(57)【要約】      （修正有）【課題】模型用小型原動機を使用したコージェネレーションシステムの学習用の実演キットを提供し、エネルギー学習の効果を高める。【解決手段】基台上に、ウオータジャケット３を設けた小型原動機２と、この原動機２によって駆動される発電機４と、原動機２の排熱を利用して温水を製造するラジエータ６と、温水を貯留する貯湯槽１１と、この温水を循環させるポンプ１２とを設け、電力と排熱とを発生するコージェネレーションシステム（熱電併給装置）を用い、システムを組立式のキットとすることで、子供達の興味を引き付けて高い学習効果を得ることができ、エネルギーの重要性を認識させる。【選択図】図１
2005148277.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基台上に、ウオータジャケットを設けた小型原動機と、この原動機によって駆動される発電機と、原動機の排熱を利用して温水を製造するラジエータと、温水を貯留する貯湯槽と、この温水を循環させるポンプとを設け、電力と温水とを発生するコージェネレーションシステム（熱電併給装置）であって、発電機の発電状態を表示する表示装置と貯湯槽内の温水の温度を表示する表示装置を設けていることを特徴とする学習用のコージェネレーション実演キット。
【請求項２】
請求項１に記載の小型原動機のウオータジャケット内へ水を冷却水として供給し、該ウオータジャケット内にて熱された温水を、該原動機の排気管を通して排出される排気熱により温水を加熱するラジエータと、貯湯槽に連通するよう接続し、該貯湯槽に温水を供給するようにした学習用のコージェネレーション実演キット。
【請求項３】
請求項２に記載の原動機の排気ガスからの排熱を回収するためのラジエータに、熱回収を行いながらも排気効率を維持向上させるためにファンを設けた学習用のコージェネレーション実演キット。
【請求項４】
請求項１に記載のウオータジャケット、ラジエータへの給水量を制御する流量制御弁を具備する、学習用のコージェネレーション実演キット。
【請求項５】
組み立てが容易で、子供達の興味を引き付けて高い学習効果を得ることができ、コージェネレーションシステムの原理を学びながら、エネルギーの重要性を認識することのできることを特徴とする組み立て式の学習用のコージェネレーション実演キット
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原動機を用いながらも組み立てが容易で、子供達の興味を引き付けて高い学習効果を得ることができる、コージェネレーションシステムについて学習するための教材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
エネルギー利用、環境問題の重要性により各地においてコージェネレーションシステムは普及している。小中学生においても、早い段階からコージェネレーションシステムの原理を学習し、エネルギーの重要性を認識させる必要がある。
【０００３】
しかし、コージェネレーションの原理を文書のみで学習することは理解が難しいと思われる。最近では子供の理科嫌いが問題となっており、その原因は公式や法則の丸暗記を中心としたただ憶えるだけの授業内容に興味を持てないことにあるのではないかと言われている。このような状況を苦慮して、授業に多くの実験を取り入れようとする試みもなされているが、コージェネレーションに関する教材は実現していなかった。
【０００４】
また、コージェネレーション一システムの学習は理科教科と社会科教科の融合であり、従来の教材では対応しきれないという問題が発生している。近年の教材の多くは自然エネルギーを対象とした教材が多く造られているが、大規模集中型のコージェネレーションシステムとしては、原動機を用いたシステムが主流である。ところが、原動機を用いたコージェネシステムの教材は無かったため、原動機を用いたシステムの児童に対する認識は少なかった。
【０００５】
この改善策として、模型用原動機に発電機を取り付け、電気を発生させる装置の教材が造られている。しかしながらこの教材では、原動機を用いて発電できることは理解できても、エネルギー発生が電力だけのモノジェネレーションであるため、熱エネルギーを廃棄しており、貴重な化石燃料を無駄に消費している例を示すことになる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
解決しようとする問題点は、現行の教材が模型用小型原動機を使用し電気エネルギーのみを利用し、熱エネルギーを廃棄していることである。
【０００７】
模型用小型原動機を使用し発電のみを実施すると、原動機から発生する熱は原動機クランクケース上部に取り付ける放熱フィンにより廃棄していた。自然空冷式を採用する小型原動機は原動機自体が高温になるとオーバーヒートしてしまい、回転の停止、原動機の破損につながる。そのため、放熱フィンを取り付け熱を廃棄する必要があった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、模型用小型原動機を使用した電気エネルギーと熱エネルギーの両方を使用するいわゆるコージェネレーションシステムであり、学習用の実演キットであることを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る学習用のコージェネレーション実演キットによれば、小型原動機を用いて効率的に発電と発熱の利用をすることが出来、エネルギーの効率的な利用原理を視覚的に体感しながら学習することができる。
【００１０】
本発明に係る学習用のコージェネレーション実演キットによれば、各部品を組み立てることで学習用のコージェネレーションシステムを容易に製作することができ、しかも殆ど全ての部分を自ら比較的簡単に組み立てることができるので、生徒の実験に対する自主性を引き出すことができる。しかも、理科が嫌いな生徒であってもその興味を引き付けて優れた学習効果を得ることができる教材となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の小型原動機にはクランクケース上部にウオータジャケットを取り付け、原動機の強制水冷を行いつつ、原動機の発熱を温水に換える。さらに、ウオータジャケットの温水をラジエータに連通するよう接続し、原動機から排出される排気ガスの熱エネルギーを温水に換え、熱効率の向上実現し、効率向上の重要性を学習できるよう実現した。
【実施例】
【００１２】
以下、本発明に係るコージェネレーションシステムの学習用実演キット及び好適な実施形態について、図面を参照しつつ説明する。図1は本発明に係るコージェネレーションシステムの学習用実演キットを組み立てて製作された状況を示す概要図である。
【００１３】
本発明の発電に係る基台１上の模型用小型原動機（以下、原動機）２と直流発電機１４はプーリー１５をそれぞれの駆動軸に取り付け、ベルト１６を介して原動機２の回転を発電機１４に伝達している。プーリー１５をスプロケット、ベルト１６をチェーンとして、また他の方法によって原動機２と直流発電機１４の動力を伝達しても構わない。伝達部にはカバー２１を取り付け、原動機２と直流発電機１４の回転部に手を触れないよう措置を取る。
【００１４】
直流発電機１４により発生した直流電圧は一定でないため、ＤＣ/ＤＣコンバータ１７で一定電圧に変換する。その後、使用負荷にあわせた電圧に再変換し負荷１８に接続する。
【００１５】
（図１において）本発明の発熱に係わる基台１上の原動機２、ラジエータ６、貯湯槽１１、ポンプ１２を耐熱ホース１０を用いて接続し、ホース内部を温水が強制循環するように配置、接続する。
【００１６】
（図２において）貯湯槽１１の側方下部に位置する取水口２３からポンプ１２の取水口２５へ耐熱ホース２４が連結されており、ポンプ１２の給水能力により貯湯槽内の温水を取水する。貯湯槽１１は塩化ビニルなどのプラスチック材、または保温した金属からなり１リットル程度の温水を貯湯できる。貯湯槽１１の下部より取水することにより、温度の低い部分を優先的に排出し過熱することが可能となる。
【００１７】
ポンプ１２の電源には原動機２と直流発電機１４によって発せられた電力を用い、教材内での電力供給・消費をおこなっている。
【００１８】
（図２において）ポンプ１２の排水口２６から流量制御弁１３を介して原動機２のウオータジャケット３の注水口２９に耐熱ホース２７が連結されている。ウオータジャケット３は原動機２のクランクケース２８の上部に固定してあり、形鋼またはアルミからなり、原動機２の発熱によるピストンの焼き付き、オーバーヒートを防止する役割をもつ。流量制御弁１３によりウオータジャケット３に注入する温水量を制御し、原動機２の冷却と温水の取得を両立させている。
【００１９】
（図１において）原動機２には消音のためサイレンサー５が取り付けてあり、サイレンサー５の一端より排気をおこなっている。（図３において）排気ガス７には燃料の燃焼に伴う発熱が含まれており、この発熱含んだ排気ガスを排気用ダクト８を介してラジエータ６に噴射し、ラジエータ６表面の集熱フィン３４で熱交換をおこなう。ウオータジャケット３の取水口３０からラジエータ６の注水口３２へ耐熱ホース３１が連結されており、ウオータジャケット３で熱せられた温水をラジエータ６で再度加熱することにより、原動機２の持つ熱エネルギーを温水に熱交換させる。
【００２０】
ラジエータ６は温水を循環させるパイプと多数の集熱フィン３４で構成される。集熱効果を高めるため、集熱フィン３４を多くすると排気ガス７の排圧が下がり排気効率が低下し燃焼効率の低下を引き起こす。排気効率の低下を防ぐために、排気用ファン９をラジエータ６の一端に取り付け、排気ガス７を強制的に外部に排出する。
【００２１】
（図４において）ラジエータ６内で加熱された温水はラジエータ６の取水口３３から貯湯槽１１の上部の注水口２２へ耐熱ホース３５が連結されており、ウオータジャケット３、ラジエータ６で加熱された温水が貯湯槽１１に戻り、また循環していく構造となっている。貯湯槽１１の上部に注水口２２を設けることにより、温度の高い温水を貯湯槽１１の上部に位置させ、温度の低い部分を貯湯槽１１の下部からポンプ１２で取水し加熱することにより効率的な温水の製造をおこなうことができる。
【００２２】
（図１において）負荷１８の電源接続部には電流・電圧センサを取り付け、電力表示部１９に表示させる。コージェネレーションシステムの発電状況を数値で確認することが出来、子供の関心・興味をひきつけ学習意欲向上になる。
【００２３】
貯湯槽１１に温度センサを取り付け、温度表示部２０に表示させる。コージェネレーションシステムの発熱状況を数値で確認することが出来、子供の関心・興味をひきつけ学習意欲向上になる。
【００２４】
また、温度センサにより貯湯槽１１の温水の温度を確認することにより、温水の温度が高くなりすぎると、原動機２のウオータジャケット３内の温水も高温となり、原動機２の冷却効果を無効にしてしまう。原動機２のオーバーヒートを防止するために、原動機２への燃料供給の停止、若しくは貯湯槽１１への冷水の注入による温水の温度降下を即す必要がある。
【００２５】
貯湯槽１１に貯蓄された温水を温水取出し口３６より取出し、温度を確認することにより、コージェネレーションシステムの発熱状況を手で直接触れて認識することが出来る。また、温水を取出し、貯湯槽１１内の水の入れ替えを行うことにより、原動機２のオーバーヒートを防止する効果もある。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】システム全体の概要を示した説明図である。
【図２】貯湯槽、ポンプ、流量制御弁、原動機の接続を示した説明図である。
【図３】原動機、ラジエータの接続を示した説明図である。
【図４】ラジエータ、貯湯槽の接続を示した説明図である。
【図１】
2005148277.tif 000003
【図２】
2005148277.tif 000004
【図３】
2005148277.tif 000005
【図４】
2005148277.tif 000006