JP2009047052A - コージェネレーション装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発電機に生じた余剰電力でヒータに通電して温水を生成することで省エネ効率と負荷変動に対する対応能力とを向上させると共に、ヒータの劣化を可能な限り防止するようにしたコージェネレーション装置を提供する。
【解決手段】発電機（ステータ／ジェネレータ）２０に接続、より具体的にはインバータユニット３０を介して接続され、通電されるとき発熱するヒータ４０と、内燃機関（エンジン）２２の潤滑オイルＥＯを貯留すると共に、冷却水通路３６の冷却水と潤滑オイルＥＯとを熱交換させるオイルタンク２２ｎを少なくとも備えると共に、ヒータ４０をオイルタンク２２ｎに配置、より具体的にはその内部に配置する。
【選択図】図２

Description

この発明はコージェネレーション装置に関し、より具体的には余剰電力で通電されるヒータの配置に関する。

近年、商用電力系統から電気負荷に至る交流電力の給電路に内燃機関で駆動される発電機を接続し、商用電力系統と連系させて電気負荷に電力を供給すると共に、内燃機関の排熱を利用して加温した温水などを熱負荷に供給するようにした、いわゆるコージェネレーション装置が提案されており、その例として、特許文献１記載の技術を挙げることができる。
特開平８−４５８６号公報

特許文献１記載の技術においては、余剰電力が生じるとき、貯湯槽内に配置したヒータに通電して温水を加温することで、即ち、発電機で生じる余剰電気を熱エネルギとして貯蔵することで省エネ効率を向上させると共に、貯蔵した熱エネルギを熱負荷が増加したときに利用可能とすることで負荷変動に対する対応能力を向上させている。

上記した従来技術においてはヒータに通電して温水を加温しているが、水の沸点は１００℃強なので、ヒータ通電によって沸騰してヒータの表面が侵食され、ヒータが劣化する恐れがある。

従って、この発明の目的は上記した課題を解決し、発電機に生じた余剰電力でヒータに通電して温水を生成することで省エネ効率と負荷変動に対する対応能力とを向上させると共に、ヒータの劣化を可能な限り防止するようにしたコージェネレーション装置を提供することにある。

上記した課題を解決するために、請求項１にあっては、商用電力系統から電気負荷に至る交流電力の給電路に接続可能な発電機と前記発電機を駆動する内燃機関とからなる発電ユニットを備えると共に、前記内燃機関の冷却水を冷却水通路に導き、前記内燃機関の排熱で加温して温水を生成して熱負荷に供給するコージェネレーション装置において、前記発電機に接続され、通電されるとき発熱するヒータ、および前記内燃機関の潤滑オイルを貯留すると共に、前記冷却水通路の冷却水と前記潤滑オイルとを熱交換させるオイルタンクを少なくとも備えると共に、前記ヒータを前記オイルタンクに配置する如く構成した。

請求項２に係るコージェネレーション装置にあっては、前記ヒータを前記オイルタンクの内部に配置する如く構成した。

請求項３に係るコージェネレーション装置にあっては、前記ヒータを前記オイルタンクのタンク壁の内部に埋設する如く構成した。

請求項１に係るコージェネレーション装置にあっては、発電機に接続され、通電されるとき発熱するヒータを、内燃機関の潤滑オイルを貯留すると共に、冷却水通路の冷却水と潤滑オイルとを熱交換させるオイルタンクに配置する如く構成したので、発電機に余剰電力が生じたとき、ヒータに通電して温水を生成して熱負荷に供給することで省エネ効率と負荷変動に対する対応能力を向上させると共に、ヒータの劣化を可能な限り防止することができる。

即ち、内燃機関の潤滑オイルの沸点は３００℃であることから、ヒータ通電によって潤滑オイルをその温度まで昇温することは難しく、従って表面侵食によるヒータの劣化も生じ難いことから、ヒータの劣化を可能な限り防止することができる。

また、オイルタンクに配置することで、ヒータの取付スペースを低減できると共に、内燃機関の冷間始動時の暖機に流用することも可能となる。また、内燃機関と発電機をユニット化して発電ユニットケース内に収容する構成としたとき、寒冷時の凍結対策にも流用することができる。

請求項２に係るコージェネレーション装置にあっては、ヒータをオイルタンクの内部に配置する如く構成したので、上記した効果に加え、ヒータが潤滑オイルに没することとなり、昇温効率を上げることができて省エネ効率を一層向上させることができる。

請求項３に係るコージェネレーション装置にあっては、ヒータをオイルタンクのタンク壁の内部に埋設する如く構成したので、上記した効果に加え、ほぼ同様に昇温効率を上げることができて省エネ効率を一層向上させることができると共に、潤滑オイルに没することがないため、ヒータをシールする必要がない。

以下、添付図面に即してこの発明に係るコージェネレーション装置を実施するための最良の形態について説明する。

図１は、この発明の第１実施例に係るコージェネレーション装置を全体的に示すブロック図である。

図示の如く、コージェネレーション装置（符号１０で示す）は、商用電源（商用電力系統）１２から電気負荷１４に至る交流電力の給電路（電力線）１６に接続可能な発電機２０と、発電機２０を駆動する内燃機関２２とからなる発電ユニット２４を備える。商用電源１２は、単相３線からＡＣ１００／２００Ｖで５０Ｈｚ（または６０Ｈｚ）の交流電力を出力する。

発電ユニット２４は一体化され、発電ユニットケース（筐体）２６の内部に収容される。尚、正確には、コージェネレーション装置１０は、発電ユニット２４と排熱利用給湯暖房ユニット（熱負荷。図示せず）から構成される。

以下、発電ユニット２４を構成する各要素について説明すると、内燃機関（以下「エンジン」という）２２は都市ガス（あるいはＬＰガス）を燃料とする、水冷４サイクルの単気筒ＯＨＶ型の火花点火式のエンジンであり、例えば１６３ｃｃの排気量を備える。

図２は図１に示すエンジン２２の構造を模式的に示す説明図であるが、エンジン２２が発電ユニットケース２６に収容され、発電ユニットケース２６が家庭などの使用場所に設置されたときの位置関係を基準とすると、エンジン２２のシリンダヘッド２２ａとシリンダブロック２２ｂは水平方向（横向き）に配置され、その内部で１個のピストン（図示せず）が往復する。ピストンには鉛直方向（縦向き）に配置されるクランクシャフト（図示せず）が連結される。

クランクシャフトの上端にはフライホイール（図示せず）が取り付けられると共に、その内側には多極コイルからなる発電機２０が配置され、フライホイールとの間で相対回転するとき、交流電力を発電する。発電機２０は通電されるとき、エンジン２２をクランキングするスタータモータとしても機能することから、図に「スタータ／ジェネレータ」と示す。

エンジン２２において空気（吸気）は吸気サイレンサ２２ｃ、エアクリーナ２２ｄを通ってミキサ２２ｅに入る。ミキサ２２ｅには供給源からガスがガス比例弁ユニット２２ｆを介して供給され、そこで空気と混合させられる。ミキサ２２ｅとガス比例弁ユニット２２ｆからなるガスボックスにおいてミキサ２２ｅは電動モータで駆動されるスロットルバルブと可変ジェットを備える。

ミキサ２２ｅで生成された混合気は燃焼室（図示せず）に流れ、イグニションコイル２２ｇと点火プラグ２２ｈからなる点火系で点火されるとき燃焼する。よって生じた排ガスは排気管２２ｋ、排気マフラ２２ｍを通って発電ユニットケース２６の外（庫外）に排出される。

図２に示す如く、エンジン２２のシリンダブロック２２ｂの下部（クランクケースの図示省略）にはオイルタンク（オイルパン）２２ｎが形成され、そこにエンジン２２の潤滑オイルＥＯが貯留される。潤滑オイルＥＯはギヤポンプ（図示せず）で掻き上げられてピストンなどの摺動部分を潤滑した後、コンロッド（図示せず）やシリンダ壁面を伝わって落下し、オイルタンク２２ｎに貯留される。オイルタンク２２ｎは、クランクケースと同様、鋳鉄などの金属材からなるタンク壁２２ｎ１で仕切られる。

発電機（スタータ／ジェネレータ）２０の出力はインバータユニット３０に送られる。インバータユニット３０はＤＣ−ＤＣコンバータを介して発電機２０の出力をＡＣ１００／２００Ｖ（単相）に変換する。インバータユニット３０は、マイクロコンピュータからなる電子制御ユニット（Electronic Control Unit。以下「ＥＣＵ」という）３２と共にコントロール部を構成し、ＥＣＵ３２の指令を受けて発電機２０の機能をスタータとジェネレータの間で切り換える。

インバータユニット３０の出力は屋内配電盤３４に送られ、そこで商用電源１２から電気負荷１４に至る交流電力の給電路１６に接続可能にされる。発電ユニット２６の発電出力は、１．０ｋＷ程度である。

符号３６はエンジン２２を冷却する、不凍液からなる冷却水の通路を示す。冷却水通路３６はエンジン２２のシリンダブロック２２ｂとオイルタンク２２ｎを通り、外部の排熱利用給湯暖房ユニット（熱負荷。図示せず）に接続される。

即ち、図１に示す如く、給湯暖房ユニットから送られる低温の冷却水は冷却水通路３６の入口側３６ａに導かれ、オイルタンク２２ｎに形成されるタンク通路を通って潤滑オイルＥＯと熱交換して潤滑オイルＥＯを冷却した後、シリンダブロック２２ｂ（およびシリンダヘッド２２ａ）に形成されるシリンダ通路を通ってエンジン２２と熱交換し、エンジン２２を冷却する。

潤滑オイルＥＯとエンジン２２との熱交換によって加温されると共に、排気管２２ｋに配置された排気熱交換器２２ｏでさらに加温されて温水となった高温冷却水は、出口側３６ｂから給湯暖房ユニットに戻される。図２において、冷却水通路３６は冷却水の流れを示す太線の矢印で示す。尚、排気熱交換器２２ｏは、例えば冷却水通路３６を変形させ、排気管２２ｋを覆うような構造としたものである。

この実施例に係るコージェネレーション装置は熱主電従型であることから、家庭などの使用先の熱需要に応じて発電するため、電気負荷が低くてコージェネレーション装置の発電出力が余剰となった場合、ヒータ（余剰電力ヒータ）４０に通電し、冷却水を加温する。

即ち、発電ユニット２４で生じる余剰電気を熱エネルギとして貯蔵することで省エネ効率を向上させると共に、貯蔵した熱エネルギを熱負荷が増加したときに利用可能とすることで負荷変動に対する対応能力を向上させることとするが、この実施例に係るコージェネレーション装置１０において特徴的なことは、ヒータ４０をオイルタンク２２ｎに配置したことにある。

図２に示す如く、ヒータ４０は具体的には、オイルタンク２２ｎの内部に配置、より具体的には潤滑オイルＥＯに完全にあるいは部分的に没する（浸漬される）ように配置される。即ち、ヒータ４０は、電気抵抗によって発熱するニクロム線などからなるヒータ本体４０ａと、インバータユニット３０に接続されるヒータ電力線４０ｂと、その間にあってヒータ本体４０ａをオイルタンク２２ｎに液密に保持するヒータフランジ４０ｃからなる。

ヒータ４０において、ＥＣＵ３２の指令に応じてインバータユニット３０を介して発電機２０から余剰電力が送られて通電されると、ヒータ本体４０ａは発熱して潤滑オイルＥＯを加温し、よって潤滑オイルＥＯの中を通る冷却水通路３６を流れる冷却水を加温する。

尚、図１に示す如く、発電ユニット２４は多くのセンサを備え、ＥＣＵ３２はそれらの出力に基づいてエンジン２２の運転などを制御するが、それは本願と直接の関連を有しないため、説明を省略する。

上記した如く、第１実施例に係るコージェネレーション装置１０にあっては、発電機２０にインバータユニット３０を介して接続され、通電されるとき発熱するヒータ４０を、エンジン２２の潤滑オイルＥＯを貯留すると共に、冷却水通路３６の冷却水と潤滑オイルＥＯとを熱交換させるオイルタンク２２ｎに配置する如く構成したので、発電機２０に余剰電力が生じたとき、ヒータ４０に通電して温水を生成して熱負荷に供給することで省エネ効率と負荷変動に対する対応能力を向上させると共に、ヒータ４０の劣化を可能な限り防止することができる。

即ち、エンジン２２の潤滑オイルＥＯの沸点は３００℃であることから、ヒータ４０の通電によって潤滑オイルＥＯをその温度まで昇温することは難しく、従って表面侵食によるヒータ４０の劣化も生じ難いことから、ヒータ４０の劣化を可能な限り防止することができる。

また、オイルタンク２２ｎに配置することで、ヒータ４０の取付スペースを低減できると共に、エンジン２２の冷間始動時の暖機に流用することも可能となる。また、エンジン２２と発電機２０を発電ユニット２４としてユニット化して発電ユニットケース２６の内部に収容する構成としたため、寒冷時の凍結対策にも流用することができる。

また、ヒータ４０をオイルタンク２２ｎの内部に配置するように構成したので、上記した効果に加え、ヒータ４０が潤滑オイルＥＯに没することとなり、昇温効率を上げることができて省エネ効率を一層向上させることができる。

図３は、この発明の第２実施例に係るコージェネレーション装置のエンジンの構造を模式的に示す、図２と同様の説明図である。

第１実施例と相違する点に焦点をおいて説明すると、第２実施例に係るコージェネレーション装置にあっては、ヒータ４０、より正確にはそのヒータ本体４０ａをオイルタンク２２ｎのタンク壁２２ｎ１の内部に凹部２２ｎ１１を穿設し、ヒータ本体４０ａをそこに埋設する如く構成した。

第２実施例に係るコージェネレーション装置は、上記の如く構成したので、第１実施例とほぼ同様に昇温効率を上げることができて省エネ効率を一層向上させることができると共に、ヒータ４０のヒータ本体４０ａが潤滑オイルＥＯに没することがないため、ヒータ４０のヒータ本体４０ａをシールする必要がない。尚、残余の構成および効果は第１実施例と異ならない。

尚、第２実施例においてタンク壁２２ｎ１の内側の凹部２２ｎ１１を浅く穿設し、そこにヒータ本体４０ａをタンク壁２２ｎ１に部分的に埋まると共に、残余の部分を潤滑オイルＥＯ中に露出させるように構成しても良い。

第１、第２実施例は上記の如く、商用電力系統（商用電源）１２から電気負荷１４に至る交流電力の給電路１６に接続可能な発電機（スタータ／ジェネレータ）２０と前記発電機を駆動する内燃機関（エンジン）２２とからなる発電ユニット２６を備えると共に、前記内燃機関の冷却水を冷却水通路３６に導き、前記内燃機関の排熱で加温して温水を生成して熱負荷（排熱利用給湯暖房ユニット）に供給するコージェネレーション装置１０において、前記発電機２０に接続、より具体的にはインバータユニット３０を介して接続され、通電されるとき発熱するヒータ４０、より具体的にはそのヒータ本体４０ａ、および前記内燃機関の潤滑オイルＥＯを貯留すると共に、前記冷却水通路の冷却水と前記潤滑オイルＥＯとを熱交換させるオイルタンク２２ｎを少なくとも備えると共に、前記ヒータ４０を前記オイルタンク２２ｎに配置する如く構成した。

また、前記ヒータ４０、より具体的にはそのヒータ本体４０ａを前記オイルタンク２２ｎの内部に配置する如く構成した。

また、前記ヒータ４０、より具体的にはそのヒータ本体４０ａを前記オイルタンク２２ｎのタンク壁２２ｎ１の内部に埋設する如く構成した。

尚、第１、第２実施例において発電機２０の駆動源として都市ガス・ＬＰガスを燃料とするガスエンジンとしたが、ガソリン燃料などを使用するエンジンであっても良い。

発電機２０の出力およびエンジン２２の排気量などを具体的な値で示したが、それらは例示であって限定されるものではないこともいうまでもない。

この発明の第１実施例に係るコージェネレーション装置を全体的に示すブロック図である。 図１に示すエンジンの構造を模式的示す説明図である。 この発明の第２実施例に係るコージェネレーション装置のエンジンの構造を模式的に示す、図２と同様の説明図である。

符号の説明

１０ コージェネレーション装置、１２ 商用電源（商用電力系統）、１４ 電気負荷、１６ 給電路（電力線）、２０ 発電機（スタータ／ジェネレータ）、２２ エンジン（内燃機関）、２２ａ シリンダヘッド、２２ｂ シリンダブロック、２２ｎ オイルタンク、２２ｎ１ タンク壁、２４ 発電ユニット、２６ 発電ユニットケース、３６ 冷却水通路、４０ ヒータ、４０ａ ヒータ本体

Claims (3)

1. 商用電力系統から電気負荷に至る交流電力の給電路に接続可能な発電機と前記発電機を駆動する内燃機関とからなる発電ユニットを備えると共に、前記内燃機関の冷却水を冷却水通路に導き、前記内燃機関の排熱で加温して温水を生成して熱負荷に供給するコージェネレーション装置において、
   ａ．前記発電機に接続され、通電されるとき発熱するヒータ、
   および
   ｂ．前記内燃機関の潤滑オイルを貯留すると共に、前記冷却水通路の冷却水と前記潤滑オイルとを熱交換させるオイルタンク、
   を少なくとも備えると共に、前記ヒータを前記オイルタンクに配置したことを特徴とするコージェネレーション装置。
2. 前記ヒータを前記オイルタンクの内部に配置したことを特徴とする請求項１記載のコージェネレーション装置。
3. 前記ヒータを前記オイルタンクのタンク壁の内部に埋設したことを特徴とする請求項１記載のコージェネレーション装置。

Images