JP2004257285A

JP2004257285A - エンジン駆動式発電装置

Info

Publication number: JP2004257285A
Application number: JP2003047293A
Authority: JP
Inventors: Yoshihisa Araogi; 義久新荻
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2003-02-25
Filing date: 2003-02-25
Publication date: 2004-09-16
Also published as: US20040164559A1; EP1452714A1; CN1525056A; EP1452714B1; DE602004000027T2; US6894403B2; DE602004000027D1; CN1328495C

Abstract

【課題】安定した酸素濃度センサの出力に従って空燃比制御を行えるようにする。
【解決手段】系統保護部１３８は系統電源の異常を検出すると異常信号を出力する。異常信号に応答して連系リレー１３５が開き、連系が解列されて負荷が解放される。負荷判定部４１は、異常信号を検出しない時は、比例弁制御部４０を付勢させ、酸素濃度センサ３７の出力に応じて比例弁３５を駆動して空燃比制御を行う。一方、異常信号により負荷が解放されたと判断して比例弁制御部４０に無負荷を通知する。比例弁制御部４０はこの通知に応答して酸素濃度に基づく空燃比制御を停止する。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジン駆動式発電装置に関し、特に、エンジン排気の浄化装置を備えたエンジン駆動式発電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、比較的設置が簡単な小型発電設備や、発電だけでなく発電用エンジンの運転に伴って発生する排熱を利用して運転の効率化を図るコジェネレーションタイプのエンジン駆動式発電装置が普及し始めており、家庭用として小型化も検討されている。
【０００３】
この種の発電装置において、例えば、ガソリンエンジンやガスエンジン等で駆動される発電機を使用する場合、周囲の大気環境に配慮するため、エンジンに供給される混合気の空燃比を理論空燃比に制御することにより、排気ガスの浄化に努めることが行われている。
【０００４】
このような制御のために、エンジンの排気通路中に設けられる酸素濃度センサは、動作が安定する温度、すなわち活性化のための温度（例えば４００°Ｃ）に維持されている必要がある。この活性化の温度には排気温度や排気速度も影響することから、通常はエンジン回転数範囲とスロットル開度（もしくは燃料噴射量）範囲とから算出された所定ゾーン内で動作するように予め設定されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ほぼ定速回転でエンジンを運転する場合には、酸素濃度センサの動作範囲のゾーン設定は不要である。例えば、上述のエンジン発電装置においてガバナを使用してエンジンを運転効率の高い回転数でほぼ定速回転するように設定して運転する場合等である。
【０００６】
しかし、エンジン発電装置においてエンジン回転をほぼ定速に設定すると、電気負荷が無い場合や電気負荷が極めて軽い場合の無負荷運転状態では、エンジン回転数の変動幅が大きくなるので、酸素濃度センサの検出信号が不安定になるおそれがある。
【０００７】
電気負荷が変動する例として、エンジン駆動式発電機が系統電源に連結される構成（例えば、特開２００２−７０６０７号公報）をとっている場合がある。この例では、停電でエンジン駆動式発電装置が系統から解列されると、同時に負荷も切り離されるため、無負荷運転となり、回転変動が大きくなって酸素濃度センサの出力不安定を招きやすい。
【０００８】
本発明の目的は、上記問題点を解消して、簡単な構成で安定したエンジンの空燃比制御を行うことができるエンジン駆動式発電装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、エンジンで駆動される発電機と、該エンジンの空燃比制御用の酸素濃度センサとを有するエンジン駆動式発電装置において、前記エンジンが、ほぼ定速回転で運転するように制御されるとともに、前記発電機に予め定めた大きさ以上の電気負荷が接続されているときに前記酸素濃度センサの検出信号に基づく前記エンジンの空燃比制御を開始するように構成された点に第１の特徴がある。
【００１０】
また、本発明は、前記発電機が無負荷運転状態になったときに前記酸素濃度センサの検出信号に基づく前記エンジンの空燃比制御を中断するように構成した点に第２の特徴がある。
【００１１】
第１および第２の特徴によれば、電気負荷によって酸素濃度による空燃比制御を開始するか中断するかするようにした。特に、無負荷運転状態では、該空燃比制御が行われず、負荷がかかって回転数が安定した運転状態のときに酸素濃度のフィードバックによる空燃比制御を行うことができる。
【００１２】
また、本発明は、前記発電機の発電出力を負荷へ供給するとともに、系統電源に連系する出力制御装置と、前記系統電源との連系異常を検出する異常検出手段と、前記異常検出手段による異常検出時に前記系統電源との連系を解除する手段とを具備している点に第３の特徴がある。
【００１３】
停電などの系統異常が発生して系統から解列された場合に、発電機は無負荷になる。第３の特徴によれば、このような無負荷運転によって酸素濃度センサの検出値が不安定になると予測される領域で酸素濃度に基づく空燃比制御を解除することができる。
【００１４】
さらに、本発明は、前記エンジンおよび発電機が、電気負荷としての排熱利用装置を備えたコジェネレーションシステムの一部をなし、前記エンジンが、前記排熱利用装置からの熱要求信号によって始動するように構成された点に第４の特徴がある。
【００１５】
第４の特徴によれば、熱要求に応じてエンジンが始動される、つまり電気負荷がすでに接続された状態でエンジンが始動され発電されるので、この場合は、速やかに空燃比制御が開始される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して本発明の一実施形態を詳細に説明する。図１は、エンジン発電装置の構成を示すブロック図である。同図において、エンジン発電機１０はエンジン１１と発電機１２とを含み、エンジン１１で発電機１２を駆動してその回転数に応じた交流を発生させる。発電機１２はエンジン１１に連結される回転子と３相出力巻線が巻回された固定子とからなる。３相出力巻線の出力端はインバータ装置１３に接続される。インバータ装置１３は発電機１２から出力された交流を商用電力系統と同じ品質（電圧、周波数、ノイズ等に関して）の交流に変換して出力する出力制御装置であり、商用電力系統の位相と同期をとって連系させる機能（後述のインバータ制御装置）を含む。
【００１７】
具体的には、インバータ装置１３は発電機１２から出力された交流を直流に変換するコンバータ１３１、およびコンバータ１３１で変換された直流を商用電力系統の周波数、電圧に合致した交流に変換するインバータ回路１３３、ならびにフィルタ回路１３４および連系リレー１３５を有する。インバータ装置１３の出力交流は連系リレー１３５およびメインスイッチ１３６を介して商用電力系統１４と連系するとともに、内部（例えば家庭内）の電気負荷１５に接続される。
【００１８】
インバータ回路１３３を制御するインバータ制御部１３７はインバータ回路１３３のＦＥＴをスイッチングするとともに、出力電流Ｉｏおよびコンバータ１３１の出力電圧Ｖｄｃ並びに系統保護部１３８からの信号に基づいて連系リレー１３５の開閉を制御するなど、インバータ回路１３３の保護機能を果たす。
【００１９】
系統保護部１３８は発電機の出力電圧データと周波数データとを監視し、これらが所定値から外れていたときや系統電源の停電時に、異常と判断してインバータ制御部１３７に異常を通知したり、連系リレー１３５を開いて連系を解列するなどの系統保護機能を果たす。停電は、系統の位相の跳躍の有無によって判断してもよいし、周期的に系統に対してインバータ出力の位相をシフトさせ、そのときの位相変化量に基づいて判断してもよい。インバータ制御部１３７にはインバータ装置１３と、商用電力系統１４で異常が発生したときの異常内容および異常発生に伴う動作停止（異常停止）を記憶するためのＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性メモリとが設けられる。
【００２０】
連系リレー１３５はインバータ装置１３の連系運転時に閉じ、インバータ装置１３の運転停止時には開いて解列する。連系リレー１３５は系統保護のための遮断装置を兼ね、系統異常時に解列する。連系リレー１３５の開閉はマイクロコンピュータで構成できる前記インバータ制御部１３７や系統保護部１３８によって制御されるが、メインスイッチ１３６のオフ時には開いて（解列して）いる。
【００２１】
エンジン１１を制御するためＥＣＵ３８が設けられ、ＥＣＵ３８は連系リレー１３５が予め定められた時間経過後も解列が継続しているとき、エンジン１１の停止指令を出力する。ＥＣＵ３８にはエンジン発電機１０で異常が発生したときの異常内容および異常停止を記憶するためのＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性メモリおよび異常停止を表示するＬＥＤなどによる表示部が設けられる。
【００２２】
ＥＣＵ３８とインバータ制御部１３７および系統保護部１３８（本明細書ではＥＣＵ側に対してインバータ制御側と呼ぶことがある）とで互いに状態を通知するため、通信部１３９が設けられる。また、エンジン発電機１０およびインバータ装置１３の駆動用電源および制御用電源はインバータ装置１３の出力側に接続される電源部１４０から供給される。
【００２３】
エンジン１１にはミキサ３３で混合された空気およびガスの混合気が導入される。ガスの吸入管３４の途中には比例弁３５が設けられ、この比例弁３５の開度により空燃比が調節される。エンジン１１内で混合気は燃焼し、排気管３６から排気される。排気管３６の途中には酸素濃度センサ３７が設けられる。ＥＣＵ３８は酸素濃度センサ３７で感知された排気中の酸素濃度に基づいて比例弁３５を調整して混合気の空燃比を理論空燃比に制御する。酸素濃度センサ３７が活性化するまでの間、エンジン１１は無負荷でリーンバーン運転することで有害物質の排出を規定値以下にする。
【００２４】
この酸素濃度に基づく空燃比制御は、回転数が不安定になりがちな無負荷もしくは無負荷に近い状態では行わない。この実施形態では、電気負荷１５がエンジン発電機１０に接続されているときにのみ酸素濃度に基づく空燃比制御が行われる。そして、電気負荷１５が切り離されたときには酸素濃度に基づく空燃比制御は中断する。電気負荷１５は、系統保護部１３８で異常と判断されて連系リレー１３５が開かれたときに切り離され、エンジン発電機１０は無負荷になる。したがって、この場合は酸素濃度に基づく空燃比制御が中断される。
【００２５】
これを図によって示す。図２は、本発明の要部を示す機能ブロック図であり、図１と同符号は同一または同等部分を示す。図２において、比例弁制御部４０は酸素濃度センサ３７等による検出酸素濃度に基づいて比例弁３５を調整して空燃比制御を行う。停電などの異常時に系統保護部１３８は連系リレー１３５の開放指示をする。開放指示を示す信号は負荷判定部４１でも検出される。負荷判定部４１は、この信号を検出した時はエンジン発電機１０が無負荷になったと判定する。そして、比例弁制御部４０に、酸素濃度センサ３７の検出酸素濃度に基づく空燃比制御の停止指令を出力して、比例弁制御を基本マップに基づく無負荷アイドリング運転に切り換える。
【００２６】
図３〜図５はエンジン発電機１０起動時の、エンジン発電機制御側（ＥＣＵ側）およびインバータ制御装置側の動作を示すフローチャートである。メインスイッチ１３６をオンにした場合、および異常が発生してエンジン１１を停止した後に以下の処理が開始される。
【００２７】
まず、図３を参照してＥＣＵ３８側の処理を説明する。ステップＳ１では、不揮発性メモリの内容を参照してエンジン１１が異常停止中か否かを判断する。異常停止中であったならば、異常停止中の記憶を保持させたままステップＳ４に進み、ＬＥＤ等でユーザが分かるように異常停止を表示する。エンジン１１が異常停止中でなかったらばステップＳ２に進んで異常停止中である原因がインバータ装置１３の異常によるものか否かを判断する。この判断は不揮発性メモリに記憶された異常の内容を参照して行われる。
【００２８】
インバータ装置１３が異常停止中であればステップＳ４に進み、インバータ装置１３が異常停止中でない場合はステップＳ３に進む。
【００２９】
エンジン１１が異常停止中である場合、又はエンジン１１の異常による停止中でなくてもインバータ装置１３の異常で停止していた場合は、異常停止中の記憶を保持させたままステップＳ４に進んで異常停止表示をした後、さらにステップＳ５でユーザによる異常停止解除操作の有無を判別する。そして、異常停止解除操作を待って（ステップＳ５が肯定）ステップＳ３に進む。異常停止解除のための操作スイッチ（図示せず）は、ユーザの異常停止解除の意思を明確に認識できるようメインスイッチ１３６とは別個に設けるのがよい。
【００３０】
ステップＳ３では熱負荷の大きさを検出するコントローラ（図７）から供給される熱要求（ヒートリクエスト）の有無、つまりエンジン１１の始動指令の有無を判断する。熱負荷としての貯湯タンクおよびコントローラは後述する。
【００３１】
ヒートリクエストがあったならば、ステップＳ６に進んで、現在エンジン１１に異常があるか否かを判断する。異常がなければステップＳ７に進み、通信部１３９を付勢してインバータ制御部１３７にインバータ装置１３の状態を問い合わせる。ステップＳ８ではインバータ装置１３からの返答に基づいて現在インバータ装置１３に異常があるか否かを判断する。インバータ装置１３に異常がなければステップＳ９に進み、エンジン１１を起動する。エンジン１１が起動されたことは通信部１３９からインバータ制御部１３７に通知される。
【００３２】
ステップＳ１０では酸素濃度センサ３７が活性化されたか否かが判断され、活性化していると判断されれば、ステップＳ１１でインバータ制御部１３７に「発電許可」つまりインバータ起動許可を送信してインバータを起動させる。発電許可により連系リレー１３６が閉じてインバータ装置１３が電気負荷である家庭内負荷１５および商用電力系統に接続される。酸素濃度センサ３７が活性化したかどうかはエンジン始動から予定の時間が経過したこと、または酸素濃度センサ３７の環境温度が予定温度に達したこと等から判断できる。
【００３３】
図４のステップＳ１２では、インバータ制御部１３７にインバータ装置１３の状態を問い合わせる。ステップＳ１３では、インバータ装置１３の状態に基づいて発電中か否かつまりインバータ装置１３が出力中か否かを判断する。連系異常時には、連系リレー１３６は開いて無負荷状態であり発電中でないと判断される。
【００３４】
発電中の場合、つまり負荷が接続されている場合は、ステップＳ１４に進み、酸素濃度に応じた空燃比のフィードバック制御を行う。一方、発電中でない場合、つまり連系異常等によって負荷が接続されていない場合は、ステップＳ１５に進み、酸素濃度に応じた空燃比のフィードバック制御を中断する。
【００３５】
ステップＳ１６では、ヒートリクエストの有無を判断する。ヒートリクエストがあればステップＳ１０に進む。ヒートリクエストがないときはステップＳ１７に進んでエンジンを停止させる。
【００３６】
次に、図５を参照してインバータ制御部１３７の処理を説明する。メインスイッチ１３６をオンにした後、ステップＳ１８では、不揮発性メモリの内容により停電を検出しているか否かを判断する。停電が検出されていれば、ステップＳ１９に進み、予定時間（例えば１５０秒）待機した後、ステップＳ２０に進む。停電が検出されていなければ、ステップＳ１９をスキップしてステップＳ２０に進む。
【００３７】
ステップＳ１９で予定時間待機することによって次の効果がある。電力会社では停電箇所を特定するために、停電を一時的に復電させることがある。また、一度停電が起こると、復電しても短時間後に再び停電が起こることがある。したがって、メインスイッチ１３６がオンの状態で停電が起こり、その後瞬時的な復電に対して発電装置が起動してしまうと停電の原因究明に悪影響を及ぼすことがある。これに対して、例えば１５０秒の待機時間を設けることにより悪影響を回避できる。
【００３８】
ステップＳ２０では電力系統に異常がないかを判断する。系統側に異常がなければ、ステップＳ２１でインバータ装置１３に現在異常がないかを判断する。インバータ装置１３に異常がなければ、ステップＳ２２で発電機１２の異常検出を開始する。インバータ装置１３に異常があった場合はステップＳ２３で「インバータ異常」を記憶してステップＳ２０に戻る。
【００３９】
ステップＳ２０で電力系統異常と判断されたときは、電力系統異常が解除されるまでステップＳ２０の判断を継続する。インバータ装置１３の異常を記憶した不揮発性メモリの内容はユーザによる異常解除操作によって（ステップＳ５肯定時に）クリヤされ、インバータ異常が解除される。また、インバータ装置１３の異常の有無は前記ステップＳ７での問い合わせに応答してＥＣＵ３８側に返答される。
【００４０】
ステップＳ２４では整流後の直流電圧Ｖｄｃが予定値（例えば３８０Ｖ）以上か否かを判断する。直流電圧Ｖｄｃが予定値以上であればステップＳ２５に進み、ステップＳ１１で送信された「インバータ起動許可」により連系リレー１３５を閉じて系統連系を開始する。
【００４１】
ステップＳ２６ではインバータ装置１３の出力を増大させる。ステップＳ２７では直流電圧Ｖｄｃが予定値（例えば３８０Ｖ）以上に維持されているか否かを判断する。電圧Ｖｄｃが予定値以上であればステップＳ２８に進み、出力が定格出力（例えば１ＫＷ）に達したか否かを判断する。出力が定格に達していなければステップＳ２６に進んでさらに出力を増大させる。出力が定格に達したならば正常に起動されたと判断され、起動時のインバータ異常判断は終了する。こうして、ステップＳ２６〜Ｓ２８では徐々に出力を増大させるソフトスタートが実行される。
【００４２】
一方、インバータ装置１３の出力を増大した結果、定格出力に達していない（ステップＳ２８が否定である）にもかかわらず、直流電圧Ｖｄｃが予定値以下に低下したときはステップＳ２７からステップＳ２９に進む。ステップＳ２９では、直流電圧Ｖｄｃが予定値に達していないとの判断が予定回数（例えば５回）繰り返されたか否かを判断する。この判断が肯定ならば発電機１２の故障と判断され、系統連系を解除しインバータ制御の処理は中止される。また、ステップＳ２９が否定ならば、ステップＳ３０に進んで系統連系を解除する。そして、ステップＳ３１で予定時間（例えば１５０秒）待機した後、ステップＳ２５に進んで再び系統連系を開始する。なお、ステップＳ３１からステップＳ２５に移行する代わりに、ステップＳ２４に進んでもよい。
【００４３】
さらに、ステップＳ２４が否定の場合はステップＳ３２に進み、予定時間（例えば３分）連続して直流電圧Ｖｄｃが予定値以下であるか否かを判断する。ステップＳ３２が肯定の場合、またはステップＳ２９が肯定の場合は、発電機１２の故障と判断され、ステップＳ３３に進む。ステップＳ３３では発電機１２が故障したことをメモリに記憶し、インバータ制御の処理を中止する。
【００４４】
次に、起動後のヒートリクエスト・オフ時または異常発生時の処理を説明する。図６はＥＣＵ３８の処理を示すフローチャートである。ステップＳ４０ではヒートリクエストがオフか否かを判断する。ヒートリクエストがオフならばステップＳ４１でエンジン１１を停止する。エンジン１１を停止した後は、ステップＳ３（図３）に進んでヒートリクエストがオンになるのを待つ。ヒートリクエストのオフによってエンジン１１を停止した場合は、インバータ制御部１３７にヒートリクエスト・オフを送信する。
【００４５】
ヒートリクエストがオンならばステップＳ４２に進み、エンジン１１の異常の有無を判断する。エンジン１１が異常であればステップＳ４３に進み、エンジン１１を停止させる。エンジン１１を停止したならば、ステップＳ４４に進んで「エンジン異常」を不揮発性メモリに記録した後、ステップＳ１に進む。なお、エンジン１１の異常でエンジン１１を停止した場合はインバータ制御部１３７へエンジン１１を停止したことを通知する。
【００４６】
エンジン１１に異常がない場合はステップＳ４５に進む。ステップＳ４５ではインバータ制御部１３７との通信によりインバータ装置１３から異常受信したか否かを判断する。インバータ装置１３から異常受信した場合はステップＳ４６に進んでエンジン１１を停止させる。ステップＳ４７では「インバータ装置異常」を不揮発性メモリに記録した後、ステップＳ１に進む。
【００４７】
インバータ装置１３の異常を受信していない場合は、ステップＳ４８に進み、インバータ制御部１３７との通信により系統異常を受信したか否かを判断する。系統異常を受信しなければステップＳ４０に進む。系統異常を受信したならばステップＳ４９に進んでエンジンを停止し、ステップＳ３（図３）に進む。
【００４８】
次に、図７を参照してインバータ制御部１３７の処理を説明する。ステップＳ５０ではヒートリクエスト・オフをＥＣＵ３８から受信したか否かを判断し、この判断が肯定ならばステップＳ５１で系統連系を解除し、ステップＳ１８（図３）に進む。ヒートリクエスト・オフを受信していない場合は、ステップＳ５２に進んでエンジン１１の停止を受信したか否かを判断する。エンジン１１の停止を受信した場合は、ステップＳ５３で系統連系を解除し、ステップＳ１８に進む。エンジン１１の停止を受信していない場合はステップＳ５４でインバータ装置１３の異常有無を判断する。インバータ装置１３の異常があればステップＳ５５に進んで系統連系を解除し、ステップＳ１８に進む。
【００４９】
インバータ装置１３の異常がない場合はステップＳ５６で系統の異常有無を判断する。系統異常がなければステップＳ５７に進んで系統連系中か否かを判断する。系統連系中の場合はステップＳ５０に進む。
【００５０】
また、ステップＳ５６で系統異常と判断されれば、ステップＳ６１に進んで系統連系を解除する。ステップＳ６２では停電を検出したか否かを判断する。停電が検出されればステップＳ６３で不揮発性メモリに停電検出したことを記録してステップＳ６４に進む。停電が検出されなかった場合は、ステップＳ６３をスキップしてステップＳ６４に進む。ステップＳ６４では系統異常が予定時間（例えば５分間）連続したか否かを判断する。系統異常が予定時間連続したのでなければステップＳ５７に進む。系統連系中でない場合はステップＳ５８に進んで系統の異常有無を判断する。系統異常があればステップＳ５０に進み、系統異常がなければステップＳ５９に進んで予定時間（例えば１５０秒）待機してステップＳ６０に進む。ステップＳ６０では系統連系を開始する。系統異常が予定時間連続すればステップＳ６５に進んでエンジン１１の停止指令をＥＣＵ３８に送信する。ステップＳ６６では系統異常の有無を判断する。系統異常が解消していれば、ステップＳ６７で予定時間（例えば１５０秒）待機した後、ステップＳ１８（図５）に進む。
【００５１】
次に、上記のエンジン発電機の排熱利用装置を含むコジェネレーションシステムについて説明する。図８のブロック図において、図１と同符号は同一又は同等部分を示す。エンジン１１は発電機１２を回転するために運転され、それに伴って熱を発生する。この熱はエンジン１１の熱回収装置１６で熱交換により回収される。この熱回収はエンジン１１のマフラー等の高温部分全てを対象として行うことが好ましい。熱回収装置１６を通過する管路１８内の冷却水はポンプ１９で循環され、この冷却水を媒体として貯湯タンク１７に熱量が運搬される。貯湯タンク１７には管路１８に接続された第１熱交換器２０が設けられ、水供給源３１からバルブ３２を介して貯湯タンク１７に供給される水はこの第１熱交換器２０で媒体つまり冷却水から熱を得て温水になる。貯湯タンク１７に蓄えられた温水は、第１熱負荷としての給湯器２１に供給されて利用・消費される。
【００５２】
第１熱交換器２０の上方には第２熱交換器２２が設けられる。第２熱交換器２２に接続された管路２３にはセントラルヒーティングシステムや床暖房システム等、第２熱負荷としての暖房装置２４が接続されており、貯湯タンク１７内の温水を給湯器２１に供給する温水経路とは独立した第２の温水経路を構成している。この第２の温水経路によって、貯湯タンク１７から２次的に効率よく熱を回収することができる。
【００５３】
前記第２の温水経路には追い焚きボイラ２５と三方弁２６とが設けられている。追い焚きボイラ２５には第２の温水経路内で温水を循環させるためのポンプ２７が設けられている。三方弁２６はバイパス２８側または暖房装置２４側に温水を循環させるための切り替え手段である。三方弁２６を暖房装置２４側に切り替えると、貯湯タンク１７から出た温水が追い焚きボイラ２５および暖房装置２４を経て貯湯タンク１７に戻る温水経路が形成される。一方、三方弁２６をバイパス２８側に切り替えると、貯湯タンク１７から出た温水が、追い焚きボイラ２５を通過した後、暖房装置２４を経由せず、バイパス２８を経て貯湯タンク１７に戻る温水経路が形成される。
【００５４】
貯湯タンク１７内には温度センサＴＳ１が設けられ、温度センサＴＳ１で検知された温水の温度情報Ｔ１はコントローラ２９に供給される。温度センサＴＳ１は貯湯タンク１７内の、第１熱交換器２０の上端近傍から第２熱交換器２２の下端近傍までの適当な高さに設置されるのが望ましい。
【００５５】
コントローラ２９は温度情報Ｔ１に基づいてエンジン１１の始動および停止の制御を行う。すなわち、温度情報Ｔ１は、貯湯タンク１７の温水を直接的に利用している給湯器２１や、第２熱交換器２２を介して間接的に温水を利用している暖房装置２４等の熱需要を代表しているので、コントローラ２９は、この温度情報Ｔ１が基準温度Ｔｒｅｆ−１以下であれば熱需要が大きいと判断してヒートリクエストをＥＣＵ３８に出力してエンジン１１を駆動して熱量を発生させる。また、温度情報Ｔ１が基準温度Ｔｒｅｆ−１以上になれば、貯湯タンク１７内には十分な熱量が蓄えられたと判断してヒートリクエストをオフにし、エンジン１１を停止させる。
【００５６】
基準温度Ｔｒｅｆ−１は熱負荷の種類や大きさ（つまり給湯器２１や暖房装置２４の種類や大きさ）、エンジン発電機１０の熱出力、および貯湯タンク１７の容量等に基づいて決定される。基準温度Ｔｒｅｆ−１はエンジン１１の安定運転のため、つまり頻繁な起動・停止を回避するためのヒステリシスを有している。
【００５７】
エンジン１１は、前記温度情報Ｔ１に基づいて、発電機１２が一定の発電電力を出力するように定速運転される。一定の発電電力を出力するために回転数がほぼ一定となるように定速運転されるエンジン１１は、燃料消費量が少なくかつ排気ガスの状態も良好であり、高い効率で運転可能である。ここで、大きい電力需要が生じて発電機１２による発電電力に不足が生じた場合は、商用電源１４からの電力で不足分をまかなうことができる。
【００５８】
追い焚きボイラ２５は、貯湯タンク１７内の水温をエンジン発電機１０からの回収熱のみでは基準温度に維持できないときに、有効に機能する。温水コントローラ３０は、貯湯タンク１７内の水温Ｔ１が、前記基準温度Ｔｒｅｆ−１よりも低く設定された下方基準温度Ｔｒｅｆ−Ｌを下回った場合に追い焚き指令Ｂおよび切替え指令Ｃをともにオンにする。追い焚き指令Ｂがオンのときは追い焚きボイラ２５が駆動され、切替え指令Ｃがオンのときは三方弁２６はバイパス２８側に切り替えられる。これにより、追い焚きボイラ２５で加熱された温水が管路２３を循環し、この加熱された温水は第２熱交換器２２を通じて貯湯タンク１７内の水の温度を上昇させる。
【００５９】
なお、温度センサＴＳ１より上方に第２の温度センサＴＳ２を設け、前記温度情報Ｔ１が基準温度Ｔｒｅｆ−１以下になった場合、または温度センサＴＳ２で検出された温度情報Ｔ２が基準温度Ｔｒｅｆ−２（＞Ｔｒｅｆ−１）以下になった場合に、コントローラ２９がＥＣＵ３８にヒートリクエストを出力してもよい。
【００６０】
エンジン発電機１０は、温度センサＴＳ１による温度情報Ｔ１が、基準温度Ｔｒｅｆ−１より高く設定した基準温度Ｔｒｅｆ−３（例えば７０°Ｃ）以上になった場合に停止させる。温度センサＴＳ１による温度情報Ｔ１が基準温度Ｔｒｅｆ−３に達していれば貯湯タンク１７内に貯溜された熱量は十分と判断できるからである。
【００６１】
なお、上記貯湯タンク１７内の水温で代表される熱負荷の大きさに基づくエンジン発電機１０の始動・停止の制御例は、本出願人の出願に係る特願平１１−１０６２９６号の明細書にさらに詳しく説明されている。
【００６２】
図９は、系統保護機能を示すブロック図である。同図において、系統保護部１３８は系統電源の電圧および周波数などにより系統電源の異常を検出して異常信号を出力する。異常信号により連系リレー１３５が開かれて連系が解列されると同時にタイマ３９が起動される。解列によってエンジン１１は無負荷で運転される。無負荷運転のときは、上述のように、酸素濃度に基づく空燃比制御は中断される。タイマ３９の設定時間（ステップＳ５４の例では５分）が経過するまで異常信号が続いていればタイムアウト信号が出力され、この信号に応答してエンジン１１は停止する。一方、タイマ３９の設定時間が経過するまでに異常原因が除去されて異常信号が消滅すれば、連系リレー１３５が閉じて連系の解列が解除され、タイマ３９はリセットされる。
【００６３】
上記実施形態では、系統連系が解列されて電気負荷１５がインバータ装置１３から切り離されたとき、つまり電気負荷が全くかかっていないときに酸素濃度に基づく空燃比制御を中断した。しかし、酸素濃度に基づく空燃比制御を中断するのは、無負荷のときに限らず、負荷が所定以下すなわち無負荷に近い軽負荷のときに酸素濃度に基づく空燃比制御を中断するよう変形することも本発明に含まれる。
【００６４】
例えば、上記系統連系のような構成をとらず、多数の電気負荷がインバータ装置１３に直接接続されている構成において、わずかの電気負荷を除いて、他が切り離されたか運転していない状態では、軽負荷と判断するようにして、酸素濃度に基づく空燃比制御を中断する。
【００６５】
また、エンジン始動時に、負荷がかかるまでは酸素濃度に基づく空燃比制御を行わないで、負荷がかかったときに酸素濃度に基づく空燃比制御を行うようにすることも本発明に含まれる。
【００６６】
また、一旦負荷がかかったときに酸素濃度に基づく空燃比制御を開始し、その後は負荷が軽減ないし解放されてもエンジン停止まで酸素濃度に基づく空燃比制御を継続することも本発明に含まれる。
【００６７】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、請求項１の発明によれば、予め設定した以上の電気負荷がかかって酸素濃度センサの出力が安定しているとされる領域で酸素濃度に基づく空燃比制御が行われる。
【００６８】
また、請求項２の発明によれば、酸素濃度センサの出力が不安定になると予測される領域では酸素濃度に基づく空燃比制御が中断される。
【００６９】
請求項３の発明によれば、停電などの系統異常で系統から解列されたときに発生する無負荷運転においては、酸素濃度センサの出力が不安定になると予測されるので、酸素濃度に基づく空燃比制御が中断される。
【００７０】
請求項４の発明によれば、熱要求信号によってエンジンが始動されるので、このエンジンで発電機が駆動されるときには、排熱利用装置つまり電気負荷がすでに接続されている。したがって、エンジン始動後速やかに酸素濃度に基づく空燃比制御を開始することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るエンジン発電装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るコジェネレーション装置の要部機能を示すブロック図である。
【図３】起動時のＥＣＵの動作を示すフローチャートである。
【図４】起動時のＥＣＵの動作を示すフローチャート（その２）である。
【図５】起動時のインバータ制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図６】異常発生時のＥＣＵの動作を示すフローチャートである。
【図７】異常発生時のインバータ制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図８】本発明の一実施形態に係るコジェネレーション装置の構成を示すブロック図である。
【図９】エンジン発電装置の要部機能ブロック図である。
【符号の説明】
１０…エンジン発電機、１１…エンジン、１２…発電機、１３…インバータ装置、１４…商用電力系統、１６…水冷装置、１７…貯湯タンク、２１…給湯器、２９…コントローラ、３５…比例弁、３７…酸素濃度センサ、３８…ＥＣＵ、４０…比例弁制御部、４１…負荷判定部、１３１…コンバータ、１３３…インバータ回路、１３５…連系リレー、１３６…メインスイッチ、１３７…インバータ制御部、１３８…系統保護部、

Claims

エンジンで駆動される発電機と、前記エンジンの空燃比制御用の酸素濃度センサとを有するエンジン駆動式発電装置において、
前記エンジンが、ほぼ定速回転で運転するように制御されるとともに、
前記発電機に予め定めた大きさ以上の電気負荷が接続されているときに前記酸素濃度センサの検出信号に基づく前記エンジンの空燃比制御を開始するように構成されたことを特徴とするエンジン駆動式発電装置。
前記発電機が無負荷運転状態になったときに前記酸素濃度センサの検出信号に基づく前記エンジンの空燃比制御を中断するように構成したことを特徴とする請求項１記載のエンジン駆動式発電装置。
前記発電機の発電出力を負荷へ供給するとともに、系統電源に連系する出力制御装置と、
前記系統電源との連系異常を検出する異常検出手段と、
前記異常検出手段による異常検出時に前記系統電源との連系を解除する手段とを具備していることを特徴とする請求項１または２記載のエンジン駆動式発電装置。
前記エンジンおよび発電機が、電気負荷としての排熱利用装置を備えたコジェネレーションシステムの一部をなし、
前記エンジンが、前記排熱利用装置からの熱要求信号によって始動するように構成されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のエンジン駆動式発電装置。