(57)【要約】【課題】エンジンの始動から発電機が定格出力を出力するまでに要する始動時間が短縮されたエンジン発電システムを提供することを目的とする。【解決手段】エンジン発電システムは、エンジンに１次冷却水を供給可能な１次冷却系統を有する。１次冷却系統は、１次冷却水を加熱可能なヒータと、１次冷却水の圧力を調整可能な圧力調整装置と、ヒータ及び圧力調整装置を制御する制御装置とを有する。制御装置は、エンジンを始動する際に、１次冷却水の圧力及び温度の目標値を、エンジンが定常運転状態であるときの定常圧力目標値及び定常温度目標値よりもそれぞれ高い始動圧力目標値及び始動温度目標値に設定し、且つ、エンジンの始動から所定時間の経過後、１次冷却水の圧力及び温度の目標値を、定常圧力目標値及び定常温度目標値にそれぞれ変更するように構成されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電機と、
前記発電機を駆動可能なエンジンと、
前記エンジンに１次冷却水を供給可能な１次冷却系統と、
前記１次冷却水を冷却可能な２次冷却系統とを備えるエンジン発電システムにおいて、
前記１次冷却系統は、
前記１次冷却水を前記エンジンに供給するための１次循環路と、
前記１次循環路に設けられ、前記１次冷却水の流れを生成可能なポンプと、
前記１次循環路に設けられ、前記１次冷却水を加熱可能なヒータと、
前記１次循環路における前記１次冷却水の圧力を調整可能な圧力調整装置と、
前記ヒータ及び前記圧力調整装置を制御する制御装置と
を有し、
前記制御装置は、
前記エンジンを始動する際に、前記１次冷却水の圧力及び温度の目標値を、前記エンジンが定常運転状態であるときの定常圧力目標値及び定常温度目標値よりもそれぞれ高い始動圧力目標値及び始動温度目標値に設定し、且つ、前記エンジンの始動から所定時間の経過後、前記１次冷却水の圧力及び温度の目標値を、前記定常圧力目標値及び前記定常温度目標値にそれぞれ変更する
ように構成されている
ことを特徴とするエンジン発電システム。
【請求項２】
前記圧力調整装置はインバータからなることを特徴とする請求項１記載のエンジン発電システム。
【請求項３】
前記エンジンはガスエンジンであることを特徴とする請求項１記載のエンジン発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、エンジン発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジン発電システムは、ガスエンジンやディーゼルエンジン等のエンジンと、エンジンによって駆動される発電機とを有する。エンジン発電システムの始動の際、まず、発電機が負荷に接続されていない状態でエンジンが起動される。そして、エンジンの回転数が定格回転数に到達後、発電機が所定の負荷投入率にて負荷に接続され、最終的に、発電機の出力が定格出力に到達する。
【０００３】
ところで、エンジンには、冷間始動性が悪いという問題がある。そこで、例えば、エンジン停止後の冷却水を蓄熱タンクに供給しておき、冷間始動時に蓄熱タンクの冷却水をエンジンに供給することが知られている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−８２２２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
非常電源用等のエンジン発電システムには、エンジン始動から定格出力の出力までに要する始動時間を短縮することが求められている。かかる要求に対し、エンジン停止後の冷却水を蓄熱タンクに供給して蓄熱し、冷間始動時に蓄熱タンクの冷却水をエンジンに供給するのみでは、十分に応えることができない。
【０００６】
そこで本発明の少なくとも一実施形態は、エンジンの始動から発電機が定格出力を出力するまでに要する始動時間が短縮されたエンジン発電システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、発電機と、前記発電機を駆動可能なエンジンと、前記エンジンに１次冷却水を供給可能な１次冷却系統と、前記１次冷却水を冷却可能な２次冷却系統とを備えるエンジン発電システムにおいて、前記１次冷却系統は、前記１次冷却水を前記エンジンに供給するための１次循環路と、前記１次循環路に設けられ、前記１次冷却水の流れを生成可能なポンプと、前記１次循環路に設けられ、前記１次冷却水を加熱可能なヒータと、前記１次循環路における前記１次冷却水の圧力を調整可能な圧力調整装置と、前記ヒータ及び前記圧力調整装置を制御する制御装置とを有し、前記制御装置は、前記エンジンを始動する際に、前記１次冷却水の圧力及び温度の目標値を、前記エンジンが定常運転状態であるときの定常圧力目標値及び定常温度目標値よりもそれぞれ高い始動圧力目標値及び始動温度目標値に設定し、且つ、前記エンジンの始動から所定時間の経過後、前記１次冷却水の圧力及び温度の目標値を、前記定常圧力目標値及び前記定常温度目標値にそれぞれ変更するように構成されていることを特徴とするエンジン発電システムが提供される。
【０００８】
上述した一実施形態のエンジン発電機システムにおいては、エンジンの始動時、１次冷却水の圧力の目標値を定常圧力目標値よりも高い始動圧力目標値に設定することにより、１次冷却水の温度の目標値を定常温度目標値よりも高い始動温度目標値に設定しても、１次冷却水が沸騰しない。このため、高温の１次冷却水により、エンジンを効率的に速やかに暖機することができる。この結果として、エンジンの出力が定格出力に早く到達するので、発電機の発電量も早く定格出力に到達する。
【０００９】
一方、このエンジン発電機システムにおいては、エンジンの始動から所定時間の経過後、１次冷却水の温度目標値が、定常運転状態のための定常温度目標値に変更されるので、エンジンが過熱されることなく、１次冷却水の温度が速やかに定常温度目標値に到達する。このため、エンジンの運転が速やかに安定し、発電機の発電量も速やかに安定する。
【００１０】
更に、このエンジン発電機システムにおいては、エンジンの始動から所定時間の経過後、１次冷却水の圧力目標値が、定常運転状態のための定常圧力目標値に変更されるので、１次ポンプの動力を削減することができ、効率を高めることができる。
【００１１】
一実施形態では、前記圧力調整装置はインバータからなる。
この構成では、圧力調整装置がインバータからなり、簡単な構成にて、１次冷却水の圧力を的確に調整可能である。
【００１２】
一実施形態では、前記エンジンはガスエンジンである。
エンジンがガスエンジンであっても、エンジンの始動時、１次冷却水の圧力の目標値を定常圧力目標値よりも高い始動圧力目標値に設定し、且つ、１次冷却水の温度の目標値を定常温度目標値よりも高い始動温度目標値に設定することにより、エンジンの始動から発電機が定格出力を出力するまでに要する始動時間が短縮される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、エンジンの始動から発電機が定格出力を出力するまでに要する始動時間が短縮されたエンジン発電システムが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係るエンジン発電システムの概略的な構成を示す図である。
【図２】図１中の制御装置に予め設定された１次冷却水の圧力目標値及び温度目標値の時間変化を概略的に示すグラフである。
【図３】図１のエンジン発電システムの始動時の動作を説明するためのグラフである。
【図４】比較例のエンジン発電システムの始動時の動作を説明するためのグラフである。
【図５】変形例の圧力調整装置の構成を説明するための概略的な図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。ただし、この実施形態に記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状及びその相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態のエンジン発電システムの概略的な構成を示している。エンジン発電システムは、停電時等の緊急バックアップ電源（非常用電源）に好適であるが、他の用途にも使用可能である。
【００１７】
エンジン発電システムは、発電機１０と、エンジン１２と、１次冷却系統１４と、２次冷却系統１６とを有する。発電機１０はエンジン１２に連結され、エンジン１２は発電機１０を駆動して、電力を発生させることができる。エンジン１２は、定置用のガスエンジンであるが、ディーゼルエンジンであってもよい。ガスエンジンの燃料は、例えば天然ガスであるが、炭鉱メタンガスであってもよい。
【００１８】
１次冷却系統１４は、エンジン１２に１次冷却水を供給可能であり、２次冷却系統１６は、１次冷却水を冷却可能である。
具体的には、２次冷却系統１６は、開放回路であって、冷却塔１８と、熱交換器２０と、２次循環路２２と、２次ポンプ２４とを有する。
２次循環路２２は、冷却塔１８と熱交換器２０との間で、２次冷却水を循環させるための流路である。２次ポンプ２４は、２次循環路２２における２次冷却水の流れを生成可能である。２次冷却水は、熱交換器２０で１次冷却水を冷却し、冷却塔１８で冷却される。
【００１９】
１次冷却系統１４は、閉回路であって、１次循環路２６と、１次ポンプ２８と、ヒータ３０と、圧力調整装置３２と、制御装置３４とを有する。
１次循環路２６は、１次冷却水をエンジン１２に供給するための流路である。１次ポンプ２８は、１次循環路２６に設けられている。１次ポンプ２８は、吸入口から吸い込んだ１次冷却水を吐出口から吐出し、１次循環路２６における１次冷却水の流れを生成可能である。
【００２０】
熱交換器２０は、１次循環路２６と２次循環路２２に渡って設けられており、エンジン１２を通過した１次冷却水は、熱交換器２０を通過する際に冷却される。
ヒータ３０は、１次循環路２６に設けられている。ヒータ３０は、１次循環路２６を流れる１次冷却水を加熱可能である。ヒータ３０は、例えば、誘導加熱装置や、熱媒体を流すジャケットからなる。
圧力調整装置３２は、１次循環路２６における１次冷却水の圧力を調整可能である。本実施形態では、圧力調整装置３２は、１次ポンプ２８に電力を供給するインバータである。
【００２１】
制御装置３４は、ヒータ３０及び圧力調整装置３２を制御して、１次循環路２６における１次冷却水の温度及び圧力を制御可能である。制御装置３４は、１次冷却水の圧力を調整する場合、インバータを制御することにより１次ポンプ２８に供給される電力を増減することによって、１次ポンプ２８の回転数を上昇又は低下させ、これにより１次冷却水の圧力を調整する。
【００２２】
本実施形態では、１次冷却系統１４は、１次冷却水の圧力を検知するための圧力センサ３６と、１次冷却水の温度を検知するための温度センサ３８を有する。例えば、圧力センサ３６は、１次冷却水の流動方向にて、エンジン１２よりも上流に設けられ、エンジン１２の入口での１次冷却水の圧力を測定可能である。一方、例えば、温度センサ３８は、エンジン１２よりも下流に設けられ、エンジン１２の出口での１次冷却水の温度を測定可能である。
【００２３】
圧力センサ３６及び温度センサ３８は、制御装置３４に電気的に接続されており、制御装置３４には、圧力センサ３６によって測定された１次冷却水の圧力測定値及び温度センサ３８によって測定された１次冷却水の温度測定値が入力される。制御装置３４は、圧力測定値及び温度測定値に基づいて、ヒータ３０及び圧力調整装置３２を制御可能である。
【００２４】
図２は、制御装置３４に予め設定された、１次冷却水の圧力目標値及び温度目標値の時間変化を概略的に示している。本実施形態では、制御装置３４は、圧力測定値及び温度測定値が、温度目標値及び圧力目標値に一致するように、ヒータ３０及び圧力調整装置３２を制御する。なお、制御装置３４は、更に、２次ポンプ２４を制御してもよい。
【００２５】
図２に示したように、制御装置３４は、エンジン１２の始動から所定の時間ｔ１、温度目標値を第１温度目標値Ｔ１に設定し、その後、第２温度目標値Ｔ２に設定する。例えば、時間ｔ１は３分以上１０分以下の範囲内にあり、第１温度目標値Ｔ１は１１０℃以上１２０℃以下の範囲内にあり、第２温度目標値Ｔ２は８５℃以上９５℃以下の範囲内にある。
【００２６】
また、制御装置３４は、エンジン１２の始動から所定の時間ｔ２、圧力目標値を第１圧力目標値Ｐ１に設定し、その後、第２圧力目標値Ｐ２に設定する。例えば、時間ｔ２は８分以上１５分以下の範囲内にあり、第１圧力目標値Ｐ１は０．３５ＭＰａ以上０．４５ＭＰａ以下の範囲内にあり、第２圧力目標値Ｐ２は０．１５ＭＰａ以上０．２５ＭＰａ以下の範囲内にある。
【００２７】
第２圧力目標値Ｐ２及び第２温度目標値Ｔ２は、エンジン１２が定常運転状態であるときの定常圧力目標値及び定常温度目標値であり、第１圧力目標値Ｐ１及び第１温度目標値Ｔ１は、エンジン１２を始動させる際の始動圧力目標値及び始動温度目標値である。第２圧力目標値Ｐ２及び第２温度目標値Ｔ２は、それぞれ第１圧力目標値Ｐ１及び第１温度目標値Ｔ１よりも高い。
なお本実施形態では、時間ｔ１は、時間ｔ２よりも短く、且つ、発電機１０の発電量が定格出力に到達するのに要する時間よりも短い。
【００２８】
以下、上述した一実施形態のエンジン発電システムの始動時の動作について説明する。エンジン発電システムの始動時、まず、エンジン１２が始動させられる。エンジン１２が始動されると、制御装置３４は、圧力目標値及び温度目標値を第１圧力目標値Ｐ１及び第１温度目標値Ｔ１にそれぞれ設定する。そして、エンジン１２の始動から時間ｔ１が経過すると、制御装置３４は、温度目標値を第２温度目標値Ｔ２に変更し、更に、時間ｔ２が経過すると、圧力目標値を第２圧力目標値Ｐ２に変更する。
【００２９】
図３は、エンジン発電システムの始動時における、１次冷却水の温度と、エンジン１２の回転数と、発電機１０の発電量の時間変化を概略的に示している。エンジン１２の始動後、エンジン１２の回転数が定格回転数に到達すると、負荷が投入されて発電機１０が発電する。そして、発電機１０の発電量は、時間の経過と共に徐々に増加し、定格出力に到達する。
【００３０】
ここで、制御装置３４による制御により、１次冷却水の温度は、図３に示したように、発電量が定格出力に到達する前に、第２温度目標値Ｔ２を超えて第１温度目標値Ｔ１に向けて上昇し、そして、第２温度目標値Ｔ２に向けて低下を開始する。そして、１次冷却水の温度は、発電量が定格出力に到達後速やかに、第２温度目標値Ｔ２に到達して安定する。
なお、１次冷却水の圧力は、制御装置３４による制御により、１次冷却水の温度が１００℃を下回るまで、第１圧力目標値Ｐ１に維持され、その後、第２圧力目標値Ｐ２に維持される。
【００３１】
ここで図４は、比較例として、１次冷却水の温度目標値をエンジン１２の始動時から第２温度目標値Ｔ２に設定した場合の、１次冷却水の温度と、エンジン１２の回転数と、発電機１０の発電量の時間変化を概略的に示している。図４の比較例の場合、発電機１０の発電量が定格出力に到達するまでに、図３の実施形態の場合に比べて、倍近くの時間を要する。
【００３２】
上述した一実施形態のエンジン発電機システムにおいては、エンジン１２の始動時、１次冷却水の圧力の目標値を第２圧力目標値Ｐ２よりも高い第１圧力目標値Ｐ１に設定することにより、１次冷却水の温度の目標値を第２温度目標値Ｔ２よりも高い第１温度目標値Ｔ１に設定しても、１次冷却水が沸騰しない。このため、高温の１次冷却水により、エンジン１２を効率的に速やかに暖機することができる。この結果として、エンジン１２の出力が定格出力に早く到達するので、発電機１０の発電量も早く定格出力に到達する。
【００３３】
一般に、定置用のエンジン発電機システムに用いられるガスエンジンは、輸送機器に搭載されるものに比べて大きく、熱容量が大きいので、暖機に時間がかかる。上述した一実施形態のエンジン発電機システムであれば、エンジン１２の熱容量が大きくても、速やかに暖機することができる。
【００３４】
一方、このエンジン発電機システムにおいては、エンジン１２の始動から時間ｔ１の経過後、１次冷却水の温度目標値が、定常運転状態のための第２温度目標値Ｔ２に変更されるので、エンジン１２が過熱されることなく、１次冷却水の温度が速やかに第２温度目標値Ｔ２に到達する。このため、エンジン１２の運転が速やかに安定し、発電機１０の発電量も速やかに安定する。
かくして、上述した一実施形態のエンジン発電機システムは、急速起動及び急速負荷投入が可能であり、停電時等の緊急バックアップ電源に好適である。
【００３５】
更に、このエンジン発電機システムにおいては、エンジン１２の始動から時間ｔ２の経過後、１次冷却水の圧力目標値が、定常運転状態のための第２圧力目標値Ｐ２に変更されるので、１次ポンプ２８の動力を削減することができ、効率を高めることができる。
【００３６】
一般的に、ガスエンジンは冷間始動性が悪いが、上述した一実施形態によれば、エンジン１２がガスエンジンであっても、エンジン１２の始動から発電機１０が定格出力を出力するまでに要する始動時間が短縮される。
【００３７】
また、上述した一実施形態のエンジン発電機システムにおいては、圧力調整装置３２がインバータからなり、簡単な構成にて、１次冷却水の圧力を的確に調整可能である。
【００３８】
本発明は、上述した一実施形態に限定されることはなく、上述した一実施形態に変更を加えた形態も含む。
例えば、図５は、変形例の圧力調整装置４０を概略的に示しており、圧力調整装置４０は、バイパス路４２と、バイパス路４２に設けられた制御弁４４とからなる。この場合、制御装置３４が制御弁４４を制御することによって、１次冷却水の圧力を調整することができる。
【符号の説明】
【００３９】
１０    発電機
１２    エンジン
１４    １次冷却系統
１６    ２次冷却系統
２０    熱交換器
２６    １次循環路
２８    １次ポンプ
３０    ヒータ
３２    圧力調整装置
３４    制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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