JP2014202513A - 発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】 発生する熱の処理を考慮した発電システムを提供する。
【解決手段】 発電システム１は、エンジン本体１１と、エンジン本体１１の内部を流れる冷却水の熱交換を行うラジエーター１３と、ラジエーター１３を冷却するファン１５とを有するエンジン１０を備える。エンジン本体１１で得られた回転力を電気に変換する発電機２０を備える。複数の抵抗器を有し、発電機２０の負荷試験を行うために使用される負荷試験装置４０を備える。負荷試験装置４０の抵抗器は、ラジエーター１３よりも上方に位置し、ファン１５からの空気の流路であって、ラジエーター１３の下流に設けられる。
【選択図】図２

Description

本発明は、負荷試験装置を含む発電システムに関する。

従来、特許文献１のように、発電機と負荷試験における計測装置とが一体となった装置が提案されている。

特開２００６−２０８１３０号公報

しかし、エンジン、発電機、負荷試験装置で発生する熱処理が考慮されていない。

したがって本発明の目的は、発生する熱の処理を考慮した発電システムを提供することである。

本発明に係る発電システムは、エンジン本体と、エンジン本体の内部を流れる冷却水の熱交換を行うラジエーターと、ラジエーターを冷却するファンとを有するエンジンと、エンジン本体で得られた回転力を電気に変換する発電機と、複数の抵抗器を有し、発電機の負荷試験を行うために使用される負荷試験装置とを備え、負荷試験装置の抵抗器は、ラジエーターよりも上方に位置し、ファンからの空気の流路であって、ラジエーターの下流に設けられる。

負荷試験装置の冷却は、エンジンのラジエーターを冷却するファンを兼用出来るため、負荷試験装置を含む発電システムの冷却部材の構成を簡素化出来る。

また、ラジエーターや負荷試験装置における熱交換後の熱風は上方に排出されるため、使用者に熱風が当たるのを防止することが出来る。

好ましくは、入口がラジエーターと対向し、出口が負荷試験装置の抵抗器と対向し、ファンからの空気の水平方向の流れを上方向の流れに変えるダクトを更に備える。

また、好ましくは、ラジエーターのラジエーターコアのファンと対向する面が水平方向と略平行になるように、ラジエーターが配置され、ラジエーターの上部に負荷試験装置の抵抗器が配置される。

ダクトを省略することにより、水平方向の寸法を小さくし、発電システムの構成を簡素化することが可能になる。

さらに好ましくは、ラジエーターコアの上流が、ラジエーターコアの下流よりも高くなるように、ラジエーターが傾斜した状態で配置される。

また、好ましくは、エンジンと、発電機と、負荷試験装置の少なくとも上面と側面とを覆うケースを更に備え、ケースは、上面で且つ負荷試験装置の抵抗器と対向する位置で開口する上面窓部と、側面で且つエンジンと発電機の少なくとも一方の側面と対向する位置で開口する側面窓部とを有する。

上面窓部や側面窓部から外部の空気を導入出来るので、エンジン若しくは発電機の周囲温度上昇を抑えることが可能になる。

また、エンジン、発電機、負荷試験装置が１つの筐体（ケース）に収められるので、発電機の性能に合わせて必要最小限の大きさ（寸法や容量）で且つ最適なエンジンや負荷試験装置を組み合わせることが出来る。

また、エンジン、発電機、負荷試験装置が１つの筐体（ケース）に収められるので、これらを制御することで、自動的に、エンジンや発電機を駆動し、負荷試験装置を介して負荷試験を行い、その結果を表示させたり、外部の装置に送信したり外部の装置から負荷試験を制御したりすることも可能になる。また、負荷試験の改ざん防止も容易に行える。

さらに好ましくは、ケースは、負荷試験を行う際に、上面窓部と、側面窓部を開口させるアクチュエータを有する。

さらに好ましくは、エンジン若しくは発電機の周囲の温度を測定する温度センサを更に備え、負荷試験を行う際に、温度センサによる測定結果に基づいて、アクチュエータによって上面窓部と側面窓部の少なくとも一方の開口度合いが調整される。

また、好ましくは、エンジンは、エンジン本体から排出される排気ガスをケースの上部から外部に排出させる排気ガス管を有する。

上面窓部からエンジン本体の排気ガスも排出することが可能になる。

また、好ましくは、負荷試験装置の容量は、発電機の定格出力に対して３０％以上７０％以下である。

発電機の定格出力に対する所定の割合（３０％〜７０％）の負荷量で負荷試験を行うために必要最小限の負荷試験装置を組み合わせることが出来る。

以上のように本発明によれば、発生する熱の処理を考慮した発電システムを提供することができる。

第１実施形態における発電システム（ダクト有り）の構成を示す斜視図である。 第１実施形態における発電システムの構成を示す模式図である。 第２実施形態における発電システム（ダクト有り、太陽光パネル有り）の構成を示す模式図である。 第３実施形態における発電システム（ダクト無し）の構成を示す模式図である。 第４実施形態における発電システム（ダクト無し、ラジエーター傾斜）の構成を示す模式図である。

以下、本実施形態について、図を用いて説明する。第１実施形態における発電システム１は、エンジン１０、発電機２０、ダクト３０、負荷試験装置４０、蓄電装置５０、制御部６１、操作部６２、計測部６３、温度センサ６４、表示部６５、通信部６６、ケース７０を備える（図１、図２参照）。

なお、図１の斜視図では、ケース７０の内部に収められる発電機２０などの機器を点線で示すが、制御部６１と計測部６３と温度センサ６４と通信部６６は図示を省略している。

エンジン１０は、ガソリンなどガスの爆発力に基づいて回転力を発生させ、発電機２０に当該回転力を与える装置で、エンジン本体１１、エンジン本体１１の内部を流れる冷却水の熱交換を行うラジエーター１３、ラジエーター１３を冷却するファン１５、排気ガス管１７を有する。

エンジン本体１１の燃焼室の周囲にあるシリンダーブロックやシリンダーヘッドには、ウォータージャケットが設けられ、ウォータージャケットに冷却水が通ることにより、燃焼によるエンジン本体１１の加熱を抑えられる。ウォータージャケットを通過したことで加熱した冷却水は、ラジエーター１３（のラジエーターコア）を通る際に、ファン１５からの送風により冷却される。冷却水は、図示しないウォーターポンプによって、ウォータージャケットやラジエーター１３の内部を循環する。

ファン１５は、ラジエーター１３に冷却用の空気を送る装置で、エンジン本体１１で発生した回転力に基づいて駆動する形態であってもよいし、図示しない電動モーターに基づいて駆動する形態であってもよい。

本実施形態では、ファン１５は、ラジエーター１３の冷却の他、ラジエーター１３の下流に設けられた負荷試験装置４０の抵抗器の冷却にも使用される。

ラジエーター１３は、ラジエーターコアのファン１５と対向する面が水平方向と略垂直になるように、エンジン本体１１の側部に配置される。ファン１５は、横向きで且つラジエーター１３のラジエーターコアの方に向けて送風が行われるように、エンジン本体１１とラジエーター１３の間に配置される。

排気ガス管１７は、エンジン本体１１から排出される排気ガスをケース７０の上部から外部に排出させる誘導路で、ケース７０の上部に設けられた開口部（上面窓部７１）に延びる。

発電機２０は、エンジン本体１１で得られた回転力を電気に変換する装置（発電する装置）で、発電により得られた電力は、発電機２０に接続された外部の電気器具に供給されたり、蓄電装置５０に蓄電されたりする。

負荷試験を行う際には、発電機２０は、負荷試験装置４０と電気的に接続され、外部の電気器具との電気的な接続は遮断される。

ダクト３０は、流路が側面から見て略Ｌ字形状を有し、ファン１５からの横向きの送風を上方向に導く誘導路で、入口がラジエーター１３のラジエーターコアと対向し、出口が負荷試験装置４０の抵抗器と対向する。

負荷試験装置４０は、水平方向に平行な棒状の抵抗器が所定の間隔を空けて複数本並べられ直列接続された抵抗器群が、鉛直方向に１段以上並べられたもので、発電機２０の負荷試験を行うために用いられる。

本実施形態では、負荷試験装置４０の抵抗器は、ラジエーター１３よりも上方に位置し、ファン１５からの空気の流路であって、ラジエーター１３の下流に設けられる。

負荷試験装置４０の容量は、発電機２０の定格出力に対して少なくとも３０％以上有するものであり、７０％以下であることが望ましい。例えば、発電機２０の定格出力が１００ｋＶＡである場合には、負荷試験装置４０は３０〜７０ｋＷの容量を有するのが望ましい。

蓄電装置５０は、蓄電部５１と、ＡＣ／ＤＣコンバーター５３を有する。蓄電部５１は、ＡＣ／ＤＣコンバーター５３を介して、発電機２０と接続され、バッテリーやコンデンサなど、発電機２０で得られた電力を蓄える装置で、蓄えた電力は、発電システム１の各部や、蓄電装置５０に接続された外部の電気器具に供給される。

なお、蓄電装置５０は、図示しないＡＣ電源と接続されて、非常用電源として用いられる形態であってもよいし、太陽光パネル８０をケース７０の上面に配置して、太陽光パネル８０で得られた電力を蓄電装置５０で蓄える形態であってもよい（第２実施形態、図３参照）。

制御部６１は、発電システム１の各部の動作制御（エンジン１０や発電機２０の動作制御、負荷試験装置４０の各部の制御、蓄電装置５０の蓄電制御など）を行う制御装置である。

負荷試験を行う際には、制御部６１は、負荷試験装置４０の抵抗器と発電機２０とを電気的に接続させるスイッチ制御を行い、エンジン本体１１やファン１５を駆動させる。なお、冷却水の温度が所定の温度以上になるまでは、ラジエーター１３を通らずに、エンジン本体の内部で冷却水を循環させるのが望ましい。

負荷試験を行う際に、ファン１５は、ラジエーター１３の冷却だけでなく、負荷試験装置４０の抵抗器の冷却にも使用されるため、電動モーターで駆動するなど回転数を制御出来る場合には、負荷試験を行わずにエンジン１０や発電機２０を駆動する際よりも大きい出力（大きい回転数）で駆動させるのが望ましい。

ただし、ラジエーター１３のラジエーターコアを通過する冷却水は高くても８０℃前後であり、負荷試験装置４０の抵抗器の温度（約２００℃）よりは低いため、ファン１５の出力制御を行わなかったとしても、ラジエーター１３での熱交換後の空気で、負荷試験装置４０の抵抗器を冷却することは可能である。

また、負荷試験を行う際に、制御部６１は、ケース７０の上面窓部７１の第１アクチュエータ７２と側面窓部７３の第２アクチュエータ７４を駆動して、排気用に上面窓部７１を開口させ、吸気用に側面窓部７３を開口させる。

操作部６２は、エンジン１０や発電機２０のオンオフ操作や、負荷試験装置４０を使った発電機２０の負荷試験のオンオフ操作や該負荷試験を行う日時設定を行うために使用される。

計測部６３は、発電機２０と接続され、負荷試験装置４０を使った発電機２０の負荷試験を行った回数、該負荷試験において所定の負荷量（例えば、発電機２０の定格出力の３０％）を発電機２０にかけたことによって実際に発電機２０にかかっている測定負荷量、該負荷試験において該測定負荷量が該所定の負荷量以上になっている時間を測定する。測定結果は、表示部６５に表示される。また、測定結果は、通信部６６を介して外部の装置に送信したり、図示しない記録部に記録させたりしてもよい。

温度センサ６４は、負荷試験を行う際に、エンジン１０若しくは発電機２０の周囲温度を測定し、制御部６１に出力する。制御部６１は、該周囲温度が閾値（例えば、消防法などの法律で定められた負荷試験時の条件に対応した温度（４０℃など））よりも高い場合には、該周囲温度が下がるように、ケース７０の上面窓部７１の第１アクチュエータ７２と側面窓部７３の第２アクチュエータ７４を駆動して、上面窓部７１の開口度合いや側面窓部７３の開口度合いを上げたり、ファン１５の出力（回転数）を上げたりし、それでも該周囲温度が閾値以下にならない場合は、制御部６１は、負荷試験を中止し、表示部６５に警告表示させる。

また、負荷試験装置４０の近傍にも別の温度センサ（不図示）を設け、負荷試験装置４０の周囲温度がファン１５による冷却などでも一定値（例えば、２００℃）を下回らない場合には、制御部６１は、負荷試験を中止し、表示部６５に警告表示させてもよい。

表示部６５は、エンジン１０、発電機２０、負荷試験装置４０の運転状態、特に計測部６３による計測結果や温度センサ６４によるエンジン１０若しくは発電機２０の周囲温度など負荷試験に関する情報を表示する。

通信部６６は、ネットワークを介して、発電システム１の外部の装置（例えば、発電システム１の管理するために使用されるコンピュータ）と信号送受信を行う装置で、発電機２０の負荷試験に関する情報を外部の装置に送信したり、外部の装置から負荷試験のオンオフ操作や該負荷試験を行う日時設定に関する情報を受信したりする。

ケース７０は、負荷試験装置４０など、発電システム１を構成する部材（の少なくとも上面と側面）を覆う筐体であり、側面に操作部６２や表示部６５が設けられる。

また、ケース７０は、上面であって負荷試験装置４０の上部に上面窓部７１が設けられ、第１アクチュエータ７２で、上面窓部７１が開閉する。

ダクト３０を介して負荷試験装置４０に冷却風が通過する際に、冷却風が通過しやすくするため（負荷試験装置４０の抵抗器が冷却風の通過の妨げになりにくくするため）、ダクト３０における流路やケース７０の上面窓部７１の開口は、負荷試験装置４０の抵抗器が並べられた領域よりも広くしておくのが望ましい。

また、ケース７０は、側面であってエンジン本体１１やファン１５や発電機２０の側部に側面窓部７３が設けられ、第２アクチュエータ７４で、側面窓部７３が開閉する。

負荷試験時における上面窓部７１や側面窓部７３の開口度合いは、エンジン１０若しくは発電機２０の周囲温度に基づいて調整される。

また、ケース７０の背面（蓄電装置５０や発電機２０が設けられた側）には、図示しない開閉ドアが設けられ、当該開閉ドアを介して、蓄電装置５０や発電機２０が外部の電気器具と接続される。

第１実施形態、第２実施形態では、負荷試験装置４０の冷却は、エンジン１０のラジエーター１３を冷却するファン１５を兼用出来るため、負荷試験装置４０を含む発電システム１の冷却部材の構成を簡素化出来る。

また、ラジエーター１３や負荷試験装置４０における熱交換後の熱風はケース７０の上面窓部７１から上方に排出されるため、使用者に熱風が当たるのを防止することが出来る。

また、上面窓部７１からエンジン本体１１の排気ガスも排出することが可能になる。

また、上面窓部７１や側面窓部７３から外部の空気を導入出来るので、エンジン１０若しくは発電機２０の周囲温度上昇を抑えることが可能になる。

また、エンジン１０、発電機２０、負荷試験装置４０が１つの筐体（ケース７０）に収められるので、発電機２０の性能に合わせて必要最小限の大きさ（寸法や容量）で且つ最適なエンジン１０や負荷試験装置４０を組み合わせることが出来る。特に、発電機２０の定格出力に対する所定の割合（３０％〜７０％）の負荷量で負荷試験を行うために必要最小限の負荷試験装置４０を組み合わせることが出来る。

また、エンジン１０、発電機２０、負荷試験装置４０が１つの筐体（ケース７０）に収められるので、制御部６１を使ってこれらを制御することで、自動的に、エンジン１０や発電機２０を駆動し、負荷試験装置４０を介して負荷試験を行い、その結果を表示部６５に表示させたり、通信部６６を介して外部の装置に送信したり外部の装置から負荷試験を制御したりすることも可能になる。また、負荷試験の改ざん防止も容易に行える。

第１実施形態、第２実施形態では、ダクト３０を使って、横向きの冷却風を上向きに変えて、ラジエーター１３とラジエーター１３の上方に位置する負荷試験装置４０とを冷却する形態を説明したが、ラジエーター１３の下にファン１５を配置し、ラジエーター１３の真上に負荷試験装置４０を配置して、ダクト３０を省略する形態であってもよい（第３実施形態、図４参照）。

ダクト３０を省略することにより、ケース７０の水平方向の寸法を小さくし、発電システム１の構成を簡素化することが可能になる。

この場合、ラジエーターコアのファン１５と対向する面が水平方向と略平行になるように、ラジエーター１３が配置されるが、ラジエーターコアの上流が下流よりも高くなるように、ラジエーター１３を傾斜した状態で配置して、冷却水が上流から下流に流れやすくするのが望ましい（第４実施形態、図５参照）。

１ 発電システム
１０ エンジン
１１ エンジン本体
１３ ラジエーター
１５ ファン
１７ 排気ガス管
２０ 発電機
３０ ダクト
４０ 負荷試験装置
５０ 蓄電装置
５１ 蓄電部
５３ ＡＣ／ＤＣコンバーター
６１ 制御部
６２ 操作部
６３ 計測部
６４ 温度センサ
６５ 表示部
６６ 通信部
７０ ケース
７１ 上面窓部
７２ 第１アクチュエータ
７３ 側面窓部
７４ 第２アクチュエータ
８０ 太陽光パネル

Claims (9)

1. エンジン本体と、前記エンジン本体の内部を流れる冷却水の熱交換を行うラジエーターと、前記ラジエーターを冷却するファンとを有するエンジンと、
   前記エンジン本体で得られた回転力を電気に変換する発電機と、
   複数の抵抗器を有し、前記発電機の負荷試験を行うために使用される負荷試験装置とを備え、
   前記負荷試験装置の抵抗器は、前記ラジエーターよりも上方に位置し、前記ファンからの空気の流路であって、前記ラジエーターの下流に設けられることを特徴とする発電システム。
2. 入口が前記ラジエーターと対向し、出口が前記負荷試験装置の抵抗器と対向し、前記ファンからの空気の水平方向の流れを上方向の流れに変えるダクトを更に備えることを特徴とする請求項１に記載の発電システム。
3. 前記ラジエーターのラジエーターコアの前記ファンと対向する面が水平方向と略平行になるように、前記ラジエーターが配置され、
   前記ラジエーターの上部に前記負荷試験装置の抵抗器が配置されることを特徴とする請求項１に記載の発電システム。
4. 前記ラジエーターコアの上流が、前記ラジエーターコアの下流よりも高くなるように、前記ラジエーターが傾斜した状態で配置されることを特徴とする請求項３に記載の発電システム。
5. 前記エンジンと、前記発電機と、前記負荷試験装置の少なくとも上面と側面とを覆うケースを更に備え、
   前記ケースは、上面で且つ前記負荷試験装置の抵抗器と対向する位置で開口する上面窓部と、側面で且つ前記エンジンと前記発電機の少なくとも一方の側面と対向する位置で開口する側面窓部とを有することを特徴とする請求項１に記載の発電システム。
6. 前記ケースは、前記負荷試験を行う際に、前記上面窓部と、前記側面窓部を開口させるアクチュエータを有することを特徴とする請求項５に記載の発電システム。
7. 前記エンジン若しくは前記発電機の周囲の温度を測定する温度センサを更に備え、
   前記負荷試験を行う際に、前記温度センサによる測定結果に基づいて、前記アクチュエータによって前記上面窓部と前記側面窓部の少なくとも一方の開口度合いが調整されることを特徴とする請求項６に記載の発電システム。
8. 前記エンジンは、前記エンジン本体から排出される排気ガスを前記ケースの上部から外部に排出させる排気ガス管を有することを特徴とする請求項５に記載の発電システム。
9. 前記負荷試験装置の容量は、前記発電機の定格出力に対して３０％以上７０％以下であることを特徴とする請求項１に記載の発電システム。

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