JP6371630B2

JP6371630B2 - エンジンシステム

Info

Publication number: JP6371630B2
Application number: JP2014159296A
Authority: JP
Inventors: 進村井; 昭宏長尾; 寛行岡田
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 2014-08-05
Filing date: 2014-08-05
Publication date: 2018-08-08
Anticipated expiration: 2034-08-05
Also published as: CA2898823C; CA2898823A1; US10267219B2; US20160040593A1; JP2016037856A

Description

本発明は、例えばコージェネレーション装置のように、エンジンと、これにより駆動される作業機（発電機、コンプレッサ等）とをパッケージに収めたエンジンシステムに関し、特にそのパッケージにおける換気の構造に係る。

従来より、例えばコージェネレーション装置のようなエンジンシステムにおいて、パッケージの内部を中段壁により上下に区画し、その下方の空間にはエンジンおよび発電機などの作業機を収納する一方、上方の空間にはラジエータおよびラジエータファンを収納するとともに、このラジエータファンをパッケージの上面に配設して、空気を上方に排気するようにしたものがある。

一例として特許文献１に記載のパッケージでは、中段壁よりも下方の空間がエンジン室および機器収納室に区画されている一方、上方の空間はラジエータ室、吸気室および排気室に区画されている。そして、エンジン室内の空気は、中段壁の換気口を介して上方の排気室に流入した後に、この排気室と隣接するラジエータ室との隔壁に設けられたギャラリを流通して、ラジエータ室に至るようになっている。

特許第５３０３１８３号公報

しかしながら前記従来例の構成では、前述したようにエンジン室からの換気の経路が、パッケージの下部のエンジン室から上方の排気室を経て、その隣のラジエータ室に至るものであり、排気サイレンサの収納されている排気室を経由することから、圧力損失が大きくなるきらいがある。このことはラジエータファンの駆動にかかる負荷の増大を招き、エネルギーロスが増えてしまう。

そこで、本発明は、エンジン室からラジエータ室に至る換気の経路における圧力損失を低減して、エネルギーロスを減らすことを課題とする。

本発明は、前記課題を解決するためになされたもので、エンジンおよび作業機をパッケージに収めたエンジンシステムにおいて、前記パッケージの内部を中段壁によって上下に区画し、この中段壁よりも上方の上部室をさらに区画して、ラジエータおよびラジエータファンの配設されるラジエータ室を形成する一方、前記中段壁よりも下方の下部室には、エンジンを配設する。

また、その下部室と前記ラジエータ室とを連通させるよう前記中段壁に連通口を設けるとともに、この連通口を上方から覆いながら側方に向かって開放されるように連通口カバーを設ける。そして、前記ラジエータ室に臨むパッケージ上面にラジエータファンを配設し、その下方に対向するように前記ラジエータを配設して、このラジエータの一辺部を前記連通口カバーによって支持する構成とした。

前記本発明のエンジンシステムでは、パッケージ内の下部室にエンジンが配設されており、その運転に伴い下部室の温度が上昇するが、パッケージ上面に配設されたラジエータファンが回転するとラジエータ室内の空気が排気され、これにより圧力の低下するラジエータ室内に、前記下部室内の昇温された空気が流入するようになる。この際、下部室内の空気は、中段壁の連通口を介して上方のラジエータ室に直接、流入するようになるので、従来例（特許文献１）のように排気室を経由する場合に比べて換気経路の圧力損失を低減でき、エネルギーロスを減らすことができる。

また、前記ラジエータ室には、パッケージ上面のラジエータファンの開口を介して雨水が浸入するが、このラジエータ室に臨む連通口の開口が上方から連通口カバーによって覆われているので、下部室への雨水の浸入は抑制できる。さらに、その連通口カバーによってラジエータの一辺部が支持されており、言い換えると連通口カバーがラジエータの支持部材としても機能するので、コストの低減が図られる。

ところで、前記連通口カバーの開放される「側方」というのは左側、右側だけではなく、前後方向も含めて３６０°いずれの方向であってもよいが、連通口から流入する下部室の空気はエンジンなどの放熱によって昇温されているので、ラジエータを通過しないようにするのが好ましい。すなわち、連通口カバーはラジエータの下方側には開放されておらず、その反対側に向かって開放されているのが好ましい。

本発明のエンジンシステムでは、エンジンを納めたパッケージの下部室が、中段壁の連通口によって上方のラジエータ室に連通されているので、下部室において昇温された空気、即ちエンジン換気風が直接、ラジエータ室に流入するようになる。よって、その換気の経路における圧力損失を低減し、エネルギーロスを減らすことができる。

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を正面側から見た斜視図である。同コージェネレーション装置を背面側から見た図１相当図である。パッケージの一部を省略して、同コージェネレーション装置の構成を示す図１相当図である。ラジエータの左側枠部の支持構造を拡大して示す斜視図である。連通口カバーを単体で示す斜視図である。主にラジエータ室における空気（換気風）の流れを示す説明図である。

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、本発明に係るエネルギーシステムをコージェネレーション装置１に適用したものである。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、発電機で発生した電力を逆変換装置（インバータなど）を介して系統へ接続し、該負荷の需要電力を賄うとともに、発電に伴い生じる廃熱を回収して利用するシステムである。

図１および図２はそれぞれ、コージェネレーション装置１を正面側および背面側から見た斜視図であって、これらの図に表れている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、上下に長い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。この例ではパッケージ２は、正面から背面までの前後方向の奥行きに比べて、左右方向の幅が長くなっており、以下では、図１における左側を単に左側と呼び、同じく右側を単に右側と呼ぶ。

詳しくは、本実施の形態のパッケージ２は、長方形状のベース８（図３を参照）を基台として、鋼材からなるフレーム２０（図３を参照）と、これに対して個別に着脱可能に取り付けられる複数のパネル２１〜２９とを備えている。すなわち、図１に表れているようにパッケージ２の正面は、上下のパネル２１，２２に２分割され、パッケージ２の右側面も上下のパネル２３，２４に２分割されている。

同様に、図２に表れているようにパッケージ２の背面も、上下のパネル２５，２６に２分割され、パッケージ２の左側面も上下のパネル２７，２８に２分割されている。一方、パッケージ２の上面は単一の上面パネル２９からなり、ここには後述するラジエータファン６０やエンジン排気口２９ａなどが設けられている。

前記パッケージ正面の上パネル２１の左上寄りの部位には操作盤３０が設けられ、この上パネル２１の右下部にはラジエータ換気口２１ａが設けられている。また、パッケージ右側面の上パネル２３の下部にもラジエータ換気口２３ａが設けられている。さらに、パッケージ右側面の下パネル２４の下寄りの部位には、エンジン換気用のギャラリ２４ａが設けられ、この下パネル２４の下端前寄りの部位には切り欠き部２４ｂが形成されて、ドレンホース３１が挿通されている。

一方、パッケージ背面の上パネル２５の右下部には、前記パッケージ正面の上パネル２１のラジエータ換気口２１ａと対面するように、同様のラジエータ換気口２５ａが設けられている。また、この上パネル２５の左下部にはエンジン吸気用のギャラリ２５ｂが設けられている。さらに、パッケージ左側面の上パネル２７の下部の後寄りの部位には、インバータ冷却用のギャラリ２７ａが設けられ、パッケージ左側面の下パネル２８の下部には電源コネクタ３２およびガス供給栓３３が設けられている。

前記のパネル２１〜２９やフレーム２０の構成部材を一部、省略して図３に示すように、パッケージ２の内部は、上下方向の略中央に位置する中段壁３４によって上下に区画されていて、その上方に上部室３が、また、下方に下部室４がそれぞれ形成されている。上部室３は、さらに隔壁３５によって左右に区画されており、その左側には機器収納室５が、また、右側にはラジエータ室６が、それぞれ形成されている。

そして、前記下部室４の略中央には、エンジン４０と、このエンジン４０により駆動される発電機４１とが配設されており、また、下部室４の左側にはエンジン４０の吸気系のエアクリーナ４２や吸気サイレンサ４３が配設されている。一方、排気系はエンジン４０の背面側に配置されており、図示しない排気マニホルドに接続された排気サイレンサ４４が、下部室４の右奥側に配設されている。なお、一例としてエンジン４０はガスエンジンとすればよい。

また、前記下部室４の右手前側には、運転中のエンジン４０を冷却するとともに、その廃熱を回収するための冷却水回路４５が配設されている。この冷却水回路４５は、エンジン４０のウォータジャケットと後述するラジエータ６１とを接続し、冷却水ポンプ４６によって冷却水を循環させるとともに、図示しない排気ガス熱交換器によって排気熱を回収するものである。

こうして回収された廃熱は、冷却水回路４５に接続されている水／水熱交換器４７において例えば給湯装置など、図外のシステムの熱源として利用することができる。すなわち、水／水熱交換器４７に接続された給水管４７ａおよび排水管４７ｂが、図１に示すようにパッケージ右側面の下パネル２４を貫通して外方に突出しており、これら給水管４７ａおよび排水管４７ｂに給湯装置などの配管が接続されるようになっている。

さらに、前記冷却水回路４５と排気サイレンサ４４との間に挟まれるようにして、下部室４に換気用の外気を吸い込むための吸い込みファン４８が配設されており、冷却水ポンプ４６と同期して動作するようになっている。この吸い込みファン４８は、図示省略の吸い込みダクトを介して、パッケージ右側面の下パネル２４のギャラリ２４ａから外気を吸い込み、下部室４の下方に向かって吹き出すようになっている。

また、前記冷却水回路４５および冷却水ポンプ４６の下方、即ち下部室４における右手前側の下部には、ドレン水フィルタ４９が配設されている。このドレン水フィルタ４９は、後述するミストセパレータ６２においてエンジン４０の排気から分離された凝縮水を回収し、その酸性成分を方解石によって中和するものである。こうして中和されたドレン水はドレンホース３１によってパッケージ外に排出される。

前述の如く単一の下部室４が形成されるパッケージ２の下部に対して、中段壁３４よりも上方の上部室３は前記のように機器収納室５およびラジエータ室６に区画されており、そのうちの左側の機器収納室５には、エンジン４０や発電機４１などの制御を行うための電装品が収納されている。例えば図３に表れている回路基板５１〜５３にはそれぞれ、エンジン４０の運転制御、冷却水回路４５の電磁弁等の制御、冷却水ポンプ４６やラジエータファン６０、吸い込みファン４８などの制御回路が形成されている。

一方、前記機器収納室５の右側に区画されたラジエータ室６には、その最上部、即ちパッケージ２の上面パネル２９にラジエータファン６０が配設され、その下方に対向するように、平面視では長方形状のラジエータ６１が横向きに（この例では略水平に）配設されている。ラジエータファン６０は、ラジエータ室６の中央からやや左寄りに配置され、その右側には、エンジン４０からの排気中の水分を分離するためのミストセパレータ６２と、冷却水のリザーブタンク６３とが配設されている。

前記ラジエータファン６０は、電動モータを内蔵する本体部６０ａがサブフレーム６４を介してパッケージ２のフレーム２０に支持されて、回転軸を上下に向けて配設されている。そして、そのラジエータファン６０の下方に対向するラジエータ６１は、コア６１ａの中央部がラジエータファン６０の回転軸線に対して右側にずれるように、ラジエータ室６の中央よりも右寄りにずらして配置されている。

そうしてラジエータ室６の右寄りに配置されているラジエータ６１の左側には、図４にも示すように、冷却水回路４５の一部である給水パイプ４５ａおよび排水パイプ４５ｂが配設されていて、それぞれラジエータ６１の複数のチューブ６１ｂに接続されている。これら複数のチューブ６１ｂはそれぞれ、ラジエータ６１のコア６１ａにおいて左右に折り返されていて、一端が給水パイプ４５ａに、また他端が排水パイプ４５ｂに接続されている。

そして、給水パイプ４５ａを介して流入する高温の冷却水がラジエータ６１のコア６１ａにおいてチューブ６１ｂ内を流通する間に、このコア６１ａを上下方向に通過する空気（ラジエータ換気風）と熱交換して放熱するようになっている。こうして放熱して温度の低下した冷却水は排水パイプ４５ｂに流出し、冷却水回路４５によってエンジン４０のウォータジャケットに戻される。

また、そうしてラジエータ換気風を通過させるためにラジエータ６１は、パッケージ２の正面、右側面および背面にそれぞれ開口するラジエータ換気口２１ａ，２３ａ，２５ａの高さ分、中段壁３４の上方に離間して配設されている。これによりラジエータ６１の下方に形成される外気取り込み空間には、前記三つのラジエータ換気口２１ａ，２３ａ，２５ａからそれぞれ外気が取り込まれ、その後、コア６１ａを下方から上方に向かって通過するようになる（図６の黒矢印を参照）。

そのようにラジエータ６１をラジエータ換気口２１ａ，２３ａ，２５ａの高さ分、中段壁３４から離して支持するために、ラジエータ６１の右側枠部は前後２つの隅部においてそれぞれパッケージ２のフレーム２０に支持されている。一方、ラジエータ６１の左側枠部６１ｃ（一辺部）は、以下に説明するように中段壁３４の連通口３４ａを上方から覆う連通口カバー６５によって支持されている。

詳しくは、隔壁３５を省略して図４に示すように、中段壁３４における左右の略中央部（この例では、中央部やや右寄り）に、上下に貫通して下部室４とラジエータ室６とを連通させるように連通口３４ａが形成されている。この例では連通口３４ａは、中段壁３４の前縁（正面側の縁部）付近から後縁（背面側の縁部）付近まで延びる長穴とされていて、この連通口３４ａを上方から覆うように連通口カバー６５が配設されている。

図５に単体で示すように連通口カバー６５は、一例として鉄板を折り曲げたものであり、互いに高さの異なる左右一対の立壁部６５ａ，６５ｂと、そのうちの低い方の立壁部６５ｂ（図５の右奥側の立壁部）の上縁から高い方の立壁部６５ａ（同左手前側の立壁部）の上縁まで、斜め上向きに傾斜して延びる天井部６５ｃと、それぞれの立壁部６５ａ，６５ｂの下縁から折れ曲がって外方に延びるフランジ部６５ｄとを備えている。

そして、その高い方の立壁部６５ａには、連通口３４ａと同じく前後方向に延びる長方形状の開口部６５ｅが形成されるとともに、この開口部６５ｅの上縁から折り曲げられて外方に延びるように庇部６５ｆが設けられている。この連通口カバー６５が連通口３４ａを上方から覆うように中段壁３４に載置されて、その上面にフランジ部６５ｄが溶接されている。こうして中段壁３４に溶接された連通口カバー６５は概略閉断面構造となっており、高い支持剛性を有している。

また、そうして中段壁３４に溶接された連通口カバー６５の長手方向の両端部、即ち手前側および奥側の端部がそれぞれ、パッケージ２の正面及び背面の上パネル２１，２５に当接している。言い換えると連通口カバー６５は、連通口３４ａを上方から覆いながら左側に向かって開放されており、連通口３４ａへの上方からの雨水の浸入を抑制しながら、この連通口３４ａを介して下部室４から流入するエンジン換気風を、ラジエータ室６の左側に導くようになっている。

すなわち、図６を参照して後述するように下部室４からのエンジン換気風は、連通口３４ａを上向きに通過した後に、連通口カバー６５の傾斜する天井部６５ｃによって左側斜め上方に指向され、開口部６５ｅからラジエータ室６の左側へと送り出される。なお、開口部６５ｅに設けられた庇部６５ｆは、前記のような空気の流れを邪魔することなく、雨水の開口部６５ｅへの浸入を効果的に阻止できるような大きさとされている。

そして、そのような連通口カバー６５の高い方の立壁部６５ａに、ラジエータ６１の左側枠部６１ｃが取り付けられている。すなわち、図４にはラジエータ６１および連通口カバー６５の手前側の端部について示すように、ラジエータ６１の左側枠部６１ｃの前後両端部にはそれぞれ下方に延びる支持片６１ｄが形成され、この支持片６１ｄが連通口カバー６５の立壁部６５ａの上部に重ね合わされて締結されている。

つまり、連通口カバー６５は、連通口３４ａを上方から覆って、ラジエータ室６から下部室４への雨水の浸入を抑制するとともに、ラジエータ６１の左側枠部６１ｃを支持する支持部材としても機能している。

本実施の形態のコージェネレーション装置１は以上のように構成されており、以下ではかかる装置１の運転中に主にラジエータ室６を流れる空気の流れ、即ちラジエータ換気風およびエンジン換気風の流れについて説明する。

本実施の形態のコージェネレーション装置１においてエンジン４０が暖機状態になると、このエンジン４０や発電機４１からの放熱によって下部室４の雰囲気温度が上昇する。これに対応して吸い込みファン４８が動作すると、図示しない吸い込みダクトを介して、パッケージ右側面の下パネル２４のギャラリ２４ａから外気が吸い込まれ、下部室４の下方に向かって吹き出されるようになる。

また、エンジン４０の運転中にそのウォータジャケットから流出する高温の冷却水は、冷却水回路４５の排気ガス熱交換器において高温の排気から廃熱を回収した後に、水／水熱交換器４７またはラジエータ６１へ送られる。すなわち、高温の冷却水は、給湯装置などの要求があれば水／水熱交換器４７へ送られて、給湯用の温水と熱交換し、これにより温度が低下した後にエンジン４０のウォータジャケットに戻される。

一方、給湯装置などの要求がない場合、高温の冷却水はラジエータ６１に送られて放熱する。これによりラジエータ室６の雰囲気温度が上昇するので、ラジエータファン６０が回転し、ラジエータ６１を通過する空気の流量、即ち換気風量を増大させる。例えばラジエータ室６に設けられた温度センサからの信号を受けて、制御回路からラジエータファン６０の電動モータに駆動指令が出力され、その動作を開始させる。

そうしてラジエータファン６０が回転すると、その下方、即ちラジエータ室６の上部の空気がパッケージ２の上方に排出されることによって、ラジエータ室６に負圧が発生し、ラジエータ６１のコア（以下、ラジエータコア６１ａ）を通過させて上方に空気を吸い上げる。これにより、図６に黒矢印で示すようにラジエータ６１の下方の外気取り込み空間には、ラジエータ換気口２１ａ，２３ａ，２５ａから外気が取り込まれ、ラジエータ換気風として上方に向かうようになる。

詳しくは、ラジエータ６１の下方の外気取り込み空間においては、正面のラジエータ換気口２１ａからの空気の流れと、背面のラジエータ換気口２３ａからの空気の流れと、右側面のラジエータ換気口２５ａからの空気の流れとが合流して、上方のラジエータコア６１ａに向かうようになる。このときに連通口カバー６５の近傍においては、図６に破線の矢印で示すように、該連通口カバー６５の天井部６５ｃに沿って斜めに上昇する流れが発生するので、ラジエータ換気風はコア６１ａの全面を通過する。

また、前述の如くラジエータ室６に発生した負圧によって、図６に白矢印で示すように連通口３４ａを介して下部室４の空気がラジエータ室６に流入するようになる（エンジン換気風）。こうして下部室４から流入するエンジン換気風は、エンジン４０および発電機４１の放熱を促すものであり、比較的高温になっているので、ラジエータ６１下方の外気取り込み空間とは連通口カバー６５によって遮られている。

すなわち、連通口３４ａからのエンジン換気風の流れは、ラジエータ６１の下方側とは反対側に送り出されるようになっており、殆どラジエータコア６１ａを通過することはない。連通口３４ａを通過したエンジン換気風の流れは、連通口カバー６５の傾斜する天井部６５ｃに沿ってスムーズに湾曲されるので、流れを湾曲させることによる圧力損失の増大は極めて小さい。

そして、そのように連通口カバー６５によって湾曲されたエンジン換気風は、ラジエータ室６の左側における斜め上方に向かって送り出された後に、隔壁３５に沿うように上方に向かい、前述のようにコア６１ａを通過してきたラジエータ換気風とラジエータ６１の上方において合流する。そして、その後、上方のラジエータファン６０に吸い込まれて、パッケージ２の上方に向かって排出される。

したがって、本実施の形態に係るコージェネレーション装置１においては、エンジン４０や発電機４１が配設されているパッケージ２の下部室４を、上方のラジエータ室６に直接、連通させる構造としたことで、その下部室４からラジエータ室６までのエンジン換気風の経路における圧力損失を低減でき、ラジエータファン６０の動作に伴うエネルギーロスを減らすことができる。

しかも、そうして下部室４からラジエータ室６に流入する比較的高温のエンジン換気風が、ラジエータ６１のコア６１ａを通過しないようにしているので、ラジエータ６１の冷却効率を低下させる心配がない。

また、ラジエータ室６には、パッケージ２上面のラジエータファン６０の開口を介して雨水が浸入するが、このラジエータ室６に臨む連通口３４ａの開口は上方から連通口カバー６５によって覆われているので、下部室４への雨水の浸入を抑制できる。

さらに、その連通口カバー６５によってラジエータ６１の左側枠部６１ｃを支持しているので、別途、専用の支持部材を設ける必要がない。つまり、連通口カバー６５をラジエータ６１の支持部材と兼用することによって、コストの低減が図られている。

なお、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、前記実施の形態において連通口カバー６５は、連通口３４ａの上方を覆いながら左側（ラジエータ６１の下方側とは反対側）に開放しているが、これに限らず、連通口カバー６５は、前側や後側を含めて３６０°いずれの方向に開放していてもよい。

また、前記実施の形態においてパッケージ２の上部室３は、隔壁３５によって機器収納室５とラジエータ室６とに区画されているが、これにも限定されず、例えばパッケージ２内の上部室３をラジエータ室６とエンジン４０の吸排気室とに区画してもよいし、或いは下部室４をさらに区画して、エンジン室の他に吸排気室や機器収納室を形成してもよい。

さらに、本発明は、エンジンにより駆動される作業機として冷凍回路のコンプレッサを備えたＧＨＰ（ガスヒートポンプ）に適用することも可能である。

１コージェネレーション装置（エンジンシステム）
２パッケージ
３上部室
４下部室
５機器収納室
６ラジエータ室
３４パッケージの中段壁
３４ａ中段壁の連通口
４０エンジン
４１発電機（作業機）
６０ラジエータファン
６１ラジエータ
６１ｃラジエータの左側枠部（一辺部）
６５連通口カバー

Claims

エンジンおよび作業機をパッケージに収めたエンジンシステムにおいて、
前記パッケージの内部を中段壁によって上下に区画し、この中段壁よりも上方の上部室をさらに区画して、ラジエータおよびラジエータファンの配設されるラジエータ室を形成する一方、
前記中段壁よりも下方の下部室にはエンジンを配設し、この下部室と前記ラジエータ室とを連通させるよう前記中段壁に連通口を設けるとともに、この連通口を上方から覆いながら側方に向かって開放されるように連通口カバーを設け、
前記ラジエータ室に臨むパッケージ上面に前記ラジエータファンを配設し、その下方に対向するように前記ラジエータを配設して、このラジエータの一辺部を前記連通口カバーによって支持する構成とし、
前記連通口カバーは、
互いに高さの異なる一対の立壁部と、
前記一対の立壁部のうち、低い方の立壁部の上縁から高い方の立壁部の上縁まで、斜め上向きに傾斜して延びる天井部と、
前記連通口を介して前記下部室から流入した空気を、前記ラジエータ室へ導く開口部とを備え、
前記ラジエータの一辺部は、前記連通口カバーのうち、高い方の立壁部に取り付けられていること
を特徴とするエンジンシステム。
請求項１記載のエンジンシステムにおいて、
前記連通口カバーが、前記ラジエータの下方側には開放されておらず、その反対側に向かって開放されていることを特徴とするエンジンシステム。