JP5303183B2 - エンジン収納パッケージ - Google Patents

Description

本発明は、例えばコージェネレーション装置に使用されるエンジン、発電機および排熱回収器等を収納するパッケージに関する。

従来、パッケージ収納型コージェネレーション装置等において、エンジン用吸気機器である、エアクリーナおよび吸気サイレンサをエンジンとは別室に配置し、吸気サイレンサをラジエータファン周りのファンシュラウドと兼用した構成が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平０７−１５１０２８号公報

前記先行技術文献の構成では、吸気サイレンサをファンシュラウドで構成するため、吸気サイレンサを他の機種と兼用することが困難である。

また、エンジン用吸気機器は高温度の雰囲気で使用するのは好ましくない。例えば、ガスエンジンが使用されるコージェネレーション装置において、燃料ガスと空気とがミキサで混合された後に、その混合ガスがエンジンへ供給される。空気が高温となると密度が低下するため、十分な空気が供給できず、エンジン性能の低下の原因となる。

特に、コージェネレーション装置は、パッケージ内に、エンジン、発電機、ラジエータ、吸気機器および排気機器等の構成機器を内装した構成であるため、エアクリーナおよび吸気サイレンサが、運転時の熱により高温下に曝されるのを防止する必要がある。

本願は、エンジン用吸気機器である、エアクリーナおよび吸気サイレンサが高温下に曝されることを防止すると共に、他の機種でも兼用化可能なように吸気サイレンサを独立した機器で構成することを課題とする。

本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、エンジンを収納するパッケージにおいて、エンジン用吸気機器である、エアクリーナおよび吸気サイレンサをラジエータおよびエンジンとは別室の吸気室に配置し、ラジエータおよびラジエータファンをエンジンとは別室のラジエータ室に配置し、前記吸気室を前記ラジエータ室に隣接させることで、前記吸気室の少なくとも一壁面をラジエータファンの駆動により給排気される冷却風に曝す構成とし、エンジン冷却水の熱を外部に取り出す水／水熱交換器を前記エンジンと同室のエンジン室に配置し、エンジン冷却水がラジエータをバイパスして水／水熱交換器に流れる場合でも、エンジン吸気温度が所定温度以上相当の条件下では、ラジエータ内のエンジン冷却水の循環有無に関わらずラジエータファンを駆動する構成としたことにある。

なお、エンジン吸気温度が所定温度以上相当の条件下とは、エアクリーナ内の空気温度、吸気室温、ラジエータ室温、パッケージ周囲温度または燃料供給量（例、燃料ガス供給弁の開度）に基づいて算定される吸気密度が所定値以下となることをいう。

前記本発明は、エンジン吸気温度が所定温度以上相当の条件下ではラジエータ内をエンジン冷却水が循環していなくともラジエータファンを駆動する。このとき、エアクリーナおよび吸気サイレンサが配置される吸気室の少なくとも一壁面が、ラジエータファンによる冷却風に曝され、一壁面を介してラジエータ室の熱が、吸気室に伝わるのを防止できる。
それと同時に、ラジエータファンを駆動することにより、エンジン運転中に常に負圧となる吸気室よりも、ラジエータ室の方が大きな負圧となるので、ラジエータ室から吸気室への高温空気の漏れも無くなり、熱の流れ込みを防止できる。
また、吸気室内の雰囲気温度が高い場合、吸気室内の熱を一壁面を介してラジエータ室に逃すことも可能となる。この結果、エンジン用吸気機器の温度上昇を抑えてエンジンの吸気効率の低下を防止できる。

また、吸気サイレンサを独立した機器で構成できるので、他の機種でも兼用可能となる。

さらに、本発明は、吸気室、エンジンおよびラジエータとは別室の排気室に排気サイレンサを配置したことにある。

前記本発明は、排気サイレンサを吸気サイレンサやエアクリーナと隔離したので、これらの機器へのエンジン排熱の熱伝達を防止できる。

本発明は、エンジン吸気温度が所定温度以上相当の条件下ではラジエータ内をエンジン冷却水が循環していなくともラジエータを駆動するので、エンジン用吸気機器の温度上昇を抑えてエンジンの吸気効率の低下を防止できる。また、吸気サイレンサを独立した機器で構成できるので、他の機種でも兼用可能となる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。

本実施の形態は、本発明をコージェネレーション装置１に採用した場合について説明する。なお、コージェネレーション装置１とは、電力消費機器（負荷）への送電系統に、外部商用電源の商用電力系統と、発電機の発電電力系統とを接続し、該負荷の需要電力を賄うとともに、発電に伴い生じる排熱を回収し、該回収熱を利用するシステムである。

図１は、コージェネレーション装置の正面斜視図を示し、図２は、同装置の背面斜視図を示す。図１および図２に示すように、本実施形態に係るコージェネレーション装置１は、略直方体に形成された筺体としてのパッケージ２を備えている。このパッケージ２の内部は、パッケージ２の上下方向の略中途に位置する中段壁１２により上下に２分割されており、下側はエンジン室３および機器収納室５が構成され、上側はラジエータ室７および吸排気室８が構成されている。

前記エンジン室３は、パッケージ２の長手方向に一方に設けられている。このエンジン室３内には、エンジン１０、このエンジン１０により駆動される発電機１１、図示省略の冷却水ポンプ、排気ガス熱交換器および水／水熱交換器等が配置されている。なお、エンジン１０は、例えばガスエンジンが採用され、ミキサで燃料ガスと空気が混合されることによって起動される。そして、該エンジン１０が回転駆動することによって、該エンジン１０を連設される発電機１１が連動される。

前記機器収納室５は、エンジン室３の側方（図１に示す右側）に配置されている。この機器収納室５は、隔壁１５によりエンジン室３と区画されている。機器収納室５内には、エンジン駆動系機器および水／水熱交換系機器を制御する制御装置１６等を備えるコントロールボックス１７と、インバータ１４等が配置されている。

前記ラジエータ室７は、機器収納室５の上方に配置されており、エンジン室３に対してパッケージ２の対角線上（斜め上方）に位置する。図３および図４に示すように、ラジエータ室７の前後には、ラジエータ１８がそれぞれ配置されるとともに、ラジエータ室７の上方には、前記制御装置１６により駆動制御される放熱用のラジエータファン１９が配置されている。

ラジエータ室７と吸排気室８とは、例えば金属製板からなる隔壁２０で区画されている。すなわち、隔壁２０の前後縁２０ａ、２０ｂは、パッケージ２の前後壁２ａ、２ｂに接続されている。隔壁２０の上縁２０ｃは、パッケージ２の天井壁２ｃに接続され、下縁２０ｄは中段壁１２に接続されている。

さらに、吸排気室８は、例えば金属製板からなる隔壁２１により吸気室８Ａと、排気室８Ｂとに区画されている。具体的には、隔壁２１は吸排気室８の前後方向中途に配置され、前側に吸気室８Ａが、後側に排気室８Ｂが設けられている。隔壁２１の上縁２１ａは、パッケージ２の天井壁２ｃに接続され、下縁２１ｂは中段壁１２に接続されている。隔壁２１の一方の縁２１ｃは、パッケージ２の一方の側壁２ｄに接続され、他方の縁２１ｄは、前記隔壁２０にＴ字状に接続されている。

また、隔壁２０の排気室８Ｂ側に図２に示すようにギャラリが設けられ、中段壁１２の排気室８Ｂの底部に当たる箇所にエンジン室３の換気口が設けられて、エンジン室からの換気風が前記換気口から排気室８Ｂ、隔壁２０のギャラリを経てラジエータ室７へ流れる。

一方、隔壁２１には通気口に相当する箇所はなく、吸気室８Ａと排気室８Ｂとは、互いに空気の流通がないようになっている。空気の流通がないとは、吸気室８Ａおよび排気室８Ｂの一方側の空気が、他方側の雰囲気温度に影響を与える程度に流通しないことをいう。

吸気室８Ａには、エアクリーナ２２および吸気サイレンサ２３がそれぞれ配置されている。排気室８Ｂには、排気サイレンサ２４が配置されている。

前記ラジエータ室７には、被検出温度としてラジエータ室７内の雰囲気温度を検出するための温度センサ（センサ）２５が設けられている。このセンサ２５の信号により、ラジエータ室７内の温度が設定温度以上となったと判断した場合に、制御装置１６は、ラジエータ１８内のエンジン冷却水の循環有無に関わらず、ラジエータファン１９を駆動させるようになっている。すなわち、制御装置１６は、エンジン冷却水がラジエータ１８を循環する際は無論、エンジン冷却水がラジエータ１８を循環していない場合であっても、ラジエータ室７内の雰囲気温度が設定温度以上となった場合に、ラジエータファン１９を駆動させるようになっている。

本実施の形態のコージェネレーション装置１は以上の構成からなり、次に、かかる装置１を運転する場合について説明する。

先ず、燃料ガスはエンジン１０に接続された図示しないミキサへ送られるとともに、吸気室８Ａ内に吸い込まれた空気は、エアクリーナ２２および吸気サイレンサ２３を介して、ミキサへ送られる。また、該エンジン１０から排気される排気ガスは、排気ガス熱交換器を介して、排気サイレンサ２４にて消音された後に、パッケージ２の上方から外部へ排出される。

エンジン１０を冷却したエンジン冷却水は、サーモスタットでの検知水温が設定温度以上であれば、図示しない水／水熱交換器へ送られる。そして、エンジン冷却水の熱は、水／水熱交換器を介して、外部に取り出される。水／水熱交換器を通過したエンジン冷却水は、エンジン１０へ戻される。なお、本実施例の冷却水回路では、水／水熱交換器とラジエータ１８は直列に配置されており、水／水熱交換器での熱交換量が少ない場合には、ラジエータ１８へ送られる。このとき、ラジエータファン１９が駆動し、エンジン冷却水が放熱される。

ラジエータファン１９でラジエータ１８内のエンジン冷却水を冷却する際には、ラジエータ１８から放熱されるため、ラジエータ室７内の雰囲気温度が高くなる。

ところで、水／水熱交換器での熱交換量が多い場合には、エンジン冷却水はラジエータ１８をバイパスしてエンジン１０へ戻される。従って、かかる場合には、ラジエータ１８を循環するエンジン冷却水を冷却する目的でラジエータファン１９を駆動する必要はない。しかしながら、排気室８Ｂを経由してラジエータ室７から排気されるエンジン室３の高温の換気風、エンジン１０の放射熱の中段壁１２からの熱伝導、排気サイレンサ２４や排気管の放射熱、およびラジエータ１８内に残留している高温のエンジン冷却水により、ラジエータ室７の室温が上昇する。

センサ２５は、ラジエータ室７内の雰囲気温度を検出し、その信号を制御装置１６に送信する。制御装置１６は、センサ２５の信号に基づいて雰囲気温度が設定温度以上であることを検知した場合には、エンジン吸気温度が所定温度以上相当の条件下と判断して、エンジン冷却水がラジエータ１８を循環しているか否とに関わらず、ラジエータファン１９を駆動させる。本実施例では、ラジエータ室７と吸気室８Ａが隔壁２０を介して隣接しており、ラジエータ室７の室温が高いと、隔壁２０Ａからの熱伝導によりラジエータ室７から吸気室８Ａへの熱伝達が生じる。また、エンジン１０の運転中でラジエータファン１９が停止しているときは、吸気室８Ａは負圧、ラジエータ室７は正圧となるため、ラジエータ室７の空気が吸気室８Ａへ漏れる場合があり、ラジエータ室７の室温が高いと、この高温の漏れ空気によってもラジエータ室７から吸気室８Ａへの熱伝達が生じる。これらのことから、ラジエータ室７の室温が高いと、吸気室８Ａの室温も高く、エンジン吸気の密度が低下して実質吸気量が少なくなりエンジン１０の吸気効率低下を招く。なお、ラジエータ室７の室温以外にエンジン室３用の換気ダクト内の温度、吸気室８Ａの室温を検知して、エンジン吸気温度が所定温度以上相当の条件下と判断しても良いし、温度検知によらないで燃料ガス供給弁の開度によって判断しても良い。

このラジエータファン１９の駆動により、ラジエータ室７内が換気され放熱される。ラジエータ室７と吸気室８Ａとを区画する隔壁２０は、ラジエータファン１９により給排気される冷却風に曝されることとなり、隔壁２０が昇温するのを防止できる。これと同時に、ラジエータ室7が負圧となり、吸気室８Ａへの空気の漏れが無くなることとなり、ラジエータ室７からの熱伝達による吸気室８Ａの温度上昇を防止できる。この結果、エアクリーナ２２および吸気サイレンサ２３の温度上昇を抑えてエンジン１０の吸気効率の低下を防止できる。

また、排気ガスは、排気サイレンサ２４を通過することにより、排気サイレンサ２４を加熱することになるが、排気サイレンサ２４を排気室８Ｂに配置し、エアクリーナ２２および吸気サイレンサ２３と隔離したので、これらの機器（エアクリーナ２２および吸気サイレンサ２３）へのエンジン排熱の熱伝達を防止できる。

また、吸気サイレンサ２３を独立した吸気室８Ａに配置しているので、他の機種でも兼用可能となる。

図５に本発明の他の実施の形態を示す。同図に示す実施の形態は、吸気室８Ａの周囲に空気通路からなる換気ダクト３０を形成し、ラジエータ室７から吸気室８Ａの伝熱を防止した構成である。具体的には、吸気室８Ａを形成する内壁３１の外側に、この内壁３１に対して所定の間隔を有して外壁３２を配置し、内外壁３１、３２間に換気ダクト３０を形成する。外壁３２は、内壁３１の上下および前後左右の面に設けるのが好ましいが、任意の面に設けることも可能である。

また、内外壁３１、３２には、吸気室８Ａに連通する吸気口３３が形成されている。しかも、外壁３２には、換気ダクト３０に連通する換気口３５が形成されているとともに、ラジエータ室７に連通する排気口３６が形成されている。

このように構成することで、外気は、吸気口３３から吸気室８Ａに入る。ラジエータファン１９を作動させることにより、ラジエータ室７内の空気を換気すると、外気は換気口３５から換気ダクト３０を流れ、排気口３６を介してラジエータ室７に流入する。かかるラジエータファン１９による給排気冷却風に内壁３１が曝されることとなり、ラジエータ室７、エンジン室３、排気室８Ｂ等の隣接する部屋からの熱が吸気室８Ａに伝わるのを防止することができる。

本発明は、前記実施の形態に限定されるものではない。例えば、センサ２５は、ラジエータ室７以外に、前記のように設けることも可能である。或いは、温度検知によらないでエンジン吸気温度が所定温度以上相当の条件下か否かを判断する構成も可能である。

また、本発明は、ＧＨＰ（ガスヒートポンプ）に採用することも可能である。

本発明の一実施の形態に係るコージェネレーション装置の全体を示す正面斜視図である。 同コージェネレーション装置の全体を示す背面斜視図である。 同コージェネレーション装置の概略を示す平面図である。 同コージェネレーション装置の吸気室およびラジエータ室の概略断面を示し、（ａ）はラジエータファンがＯＦＦの状態を示す正面図、（ｂ）はラジエータファンがＯＮの状態を示す正面図である。 本発明の他の実施の形態に係る吸気室およびラジエータ室の概略断面を示す正面図である。

符号の説明

１ コージェネレーション装置
２ パッケージ
３ エンジン室
５ 機器収納室
７ ラジエータ室
８ 吸排気室
８Ａ 吸気室
８Ｂ 排気室
１０ エンジン
１１ 発電機
１４ インバータ
１６ 制御装置
１７ コントロールボックス
１８ ラジエータ
１９ ラジエータファン
２２ エアクリーナ
２３ 吸気サイレンサ
２４ 排気サイレンサ
２５ センサ

Claims (2)

1. エンジンを収納するパッケージにおいて、
   エンジン用吸気機器である、エアクリーナおよび吸気サイレンサをラジエータおよびエンジンとは別室の吸気室に配置し、ラジエータおよびラジエータファンをエンジンとは別室のラジエータ室に配置し、前記吸気室を前記ラジエータ室に隣接させることで、前記吸気室の少なくとも一壁面をラジエータファンの駆動により給排気される冷却風に曝す構成とし、エンジン冷却水の熱を外部に取り出す水／水熱交換器を前記エンジンと同室のエンジン室に配置し、エンジン冷却水がラジエータをバイパスして水／水熱交換器に流れる場合でも、エンジン吸気温度が所定温度以上相当の条件下では、ラジエータ内のエンジン冷却水の循環有無に関わらずラジエータファンを駆動する構成としたことを特徴とするエンジン収納パッケージ。
2. 請求項１記載のエンジン収納パッケージにおいて、吸気室、エンジンおよびラジエータとは別室の排気室に排気サイレンサを配置したことを特徴とするエンジン収納パッケージ。

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