JP5660363B2

JP5660363B2 - コージェネシステム

Info

Publication number: JP5660363B2
Application number: JP2010102378A
Authority: JP
Inventors: 悟司鈴木
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Aisin Corp
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2010-04-27
Filing date: 2010-04-27
Publication date: 2015-01-28
Anticipated expiration: 2030-04-27
Also published as: JP2011231680A

Description

本発明はエンジンで発電機を作動させて発電させると共にエンジンの排熱を利用するコージェネシステムに関する。

コージェネシステムは、燃料により作動するエンジンと、エンジンで作動されて発電する発電機と、作動するエンジンから受熱して加熱されるエンジン冷却水が流れるエンジン冷却水回路とエンジン冷却水回路のエンジン冷却水を循環させるエンジン冷却水ポンプとをもつエンジン冷却水循環系と、暖房機器に供給される水を加熱させる熱源機と、暖房機器から熱源機に帰還する水が流れる排熱回収回路と排熱回収回路の水を循環させる排熱ポンプとをもつ排熱回収系と、エンジン冷却水回路のエンジン冷却水と排熱回収回路の水とを熱交換させる熱交換器と、制御装置とを有する。

コージェネシステムにおいて特許文献１〜３が知られている。特許文献１は、エンジンの暖機促進のため、冷却水回路を切り替えるコージェネシステムを開示する。特許文献２は、エンジンの暖機促進のため、冷却水回路中に設けた電気ヒータを作動させるコージェネシステムを開示する。特許文献３は、小型のタンクを用いて、暖房端末の負荷変動を吸収して発電ユニットの排熱を好適に利用するコージェネシステムを開示する。

特開２００７−１４６６７６号公報特開２００６−２８３５７９号公報特開２０１０−７９５０号公報

ところで、外気温が低い（例えば０℃未満）場合には、エンジンをコールドスタートさせるとき、エンジンオイルの粘性が高いことや金属の熱収縮によりピストンや各軸受けなどのメタルクリアランスが極小化しているなどの理由により、エンジンの始動トルクが大きくなり、スターターを駆動しようとしても大きな始動エネルギーが必要となる不具合がある。また、スターターが回転したとしてもエンジンの周囲温度が低いため、エンジンにおける燃料の着火性ひいては始動性が充分ではない。

本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、冬期または寒冷地等においても、エンジンの始動時においてエンジンの始動性を向上させるコージェネシステムを提供することを課題とする。

本発明に係るコージェネシステムは、燃料により作動するエンジンと、エンジンにより駆動されて発電する発電機と、作動するエンジンから受熱して加熱されるエンジン冷却水が流れるエンジン冷却水回路とエンジン冷却水回路のエンジン冷却水を循環させるエンジン冷却水ポンプとをもつエンジン冷却水循環系と、暖房機器に供給される水を加熱する熱源機と、暖房機器から熱源機に帰還する水または熱源機から吐出される水が流れる排熱回収回路と排熱回収回路の水を循環させる排熱ポンプとをもつ排熱回収系と、エンジン冷却水回路のエンジン冷却水と排熱回収回路の水とを熱交換させ、エンジンの排熱を回収可能なときエンジン冷却水の熱を排熱回収回路の水に伝熱させて排熱回収する熱交換器と、少なくとも排熱ポンプを制御する制御装置とを具備しており、さらに、エンジン冷却水回路においてエンジンの出口側のエンジン冷却水の温度Ｔ_outを検知する出口温度センサと、エンジン冷却水回路においてエンジンの入口側のエンジン冷却水の温度Ｔ_ｉｎを検知する入口温度センサと、排熱回収回路において熱交換器の出口側の温度Ｔ_ｅｘを検知する排熱回収温度センサとが設けられており、
制御装置は、エンジン冷却水回路のエンジン冷却水が所定温度よりも低温であるとき、エンジンを始動させるに先立って、排熱ポンプを作動させ、排熱回収回路の水で熱交換器を介してエンジン冷却水回路のエンジン冷却水を暖める予備暖機処理を実行し、予備暖機処理において、下記（Ｘ）及び／又は（Ｙ）を実行し、予備暖機処理後にエンジンを始動させるエンジン始動処理を実行する。
（Ｘ）前記排熱ポンプの作動及び停止を交互に繰り返す間欠運転を前記排熱ポンプに対して実行し、前記排熱ポンプが作動しているときにおいて温度Ｔ_outが温度Ｔ_ｉｎ以上であるとき、前記排熱ポンプの作動を停止させる
（Ｙ）温度Ｔ_outが温度Ｔ_ｅｘよりも高温であるとき、前記排熱ポンプの出力を停止させる

本発明によれば、冬期または寒冷地等において、外気温度が低温であるときであっても、エンジンの始動時においてエンジンの始動性を向上させる。

実施形態１に係り、コージェネシステムを示すシステム図である。実施形態１と比較例１〜３との暖機時間を比較して示すグラフである。制御装置が実行する制御則の一例を示すフローチャートである。制御装置が実行する制御則の一例を示すフローチャートである。他の実施形態に係り、制御装置が実行する制御則の一例を示すフローチャートである。別の実施形態に係り、コージェネシステムを示すシステム図である。

（実施形態１）
以下、本発明の実施形態１を説明する。コージェネシステムは、燃料により作動するエンジン３により発電させるとともにエンジン３の排熱を利用するシステムである。このシステムは、発電ユニット１と、床暖房機器や室内設置暖房機器等の暖房機器７５に使用される水を加熱させる熱源となる熱源機７とを有する。発電ユニット１は、ハウジング２と、駆動軸３ａをもつエンジン３と、エンジン３の駆動軸３ａで回転作動されて発電する発電機３９と、エンジン冷却水を循環させるエンジン冷却水循環系５と、エンジン３が高温となったときエンジン冷却水の排熱を回収させて熱源機７をアシストする排熱回収系６と、エンジン冷却水循環系５と排熱回収系６とを熱交換させる熱交換器５９と、制御装置１００とを有する。エンジン３は、油圧スイッチ３０と、エンジン３回転数を検知する回転センサ３１とを有する。発電機３９は、基本的には、エンジン３の作動が安定する定常運転において発電するものであり、エンジン３の作動の安定性が必ずしも充分ではない暖機促進制御においては発電しない。

図１に示すように、燃料としての燃料ガスをエンジン３に供給させる燃料通路８がハウジング２内に設けられている。燃料通路８には、電磁弁８０ａ，８０ｂ、ガバナ８１、サージタンク８２、燃料弁８３、スロットル弁８４が設けられている。エンジン３に空気を供給させる空気通路８５がハウジング２内に設けられている。空気通路８５は、エアクリーナ８６、スロットル弁８４を介してエンジン３の吸気ポートに繋がる。燃料ガスと空気との混合気はスロットル弁８４およびエンジン３の吸気ポートを介してエンジン３の燃焼室に供給され、燃焼によりピストンの作動に使用される。エンジン３の排気ポートには、エンジン３の排気ポートから排出される高温の排気ガスを外気に放出させる排気通路９０が連通されている。排気通路９０は、排気ガスの熱をエンジン冷却水回路５０のエンジン冷却水に与える排気熱交換器９１、排気サイレンサー９２、ドレントラッパ９３を介して、エンジン３の排気ガスをハウジング２の外部に排気させる。

図１に示すように、エンジン冷却水循環系５は発電ユニット１に内蔵されており、作動するエンジン３から受熱して加熱されるエンジン冷却水が流れるエンドレス状のエンジン冷却水回路５０と、エンジン冷却水回路５０のエンジン冷却水を循環させるエンジン冷却水ポンプ５１とをもつ。エンジン冷却水回路５０は、通路５０ａ〜５０ｃと、エンジン冷却水を溜める容量をもつバッファタンク５２と、バッファタンク５２を迂回するバイパス通路５３と、エンジン冷却水の温度に応じてポート５４ａ〜５４ｃを開閉させることによりバイパス通路５３およびバッファタンク５２の切り替えを行うバルブとしてのサーモバルブ５４とを有する。エンジン３の始動時において、エンジン冷却水を早期に暖めるためには、バッファタンク５２を迂回させるようにエンジン冷却水をバイパス通路５３に流すことが好ましい。通路５０ａは排気熱交換器９１に連通しており、排気通路９０を流れる高温のエンジン３の排気ポートから排出された排気ガスにより加熱される。ひいてはエンジン冷却水回路５０のエンジン冷却水は排気熱交換器９１により加熱される。なお、発電ユニット１のハウジング２内にはインバータ２０１および制御基板２０２が設けられている。

熱源機７は、室内または室外の暖房機器７５に供給される水を加熱させるものであり、燃料ガス等の燃料を燃焼させて水を加熱させる燃焼式の加熱部７ａと、加熱部７ａで加熱した水を暖房機器７５に向けて搬送させるポンプ７ｂとを有する。熱源機７は、ポート７０ａ，７０ｂをもつ中間吐出部として機能する暖房吐出ヘッダ７０と、ポート７２ａ，７２ｂ，７２ｃ，７２ｄをもつ中間戻り部として機能する暖房戻りヘッダ７２とを有する。熱源機７の加熱部７ａで加熱された水は、ポンプ７ｂにより、第１給湯通路７３、ポート７０ａから暖房吐出ヘッダ７０に至り、ポート７０ｂから吐出され、第２給湯通路７４を介して暖房機器７５に供給されて暖房に使用される。暖房機器７５から帰還した水は、第１帰還通路７６、ポート７２ａを介して暖房戻りヘッダ７２に至り、ポート７２ｂから第２帰還通路７７を介して帰還ポート７ｃから熱源機７に帰還する。熱源機７に帰還した水は熱源機７の加熱部７ａで再び加熱され、ポンプ７ｂにより、第１給湯通路７３、暖房吐出ヘッダ７０および第２給湯通路７４を介して暖房機器７５に再び供給され、暖房に使用される。

図１に示すように、排熱回収系６は発電ユニット１と熱源機７とに繋がる、排熱回収系６は、通常運転時においてエンジン３の排熱をエス回路５０および熱交換器５９を介して回収するための排熱回収回路６０と、エンジン３の排熱を排熱回収回路６０の水に回収させるために循環させる排熱ポンプ６２とをもつ。排熱回収回路６０は、暖房戻りヘッダ７２のポート７２ｃに繋がる往路６０ａと、暖房戻りヘッダ７２のポート７２ｄに繋がる復路６０ｃとをもつ。熱交換器５９は発電ユニット１に内蔵されており、エンジン冷却水回路５０のエンジン冷却水と排熱回収回路６０の水とを熱交換させる。熱交換器５９は、エンジン冷却水回路５０において逆潮防止ヒータ５５の下流に配置されており、且つ、バッファタンク５２およびバイパス通路５３の上流に配置されている。逆潮防止ヒータ５５は電気ヒータであり、電力負荷で消費される電力が急激に低下して発電機３９が発電した電力の一部が余剰になるとき、余剰の電力を消費させるために発熱するヒータである。

図１に示すように、システムは、エンジン冷却水回路５０においてエンジン３の出口側のエンジン冷却水の温度Ｔ_outを検知する出口温度センサ１０４と、エンジン冷却水回路５０においてエンジン３の入口側のエンジン冷却水の温度Ｔ_ｉｎを検知する入口温度センサ１０５と、排熱回収回路６０において熱交換器５９の出口側の温度Ｔ_ｅｘを検知する排熱回収温度センサ１０６とを有する。出口温度センサ１０４はエンジン冷却水回路５０においてヒータ５５の上流に位置する。入口温度センサ１０５はエンジン冷却水回路５０においてエンジン冷却水ポンプ５１の下流に位置する。

制御装置１００は、発電ユニット１の機器を制御するための第１制御部１０１と、熱源機７を制御するための第２制御部１０２とをもつ。第２制御部１０２は信号を第１制御部１０１に出力する。

ところで、冬期や寒冷地などにおいて熱源機７が作動して熱源機７で発生させた温水により暖房機器７５で暖房が実行されている。熱源機７から暖房機器７５に供給される水の温度は、暖房に適するように高温である。暖房機器７５から熱源機７に帰還される水は、熱エネルギが暖房機器７５で消費されているといえども、外気温度よりも高い。このように暖房機器７５で使用された水（外気温度よりも高温）が暖房戻りヘッダ７２のポート７２ａ，７２ｂを介して帰還ポート７ｃを介して熱源機７に帰還する。帰還した水は再び熱源機７の加熱部７ａにより加熱されて、ポンプ７ｂにより第１給湯通路７３、暖房吐出ヘッダ７０および第２給湯通路７４から暖房機器７５に向けて搬送される。ここで、エンジン３が作動していないときには、エンジン３およびエンジン冷却水の温度は低く、エンジン３の排熱を利用できないため、排熱ポンプ６２はオフとされており、排熱回収回路６０の水は往路６０ａおよび復路６０ｃを循環していない。

さて、冬期または寒冷地では、外気温度が低いため、エンジン３の始動時においてエンジン３が始動しにくい傾向がある。この場合、エンジン３の始動前において、エンジン冷却水回路５０のエンジン冷却水は低温（一段的には０℃未満、例えば、零下４０℃〜零下１０℃といった低温）とされている。ここで、暖房機器７５から暖房戻りヘッダ７２に帰還した水は、前述したように暖房機器７５で熱エネルギが消費されているといえども、エンジン冷却水回路５０のエンジン冷却水および外気温度よりも高温（例えば２〜常温域）である。そこで本実施形態によれば、エンジン３が停止しており、エンジン冷却水回路５０のエンジン冷却水が低温である場合、制御装置１００は、エンジン３が停止しているとき、エンジン３を始動させるに先立って、まず、エンジン冷却水回路５０のエンジン冷却水ポンプ５１をオンさせてエンジン冷却水回路５０の水温の均一化を図った状態で、排熱回収回路６０の排熱ポンプ６２をオンさせて作動させる予備暖機処理を実行する。これにより、暖房戻りヘッダ７２内の水（暖房機器７５から暖房戻りヘッダ７２内に帰還した水）は、暖房戻りヘッダ７２のポート７２ｃから排熱回収回路６０の往路６０ａに流れ、熱交換器５９の通路を介して復路６０ｃに流れ、ポート７２ｄから暖房戻りヘッダ７２に戻る。このときエンジン３は始動前でありエンジン冷却水は低温であるため、排熱回収回路６０の水の温度はエンジン冷却水回路５０のエンジン冷却水よりも高温である。このため、排熱回収回路６０の水の熱エネルギは、熱交換器５９を介して、エンジン冷却水回路５０のエンジン冷却水に伝達され、エンジン冷却水回路５０のエンジン冷却水を暖める。このとき、エンジン冷却水ポンプ５１がオンしてエンジン冷却水はエンジン冷却水回路５０を循環しているため、エンジン冷却水回路５０のエンジン冷却水が昇温され、エンジン３が昇温される。このようにして排熱ポンプ６２の作動によりエンジン冷却水回路５０のエンジン冷却水を予備暖機終了温度Ｔ_ｐｒｅ（例えば０℃）以上に暖める予備暖機処理を実行する。これによりエンジン３の始動前において、エンジン３が暖まり、エンジン３の始動性が向上する。なお、上記した予備暖機処理においてヒータ５５をオンすることが好ましい。予備暖機処理においてヒータ５５をオンすれば、エンジン冷却水回路５０のエンジン冷却水の昇温速度を更に速めることができる。

そして、エンジン冷却水回路５０のエンジン冷却水を予備暖機終了温度Ｔ_ｐｒｅ（例えば０℃）以上に暖めた後、制御装置１００はエンジン始動処理を実行する。この場合、制御装置１００は、エンジン３を始動させるために、電磁弁８０ａ，８０ｂ、燃料弁８３、スロットル弁８４、点火プラグ８７を制御する。これにより燃料ガスおよび空気の混合気をスロットル弁８４を介してエンジン３に供給し、点火プラグ８７を点火させる。これによりエンジン３が良好に始動される。

以上説明したように本実施形態によれば、冬期または寒冷地等において外気温度が低いときであっても、エンジン３の始動直前において、排熱ポンプ６２をオンさせてエンジン冷却水回路５０のエンジン冷却水を暖める予備暖機処理を実行するため、エンジン３が暖まり、エンジン３の始動性を向上させることができる。このように本実施形態によれば、エンジン始動前において予備暖機処理が実行され、エンジン３が始動した後においてもエンジン３の暖機時間を短縮させることができ、エンジンオイルの劣化（水分吸着等）を抑制できる。またエンジン３の始動後の暖機時間を短縮できることにより、短時間でエンジン３を定常運転に移行させることができ、エンジン３の効率が良い状態で発電機３９の発電運転を行うことができる。

（実施形態２）
本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有するため、図１を準用する。エンジン３の始動前であり、エンジン３は停止している。エンジン３を始動させる条件が成立したとき、制御装置１００は、まず、エンジン冷却水回路５０のエンジン冷却水ポンプ５１を作動させ、エンジン冷却水回路５０の水を移動させて、エンジン冷却水回路５０のエンジン冷却水の温度をセンサ１０４，１０５により確認する。この場合、エンジン冷却水回路５０のエンジン冷却水を移動させるため、エンジン冷却水の温度を正確に検知させるのに有利である。

上記したエンジン３が停止しており発電機３９が作動していない場合、冬期や寒冷地などのように外気温度が低温であり、エンジン３が低温であり、エンジン冷却水回路５０のエンジン冷却水の温度が所定温度（例えば０℃、予備暖機開始温度）未満のときには、実施形態１と同様に、エンジン３を始動させるに先立って、予備暖機処理を実行する。予備暖機処理では、ヒータ５５をオンさせてヒータ５５を発熱させてエンジン冷却水回路５０のエンジン冷却水を加熱させると共に、排熱回収回路６０の排熱ポンプ６２をオンさせて作動させる。排熱ポンプ６２のオンにより、暖房戻りヘッダ７２内の水（暖房機器７５から帰還した水であり、エンジン冷却水および外気温度よりも高温）は、排熱回収回路６０の往路６０ａに流れ、熱交換器５９を介して復路６０ｃに流れ、ポート７２ｄから暖房戻りヘッダ７２に戻る。このとき排熱回収回路６０の水は、熱交換器５９を介して、エンジン冷却水回路５０の低温のエンジン冷却水を暖める。これによりエンジン３の始動前において、エンジン冷却水回路５０のエンジン冷却水をヒータ５５および排熱ポンプ６２の双方により暖めて昇温させる。このようにしてエンジン３が停止しているとき、エンジン３を始動させるに先立って、エンジン冷却水回路５０のエンジン冷却水を予備暖機終了温度Ｔ_ｐｒｅ（例えば０℃）以上に暖める予備暖機処理を実行する。これによりエンジン３の始動直前において、エンジン３が暖まり、エンジン３の始動性が向上する。なお、エンジン３の始動性を考慮すると、エンジン冷却水の温度としては、Ｔ_ｏｕｔおよびＴ_ｉｎのうち低温側を採用することが好ましい。但し場合によっては、エンジン冷却水の温度として、Ｔ_ｏｕｔおよびＴ_ｉｎのうち高温側を採用しても良いし、あるいは、Ｔ_ｏｕｔおよびＴ_ｉｎの平均値を採用しても良い。なお、予備暖機処理において排熱ポンプ６２の作動により排熱回収回路６０の水も移動するため、排熱回収回路６０の水の温度をセンサ１０６により正確に検知することができる。更に、上記したエンジン３の始動前の予備暖機処理においては、エンジン冷却水回路５０のうちエンジン３の出口側の温度Ｔ_ｏｕｔが排熱回収回路６０における温度Ｔ_ｅｘよりも高温となったときには（Ｔ_ｏｕｔ＞Ｔ_ｅｘ、または、Ｔ_ｏｕｔ≧Ｔ_ｅｘ）、エンジン冷却水回路５０のエンジン冷却水の熱が排熱回収回路６０の水に奪われるおそれがあるため、排熱ポンプ６２をオフとさせて停止させることが好ましい。

次に、エンジン冷却水回路５０のエンジン冷却水の温度が予備暖機終了温度Ｔ_ｐｒｅ（例えば０℃）以上になったら、制御装置１００は予備暖機処理を終了させる。この場合、ヒータ５５および排熱ポンプ６２をオフとさせる。但し、場合によっては、ヒータ５５のオンを継続させても良い。この場合、エンジン３が始動前であり、発電機３９は発電していないため、ヒータ５５のオンは商用電源の電力を消費する要因となり、コスト高を誘発させるおそれがある。これを考慮すると、エンジン冷却水の温度が予備暖機終了温度Ｔ_ｐｒｅ（例えば０℃）以上になったら、ヒータ５５をオフとさせることが好ましい。

上記したようにエンジン３の始動直前において、予備暖機処理によりエンジン冷却水回路５０のエンジン冷却水を暖めてエンジン３を昇温させた後、制御装置１００はエンジン３の始動処理を実行する。この場合、制御装置１００は、エンジン３を始動させるために、電磁弁８０ａ，８０ｂ、燃料弁８３、スロットル弁８４、点火プラグ８７を制御し、燃料ガスおよび空気の混合気をスロットル弁８４を介してエンジン３に供給し、点火プラグ８７を点火させる。これによりエンジン３が良好に始動される。エンジン３が始動した後には、制御装置１００は暖機促進制御を行う。この場合、ヒータ５５をオフとさせつつ、排熱ポンプ６２をオンさせて作動させ、エンジン冷却水回路５０のエンジン冷却水を排熱回収回路６０の水により熱交換器５９を介して加熱させる。但し、エンジン冷却水回路５０のうちエンジン３の出口側のエンジン冷却水の温度Ｔ_ｏｕｔ排熱回収回路６０における温度Ｔ_ｅｘよりも高温となったときには（Ｔ_ｏｕｔ＞Ｔ_ｅｘ、または、Ｔ_ｏｕｔ≧Ｔ_ｅｘ）、エンジン冷却水回路５０のエンジン冷却水の熱が排熱回収回路６０の水に奪われるおそれがあるため、排熱ポンプ６２をオフとさせて停止させることが好ましい。

エンジン３が始動したら、エンジン３は次第に昇温される。更に、エンジン３からの排熱によりエンジン冷却水回路５０のエンジン冷却水は次第に昇温される。そして、エンジン冷却水回路５０のエンジン冷却水の温度が暖機促進制御終了温度（例えば６０℃）以上になったら、制御装置１００は暖機促進制御を終了させ、通常制御に移行する。通常制御では、エンジン冷却水回路５０のうちエンジン３の出口側のエンジン冷却水の温度Ｔ_ｏｕｔが排熱回収可能温度（例えば６５℃）以上になったら、排熱ポンプ６２をオンとさせて作動させる。これによりエンジン冷却水回路５０のエンジン冷却水の高温の熱を熱交換器５９を介して排熱回収回路６０の水に伝熱させ、排熱回収回路６０の水を加熱させる。これにより熱源機７の燃焼器の燃焼量および発熱量を抑えることができ、熱源機７の暖房時における燃料コストを低減させるのに貢献できる。また、通常制御では、エンジン冷却水回路５０のうちエンジン３の出口側のエンジン冷却水の温度Ｔ_ｏｕｔが排熱回収不能温度（例えば６０℃）未満になったら、排熱ポンプ６２をオフとさせて停止させる。これによりエンジン冷却水回路５０のエンジン冷却水の熱が排熱回収回路６０の水に伝熱されることを抑制させ、エンジン冷却水回路５０のエンジン冷却水の温度を維持させる。ここで、上記した排熱回収可能温度とは、エンジン冷却水回路５０のエンジン冷却水の熱を熱交換器５９を介して排熱回収回路６０の水に回収できるエンジン冷却水の温度をいう。排熱回収不能温度とは、エンジン冷却水回路５０のエンジン冷却水の熱を熱交換器５９を介して排熱回収回路６０の水に回収できないエンジン冷却水の温度をいう。

以上説明したように本実施形態によれば、冬期または寒冷地等において外気温度が低いときであっても、エンジン３の始動直前において、エンジン冷却水回路５０のエンジン冷却水を暖める予備暖機処理を実行するため、エンジン３の始動性を向上させることができる。本実施形態によれば、エンジン３の始動前間の予備暖機処理が実行されるため、エンジン３が始動した後においても、エンジン３の昇温が速くなり、エンジン３の暖機時間を短縮させることができ、エンジンオイルの劣化（水分吸着等）を抑制できる。またエンジン３の始動後の暖機時間を短縮できることにより、短時間でエンジン３を定常運転に移行させることができ、効率が良い発電運転を行うことができる。

なお、エンジン３が停止しており発電機３９が作動していない場合であっても、夏期や酷暑地などのように外気温度が高温であり、エンジン３およびエンジン冷却水が高温であり、エンジン冷却水回路５０のエンジン冷却水の温度が所定温度（例えば０℃、予備暖機開始温度）を高温側に超えるときには、エンジン３の始動時において予備暖機処理を実行せず、ヒータ５５および排熱ポンプ６２をオフとする。そしてエンジン冷却水回路５０のエンジン冷却水の温度が排熱回収回路６０に排熱回収可能とされた場合には、排熱ポンプ６２をオンさせることによりエンジン冷却水回路５０のエンジン冷却水の温度を排熱回収回路６０の水に排熱回収させる。

さて、図２は、エンジン３の始動直前において、エンジン冷却水を昇温させてエンジン３の始動性を高める状態を模式的に示すグラフをあらわす。図２の横軸は時間を示し、縦軸はセンサ１０４が検知するエンジン冷却水の温度（Ｔ_ｏｕｔ）を示す。特性線Ｗ１は本実施形態を示す。図２に示すように、エンジン３を始動させる前においては、エンジン冷却水の温度は例えば零下２０℃とされている。エンジン３を始動させる直前において予備暖機処理が実行されると、特性線Ｗ１の線部分Ｗ１１として示すように、エンジン３の始動前であっても、エンジン冷却水の温度が零下２０℃から昇温する。時刻ｔ_{ｓｔａｒｔ}においてエンジン冷却水の温度が予備暖機終了温度（例えば０℃）に昇温すると、制御装置１００はエンジン３を始動させる。従って、時刻ｔ_{ｓｔａｒｔ}はエンジン３を始動させる時刻となる。特性線Ｗ１の線部分Ｗ１１として示すように、エンジン３を始動させる前の時刻ｔ_１から時刻ｔ_{ｓｔａｒｔ}において、制御装置１００はヒータ５５および排熱ポンプ６２をオンさせることにより予備暖機処理を実行させるため、エンジン３の始動後においても、エンジン冷却水回路５０のエンジン冷却水の温度の昇温は速い。エンジン３が始動した時刻ｔ_{ｓｔａｒｔ}後においても、特性線Ｗ１の線部分Ｗ１２として示すように、エンジン３の昇温速度は速いため、エンジン冷却水の温度は短時間で排熱回収可能温度Ｔｃに到達できる。

なお、特性線Ｗ１の線部分Ｗ１３として示すように、エンジン冷却水が上昇して排熱回収可能温度Ｔｃに到達すると、温度応答型のバルブ５４が制御され、バルブ５４とバイパス通路５３との連通が閉鎖され、バルブ５４とバッファタンク５２とが連通されるため、エンジン冷却水の温度が降下する。またエンジン冷却水の温度が降下して排熱回収不能温度Ｔａに到達すると、バルブ５４が制御され、バルブ５４とバイパス通路５３との連通が開放され、バルブ５４とバッファタンク５２とが非連通とされる。このためエンジン冷却水の温度が排熱回収不能温度Ｔａと排熱回収可能温度Ｔｃとの間においてハンチングする。

図２の特性線Ｘ１〜Ｘ３は、エンジン３の始動前に排熱ポンプ６２をオフとさせている比較例１〜３を示す。比較例１〜３では、特性線Ｘ１〜Ｘ３に示すように、エンジン３を始動させる直前の時刻ｔ_１〜時刻ｔ_{ｓｔａｒｔ}において、ヒータ５５および排熱ポンプ６２がオフであり、予備暖機処理を実行せず、更にエンジン３も始動していないため、エンジン冷却水の昇温はなく、低温のまま維持される。ここで、比較例３では、エンジン３を始動させる前において予備暖機処理を実行せず、更にエンジン３を始動させた後においても、ヒータ５５および排熱ポンプ６２がオフであり、更にバイパス通路５３を用いることなくエンジン冷却水をバッファタンク５２に供給させる。このため比較例３では特性線Ｘ３として示すように、エンジン３を始動させる前の時刻ｔ_１〜時刻ｔ_{ｓｔａｒｔ}においてエンジン冷却水は昇温せず、更に、エンジン３が始動された時刻ｔ_{ｓｔａｒｔ}後においても、エンジン３の排熱のみでエンジン冷却水は加熱され、バッファタンク５２の容量の影響もあり、エンジン冷却水の温度の昇温はかなりゆっくりである。この場合、エンジン３の始動時においてエンジン３の異常摩耗やエンジンオイルの劣化を発生させるおそれがある。

比較例２では、エンジン３を始動させる前において、ヒータ５５および排熱ポンプ６２がオフであり予備暖機処理を実行しないため、特性線Ｘ２として示すように、エンジン３を始動させる前の時刻ｔ_１〜時刻ｔ_{ｓｔａｒｔ}においてはエンジン冷却水は昇温せず、更に、エンジン３を始動させた時刻ｔ_{ｓｔａｒｔ}後においてもヒータ５５をオンさせるものの、排熱ポンプ６２をオフとし、更にバイパス通路５３を用いることなくエンジン冷却水をバッファタンク５２に供給させる。このような比較例２では、特性線Ｘ２として示すように、エンジン３が始動された時刻ｔ_{ｓｔａｒｔ}後においても、エンジン冷却水の昇温は、比較例３に係る特性線Ｘ３よりも昇温するものの、まだゆっくりである。この場合、エンジン３の始動時においてエンジン３の異常摩耗やエンジン３オイルの劣化を発生させるおそれがある。

比較例１では、エンジン３を始動させる前において、ヒータ５５および排熱ポンプ６２がオフであり、予備暖機処理を実行せず、更に、エンジン冷却水をバッファタンク５２に流すことなくバイパス通路５３に流し、更に、エンジン３を始動させた時刻ｔ_{ｓｔａｒｔ}後において排熱ポンプ６２をオンとさせて作動させる（ヒータ５５はオフ）。このような比較例１では、特性線Ｘ１として示すように、エンジン３を始動させる前の時刻ｔ_１〜時刻ｔ_{ｓｔａｒｔ}においてはエンジン冷却水は昇温せず、更に、エンジン３を始動させた時刻ｔ_{ｓｔａｒｔ}後においては、排熱ポンプ６２をオンとさせているため、昇温速度は比較的速い。但し比較例１といえども、エンジン３の始動前において予備暖機処理を実行していないため、全体としてみると、昇温速度はまだゆっくりである。

図２の特性線Ｗ１と特性線Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３との比較から理解できるように、エンジン３の始動前に、ヒータ５５および排熱ポンプ６２をオンとさせれば、エンジン３に対する暖機時間が短縮され、エンジン３の異常摩耗やエンジン３オイルの劣化を防止でき、エンジン３の運転時間について効率が良い定常運転時間の割合を増加させることが可能となる。

（実施形態３）
本実施形態は実施形態１，２と基本的には同様の構成および同様の作用効果を有するため、図１を準用する。図３は、冬期や寒冷地などにおいて、エンジン３を始動させるにあたり制御装置１００が実行するエンジン３の始動処理のフローチャートを示す。まず、制御装置１００はエンジン３が停止中か否か判定する（ステップＳ１２）。エンジン３が停止中であれば（ステップＳ１２のＹＥＳ）、制御装置１００はエンジン３の始動要求があるか否か判定する（ステップＳ１４）。エンジン３の始動要求があると（ステップＳ１４のＹＥＳ）、制御装置１００はエンジン冷却水ポンプ５１をオンさせて作動させる（ステップＳ１６）。これによりエンジン冷却水回路５０のエンジン冷却水が移動するため、エンジン冷却水の温度（Ｔ_ｏｕｔ，Ｔ_ｉｎ）を精度よく検知できる。次に、制御装置１００は予備暖機処理が必要か否か判定する（ステップＳ１８）。具体的には、制御装置１００は、エンジン冷却水回路５０のエンジン冷却水の温度が所定温度（０℃）以上か判定する。エンジン冷却水の温度としては温度Ｔ_ｏｕｔおよび温度Ｔ_ｉｎのうち低い方を採用することが好ましい。エンジン冷却水回路５０のエンジン冷却水の温度が所定温度（０℃）以上でなければ、エンジン冷却水の温度が低温であり、制御装置１００は予備暖機処理する必要があると判定する（ステップＳ１８のＹＥＳ）。従って、冬期や寒冷地などにおいては外気温度が低く、エンジン冷却水の温度が低温であり、制御装置１００は予備暖機処理する必要があると判定する。夏期や酷暑などにおいては外気温度が高く、エンジン冷却水の温度が高めであり、制御装置１００は予備暖機処理する必要がないと判定する。ここで、予備暖機処理は、エンジン３が停止しているとき、エンジン３を始動させる直前において、排熱ポンプ６２を作動させる処理を意味し、ヒータ５５もオンさせて発熱させることが好ましい。

上記したように予備暖機処理する必要があると判定すると（ステップＳ１８のＹＥＳ）、制御装置１００は予備暖機処理する（ステップＳ２０）。具体的にはヒータ５５および排熱ポンプ６２をオンとさせる。ステップＳ１８において判定した結果、予備暖機処理の必要がなければ（ステップＳ１８のＮＯ）、即ち、エンジン冷却水回路５０のエンジン冷却水の温度が所定温度（０℃）以上であれば、エンジン冷却水の温度が過剰に低温ではないため、予備暖機処理する必要がない。そこで制御装置１００は予備暖機処理終了フラグを立て、ヒータ５５をオフとさせてヒータ５５の発熱を停止させる（ステップＳ２４）。更に、制御装置１００はエンジン３を始動させる指令を出力し（ステップＳ２６）、暖機促進制御フラグを立てると共に、排熱ポンプ６２の作動により暖機促進処理を開始させる（ステップＳ２８）。暖機促進処理は、エンジン３が作動しているとき、排熱ポンプ６２を作動させる処理を意味する。暖機促進処理ではヒータ５５をオフとさせる。

ステップＳ１２において判定した結果、エンジン３が停止中でなければ（ステップＳ１２のＮＯ）、即ちエンジン３が作動していれば、制御装置１００は暖機促進処理中か否かを判定する（ステップＳ３２）。更に暖機促進終了の条件が満たされていなければ（ステップＳ３４のＮＯ）、つまり、エンジン冷却水回路５０のエンジン冷却水の温度が所定温度（例えば６０℃）未満であれば、制御装置１００は暖機促進処理を継続させる（ステップＳ３６）。具体的には、暖機促進処理では、排熱ポンプ６２をオンさせて排熱回収回路６０の水の熱を熱交換器５９を介してエンジン冷却水回路５０のエンジン冷却水に伝達させてエンジン冷却水を加熱させる。ステップＳ３４において判定した結果、暖機促進終了の条件が満足されていれば（ステップＳ３４のＹＥＳ）、即ち、エンジン冷却水回路５０のエンジン冷却水の温度が所定温度（例えば６０℃）以上であれば、暖機促進制御を終了するフラグを立て（ステップＳ３８）、通常制御を移行する（ステップＳ４０）。

図４は、暖機促進制御の一例を示すフローチャートを表す。暖機促進制御においては、制御装置１００は、排熱ポンプ６２を所定の運転時間（例えば５〜３００秒のうちの任意時間）オンさせて作動させる操作と、所定の停止時間（例えば５〜３００秒のうちの任意時間）排熱ポンプ６２をオフとさせて停止させる操作とを併有する間欠運転を連続的に行う。これにより排熱回収回路６０の水の温度のばらつきが低減され、排熱回収温度センサ１０６は排熱回収回路６０の水の温度を正確に検知できる。

図４に示すように、そして、暖機促進制御フラグが立っていれば（ステップＳ６４のＹＥＳ）、制御装置１００は排熱ポンプ６２が運転中か否かを判定する（ステップＳ６６）。排熱ポンプ６２が運転中であれば（ステップＳ６６のＹＥＳ）、制御装置１００は排熱ポンプ６２の運転時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ６８）。排熱ポンプ６２の運転時間が経過していなければ（ステップＳ６８のＮＯ）、排熱ポンプ６２の運転を継続させたまま、リターンする。排熱ポンプ６２の運転時間が経過しているとき（ステップＳ６８のＹＥＳ）、制御装置１００は、エンジン冷却水回路５０においてエンジン３の出口側のエンジン冷却水の温度Ｔ_outと、エンジン冷却水回路５０においてエンジン３の入口側のエンジン冷却水の温度Ｔ_ｉｎとを比較し、Ｔ_ｏｕｔ＜Ｔ_ｉｎの関係が成立するか否かを判定する（ステップＳ７０）。Ｔ_ｏｕｔ＜Ｔ_ｉｎの関係が成立するとき（ステップＳ７０のＹＥＳ）、エンジン冷却水回路５０のエンジン冷却水の温度は排熱回収回路６０の水の温度よりも低い。このため排熱ポンプ６２の運転時間が既に経過しているときであっても、排熱回収回路６０の水からエンジン冷却水回路５０に熱交換器５９を介して伝熱させることが可能である。そこで、排熱ポンプ６２の運転時間が経過しているときであっても（ステップＳ６８のＹＥＳ）、制御装置１００は排熱ポンプ６２をオフとさせることなく、排熱ポンプ６２の作動を延長させる。この結果、排熱回収回路６０の水から熱交換器５９を介してエンジン冷却水回路５０のエンジン冷却水への伝熱を継続させ、エンジン３の始動後においてエンジン冷却水の昇温性をできるだけ高める。

Ｔ_ｏｕｔ＜Ｔ_ｉｎが成立しないとき（ステップＳ７０のＮＯ）、即ち、Ｔ_ｏｕｔ≧Ｔ_ｉｎが成立するときには、エンジン冷却水回路５０のエンジン冷却水が排熱回収回路６０の水に対して高温または等温である。この場合、エンジン３の作動の安定性が必ずしも充分ではないエンジン始動直後において、エンジン冷却水回路５０のエンジン冷却水の熱が排熱回収回路６０の水に奪われるおそれがある。このため、制御装置１００は排熱ポンプ６２をオフとさせて停止させ、エンジン冷却水の温度の低温化を抑制させる（ステップＳ７２）。従って、本実施形態によれば、エンジン３の始動後の暖機促進制御において、次の（ｉ）および（ｉｉ）の双方の条件が満たされたとき、制御装置１００は排熱ポンプ６２をオンからオフに移行させる。この場合、エンジン始動直後においてエンジン３の作動の安定性が図られる。
（ｉ）排熱ポンプ６２の運転時間が経過していること
（ｉｉ）エンジン冷却水回路５０のエンジン冷却水の温度が排熱回収回路６０の水の温度以上（高温側に超えているとき）
ステップＳ６６における判定の結果、排熱ポンプ６２が停止中であれば（ステップＳ６６のＮＯ）、制御装置１００は、排熱ポンプ６２の停止時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ７４）。排熱ポンプ６２の停止時間が経過していれば（ステップＳ７４のＹＥＳ）、排熱ポンプ６２をオンさせて作動させる（ステップＳ７６）。これにより排熱回収回路６０の水を移動させ、水温の検知精度を高める。排熱ポンプ６２の停止時間が経過していなければ（ステップＳ７４のＮＯ）、排熱ポンプ６２をオフを継続させる（ステップＳ７４のＮＯ）。

（実施形態５）
図５は実施形態４を示す。本実施形態は実施形態１〜３と基本的には同様の構成および同様の作用効果を有する。図５は、暖機促進制御の一例を示すフローチャートを表す。このフローチャートは図４に示すフローチャートと基本的には共通する。従って、エンジン３の始動後に実行される暖機促進制御においては、排熱ポンプ６２の運転時間が経過しているとき（ステップＳ６８ＢのＹＥＳ）、制御装置１００は、エンジン冷却水回路５０においてエンジン３の出口側のエンジン冷却水の温度Ｔ_outと、排熱回収回路６０の水の温度Ｔ_ｅｘとを比較し、Ｔ_ｏｕｔ＜Ｔ_ｅｘの関係が成立するか否かを判定する（ステップＳ７０Ｂ）。Ｔ_ｏｕｔ＜Ｔ_ｅｘの関係が成立するとき（ステップＳ７０ＢのＹＥＳ）、エンジン冷却水回路５０のエンジン冷却水の温度は排熱回収回路６０の水の温度よりも低い。このため排熱ポンプ６２の運転時間が既に経過しているときであっても、排熱回収回路６０の水からエンジン冷却水回路５０に熱交換器５９を介して伝熱させることが可能である。そこで、排熱ポンプ６２の運転時間が経過しているときであっても（ステップＳ６８ＢのＹＥＳ）、制御装置１００は排熱ポンプ６２をオフとさせることなく、排熱ポンプ６２の作動を延長させる。この結果、排熱回収回路６０の水から熱交換器５９を介してエンジン冷却水回路５０のエンジン冷却水への伝熱を継続させ、エンジン３の始動後においてエンジン冷却水の昇温性をできるだけ高める。

Ｔ_ｏｕｔ＜Ｔ_ｅｘが成立しないとき（ステップＳ７０ＢのＮＯ）、即ち、Ｔ_ｏｕｔ≧Ｔ_ｅｘが成立するときには、エンジン冷却水回路５０のエンジン冷却水が排熱回収回路６０の水に対して高温または等温である。この場合、エンジン３の作動の安定性が必ずしも充分ではないエンジン始動直後において、エンジン冷却水回路５０のエンジン冷却水の熱が排熱回収回路６０の水に奪われるおそれがある。このため、制御装置１００は排熱ポンプ６２をオフとさせて停止させ、エンジン冷却水の温度の低温化を抑制させる（ステップＳ７２Ｂ）。

（実施形態５）
図６は実施形態５を示す。本実施形態は実施形態１〜４と基本的には同様の構成および同様の作用効果を有する。図６に示すように、暖房機器７５で熱エネルギを消費した水を熱源機７の帰還ポート７ｃに帰還させる帰還通路７８が設けられている。帰還通路７８と排熱回収回路６０とは、熱交換器７９を介して熱交換可能とされている。帰還通路７８の水は、暖房機器７５で熱エネルギを消費したもののまだ熱エネルギをもつ水であり、暖かい。従ってエンジン始動時において帰還通路７８の水は排熱回収回路６０の水を暖めることができる。エンジン始動後においてエンジン冷却水が高温となり、熱交換器５９を介して排熱回収回路６０の水が帰還通路７８の水よりも高温となったときには、排熱回収回路６０の水は熱交換器７９を介して帰還通路７８の水を暖めることができ、熱源機７の暖房コストを低減させ得る。

（その他）本発明は上記し且つ図面に示した実施形態のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できる。燃料ガスで作動するエンジンに適用されているが、液体燃料で作動するエンジンに適用することもできる。上記した実施形態では、排熱回収系６の排熱回収回路６０は、暖房機器７５から熱源機７に帰還する水を流すが、これに限らず、熱源機７から暖房機器７５に向けて吐出される水が流れる方式としても良い。

１は発電ユニット、２はハウジング、３はエンジン、３９は発電機、５はエンジン冷却水循環系、５０はエンジン冷却水回路、５１はエンジン冷却水ポンプ、５５は逆潮防止ヒータ、６は排熱回収系、６０は排熱回収回路、６２は排熱ポンプ、７は熱源機、７０は暖房吐出ヘッダ、７２は暖房戻りヘッダ、７５は暖房機器、１０４は出口温度センサ、１０５は入口温度センサ、１０６は排熱回収温度センサを示す。

Claims

燃料により作動するエンジンと、
前記エンジンにより駆動されて発電する発電機と、
作動する前記エンジンから受熱して加熱されるエンジン冷却水が流れるエンジン冷却水回路と前記エンジン冷却水回路のエンジン冷却水を循環させるエンジン冷却水ポンプとをもつエンジン冷却水循環系と、
暖房機器に供給される水を加熱する熱源機と、
前記暖房機器から前記熱源機に帰還する水または前記熱源機から吐出される水が流れる排熱回収回路と前記排熱回収回路の水を循環させる排熱ポンプとをもつ排熱回収系と、
前記エンジン冷却水回路のエンジン冷却水と前記排熱回収回路の水とを熱交換させ、前記エンジンの排熱を回収可能なときエンジン冷却水の熱を前記排熱回収回路の水に伝熱させて排熱回収する熱交換器と、
少なくとも前記排熱ポンプを制御する制御装置とを具備しており、
さらに、前記エンジン冷却水回路において前記エンジンの出口側のエンジン冷却水の温度Ｔ_outを検知する出口温度センサと、前記エンジン冷却水回路において前記エンジンの入口側のエンジン冷却水の温度Ｔ_ｉｎを検知する入口温度センサと、前記排熱回収回路において前記熱交換器の出口側の温度Ｔ_ｅｘを検知する排熱回収温度センサとが設けられており、
前記制御装置は、前記エンジン冷却水回路のエンジン冷却水が所定温度よりも低温であるとき、前記エンジンを始動させるに先立って、前記排熱ポンプを作動させ、前記排熱回収回路の水で前記熱交換器を介してエンジン冷却水回路のエンジン冷却水を暖める予備暖機処理を実行し、前記予備暖機処理において、下記（Ｘ）及び／又は（Ｙ）を実行し、前記予備暖機処理後にエンジンを始動させるエンジン始動処理を実行するコージェネシステム。
（Ｘ）前記排熱ポンプの作動及び停止を交互に繰り返す間欠運転を前記排熱ポンプに対して実行し、前記排熱ポンプが作動しているときにおいて温度Ｔ_outが温度Ｔ_ｉｎ以上であるとき、前記排熱ポンプの作動を停止させる
（Ｙ）温度Ｔ_outが温度Ｔ_ｅｘよりも高温であるとき、前記排熱ポンプの出力を停止させる
請求項１において、前記エンジン冷却水回路のエンジン冷却水を加熱するヒータが設けられており、前記制御装置は、前記予備暖機処理において前記ヒータを発熱させて前記エンジン冷却水回路のエンジン冷却水を加熱させるコージェネシステム。