JP6654594B2 - エンジンシステム - Google Patents

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Description

本発明は、燃料を燃焼させて軸動力を出力するエンジンと、前記エンジンの軸動力を利用して作動するシステム本体とを備え、
運転制御部と、商用電力を作動電力に変換して当該作動電力を前記運転制御部に供給する電源部とを備えたエンジンシステムに関する。
この種のエンジンシステムとして、圧縮機により冷媒を循環させて熱を搬送するヒートポンプ回路をシステム本体として備え、その圧縮機をエンジンの軸動力を利用して作動させるエンジン駆動式のヒートポンプシステム（以下「ＧＨＰ」と呼ぶ場合がある。）が知られている（例えば、特許文献１を参照。）。
特開平７−１７４３６６号公報
従来のエンジンシステムでは、電源部に漏電や故障等の障害が生じた場合には、システム本体とエンジンとの両方の作動制御を正常に行うことができなくなって、エンジン停止などの迅速な対処を行うことができなくなる場合があった。
この実情に鑑み、本発明の主たる課題は、燃料を燃焼させて軸動力を出力するエンジンと、前記エンジンの軸動力を利用して作動するシステム本体とを備え、運転制御部と、当該運転制御部に作動電力を供給する電源部とを備えたエンジンシステムにおいて、電源部の障害発生に迅速に対処することができる技術を提供する点にある。
本発明の第１特徴構成は、燃料を燃焼させて軸動力を出力するエンジンと、前記エンジンの軸動力を利用して作動するシステム本体とを備え、
運転制御部と、商用電力を作動電力に変換して当該作動電力を前記運転制御部に供給する電源部とを備えたエンジンシステムであって、
前記電源部として、前記システム本体の作動制御用の作動電力を供給するシステム本体側電源部と、前記エンジンの作動制御用の作動電力を供給するエンジン側電源部とを並列状態で備えた点にある。
本構成によれば、システム本体の作動制御用の作動電力を供給するシステム本体側電源部に漏電や故障等の障害が発生した場合であっても、エンジン側電源部を正常な状態に保ち、エンジンの作動制御用の作動電力を確実に供給することができる。これにより、エンジンの作動を制御して、エンジン停止などの状態に移行させることができる。
一方、エンジンの作動制御用の作動電力を供給するエンジン側電源部に漏電や故障等の障害が発生した場合であっても、システム本体側電源部を正常な状態に保ち、システム本体の作動制御用の作動電力を確実に供給することができる。これにより、システム本体の作動を制御することができる。
従って、本発明により、電源部の障害発生に迅速に対処することができるエンジンシステムを提供することができる。
本発明の第２特徴構成は、前記運転制御部として、前記システム本体側電源部から作動電力が供給されて前記システム本体の作動制御を行うシステム本体制御部と、前記エンジン側電源部から作動電力が供給されて前記エンジンの作動制御を行うエンジン制御部とを各別に備えた点にある。
本構成によれば、運転制御部として、システム本体制御部とエンジン制御部とが各別に設けられているので、一方の運転制御部に障害が発生した場合であっても、その影響を排除して、他方の運転制御部を正常な状態に維持することができる。
本発明の第３特徴構成は、前記システム本体制御部と前記エンジン制御部との間で通信可能に構成され、
前記システム本体制御部及び前記エンジン制御部が、通信先の運転制御部との通信異常を検知したときに、前記エンジンを停止させるエンジン停止処理を実行する点にある。
本構成によれば、システム本体制御部及びエンジン制御部は、通信先の運転制御部側で漏電や故障等の障害が発生している場合には、その状態を当該通信先の運転制御部との通信機能として検知することができる。そして、システム本体制御部及びエンジン制御部は、相互の通信においてこのような通信異常を検知した場合には、エンジン停止処理を実行してエンジンを確実に停止させることができる。
本発明の第４特徴構成は、商用電力を降圧して前記エンジンのスタータに供給するスタータ用トランスを備え、
前記エンジン側電源部が、前記スタータ用トランスで降圧後の電力を利用して作動電力を生成する点にある。
本構成によれば、エンジンのスタータ用トランスを有効利用して、当該スタータ用トランスにて降圧後の電力をエンジン側電源部に供給することができる。このことで、エンジン側電源部においては、供給電力を所望の作動電力に降圧するためのトランスを省略又は簡略化して、効率良く作動電力を生成することができる。
本発明の第５特徴構成は、前記エンジン側電源部が、作動電力の電圧を変換する電圧変換部を着脱自在に構成されている点にある。
本構成によれば、エンジン側電源部において電圧変換部が着脱自在に構成されているので、当該電圧変換部を適宜変更して、仕様に応じた電圧の作動電力を生成することができる。また、複数の電圧変換部を着脱自在に構成することで、多種の電圧の作動電力を生成するように構成することもできる。
本発明の第６特徴構成は、前記エンジンへの燃料供給を遮断可能な燃料遮断弁を備えると共に、
前記運転制御部が、前記システム本体の作動制御において、前記燃料遮断弁を作動させて前記エンジンを停止させる燃料遮断処理を実行可能に構成されている点にある。
本構成によれば、例えばエンジンの作動制御用の作動電力を供給するエンジン側電源部に障害が発生した場合には、運転制御部によるシステム本体の作動制御において、燃料遮断処理を実行してエンジンへの燃料供給を遮断し、エンジンを確実に停止させることができる。
実施形態に係るエンジンシステムの概略構成図
本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。
図１に示すエンジンシステム１００は、例えば冷媒が循環するヒートポンプ回路（図示省略）の圧縮機３２の駆動源をエンジン４０とする所謂エンジン駆動式のヒートポンプシステム（ＧＨＰ）として構成されている。このエンジンシステム１００には、燃料Ｇを燃焼させて軸動力を出力するエンジン４０と、エンジン４０の軸動力を利用して作動するシステム本体３０とが設けられている。システム本体３０は、圧縮機３２等を含む。更に、エンジンシステム１００には、運転制御を行う運転制御部Ａと、電源部Ｂとが設けられている。電源部Ｂは、商用電力を作動電力に変換して当該作動電力を運転制御部Ａに供給する。より詳細には、電源部Ｂは、商用電源４６から供給される交流の商用電力をＡＣ−ＤＣコンバータ等で直流の作動電力に変換して運転制御部Ａに供給する。尚、エンジン４０としては、エンジン形式や使用燃料等を特に限定する必要はないが、例えば都市ガスを使用燃料としたレシプロエンジンやガスタービンエンジンなどを採用することができる。
運転制御部Ａとしては、システム本体３０の作動制御を行うメイン制御部１１（システム本体制御部の一例）と、エンジン４０の作動制御を行うエンジン制御部２１とが各別に設けられている。
具体的に、メイン制御部１１は、メインコントローラ１０に実装される形態で設けられている。メイン制御部１１は、システム本体３０側に設けられた燃料遮断弁３１や他の電気機器の作動制御を行うものとして構成されている。一方、エンジン制御部２１は、メインコントローラ１０とは別のエンジンコントローラ２０に実装される形態で設けられている。エンジン制御部２１は、エンジン４０側に設けられた冷却水ポンプや点火装置や他の電気機器の作動制御を行うものとして構成されている。
運転制御部Ａに作動電力を供給する電源部Ｂとして、システム本体３０の作動制御用の作動電力を供給するメイン電源部１５（システム本体側電源部の一例）と、エンジン４０の作動制御用の作動電力を供給するエンジン側電源部２５とが並列状態で設けられている。メイン電源部１５は、メイン制御部１１を実装するメインコントローラ１０に対してシステム本体３０の作動制御用の作動電力を供給する。エンジン側電源部２５は、エンジン制御部２１を実装するエンジンコントローラ２０に対してエンジン４０の作動制御用の作動電力を供給する。つまり、エンジンシステム１００には、電源基板として、メイン電源部１５を有するメイン側電源基板とエンジン側電源部２５を有するエンジン側電源基板とが各別に備えられている。
システム本体３０には、エンジン４０への燃料Ｇの供給を遮断可能な燃料遮断弁３１が設けられている。メイン制御部１１は、この燃料遮断弁３１を作動させて、エンジン４０を強制的に停止させる燃料遮断処理（エンジン停止処理の一例）を実行可能に構成されている。
一方、エンジン制御部２１は、エンジン４０の点火プラグ（図示省略）に対する電力印加を停止するなどして、エンジン４０を強制的に停止する点火停止処理（エンジン停止処理の一例）を実行可能に構成されている。
更に、メイン制御部１１とエンジン制御部２１とは、メインコントローラ１０に実装された通信部１２及びエンジンコントローラ２０に実装された通信部２２を介して互いに通信可能に構成されている。
メイン制御部１１は、上記通信部１２，２２を介してエンジン制御部２１との通信を実行し、そのエンジン制御部２１との通信異常を検知した場合に、エンジン制御部２１又はそれに作動電力を供給するエンジン側電源部２５で漏電や故障等の障害が発生していると判定する。そして、メイン制御部１１は、このようにエンジン制御部２１側に障害が発生していると判定した場合には、上述した燃料遮断処理を実行してエンジン４０を停止させる。
一方、エンジン制御部２１は、上記通信部１２，２２を介してメイン制御部１１との通信を実行し、そのメイン制御部１１との通信異常を検知した場合に、メイン制御部１１又はそれに作動電力を供給するエンジン側電源部２５で漏電や故障等の障害が発生していると判定する。そして、エンジン制御部２１は、このようにメイン制御部１１側に障害が発生していると判定した場合には、上述した点火停止処理を実行してエンジン４０を停止させる。
エンジン側電源部２５は、エンジン制御部２１に対してエンジン４０の作動制御用の作動電力を供給するのに加えて、メイン制御部１１に対してシステム本体３０の作動制御用の作動電力を供給するように構成されている。即ち、メイン制御部１１を実装するメインコントローラ１０に対しては、メイン電源部１５のみならず、エンジン側電源部２５からも作動電力が供給されることになる。このことで、メイン電源部１５及びエンジン側電源部２５のうちの一方の電源部Ｂに漏電や故障等の障害が発生した場合でも、メイン制御部１１は、他方の電源部Ｂから作動電力の供給を受けて正常に作動し、上記燃料遮断処理を実行して、エンジン４０を確実に停止させることができる。
本エンジンシステム１００には、商用電源４６から供給された商用電力を降圧してエンジン４０のスタータ４１に供給するスタータ用トランス４２が設けられている。
そして、エンジン側電源部２５は、このスタータ用トランス４２で降圧後の電力を利用して作動電力を生成するように構成されている。よって、エンジン側電源部２５には、スタータ用トランス４２で数十Ｖ程度に降圧された電力が供給されることになる。このため、エンジン側電源部２５において、当該供給電力を所望の作動電力の電圧に降圧するためのトランスが省略又は簡略化され、効率良く作動電力が生成されることになる。
メイン電源部１５は、商用電源４６から漏電遮断器４５を通じて交流の商用電力が直接供給される。メイン電源部１５は、商用電力を例えば一般的な電気機器の供給電圧である１２Ｖに降圧するトランスを内蔵することができる。この場合、メイン電源部１５は、トランスによる降圧後の作動電力を、メイン制御部１１や当該メイン制御部１１により作動制御されるシステム本体３０側の燃料遮断弁３１等の電気機器に供給する。
一方、エンジン側電源部２５は、電圧変換部２６が着脱自在に構成されている。電圧変換部２６は、スタータ用トランス４２で降圧後の電力の電圧を変換するレギュレータ等で構成されている。エンジン側電源部２５を有するエンジン側電源基板に対して電圧変換部２６を外付けで装着することができる。このことで、エンジン側電源部２５では、一般的な供給電圧以外の作動電力を生成することができる。更に、図示は省略するが、２以上の電圧変換部２６を同時に装着することで、多種の電圧の作動電力を効率良く生成することができる。
〔別実施形態〕
（１）上記実施形態では、エンジンシステム１００をエンジン駆動式のヒートポンプシステム（ＧＨＰ）として構成したが、本発明に係るエンジンシステムは、エンジンを駆動源として備えたシステム全般に適用可能である。例えば、エンジンを駆動源とする発電機を備え、そのエンジンの排熱を給湯用や暖房用として利用するコージェネレーションシステム等にも適用可能である。また、エンジンの軸動力を別のシステムの駆動源として利用しつつ、当該エンジンの排熱を利用する吸収式冷凍機や燃料電池システム等にも適用可能である。
（２）上記実施形態では、メイン制御部１１をメインコントローラ１０に実装し、エンジン制御部２１をエンジンコントローラ２０に実装摺る形態で、メイン制御部１１とエンジン制御部２１とを各別に設けたが、本発明はこの構成に限定されるものではない。例えば、共通のコントローラにメイン制御部とエンジン制御部とを実装するなどして、当該コントローラでシステム本体の作動制御とエンジンの作動制御とを行うように構成しても構わない。尚、この場合においても、メイン電源部は、共通のコントローラに対してシステム本体の作動制御用の作動電力を供給し、エンジン側電源部は、共通のコントローラに対してエンジンの作動制御用の作動電力を供給するように構成される。
（３）上記実施形態では、メイン制御部１１によるシステム本体３０の作動制御において実行されるエンジン停止処理を、エンジン４０への燃料Ｇの供給を遮断可能な燃料遮断弁３１を作動させてエンジン４０を停止させる燃料遮断処理としたが、本発明はこの構成に限定されるものではない。例えば、メイン制御部１１によりエンジン４０の点火プラグへの電力供給を遮断するなどのように、別の形態でメイン制御部１１によるエンジン停止処理を実行しても構わない。
（４）上記実施形態では、メイン制御部１１及びエンジン制御部２１は、相互間の通信異常を検知した場合に、通信先側の運転制御部Ａ及び電源部Ｂで漏電や故障等の障害が発生していると判定して、エンジン停止処理を実行するように構成したが、本発明はこの構成に限定されるものではない。例えば、メイン電源部１５やエンジン側電源部２５での電流低下等を検知するなどして、運転制御部Ａ及び電源部Ｂでの障害発生を別の方法を判定するように構成しても構わない。
（５）上記実施形態では、エンジン側電源部２５が、メイン制御部１１とエンジン制御部２１とに作動電力を供給するように構成したが、エンジン側電源部２５からメイン制御部１１への電力供給を省略しても構わない。
（６）上記実施形態では、エンジン側電源部２５を、スタータ用トランス４２で降圧後の電力を利用して作動電力を生成するように構成したが、本発明はこの構成に限定されるものではない。例えば、エンジン側電源部２５を、商用電源４６から漏電遮断器４５を通じて交流の商用電力が直接供給され、その商用電力を所望の電圧に降圧するトランスを内蔵するように構成しても構わない。
（７）上記実施形態では、エンジン側電源部２５において着脱自在な電圧変換部２６を設けたが、本発明はこの構成に限定されるものではなく、電圧変換部２６は着脱自在ではなくてもよい。例えば、必要な分の電圧変換部２６を予めエンジン側電源部２５に内蔵しておくなどの構成を採用しても構わない。
１１ メイン制御部（システム本体制御部）
１５ メイン電源部（システム本体側電源部）
２１ エンジン制御部
２５ エンジン側電源部
２６ 電圧変換部
３０ システム本体
３１ 燃料遮断弁
４０ エンジン
４１ スタータ
４２ スタータ用トランス
１００ エンジンシステム
Ａ 運転制御部
Ｂ 電源部
Ｇ 燃料

Claims (6)

  1. 燃料を燃焼させて軸動力を出力するエンジンと、前記エンジンの軸動力を利用して作動するシステム本体とを備え、
    運転制御部と、商用電力を作動電力に変換して当該作動電力を前記運転制御部に供給する電源部とを備えたエンジンシステムであって、
    前記電源部として、前記システム本体の作動制御用の作動電力を供給するシステム本体側電源部と、前記エンジンの作動制御用の作動電力を供給するエンジン側電源部とを並列状態で備え、
    商用電力を降圧して前記エンジンのスタータに供給するスタータ用トランスを備え、
    前記エンジン側電源部が、前記スタータ用トランスで降圧後の電力を利用して作動電力を生成するエンジンシステム。
  2. 前記運転制御部として、前記システム本体側電源部から作動電力が供給されて前記システム本体の作動制御を行うシステム本体制御部と、前記エンジン側電源部から作動電力が供給されて前記エンジンの作動制御を行うエンジン制御部とを各別に備えた請求項１に記載のエンジンシステム。
  3. 燃料を燃焼させて軸動力を出力するエンジンと、前記エンジンの軸動力を利用して作動するシステム本体とを備え、
    運転制御部と、商用電力を作動電力に変換して当該作動電力を前記運転制御部に供給する電源部とを備えたエンジンシステムであって、
    前記電源部として、前記システム本体の作動制御用の作動電力を供給するシステム本体側電源部と、前記エンジンの作動制御用の作動電力を供給するエンジン側電源部とを並列状態で備え、
    前記運転制御部として、前記システム本体側電源部から作動電力が供給されて前記システム本体の作動制御を行うシステム本体制御部と、前記エンジン側電源部から作動電力が供給されて前記エンジンの作動制御を行うエンジン制御部とを各別に備え、
    前記システム本体制御部と前記エンジン制御部との間で通信可能に構成され、
    前記システム本体制御部及び前記エンジン制御部が、通信先の運転制御部との通信異常を検知したときに、前記エンジンを停止させるエンジン停止処理を実行するエンジンシステム。
  4. 商用電力を降圧して前記エンジンのスタータに供給するスタータ用トランスを備え、
    前記エンジン側電源部が、前記スタータ用トランスで降圧後の電力を利用して作動電力を生成する請求項３に記載のエンジンシステム。
  5. 前記エンジン側電源部が、作動電力の電圧を変換する電圧変換部を着脱自在に構成されている請求項１〜４の何れか１項に記載のエンジンシステム。
  6. 前記エンジンへの燃料供給を遮断可能な燃料遮断弁を備えると共に、
    前記運転制御部が、前記システム本体の作動制御において、前記燃料遮断弁を作動させて前記エンジンを停止させる燃料遮断処理を実行可能に構成されている請求項１〜５の何れか１項に記載のエンジンシステム。
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