(57)【要約】【課題】  電力負荷７として接続している機器８が故障した場合であっても、タービン４、４ａ及び発電機６の破損等を防止し、且つ故障を免れた他の機器８への電力供給を継続できる発電システム１を提供する。【解決手段】  内燃機関２の排気ガスＧにより回転するタービン４、４ａと、タービン４、４ａの回転力により発電して且つ発電した電力を電力負荷７に供給する発電機６を有する発電システム１において、発電システム１が、発電機６と電力負荷７の間、又はタービン４、４ａと発電機６の間に設置した緩衝装置１０、１０ａを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気ガスにより回転するタービンと、タービンの回転力により発電して且つ発電した電力を電力負荷に供給する発電機を有する発電システムにおいて、
前記発電システムが、前記発電機と前記電力負荷の間、又は前記タービンと前記発電機の間に設置した緩衝装置を有することを特徴とする発電システム。
【請求項２】
前記緩衝装置が、前記発電機と前記電力負荷の間に設置した二次電池を有することを特徴とする請求項１に記載の発電システム。
【請求項３】
前記緩衝装置が、前記タービンと前記発電機を連結する軸上に設置したフライホイールを有することを特徴とする請求項１に記載の発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気ガスにより回転するタービンと、タービンの回転力により発電して且つ発電した電力を電力負荷に供給する発電機を有する発電システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、省エネ技術として、ディーゼルエンジンやガソリンエンジン等の内燃機関の排気ガスから、エネルギを取り出す技術が盛んに研究されている。具体的には、内燃機関に設置した過給器の回転軸に発電機を連結する過給器一体型の発電システム（例えば特許文献１参照）や、過給器から独立したタービンに発電機を連結した発電システムなどが、開示されている。
【０００３】
図３に、従来の発電システムの概略を示す。発電システム１Ｘは、船舶や自動車等に搭載した内燃機関２と、過給器（ターボチャージャー）３と、過給器３のタービン４に回転軸２０を介して連結した減速機５と、減速機５に連結され且つ電力負荷７に電力を供給する発電機６を有している。発電機６は、電力負荷７を構成する各機器８に電線２１で接続されている。ここで、電力負荷７とは、船舶であれば船内の居住区に設置された機器や主機を制御するシステム等であり、自動車であれば表示灯やエアコン等の電力を消費する機器８の総称である。なお、過給器３から内燃機関２に向かって示された矢印は、新鮮な空気Ａの流れを示しており、内燃機関２から過給器３のタービン４に向かって示された矢印は、排気ガスＧの流れを示している。
【０００４】
次に、発電システム１Ｘの動作について説明する。まず、過給器３のタービン４が、内燃機関２から排出された排気ガスＧにより回転する。このタービン４は、回転力を回転軸２０及び減速機５を介して、発電機６に伝達する。発電機６は、回転力により発電を行い、発電した電気を電力負荷７（各機器８）に供給する。ここで、排気ガスＧからタービン４の回転力として取り出したエネルギは、約８０〜９０％を空気Ａの圧縮に利用し、残りの約１０〜２０％を発電機６による発電に利用する。
【０００５】
発電システム１Ｘは、上記の構成により、従来は余剰であったタービン４の回転エネルギを電気に変換して利用するため、内燃機関２のエネルギ効率を向上することができる。
【０００６】
しかしながら、上記の発電システム１Ｘはいくつかの問題点を有している。第１に、電力負荷として接続している機器が故障し、消費電力量が急激に低下した場合、タービン及び発電機に破損等が発生する可能性があるという問題を有している。これは、消費電力の低下に伴い、発電機の負荷が急激に小さくなり、タービン及び発電機が過回転となってしまうためである。なお、特許文献１に開示されている発電機と電力負荷の接続を遮断する構成では、タービン及び発電機の破損等を防止することはできない。
【０００７】
第２に、特許文献１に開示された発電機と電力負荷の接続を遮断する構成では、電力負荷として接続している機器の全てに電力が供給できないという問題を有している。そのため、上記のような場合、内燃機関を搭載した自動車や船舶は、その運転を継続することが困難となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−３０３４１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、その目的は、内燃機関の排気ガスにより回転するタービンと、タービンの回転力により発電して且つ発電した電力を電力負荷に供給する発電機を有する発電システムにおいて、電力負荷として接続している機器が故障した場合であっても、タービン及び発電機の破損等を防止し、且つ故障を免れた他の機器への電力供給を継続できる発電システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するための本発明に係る発電システムは、内燃機関の排気ガスにより回転するタービンと、タービンの回転力により発電して且つ発電した電力を電力負荷に供給する発電機を有する発電システムにおいて、前記発電システムが、前記発電機と前記電力負荷の間、又は前記タービンと前記発電機の間に設置した緩衝装置を有することを特徴とする。
【００１１】
この構成により、発電システムは、電力負荷として接続している機器に故障等が発生した場合であっても、タービン及び発電機の破損等を防止することができる。これは、緩衝装置が、発電機の負荷変動を抑制又は吸収し、タービン及び発電機の回転数を予め定めた範囲内で制御できるためである。
【００１２】
上記の発電システムにおいて、前記緩衝装置が、前記発電機と前記電力負荷の間に設置した二次電池を有することを特徴とする。
【００１３】
この構成により、発電システムは、発電機の負荷変動を抑制することができる。これは、発電機の負荷の変動が二次電池の充電に起因するものとなり、電力負荷として接続している機器の影響を受けないためである。特に、船舶の主機に設置した発電システムである場合は、主機から間断なく排出される排気ガスのエネルギを、電力負荷に故障等が発生した場合であっても、効率よく回収することができる。
【００１４】
前述の発電システムにおいて、前記緩衝装置が、前記タービンと前記発電機を連結する軸上に設置したフライホイールを有することを特徴とする。この構成により、タービン及び発電機の過回転を抑制し、タービン及び発電機の破損等を防止することができる。
【００１５】
前述の二次電池を有する発電装置において、前記緩衝装置が、前記発電機と前記二次電池の間に設置したＡＣ／ＤＣコンバータと、前記二次電池と前記電力負荷の間に設置したＤＣ／ＡＣコンバータを有する構成としてもよい。また、上記のコンバータの代わりにチョッパー等、他の電気機器を利用する構成としてもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明による発電システムによれば、内燃機関の排気ガスにより回転するタービンと、タービンの回転力により発電して且つ発電した電力を電力負荷に供給する発電機を有する発電システムにおいて、電力負荷として接続している機器が故障した場合であっても、タービン及び発電機の破損等を防止し、且つ故障を免れた他の機器への電力供給を継続できる発電システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る実施の形態の発電システムの概略を示した図である。
【図２】本発明に係る異なる実施の形態の発電システムの概略を示した図である。
【図３】従来の発電システムの概略を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明に係る実施の形態の発電システムについて、図面を参照しながら説明する。図１に、本発明に係る実施の形態の発電システム１の概略を示す。発電システム１は、内燃機関２の過給器３を構成し排気ガスＧにより回転するタービン４と、タービン４から回転軸２０及び減速機５を介して回転力を伝達される発電機６と、発電機６で発電した電気を送る緩衝装置１０を有している。また、緩衝装置１０は、電線２１を介して電力負荷７（複数の機器８）に接続している。
【００１９】
この緩衝装置１０は、発電機６に接続したＡＣ／ＤＣコンバータ１２と、ＡＣ／ＤＣコンバータ１２に接続した二次電池１１と、二次電池１１に接続したＤＣ／ＡＣコンバータ１３を有している。またＤＣ／ＡＣコンバータ１３は、電線２１を介して電力負荷７に接続している。なお、緩衝装置１０は、二次電池１１の代わりにキャパシタを有するように構成してもよい。また、コンバータ１２、１３の代わりにチョッパー等を有するように構成してもよい。
【００２０】
次に、発電システム１の動作について説明する。まず、内燃機関２の排気ガスＧにより、過給器３のタービン４が回転する。例えば、この内燃機関２が船舶の主機を構成する大型低速ディーゼルエンジンである場合、タービン４の回転数は１５０００ｒｐｍ〜５００００ｒｐｍ程度となる。このタービンの回転力の一部は、吸気側における空気Ａの圧縮に消費され、残りは回転軸２０及び減速機５を介して、発電機６に伝達される。
【００２１】
この発電機６により発電した電気は、ＡＣ／ＤＣコンバータ１２を介して二次電池１１に蓄電される。また、電力負荷７（複数の機器８）は、必要に応じて二次電池１１からＤＣ／ＡＣコンバータ１３を介して電力の供給を受ける。
【００２２】
ここで、電力負荷７として接続している機器８に故障が発生し、消費電力量が急激に低下した場合であっても、タービン４の回転力は電力に変換され、二次電池１１に蓄電される。そのため、発電機６の負荷変動は抑制され、タービン４の回転数変動も抑制される。
【００２３】
上記の構成により、本発明の発電システム１は、以下の作用効果を得ることができる。第１に、電力負荷７として接続している機器８に故障等が発生した場合であっても、タービン４や発電機６の破損等を防止し、且つ故障を免れた機器８への電力供給を継続することができる。これは、発電機６の負荷が二次電池１１の充電状態に影響を受けるものであり、電力負荷７として接続している機器８の影響を受けないためである。
【００２４】
第２に、電力負荷７として接続している機器８に故障等が発生した場合であっても、内燃機関２を搭載した船舶や自動車等は運転を継続することができる。これは、電力負荷７に故障等が発生した場合であっても、発電機６による発電が継続され、且つ二次電池１１と電力負荷７の接続が維持されるためである。
【００２５】
第３に、発電システム１の発電効率を向上することができる。これは、電力負荷７に故障等が発生した場合であっても、内燃機関２から排出される排気ガスＧのエネルギを効率よく回収することができるためである。特に、内燃機関２が船舶の主機を構成する大型低速ディーゼルエンジンである場合、エンジンから間断なく排出される排気ガスＧからエネルギを回収することができる。ここで、船舶の主機に設置した発電システム１で回収できるエネルギは、エンジン出力の約４％程度となる。
【００２６】
図２に、本発明に係る異なる実施の形態の発電システム１ａの概略を示す。発電システム１ａは、内燃機関２の過給器３から独立して設置したパワータービン４ａと、パワータ
ービン４ａから回転軸２０及び減速機５を介して回転力を伝達される緩衝装置１０ａと、緩衝装置１０ａから回転力を伝達される発電機６を有している。また発電機６は、電線２１を介して電力負荷７（複数の機器８）に接続している。
【００２７】
この緩衝装置１０ａは、減速機５と発電機６の間に設置したフライホイール１５を有している。また、パワータービン４ａは、内燃機関２から排出される排気ガスＧを、過給器３と並列となるように分岐させて供給されている。このパワータービン４ａの下流側は、過給器３の排気側下流に合流するように構成している。
【００２８】
次に、発電システム１ａの動作について説明する。まず、内燃機関２の排気ガスＧの一部が過給器３のタービンに送られ、残りがパワータービン４ａに送られる。この排気ガスＧにより回転したパワータービン４ａの回転力は、減速機５を介してフライホイール１５に伝達され、蓄積される。このフライホイール１５に蓄積した回転力は、必要に応じて発電機６に伝達される。この発電機６により発電した電気は、電線２１を介して電力負荷７（複数の機器８）に送られる。
【００２９】
ここで、電力負荷７として接続している機器８に故障が発生し、消費電力量が急激に低下した場合、発電機６の負荷が急激に低下する。このとき、フライホイール１５は慣性力により回転数変動が抑制される。そのため、パワータービン４ａの回転数変動、及び発電機６の回転数変動が抑制される。
【００３０】
上記の構成により、本発明の発電システム１ａは、前述の図１に記載の発電システム１と同様の作用効果を得ることができる。
【００３１】
以上より、本発明の発電システム１、１ａは、電力負荷７として接続している機器８が故障した場合であっても、タービン４、４ａ及び発電機６の破損等を防止し、且つ故障を免れた他の機器８への電力供給を継続できる。なお、二次電池１１等を有する緩衝装置１０を採用した場合は、フライホイール１５を有する緩衝装置１０ａを採用した場合に比べ、省スペース化、及び低コスト化を実現することができる。具体的には、緩衝装置１０は、フライホイール１５を有するものと比べて、重量が約７０％程度となり、製造コストが約８０％程度となる。
【００３２】
また、発電機６及び電力負荷７に対する二次電池１１の接続が電気的であるため、設置場所の自由度を向上することができる。更に、例えば二次電池１１を複数に分割して、異なる場所に配置することも可能となる。
【００３３】
他方で、フライホイール１５を有する緩衝装置１０ａを採用した場合は、二次電池１１等を有する緩衝装置１０を採用した場合と比べると、緩衝装置１０ａの構造が単純となる。そのため、メンテナンスや修理等を容易に行える。ただし、フライホイール１５は、減速機５及び発電機６との連結を機械的に行わなくてはならないため、設置場所が限定されてしまう。また、発電システム１ａを船舶に適用した場合は、フライホイール１５が大型且つ重量の重いものとなる。
【符号の説明】
【００３４】
１、１ａ      発電システム
２     内燃機関
３     過給器
４     タービン
４ａ   パワータービン
５     減速機
７     電力負荷
１０、１０ａ  緩衝装置
１１   二次電池
１５   フライホイール
【図１】
2013099041.tif 000003
【図２】
2013099041.tif 000004
【図３】
2013099041.tif 000005