分岐流出路６０ｇの下流側は例えば家庭内の床暖房設備などの熱負荷７２に接続されると共に、熱負荷７２は還流路６０ｉを介して貯湯タンク６０に接続される。よって分岐流出路６０ｇを流れる温水は、熱負荷７２で各部屋の冷気と熱交換させられた後、還流路６０ｉを通って貯湯タンク６０に戻る。尚、貯湯タンク６０には、給水管６０ｅが接続され、貯湯タンク６０内の水量が低下したとき給水（補給）される。

このように、この実施例に係るコージェネレーション装置１０において、各部屋は貯湯タンク６０から供給される温水で暖房される。

貯湯タンクユニット制御部（以下「貯湯制御部」という）６２は仕切り６４ａで仕切られて隔離された隔離室６４ｅに収容される。貯湯制御部６２も発電制御部２４のＥＣＵ２４ａと同様、マイクロコンピュータからなるＥＣＵ（電子制御ユニット）を備え、ＥＣＵ２４ａと通信自在に接続される。

図１においてＴは温度センサ、Ｖはバルブ、Ｐはポンプを示し、信号線の図示は省略するが、それらは貯湯制御部６２に電気的に接続される。貯湯制御部６２は温度センサＴの出力に基づき、バルブＶとポンプＰの動作を制御して上記した貯湯タンク６０の温水の出入などを制御する。

具体的には、貯湯制御部６２は、排熱ポンプ７４を駆動して循環路５０を流れる冷却水を排熱熱交換器６０ｃに圧送し、貯湯タンク側循環路６０ｂを流れる循環水と熱交換させる。尚、この排熱ポンプ７４は、商用電源１２や発電機２０から動作電源が供給される。

貯湯タンク側循環路６０ｂを流れる循環水は循環ポンプ７６で循環させられると共に、循環路５０を流れる冷却水との熱交換によって加温され、温度センサ７８で検出される温度が所定温度（例えば７０℃）に達すると、貯湯制御部６２は温度調整弁８０を開閉させ、貯湯タンク６０に上部から供給する。貯湯タンク６０の下部からは温度が低下した水が貯湯タンク側循環路６０ｂに放出され、よって貯湯タンク６０の温水は所定温度に保持される。

貯湯制御部６２は、熱負荷６６への給湯温度を検出する温度センサ８２の出力に基づいて混合弁６８や開閉弁８４を開閉させ、熱負荷６６へ供給される温水の温度を調整する。

同様に、貯湯制御部６２は、熱負荷７２への給湯温度を検出する温度センサ８６の出力に基づき、分岐流出路６０ｇの開閉弁９０や還流路６０ｉの開閉弁９２を開閉させると共に、暖房ポンプ９４の動作を制御して熱負荷７２へ供給される温水の温度を調整する。さらに、貯湯制御部６２は、例えば熱負荷７２に供給される温水の温度が低い場合、水路切り替え弁９６と補助ボイラポンプ９８を作動させて補助ボイラ７０で昇温させられた温水をバイパス路６０ｆに流すようにし、排熱熱交換器６０ｈを利用して分岐流出路６０ｇの温水を昇温させて熱負荷７２に供給する。

以上を前提とし、この実施例に係るコージェネレーション装置の動作、具体的には商用電源１２が停電したときの動作を説明する。

図４は、商用電源１２が停電したときの発電制御部２４のＥＣＵ２４ａの動作を示すフロー・チャートである。尚、図示のプログラムは、所定の周期（例えば１００ｍｓｅｃ）ごとに実行される。

以下説明すると、先ずＳ（ステップ）１０において、商用電源１２が停電したか否か判断、即ち、商用電源１２の停電が検知（検出）されたか否か判断する。

図５は、その停電検知処理を示すサブ・ルーチン・フロー・チャートである。

図５に示すように、Ｓ１００において、コージェネレーション装置１０が単独運転（換言すれば、停電の発生によって商用電源１２との連系運転を行っていない状態）か否か判断する。Ｓ１００においては具体的に、インバータ２４ｃの出力周波数に基づいてインバータ２４ｃの出力に異常が生じたか否か判定し、異常が生じたと判定されるときに単独運転であると判断する。

詳説すると、インバータ２４ｃの出力は、商用電源１２と連系させて電気負荷１４に供給するとき、その出力周波数を意図的に僅かに変動させたとしても、その変動幅は商用電源１２からの電力の影響が大きいため既定値未満に抑えられることとなる。他方、商用電源１２が停電したときにインバータ２４ｃの出力周波数を変動させると、商用電源１２からの影響を受けないため変動幅が既定値以上となる。Ｓ１００では、これを利用するようにした。即ち、Ｓ１００にあっては、インバータ２４ｃの出力周波数を微変動させると共に、入力される（検出される）インバータ２４ｃの出力の周波数の変動幅が既定値以上のとき、停電に起因してインバータ２４ｃの出力に異常が生じており、よってコージェネレーション装置１０は単独運転であると判定する。

Ｓ１００で否定されるときは以降の処理をスキップする一方、肯定されるときはＳ１０２に進み、インバータ出力リレー３６をオフする。

次いでＳ１０４に進み、電圧センサ４０ｆの出力に基づき、商用電源１２の電圧のＵＮ間またはＶＮ間が第１所定電圧（例えば３６Ｖ）以下の状態が第１所定時間（例えば１００ｍｓｅｃ）以上継続しているか否か判断する。

Ｓ１０４で肯定されるときはＳ１０６に進み、ＡＴＳ４０ｂからＡＴＳ接点オフ信号が出力された状態が第２所定時間（例えば５００ｍｓｅｃ）継続しているか否か判断、即ち、商用電源１２の電圧の低下がＡＴＳ４０ｂ側でも検出され、その状態が第２所定時間継続しているか否か判断する。Ｓ１０６またはＳ１０４で否定されるときはＳ１０４の処理に戻る一方、Ｓ１０６で肯定されるときはＳ１０８に進む。

Ｓ１０８においては、Ｓ１０６で肯定されてから第３所定時間（例えば５ｓｅｃ）経過したか否か判断する（停電カウント）。Ｓ１０８で否定されるときはＳ１０８の処理を繰り返す一方、肯定されるときはＳ１１０に進み、停電検知ＯＮフラグ（初期値０）のビットを１にセットする。即ち、このフラグは、商用電源１２の停電が検知（検出）されるとき、正確には商用電源１２に停電が生じたと確定されるとき１にセットされる一方、それ以外のとき０にリセットされる。

図４の説明に戻ると、次いでＳ１２に進み、商用電源１２が停電したか否か、具体的には前述した停電検知ＯＮフラグのビットが１か否か判断する。Ｓ１２で否定されるときは以降の処理をスキップする一方、肯定されるときはＳ１４に進んでエンジン２２を一旦停止させる。

次いでＳ１６に進み、自立運転切替スイッチ４４からオン信号が出力されたか否か判断、即ち、操作者が自立運転の開始を所望しているか否か判断する。Ｓ１６で否定されるときはＳ１６の処理を繰り返して待機する一方、肯定されるときはＳ１８に進み、リコイルスタータが操作者によって操作されるとき、エンジン２２の燃料調整マップを切り替える（変更する）。

図６はエンジン２２の燃料調整マップを示すグラフである。

図６に示す如く、発電ユニット２６においては、商用電源１２と連系運転するとき、出力電圧を一定（定格出力）にするべく、エンジン２２に供給される燃料供給量も一定（別言すれば、スロットル開度も一定）となるように、その動作が制御される。

これに対し、商用電源１２に停電が生じて自立運転を実行する場合、電気負荷１４における電力需要を電流センサ４２に基づいて検出し、検出された電力需要（図６で横軸の出力電力に相当）に応じてエンジン２２の燃料供給量を調整する（換言すれば、電力需要に応じてスロットル開度を調整する）ようにする。具体的には、エンジン２２の燃料供給量（換言すればスロットル開度）は、電力需要に比例、詳しくは電力需要が増えるにつれて増加するように設定される。

次いでＳ２０に進み、温度センサ５６の出力に基づいてエンジン温度（エンジン２２の冷却水の温度）Ｔｗを検出し、検出されたエンジン温度Ｔｗが所定値未満か否か判断する。Ｓ２０で肯定されるときはＳ２２に進み、エンジン２２の始動を許可してエンジン２２を始動させる。この所定値は、具体的にはエンジン２２の始動可能な冷却水温度の上限値（例えば５０℃）に設定される。

次いでＳ２４に進み、エンジン２２においてアイドル運転が実行されているか否か判断する。Ｓ２４で肯定されるときはＳ２６に進み、冷却部５４を作動させる、具体的には第１電磁弁５４ｃに通電（オン）して開弁すると共に、ポンプ５４ｂを駆動させる。これにより、第１分岐路５４ａ内の冷却水がエンジン２２に圧送されることとなり、よってエンジン２２がアイドル運転であるため発電機２０での発電量が不足し、排熱ポンプ７４を駆動できない状態であってもエンジン２２を冷却することができる。

他方、Ｓ２４で否定されるとき、換言すれば、エンジン２２はアイドル運転ではなく、発電機２０によって十分に発電可能な回転数に到達しているような状態のときはＳ２８に進み、冷却部５４の作動を停止させる、具体的には第１電磁弁５４ｃの通電を停止して閉弁すると共に、ポンプ５４ｂも停止させる。

即ち、発電機２０からの発電電力の供給によって排熱ポンプ７４が駆動し、それによって循環路５０を流れる冷却水は排熱熱交換器６０ｃなどで冷却されつつエンジン２２に供給され、エンジン２２を冷却する。このように、発電機２０で発電された電力によって排熱ポンプ７４が駆動されるときは、ポンプ５４ｂによる冷却水の循環は不要なことから、Ｓ２８でポンプ５４ｂの運転を停止するようにした。

尚、上記の如く、自立運転を開始する際、エンジン２２を一旦停止させた後、エンジン２２を再始動させて発電機２０から発電電力を再び出力するように構成したのは、商用電源１２との連系を確実に切り離す必要があるためであり、また発電機２０の発電能力（定格出力）以上の電気負荷１４が接続されている場合に過度の負担となるのを防止するためである。

一方、Ｓ２０で否定されるときはＳ３０に進み、エンジン２２の始動を許可しない、即ち、Ｓ１８でリコイルスタータが操作されてもエンジン２２を始動させないようにすると共に、さらに図示しない表示部などを介してエンジン温度Ｔｗの高温異常によってエンジン２２の始動ができなかった旨のエラー表示を行い、操作者に報知する。

尚、エンジン温度Ｔｗの高温異常でエンジン２２の始動ができなかった場合、その後商用電源１２が復電したとき（商用電源１２が復旧して停電が終了したとき）には、先ず商用電源１２から排熱ポンプ７４へ電力を供給して直ちに駆動させ、循環路５０の冷却水を冷却して次回の連系運転に備えるようにする。

このように、この発明の第１実施例に係るコージェネレーション装置にあっては、発電機２０と発電機２０を駆動するエンジン２２とからなる発電ユニット２６と、エンジン２２の冷却水が循環させられる循環路５０に接続されて冷却水を冷却可能な冷却部５４とを備えると共に、商用電源１２が停電した場合にエンジン２２を一旦停止させ、次いで自立運転が開始されるとき、エンジン２２を始動させてアイドル運転を実行し、アイドル運転が実行されるとき、冷却部５４を作動させるように構成、換言すれば、自立運転が開始されてアイドル運転が実行されるときのみ作動する冷却部（即ち、アイドル運転専用の冷却部）５４を備えるように構成したので、停電後の自立運転時のエンジン２２においてアイドル運転が実行されるときも（別言すれば排熱ポンプ７４が駆動されないときも）、エンジン２２の冷却水を冷却部５４で冷却することができ、よって冷却水の温度の上昇を回避してエンジン２２の運転を継続することができる。

また、冷却水の過度な温度上昇が原因でエンジン２２が停止した場合、冷却水の温度が自然に低下するまでには時間を要することから、コージェネレーション装置１０を長時間に亘って起動できなくなる恐れがあるが、上記の如く、自立運転時のエンジン２２においてアイドル運転が実行されるときに冷却部５４で冷却水を冷却するように構成したので、冷却水の温度が過度に上昇するのを回避でき、よって長期に起動できない状態に陥ることもない。

また、エンジン２２の冷却水の温度Ｔｗが所定値未満のとき、エンジン２２を始動させてアイドル運転を実行するように構成したので、例えば所定値をエンジン２２の始動可能な冷却水温度の上限値に設定することが可能となり、それによって冷却水の温度Ｔｗが所定値未満のときにエンジン２２を確実に始動できると共に、所定値以上のときはエンジン２２を始動させないようにしてエンジン２２を保護することも可能となる。

また、冷却部５４は、循環路５０から分岐される第１分岐路５４ａと、第１分岐路５４ａに設けられるポンプ５４ｂと第１電磁弁５４ｃとから構成されるようにしたので、冷却部５４を簡易な構成にすることができる。

また、電気負荷１４における電力需要を検出すると共に、自立運転が開始されるとき、検出された電力需要に応じてエンジン２２の燃料供給量を調整するように構成、具体的には、エンジン２２の燃料調整マップを切り替えるように構成したので、電力需要に応じて必要な発電量を発電機２０で発電することが可能となり、よって自立運転時にエンジン２２を効率良く運転することができる。

次いで、この発明の第２実施例に係るコージェネレーション装置について説明する。

以下、第１実施例と相違する点に焦点をおいて説明すると、第２実施例にあっては、循環路５０に接続される冷却部の構成を、第１実施例のポンプ５４ｂや第１電磁弁５４ｃに代え、放熱フィンや放熱ファンなどを用いるようにした。

図７は、第２実施例に係るコージェネレーション装置の発電ユニットケース３２内のエンジン２２や排気熱交換器３０、循環路５０を模式的に示す、図３と同様な説明図である。

図７に示す如く、循環路５０には冷却部（自然循環方式）１５４が接続される。冷却部１５４は、具体的に、循環路５０（正確には、循環路５０においてエンジン２２の冷却水出口２２ｂ付近であって、電気ヒータ５２の上流側）から分岐される第２分岐路１５４ａと、第２分岐路１５４ａに部分的に設けられる複数個の放熱フィン１５４ｂと、第２分岐路１５４ａにおいて放熱フィン１５４ｂの上流側に設けられる第２電磁弁（第２バルブ）１５４ｃと、放熱フィン１５４ｂに送風する放熱ファン１５４ｄとから構成される。

放熱フィン１５４ｂは、熱伝導率が比較的高い材質（例えば銅）などから製作される。第２電磁弁１５４ｃは、第１電磁弁５４ｃと同様、ノーマル・クローズ型の電磁弁である。放熱ファン１５４ｄは、比較的小型の送風ファンからなる。第２電磁弁１５４ｃと放熱ファン１５４ｄは共に、比較的小電力（数Ｗ程度）で駆動可能なものに設定され、具体的にはエンジン２２がアイドル運転状態にあるときの発電機２０によって発電可能な発電量であっても駆動できるように設定される。

図８は、商用電源１２が停電したときの発電制御部２４のＥＣＵ２４ａの動作を示す、図４と同様なフロー・チャートである。尚、図８フロー・チャートにおいて、第１実施例で説明したのと同様のステップは、同一ステップ番号を付して示すと共に、説明を省略する。

Ｓ１０からＳ２４までは、第１実施例と同様の処理を行い、Ｓ２４で肯定されるときはＳ２６ａに進み、第２電磁弁１５４ｂに通電（オン）して開弁すると共に、放熱ファン１５４ｄを駆動させる。

これにより、第２分岐路１５４ａにおいて放熱フィン１５４ｂが形成された部分の冷却水は放熱が促進される。放熱が行われた放熱フィン１５４ｂ付近の冷却水の密度は相対的に大きくなり（他の部分の冷却水に比して重くなり）、結果として放熱フィン１５４ｂ付近の冷却水は重力方向下側に向けて流動する（下降する）。

この流動に伴って第２分岐路１５４ａおよび第２分岐路１５４ａに接続される循環路５０の内部では、非常に緩やかな循環流が生じ、よってエンジン２２にもその循環流が流れ込んでエンジン２２を冷却する。このように、エンジン２２がアイドル運転であるため発電機２０での発電量が不足し、排熱ポンプ７４を駆動できない状態であってもエンジン２２を冷却できる。

他方、Ｓ２４で否定されるときはＳ２８ａに進み、第２電磁弁１５４ｃの通電を停止して閉弁すると共に、放熱ファン１５４ｄも停止させる。Ｓ２８ａにあっては、第１実施例のＳ２８と同様、排熱ポンプ７４の駆動が開始されるため、放熱ファン１５４ｄなどで冷却水を循環させる必要がないことから、ファン１５４ｄの運転を停止するようにした。

このように、この発明の第２実施例に係るコージェネレーション装置にあっては、冷却部１５４は、循環路５０から分岐される第２分岐路１５４ａと、第２分岐路１５４ａに設けられる放熱フィン１５４ｂと第２電磁弁１５４ｃと、放熱フィン１５４ｂに送風する放熱ファン１５４ｄとから構成されるようにしたので、冷却部１５４を簡易な構成にすることができる。

尚、残余の構成および効果は、第１実施例のそれと異ならない。

上記の如く、この発明の第１、第２実施例にあっては、商用電力系統（商用電源）１２から電気負荷１４に至る交流電力の給電路１６に接続可能な発電機２０と前記発電機を駆動する内燃機関（エンジン）２２とからなる発電ユニット２６を少なくとも備えたコージェネレーション装置１０において、前記内燃機関の冷却水が循環させられる循環路５０に接続されて前記冷却水を冷却可能な冷却部５４，１５４と、前記商用電力系統が停電した場合に前記内燃機関を一旦停止させ、次いで自立運転が開始されるとき、前記内燃機関を始動させてアイドル運転を実行するアイドル運転実行手段と（発電制御部２４のＥＣＵ２４ａ。Ｓ１２，Ｓ１４，Ｓ２２，Ｓ２４）、前記アイドル運転が実行されるとき、前記冷却部を作動させる冷却部作動手段と（発電制御部２４のＥＣＵ２４ａ。Ｓ２６，Ｓ２６ａ）を備える如く構成した。

また、前記アイドル運転実行手段は、前記内燃機関の冷却水の温度Ｔｗが所定値未満のとき、前記内燃機関２２を始動させてアイドル運転を実行する如く構成した（Ｓ２０〜Ｓ２４）。

また、第１実施例にあっては、前記冷却部５４は、前記循環路５０から分岐される第１分岐路５４ａと、前記第１分岐路に設けられるポンプ５４ｂと第１バルブ（第１電磁弁）５４ｃとから構成されるようにした。

また、第２実施例にあっては、前記冷却部１５４は、前記循環路５０から分岐される第２分岐路１５４ａと、前記第２分岐路に設けられる放熱フィン１５４ｂと第２バルブ（第１電磁弁）１５４ｃと、前記放熱フィンに送風する放熱ファン１５４ｄとから構成されるようにした。

また、第１および第２実施例にあっては、前記電気負荷１４における電力需要を検出する電力需要検出手段と（電流センサ４２。発電制御部２４のＥＣＵ２４ａ。Ｓ１８）、前記自立運転が開始されるとき、前記検出された電力需要に応じて前記内燃機関２２の燃料供給量を調整する燃料供給量調整手段と（発電制御部２４のＥＣＵ２４ａ。Ｓ１８）を備える如く構成した。

尚、上記において、エンジン２２をリコイルスタータで始動するように構成したが、バッテリを備え、そのバッテリの出力でエンジン２２をクランキングして始動するように構成しても良い。

また、エンジン２２を都市ガス・ＬＰガスを燃料とするガスエンジンとしたが、ガソリン燃料などを使用するエンジンであっても良い。また、第１、第２所定電圧、第１〜第３所定時間、所定値、発電ユニット２６の定格出力やエンジン２２の排気量などを具体的な値で示したが、それらは例示であって限定されるものではない。

また、商用電源１２が出力する交流電力を１００／２００Ｖとしたが、商用電源１２が出力する交流電力が１００／２００Ｖを超えるときは、それに相応する電圧を発電ユニット２６から出力させることはいうまでもない。

１０ コージェネレーション装置、１２ 商用電源（商用電力系統）、１４ 電気負荷、１６ 給電路、２０ 発電機、２２ エンジン（内燃機関）２４ 発電制御部、２４ａ ＥＣＵ（電子制御ユニット）、２６ 発電ユニット、４２ 電流センサ（電力需要検出手段）、５０ 循環路、５４，１５４ 冷却部、５４ａ 第１分岐路、５４ｂ ポンプ、５４ｃ 第１電磁弁（第１バルブ）、１５４ａ 第２分岐路、１５４ｂ 放熱フィン、１５４ｃ 第１電磁弁（第２バルブ）、１５４ｄ 放熱ファン

Claims (5)

1. 商用電力系統から電気負荷に至る交流電力の給電路に接続可能な発電機と前記発電機を駆動する内燃機関とからなる発電ユニットを少なくとも備えたコージェネレーション装置において、前記内燃機関の冷却水が循環させられる循環路に接続されて前記冷却水を冷却可能な冷却部と、前記商用電力系統が停電した場合に前記内燃機関を一旦停止させ、次いで自立運転が開始されるとき、前記内燃機関を始動させてアイドル運転を実行するアイドル運転実行手段と、前記アイドル運転が実行されるとき、前記冷却部を作動させる冷却部作動手段とを備えることを特徴とするコージェネレーション装置。
2. 前記アイドル運転実行手段は、前記内燃機関の冷却水の温度が所定値未満のとき、前記内燃機関を始動させてアイドル運転を実行す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. 前記冷却部は、前記循環路から分岐される第１分岐路と、前記第１分岐路に設けられるポンプと第１バルブとから構成されることを特徴とする請求項１または２記載のコージェネレーション装置。
4. 前記冷却部は、前記循環路から分岐される第２分岐路と、前記第２分岐路に設けられる放熱フィンと第２バルブと、前記放熱フィンに送風する放熱ファンとから構成されることを特徴とする請求項１または２記載のコージェネレーション装置。
5. 前記電気負荷における電力需要を検出する電力需要検出手段と、前記自立運転が開始されるとき、前記検出された電力需要に応じて前記内燃機関の燃料供給量を調整する燃料供給量調整手段とを備えることを特徴とする請求項１から４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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