JP2013234617A - 発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】原動機から排気管を介して伝達される振動を低減し、振動により発生する騒音や制御装置の動作不良を抑制する。
【解決手段】原動機３と消音器７を接続する排気管８に、原動機３からの振動を吸収する振動吸収管９を設けることにより、原動機３から排気管８を介して消音器７に伝達される振動を低減する。第１の振動吸収管９ａは原動機３の排気口に近接する位置に配置され、第２の振動吸収管９ｂは消音器７の吸気口に近接する位置に配置される。これにより、消音器７が固定される第２の支持部材１１に伝達される振動が低減され、第２の支持部材１１に固定される制御装置６の動作不良を抑制することができる。また、第２の支持部材１１からキュービクル２に伝達される振動に起因する騒音を抑制することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、道路設備や屋外作業施設の非常用電源装置として使用される発電装置に関するものである。

従来、信号機のような道路設備の非常用電源として使用される発電装置は、通行往来を阻害しないよう設置面積が小さく、高さ方向に高い金属製の箱型収納ケース（これをキュービクルという）に収納されている。信号機は、地中配線された電気ケーブルで発電装置と接続され、通常時は商用電源による給電ライン、停電等の非常時には発電装置からの臨時給電ラインに切換えられる。

キュービクルを採用した発電装置においては、原動機（エンジン）及び発電機を下部に配置し、排気管の排気口付近に設けられる消音器を上部に離隔して配置することにより、通行往来への排気ガス放出の影響を低減している。例えば特許文献１には、箱型ハウジングを上下に区分けし、ハウジングの下部にエンジンと発電機とマフラを収納すると共に外気取り入れのための吸気口を開け、上部に略水平な面上を蛇行もしくは屈曲させた形状のマフラ用排気管を収納することにより、設置面積を小さくしつつも高さを極力抑えるようにした発電装置が提示されている。

特許第３０８５９１３号公報

上記のように構成された従来の発電装置では、収納ケースの上部に制御装置が配置されるが、原動機から発生する振動が排気管を介して消音器、さらには制御装置に伝達されて増幅し、制御装置の動作不良の原因となっていた。また、振動が収納ケースや内部の支持構造に伝達することにより騒音が発生するという問題があった。

このような振動を抑えるための対策として、従来、振動を発生させる原動機及び発電機に対しては、防振ゴムを介して支持構造に固定することにより振動を低減させ、振動が収納ケースに直接伝達しないようにしていた。

一方、排気管を介して伝達される振動については、排気管の経路に制約が多く、設計上最適な配管系を構成することが困難であり、十分な振動対策が実施できていなかった。従来の対策として、配管系の複数箇所に防振ゴムを配した支持構造を設け、振動を吸収するようにしていたが、この支持構造から別経路に振動が伝達、分散されるという問題があった。特に、長尺の排気管においては、配管の長さ及び配管形状に依存して決まる排気管の固有振動数が、比較的原動機の回転数に近接し、この励振に伴う共振の影響が避けられず、新たな対策が必要とされていた。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、原動機から排気管を介して伝達される振動を低減し、振動により発生する騒音や制御装置の動作不良を抑制することが可能な発電装置を得ることを目的とする。

本発明に係る発電装置は、縦長の収納ケースに、原動機及びこれに接続された発電機、原動機及び発電機の運転を制御する制御装置、原動機の吸排気のための排気管、排気管から排出される排気ガスの排気音を低減する消音器を含む収納物が収納された発電装置であって、収納ケース内には、原動機が固定される第１の支持部材と、消音器が固定される第２の支持部材がそれぞれ独立して設けられ、原動機と消音器を接続する排気管に、原動機からの振動を吸収する振動吸収管を設けたものである。

本発明に係る発電装置によれば、原動機と消音器を接続する排気管に、原動機からの振動を吸収する振動吸収管を設けたので、原動機から排気管を介して消音器に伝達される振動が低減され、振動により発生する騒音や制御装置の動作不良を抑制することが可能である。

本発明の実施の形態１に係る非常用発電装置の全体構成図である。 本発明の実施の形態１に係る非常用発電装置を示す正面図である。 本発明の実施の形態１に係る非常用発電装置を示す側面図である。 本発明の比較例である従来の非常用発電装置を示す正面図である。 本発明の実施の形態１及び従来の非常用発電装置において、原動機から排気管を介して消音器に伝達される振動を模式的に示す図である。 本発明の実施の形態１に係る非常用発電装置における振動の伝達を説明する図である。 従来の非常用発電装置における振動の伝達を説明する図である。

実施の形態１．
以下に、本発明の実施の形態１に係る発電装置である非常用発電装置について、図面に基づいて説明する。図１は、本実施の形態１に係る非常用発電装置の全体構成図、図２及び図３は、本実施の形態１に係る非常用発電装置の正面図及び側面図、図４は、本発明の比較例である従来の非常用発電装置の正面図である。また、図５は、原動機から排気管を介して消音器に伝達される振動を模式的に示す図であり、（ａ）は本実施の形態１に係る非常用発電装置、（ｂ）は従来の非常用発電装置の振動を示している。なお、図中、同一及び相当部分には、同一符号を付している。

本実施の形態１に係る非常用発電装置１は、例えば信号機のような道路設備や屋外作業施設の非常用電源として使用され、図１に示すように、金属製で縦長の収納ケースであるキュービクル２に、原動機３、発電機４、燃料タンク５、制御装置６、消音器７及び排気管８等の収納物がパッケージ化され、収納されたものである。

原動機３として使用されるエンジンは、例えばディーゼルエンジンであり、往復機関特有のサイクルを有し、発電機４に供給する回転力を生成している。発電機４は、原動機３の軸に直結、あるいは動力伝達機構を介して接続されている。ディーゼルエンジンは、自己着火に必要な高温を高圧縮で作るため、振動、騒音、及び脈動が大きいという特性を有している。このため、原動機３内部には、釣り合い機構や振動抑制機構（フライホイール）が装備されている。

ただし、振動抑制機構が装備された原動機３を採用した場合でも、通常数Ｇ〜１０数Ｇ程度の振動が残留し、振動源となる。このため、原動機３をキュービクル２内に実装する場合、原動機３とキュービクル２の間に第１の支持部材１０を設け、第１の支持部材１０と原動機３の間に防振ゴム（図示せず）を設置し、原動機３からの振動がキュービクル２
に伝達しないようにしている。その効果は比較的大きく、原動機３からキュービクル２への直接的な振動の伝達は改善される。

キュービクル２内には、原動機３が固定される第１の支持部材１０と、消音器７が固定される第２の支持部材１１がそれぞれ独立して設けられている。また、キュービクル２は、第２の支持部材１１により上下に区分けられた２つの閉鎖構造である第１の収納部１３と第２の収納部１４を有している。ただし、第１の収納部１３と第２の収納部１４は、通気用の開口部を有しており、厳密な密閉空間ではない。

下方に位置する第１の収納部１３には、第１の支持部材１０が設置されている。原動機３及び発電機４は、それぞれ固定具１２ｂ、１２ａ及び防振ゴムを介して第１の支持構造１０に固定され、第１の収納部１３に収納されている。第１の収納部１３にはさらに、原動機３の吸排気のための排気管８、及び排気管８から排出される排気ガスの排気音を低減する消音器７が収納されている。

上方に位置する第２の収納部１４には、原動機３及び発電機４の運転を制御する制御装置６が収納され、固定具１２ｄ、１２ｅを介して第２の支持部材１１に固定されている。また、第１の収納部１３に収納された消音器７は、固定具１２ｃを介して第２の支持構造１１に固定されている。

排気管８の配管経路は、キュービクル２の開口部と原動機３の設置位置の関係で決定される最適なルーティングが行われるが、開口部の設置条件によっては長尺化することもある。特に、信号機のような道路設備の非常用電源として用いられるものは、通行往来を阻害しないよう設置面積をできるだけ小さくする必要があるため、縦長のキュービクル２が採用されることが多い。この場合、排気管８は、原動機３が設置される下部から上部の開口部へ向けて、キュービクル２内を曲折しながら配管される。

消音器７は、通常、キュービクル２の上部に設けられる開口部の近傍に設置される。このため、キュービクル２の上部には、消音器７を固定するための支持部材が必要であるが、縦長の構造を有するキュービクル２においては、原動機３が固定される第１の支持部材１０とは別の独立した第２の支持部材１１が設けられる。

すなわち、原動機３が固定される第１の支持部材１０と、消音器７が固定される第２の支持部材１１は、排気管８を介して固く接続されることになり、原動機３から排気管８に伝達された振動は、消音器７が固定される第２の支持部材１１にも伝達される。第２の支持部材１１に伝達された振動は、さらに制御装置６に伝達して増幅され、制御装置６の動作不良の原因となる。このため、原動機３から排気管８を介して消音器７に伝達される振動を低減することが重要である。

そこで、本実施の形態１では、原動機３と消音器７を接続する排気管８に、原動機３からの振動を吸収する第１の振動吸収管９ａと第２の振動吸収管９ｂ（総称して振動吸収管９）を設けることにより、原動機３から排気管８を介して消音器７に伝達される振動を低減している。

図２及び図３に示すように、第１の振動吸収管９ａは原動機３の排気口に近接する位置に配置され、第２の振動吸収管９ｂは消音器７の吸気口に近接する位置に配置される。これにより、消音器７に伝達される振動は低減され（図５（ａ））、従来の非常用発電装置に比べて制御装置６の動作不良が発生しにくい。

これに対し、従来の非常用発電装置は、図４に示すように、原動機３と消音器７を接続
する排気管８に、振動吸収管を備えていない。このため、原動機３からの振動は、長尺の排気管８を伝達しながら増幅され、消音器７に到達する（図５（ｂ））。その後、消音器７から第２の支持部材１１、制御装置６に伝達してさらに増幅され、制御装置６の動作不良の原因となる。

なお、振動吸収管９を配置する位置や数はこれに限定されるものではないが、少なくとも上記の２箇所に配置することが効果的であり望ましい。また、振動吸収管９の材質及び形状は特に限定するものではないが、振動を吸収して振動の伝達を低減する効果があると共に、排気ガスに対する耐性を有する材質である必要がある。例えば、伸縮、変位が自在なゴムからなる可撓管や、蛇腹構造の可撓管等が振動を吸収する効果がある。

次に、本実施の形態１に係る非常用発電装置１における振動吸収管９の効果について、図６を用いて説明する。図６は、本実施の形態１に係る非常用発電装置１における排気管経由の振動伝達経路を説明する図である。また、比較例として、従来の非常用発電装置における振動伝達経路を図７に示す。なお、図７中、点線で囲まれた部分が排気管経由の振動伝達経路を示している。

図６及び図７に示すように、原動機３に排気管８を接続すると、原動機３の振動は排気管８を介して外部へ伝搬する（第１の振動；Ｖ０）。また、排気管８には原動機３内部の燃焼サイクルで生成される間欠的な排気ガスによる圧力変動（排気圧脈動）により、第１の振動とは別の振動源が生成される（第２の振動；Ｖ２）。

原動機３からの第１の振動（Ｖ０）は、排気管８に直接伝達し（Ｇ１）、排気管８を強制振動させる（Ｖ１）。また、原動機３の排気圧脈動から生じる第２の振動（Ｖ２）は、排気管８内を通過し（Ｇ２）排気管８を強制振動（Ｖ３）させる。これらの強制振動（Ｖ１、Ｖ３）が重畳した振動が、排気管８から消音器７へ伝達し（Ｇ３）、消音器７が固定されている第２の支持部材１１を振動させる（Ｖ４）。

さらに、図７に示すように、原動機３からの第１の振動（Ｖ０）は、原動機３が固定されている第１の支持部材１０にも伝達する（Ｇ４）。ただし、この振動伝達は、第１の支持部材１０と原動機３の間に防振ゴムを設置することにより低減される。その後、第１の支持部材１０から伝達した振動がキュービクル２を強制振動させ（Ｖ５）、さらにキュービクル２からの振動が第２の支持部材１１を振動させる（Ｖ６）。

すなわち、キュービクル２から伝達される第２の支持部材１１の振動（Ｖ６）と、消音器７から伝達される第２の支持部材１１の振動（Ｖ４）を合わせたものが、第２の支持部材１１の振動（Ｖ７）となる。

本実施の形態１に係る非常用発電装置１においては、図６に示すように、原動機３から発生する第１の振動（Ｖ０）については、原動機３の排気口に近接して設けられた第１の振動吸収管９ａにより吸収し低減している。また、第１の振動（Ｖ０）に由来する排気管の強制振動（Ｖ１）と、排気圧脈動による第２の振動（Ｖ２）に由来する排気管の強制振動（Ｖ３）については、消音器７の吸気口に近接して設けられた第２の振動吸収管９ｂにより吸収し低減している。

これにより、消音器７から伝達される第２の支持部材１１の振動（Ｖ４）は、従来の非常用発電装置（図７）に比べて低減される。また、原動機３から第１の支持部材１０に伝達されるキュービクル２の強制振動（Ｖ５）については、従来と同様に、第１の支持部材１０と原動機３の間に防振ゴムを設置することにより低減される。

以上のように、本実施の形態１に係る非常用発電装置１によれば、原動機３と消音器７を接続する排気管８に、原動機３からの振動を吸収する振動吸収管９を設けたので、原動機３から排気管８を介して消音器７に伝達される振動を低減することができる。

これにより、消音器７が固定される第２の支持部材１１に伝達される振動が低減され、第２の支持部材１１に固定される制御装置６の動作不良を抑制することができる。また、第２の支持部材１１からキュービクル２に伝達される振動に起因する騒音を抑制することができる。なお、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

本発明は、道路設備や屋外作業施設の非常用電源として使用される発電装置に利用することができる。

１ 非常用発電装置、２ キュービクル、３ 原動機、４ 発電機、５ 燃料タンク、６ 制御装置、７ 消音器、８ 排気管、
９ 振動吸収管、９ａ 第１の振動吸収管、９ｂ 第２の振動吸収管、
１０ 第１の支持部材、１１ 第２の支持部材、
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ 固定具、
１３ 第１の収納部、１４ 第２の収納部。

Claims (4)

1. 縦長の収納ケースに、原動機及びこれに接続された発電機、前記原動機及び前記発電機の運転を制御する制御装置、前記原動機の吸排気のための排気管、前記排気管から排出される排気ガスの排気音を低減する消音器を含む収納物が収納された発電装置であって、
   前記収納ケース内には、前記原動機が固定される第１の支持部材と、前記消音器が固定される第２の支持部材がそれぞれ独立して設けられ、前記原動機と前記消音器を接続する前記排気管に、前記原動機からの振動を吸収する振動吸収管を設けたことを特徴とする発電装置。
2. 前記振動吸収管は、前記排気管の少なくとも前記原動機の排気口に近接する位置と、前記消音器の吸気口に近接する位置に配置されることを特徴とする請求項１記載の発電装置。
3. 前記収納ケースは、前記第２の支持部材により上下に区分けられた第１の収納部と第２の収納部を有し、下方に位置する前記第１の収納部に前記第１の支持部材が設置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の発電装置。
4. 前記第１の収納部には、前記原動機及び前記発電機が収納され、前記第２の収納部には、前記制御装置が収納されることを特徴とする請求項３記載の発電装置。

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