JP6937537B1 - ガスエンジン発電システム - Google Patents

Abstract

【目的】保守・管理が行い易く、電力の需要に対応して少ない燃料消費量で効率よく電力を供給でき、多数を連結することで大きな電力を供給すること。【構成】ガスエンジン２と、交流発電機５１等とによって構成される発電構成体が筐体１に収納されて発電ユニットＡとして複数個備えられること。各発電ユニットＡは独立で発電できる構成とし、複数の発電ユニットＡ同士は電気的に並列連結され、発電ユニットＡの全部の稼働と停止と発電電力の大きさは、トータルコントロールユニット８１にて管理され、各発電ユニットＡからの直流電力を合算して交流電力に変換し、負荷側に供給する。複数のそれぞれの発電ユニットＡは設置されたユニットラック９に備えられ、発電ユニットが不具合のときは交換できる構成である。ガスエンジン２等が設置されたフレーム７は筐体１から出し入れ自在とされる。【選択図】 図１

Description

本発明は、保守・管理が行い易く且つ電力の需要に対応して少ない燃料消費量で効率よく電力を供給できるし、特に、多数を連結することで大きな電力を供給できるガスエンジン発電システムに関する。

従来、エンジン発電機では、複数の自動車用エンジン或いは船舶用のディーゼルエンジンで発電機を駆動し、これを電気的に並列に連結して要求電力を供給するのが一般的であった。また、燃料については、配管のみで常時ガスを供給できる都市ガスが存在する。また、非常用としてボンベで容易に燃料を輸送でき且つ、経時変化による劣化が特に小さいＬＰＧ(液化石油ガス)を使用することもある。このようなガスエンジンにより発電機を駆動するシステムが存在する。これによれば、ガソリンや軽油よりも燃料の分子中の水素原子が多いので、温暖化の原因の一つとされる二酸化炭素の排出が少なく、ディーゼルエンジンに比べて静粛で冷寒時の始動性がよいという利点がある。

特開平２−２６２８４６号公報 特開平９−１９５８１１号公報 特開２０１８−２０４５９４号公報

ところで、容積型のピストンエンジンであるガスエンジンは、回転数と空燃比を一定にして運転をすると負荷が小さいときは熱効率が低い。アイドリングにおいては、熱効率はゼロである。すなわち、エンジンは外部に対して仕事をせずに燃料だけを消費していることになる。

一方、火花点火エンジンは、火炎伝播が律則となって一つのシリンダの容積には限界がある。ちなみに圧縮着火のディーゼルエンジンではその制限は緩やかで船舶用のディーゼルでは、１基で数万キロワットの出力を発生させることができる。しかし、ガスエンジンでは数百キロワットである。個別発電の電気負荷はゼロから５００キロワット程度である。しかも、一つのエンジンで最大の要求電力を供給できないことがある。この場合エンジンと発電機が対になったエンジン発電機を並列に配置して、電力を取り出すようにせざるを得ない。

要求電力が小さければ大きなエンジンを低出力で稼働させることになる。この場合、スロットル開度が小さくなって熱効率が悪くなる。そこで、要求電力が小さければ、なるべく少ない数のエンジンで１基あたりの出力が大きくなるようにする。そして、要求電力が大きくなればそれに応じた基数のエンジンを稼働させることが好ましい。ところが、要求電気負荷が急に増大したときには急遽あらたに別のエンジンを起動させなければならなくなるが、エンジンには暖機時間を要する。

冷えたエンジンは、シリンダ内での燃焼が悪く、また摩擦損失も大きいので出力が出にくい上に、ピストンとシリンダの間隙が大きくオイルが燃焼室に侵入するオイル上がりによって白煙が発生したり、オイル消費が増大するなどの弊害がある。

特許文献１(特開平２−２６２８４６号公報)及び特許文献２(特開平９−１９５８１１号公報)及び特許文献３(特開２０１８−２０４５９４号公報)では、複数のエンジン及び発電機を並列配置したものが存在するが、全てのエンジンが常時稼動しており、要求電力の増減に応じてエンジンの稼動が変化するものではない。

以上述べたように、ガスエンジンによる発電システムは、個々のガスエンジン及び発電機が使用電力の増減によりそれぞれ別々に稼働するものであり、複数台のガスエンジンは、稼働中及び停止中としたものがある。また、ガスエンジンの稼働中であっても、回転数の差異が存在し、使用条件も異なってくるものである。その結果、複数のガスエンジンは不調となる時期にばらつきが生じるものである。このような状況において、ガスエンジン，発電機及びこれらに付随する部品等の保守・管理は行い易いことが大切な要件となってくる。そこで、本発明の目的(解決しようとする技術的課題)は、複数のガスエンジン及び発電機を備えた発電システムにおいて、保守・管理を行い易くし、常に最適の状態で稼働できるガスエンジン発電システムを提供することにある。

そこで、発明者は、上記課題を解決すべく、鋭意研究を重ねた結果、請求項１の発明を
、ガスエンジンと、交流発電機と、冷却システム部と、エンジンコントロールユニットと、交流・直流インバータとによって構成される発電構成体と、筐体とを備え、前記発電構成体は前記筐体に収納されて発電ユニットとして該発電ユニットは同じ構成で互換性を有して複数個備えられ、各該発電ユニットは独立で発電できる構成とされ、複数の該発電ユニット同士は電気的に並列連結され、前記発電ユニットの全部の稼働と停止と発電電力の大きさは、トータルコントロールユニットにて管理され、各前記発電ユニットからの直流電力を合算して交流電力に変換して、交流電力として負荷側に供給すると共に、前記ガスエンジンの発電の負荷に抗して該ガスエンジンの回転数が一定となるようにスロットル開度を調節して前記エンジンコントロールユニットにて制御されてなり、複数のそれぞれの前記発電ユニットは設置されたユニットラック内に備えられ、前記発電ユニットに不具合があるときは、該発電ユニット毎に交換できるように構成されてなると共に、前記筐体には前記ガスエンジン及び前記交流発電機が設置されるフレームが備えられ、それらが設置された該フレームは前記筐体から出し入れ自在に構成されてなることを特徴とするガスエンジン発電システムとしたことにより、前記課題を解決した。

請求項２の発明を、請求項１に記載のガスエンジン発電システムにおいて、全部の前記発電ユニットにおける燃料供給は該発電ユニット外部に設けられた燃料配管にて行われることを特徴とするガスエンジン発電システムとしたことにより、前記課題を解決した。請求項３の発明を、請求項１又は２に記載のガスエンジン発電システムにおいて、全部の前記発電ユニットの排気は該発電ユニットの外部に設けられた排気ダクトに接続されてなることを特徴とするガスエンジン発電システムとしたことにより、前記課題を解決した。

請求項４の発明を、請求項１，２又は３の何れか１項に記載のガスエンジン発電システムにおいて、前記筐体の床板上にはガイドレールが設けられ、前記ガスエンジン及び前記交流発電機が設置されるフレームの底板下面側には、前記ガイドレールに沿って移動自在となるガイドピースが設けられてなることを特徴とするガスエンジン発電システムとしたことにより、前記課題を解決した。請求項５の発明を、請求項１，２，３又は４の何れか１項に記載のガスエンジン発電システムにおいて、前記筐体は中板を介して上下２階構造とし、下室部に前記ガスエンジン及び前記交流発電機が収納され、上室部には電装品が収納されてなることを特徴とするガスエンジン発電システムとしたことにより、前記課題を解決した。

請求項６の発明を、請求項１，２，３，４又は５の何れか１項に記載のガスエンジン発電システムにおいて、前記ユニットラックには複数の前記発電ユニットが上下２段に配置されてなることを特徴とするガスエンジン発電システムとしたことにより、前記課題を解決した。請求項７の発明を、請求項１，２，３，４，５又は６の何れか１項に記載のガスエンジン発電システムにおいて、前記ユニットラックには複数の前記発電ユニットが３段乃至７段に配置されてなることを特徴とするガスエンジン発電システムとしたことにより、前記課題を解決した。請求項８の発明を、請求項１，２，３，４，５，６又は７の何れか１項に記載のガスエンジン発電システムにおいて、前記ユニットラックには複数の前記発電ユニットが８段乃至十数段に配置されてなることを特徴とするガスエンジン発電システムとしたことにより、前記課題を解決したものである。

請求項１の発明では、複数の各発電装置を複数のユニットとしたことで、保守管理を行い易くし、１つのユニットに不具合のあるときには、ユニットごと交換することができる。さらに、本発明では発電ユニットの全部の稼働と停止と発電電力の大きさは、該トータルコントロールユニットにて管理する構成により効率的且つ安定した電力供給ができる。また、請求項１の発明では、ユニットラックは複数の前記発電ユニットがそれぞれ設置されることで発電ユニットを効率的に配置でき、特に狭い機械室に好適である。

請求項２の発明では、全部の前記発電ユニットにおける燃料供給は該発電ユニット外部に設けられた燃料配管にて行われることで、システムの構成を簡単にできる。請求項３の発明では、発電ユニットの外部に設けられた排気ダクトに接続されることによりシステムの構成を簡単にできる。

請求項４及び請求項５の発明では、発電ユニット及びそのシステムの保守管理を行い易くできる。請求項６の発明では、前記ユニットラックには複数の前記発電ユニットが上下２段に配置されたことにより、より一層、収納効率を向上させることができる。

請求項７の発明又は請求項８の発明では、前記ユニットラックが３段乃至７段に、或いは８段乃至十数段に配置されたことで、それぞれのラック部位に前記発電ユニットを備えて稼働させれば、比較的大容量の発電能力が得られ、発電所的な重要に供することができる。これは、ＣＯ２の排出効果をも得ることができる利点がある。

本発明の構成を示す略示図である。 （Ａ）は発電ユニットの拡大図、（Ｂ）は複数の発電ユニットを機械室に設置した状態を示す略示図である。 （Ａ）は発電ユニットの筐体の分解斜視図、（Ｂ）は発電ユニットのガスエンジン及びその周辺機器を設置したフレームの斜視図である。 （Ａ）は発電ユニットの縦断側面略示図、（Ｂ）は発電ユニットの縦断側面略示図である。 （Ａ）は複数の発電ユニットを並列状態に配置した状態の要部斜視図、（Ｂ）は複数の発電ユニットを上下２段としたユニットラックに設置した状態の要部斜視図である。 （Ａ）は発電ユニットの筐体からガスエンジン，交流発電機等を設置したフレームをパレット上に引き摺り出す状態を示す斜視図、（Ｂ）はパレット上にフレームを搭載した状態の斜視図である。 （Ａ）は多数の発電ユニットを上下方向に５段としたユニットラックに設置した状態の要部斜視図、（Ｂ）は（Ａ）の５段を並列とした状態の要部斜視図、（Ｃ）は（Ｂ）のＹ１−Ｙ１矢視図である。 （Ａ）は多数の発電ユニットを上下方向に８段としたユニットラックに設置した状態の要部斜視図、（Ｂ）は（Ａ）の８段を並列とした状態の要部斜視図、（Ｃ）は（Ｂ）のＹ２−Ｙ２矢視図である。 （Ａ）は多数の発電ユニットを上下方向に複数段として並列とした状態のユニットラックを適宜の間隔を置いて設置したユニットラック群の平面図、（Ｂ）は（Ａ）のユニットラック群が１０群として揃った平面図である。 本発明の構成を示すブロック図であって、多数の発電ユニット(交流発電機を含む)を用いた概略図である。 本発明の別の実施形態の構成を示すブロック図であって、多数の発電ユニット(直流発電機を含む)を用いた概略図である。 （Ａ）はエンジンのスロットル開度をパラメーターにして、エンジン運転中のエンジン回転数と燃焼率特性を示す表、（Ｂ）は（Ａ）の燃焼率の良いエンジン回転数におけるスロットル開度と燃焼率特性を示す表である。

本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。本発明の全体の構成を図１で説明する。本発明は、複数の発電ユニットＡと、トータルコントルールユニット(ＴＣＵ)８１と、直流・交流インバータ８２と、燃料配管９１と、排気集合管９２と、電力ケーブル９３が備えられた構成である。また、発電ユニットＡは、ガスエンジン２と、交流発電機５１と、吸気システム部３と、排気システム部４と、エンジンコントロールユニット(ＥＣＵ)６１と、交流・直流インバータ５２等を備えている〔図１，図２（Ａ）参照〕。

発電ユニットＡは複数基備えられ、これら複数の発電ユニットＡ，Ａ，…同士が共通する電力ケーブル８５を共有して、電気的に並列に配置される。また、複数の発電ユニットＡ，Ａ，…同士は、共通する燃料配管８３及び排気集合管(排気ダクトと称してもよい)８４を共有して連結される。つまり、発電ユニットＡ，Ａ，…同士は、それぞれの外部で、共通する燃料配管８３と、排気集合管(排気ダクトと称してもよい)８４と、電力ケーブル８５とを共有して、並列に連結或いは接続されるものである。

そして、これら複数の発電ユニットＡ，Ａ，…は、トータルコントルールユニット(ＴＣＵ)によって、制御され、各前記発電ユニットＡ，Ａ，…からの直流電力を合算して交流電力に変換し、要求された電力を負荷側に供給するものである。これらが、機械室Ｍに設置される〔図２(Ｂ)参照〕。

まず、発電ユニットＡについて説明する。発電ユニットＡは、筐体１に、ガスエンジン２とこれに接続された交流発電機５１と、ガスエンジン２を稼働させるために必須の部品が収納される〔図２(Ａ)参照〕。ガスエンジン２の稼働に必須の部品としては、主に、エンジンコントロールユニット(ＥＣＵ)６１、ラジエータ５５ａ、冷却ファン５５ｂ及びバッテリ５３等である。

筐体１は、略直方体の収納箱であり、本体部１１とカバー部１２とを備えている。本体部１１は、下部にエンジン室１１ａを有し、上部に電装品室１１ｂを有している。エンジン室１１ａと電装品室１１ｂは、中板１１ｃで仕切られる〔図３(Ａ)参照〕。前記エンジン室１１ａには、ガスエンジン２，交流発電機５１及び充電器５４が収納される（図４参照）。電装品室１１ｂには、交流・直流インバータ５２，エンジンコントロールユニット(ＥＣＵ)６１やこれに関連する電装品が収納される。本体部１１の正面側は開口となっており、保守・管理のため、この開口からガスエンジン２及びエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）６１等の電装品を出し入れすることができ、保守・管理が効率的にできる。

カバー部１２は、本体部１１の開口を閉じる役目をなすものであり、ボルト，ビス等の固着具にて両者が接合される。本体部１１及びカバー部１２には、ルーバ１３が設けられている〔図３（Ａ）参照〕。ルーバ１３は、換気口としての役割をなし、また熱放出のための役目をなす。

エンジン室１１ａに収納されるガスエンジン２，交流発電機５１及び充電器５４は、フレーム７に収められるようにして装着される〔図３（Ｂ），図４参照〕。フレーム７は、骨組み構造で、断面Ｌ字形状の複数の枠部材７１，７１，…によって、略直方体状枠として形成されたものである。具体的には、枠部材７１は１２本使用される。枠部材７１同士は、溶接等にて連結固着されたものである。フレーム７の底部には、フレーム床板７２が設けられており、該フレーム床板７２の上面にガスエンジン２，交流発電機５１及び充電器５４が配置される〔図３（Ａ）参照〕。

前記枠部材７１は、独立した１２本を溶接で接合しても良いし、或いは枠部材７１の一部を折り曲げ加工する等して、枠部材７１の本数及び溶接箇所を減らすようにしてもよい。フレーム７の下方で且つ幅方向一方側の前後両側箇所にはガイドピース７３が取り付けられている。ガイドピース７３は、フレーム７の下部に溶接やボルト等の固着手段により強固に取り付けられている〔図３（Ｂ），図４（Ａ）参照〕。ガイドピース７３は、略門形状又は二股状のブロック材として形成されており、下部に逆凹状の被挿入部７３ａが形成されている。

また、筐体Ａの本体部１１の本体床板１１ｄには、ガイドレール１４が設けられている。ガイドピース７３の被挿入部７３ａに、フレーム７のガイドレール１４が挿入して嵌合し、ガイドピース７３がガイドレール１４に沿って摺動する構成となっている〔図４（Ａ）参照〕。そして、フレーム７は、筐体１の本体部１１のエンジン室１１ａにガイドレール１４に沿って移動し、所定の位置まで挿入して固定される。このとき、フレーム７の前後方向両側のガイドピース７３，３３と、本体部１１のガイドレール１４とが嵌合する構造によって、フレーム７は本体部１１の本体床板１１ｄの所定位置に設置することができる。

そして、フレーム７は、ガイドピース７３と、本体部１１のガイドレール１４との嵌合によって左右方向の動きを規制されながら本体部１１の本体床板１１ｄ上に乗せられ、振動によって動いて、所定位置がずれることを防止する。また、ガスエンジン２，交流発電機５１は、防振ゴム７４を介してフレーム７に支えられている。また、充電器５４等の本体床板１１ｄ上に設置される部品は、必要に応じて防振ゴム７４によって支持されることもある。

ガイドレール１４には、その後端、つまり、筐体１の本体部１１の奥側端にストッパ１４ａが設けられている。筐体１の本体部１１にフレーム７を収納する場合いにおいて、ガイドピース７３がガイドレール１４に沿って移動するときに、フレーム７が、本体部１１の所定位置に到達すると、フレーム７の奥側のガイドピース７３がストッパ１４ａに当接して、フレーム７は筐体１内の適正位置に停止できるようになっている〔図４（Ｂ）参照〕。

このように、フレーム７の左右方向の位置はガイドピース７３とガイドレール１４とで、筐体１の奥行き方向がストッパ１４ａで定まり、ここで、フレーム７を本体部１１にリテーナーナット及びボルト４６で固定する。フレーム７のフレーム床板７２は、フレーム７の下部における全面に設けられるが、このような構成に限定されるものではなく、桁状に部分的に橋渡し状態となる構成としてもよい。

ガスエンジン２には、吸気システム部３と排気システム部４とが備わっている〔図１，図２（Ａ）参照〕。さらに、吸気システム部３と排気システム部４は、吸気マニホールド３１と排気マニホールド４１が備わっており、吸気マニホールド３１にはミキサ３２が備わり、さらに、内部燃料供給管３３が連続して備わっている。該内部燃料供給管３３は、筐体１の外部に突出しており、筐体１の外部側に突出する部分に遮断弁２１１ｃが設けられている〔図２（Ａ）参照〕。

排気マニホールド４１には、三元触媒４２，マフラ４３が備わり、さらに内部排気管４４が連続して設けられている。該内部排気管４４は筐体１の外部に突出しており、筐体１の外部側に突出する部分に吸気ジョイント部３４が設けられている〔図２（Ａ）参照〕。

また、交流発電機５１は交流・直流インバータ５２に出力電線５７が連続している。該出力電線５７は、筐体１の外部に突出し、突出部分先端にはコネクタ５７ａが具備されている〔図４（Ｂ）参照〕。筐体１には、水温センサ６３，クランクセンサ６４，Ｏ２センサ６２等のセンサが組み込まれる。また、ラジエータ，冷却ファン５５ｂ等がそなわる〔図２（Ａ）参照〕。

このように発電ユニットＡは、全く同じ構成であるため各発電ユニットＡの間には互換性ができる。いずれかの発電ユニットＡに不具合が生じても、当該発電ユニットＡを新たなものに交換すれば最小限の発電能力の低下で、しかも短時間で復旧することができる。

ガスエンジン２の稼働により交流発電機５１が駆動され、該交流発電機５１によって発電された交流が交流・直流インバータ５２で所定の電圧の直流に変換され、直流電流による電力が出力される。ガスエンジン２の運転に必要な構成要素、例えばエンジンコントロールユニット(ＥＣＵ)６１やバッテリ５３、ラジエータ５５ａ、冷却ファン５５ｂ、筐体内換気ファン５５ｃ等は筐体１に収められ、各発電ユニットＡを構成している。

これにより各発電ユニットＡは燃料が供給されれば、それぞれの発電ユニットＡがそれぞれ独立してガスエンジン２を稼働させて発電が可能となる。各発電ユニットＡの稼働は、全発電ユニットＡとは別に独立して備えられたトータルコントルールユニット(ＴＣＵ)８１から発電ユニットＡ内のエンジンコントロールユニット(ＥＣＵ)６１への指令で行われる。

各発電ユニットＡからの直流電力は、全発電ユニットＡとは別に独立して備えられた直流・交流コンバータ８２に集められて、所定の電圧、周波数の交流として負荷側に供給される〔図１，図２（Ａ）参照〕。直流・交流コンバータ８２で各発電ユニットＡに割り当てられた電気出力は、電流計或いは電圧計で監視される。

直流・交流コンバータ８２が所定の電圧を出そうとすると、電流が小さくなりトータルコントルールユニット(ＴＣＵ)８１が割り当てた電力が出ていないとエンジンコントロールユニット(ＥＣＵ)６１が判断して、スロットルアクチュエータがスロットルを開く。これによりエンジンのトルクが増大する。このようにしてエンジン回転数を一定(例えば２４００rpm)に保ちながらトルクを増大させて、(回転数)×(トルク)に比例するエンジンの出力を増大させる。

また、もし直流・交流コンバータ８２が所定の電流値を出すように設定されていると、ガスエンジン２の出力が小さく所定の回転数に達しなくなり、電流計或いは電圧計で計測した電流又は電圧が低くなる。これを取り戻すために直流・交流コンバータ８２は、スロットルアクチュエータにスロットルを開くように信号を出す。これによりガスエンジン２の回転数は前記の一定の回転数になるように構成されている。

このように、各発電ユニットＡは、独立して発電でき、しかもトータルコントルールユニット(ＴＣＵ)８１で割り当てた直流電力（並列的に加算した直流電力）を、全体を一括して交流に変換する直流・交流インバータ８２にて所定電圧の交流電力を送信する。各発電ユニットＡを連結しているのは燃料配管８３と直流出力の電力ケーブル８５とＴＣＵからの信号ライン８６のトータルコントルールユニット(ＴＣＵ)８１からの信号ライン８６である。

各ガスエンジン２から三元触媒４２とマフラ４３を通って排出される排気は個別に直接大気に放出しても、あるいは排気集合管(排気ダクト)８４で集めて大気に放出するようにしてもよい。排気マニホールド４１にはＯ２センサ６２が装着してあり、この信号でエンジンコントロールユニット(ＥＣＵ)６１は空燃比が理論空燃比(燃料がプロパンC3H8の場合は15.6、都市ガス１３Ａの場合は16.8)になるように、低圧制御弁５６を制御する。ＨＣ,ＣＯ,ＮＯｘを同時に無害化するために、三元触媒４２を有効に作動させるためには、エンジンの空燃比を理論空燃比にすることが必須である。

エンジンコントロールユニット(ＥＣＵ)６１の機能はクランクセンサ６４で検出したエンジン回転数が所定の回転数(例えば２４００rpm一定)になるようにスロットル開度を調節すること、Ｏ２センサ６２で検出した空燃比が理論空燃比になるように低圧調整弁５６の制御と点火時期の制御、ガスエンジン２の始動と停止及び電動の冷却ファン５５ｂと筐体内換気ファン５５ｃの制御である。ここで、エンジンの始動はトータルコントルールユニット(ＴＣＵ)８１の指令を受けたエンジンコントロールユニット(ＥＣＵ)６１がスタータリレイ６５をオンにしてスタータモータ５８で行う。

各発電ユニットへの発電電力の要求割り付けはトータルコントルールユニット(ＴＣＵ)８１から各発電ユニットＡの交流・直流インバータ５２に直接指示を出す。これによって各エンジン２は発電の負荷に抗して回転数が一定になるように交流発電機５１を駆動するエンジンのトルクを発生させる。各発電ユニットで出力した同一の電圧の直流電力は直流・交流インバータ８２で所定の電圧、所定の周波数の交流電力に変換されて負荷側に供給される。

なお、各ガスエンジン２に必要な電力はバッテリ５３から供給される。このバッテリ５３は、充電器５４によって常時充電されている。ここで、交流発電機２２ではなく、直流発電機を使用した場合では、同一の電圧の電力を発生させるように、界磁コイルの電流を制御すれば交流/直流インバータ５２は不要となる。

発電ユニットを並列に配設した場合を図２で説明する。各発電ユニットを繋いでいるのは、電力ケーブル８５と信号ライン８６、燃料配管８３と集合排気管２３である。この図ではトータルコントルールユニット(ＴＣＵ)８１と直流・交流インバータ８２は一つのケースに収めた例である（図２参照）。

図５（Ｂ）は、各発電ユニットをユニットラック９に上下２段に収納して立体的にした発電装置である。さらに、このユニットラック９を連結することにより、狭いスペースで大きな電力を供給することができる。具体的に説明すると、各発電ユニットが５０kWの場合、ガスエンジンの場合一つのユニットは幅１.７ｍ、奥行き０．８ｍ、高さ１.３ｍ程度であるため、１０ｍ×１０ｍの広さの土地でも３層(図３は２層の場合)のユニットラック９を用いると、発電ユニットＡは７５台を、余裕をもって収容できる。これによる発電電力は５０kW×７５台＝３７５０kW、すなわち、３.７５MWとなる。

次に、ガスエンジン２を熱効率のよい回転数とトルクで稼働させる方法について、図１２（Ａ）及び（Ｂ）にて説明する。縦軸の燃料消費率(g/kW・h)とはエンジンが稼働しているとき１kWを発生させるのに１時間当たり何グラムの燃料を消費したかをいう。これが大きいと燃料消費量が大きく、熱効率が悪いことになる。ＬＰＧの場合は1m3(質量で１.９６kg)当たりの発熱量を９０.７Mj(９０７００kj)である。例えば、燃料消費率が２００g/kW・hの場合の熱効率を求めてみる。

１時間当たりの消費燃料の持つ熱エネルギは
(９０７００kj／１.９６kg)×０.２kg=９２５５kj・・・・・・・・・(１)
一方、これで1時間にした仕事は１kj/s×３６００s＝３６００kj・・・(２)
従って、熱効率は(２)／(１)＝０.３８９、すなわち３８.９%となる。

図１２（Ｂ）のスロットル開度とは全閉をゼロとして全開を１(＝４／４)として、この間を４等分した値である。燃料消費率はエンジン回転数に対して、下に凸となる曲線になる。発電用に設計したガスエンジンの例では、各スロットル開度ともにエンジン回転数が２４００rpmのところで燃料消費率は最小となっている。

空燃比が一定ならば、スロットル開度が大きいほど燃料消費率が少ないことが分かる。
これはエンジン回転数が低いと、シリンダ中の混合気の流動が小さいので、燃焼が悪く、また回転数が高くなると摩擦損失が増大するので、同じスロットル開度でも燃料章比率が最小となる回転数が存在する。このエンジン回転数で運転するのが熱効率を改善するのに有利である。

また、図１２（Ｂ）に示すように、スロットル開度が大きくなると、燃料消費率が小さくなるのは、回転数が同じなので摩擦損失もほぼ同じだが、ピストンがする仕事が大きくなるので、相対的に摩擦損失の割合が小さくなるからである。ピストンがする仕事から摩擦損失を引いた正味仕事が大きくなる。すなわち仕事当たりの燃料消費は少なくなる。

要求電力が小さければ、少ないエンジン数でスロットルを開いてトルクを増大させて対応する。さらに要求電力が大きくなると、トータルコントルールユニット(ＴＣＵ)８１からの信号で各発電ユニットのエンジンコントロールユニット(ＥＣＵ)６１が当該エンジンを稼働させる。なお、急激な負荷の増大に対応するために、各エンジンは４／４(全開)のスロットル開度より少し小さい開度で運転し、余裕を持たせるようにした方がよい。

このようにして稼働が偏らないように、要求電力を供給するのにエンジンの熱効率が最良になるように複数の発電ユニットを選択稼働する。繰り返しになるが、各発電ユニットＡに経済運転の指示を出すのはトータルコントルールユニット(ＴＣＵ)８１である。

このように発電ユニットは全く同じ構成であるため各発電ユニットＡの間には互換性ができる。いずれかの発電ユニットに不具合が生じても、当該ユニットを交換すれば最小限の発電能力の低下で、しかも短時間で復旧することができる。勿論、最初から予備の発電ユニットを連結しておけば、万一のときの電力低下を避けることができる。

また、一つでもエンジンが稼働していれば、他のエンジンを始動する時に交流発電機５１をスタータモータ５８として使うことができる。この場合、トータルコントルールユニット(ＴＣＵ)８１から直接信号を出して稼働しているガスエンジン２で発電された電力により、交流発電機５１でガスエンジン２を駆動する。

トータルコントルールユニット(ＴＣＵ)８１は、同時に始動する当該ガスエンジン２の
エンジンコントロールユニット(ＥＣＵ)６１にガスエンジン２の運転に必要な点火やスロ
ットル開度制御などの操作をする。発電機を始動に使うことによりスタータモータ５８と
スタータリレイ６５が不要になる。

本発明では、ガスエンジン２，交流発電機５１，エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）６１等の発電システムを構成する機器を筐体１に設置したことで、ユニット化され、発電ユニットＡとしこれらを複数備えて、発電を行うものである。このようにユニット化されたことで、それぞれの発電ユニットＡの何れかに含まれる機器が不調となったり、故障した場合では、各発電ユニットＡに属する機器を修理・交換すればよく、保守管理の作業効率を向上させることができる。

特に、ガスエンジン２，交流発電機５１等の重量機器をフレーム７に設置し、該フレーム７を筐体１から出入自在とする構成によって、保守管理及び修理が行い易くなる。具体的には、筐体１のカバー部１２を外して本体部１１の開口の前面箇所にパレットＰを配置し、筐体１から引きずり出したフレーム７をそのままパレットＰ上に載置することで、容易に機械室Ｍから外部に搬送でき、保守管理及び修理作業の効率を向上させることができる（図６参照）。

図７（Ａ）は、各発電ユニットをユニットラック９に５段に収納して立体的にした発電装置である。さらに、このユニットラック９を一段で２０基を連結することにより、狭いスペースで大きな電力を供給することができる。具体的に説明すると、各発電ユニットが５０kWの場合、ガスエンジンの場合一つのユニットは幅１.７ｍ、奥行き０．８ｍ、高さ１.３ｍ程度であるためで、奥行き幅で２０基として、約２０ｍで、幅約２ｍ、高さ約７．５ｍのユニットラック９に１００台設置できる。これによる発電電力は５０kW×１００台＝５０００kWすなわち、５MWとなる。

また、図７（Ａ）のユニットラック９を並列にして（幅約４ｍ）、転倒しにくくすると共に、両側［図７（Ｃ）］の左右側より、各発電ユニットＡを取出し易くするように構成されている。この場合の発電電力は５０kW×２００台＝１００００kWすなわち、１０MWとなる。さらに、図８（Ａ）に示すように、前記ユニットラック９を上下８段に収納して立体的にした発電装置である。この場合には、前述のような各発電ユニットＡの大きさとすると、奥行き幅で２０基として、約２０ｍで、幅約２ｍ、高さ約１２ｍのユニットラック９に１６０台設置できる。これによる発電電力は５０kW×１６０台＝８０００kWすなわち、８MWとなる。

また、図８（Ａ）のユニットラック９を並列にして（幅約４ｍ）、転倒しにくくすると共に、両側［図８（Ｃ）］の左右側より、各発電ユニットＡを取出し易くするように構成されている。この場合の発電電力は５０kW×３２０台＝１６０００kWすなわち、１６MWとなる。

また、図９(Ａ)に示したものは、図７又は図８に示す複数段のユニットラック９群５セットをまとめたものである。これで５段であると、発電ユニットＡの数が１０００個となる。この場合の発電電力は５０kW×１０００台＝５００００kWすなわち、５０MW＝５万KWとなる。これで８段であると、発電ユニットＡの数が１６００個となる。この場合の発電電力は５０kW×１６００台＝８００００kWすなわち、８０MW＝８万KWとなる。

また、図９(Ａ)に示した群セットを、さらに、１０倍したものである。これで５段であると、発電ユニットＡの数が１００００個となる。この場合の発電電力は５０kW×１００００台＝５０００００kWすなわち、５００MW＝５０万KWとなる。これで８段であると、発電ユニットＡの数が１６０００個となる。この場合の発電電力は５０kW×１６０００台＝８０００００kWすなわち、８００MW＝８０万KWとなる。このように５０万KW、８０万KWとなるのは、正に発電所そのものである。

以上のように構成できるブロック図として、図１０の通りである。この場合には、各発電ユニットＡを束ねて５０万ｋＷ（５００ＭＷ）の電力を発生させるためには、各発電ユニットＡの電圧を高くする必要がある。例えば、２００Ｖだと５０ｋＷなら２５０Ａとなる。１０００Ｖなら５０Ａとなり電線を細くできる。全体の直流電力を交流・直流インバータ５２にて１０００Ｖで出力する。発電ユニットＡの並列の１０００Ｖ直流は、前記トータルコントロールユニット（ＴＣＵ）８１による指令にて前記直流・交流インバータ８２を介して所定電圧の交流に変換する。例えば、その出力は電柱の高圧線の６６００Ｖの三相交流などが好適である。

次の手段として、図１１に示すように、各ユニットの発電機を直流とする。つまり直流発電機５９とする。この場合は各ユニットにはインバータを配設せずに直接所定の直流電圧の竃力を出力する。電圧が所定の値、例えば１０００Ｖとなるようにトータルコントロールユニット（ＴＣＵ）８１からの指令で各ユニットの直流発電機の励磁電流を制御する。インバータが無いので効率が改善される利点がある。

上述した実施形態に関して、さらに以下の付記を開示する。

（付記１）
ガスエンジンと、直流発電機と、冷却システム部と、エンジンコントロールユニットとによって構成される発電構成体と、筐体とを備え、前記発電構成体は前記筐体に収納されて発電ユニットとして複数個備えられ、各該発電ユニットは独立で発電できる構成とされ、複数の該発電ユニット同士は電気的に並列連結され、前記発電ユニットの全部の稼働と停止と発電電力の大きさは、トータルコントロールユニットにて管理されてなると共に、各前記発電ユニットからの電力を合算して、出力電源として直流・交流インバータにて適宜な交流電源を送信できることを特徴とするガスエンジン発電システム。

（付記２）
ガスエンジンと、直流発電機と、冷却システム部と、排気システム部と、エンジンコントロールユニットと、バッテリとによって構成される発電構成体と、筐体とを備え、前記発電構成体は前記筐体に収納されて発電ユニットとして複数個備えられ、各該発電ユニットは独立で発電できる構成とされ、複数の該発電ユニット同士は該発電ユニット外部に設けられた電気配線にて並列連結されつつ該電気配線にはトータルコントロールユニットが設けられ、前記発電ユニットの全部の稼働と停止と発電電力の大きさは、該トータルコントロールユニットにて管理されてなると共に、出力電源として直流・交流インバータにて適宜な交流電源を送信できると共に、全部の前記発電ユニットにおける燃料供給は該発電ユニット外部に設けられた燃料配管にて行われることを特徴とするガスエンジン発電システム。

（付記３）
ガスエンジンと、直流発電機と、冷却システム部と、排気システム部と、エンジンコントロールユニットと、バッテリとによって構成される発電構成体と、筐体とを備え、前記発電構成体は前記筐体に収納されて発電ユニットとして複数個備えられ、各該発電ユニットは独立で発電できる構成とされ、複数の該発電ユニット同士は該発電ユニット外部に設けられた電気配線にて並列連結されつつ該電気配線にはトータルコントロールユニットが設けられ、前記発電ユニットの全部の稼働と停止と発電電力の大きさは、該トータルコントロールユニットにて管理されてなると共に、出力電源として直流・交流インバータにて適宜な交流電源を送信できると共に、全部の前記発電ユニットにおける燃料供給は該発電ユニット外部に設けられた燃料配管にて行われ、全部の前記発電ユニットの排気は該発電ユニットの外部に設けられた排気ダクトに接続されてなることを特徴とするガスエンジン発電システム。

（付記４）
ガスエンジンと、直流発電機と、冷却システム部と、排気システム部と、エンジンコントロールユニットと、バッテリとによって構成される発電構成体と、筐体とを備え、前記発電構成体は前記筐体に収納されて発電ユニットとして複数個備えられ、各該発電ユニットは独立で発電できる構成とされ、複数の該発電ユニット同士は該発電ユニット外部に設けられた電気配線にて並列連結されつつ該電気配線にはトータルコントロールユニットが設けられ、前記発電ユニットの全部の稼働と停止と発電電力の大きさは、該トータルコントロールユニットにて管理されてなると共に、出力電源として直流・交流インバータにて適宜な交流電源を送信できると共に、ユニットラックが備えられ、該ユニットラックは複数の前記発電ユニットが並列状態で配置されてなることを特徴とするガスエンジン発電システム。

（付記５）
ガスエンジンと、直流発電機と、冷却システム部と、排気システム部と、エンジンコントロールユニットと、バッテリとによって構成される発電構成体と、筐体とを備え、前記発電構成体は前記筐体に収納されて発電ユニットとして複数個備えられ、各該発電ユニットは独立で発電できる構成とされ、複数の該発電ユニット同士は該発電ユニット外部に設けられた電気配線にて並列連結されつつ該電気配線にはトータルコントロールユニットが設けられ、前記発電ユニットの全部の稼働と停止と発電電力の大きさは、該トータルコントロールユニットにて管理されてなると共に、前記筐体には前記ガスエンジンと、前記バッテリが設置されるフレームが備えられ、該フレームは前記筐体から出し入れ自在となる構成としたことを特徴とするガスエンジン発電システム。

（付記６）
ガスエンジンと、直流発電機と、冷却システム部と、排気システム部と、エンジンコントロールユニットと、バッテリとによって構成される発電構成体と、筐体とを備え、前記発電構成体は前記筐体に収納されて発電ユニットとして複数個備えられ、各該発電ユニットは独立で発電できる構成とされ、複数の該発電ユニット同士は該発電ユニット外部に設けられた電気配線にて並列連結されつつ該電気配線にはトータルコントロールユニットが設けられ、前記発電ユニットの全部の稼働と停止と発電電力の大きさは、該トータルコントロールユニットにて管理されてなると共に、前記筐体には前記ガスエンジンと、前記バッテリが設置されるフレームが備えられ、該フレームは前記筐体から出し入れ自在となる構成とし、前記筐体の床板上にはガイドレールが設けられ、前記フレームの底板下面側には、前記ガイドレールに沿って移動自在となるガイドピースが設けられてなることを特徴とするガスエンジン発電システム。

（付記７）
ガスエンジンと、直流発電機と、冷却システム部と、排気システム部と、エンジンコントロールユニットと、バッテリとによって構成される発電構成体と、筐体とを備え、前記発電構成体は前記筐体に収納されて発電ユニットとして複数個備えられ、各該発電ユニットは独立で発電できる構成とされ、複数の該発電ユニット同士は該発電ユニット外部に設けられた電気配線にて並列連結されつつ該電気配線にはトータルコントロールユニットが設けられ、前記発電ユニットの全部の稼働と停止と発電電力の大きさは、該トータルコントロールユニットにて管理されてなると共に、出力電源として直流・交流インバータにて適宜な交流電源を送信できると共に、前記筐体は中板を介して上下２階構造とし、下室部に前記フレームが収納され、上室部には電装品が収納されてなることを特徴とするガスエンジン発電システム。

（付記８）
ガスエンジンと、直流発電機と、冷却システム部と、排気システム部と、エンジンコントロールユニットと、バッテリとによって構成される発電構成体と、筐体とを備え、前記発電構成体は前記筐体に収納されて発電ユニットとして複数個備えられ、各該発電ユニットは独立で発電できる構成とされ、複数の該発電ユニット同士は該発電ユニット外部に設けられた電気配線にて並列連結されつつ該電気配線にはトータルコントロールユニットが設けられ、前記発電ユニットの全部の稼働と停止と発電電力の大きさは、該トータルコントロールユニットにて管理されてなると共に、出力電源として直流・交流インバータにて適宜な交流電源を送信できると共に、ユニットラックが備えられ、該ユニットラックは複数の前記発電ユニットが並列状態で配置されてなり、前記ユニットラックには複数の前記発電ユニットが上下２段に配置されてなることを特徴とするガスエンジン発電システム。

（付記９）
ガスエンジンと、直流発電機と、冷却システム部と、排気システム部と、エンジンコントロールユニットと、バッテリとによって構成される発電構成体と、筐体とを備え、前記発電構成体は前記筐体に収納されて発電ユニットとして複数個備えられ、各該発電ユニットは独立で発電できる構成とされ、複数の該発電ユニット同士は該発電ユニット外部に設けられた電気配線にて並列連結されつつ該電気配線にはトータルコントロールユニットが設けられ、前記発電ユニットの全部の稼働と停止と発電電力の大きさは、該トータルコントロールユニットにて管理されてなると共に、出力電源として直流・交流インバータにて適宜な交流電源を送信できると共に、ユニットラックが備えられ、該ユニットラックは複数の前記発電ユニットが並列状態で配置されてなり、前記ユニットラックには複数の前記発電ユニットが３段乃至７段に配置されてなることを特徴とするガスエンジン発電システム。

（付記１０）
ガスエンジンと、直流発電機と、冷却システム部と、排気システム部と、エンジンコントロールユニットと、バッテリとによって構成される発電構成体と、筐体とを備え、前記発電構成体は前記筐体に収納されて発電ユニットとして複数個備えられ、各該発電ユニットは独立で発電できる構成とされ、複数の該発電ユニット同士は該発電ユニット外部に設けられた電気配線にて並列連結されつつ該電気配線にはトータルコントロールユニットが設けられ、前記発電ユニットの全部の稼働と停止と発電電力の大きさは、該トータルコントロールユニットにて管理されてなると共に、出力電源として直流・交流インバータにて適宜な交流電源を送信できると共に、ユニットラックが備えられ、該ユニットラックは複数の前記発電ユニットが並列状態で配置されてなり、前記ユニットラックには複数の前記発電ユニットが８段乃至十数段に配置されてなることを特徴とするガスエンジン発電シス
テム。

Ａ…発電ユニット、１…筐体、２…ガスエンジン、４…排気システム部、
５１…交流発電機、５２…交流・直流インバータ、５３…バッテリ、
５５…冷却システム部、６１…エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）、
８１…トータルコントロールユニット（ＴＣＵ）、８３…燃料配管、８４…排気集合管、
８５…電力ケーブル、９…ユニットラック。

Claims (8)

1. ガスエンジンと、交流発電機と、冷却システム部と、エンジンコントロールユニットと、交流・直流インバータとによって構成される発電構成体と、筐体とを備え、前記発電構成体は前記筐体に収納されて発電ユニットとして該発電ユニットは同じ構成で互換性を有して複数個備えられ、各該発電ユニットは独立で発電できる構成とされ、複数の該発電ユニット同士は電気的に並列連結され、前記発電ユニットの全部の稼働と停止と発電電力の大きさは、トータルコントロールユニットにて管理され、各前記発電ユニットからの直流電力を合算して交流電力に変換して、交流電力として負荷側に供給すると共に、前記ガスエンジンの発電の負荷に抗して該ガスエンジンの回転数が一定となるようにスロットル開度を調節して前記エンジンコントロールユニットにて制御されてなり、複数のそれぞれの前記発電ユニットは設置されたユニットラック内に備えられ、
   前記発電ユニットに不具合があるときは、該発電ユニット毎に交換できるように構成されてなると共に、前記筐体には前記ガスエンジン及び前記交流発電機が設置されるフレームが備えられ、それらが設置された該フレームは前記筐体から出し入れ自在に構成されてなることを特徴とするガスエンジン発電システム。
2. 請求項１に記載のガスエンジン発電システムにおいて、全部の前記発電ユニットにおける燃料供給は該発電ユニット外部に設けられた燃料配管にて行われることを特徴とするガスエンジン発電システム。
3. 請求項１又は２に記載のガスエンジン発電システムにおいて、全部の前記発電ユニットの排気は該発電ユニットの外部に設けられた排気ダクトに接続されてなることを特徴とするガスエンジン発電システム。
4. 請求項１，２又は３の何れか１項に記載のガスエンジン発電システムにおいて、前記筐体の床板上にはガイドレールが設けられ、前記ガスエンジン及び前記交流発電機が設置されるフレームの底板下面側には、前記ガイドレールに沿って移動自在となるガイドピースが設けられてなることを特徴とするガスエンジン発電システム。
5. 請求項１，２，３又は４の何れか１項に記載のガスエンジン発電システムにおいて、前記筐体は中板を介して上下２階構造とし、下室部に前記ガスエンジン及び前記交流発電機が収納され、上室部には電装品が収納されてなることを特徴とするガスエンジン発電システム。
6. 請求項１，２，３，４又は５の何れか１項に記載のガスエンジン発電システムにおいて、前記ユニットラックには複数の前記発電ユニットが上下２段に配置されてなることを特徴とするガスエンジン発電システム。
7. 請求項１，２，３，４，５又は６の何れか１項に記載のガスエンジン発電システムにおいて、前記ユニットラックには複数の前記発電ユニットが３段乃至７段に配置されてなることを特徴とするガスエンジン発電シ
   ステム。
8. 請求項１，２，３，４，５，６又は７の何れか１項に記載のガスエンジン発電システムにおいて、前記ユニットラックには複数の前記発電ユニットが８段乃至十数段に配置されてなることを特徴とするガスエンジン発電システム。

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