(57)【要約】【課題】最適な冷却制御を行うコージェネレーションシステムを提供する。【解決手段】吸気口及び排気口を有する収容ボックス内に、原動機と、前記原動機により駆動される発電機と、前記原動機からの熱を吸収する冷媒の循環路上に設けられる放熱器と、前記放熱器を冷却するファンと、前記循環路上において前記原動機から前記放熱器へ冷媒が流れる位置に設けられ、前記原動機から冷媒が吸収した熱を熱利用装置に供給する熱交換器と、が収容され、前記ファンによって前記吸気口から外気が取り入れられ、前記排気口から排出されることにより、前記収容ボックス内部の換気が行われることを特徴とするコージェネレーションシステムに関する。【選択図】図３
2007187027.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気口及び排気口を有する収容ボックス内に、
原動機と、
前記原動機により駆動される発電機と、
前記原動機からの熱を吸収する冷媒の循環路上に設けられる放熱器と、
前記放熱器を冷却するファンと、
前記循環路上において前記原動機から前記放熱器へ冷媒が流れる位置に設けられ、前記原動機から冷媒が吸収した熱を熱利用装置に供給する熱交換器と、
が収容され、
前記ファンによって前記吸気口から外気が取り入れられ、前記排気口から排出されることにより、前記収容ボックス内部の換気が行われる
ことを特徴とするコージェネレーションシステム。
【請求項２】
前記ファンを駆動する交流電力を出力するインバータと、
前記インバータから出力される交流電力の周波数を制御することによって、前記ファンの回転速度を制御するインバータ制御装置と、
を備える
ことを特徴とする請求項１に記載のコージェネレーションシステム。
【請求項３】
前記インバータ制御装置は、単位時間に前記原動機から空気中へ放出される熱量を示す値と、単位時間に前記発電機から空気中へ放出される熱量を示す値との和を、単位量の空気に吸収させる熱量を示す値で割って得られる値に基づいて、前記ファンの回転速度を制御する
ことを特徴とする請求項２に記載のコージェネレーションシステム。
【請求項４】
単位量の空気に吸収させる熱量を示す前記値は、前記収容ボックス内部の空気の許容温度と前記吸気口から取り入れられる外気の温度との差を示す値に基づいて算出される
ことを特徴とする請求項３に記載のコージェネレーションシステム。
【請求項５】
前記循環路上において前記熱交換器と前記放熱器との間に設けられ、前記熱交換器から冷媒が流入する第１のポートと、前記放熱器へ冷媒が流出する第２のポートと、前記放熱器の迂回路へ冷媒が流出する第３のポートと、を有する調節弁と、
前記調節弁の前記第２のポートから流出する冷媒の量と前記第３のポートから流出する冷媒の量との比率を制御する調節弁制御装置と、
を備えることを特徴とする請求項１に記載のコージェネレーションシステム。
【請求項６】
前記調節弁制御装置は、前記原動機から冷媒に放出される熱量を示す値を、単位量の冷媒に吸収させる熱量を示す値で割って得られる値に基づいて、前記比率を制御する
ことを特徴とする請求項５に記載のコージェネレーションシステム。
【請求項７】
単位量の冷媒に吸収させる熱量を示す前記値は、前記放熱器に流入する冷媒の温度と前記放熱器から流出する冷媒の温度との差を示す値に基づいて算出される
ことを特徴とする請求項６に記載のコージェネレーションシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コージェネレーションシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境問題が大きくクローズアップされており、限りある資源やエネルギーを有効活用するための様々な技術が開発されている。  
中でも、発電時に生ずる排熱を回収して有効利用を図るコージェネレーションシステムが注目されている（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−６１３４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
コージェネレーションシステムでは、発電機から発生する熱や、発電機を駆動する原動機から発生する熱は、熱交換器によって回収され、ボイラや冷温水器等の熱利用装置によって有効利用される。このため７０％前後の高いエネルギー効率を実現している。しかし、回収しきれない熱は最終的には空気中に放出されることになる。
【０００４】
コージェネレーションシステムは、発電機や原動機、制御機器等の各種発熱体がエンクロージャと呼ばれる収容ボックス内に収容されて構成される。そのため、エンクロージャ内部の温度は、上記回収しきれない熱によって上昇することになる。そのため、エンクロージャの内部の空気を適度に換気し冷却することが必要になる。
【０００５】
ここで、エンクロージャ内部の温度は、原動機や発電機の出力や外気温度等に影響を受ける。例えば真夏の炎天下において原動機や発電機を最大出力で運転した場合には、エンクロージャの内部はかなりの高温になる。この場合、エンクロージャ内部の機器に定められた許容温度を超えてしまうことも考えられる。
【０００６】
そのためこれまでのコージェネレーションシステムでは、あらかじめ把握したエンクロージャ内部の温度維持レベルや想定最高気温、原動機からの最大放熱量、発電機からの最大放熱量を基に算出される必要最大空気量を、電動機に取り付けた換気ファンを常時稼動させることで取り込み、エンクロージャ内部の機器の使用許容温度制限を守るようにしていた。
【０００７】
しかしながら、外気温度は高い日もあれば低い日もあり、また原動機や発電機は常に最大出力で運転しているわけではない。このためエンクロージャ内部は過剰に換気がなされていることが多く、コージェネレーションシステムにおけるエネルギー効率の向上を妨げる要因となっていた。
【０００８】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、最適な冷却制御を行うコージェネレーションシステムを提供することを主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明は、吸気口及び排気口を有する収容ボックス内に、原動機と、前記原動機により駆動される発電機と、前記原動機からの熱を吸収する冷媒の循環路上に設けられる放熱器と、前記放熱器を冷却するファンと、前記循環路上において前記原動機から前記放熱器へ冷媒が流れる位置に設けられ、前記原動機から冷媒が吸収した熱を熱利用装置に供給する熱交換器と、が収容され、前記ファンによって前記吸気口から外気が取り入れられ、前記排気口から排出されることにより、前記収容ボックス内部の換気が行われることを特徴とするコージェネレーションシステムに関する。  
このような態様により、収容ボックス（以下、エンクロージャとも記す）内部の換気を、放熱器を冷却するファン（以下、ラジエータファンとも記す）によって行うことができるようになるため、最適な冷却制御を行うことが可能となる。また、従来換気用に用いていた換気用ファンを不要とすることができるため、換気ファンのコストの削減が可能となる。さらに換気ファンを駆動するための動力も不要とすることができるため、エネルギー効率を向上させることも可能となる。
【００１０】
また前記コージェネレーションシステムは、前記ファンを駆動する交流電力を出力するインバータと、前記インバータから出力される交流電力の周波数を制御することによって、前記ファンの回転速度を制御するインバータ制御装置と、を備えるようにすることもできる。  
このような態様によって、ラジエータファンの回転速度を自由に制御することが可能となる。このため、外気温度や原動機、発電機からの放熱量等に応じて、風量を任意に調節できるため、エンクロージャ内部の無駄な冷却を防ぎ、総合熱効率を向上させることが可能となる。また、ファンを駆動するための動力も必要量に抑制できるため、上記総合熱効率を向上させることが可能となる。
【００１１】
また前記インバータ制御装置は、単位時間に前記原動機から空気中へ放出される熱量を示す値と、単位時間に前記発電機から空気中へ放出される熱量を示す値との和を、単位量の空気に吸収させる熱量を示す値で割って得られる値に基づいて、前記ファンの回転速度を制御するようにすることもできる。  
このような態様によって、原動機や発電機からの熱を吸収したエンクロージャ内部の空気を排出するために単位時間当たりに必要な空気の量を算出し、その値に基づいてラジエータファンの回転速度を制御することができる。このため、換気される空気の量を最適に制御することが可能となる。
【００１２】
ここで、単位量の空気に吸収させる熱量を示す前記値は、前記収容ボックス内部の空気の許容温度と前記吸気口から取り入れられる外気の温度との差を示す値に基づいて算出されるようにすることもできる。  
このような態様によって、エンクロージャの内外の温度差に応じた必要空気量を算出することが可能となる。そしてこのようにして算出された空気の量に基づいて換気を行うことにより、エンクロージャ内部の温度を一定に保つように制御することが可能となる。
【００１３】
また上記コージェネレーションシステムは、前記循環路上において前記熱交換器と前記放熱器との間に設けられ、前記熱交換器から冷媒が流入する第１のポートと、前記放熱器へ冷媒が流出する第２のポートと、前記放熱器の迂回路へ冷媒が流出する第３のポートと、を有する調節弁と、前記調節弁の前記第２のポートから流出する冷媒の量と前記第３のポートから流出する冷媒の量との比率を制御する調節弁制御装置と、を備えるようにすることもできる。  
このような態様により、放熱器に流入する冷媒の量を自由に制御することが可能となるため、原動機の性能や耐久性に応じた最適な冷媒の冷却を行うことが可能となる。またこれにより最適な冷却制御を行うことが可能となる。
【００１４】
また前記調節弁制御装置は、前記原動機から冷媒に放出される熱量を示す値を、単位量の冷媒に吸収させる熱量を示す値で割って得られる値に基づいて、前記比率を制御するようにすることもできる。  
このような態様によって、原動機から冷媒が吸収した熱を冷却するために必要な単位時間当たりの冷媒の量を算出し、その値に基づいて放熱器へ流れる冷媒の量を制御することができる。このため冷媒の冷却を最適に制御することが可能となる。
【００１５】
また、単位量の冷媒に吸収させる熱量を示す前記値は、前記放熱器に流入する冷媒の温度と前記放熱器から流出する冷媒の温度との差を示す値に基づいて算出されるようにすることもできる。  
このような態様によって、放熱器を通過する前後の冷媒の温度差に応じて、放熱器を通過させる冷媒の量を算出することが可能となる。そしてこのようにして算出された冷媒の量に基づいて調節弁の制御を行うことにより、冷媒の温度を一定に保つように制御することが可能となる。
【００１６】
その他、本願が開示する課題、及びその解決方法は、発明を実施するための最良の形態の欄、及び図面により明らかにされる。
【発明の効果】
【００１７】
最適な冷却制御を行うコージェネレーションシステムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本実施の形態にかかるコージェネレーションシステム１００を、従来のコージェネレーションシステム１１０との比較において説明するための図を、図３及び図４に示す。また従来のコージェネレーションシステム１１０を図１及び図２に示す。
【００１９】
まず図１に示すように、従来のコージェネレーションシステム１１０について説明する。従来のコージェネレーションシステム１１０は、天井部に換気ファン６３０を備えたエンクロージャ４００の内部に、エンジン２００と、発電機３００と、ラジエータ５００と、ラジエータファン６００と、熱交換器８００と、ワックス弁７１０とが収容されて構成される。
【００２０】
エンジン２００は、発電機３００を駆動するための原動機である。例えばディーゼルエンジンやガスタービンエンジンとすることができる。発電機３００により発生した電力は、図示しない外部の電力利用装置によって利用される。  
またエンジン２００からの排熱は循環路５１０内を循環する冷媒（以下、エンジンジャケット冷却水とも記す）によって吸収され、熱交換器８００によって図示しない熱利用装置に供給される。
【００２１】
エンクロージャ４００内部の暖まった空気は、エンクロージャ４００の天井部に設けられる換気ファン６３０により外部へ排出される。またエンクロージャ４００は吸気口４１０と排気口４２０とを有しており、吸気口４１０から外気を取り込み、エンクロージャ内部の空気を排気口４２０から排出する。
【００２２】
エンジン２００からの熱を吸収した冷媒は、循環路５１０上に設けられているラジエータ５００により冷却される。またラジエータ５００において冷媒の冷却が効率よく行われるように、ラジエータ５００にはラジエータファン６００から風が吹き付けられる。また循環路５１０には、ラジエータ５００を迂回する迂回路５１１が設けられており、迂回路５１１への分岐点には、ワックス弁７１０が設けられている。  
ワックス弁７１０は、冷媒の温度に応じて弁の開度が変化する。これにより、冷媒の温度に応じてラジエータ５００へ流出する冷媒の量と、ラジエータ５００を迂回する迂回路５１１へ流出する冷媒の量との比率が変化する。
【００２３】
なお、ラジエータファン６００は、図１に示すようにエンジン２００により駆動されるようにすることもできるし、図２に示すようにモータ６１０により駆動されるようにすることもできる。
【００２４】
図１及び図２に示したような従来のコージェネレーションシステム１１０においては、エンクロージャ４００内部に設けられる制御装置や電動機など電気製品の使用許容温度制限を守るための温度維持制御は、換気ファン６３０を駆動させることによる外気取り込みによって対応している。  
このとき取り込む空気の量は、あらかじめ把握したエンクロージャ４００内の温度維持レベルや想定最高温度、最大エンジン他放熱量、最大発電機放熱量を基に算出され（想定最大値）、電動機に取り付けられた換気ファン６３０を常時稼動することで達成されている。
【００２５】
またエンジンジャケット冷却水の温度もエンジン性能や耐久性の観点から一定範囲内に維持することが必要であり、エンジンジャケット冷却水をラジエータ５００に通水して、エンジン２００の軸端または電動機を駆動源とするラジエータファン６００で空冷することで対応している。  
ラジエータ５００の熱交換容量及びラジエータファン６００の送風量は、あらかじめ把握した最大ジャケット排熱量を基に決定される（想定最大値）。  
ラジエータ５００への通水流量調節は、サーモスタット式ワックス弁７１０が用いられ、エンジンジャケット冷却水の温度に応じた成り行きの作動（開度）により決まる。
【００２６】
またエンクロージャ４００の内部温度維持に必要な取り込み空気量は、以下のようにして算出される。  
まず、エンクロージャ４００の内部でエンジン２００を駆動させて発電機出力を得る場合、エンジン２００や発電機３００、排気管、冷却水配管などからの放熱（エンジン投入熱量の７％〜１０％）により、エンクロージャ４００の内部の温度が上昇する。従って、夏季など取り込み空気温度が高いときを想定して、エンクロージャ４００内の温度を所定温度（制御機器や電動機などの電気製品の使用許容温度）以下に保つために必要な換気を行う。
【００２７】
このために、取り込み空気量は、エンジンや発電機等からの放熱量を空気１立方メートルあたりの処理熱量にて除算することにより算出する。
【００２８】
具体的には式（１）で表される。  
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【００２９】
ここで、Ｇは発電機の定格出力時の燃料消費量[kg/hまたはl/h]であり、Ｈは燃料発熱量[kcal/kg又はkcal/l]であり、ｆはエンジン放熱率[%]であり、Ｐは発電機定格出力[kW]であり、ηは発電機効率[%]であり、８６０は熱量換算のための定数[kcal/kWh]であり、Δｔは温度上昇許容値[℃]であり、Ｃｐは乾燥空気の定圧比熱[kcal/kg]であり、ρは空気密度[kg/m3]である。またΔｔは、電気製品の使用許容温度と想定される最大取り込み空気温度（外気温度）との差である。
【００３０】
また、Ｇ×Ｈ×ｆはエンジン他からの放熱量であり、Ｐ×（１÷η−１）×８６０は発電機３００からの放熱量であり、Δｔ×Ｃｐ×ρは空気１ｍ３あたりの処理熱量である。
【００３１】
ここで、式（１）で算出される取り込み空気量は、発電機定格出力時において想定される最大取り込み空気温度を基に設定されており、発電機出力や取り込み空気温度が低下すれば取り込み空気量は過剰となる。またラジエータファン６００の送風量も取り込み空気量と同様に、発電機定格出力時において想定される最大エンクロージャ内温度を基に設定されており、発電機出力や取り込み空気温度が低下すれば取り込み空気量は過剰となる。
【００３２】
これらの過剰な空気量を常時発生させることは、ラジエータファン６００の駆動に関わる電力またはエンジン動力を過剰に消費しているといえる。
【００３３】
例えば、Ｇ＝48.6[l/h]、Ｈ＝9320[kcal/l]、ｆ＝7[%]、Ｐ＝190[kW]、η＝91[%]、Δｔ＝15[℃]（電気製品の使用許容温度＝55℃、最大取り込み空気温度＝40℃）、Ｃｐ＝0.24[kcal/kg]、ρ＝1.24[kg/m3]とした場合には、取り込み空気量＝10723[m3/h]と算出される。ところが、Ｇ＝27.6[l/h]、Ｐ＝100[kW]、Δｔ＝35[℃]（電気製品の使用許容温度＝55℃、最大取り込み空気温度＝20℃）として算出すると、取り込み空気量＝2545[m3/h]と算出される。この取り込み空気量の差が過剰であることになる。
【００３４】
また、このような過剰な空気量を常時送風することは、エンクロージャ４００内部の温度を必要以上に下げることになり、本来有効利用可能であるはずの排熱から放熱を促進させてしまい、総合熱効率を低下させることにもなる。
【００３５】
また従来のコージェネレーションシステム１１０では、ジャケット排熱の高度利用に対する配慮がなされていない。つまり、エンジンジャケット冷却水の温度管理は、エンジン出口ジャケット冷却水温度に応じて作動するサーモスタット式ワックス弁７１０によって、一定範囲内（例えば８０℃〜９０℃程度の幅をもって変動する）に収められているが、一定温度を維持する制御方法ではない（９０℃程度の高位温度を安定保持することができない）ため、ジャケット排熱の利用先としては給湯利用程度（６０℃〜７０℃給湯）が多くなってしまい、ジャケット排熱の高度利用（高位温度の安定供給を望む吸収式冷温水器や排熱回収ボイラなどへの適用）ができない。
【００３６】
次に、図３及び図４を参照し、本実施の形態にかかるコージェネレーションシステム１００を従来のコージェネレーションシステム１１０と比較しながら説明する。
【００３７】
まず図３に示すように、本実施の形態にかかるコージェネレーションシステム１００は、換気ファン６３０を備えない。つまり、本実施の形態にかかるコージェネレーションシステム１００は、エンクロージャ（特許請求の範囲に記載の収容ボックスに相当する）４００内に、エンジン２００（特許請求の範囲に記載の原動機に相当する）と、エンジン２００により駆動される発電機３００と、エンジン２００からの熱を吸収する冷媒の循環路５１０上に設けられるラジエータ（特許請求の範囲に記載の放熱器に相当する）５００と、ラジエータ５００を冷却するラジエータファン（特許請求の範囲に記載のファンに相当する）６００と、循環路５１０上においてエンジン２００からラジエータ５００へ冷媒が流れる位置に設けられ、エンジン２００から冷媒が吸収した熱を、図示しない熱利用装置に供給する熱交換器８００と、が収容されて構成される。エンクロージャ４００には、吸気口４１０と排気口４２０が設けられており、ラジエータファン６００によって吸気口４１０から外気が取り入れられ、排気口４２０から排出されることにより、エンクロージャ４００内部の換気が行われる。  
このようにラジエータファン６００によってエンクロージャ４００の内部の換気を行うようにすることにより、最適な冷却制御を行うことが可能となる。また補機動力やイニシャルコストの低減を図ることも可能となる。
【００３８】
また図３に示すように、本実施の形態にかかるコージェネレーションシステム１００は、インバータ６２０と、制御装置（特許請求の範囲に記載のインバータ制御装置に相当する）９００とを備えるようにすることもできる。インバータ６２０は、ラジエータファン６００を駆動する交流電力を出力する。また制御装置９００は、インバータ６２０から出力される交流電力の周波数を制御することによって、ラジエータファン６００の回転速度を制御する。  
このようにすることにより、ラジエータファン６００をインバータ６２０による回転数制御にすることが可能となる。これにより、条件に応じて任意に風量を調節可能とできると共に、補機動力を低減し、総合熱効率の向上を図ることが可能となる。
【００３９】
なお制御装置９００は、図１４に示すように、ＣＰＵ（Central Processing Unit）９１０、メモリ９２０、Ｉ／Ｆ９３０を備える。  
ＣＰＵ９１０は制御装置９００の全体の制御を司るもので、メモリ９２０に記憶される本実施の形態に係る各種の動作を行うためのコードから構成される制御プログラム９４０を実行することにより、各種制御を実行する。メモリ９２０には、制御プログラム９４０の他、後述するファン回転数風量テーブル１０００、発電機出力燃料消費量テーブル１０１０、三方弁開度通水流量テーブル１０２０、発電機出力ジャケット排熱テーブル１０３０、排気温度冷却水温度テーブル１０４０が記憶される。Ｉ／Ｆ９３０は、コージェネレーションシステム内の各種センサからの信号の入力を受けたり、インバータ６２０や、後述する三方弁７００を駆動するための各種信号を出力したりする。
【００４０】
次に、本実施の形態に係るコージェネレーションシステム１００は、図４に示すように、循環路５１０上において熱交換器８００とラジエータ５００との間に設けられ、熱交換器８００から冷媒が流入する第１のポートと、ラジエータ５００へ冷媒が流出する第２のポートと、ラジエータ５００の迂回路５１１へ冷媒が流出する第３のポートと、を有する三方弁７００（特許請求の範囲に記載の調節弁に相当する）を備えるようにすることもできる。そして本実施の形態に係る制御装置（特許請求の範囲に記載の調節弁制御装置に相当する）９００は、三方弁７００を制御する。  
このようにすることにより、ワックス弁７１０を用いた成り行きの制御ではなく、条件に応じて冷却水がラジエータ５００に通水される流量を調節することが可能となる。これにより、最適な冷却制御が可能となる。
【００４１】
例えば、エンジン２００から冷媒に放出される熱量を示す値を、単位量の冷媒に吸収させる熱量を示す値で割って得られる値に基づいて、第２のポートから流出する冷媒の量と第３のポートから流出する冷媒の量との比率を制御するようにすることができる。これにより、エンジン２００から吸収した熱を冷却するのに必要な量の冷媒をラジエータ５００に流入させるようにすることができる。
【００４２】
ここで、単位量の冷媒に吸収させる熱量を示す値は、ラジエータ５００に流入する冷媒の温度とラジエータ５００から流出する冷媒の温度との差を示す値に基づいて算出するようにする。  
このようにすることにより、エンジン入り口冷却水温度（すなわちラジエータから流出する冷媒の温度）の目標値に対して、ラジエータ５００から流出する冷媒の温度がその目標値になるように、ラジエータ５００へ流入する冷媒の量を制御することが可能となる。これにより、エンジン出口冷却水温度を高位で安定的に保持することが可能となるため、ジャケット排熱の高度利用が可能となる。そしてこれにより、高位温度の安定供給を望む吸収式冷温熱機や排熱回収ボイラなどへの熱供給が可能となる。
【００４３】
＝＝＝冷却制御の詳細＝＝＝
次に、本実施の形態に係るコージェネレーションシステム１００における、冷却制御の詳細について説明する。冷却制御は、エンクロージャ４００の内部の空気の冷却と、冷媒の冷却とに分けられる。
【００４４】
＜エンクロージャ内空気の冷却＞
エンクロージャ４００の内部の空気の冷却を説明するための図を図５に示す。エンクロージャ４００の内部の空気の冷却は、エンクロージャ４００の内部の空気をラジエータファン５００によって換気することにより行う。なお図５には、ラジエータ５００やラジエータファン６００が２つずつ記載されているが、１つずつでも良い。ラジエータ５００やラジエータファン６００を複数用いることにより、より効率良く冷却を行うことが可能となる。
【００４５】
まず、吸収式冷温水器や排熱回収ボイラ等の熱利用装置による熱需要がある場合には、図５（Ａ）に示すように、冷媒がエンジン２００から吸収した熱であるジャケット排熱は熱交換器８００によって熱利用装置に供給される。従って、冷媒の温度は熱交換器８００を通過することにより低下するため、冷媒をラジエータ５００でさらに冷却する必要はない。従って、冷媒は迂回路５１１を通ってエンジン２００に戻される。
【００４６】
一方、エンクロージャ４００の内部の空気は、エンジン２００や発電機３００からの放熱により暖められる。このため、ラジエータファン６００は、エンジン２００及び発電機３００により暖められたエンクロージャ４００の内部の空気を換気するのに必要な分の風量を確保するような回転速度に制御される。
【００４７】
もちろん、熱需要がある場合であっても、需要量が少ない場合には、熱交換器８００を通過した冷媒の温度が大きく下がらない場合もある。この場合制御装置９００は、三方弁７００を制御して、ラジエータ５００へ流れる冷媒の量と迂回路５１１へ流れる冷媒の量との比率を調節し、冷媒の一部がラジエータ５００で冷却されるようにする。
【００４８】
一方、熱利用装置による熱需要がない場合には、図５（Ｂ）に示すように、冷媒の温度は熱交換器８００を通過しても低下しない。そのため、冷媒がラジエータ５００に流れるように三方弁７００が制御される。そしてラジエータファン６００からの風がラジエータ５００に吹き付けられることにより、冷媒からの熱がエンクロージャ４００の内部に放出される。つまり、エンクロージャ４００の内部の空気は、エンジン２００や発電機３００だけでなく、ラジエータ５００によっても暖められる。このため、ラジエータファン６００は、ラジエータ５００、エンジン２００、及び発電機３００により暖められたエンクロージャ４００の内部の空気を換気するのに必要な分の風量を確保するような回転速度に制御される。
【００４９】
＜冷媒の冷却＞
次に、冷媒の冷却の制御を説明するための図を図６に示す。冷媒の冷却は、熱交換器８００及びラジエータ５００によって行われる。制御装置９００は、三方弁７００を制御して、ラジエータ５００へ流れる冷媒の量と迂回路５１１へ流れる冷媒の量との比率を調節することにより冷媒の冷却を制御する。なお図６には、ラジエータ５００やラジエータファン６００が２つずつ記載されているが、１つずつでも良い。ラジエータ５００やラジエータファン６００を複数用いることにより、より効率良く冷却を行うことが可能となる。
【００５０】
まず、熱利用装置による熱需要がある場合には、図６（Ａ）に示すように、ジャケット排熱は熱交換器８００によって熱利用装置に供給される。従って、冷媒の温度は熱交換器８００を通過することにより低下するため、冷媒をラジエータ５００でさらに冷却する必要はない。従って、冷媒が迂回路５１１を通ってエンジン２００に戻されるように三方弁７００が制御される。  
一方、熱利用装置による熱需要がない場合には、図６（Ｂ）に示すように、冷媒の温度は熱交換器８００を通過しても低下しない。そのため、冷媒がラジエータ５００に流れるように三方弁７００が制御される。
【００５１】
＜熱需要がある場合の制御＞
次に、熱利用装置による熱需要がある場合の制御について詳細に説明する。この場合の処理対象は、発電機３００やエンジン２００からの放熱のみとなる。
【００５２】
この場合、取り込み空気量は、エンジンや発電機等からの放熱量を空気１立方メートルあたりの処理熱量にて除算することにより算出する。
【００５３】
具体的には式（２）で表される。  
2007187027.tif 000004
【００５４】
ここで、Ｇは発電機出力に応じた燃料消費量[kg/hまたはl/h]であり、Ｈは燃料発熱量[kcal/kg又はkcal/l]であり、ｆはエンジン放熱率[%]であり、Ｐは発電機出力[kW]であり、ηは発電機効率[%]であり、８６０は熱量換算のための定数[kcal/kWh]であり、Δｔは温度上昇許容値[℃]であり、Ｃｐは乾燥空気の定圧比熱[kcal/kg]であり、ρは空気密度[kg/m3]である。またΔｔは、電気製品の使用許容温度と想定される最大取り込み空気温度（外気温度）との差である。
【００５５】
エンジン２００からの放熱量（単位時間に原動機から空気中へ放出される熱量を示す値）は、式（２）におけるＧ×Ｈ×ｆで算出される。ここで燃料消費量Ｇは、発電機３００の出力に依存する値である。燃料消費量Ｇと発電機出力Ｐとの関係は、図８に示すように、発電機出力燃料消費量テーブル１０１０に記憶されている。また燃料発熱量Ｈは、燃料に応じて定まる値であり、例えばＡ重油の場合は9320[kcal/l]である。エンジン放熱率ｆは、例えば７％とすることができる。従って、エンジン２００からの放熱量は、発電機出力が決まれば算出することができる。
【００５６】
また発電機３００からの放熱量（単位時間に発電機３００から空気中へ放出される熱量を示す値）は、式（２）におけるＰ×（１÷η−１）×８６０で算出される。発電機効率ηは例えば９１％とすることができる。従って、発電機３００からの放熱量は、発電機出力が決まれば算出することができる。
【００５７】
このエンジン２００からの放熱量と発電機３００からの放熱量との和を、単位量の空気に吸収させる熱量を示す値で割って得られる値は、上記合計放熱量を処理するのに必要な空気の量を意味する。従って、この空気の量に基づいて、ラジエータファン６００の必要回転速度を求めることができる。
【００５８】
単位量の空気に吸収させる熱量を示す値は、式（２）におけるΔｔ×Ｃｐ×ρである。Δｔは、エンクロージャ４００内部の空気の許容温度と吸気口から取り入れられる外気の温度との差を示す値である。例えば、エンクロージャ４００内部の空気の許容温度を、電気製品の許容温度である５５℃とすることができる。乾燥空気の定圧比熱Ｃｐは0.24[kcal/kgK]であり、空気密度ρは1.24[kg/m3]である。従って、外気温度が決まれば、Δｔ×Ｃｐ×ρを算出することができる。
【００５９】
以上より、外気温度及び発電機出力が決まれば、制御装置９００は、式（２）を用いて、エンクロージャ４００の内部の温度を電気製品の許容温度である５５℃とする最適風量を求めることができる。そして制御装置９００は、図７に示すファン回転数風量テーブル１０００に記憶されているラジエータファン６００の回転速度と風量との関係に基づいて、ラジエータファン６００の必要回転速度を求めることができる。そして制御装置９００は、ラジエータファン６００が上記回転速度で回転するような周波数の交流電力がインバータ６２０から出力されるように、Ｉ／Ｆ９３０からインバータ６２０に信号を出力する。
【００６０】
以上より、本実施の形態にかかるコージェネレーションシステム１００においては、外気温度及び発電機出力に応じてラジエータファン６００の回転速度を制御することにより、エンクロージャ４００の内部温度を目標値（例えば５５℃）に維持することができる。
【００６１】
＜熱需要がない場合の制御＞
次に、熱利用装置による熱需要がない場合の制御について説明する。この場合の処理対象は、発電機３００及びエンジン２００からの放熱と、ジャケット排熱となる。
【００６２】
この場合、取り込み空気量は、エンジン、発電機、ジャケット排熱からの放熱量を空気１立方メートルあたりの処理熱量にて除算することにより算出する。
【００６３】
具体的には式（３）で表される。  
2007187027.tif 000005
【００６４】
ここで、Ｇは発電機出力に応じた燃料消費量[kg/hまたはl/h]であり、Ｈは燃料発熱量[kcal/kg又はkcal/l]であり、ｆはエンジン放熱率[%]であり、Ｐは発電機出力[kW]であり、ηは発電機効率[%]であり、８６０は熱量換算のための定数[kcal/kWh]であり、Ｑはジャケット排熱[kW]であり、ｔ２はラジエータからの排気温度[℃]であり、ｔ１は外気温度[℃]であり、Ｃｐは乾燥空気の定圧比熱[kcal/kg]であり、ρは空気密度[kg/m3]である。
【００６５】
また、Ｇ×Ｈ×ｆはエンジン他からの放熱量であり、Ｐ×（１÷η−１）×８６０は発電機３００からの放熱量であり、Ｑ×８６０はジャケット排熱であり、（ｔ２−ｔ１）×Ｃｐ×ρは空気１ｍ３あたりの処理熱量（単位量の空気に吸収させる熱量）である。
【００６６】
エンジン２００からの放熱量（単位時間に原動機から空気中へ放出される熱量を示す値）は、式（３）におけるＧ×Ｈ×ｆで算出される。ここで燃料消費量Ｇは、発電機３００の出力に依存する値である。燃料消費量Ｇと発電機出力Ｐとの関係は、図８に示すように、発電機出力燃料消費量テーブル１０１０に記憶される。また燃料発熱量Ｈは、燃料に応じて定まる値であり、例えばＡ重油の場合は9320[kcal/l]である。エンジン放熱率ｆは、例えば７％とすることができる。従って、エンジン２００からの放熱量は、発電機出力が決まれば算出することができる。
【００６７】
また発電機３００からの放熱量（単位時間に発電機３００から空気中へ放出される熱量を示す値）は、式（３）におけるＰ×（１÷η−１）×８６０で算出される。発電機効率ηは例えば９１％とすることができる。従って、発電機３００からの放熱量は、発電機出力が決まれば算出することができる。
【００６８】
またジャケット排熱Ｑは、発電機３００の出力に依存する値である。ジャケット排熱Ｑと発電機出力Ｐとの関係は、図１０に示すように、発電機出力ジャケット排熱テーブル１０３０に記憶されている。従って、ジャケット排熱Ｑは、発電機出力が決まれば算出することができる。
【００６９】
このエンジン２００からの放熱量と発電機３００からの放熱量とジャケット排熱との和を、単位量の空気に吸収させる熱量を示す値で割って得られる値は、上記合計放熱量を処理するのに必要な空気の量を意味する。従って、この空気の量に基づいて、ラジエータファン６００の必要回転速度を求めることができる。
【００７０】
単位量の空気に吸収させる熱量を示す値は、式（３）における（ｔ２−ｔ１）×Ｃｐ×ρである。ｔ２−ｔ１は、ラジエータ排気温度と吸気口から取り入れられる外気の温度との差を示す値である。
【００７１】
ラジエータ排気温度は、ラジエータ通水量によって変化するため、ラジエータ排気温度とラジエータ通水量との関係を考慮して、ラジエータ排気温度を設定する必要がある。
【００７２】
ラジエータ通水量については、外気温度や投入熱量等の条件に応じたジャケット排熱が求まれば、式（４）を用いて算出することができる。  
2007187027.tif 000006
【００７３】
ここで、Ｑはジャケット排熱[kW]であり、８６０は熱量換算のための定数[kcal/kWh]であり、ｔ２はラジエータ出口冷却水温度[℃]であり、ｔ１は熱交換器１次側出口冷却水温度[℃]であり、Ｃｗは水の比熱[kcal/kgK]であり、ρは水の密度[kg/m3]である。
【００７４】
そして条件に応じたラジエータ通水量が求まれば、それを出力できる三方弁の開度を導き出すことができる。ラジエータ通水量と三方弁開度との関係は、図９に示すように、三方弁開度通水流量テーブル１０２０に記憶される。
【００７５】
さらに、ラジエータ通水量を求めるには、ラジエータ出口冷却水温度を設定する必要があるが、ラジエータ出口冷却水温度は風量によって変化するため、ラジエータ通水量と風量との関係を考慮して、ラジエータ出口冷却水温度を設定する必要がある。つまり、ラジエータ排気温度とラジエータ出口冷却水温度の関係を事前に把握しておく必要がある。ラジエータ排気温度とラジエータ出口冷却水温度の関係は、図１５に示すように、排気温度冷却水温度テーブル１０４０に記憶される。
【００７６】
本実施の形態にかかるコージェネレーションシステム１００は、ラジエータファン回転数を極力抑えることで、ファン動力削減による省エネ効果を実現するものである。
【００７７】
ラジエータファン排気温度とラジエータ出口冷却水温度の関係において、ラジエータファン回転数を極力抑えた状態を実現できる最適点が求まれば、条件に応じての最適点（ラジエータファン回転数、三方弁開度）を導き出すことができる。
【００７８】
ただし、エンジン入口冷却水温度とラジエータ通水量の関係は事前に把握する必要がある。また、ラジエータ通水量を把握するには、熱交換器１次側出口冷却水温度を把握する必要がある。
【００７９】
エンジン入口冷却水温度は、条件（外気温度、投入熱量）に応じたジャケット排熱が求まれば、式（５）を用いて求められる。  
2007187027.tif 000007
【００８０】
ここで、Ｑはジャケット排熱[kW]であり、22はジャケット冷却水定格循環流量[t/h]であり、1000000は係数[g/t]であり、3600は係数[sec/h]であり、1は水の比熱[cal/gK]であり、1000は係数[cal/kcal]であり、4.186は係数[kW/kcal]であり、94はエンジン出口冷却水温度（目標値）[℃]である。式（５）の分母の値は、冷却水の質量１ｇ、温度差１℃あたりの熱量を表す。
【００８１】
また、熱交換器１次側出口冷却水温度は、式（６）を用いて求められる。  
2007187027.tif 000008
【００８２】
ここで、Ｑは熱需要量[kW]であり、22はジャケット冷却水定格循環流量[t/h]であり、1000000は係数[g/t]であり、3600は係数[sec/h]であり、1は水の比熱[cal/gK]であり、1000は係数[cal/kcal]であり、4.186は係数[kW/kcal]であり、94はエンジン出口冷却水温度（目標値）[℃]である。式（６）の分母の値は、冷却水の質量１ｇ、温度差１℃あたりの熱量を表す。また式（６）において、熱需要量Ｑは、熱需要量がない場合には０となる。
【００８３】
上記のようにして算出したラジエータファン６００の回転速度の制御のシーケンス図、及び三方弁７００の開度制御のシーケンス図を、図１２及び図１３に示す。
【００８４】
図１２及び図１３に示すシーケンス図において、「Ｋ」は定数や比率の設定を表す。つまり入力値をｘとした場合に出力値ｙはＫｘとなる。「ＦＸ」は関数を表す。つまり入力値をｘとした場合に、出力値ｙはＦＸ（ｘ）となる。「Ｔ」は信号切り替えを表す。つまり、入力ｘが１なら出力ｃはａとなり、入力ｘが０なら出力ｃはｂとなる。「ＦＧ」は関数の発生を表す。つまり入力値をｘとした場合に、出力値ｙはＦＧ（ｘ）となる。「ＭＳ」はモニタースイッチを表す。つまり入力ｘとあらかじめ定めた条件の関係（しきい値より高い又は低い）に応じて出力ｙ（１ｏｒ０）を出力する。「Δ」は減算を表す。つまり出力ｙは、入力値ａｘａ−入力値ｂｘｂとなる。「ｆ」は関数を表す。つまり入力値をｘとした場合に、出力値ｙはｆ（ｘ）となる。条件（１ｏｒ０）に応じて入力ｘを選択して出力ｙを出す。
【００８５】
＝＝＝処理の流れ＝＝＝
次に本実施の形態にかかるコージェネレーションシステム１００における排熱処理の概要について、図１１に示すフローチャートを参照しながら説明する。
【００８６】
まず、発電機出力の入力により（S1000）、制御装置９００は機器放熱を算出する（S1010）。また制御機器９００はジャケット排熱も算出する（S1020）。  
次に、熱需要先のポンプの運転状態の入力を受けると（S1030）、制御装置９００は熱需要先における排熱利用の有無に応じた処理を行う（S1040）。  
排熱利用がある場合には、制御装置９００は熱交換器８００における処理熱量を算出する（S1050）。この場合は、上述したように、熱交換器８００における処理熱量はジャケット排熱にほぼ等しい（S1060）。つぎに制御装置９００は対象処理熱量を算出する（S1070）。この場合、対象処理熱量は、機器放熱となる（S1080）。機器放熱とは、エンジン２００や発電機３００から空気中への放熱である。
【００８７】
一方、排熱利用がない場合には、制御装置９００は熱交換器８００における処理熱量を算出する（S1090）。この場合は、熱交換器８００における処理熱量は０である（S1100）。つぎに制御装置９００は対象処理熱量を算出する（S1110）。この場合、対象処理熱量は、機器放熱とジャケット排熱との和となる（S1120）。
【００８８】
つづいて制御装置９００は、外気温度とラジエータ排気温度の各値を用いて、熱量計算式を基にして風量を算出する（S1150）。なお、熱量計算式は、式（７）で示される。  
Ｑ＝ｍ×ｃ×（ｔ２−ｔ１）    （７）
ここで、Ｑは熱量[kW]であり、ｍは質量[g]であり、ｃは比熱[cal/gK]であり、ｔ１、ｔ２は温度[℃]である。
【００８９】
風量が算出されると（S1160）、制御装置９００は、風量がインバータ出力に応じた送風能力の範囲内であるか否かを判定する（S1170）。風量がインバータ出力に応じた送風能力の範囲内でない場合には、S1140に戻る。
【００９０】
風量がインバータ出力に応じた送風能力の範囲内である場合には、制御装置９００は、上記式（７）で表される熱量計算式を基にして、対象処理熱量、外気温度、風量により、エンクロージャ雰囲気温度を算出する（S1180）。エンクロージャ雰囲気温度が算出されると（S1190）、制御装置９００は、エンクロージャ雰囲気温度が電気製品の許容温度を超えないか否かを判定する（S1200）。エンクロージャ雰囲気温度が電気製品の許容温度を超えている場合には、S1140に戻る。
【００９１】
エンクロージャ雰囲気温度が電気製品の許容温度を超えていない場合には、制御装置９００は、熱量計算式を基にして、外気温度、ラジエータ排気温度、風量より、処理熱量を算出する（S1210）。処理熱量が算出されると（S1220）、制御装置９００は、処理熱量が対象処理熱量を超えているか否かを判定する（S1230）。処理熱量が対象処理熱量を超えていない場合には、S1140に戻る。
【００９２】
処理熱量が対象処理熱量を超えている場合には、制御装置９００は、実証試験でのラジエータ排気温度とラジエータ出口冷却水温度との関係により、ラジエータ出口冷却水温度を算出する（S1240、S1250）。次に制御装置は熱量計算式を基にして、熱交換器８００における処理熱量、冷却水ポンプ容量、冷却水設定温度より熱交換器出口冷却水温度を算出する（S1260、S1270）。そして制御装置９００は、対象処理熱量から機器放熱を差し引いてラジエータ５００における処理熱量を算出する（S1280、S1290）。続いて制御装置９００は、熱量計算式を基にして、ラジエータ５００における処理熱量、冷却水ポンプ容量、熱交換器出口冷却水温度よりラジエータ通水量を算出する（S1300、S1310）。ここで、ラジエータ通水量が冷却水ポンプ容量の範囲外の場合は（S1320）、S1140に戻る。
【００９３】
またラジエータ通水量が冷却水ポンプ容量の範囲内の場合は（S1320）、制御装置９００は、熱量計算式を基にして、熱交換器出口冷却水温度、ラジエータ出口冷却水温度、ラジエータ通水量より処理熱量を算出する（S1330、S1340）。制御装置９００は、処理熱量が対象処理熱量を超えている場合には処理を終了し、超えていなければS1140に戻る。
【００９４】
以上本実施の形態に係るコージェネレーションシステム１００について説明したが、本実施の形態に係るコージェネレーションシステム１００によれば、最適な冷却制御を行うことが可能となる。またインバータ６２０を用いてラジエータファン６００の回転速度を自由に制御することが可能となるため、外気温度やエンジン２００、発電機３００からの放熱量等に応じて、風量を任意に調節でき、エンクロージャ４００内部の無駄な冷却を防ぎ、総合熱効率を向上させることが可能となる。また、ラジエータファン６００を駆動するための動力も必要量に抑制できるため、上記総合熱効率を向上させることが可能となる。また三方弁７００を用いることにより、ラジエータ５００に流入する冷媒の量を自由に制御することが可能となるため、エンジン２００の性能や耐久性に応じた最適な冷媒の冷却を行うことが可能となる。またこれにより最適な冷却制御を行うことが可能となる。
【００９５】
以上、本発明を実施するための最良の形態について説明したが、上記実施の形態は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物も含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】コージェネレーションシステムの全体構成の一例を示す図である。
【図２】コージェネレーションシステムの全体構成の一例を示す図である。
【図３】本実施の形態に係るコージェネレーションシステムを示す図である。
【図４】本実施の形態に係るコージェネレーションシステムを示す図である。
【図５】本実施の形態に係るコージェネレーションシステムにおける冷却制御を示す図である。
【図６】本実施の形態に係るコージェネレーションシステムにおける冷却制御を示す図である。
【図７】本実施の形態に係るファン回転数風量テーブルを示す図である。
【図８】本実施の形態に係る発電機出力燃料消費量テーブルを示す図である。
【図９】本実施の形態に係る三方弁開度通水流量テーブルを示す図である。
【図１０】本実施の形態に係る発電機出力ジャケット排熱テーブルを示す図である。
【図１１】本実施の形態に係る排熱処理の概要を示すフローチャートである。
【図１２】本実施の形態に係る制御ブロック線図を示す図である。
【図１３】本実施の形態に係る制御ブロック線図を示す図である。
【図１４】本実施の形態に係る制御装置の構成を示す図である。
【図１５】本実施の形態に係る排気温度冷却水温度テーブルを示す図である。
【符号の説明】
【００９７】
１００    コージェネレーションシステム
２００    エンジン
３００    発電機
４００    エンクロージャ
４１０    吸気口
４２０    排気口
５００    ラジエータ
５１０    循環路
５１１    迂回路
６００    ラジエータファン
６１０    モータ
６２０    インバータ
６３０    換気ファン
７００    三方弁
７１０    ワックス弁
８００    熱交換器
９００    制御装置
１０００  ファン回転数風量テーブル
１０１０  発電機出力燃料消費量テーブル
１０２０  三方弁開度通水流量テーブル
１０３０  発電機出力ジャケット排熱テーブル
１０４０  排気温度冷却水温度テーブル
【図１】
2007187027.tif 000009
【図２】
2007187027.tif 000010
【図３】
2007187027.tif 000011
【図４】
2007187027.tif 000012
【図５】
2007187027.tif 000013
【図６】
2007187027.tif 000014
【図７】
2007187027.tif 000015
【図８】
2007187027.tif 000016
【図９】
2007187027.tif 000017
【図１０】
2007187027.tif 000018
【図１１】
2007187027.tif 000019
【図１２】
2007187027.tif 000020
【図１３】
2007187027.tif 000021
【図１４】
2007187027.tif 000022
【図１５】
2007187027.tif 000023