(57)【要約】【課題】冷却塔によるエンジンの冷却水の冷却機能を持たせつつ、発電出力、および発電効率を向上させ、かつ、騒音が少なく、白煙が発生することのないエンジン駆動発電装置を提供する。【解決手段】エンジンと、エンジンによって駆動される発電機と、エンジンおよび発電機を制御する制御盤と、二次冷却水を冷却する冷却塔と、エンジンの冷却水と二次冷却水を熱交換させる熱交換器とから構成されるエンジン駆動発電装置において、冷却塔の排気口に煙道を接続し、この煙道内にエンジンの排気ガスを放出するようにしているので、冷却塔によるエンジンの冷却水の冷却機能を持たせつつ、発電出力、および発電効率を向上させ、かつ、騒音が少なく、白煙が発生することのないエンジン駆動発電装置を提供できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと、前記エンジンによって駆動される発電機と、前記エンジンおよび前記発電機を制御する制御盤と、二次冷却水を冷却する冷却塔と、前記エンジンの冷却水と前記二次冷却水を熱交換させる熱交換器とから構成されるエンジン駆動発電装置において、前記冷却塔の排気口に煙道を接続し、前記煙道内に前記エンジンの排気ガスを放出することを特徴とするエンジン駆動発電装置。
【請求項２】
請求項１に記載のエンジン駆動発電装置において、前記煙道の内部に羽根を設けたことを特徴とするエンジン駆動発電装置。
【請求項３】
請求項１に記載のエンジン駆動発電装置において、前記エンジン駆動発電装置を構成する機器を筐体内に収めたことを特徴とする発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジン駆動発電装置に係り、特にエンジンの冷却水を冷却する冷却塔を有するエンジン駆動発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のエンジン駆動発電装置は、エンジンの冷却水を冷やし放熱させるための冷却手段を装備している。
【０００３】
以下、従来のエンジン駆動発電装置の概要を図５を参照して説明する。  
従来のエンジン駆動発電装置は、エンジン１、発電機２、制御盤３、エンジン１の冷却水４と二次冷却水５との間で熱交換する熱交換器６、二次冷却水５を冷却する冷却塔７等を装備している。
【０００４】
エンジン１の回転軸８の一端には発電機２の回転軸９が結合されており、エンジン１が発電機２を駆動し電力を発生する。エンジン１の排気管１０は消音器１１に接続されており、エンジン１から排出される排気は消音器１１で騒音の大きさを減少させた後、消音器１１の排気口１２から排気ガス１３として大気に放出される。制御盤３は、エンジン１の速度、および発電機２の出力電圧を調整し、また、発電機２が発電した電力を負荷又は電力系統１４へ送電するための機能を持っている。
【０００５】
エンジン１の冷却水４は熱交換器６の一次側に一次冷却ポンプ１５によって送られる。熱交換器６には冷却塔７で冷却された二次冷却水５が二次冷却水ポンプ１６によって送られており、エンジン１の冷却水４は二次冷却水５と熱交換することで適切な温度まで冷やされ、エンジン１に送り返される。
【０００６】
冷却塔７の上部には、電動機１７によって駆動されるファン１８が取り付けられていて、ファン１８が回転することで冷却塔７のルーバー１９から空気２０を吸い込む。熱交換器６でエンジン１の冷却水４と熱交換し温度が上昇した二次冷却水５は、冷却塔７の上部から冷却塔７に吸い込まれた空気２０に散布される。充填材２１は散布された二次冷却水５が空気２０と接触する面積を増加させるために設置されているもので、二次冷却水５は充填材２１の表面を流れるうちにファン１８によって空気２０と接触し、その一部が蒸発することによって冷やされる。冷やされた二次冷却水５は冷却塔７の下部にたまり、再びポンプ１６によって熱交換器６に送られる。二次冷却水５の水蒸気を含んで高温多湿になった空気は冷却塔７の排気２２として排気口２３から排出される。蒸発して減少した二次冷却水５は外部から適宜補給されるようになっている。
【０００７】
上記のエンジン駆動発電装置において、冷却塔７のファン１８は電動機１７で駆動されているので、電動機１７で消費する電力の分だけ、エンジン駆動発電装置として最終的に得られる発電電力が減少し、発電効率が低下する原因になっている。また、ファン１８は騒音の原因にもなっている。また、冬期や梅雨期において、冷却塔７からの排気２２が白煙となって見えることがある。これは、排気２２が、二次冷却水５の一部が蒸発した水蒸気を含み高温多湿となっているため、冷えた外気、又は温度の高い外気と接触することで水蒸気が結露し、白煙となって見える。
【０００８】
白煙発生の原理を図６を用いて説明する。図６は湿り空気線図と呼ばれるもので、横軸に乾球温度、縦軸に絶対湿度をとってある。飽和曲線は、ある温度において１ｋｇの空気が最大限に含むことのできる水蒸気の重さ、すなわち、飽和水蒸気量を示している。例えばＡ点の空気は冷却塔のルーバーから吸い込まれる空気の状態である。Ａ点の空気は冷却塔内で二次冷却水と熱交換してＢ点の飽和空気となる。Ｂ点の空気は冷却塔の排気口から排出され、Ａ点の空気と混合しながらＡ点の状態に戻っていくが、このとき、直線Ｂ−Ａと飽和曲線に囲まれた部分（網掛け部）の空気が過飽和の状態になって結露し、霧が発生して白煙となる。ここで、Ａ点が図の左側、又は上方に行くほど直線Ｂ−Ａと飽和曲線に囲まれた部分の面積は増えていく。言い換えれば、気温が低い冬期、および湿度の高い梅雨期には特に白煙が発生しやすいということを示している。この白煙はただの水蒸気であり、人畜無害なものではあるが、街灯やネオンの光を反映して、エンジン駆動発電装置が火災を発生していると誤認されたり、航空機の管制障害となるほか、付近の住民から有害物質を撒き散らしているように勘違いされるという問題があった。
【０００９】
この冷却塔から発生する白煙を防止する方法については、例えば特許文献１が知られている。この方法は、ゴミ焼却発電システムを構成する排熱ボイラから排出される排気ガスを用いて冷却塔からの白煙を防止したものであるが、発電システム全体の発電出力、および発電効率の向上を考慮したものではない。また、冷却塔単体で白煙防止を講じたものも存在するが、冷却塔の寸法が大きくなるなどの弊害があり、また、システム全体の効率向上には寄与していない。
【００１０】
また、エンジン駆動発電装置を風雨にさらされる屋外等へ設置する場合には、風雨によって機器が故障することを防ぐために、装置全体を筐体で覆い保護しなければならない。このとき、筐体の内部はエンジン、および発電機、制御盤等からの発熱により高温になるため、従来のエンジン駆動発電装置では、換気ファンを取り付けて筐体内部の空気を換気する必要がある。しかしながら、換気ファンを駆動するための消費電力の分だけエンジン駆動発電装置としての発電出力、および発電効率が低下してしまっていた。また、換気ファンが回転することで騒音も発生する問題がある。
【特許文献１】特開平６−２８０５０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その課題は、冷却塔によるエンジンの冷却水の冷却機能を持たせつつ、発電出力、および発電効率を向上させ、かつ、騒音が少なく、白煙が発生することのないエンジン駆動発電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記課題を達成するために、請求項１に記載の発明は、エンジンと、前記エンジンによって駆動される発電機と、前記エンジンおよび前記発電機を制御する制御盤と、二次冷却水を冷却する冷却塔と、前記エンジンの冷却水と前記二次冷却水を熱交換させる熱交換器とから構成されるエンジン駆動発電装置において、前記冷却塔の排気口に煙道を接続し、前記煙道内に前記エンジンの排気ガスを放出することを特徴とする。
【００１３】
請求項１に記載の発明によると、煙道を排気ガスが流れることによって発生する煙突効果によって、冷却塔内部を通過する空気の流れが発生し、冷却塔のファンを回転させなくてもよい。したがって、冷却塔ファンを駆動するための電力の消費がなくなり、また、ファンが発生する騒音もなくなる。さらに、冷却塔から排出される高湿度の排気をエンジンの排気ガスが温めることで湿度が減少し白煙を防止することができる。したがって、発電出力、および発電効率を向上させ、かつ、騒音が少なく、白煙が発生することのないエンジン駆動発電装置を提供できる。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のエンジン駆動発電装置において、前記煙道の内部に羽根を設けたことを特徴とする。  
請求項２に記載の発明によると、冷却塔から排出される高湿度の排気を、煙道に設置した羽根によってエンジンの排気ガスと混合させることで、より確実に冷却塔の排気を温めて湿度を減少させることができるので、より確実に白煙を防止できる。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のエンジン駆動発電装置において、前記エンジン駆動発電装置を構成する機器を筐体内に収めたことを特徴とする。  
請求項３に記載の発明によると、あらたに換気ファンを追加することなしに、風雨からエンジン駆動発電装置を保護する筐体の内部の換気を行うことができる。したがって、発電出力、および発電効率を低下することなく、騒音の発生もなく、エンジン駆動発電装置を屋外に設置することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、冷却塔によるエンジンの冷却水の冷却機能を持たせつつ、発電出力、および発電効率を向上させ、かつ、騒音が少なく、白煙が発生することのないエンジン駆動発電装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の最良の実施形態は、エンジンと、前記エンジンによって駆動される発電機と、前記エンジンおよび前記発電機を制御する制御盤と、二次冷却水を冷却する冷却塔と、前記エンジンの冷却水と前記二次冷却水を熱交換させる熱交換器により構成されるエンジン駆動発電装置において、前記冷却塔の排気口に煙道を接続し、前記煙道内に前記エンジンの排気ガスを放出するように構成したものである。
【実施例１】
【００１８】
図１は、本発明の実施例１（請求項１対応）のエンジン駆動発電装置の構成図であり、既に説明した図５の従来例と同一部分には同一符号を付し、その説明を省略する。  
本実施例が図５の従来例と相違する点は、図１において、煙道２４を冷却塔７の排気口２３に排気２２が鉛直上方に流れるように接続し、その煙道２４の途中に消音器１１の排気口１２を設置し、エンジン１の排気ガス１３を鉛直上方に排出するように構成した点である。
【００１９】
このような構成によってエンジン駆動発電装置を運転すると、煙道２４の中に排出した排気ガス１３の温度と煙道２４の頭頂部の外気温度との温度差に起因する比容積差によって煙突効果が発生し、外気の圧力よりも煙道２４の下端の圧力の方が低くなる。そのため、ファン１８を運転しなくても、冷却塔７のルーバー１９から煙道２４の下端が接続されている排気口２３へ向かって空気の流れが形成される。したがって、エンジン駆動発電装置を運転しても電動機１７を廻す必要はなく、電動機１７で消費していた電力分だけエンジン駆動発電装置としての発電出力が増大し、発電効率も上昇する。また、ファン１８が回転しないので騒音を発生することもない。さらに、二次冷却水５の水蒸気を含み高温多湿となった冷却塔７の排気２２は煙道２４の中でエンジンの排気ガスと接触し、その温度が上昇することによって湿度が低下する。
【００２０】
これを図２によって説明する。図２は白煙発生の原理を説明した図６と同じ湿り空気線図で、Ａ点の空気は冷却塔のルーバーから吸い込まれる空気の状態で、Ｂ点の空気は冷却塔内で二次冷却水と熱交換した状態である。図２のＡ点とＢ点は図６と同じ状態である。Ｂ点の空気は煙道の中でエンジンの排気ガスと接触し温度が上昇することで、相対湿度が低下し、Ｃ点の状態になる。Ｃ点の空気は煙道から排気され、Ａ点の空気と混合しながらＡ点の状態に戻っていくが、このとき、直線Ｃ−Ａは飽和曲線と交わらないので過飽和の状態になることはなく、結露は発生しない。したがって、霧が発生して白煙となることもない。
【００２１】
以上説明したように本実施例によれば、煙道を排気ガスが流れることによって発生する煙突効果によって、冷却塔内部を通過する空気の流れが発生し、冷却塔のファンを回転させなくてもよい。したがって、冷却塔ファンを駆動するための電力の消費がなくなり、また、ファンが発生する騒音もなくなる。しかも、冷却塔から排出される高湿度の排気をエンジンの排気ガスが温めることで湿度が減少し白煙を防止することができる。このように、本実施例によると、発電出力、および発電効率を向上させ、かつ、騒音が少なく、白煙が発生することのないエンジン駆動発電装置を提供できる。
【実施例２】
【００２２】
図３は、本発明の実施例２（請求項２対応）のエンジン駆動発電装置の煙道の構成図である。本実施例のエンジン駆動発電装置の構成は、煙道２４の内部に螺旋状の羽根２５を設置した構成のみが実施例１と相違し、その他の構成は実施例１と同じであるので、同一部分には同一符号を付してその説明を省略する。
【００２３】
図３に示すように、本実施例の羽根２５の取り付け位置は、消音器１１の排気口１２の上から煙道２４の上端までの間であれば任意に配置できる。このように煙道２４を構成することで、冷却塔７の排気２２とエンジン１の排気ガス１３を混合することができる。したがって、冷却塔７の排気２２の温度をより確実に上昇させることができる。
【００２４】
以上説明したように本実施例によれば、冷却塔から排出される高湿度の排気を、煙道に設置した羽根によってエンジンの排気ガスと混合させることで、より確実に冷却塔の排気を温めて湿度を減少させることができるので、より確実に白煙を防止できる。
【実施例３】
【００２５】
図４は、本発明の実施例３（請求項３対応）のエンジン駆動発電装置の構成図である。
本実施例のエンジン駆動発電装置が図１の実施例１と相違する点は、エンジン駆動発電装置を構成する機器を一つの筐体２６の内部へ設置した点であり、その他の構成は同一であるので、同一部分には同一符号を付して、その説明を省略する。
【００２６】
本実施例は、筐体２６の内部に実施例１のエンジン駆動発電装置を設置することで、従来のように換気ファンを設置しなくても、煙道の煙突効果によって筐体２６の吸気口２７から外気を取り込み、筐体２６の内部を換気し、煙道２４から排出するように構成したものである。
【００２７】
以上説明したように本実施例によれば、エンジン駆動発電装置を屋外に設置しても、あらたに換気ファンを追加することなしに、風雨からエンジン駆動発電装置を保護する筐体の内部の換気を行うことができるので、発電出力、および発電効率が低下することなく、騒音の発生もなく、エンジン駆動発電装置を屋外に設置することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施例１のエンジン駆動発電装置の構成図。
【図２】図１のエンジン駆動発電装置において白煙の発生防止を説明する図。
【図３】本発明の実施例２のエンジン駆動発電装置の煙道部分の構成図。
【図４】本発明の実施例３のエンジン駆動発電装置の構成図。
【図５】従来のエンジン駆動発電装置の構成図。
【図６】図５のエンジン駆動発電装置において白煙の発生原理を示す図。
【符号の説明】
【００２９】
１…エンジン、２…発電機、３…制御盤、４…エンジンの冷却水、５…二次冷却水、６…熱交換器、７…冷却塔、８…エンジンの回転軸、９…発電機の回転軸、１０…エンジンの排気管、１１…消音器、１２…消音器の排気口、１３…排気ガス、１４…負荷又は電力系統、１５…一次冷却水ポンプ、１６…二次冷却水ポンプ、１７…電動機、１８…ファン、１９…ルーバー、２０…空気、２１…充填材、２２…冷却塔の排気、２３…冷却塔の排気口、２４…煙道、２５…羽根、２６…筐体、２７…筐体の吸気口。
【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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【図６】
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