JP5739225B2 - エンジン発電装置とその運転方法 - Google Patents

Description

本発明は、動力源としてのエンジンと、そのエンジンに連動連結されて駆動される発電機を備え、その発電機からの電力と商用電力を電力負荷へ給電するように構成されているエンジン発電装置とその運転方法に関する。

このようなエンジン発電装置では、電力負荷投入時にエンジンの回転数が急激に低下し、場合によっては、エンジン停止にまで至る可能性がある。
そこで、従来、希薄ガスエンジンにおいて、電力負荷投入時に、通常の燃焼用空気に加えて補充空気を供給し、それによってエンジンの燃焼を安定させて、比較的大きな電力負荷を投入できるようにした技術が提案された（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−５０１１３号公報

ところが、上記特許文献に開示の技術では、投入できる電力負荷に限りがあるため、より大きな電力負荷を投入しようとすると、例えば、エンジンのフライホイールや発電機の回転子の重量を増やして、慣性モーメントを大きくする必要がある。
しかし、単に、重量の増加により慣性モーメントを大きくするだけでは、エンジンの動力軸や発電機の動力軸により大きなねじり力が作用するため、当然、エンジンや発電機の動力軸を太くして強度アップを図る必要があり、それに伴って、動力軸を支持する軸受類も大きなものが必要となって、装置そのものが大型化するという問題がある。

本発明は、このような問題点に着目したもので、その目的は、装置そのものを極端に大型化することなく、より大きな電力負荷の投入が可能なエンジン発電装置とその運転方法を提供することにある。

その目的を達成するため、本発明において、動力源としてのエンジンと、そのエンジンに連動連結されて駆動される発電機を備え、その発電機からの電力と商用電力を電力負荷へ給電するように構成されているエンジン発電装置の特徴構成は、
前記エンジンの動力軸または前記発電機の動力軸に対しクラッチを介して連動連結自在な回転体と、前記クラッチを入れて前記エンジンの動力軸または前記発電機の動力軸に対し前記回転体を連動連結して前記エンジンを運転する第１運転状態と、前記クラッチを切って前記エンジンの動力軸または前記発電機の動力軸と前記回転体を切り離して運転する第２運転状態とに切り換える切り換え手段と、前記発電機からの電力のみを電力負荷へ給電する際、前記発電機と前記電力負荷とを接続する遮断機が切り操作された状態で、前記クラッチを入れて前記エンジンの動力軸または前記発電機の動力軸に対し回転体を連動連結し、前記エンジンを始動して前記第１運転状態にて運転し、前記発電機を駆動し、その後、前記遮断機を入り操作して前記発電機を前記電力負荷に接続し電力負荷への給電を開始して、発電機の発電周波数が安定した後、前記第２運転状態で運転する制御装置とを備えているところにある。

上記構成によれば、クラッチを入れてエンジンまたは発電機の動力軸に対し回転体を連動連結することで、実質的に、エンジンのフライホイールや発電機の回転子の重量を増やしたのと同じ結果となり、慣性モーメントを大きくすることができる。したがって、より大きな電力負荷の投入が可能となり、また、慣性モーメントを大きくして電力負荷を投入するので、比較的短時間のうちにエンジンの回転数が安定する。
そして、電力負荷の投入後、例えば、エンジンの回転数がある程度安定するのを待って、クラッチを切ってエンジンまたは発電機の動力軸と回転体を切り離して運転することになり、エンジンや発電機の動力軸に対して大負荷が作用する時間を短時間に制限することができ、エンジンや発電機の動力軸を極端に太くして強度アップを図る必要もなく、したがって、装置そのものを極端に大型化することなく、より大きな電力負荷の投入が可能となる。
さらに、切り換え手段が、クラッチの入り切り操作を自動的に行って、第１運転状態と第２運転状態との切り換えを的確に実行することになり、エンジンや発電機の動力軸に対して大負荷が作用する時間を必要最小限に抑えることができ、その結果、装置の大型化を更に抑制することができる。

上記構成を備えたエンジン発電装置において、前記制御装置は、前記発電機からの電力と前記商用電力を前記電力負荷へ給電する際、前記クラッチを切って前記エンジンを始動して、前記第２運転状態で電力負荷への給電を開始するように構成することが好ましい。
電力負荷に対し発電機からの電力に加えて商用電力も給電される場合、その商用電力が、投入される電力負荷の一部を負担するので、エンジン発電装置を第２運転状態で運転して給電を開始しても、エンジンが大きな影響を受けることはなく、エンジン回転数の低下が抑制され、その結果、エンジンの動力軸または発電機の動力軸に不必要な負荷が作用するのを回避することができる。

上記構成を備えたエンジン発電装置において、前記回転体が、前記エンジンの動力軸に対し前記クラッチを介して直結されていることが好ましい。
たとえ動力軸を若干太くして強度アップを図る必要があっても、実質的にエンジンの動力軸だけで済み、装置の大型化を抑制することができるとともに、最も大型で重量のあるエンジンを中央にして、その両側に発電機と回転体を配置することが可能となり、装置全体として安定した回転を得ることができる。

そして、上記切り換え手段を備えたエンジン発電装置の運転方法の特徴構成は、
前記発電機からの電力のみを電力負荷へ給電する際、前記発電機と前記電力負荷とを接続する遮断機が切り操作された状態で、前記クラッチを入れて前記エンジンの動力軸または前記発電機の動力軸に対し回転体を連動連結し、前記エンジンを始動して前記第１運転状態で運転し、前記発電機を駆動し、その後、前記遮断機を入り操作して前記発電機を前記電力負荷に接続し電力負荷への給電を開始して、発電機の発電周波数が安定した後、前記第２運転状態で運転するところにある。

上記運転方法によれば、発電機からの電力のみを給電する場合、第１運転状態で運転するので、つまり、エンジンまたは発電機の動力軸に回転体を連動連結して運転するので、慣性モーメントが大きくなって大きな電力負荷の投入が可能となり、また、比較的短時間のうちにエンジンの回転数の安定化を図ることができる。
そして、発電機の発電周波数が安定した後、第２運転状態で運転するので、つまり、エンジンまたは発電機の動力軸と回転体を切り離して運転するので、比較的小さな負荷状態となり、その結果、エンジンや発電機の動力軸に対して大負荷が作用する時間を短時間に制限することができる。

上記エンジン発電装置の運転方法において、前記発電機からの電力と商用電力を電力負荷へ給電する際、前記クラッチを切って前記エンジンを始動して、前記第２運転状態で電力負荷への給電を開始するのが好ましい。
電力負荷に対し発電機からの電力に加えて商用電力も給電される場合、その商用電力が、投入される電力負荷の一部を負担するので、エンジン発電装置を第２運転状態で運転して給電を開始しても、エンジンが大きな影響を受けることはなく、エンジン回転数の低下が抑制され、その結果、エンジンまたは発電機の動力軸に不必要な負荷が作用するのを回避することができる。

第１実施形態のエンジン発電装置を示す概略構成図 第２実施形態のエンジン発電装置を示す概略構成図 エンジン発電装置の運転方法を示すフローチャート図

（第１実施形態）
本発明によるエンジン発電装置とその運転方法につき、その第１実施形態を図面に基づいて説明する。
第１実施形態によるエンジン発電装置は、図１に示すように、動力源としてのエンジンの一例であるガスエンジン１と、そのガスエンジン１により駆動される発電機２を備え、ガスエンジン１の動力軸１ａと発電機２の動力軸２ａが、カップリング３を介して直結状態で連動連結されている。
ガスエンジン１は、１３Ａなどの都市ガスを燃料として運転されるもので、そのガスエンジン１の動力軸１ａには、クラッチ４を介して回転体５の回転軸５ａが直結状態で連動連結され、最も大型で重量のあるガスエンジン１を中央にして、発電機２と回転体５が、そのガスエンジン１の両側に配置されている。

回転体５は、ガスエンジン１および発電機２の慣性モーメントを増大させるもので、クラッチ４を入り操作することで、ガスエンジン１の動力軸１ａと連動連結されて一体的に回転し、クラッチ４を切り操作することで、ガスエンジン１の動力軸１ａと切り離されて連動が絶たれるように構成されている。
回転体５は、その慣性モーメントを種々の条件に対応して設定することになるが、一例を挙げると、ガスエンジン１の慣性モーメントの３０％程度、発電機２の慣性モーメントの２０〜３０％程度に設定するのが好ましい。この程度の慣性モーメントに設定することにより、ガスエンジン１や発電機２の運転に大きな悪影響を及ぼすことなく、所望する慣性モーメントを得ることができる。

発電機２により発電される電力は、商用電力系統６からの商用電力と一緒に電力負荷７へ給電されるように構成され、発電機２と電力負荷７が、第１遮断機８を介して接続されるとともに、商用電力系統６と電力負荷７が、第２遮断機９と第１遮断機８を介して接続されている。
このエンジン発電装置は、制御装置１０による制御の基で運転され、クラッチ４を入れてガスエンジン１の動力軸１ａに対し回転体５を連動連結してガスエンジン１を運転する第１運転状態と、クラッチ４を切ってガスエンジン１の動力軸１ａと回転体５を切り離して運転する第２運転状態とに切り換えるように構成され、制御装置１０が、そのための切り換え手段として機能する。

（第２実施形態）
つぎに、第２実施形態について説明するが、重複説明を避けるため、第１実施形態で説明した構成については、同じ符号を付すことで説明を省略し、主として第１実施形態と異なる構成について説明する。
第２実施形態のエンジン発電装置は、図２に示すように、回転体５の回転軸５ａが、ガスエンジン１の動力軸１ａではなく、発電機２の動力軸２ａにクラッチ４を介して直結状態で連動連結されている。そのため、発電機２を中央にして、ガスエンジン１と回転体５が、その発電機２の両側に配置されることになり、発電機２が大型で重量のある場合、このような配置にすることで、装置全体として安定した回転を得ることができる。
そして、この第２実施形態においては、切り換え手段としての制御装置１０が、クラッチ４を入れて発電機２の動力軸２ａに対し回転体５を連動連結してガスエンジン１を運転する第１運転状態と、クラッチ４を切って発電機２の動力軸２ａと回転体５を切り離して運転する第２運転状態とに切り換えることになる。

つぎに、第１と第２実施形態によるエンジン発電装置の運転方法に関し、商用電力系統からの給電を受けない場合と受ける場合について、その負荷電力投入時の運転方法について説明する。

［商用電力系統からの給電を受けない場合の負荷電力投入］
電力負荷７に対して発電機２からの電力のみで給電を開始する際、例えば、商用電力系統６が停電した際には、エンジン発電装置を第１運転状態で運転する。
具体的には、図３に示すように、商用電力系統６からの信号情報に基づいて、制御装置１０が、クラッチ４を入り操作し、第１実施形態ではガスエンジン１の動力軸１ａと回転体５を連動連結し、第２実施形態では発電機２の動力軸２ａと回転体５を連動連結して、ガスエンジン１を始動して運転し、それによって、発電機２が駆動される。
その後、第１遮断機８を入り操作して電力負荷を投入し、電力負荷７に対する発電機２からの電力供給が開始される。そして、発電機２において、その発電周波数が所定の周波数になって安定すると、制御装置１０が、クラッチを切り操作し、第１運転状態を終了して、第２運転状態に切り換える。

［商用電力系統からの給電を受ける場合の負荷電力投入］
それに対し、電力負荷７に対して発電機２からの電力と商用電力系統６からの商用電力との両電力で給電を開始する際には、当初から第２運転状態で運転する。
すなわち、制御装置１０が、クラッチ４を切り操作し、第１実施形態ではガスエンジン１の動力軸１ａと回転体５を切り離し、第２実施形態では発電機２の動力軸２ａと回転体５を切り離してガスエンジン１を始動するとともに、電力負荷７に対して発電機２からの給電を開始し、かつ、続行することになる。

〔別実施形態〕
（１）先の実施形態では、回転体５が、クラッチ４を介してガスエンジン１の動力軸１ａまたは発電機２の動力軸２ａに対して直結された構成を示したが、例えば、回転体５とガスエンジン１の動力軸１ａまたは発電機２の動力軸２ａとを複数のギヤや回転軸を介して連動連結し、その間にクラッチ４を設けて実施することもできる。
（２）先の実施形態では、切り換え手段としての制御装置１０によって、第１運転状態と第２運転状態とに自動的に切り換える構成を示したが、人為操作によって第１運転状態と第２運転状態とに切り換えるように構成して実施することもできる。
また、エンジン１としては、特にガスエンジンに限るものではなく、ディーゼルエンジンやガソリンエンジンなどの各種のエンジンを使用して実施することができる。

１ エンジン
１ａ エンジンの動力軸
２ 発電機
２ａ 発電機の動力軸
４ クラッチ
５ 回転体
７ 電力負荷
１０ 切り換え手段

Claims (5)

1. 動力源としてのエンジンと、そのエンジンに連動連結されて駆動される発電機を備え、その発電機からの電力と商用電力を電力負荷へ給電するように構成されているエンジン発電装置であって、
   前記エンジンの動力軸または前記発電機の動力軸に対しクラッチを介して連動連結自在な回転体と、
   前記クラッチを入れて前記エンジンの動力軸または前記発電機の動力軸に対し前記回転体を連動連結して前記エンジンを運転する第１運転状態と、前記クラッチを切って前記エンジンの動力軸または前記発電機の動力軸と前記回転体を切り離して運転する第２運転状態とに切り換える切り換え手段と、
   前記発電機からの電力のみを電力負荷へ給電する際、前記発電機と前記電力負荷とを接続する遮断機が切り操作された状態で、前記クラッチを入れて前記エンジンの動力軸または前記発電機の動力軸に対し回転体を連動連結し、前記エンジンを始動して前記第１運転状態にて運転し、前記発電機を駆動し、その後、前記遮断機を入り操作して前記発電機を前記電力負荷に接続し電力負荷への給電を開始して、発電機の発電周波数が安定した後、前記第２運転状態で運転する制御装置とを備えているエンジン発電装置。
2. 前記制御装置は、前記発電機からの電力と前記商用電力を前記電力負荷へ給電する際、前記クラッチを切って前記エンジンを始動して、前記第２運転状態で電力負荷への給電を開始する請求項１に記載のエンジン発電装置。
3. 前記回転体が、前記エンジンの動力軸に対し前記クラッチを介して直結されている請求項１または２に記載のエンジン発電装置。
4. 動力源としてのエンジンと、そのエンジンに連動連結されて駆動される発電機を備え、その発電機からの電力と商用電力を電力負荷へ給電するように構成され、
   前記エンジンの動力軸または前記発電機の動力軸に対しクラッチを介して連動連結自在な回転体と、
   前記クラッチを入れてエンジンの動力軸または発電機の動力軸に対し回転体を連動連結してエンジンを運転する第１運転状態と、前記クラッチを切ってエンジンの動力軸または発電機の動力軸と回転体を切り離して運転する第２運転状態とに切り換える切り換え手段とを備えているエンジン発電装置の運転方法であって、
   前記発電機からの電力のみを電力負荷へ給電する際、前記発電機と前記電力負荷とを接続する遮断機が切り操作された状態で、前記クラッチを入れて前記エンジンの動力軸または前記発電機の動力軸に対し回転体を連動連結し、前記エンジンを始動して前記第１運転状態にて運転し、前記発電機を駆動し、
   その後、前記遮断機を入り操作して前記発電機を前記電力負荷に接続し電力負荷への給電を開始して、発電機の発電周波数が安定した後、前記第２運転状態で運転するエンジン発電装置の運転方法。
5. 前記発電機からの電力と前記商用電力を前記電力負荷へ給電する際、前記クラッチを切って前記エンジンを始動して、前記第２運転状態で電力負荷への給電を開始する請求項４に記載のエンジン発電装置の運転方法。

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