JP3889645B2

JP3889645B2 - コージェネレーションシステム

Info

Publication number: JP3889645B2
Application number: JP2002085586A
Authority: JP
Inventors: 正志高澤
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2002-03-26
Filing date: 2002-03-26
Publication date: 2007-03-07
Anticipated expiration: 2022-03-26
Also published as: JP2003278599A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
発電と給湯とを行なうコージェネレーションシステムの構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
これまでのコージェネレーションシステムでは、ガスや灯油などの燃料を内燃機関で燃焼させ、この内燃機関の駆動力により発電機を運転し、その発電された電力をパワーコンバータで商用電源の電源周波数に変換し、前記商用電源の位相に同調させて、電力線への電源供給を行なうと共に、前記内燃機関を冷却する冷却水路上に熱回収部を設け、給湯槽への熱回収を行なわせて、湯水を貯留し、給湯をも行なっていた。
【０００３】
この内燃機関の冷却水路上には、前記熱回収部のほか、この熱回収部で前記給湯槽への熱回収をし切れ無かった熱を放熱させるための放熱器と、この冷却水路内の冷却水を循環させる冷却水ポンプとが設けられ、前記放熱器は、放熱用送風機が設けられた放熱室へ配設されて冷却され、前記内燃機関や、前記冷却水ポンプは、前記パワーコンバータも含め、前記放熱用送風機とは異なる機械室用送風機が設けらた、機械室へ配設されて冷却されていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、コージェネレーションシステムも家庭向け用などの小型のものを考えた場合、発電量は、数キロワット程度で良いものの、このコージェネレーションシステムでの発電電力量に対する、運転するための消費電力量の占める比率が大きくなるため、このコージェネレーションシステムでの運転に関わる補機点数が多いことは、その消費電力量の増加に繋がることから、最終的な発電効率を低下させてしまう結果となり、また、前記補機点数が多いことは、当然ながらコストもアップしていることを意味している。
【０００５】
このため、この小型のコージェネレーションシステムでは、このシステム内で消費してしまう前記消費電力量の低減、および、コストの低減を行なうことが要望されていた。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、コストも抑えると共に、発電効率を向上させたコージェネレーションシステムを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、発電機を駆動する内燃機関と、発電電力を供給する制御部と、前記内燃機関の冷却水を冷却する放熱器と、この放熱器へ送風する送風機とを筐体内に内蔵して設けたコージェネレーションシステムにおいて、前記放熱器と、前記制御部とを収納した放熱室を設けて、この放熱室に隣接、かつ、連通して、前記内燃機関、および前記発電機を納めた機械室を設け、前記放熱室へ前記送風機を設けて、前記放熱器と、前記制御部と、前記機械室との冷却を行ない、かつ、前記放熱室と、この放熱室の下方に設けた前記機械室とを仕切る仕切り板に開口部を開口させ、この開口部へ雨水侵入防止用の屋根を設けるとともに、前記機械室の底板へ、通気口を開口させたことを特徴とするものである。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のものにおいて、前記制御部と、前記放熱器とを前記放熱室の対向する面に設けたことを特徴とするものである。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のものにおいて、前記制御部の外箱の前面と、裏面にスリット状の開口部を設けて、前記制御部の外箱の内部を通気可能としたことを特徴とするものである。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載のものにおいて、前記制御部に温度センサを設け、この温度センサからの温度信号に基づいて、前記送風機の運転を制御したことを特徴とするものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図１から図５を用いて説明する。
【００１３】
図１は、本発明による電力供給を主体としたコージェネレーションシステムの一部を破断して示した斜視図である。
【００１４】
このコージェネレーションシステム１００の構成は、機械室１と、蓄熱室２と、放熱室３とに大別されており、機械室１は、このコージェネレーションシステム１００の下部右側に位置して、ベース部材６０上に取り付けられ、通気口６２を設けられた底板６１へ、内燃機関１０と、この内燃機関１０の駆動力で駆動される発電機１１とが配設されており、これらの他には、冷却水ポンプ１２と、排ガス装置１３と、図示しない燃料供給装置とが納められ、外装パネル７０と、外装パネル７１とにより覆われて設けられている。
【００１５】
また、蓄熱室２は、このコージェネレーションシステム１００の左側に位置して、ベース部材６０上にアングルで固定された、給湯槽１７が納められ、外装パネル７５と、７６と、天面パネル７４とにより覆われている。
【００１６】
さらに、この機械室１の上部には、鋼材６３ａ〜６３ｃ、および、６４に支持されて設けられた放熱室３が設けられており、この放熱室３の底面には、ドレンパン６５が設けられており、蓄熱室２側の側壁へは、仕切板７７が取り付けられている。
【００１７】
また、この放熱室３内には、内燃機関１０の冷却水を流通させて放熱させる放熱器１４と、このコージェネレーションシステム１００の制御を行なう制御部や、発電した電力の供給を行なうパワーコンバータなどの制御装置１８と、ボックス内温度センサ１９とを内蔵した制御ボックス１５と、この放熱室３内の空気を大気側へ放出させる送風機１６とが納められ、外装パネル７２、および、スリット３１が設けられた外装パネル７３と、排気トップ８０、および、吹出しグリル７８が取り付けられた吹出し口７９を有した天面パネル７４とにより覆われている。
【００１８】
この放熱器１４は、放熱室３の１つ面へ側して配設され、制御ボックス１５は、そのケース上の前面にスリット２９と、裏面にスリット３０とが設けられて、放熱器１４と対向した面へ配設され、送風機１６は、この放熱室３の天面の前記天面パネル７４に設けられた吹出し口７９の直下に位置して配設されている。
【００１９】
また、この放熱室３の底面となるドレンパン６５は、図２に示す様に、両側端部を上方に曲げられた板金６６、および、６７を、鋼材６４上へ間隔を設けて並べ、前記機械室１の天面に開口部が設けられる様に取り付けられており、前記開口部には、この開口部より幅広で、両側端部を下方に曲げられた板金６８が、前記開口部との間に通風可能な間隔を持って、この開口部を覆う様に取り付けられ、このドレンパン６５の下方に設けられた機械室１内の空気が、この放熱室３へ流通可能とされている。
【００２０】
そして、この送風機１６が、制御装置１８からの指示により、運転を開始すると、図３に示す様に、送風機１６が、放熱室３内の空気を大気中へ放出させる様に送風を行なうため、放熱器１４では、大気側から放熱室３内へ、この放熱器１４を冷却しながら通過して空気が流れ、制御ボックス１５では、外装パネル７３上に設けられたスリット３１より大気側から空気が流入し、制御ボックス１５の前面に設けられたスリット２９と、裏面に設けられたスリット３０とを流通して、この制御ボックス１５内を冷却しながら通過して、放熱室３内へ空気が流れ、この放熱室３の下方に位置する機械室１では、ドレンパン６５上に設けられた板金６６と、板金６８との間隔、および、板金６７と、板金６８との間隔より、機械室１内の空気が、放熱室３へと吸引されるため、機械室１の底板６１に設けられた通気口６２より、空気が侵入して、内燃機関１０や、発電機１１などを冷却しながら流通して、放熱室３内へと空気が流れる。
【００２１】
この様に、放熱室３内の側面の放熱器１４と対向する位置へ制御ボックス１５を設け、この制御ボックス１５の前面と、裏面とに、空気の流通するスリットを設けることにより、制御ボックス１５内に納めたパワーコンバータや、制御部などの制御装置１８を、送風機１６で冷却することが可能となる。
【００２２】
さらに、機械室１をこの放熱室３に隣接して設け、放熱室３と、機械室１とを連通して設けることにより、前記送風機１６で、この機械室１の冷却までもが可能となる。
【００２３】
また、このコージェネレーションシステム１００を図４の様に回路図に示して説明すると、制御装置１８へ発電要求内の信号が送られると、この制御装置１８より内燃機関１０の運転開始の指示が出され、内燃機関１０は、燃料供給装置２１から供給される燃料と、吸気装置２２から吸入される燃焼用空気とを混合器２３で混合して吸引し、この内燃機関内部で燃焼させて、排気ガスを排ガス装置１３を経由させて、排気トップ８０より排出し、前記燃焼により発生した駆動力で、発電機１１を運転して発電を行ない、この発電された電力を制御装置１８に含まれた前記パワーコンバータで商用電源の電源周波数、および、位相に同調させて、負荷へと供給し、この内燃機関１０の運転開始の指示と共に、冷却水ポンプ１２へも運転開始の指示が出され、この内燃機関１０の冷却水路内に停流した冷却水を循環させる。
【００２４】
ここで、この冷却水路上に設けられている三方弁２８は、ワックスなどの封入材が封入され、この三方弁２８内を流通する前記冷却水の温度により、前記封入材の体積が変化し、自動的に流通先を切替える機械式の弁であり、前記冷却水の温度が、例えば、６０℃未満の場合は、矢印ａ方向を選択し、６０℃以上となった場合には、矢印ｂ方向へ切替える弁である。
【００２５】
そして、この時、前記冷却水の水温は、まだ低く、前記６０℃未満となっているため、内燃機関１０から流出した冷却水は、排ガス装置１３を経由して、三方弁２８を矢印ａ方向へ進み、冷却水ポンプ１２を経由して、内燃機関１０へと戻る冷却水路を循環して、この内燃機関１０の暖機運転を行うことになり、前記冷却水の温度が、前記６０℃以上となると、三方弁２８内に封入された前記封入材の体積が変化して、前記冷却水の流通先は、矢印ｂ方向へと切替えられ、内燃機関１０から流出した前記冷却水は、排ガス装置１３を経由して、三方弁２８を矢印ｂ方向へ進み、給湯槽１７内に設けられた熱供給管２７を流通し、放熱器１４を流通して、冷却水ポンプ１２を経由し、内燃機関１０へと戻る冷却水路を循環して、前記冷却水から、給湯槽１７内に貯留された水への熱回収を行なう。
【００２６】
また、前記冷却水の温度が、例えば、８０℃以上となった場合、給湯槽１７への熱回収を行なうにも、給湯可能な温度を超えてしまう温度、かつ、内燃機関１０の冷却が十分に行なえない温度として、この冷却水の温度信号を冷却水路上に設けた冷却水温度センサ２６で検出し、制御装置１８で放熱器１４での強制空冷を判断して、送風機１６の運転を行なわせ、前記冷却水の温度が上昇することを抑える。
【００２７】
ここで、このコージェネレーションシステム１００は、上述の様に、発電主体のコージェネレーションシステムであり、給湯要求の有無に関わらず、内燃機関１０、および、発電機１１は、運転して発電を行ない、制御ボックス１５内に納められたパワーコンバータなどの制御装置１８は発熱するため、上記説明での前記冷却水の温度が、前記８０℃未満となっている状況でも、制御ボックス１５内に設けられたボックス内温度センサ１９からの温度信号により、制御装置１８から送風機１６の運転が行なわれる。
【００２８】
この時、例えば、前記冷却水の温度が、前記６０℃未満の状態であれば、前記冷却水の温度も低く、内燃機関１０の暖機運転を行っている最中であるため、放熱器１４を流通しない冷却水路上を循環しているため、制御ボックス１５内に設けられたボックス内温度センサ１９からの温度信号により、制御装置１８から送風機１６を運転させても、特に問題となることは無い。
【００２９】
また、前記冷却水の温度が、前記８０℃以上の状態であれば、上記説明の様に、給湯槽１７への熱回収を行なうにも、給湯可能な温度を超えてしまう温度であるとともに、前記冷却水が、給湯槽１７での熱回収を行なっても前記８０℃以上となってしまうことは、給湯槽１７内に貯留された水への熱回収が完了されていることを意味し、かつ、内燃機関１０の冷却が十分に行なえない温度であり、冷却水温度センサ２６からの温度信号としても、送風機１６を運転させる必要があることから、制御ボックス１５内に設けられたボックス内温度センサ１９からの温度信号により、制御装置１８から送風機１６を運転させても、特に問題となることは無い。
【００３０】
しかし、前記冷却水の温度が、前記６０℃以上で、前記冷却水から給湯槽１７への熱回収が行なわれ、放熱器１４での放熱が必要とされる前記８０℃未満の温度であるときでは、前記給湯槽１７内に貯留された水への前記冷却水からの熱回収が継続されている状態で、前記冷却水の温度としては、送風機１６の運転を行う必要は無いが、ボックス内温度センサ１９の温度信号により、制御ボックス１５内の温度が上昇し、冷却の必要があるとして、制御装置１８から送風機１６の運転が行なわれてしまうため、送風機１６からの送風を受けて、放熱器１４での放熱が行なわれて、前記冷却水の温度は下降してしまい、給湯槽１７への熱回収効率を低下させてしまうこととなる。
【００３１】
このため、図４に示す内燃機関１０の暖機運転を行なう冷却水路と、給湯槽１７での熱回収、および、放熱器１４での放熱を行なう冷却水路とで構成された冷却水路を、図５に示す様に、第２の三方弁３２を設けて、内燃機関１０の暖機運転を行なう冷却水路と、給湯槽１７での熱回収を行なう冷却水路と、給湯槽１７での熱回収、および、放熱器１４での放熱を行なう冷却水路とに分割することにより、前記冷却水の温度が、放熱器１４での放熱を必要とされる前記８０℃未満の温度であれば、前記冷却水は、放熱器１４を流通しない冷却水路上を循環するため、前記冷却水の無駄な放熱を避けることが可能となる。
【００３２】
また、この第２の三方弁３２も、これまでの前記三方弁２８と同様の前記冷却水の温度による機械式のものであれば、コストアップとはなってしまうが、特に電力を必要としないため、発電効率を低下させることも無く、給湯槽１７での熱回収効率を低下させてしまうことも無い。
【００３３】
なお、本実施の形態では、放熱室３に設ける送風機１６を、放熱室３の天面に設けて説明したが、この送風機１６は、放熱室内に配設された放熱器１４と、制御ボックス１５と、機械室１内との冷却が行なえるものであれば良いため、例えば、外装パネル７２を設けた、この放熱室３の側面へ配設し、前記放熱器１４や、制御ボックス１５などの冷却を行なわせるものとすることも可能である。
【００３４】
【発明の効果】
この様に、送風機を備え、内燃機関の冷却水の放熱を行なわせる放熱器を配設した放熱室へ、パワーコンバータなどの制御装置を納めた制御ボックスに通風用のスリットを設けて配設するとともに、前記内燃機関や、発電機を納めた機械室を、この放熱室へ隣接、かつ、連通して設けることにより、前記送風機で、前記放熱器と、前記制御ボックスと、前記機械室との冷却を行なうことが可能となるため、前記機械室への送風を行なう送風機を削減することができ、コストが抑えられるとともに、このコージェネレーションシステム内で消費してしまう電力を低減させられることから、発電効率を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるコージェネレーションシステムの一部を破断して示した図である。
【図２】本コージェネレーションシステムのドレンパン部について示した構成断面図である。
【図３】本コージェネレーションシステム内を冷却する空気の流れを示した図である。
【図４】本コージェネレーションシステムの概略について示した回路図である。
【図５】図４に示す回路図の熱回収効率を改善した冷却水路の回路図である。
【符号の説明】
１機械室
２蓄熱室
３放熱室
１０内燃機関
１１発電機
１４放熱器
１５制御ボックス
１６送風機
１８制御装置
１９ボックス内温度センサ
２９スリット
３０スリット
３１スリット
６１底板
６２通気口
６５ドレンパン
６６板金
６７板金
６８板金
１００コージェネレーションシステム
１０１コージェネレーションシステム

Claims

発電機を駆動する内燃機関と、発電電力を供給する制御部と、前記内燃機関の冷却水を冷却する放熱器と、この放熱器へ送風する送風機とを筐体内に内蔵して設けたコージェネレーションシステムにおいて、
前記放熱器と、前記制御部とを収納した放熱室を設けて、この放熱室に隣接、かつ、連通して、前記内燃機関、および前記発電機を納めた機械室を設け、前記放熱室へ前記送風機を設けて、前記放熱器と、前記制御部と、前記機械室との冷却を行ない、かつ、
前記放熱室と、この放熱室の下方に設けた前記機械室とを仕切る仕切り板に開口部を開口させ、この開口部へ雨水侵入防止用の屋根を設けるとともに、前記機械室の底板へ、通気口を開口させたことを特徴とするコージェネレーションシステム。
前記制御部と、前記放熱器とを前記放熱室の対向する面に設けたことを特徴とする請求項１に記載のコージェネレーションシステム。
前記制御部の外箱の前面と、裏面にスリット状の開口部を設けて、前記制御部の外箱の内部を通気可能としたことを特徴とする請求項１または２に記載のコージェネレーションシステム。
前記制御部に温度センサを設け、この温度センサからの温度信号に基づいて、前記送風機の運転を制御したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のコージェネレーションシステム。