JP2021116759A

JP2021116759A - 発電設備

Info

Publication number: JP2021116759A
Application number: JP2020011193A
Authority: JP
Inventors: 将川島; Sho Kawashima
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Engine and Turbocharger Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Engine and Turbocharger Ltd
Priority date: 2020-01-27
Filing date: 2020-01-27
Publication date: 2021-08-10
Also published as: CN114981529A; KR20220104827A; EP4080028A1; WO2021153602A1; US20230052778A1; EP4080028A4

Abstract

【課題】エンクロージャおよび発電設備において、装置の小型化を図る。【解決手段】空気入口部４１および空気出口部５２を有して冷却風が流れる空気流路と、動力発生源６２と、動力発生源６２により駆動する発電機６１と、空気流路に配置されて動力発生源６２との間で冷却媒体が循環するラジエータ７２と、を備え、ラジエータ７２への冷却風の流入面績が空気入口部４１の通路面積より大きい。【選択図】図１

Description

本開示は、発電ユニットなどから構成される発電設備に関するものである。

発電設備は、例えば、エンクロージャと呼ばれる筐体の内部に発電ユニットが配置されて構成される。エンクロージャは、建屋内または建屋外に配置される。発電ユニットは、発電機と、発電機を駆動する動力発生源（エンジンなど）とを有する。エンクロージャは、発電機や動力発生源から生じる騒音を低減するための防音カバーとして機能する。また、エンクロージャは、内部に送風機が配置され、送風機により外部から吸い込んだ空気を発電ユニットに供給する。発電ユニットは、外部からの空気により冷却される。発電ユニットを冷却した空気は、外部に排出される。

このような発電設備としては、例えば、下記特許文献１に記載されたものがある。

特開２００６−１２５２６０号公報

エンクロージャは、防音カバーとして機能すると共に、動力発生源の冷却通路を確保するように機能する。また、エンクロージャは、発電ユニットが建屋外に配置される場合、雨水浸入対策として機能する。動力発生源の冷却効率は、冷却ファンの風量とエンクロージャにより構成された冷却通路の面積により決まる。そのため、動力発生源の出力が大きくなると、冷却効率を上げる必要があり、冷却ファンやエンクロージャが大型化してしまうという課題がある。そして、エンクロージャが大型化すると、冷却ファンの振動やエンクロージャの空気入口部の風切り音が大きくなり、発生する騒音も大きくなってしまう。

本開示は、上述した課題を解決するものであり、装置の小型化を図る発電設備を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための本開示の発電設備は、空気入口部および空気出口部を有して冷却風が流れる空気流路と、動力発生源と、前記動力発生源により駆動する発電機と、前記空気流路に配置されて前記動力発生源との間で冷却媒体が循環するラジエータと、を備え、前記ラジエータへの前記冷却風の流入面績が前記空気入口部側の通路面積より大きい。

本開示の発電設備によれば、装置の小型化を図ることができる。

図１は、第１実施形態のエンクロージャが適用された発電設備を表す側面図である。図２は、発電設備の平面図である。図３は、発電設備の背面図である。図４は、第２実施形態のエンクロージャが適用された発電設備を表す側面図である。図５は、発電設備の平面図である。

以下に図面を参照して、本開示の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本開示が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。また、実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。

［第１実施形態］
［発電設備］
図１は、第１実施形態のエンクロージャが適用された発電設備を表す側面図、図２は、発電設備の平面図、図３は、発電設備の背面図である。なお、以下の説明では、発電設備の長手方向（図１および図２の左右方向）をＸ方向、発電設備の幅方向（図２の上下方向）をＹ方向、発電設備の高さ方向（図１の上下方向）をＺ方向として説明する。

第１実施形態において、図１から図３に示すように、発電設備１０は、建屋（図示略）の内部または外部に配置される。発電設備１０は、エンクロージャ１１と、発電ユニット１２とを備える。発電ユニット１２は、エンクロージャ１１の内部に配置される。

エンクロージャ１１は、台板２１と、筐体２２と、吸気ダクト２３と、排気ダクト２４とを備える。エンクロージャ１１は、台板２１と筐体２２と吸気ダクト２３と排気ダクト２４とがＸ方向に沿って直線状に配置される。

台板２１は、床面１０１上にＸ方向に沿って設置され、固定される。台板２１は、平面視が矩形の板形状をなし、防振装置３１を有する。台板２１は、防振装置３１を介して床面１０１上に設置される。防振装置３１は、複数の防振ゴムであり、台板２１の下部に所定間隔を空けて取付けられる。但し、防振装置３１は、この構成に限定されるものではない。

筐体２２は、直方体の箱型形状をなす。筐体２２は、Ｘ方向の長さが台板２１より短く、Ｙ方向の幅が台板２１とほぼ同じである。筐体２２は、左右の側壁部３２と、天井部３３と、後壁部３４とを有する。筐体２２は、Ｚ方向の下方が開放され、Ｘ方向の一端部（図１にて、左端部）に前連結開口部３５が形成され、Ｘ方向の他端部（図１にて、右端部）におけるＺ方向の上部に後連結開口部３６が形成される。筐体２２は、台板２１の上面を被覆するように配置され、固定される。

吸気ダクト２３は、四角筒形状である。吸気ダクト２３は、筐体２２のＸ方向の他端部におけるＺ方向の上部に配置される。吸気ダクト２３は、Ｘ方向およびＹ方向に沿って配置される。吸気ダクト２３は、Ｙ方向における一端部と他端部のＺ方向の下部に一対の空気入口部４１が設けられる。また、吸気ダクト２３は、一対の空気入口部４１の間でＺ方向の下部に連結開口部４２が形成される。吸気ダクト２３は、連結開口部４２が筐体２２の後連結開口部３６に隙間なく連結される。ここで、吸気ダクト２３におけるＹ方向の幅は、筐体２２におけるＹ方向の幅より大きい。すなわち、吸気ダクト２３は、Ｙ方向において、一対の空気入口部４１が筐体２２からＹ方向に突出する。

排気ダクト２４は、四角筒形状である。排気ダクト２４は、筐体２２のＸ方向の一端部に配置される。排気ダクト２４は、Ｚ方向に沿って配置され、下方が開放される。排気ダクト２４は、Ｚ方向の下端部の筐体２２側に連結開口部５１が形成される。また、排気ダクト２４は、Ｚ方向の上端部にＹ方向の両側とＸ方向の一方側にそれぞれ空気出口部５２が設けられる。排気ダクト２４は、連結開口部５１が筐体２２の前連結開口部３５に隙間なく連結される。排気ダクト２４は、下端部が台板２１の上面を被覆するように配置され、固定される。ここで、排気ダクト２４のＹ方向の幅は、台板２１および筐体２２のＹ方向の幅とほぼ同じである。

発電ユニット１２は、発電機６１および動力発生源６２を備える。動力発生源６２は、エンジン７１と、ラジエータ７２と、冷却ファン（送風機）７３と、排気管７４と、消音機７５とを備える。

エンジン７１は、例えば、ディーゼルエンジンである。エンジン７１は、内部に冷却水が流れることで、熱を奪って温度を低下させる。ラジエータ７２は、空冷式であって、冷却水から熱を奪って温度を低下させる。エンジン７１とラジエータ７２とは、給水管７６，７７により連結される。エンジン７１に設けられたウォータポンプ（図示略）により冷却水がエンジン７１とラジエータ７２との間で給水管７６，７７を介して循環する。エンジン７１は、冷却水により冷却されて温度が低下し、高温となったエンジン冷却水は、ラジエータ７２で冷却されて温度が低下する。

冷却ファン７３は、エンジン７１に設けられ、エンジン７１の回転に同期して駆動回転する。冷却ファン７３は、エンジン７１とラジエータ７２との間に配置される。すなわち、冷却ファン７３は、エンジン７１より空気の流れ方向の下流側に設けられる。冷却ファン７３が駆動回転すると、エンジン７１からラジエータ７２に向けて空気の流れが発生する。ラジエータ７２は、冷却水が流れる多数のチューブを有する。多数のチューブを流れる冷却水は、冷却ファン７３により発生した空気の流れが接触することで冷却される。

エンジン７１は、排気ガスを排出する排気管７４が連結される。排気管７４は、消音機７５が設けられる。発電機６１は、動力発生源６２のエンジン７１に駆動連結される。発電機６１は、エンジン７１の回転駆動力が伝達されて駆動する。発電機６１は、駆動することで電力を発生させる。

発電ユニット１２を構成する発電機６１および動力発生源６２は、台板２１に搭載される。エンジン７１とラジエータ７２と冷却ファン７３と発電機６１は、台板２１上に載置される。消音機７５は、筐体２２の上部に載置される。排気管７４は、エンジン７１と消音機７５とを連結するようにＺ方向に沿って配置される。排気管７４は、筐体２２の天井部３３貫通する。発電機６１は、エンジン７１に駆動連結された状態で、台板２１上に搭載される。

また、台板２１にエンジン７１とラジエータ７２と冷却ファン７３と発電機６１が載置された状態で、台板２１に筐体２２が配置される。筐体２２は、エンジン７１とラジエータ７２と冷却ファン７３と発電機６１を取り囲む。筐体２２は、吸気ダクト２３が連結されると共に、排気ダクト２４が連結される。そのため、空気が吸気ダクト２３と筐体２２と排気ダクト２４を流れる空気流路が形成される。

このように構成された発電設備１０において、ラジエータ７２への冷却風の流入面績が空気入口部４１側の通路面積より大きく設定される。また、ラジエータ７２への冷却風の流入面績が空気出口部５２側の通路面積より大きく設定される。更に、空気入口部４１側の通路面積が空気出口部５２側の通路面積より大きく設定される。ここで、空気入口部４１側の通路面積とは、空気入口部４１の開口面積であり、空気出口部５２側の通路面積とは、排気ダクト２４の通路面積である。

すなわち、Ｚ方向の上方から見た発電設備１０の投影面積Ａは、発電設備１０のＸ方向の最大長さＬ１に、発電設備１０のＹ方向の最大幅Ｗ１を乗算した面積である。ラジエータ７２への冷却風の流入面績Ｂは、Ｘ方向の一方から見たラジエータ７２の正面の面積であり、ラジエータ７２の最大高さＨ２に、ラジエータ７２のＹ方向の最大幅Ｗ２を乗算した面積である。ここで、ラジエータ７２の最大高さＨ２と最大幅Ｗ２とは、例えば、ラジエータ７２の外形の最大高さと最大幅ではなく、ラジエータ７２に対して冷却風が通過する領域の最大高さと最大幅である。

空気入口部４１の通路面積Ｃは、１個の空気入口部４１のＸ方向に沿った最大高さ長さＬ３に、空気入口部４１のＹ方向の最大幅Ｗ３を乗算した面積の２倍である。空気出口部５２側、つまり、排気ダクト２４の通路面積Ｄは、空気出口部５２に至る排気ダクト２４のＺ方向に沿った流路のＸ方向に沿った最大高さ長さＬ４に、空気出口部５２のＹ方向の最大幅Ｗ４を乗算した面積である。

すると、発電設備１０の投影面積Ａを１．００としたとき、ラジエータ７２への冷却風の流入面績Ｂと、空気入口部４１の通路面積Ｃと、排気ダクト２４の通路面積Ｄは、以下の範囲に設定されると共に、以下の関係に設定される。
ラジエータ７２への冷却風の流入面績Ｂ＝０．１２〜０．１８
空気入口部４１の通路面積Ｃ＝０．１１〜０．１３
排気ダクト２４の通路面積Ｄ＝０．０９〜０．１３
Ｂ＞Ｃ
Ｂ＞Ｄ
Ｃ＞Ｄ
なお、Ｂ，Ｃ，Ｄの数値範囲は、特に好ましい範囲であり、大小関係が規定されれば、上述した数値範囲に限定されるものではない。

［発電設備の作動］
発電設備１０において、動力発生源６２を構成するエンジン７１が駆動すると、ウォータポンプが同期して作動し、冷却水をエンジン７１とラジエータ７２との間で循環させる。また、エンジン７１が駆動すると、冷却ファン７３が同期して作動し、エンクロージャ１１内で空気を流動させる。

すなわち、冷却ファン７３が作動すると、内部の空気がエンジン７１側からラジエータ７２側に流れる。すると、冷却ファン７３のエンジン７１側に負圧が発生する。発生した負圧は、筐体２２および吸気ダクト２３に作用し、外部の空気が空気入口部４１から吸入される。空気入口部４１から吸入された外部の空気は、吸気ダクト２３を通して筐体２２に導入され、排気ダクト２４を通って空気出口部５２から外部に排出される。

筐体２２の内部を流れる空気は、ラジエータ７２に導かれる。ラジエータ７２は、エンジン７１とラジエータ７２との間で循環する冷却水を冷却して温度を低下させる。そのため、エンジン７１は、温度が低下した冷却水により冷却されることで温度が低下する。

また、エンジン７１が駆動すると、発電機６１が駆動し、発電機６１は電力を発生させる。すると、熱源である発電機６１および動力発生源６２の温度が上昇する。しかし、温度が上昇した発電機６１および動力発生源６２は、筐体２２内を流れる空気により冷却される。

第１実施形態にて、ラジエータ７２の流入面績Ｂを空気入口部４１の通路面積Ｃより大きく設定し、ラジエータ７２の流入面績Ｂを排気ダクト２４の通路面積Ｄより大きく設定する。すなわち、エンジン７１を冷却する冷却水量を増加するためにラジエータ７２を大型化する一方で、冷却ファン７３の冷却風量を減少するために冷却ファン７３を小型化する。すなわち、冷却風によるエンジン７１の冷却の依存度を下げ、冷却水によるエンジン７１の冷却の依存度を上げる。

そのため、冷却風量を減少させるために空気入口部４１の通路面積Ｃと排気ダクト２４の通路面積Ｄが小さくなり、エンクロージャ１１の小型化が可能となる。また、空気入口部４１の通路面積Ｃが小さくなるため、エンクロージャ１１内に吸入される空気量が減少し、雨天時に空気と共にエンクロージャ１１内に浸入する雨水対策が容易となる。

［第２実施形態］
図４は、第２実施形態のエンクロージャが適用された発電設備を表す側面図、図５は、発電設備の平面図である。なお、上述した第１実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

第２実施形態において、図４および図５に示すように、発電設備１０Ａは、建屋１００内に配置される。発電設備１０Ａは、吸気ダクト８１と、排気ダクト８２と、発電ユニット１２とを備える。

吸気ダクト８１は、四角筒形状である。吸気ダクト８１は、Ｘ方向に沿って配置される。吸気ダクト８１は、Ｘ方向における一端部に空気入口部９１が設けられる。吸気ダクト８１は、Ｘ方向の他端部に空気吐出口９２が設けられる。吸気ダクト８１は、建屋１００の壁部１０２に形成された開口部１０３に挿通され、空気入口部９１が建屋１００の外部に位置し、空気吐出口９２が建屋１００の内部に位置する。

排気ダクト８２は、四角筒形状である。排気ダクト８２は、Ｘ方向に沿って配置される。排気ダクト８２は、Ｘ方向における一端部に空気出口部９３が設けられる。排気ダクト８２は、Ｘ方向の他端部に空気吸入口９４が設けられる。排気ダクト８２は、建屋１００の壁部１０４に形成された開口部１０５に挿通され、空気出口部９３が建屋１００の外部に位置し、空気吸入口９４が建屋１００の内部に位置する。

発電ユニット１２は、発電機６１および動力発生源６２を備える。動力発生源６２は、エンジン７１と、ラジエータ７２と、冷却ファン７３と、排気管７４と、消音機７５とを備える。

発電機６１および動力発生源６２は、台板２１に搭載される。エンジン７１とラジエータ７２と冷却ファン７３と発電機６１は、台板２１上に載置される。消音機７５は、建屋１００の天井部１０６に固定される。排気管７４は、エンジン７１と消音機７５とを連結する。排気管７４は、先端部が建屋１００の壁部１０４に形成された開口部１０７に挿通され、建屋１００の外部に位置する。発電機６１は、エンジン７１に駆動連結された状態で、台板２１上に搭載される。

また、エンジン７１とラジエータ７２と冷却ファン７３は、Ｘ方向に沿って配置され、ラジエータ７２は、排気ダクト８２の空気吸入口９４にＸ方向に対して対向する。すなわち、エンジン７１とラジエータ７２と冷却ファン７３と排気ダクト８２は、Ｘ方向に沿って配置される。吸気ダクト８１と排気ダクト８２は、Ｙ方向およびＺ方向にずれて配置される。吸気ダクト８１は、床面１０１から所定高さの位置に配置され、排気ダクト８２は、床面１０１に配置される。そのため、建屋１００内に、空気が吸気ダクト８１から発電機６１および動力発生源６２を介して排気ダクト２４に流れる空気流路Ｓが形成される。

このように構成された発電設備１０Ａにおいて、ラジエータ７２への冷却風の流入面績が空気入口部９１の通路面積より大きく設定される。また、ラジエータ７２への冷却風の流入面績が空気出口部９３の通路面積より大きく設定される。更に、空気入口部９１の通路面積が空気出口部９３の通路面積より大きく設定される。

すなわち、Ｚ方向の上方から見た発電設備１０の投影面積Ａは、発電ユニット１２および建屋１００内の排気ダクト８２のＸ方向の最大長さＬ１にＹ方向の最大幅Ｗ１を乗算した面積である。ラジエータ７２への冷却風の流入面績Ｂは、Ｘ方向の一方から見たラジエータ７２の正面の面積であり、ラジエータ７２の最大高さＨ２にＹ方向の最大幅Ｗ２を乗算した面積である。空気入口部９１の通路面積Ｃは、空気入口部９１のＸ方向に沿った最大高さ長さＬ３にＹ方向の最大幅Ｗ３を乗算した面積である。空気出口部９３の通路面積Ｄは、空気出口部９３に至る建屋１００内の排気ダクト８２のＸ方向に沿った流路のＺ方向に沿った最大高さＨ４にＹ方向の最大幅Ｗ４を乗算した面積である。

すると、発電設備１０の投影面積Ａを１．００としたとき、ラジエータ７２への冷却風の流入面績Ｂと、空気入口部４１の通路面積Ｃと、排気ダクト２４の通路面積Ｄは、以下の範囲に設定されると共に、以下の関係に設定される。
ラジエータ７２への冷却風の流入面績Ｂ＝０．１２〜０．１８
空気入口部４１の通路面積Ｃ＝０．１１〜０．１３
排気ダクト２４の通路面積Ｄ＝０．０９〜０．１３
Ｂ＞Ｃ
Ｂ＞Ｄ
Ｃ＞Ｄ

［本実施形態の作用効果］
第１の態様に係る発電設備は、空気入口部４１，９１および空気出口部５２，９３を有して冷却風が流れる空気流路Ｓと、動力発生源６２と、動力発生源６２により駆動する発電機６１と、空気流路Ｓに配置されて動力発生源６２との間で冷却水が循環するラジエータ７２とを備え、ラジエータ７２への冷却風の流入面績が空気入口部４１，９１の通路面積より大きい。

第１の態様に係る発電設備は、ラジエータ７２への冷却風の流入面績が空気入口部４１，９１の通路面積より大きいことで、冷却風量が減少することとなり、エンクロージャ１１や吸気ダクト８１を小型化することができる。また、エンクロージャ１１や建屋１００内に吸入される空気量が減少するため、空気と共にエンクロージャ１１や建屋１００内に浸入する雨水対策が容易となる。更に、冷却ファン７３を小型化することで、冷却ファン７３の振動の発生や空気入口部４１，９１での風切り音の発生も抑制することができる。

第２の態様に係る発電設備は、ラジエータ７２への冷却風の流入面績が空気出口部５２，９３側（排気ダクト２４）の通路面積より大きい。これにより、冷却風量が減少することとなり、エンクロージャ１１や排気ダクト８２を小型化することができる。

第３の態様に係る発電設備は、空気入口部４１，９１の通路面積が空気出口部５２，９３側排気ダクト２４の通路面積より大きい。これにより、空気入口部４１，９１からエンクロージャ１１や建屋１００内に吸入される空気の速度を低下させることができる。

第４の態様に係る発電設備は、動力発生源６２と発電機６１とラジエータ７２とを被覆するエンクロージャ１１を有し、エンクロージャ１１内における動力発生源６２とラジエータ７２との間に冷却ファン７３が設けられることで、空気流路が構成される。これにより、エンクロージャ１１や冷却ファン７３を小型化することができる。

第５の態様に係る発電設備は、建屋１００内に動力発生源６２と発電機６１とラジエータ７２とが配置され、建屋１００の一方の壁部１０２に吸気ダクト８１が配置され、建屋１００の他方の壁部１０４に排気ダクト８２が配置され、建屋１００の内部で吸気ダクト８１と排気ダクト８２との間に空気流路が設けられる。これにより、吸気ダクト８１や冷却ファン７３を小型化することができる。

なお、上述した実施形態では、エンクロージャ１１や吸気ダクト８１および排気ダクト８２は、上述した形状に限定されるものではない。

また、上述した実施形態では、送風機として、動力発生源６２を構成する冷却ファン７３を適用したが、この構成に限らず、別途送風機を設けてもよい。

１０，１０Ａ発電設備
１１エンクロージャ
１２発電ユニット
２１台板
２２筐体
２３，８１吸気ダクト
２４，８２排気ダクト
３１防振装置
３２側壁部
３３天井部
３４後壁部
３５前連結開口部
３６後連結開口部
４１，９１空気入口部
４２連結開口部
５１連結開口部
５２，９３空気出口部
６１発電機
６２動力発生源
７１エンジン
７２ラジエータ
７３冷却ファン
７４排気管
７５消音機
１００建屋
１０１床面
１０２，１０４壁部
Ｓ空気流路

Claims

空気入口部および空気出口部を有して冷却風が流れる空気流路と、
動力発生源と、
前記動力発生源により駆動する発電機と、
前記空気流路に配置されて前記動力発生源との間で冷却媒体が循環するラジエータと、
を備え、
前記ラジエータへの前記冷却風の流入面績が前記空気入口部側の通路面積より大きい、
発電設備。
前記ラジエータへの前記冷却風の流入面績が前記空気出口部側の通路面積より大きい
請求項１に記載の発電設備。
前記空気入口部側の通路面積が前記空気出口部側の通路面積より大きい、
請求項１または請求項２に記載の発電設備。
前記動力発生源と前記発電機と前記ラジエータとを被覆するエンクロージャを有し、エンクロージャ内における前記動力発生源と前記ラジエータとの間に送風機が設けられることで、前記空気流路が構成される、
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の発電設備。
建屋内に前記動力発生源と前記発電機と前記ラジエータとが配置され、前記建屋の一方の壁部に吸気ダクトが配置され、前記建屋の他方の壁部に排気ダクトが配置され、前記建屋の内部で前記吸気ダクトと前記排気ダクトとの間に前記空気流路が設けられる、
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の発電設備。