JP5118604B2

JP5118604B2 - エンジン駆動発電装置

Info

Publication number: JP5118604B2
Application number: JP2008278604A
Authority: JP
Inventors: 尚史小谷; 正憲武石
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2008-10-29
Filing date: 2008-10-29
Publication date: 2013-01-16
Anticipated expiration: 2028-10-29
Also published as: EP2182193A1; US9046034B2; US20100244458A1; JP2010106726A; DE602009000533D1; EP2182193B1

Description

本発明は、例えばコージェネレーションに用いられるエンジン駆動発電装置に関する。

コージェネレーションに用いられる発電機として、エンジンにより駆動されるタイプのエンジン駆動発電装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平１１−２００９５１号公報（図１）

特許文献１を次図に基づいて説明する。
図６は従来の技術の基本構成を説明する図であり、コージェネレーションの発電装置１００は、筐体１０１内に、発電機１０２と、この発電機１０２に接続され発電機１０２を駆動させるエンジン１０３と、このエンジン１０３の上方に配置される換気ファン１０４と、この換気ファン１０４の上部に接続され換気ファン１０４を駆動するためのモータ１０５とを収納してなる。

筐体１０１には、エンジン１０３及びモータ１０５を冷却するのに必要な外気を取込むための外気取入れ穴１０７と、この外気取入れ穴１０７から取込まれた空気の一部をモータ１０５を冷却するために取込むモータ冷却空気取入れ穴１０８と、このモータ冷却空気取入れ穴１０８から取込まれた空気が排出されるモータ冷却空気排出穴１０９と、このモータ冷却空気排出穴１０９から排出された空気を筐体１０１外へ排出し、外気取入れ穴１０７から取込まれエンジン１０３の外周部を通過した空気を筐体１０１外へ排出するための空気排出穴１１１とが設けられる。

このようなコージェネレーションの発電装置１００は、エンジン１０３の作動により発電機１０２が駆動され、発電機１０２が発電を行う。このとき発電機１０２及びエンジン１０３が熱を帯びるため、この熱を筐体１０１の外部へ排出することにより、発電機１０２及びエンジン１０３を冷却する必要がある。

発電機１０２及びエンジン１０３を冷却するには、まず換気ファン１０４を駆動させる。換気ファン１０４の駆動により、筐体１０１内に負圧が発生し矢印（１）、（２）で示すように外気が外気取入れ穴１０７から筐体１０１内部へ取込まれる。取込まれた空気の大部分は、矢印（３）〜（５）で示されるように、発電機１０２及びエンジン１０３の回りを通過し、矢印（６）で示すように換気ファン１０４から空気排出穴１１１に向かって排出される。

このように、筐体１０１内に対流を発生させることにより、発電機１０２及びエンジン１０３から発生する熱を筐体１０１の外部へ排出する。

また、換気ファン１０４を駆動させることにより、駆動源であるモータ１０５も熱を帯びる。このモータ１０５の冷却も、外気取入れ穴１０７から取込まれる空気により行う。
即ち、外気取入れ穴１０７から取込まれる空気の一部が、矢印（７）で示すようにモータ冷却空気取入れ穴１０８に向かい、この空気が冷却空気通路１１２を介して矢印（８）で示すようにモータ冷却空気排出穴１０９からモータ１０５の発する熱と共に排出される。

このような発電装置１００によれば、負圧を発生させるための換気ファン１０４や、この換気ファン１０４を駆動させるモータ１０５、モータ１０５を冷却するための空気が通過する冷却空気通路１１２が必要であり、部品点数が多くなる。部品点数が多いことにより、製造コストが嵩む。

安価で製造することができるエンジン駆動発電装置の提供が望まれる。

本発明は、安価で製造することができるエンジン駆動発電装置の提供を課題とする。

請求項１に係る発明は、密閉筐体に、エンジン及びこのエンジンで駆動されて発電する発電機とを収納し、外気取入れ管を用いて前記密閉筐体外から空気を取入れ、この空気で前記発電機を冷却し、冷却後の空気の一部を前記エンジンの燃焼用空気に充当し、前記冷却後の空気の残部は前記密閉筐体を満たすと共に空気排出管を用いて前記密閉筐体外へ排出させ、前記エンジンの排気ガスはエンジン排気管を用いて前記密閉筐体外へ排出されるようにし、
前記エンジン排気管を流れる排気ガスの吸引作用で前記空気排出管を流れる空気が強制的に吸引されるように、前記密閉筐体の外にエジェクター室が設けられているエンジン駆動発電装置において、
前記エジェクター室は、前記空気排出管からの空気が流れる内管と、前記エンジン排気管からの排気ガスが流れる外管と、からなる二重管部を含み、
前記エンジン排気管は、前記空気排出管に向かって湾曲する湾曲部が設けられ、
前記空気排出管は、前記密閉筐体から直線状に延びるストレート管であり、
前記エンジン排気管に前記空気排出管が差し込まれていることを特徴とする。

請求項１に係る発明では、エンジン排気管を流れる排気ガスの吸引作用で空気排出管を流れる空気が強制的に吸引されるように、密閉筐体の外にエジェクター室が設けられている。密閉筐体内の熱は、エンジン排出管を流れる排気ガスの吸引作用で強制的に吸引され、密閉筐体内の熱を排出するのに、モータや換気ファンを配置する必要がない。少数の部品でエンジン駆動発電装置を製造することができ、エンジン駆動発電装置の製造コストを低廉にすることができる。

特に、請求項１に係る発明では、エジェクター室は、空気排出管からの空気が流れる内管と、エンジン排気管からの排気ガスが流れる外管と、からなる二重管部を含む。二重管部を構成するためには外管に対して内管を差込むようにして、外管と内管とを配置すればよい。外管に対して内管を差込むのであれば、内管に直線状のストレート管を用いることができる。ストレート管であれば、曲がり管に比べて管内の流路抵抗が小さいため、流路抵抗による損失を抑えることができ、密閉筐体内の熱を効率よく排出することができる。
加えて、請求項１に係る発明によれば、ストレート管であれば、曲がり管に比べて管内の流路抵抗が小さいため、流路抵抗による損失を抑えることができ、密閉筐体内の熱を効率よく排出することができる。

本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。
図１は本発明に係るエンジン駆動発電装置を説明する図であり、家庭用コージェネレーションのエンジン駆動発電装置を例に説明する。
エンジン駆動発電装置１０は、支持台１１、１１に支持された密閉筐体１２と、この密閉筐体１２内に配置されガスを燃料として作動されるエンジン１３と、このエンジン１３の上部に配置されエンジン１３により駆動される発電機１４と、この発電機１４に接続され密閉筐体１２の外部から空気を取込み発電機１４を冷却する外気取入れ管１５と、エンジン１３へガスを供給するためにガス供給管１７から供給されたガスを気化させる気化室１８と、密閉筐体１２内から空気供給管１９を介して供給された空気を浄化させるエアクリーナ２１と、このエアクリーナ２１で浄化された空気を気化室１８で気化されたガスに混合させ燃料供給管２２を介してエンジン１３に混合気を供給する混合室２３と、エンジン１３に接続されエンジン１３から発生する排気ガスを排出するためのＬ字形の第１排出管２５と、この第１排出管２５に消音器２６を介して接続され湾曲部２７を有する第２排出管２８と、この第２排出管２８内から密閉筐体１２内に向かって配置され密閉筐体１２内の熱を排出する空気排出管３０と、エンジン１３に冷却水を取込むための冷却水取入れ管３１と、この冷却水取入れ管３１の下方に配置されエンジン１３で温められた冷却水を熱源として供給する冷却水供給管３２と、発電機１４に接続され直流電流を交流電流に変換するインバータ３４と、このインバータ３４、エアクリーナ２１、混合室２３、気化室１８を覆うように密閉筐体１２の上部に配置されるカバー３５とからなる。

エンジン１３の排気ガスは、第１排出管２５、消音器２６、第２排出管２８を通過して密閉筐体１２の外部へ排出される。即ち、第１排出管２５、消音器２６、第２排出管２８によりエンジン排気管３６は構成される。エンジン排気管３６から排出された排気ガスの熱は、水を温める際の熱源として用いることができる。

このようなエンジン駆動発電装置１０は、まず、ガス供給管１７から供給され気化室１８で気化されたガスと、空気供給管１９を介してエアクリーナ２１で浄化された空気とを混合室２３で混合させる。この混合気を燃料供給管２２を介してエンジン１３に供給し、この供給された混合気を燃料としてエンジン１３が作動し、このエンジン１３に駆動されて発電機１４が発電を行う。発電された電気は、インバータ３４により直流電流から交流電流に変換され、家庭内に供給される。

密閉筐体１２内へは、外気取入れ管１５から発電機１４を介して空気が取込まれる。外気取入れ管１５から空気を取込む際に、この外気の温度により発電機１４が冷却される。密閉筐体１２内に取込まれた空気の一部は、空気供給管１９に吸込まれ、エンジン１３に送られる。一方、密閉筐体１２内に取込まれた空気の残部は、密閉筐体１２を満たすとともに、空気排出管３０を用いて密閉筐体１２外へ排出される。

図２は図１の２部拡大図であり、エンジン排気管３６は、空気排出管３０に向かって湾曲されるよう湾曲部２７が設けられ、空気排出管３０は、第２排出管２８に差込まれた上で第２排出管２８との接続部３７を溶接することにより配置される。
空気排出管３０の先端から接続部３７までは、エンジン排気管３６の内部に配置される内管３８であり、エンジン排気管３６のうち、内部に空気排出管３０が通される部分は、内管３８を囲う外管３９である。即ち、二重管部４１は、内管３８と、外管３９とからなる。

また、湾曲部２７のうち空気排出管３０が配置されないＡ点から、空気排出管３０の先端を超えたＢ点までが、空気排出管３０に流れる空気を強制的に吸引するエジェクター室４２である。
即ち、エジェクター室４２は、空気排出管３０からの空気が流れる内管３８と、エンジン排気管３６からの排気ガスが流れる外管３９と、からなる二重管部４１を含む。

エジェクター室４２は、空気排出管３０からの空気が流れる内管３８と、エンジン排気管３６からの排気ガスが流れる外管３９と、からなる二重管部４１を含む。二重管部４１を構成するためには外管３９に対して内管３８を差込むようにして、外管３９と内管３８とを配置すればよい。外管３９に対して内管３８を差込むのであれば、内管３８に直線状のストレート管を用いることができる。ストレート管であれば、曲がり管に比べて管内の流路抵抗が小さいため、流路抵抗による損失を抑えることができ、密閉筐体内の熱を効率よく排出することができる。

以上の構成からなるエンジン駆動発電装置の作用を次に説明する。
図３は本発明に係るエンジン駆動発電装置の作用説明図であり、（ａ）に示すように、エンジン（図１、符号１３）を作動させると排気ガスが発生し、この排気ガスは、矢印（１０）で示すようにエンジン排気管３６内を通過し、矢印（１１）で示すように空気排出管３０の外周部であるＣ点を通過する。

ここで、エジェクター室４２の入口であるＡ点を通過する際の排気ガスの流速をＶ１とし、空気排出管３０の先端外周部Ｃ点を通過する排気ガスの流速をＶ２とする。Ｖ１とＶ２とを比較すると、エンジン排気管３６の内径ｄ１に対して、空気排出管３０の外径ｄ２の分だけ流路が狭められている場所を通過するＶ２の方が流速が早い。即ち、Ｖ１＜Ｖ２となる。

ここで、Ａ点での排気ガスの流速Ｖ１と、Ａ点での排気ガスの圧力Ｐ１と、Ｃ点での排気ガスの流速Ｖ２と、Ｃ点での排気ガスの圧力Ｐ２との関係は次の式で表すことができる。
Ｐ１／ρ＋Ｖ１^２／２ｇ＝Ｐ２／ρ＋Ｖ２^２／２ｇ
ここでρは密度であり、ｇは重力である。この式を変形すると、（Ｐ１−Ｐ２）／ρ＝１／２ｇ・（Ｖ２^２−Ｖ１^２）となる。

０＞Ｖ１となることはなく、上述のとおりＶ１＜Ｖ２であることから、０＜（Ｖ２^２−Ｖ１^２）となる。すると、０＜（Ｐ１−Ｐ２）となり、これからＰ１＞Ｐ２となる。
即ち、Ａ点での排気ガスの圧力Ｐ１の方が、Ｃ点での排気ガスの圧力Ｐ２よりも高いことになる。

このような圧力の違いにより（ｂ）の白抜き矢印で示すように、エジェクター室４２内には空気を引張る力が発生し、この力により矢印（１２）で示すように空気排出管３０を流れる空気が強制的に吸引される。

この強制的に空気を吸引する力は、エンジン排気管３６の内径ｄ１と空気排出管３０の外径ｄ２との差が小さくなるほど、大きくなる。即ち、空気排出管３０の外周面からエンジン排気管３６の内周面までの幅Ｗ１が小さいほど、空気排出管３０内の空気を吸引する力は大きくなる。

具体的には、エンジン排気管３６の内径ｄ１を３３ｍｍ、空気排出管３０の外径ｄ２を２７ｍｍ、空気排出管３０の外周面からエンジン排気管３６の内周面までの幅Ｗ１を３ｍｍとした場合に、最も効率よく空気排出管３０内の空気を吸引することができた。

空気排出管３０内を通過する空気の温度とエンジン排気管３６内を通過する排気ガスの温度との差により、空気排出管３０の外周面に水滴が発生する。この水滴が抵抗となり、幅Ｗ１を３ｍｍよりも小さくした場合には、却って空気排出管３０内の空気を吸引する力が低下したものと考えられる。

一方で、Ｗ１が３ｍｍより大きくなれば大きくなるほど、空気排出管３０内の空気を引っ張る力が弱くなると考えられ、実際に空気排出管３０内の空気を吸引する効率が悪くなった。

以上の説明により、以下のことがいえる。エンジン排気管３６を流れる排気ガスの吸引作用で空気排出管３０を流れる空気が強制的に吸引されるように、密閉筐体（図１、符号密閉筐体１２）の外にエジェクター室４２が設けられている。密閉筐体内の熱は、エンジン排気管３６を流れる排気ガスの吸引作用で強制的に吸引される。このように、密閉筐体内の熱を強制的に吸引する構造にすることにより、少数の部品でエンジン駆動発電装置を製造することができ、エンジン駆動発電装置の製造コストを低廉にすることができる。

以下に本発明に係るエンジン駆動発電装置の別実施例を説明する。
図４は本発明に係る図１の別実施例図であり、図１と共通要素は符号を流用して、詳細な説明は省略する。空気排出管４４をエンジン排気管４５に向かって湾曲させ、この空気排出管４４にエンジン排気管４５の先端を差込むようにして、エジェクター室４６を配置した。

エンジン排気管４５の先端に絞り形成された絞り部４８から接続部４９までは、空気排出管４４の内部に配置される内管５１であり、空気排出管４４のうち、内部にエンジン排気管４５が通される部分は、内管５１を囲う外管５２である。即ち、二重管部５３は、内管５１と、外管５２とからなる。

エジェクター室４６は、空気排出管４４からの空気が流れる外管５２と、エンジン排気管４５からの排気ガスが流れる内管５１と、からなる二重管部５３を含む。排気ガスは高温であるため、エンジン排気管４５の周りは通常断熱材を配置する等の熱対策が行われる。エンジン排気管４５を内管５１とし、空気排出管４４で囲うことにより二重管部５３の熱対策を簡易にすることができる。

図５は別実施例に係る発明の作用説明図であり、（ａ）に示すように、エンジン（図１、符号１３）を作動させると排気ガスが発生し、この排気ガスは、矢印（１３）で示すようにエンジン排気管４５内を通過し、矢印（１４）で示すように絞り部４８を通過する。

ここで、エジェクター室４６の入口であるＤ点を通過する際の排気ガスの流速をＶ３とし、絞り部４８の近傍Ｅ点を通過する排気ガスの流速をＶ４とする。この場合、エンジン排気管４５の内径ｄ３に対して、絞り部４８の内径ｄ４方が小さいため、Ｅ点を通過する際の流速Ｖ４の方がＤ点を通過する際の流速Ｖ３よりも速い。即ち、Ｖ３＜Ｖ４となる。

このとき、図３において説明したのと同様に、Ｄ点での排気ガスの圧力Ｐ３の方が、Ｅ点での排気ガスの圧力Ｐ４よりも高いことになる。
このような圧力の違いにより（ｂ）の白抜き矢印で示すように、空気を引張る力が発生し、この力により矢印（１５）で示すように空気排出管４４を流れる空気が強制的に吸引される。

この強制的に空気を吸引する力は、エンジン排気管４５の内径ｄ３と絞り部４８の内径ｄ４との差が大きくなるほど、大きくなる。

尚、本発明のエンジン駆動発電装置は、実施の形態では家庭用コージェネレーションに適用したが、密閉筐体内でエンジンを作動させることにより、密閉筐体外部へエンジンの熱を排出する必要が生ずるものであれば、その用途は家庭用コージェネレーションに限られるものではない。

本発明のエンジン駆動発電装置は、家庭用コージェネレーションに用いる発電装置に好適である。

本発明に係るエンジン駆動発電装置を説明する図である。図１の２部拡大図である。本発明に係るエンジン駆動発電装置の作用説明図である。本発明に係る図１の別実施例図である。別実施例に係る発明の作用説明図である。従来の技術の基本構成を説明する図である。

符号の説明

１０…エンジン駆動発電装置、１２…密閉筐体、１３…エンジン、１４…発電機、１５…外気取入れ管、２７…湾曲部、３０、４４…空気排出管、３６、４５…エンジン排気管、３８…内管（空気排出管）、３９…外管（エンジン排気管）、４１、５３…二重管部、４２、４６…エジェクター室、４８…絞り部、５１…内管（エンジン排気管）、５２…外管（空気排出管）。

Claims

密閉筐体に、エンジン及びこのエンジンで駆動されて発電する発電機とを収納し、外気取入れ管を用いて前記密閉筐体外から空気を取入れ、この空気で前記発電機を冷却し、冷却後の空気の一部を前記エンジンの燃焼用空気に充当し、前記冷却後の空気の残部は前記密閉筐体を満たすと共に空気排出管を用いて前記密閉筐体外へ排出させ、前記エンジンの排気ガスはエンジン排気管を用いて前記密閉筐体外へ排出されるようにし、
前記エンジン排気管を流れる排気ガスの吸引作用で前記空気排出管を流れる空気が強制的に吸引されるように、前記密閉筐体の外にエジェクター室が設けられているエンジン駆動発電装置において、
前記エジェクター室は、前記空気排出管からの空気が流れる内管と、前記エンジン排気管からの排気ガスが流れる外管と、からなる二重管部を含み、
前記エンジン排気管は、前記空気排出管に向かって湾曲する湾曲部が設けられ、
前記空気排出管は、前記密閉筐体から直線状に延びるストレート管であり、
前記エンジン排気管に前記空気排出管が差し込まれていることを特徴とするエンジン駆動発電装置。