(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用電力系統から電気負荷に至る交流電力の給電路に接続可能な発電機と、前記発電機を駆動する内燃機関と、前記内燃機関と発電機の動作を制御する制御部を少なくとも備えると共に、ケースに収容された発電ユニットと、熱交換器と、前記熱交換器で前記内燃機関の冷却水と熱交換されて加温された温水を貯留して熱負荷に供給する貯湯タンクを少なくとも備えると共に、ケースに収容された貯湯タンクユニットとからなるコージェネレーション装置において、前記発電ユニットの収容ケースは、前記貯湯タンクユニットの収容ケースとダクトで接続されると共に、前記発電ユニットの収容ケースに導入されて少なくとも前記制御部を冷却する冷却風を、前記ダクトを介して前記貯湯タンクユニットの収容ケース内に導き、よって前記貯湯タンクと熱交換器の少なくともいずれかを昇温するように構成したことを特徴とするコージェネレーション装置。
【請求項２】
前記発電ユニットの収容ケースは、前記貯湯タンクユニットの収容ケースと一体化されることを特徴とする請求項１記載のコージェネレーション装置。
【請求項３】
前記貯湯タンクユニットの収容ケースは、複数の部屋に仕切られることを特徴とする請求項１または２記載のコージェネレーション装置。
【請求項４】
さらに、前記貯湯タンクの下部から放出される水を前記熱交換器で熱交換させて前記貯湯タンクの上部に戻す貯湯タンク側循環路と、前記貯湯タンク側循環路に設けられて前記貯湯タンクの上部に戻される水の温度を調整する温度調整弁とを備えることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のコージェネレーション装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はコージェネレーション装置に関し、より具体的には放熱ロスを低減するようにしたコージェネレーション装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、商用電力系統から電気負荷に至る交流電力の給電路に内燃機関で駆動される発電機を接続し、商用電力系統と連系させて電気負荷に電力を供給すると共に、内燃機関の排熱を利用して加温した温水などを熱負荷に供給するようにした、いわゆるコージェネレーション装置が種々提案されている。また、その中で、騒音を抑えつつ、換気ファンモータ部を外気で直接冷却するものも知られており、その例として特許文献１記載の技術を挙げることができる。
【特許文献１】特開平１１−２００９５１号公報
【０００３】
特許文献１記載の技術においては、防音ケースで囲まれたコージェネレーション装置において、防音ケースの換気口寄りの上部側に換気ファンを設け、防音ケースの天井板を二重構造として空洞部を形成し、その空洞部などを介して外気を吸い込むことにより、換気ファンのモータ部を直接冷却する冷却風を生成している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記した従来技術において冷却風はモータ部を冷却した後でケースの外に排出させられているが、コージェネレーション装置において貯湯タンクや熱交換器は放熱ロスが大きい。
【０００５】
従って、この発明の目的は上記した課題を解決し、発電ユニットと貯湯タンクユニットからなると共に、発電ユニットの制御部などを冷却する冷却風を利用して貯湯タンクユニットの貯湯タンクあるいは熱交換器における放熱ロスを低減するようにしたコージェネレーション装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記した課題を解決するために、請求項１にあっては、商用電力系統から電気負荷に至る交流電力の給電路に接続可能な発電機と、前記発電機を駆動する内燃機関と、前記内燃機関と発電機の動作を制御する制御部を少なくとも備えると共に、ケースに収容された発電ユニットと、熱交換器と、前記熱交換器で前記内燃機関の冷却水と熱交換されて加温された温水を貯留して熱負荷に供給する貯湯タンクを少なくとも備えると共に、ケースに収容された貯湯タンクユニットとからなるコージェネレーション装置において、前記発電ユニットの収容ケースは、前記貯湯タンクユニットの収容ケースとダクトで接続されると共に、前記発電ユニットの収容ケースに導入されて少なくとも前記制御部を冷却する冷却風を、前記ダクトを介して前記貯湯タンクユニットの収容ケース内に導き、よって前記貯湯タンクと熱交換器の少なくともいずれかを昇温するように構成した。
【０００７】
請求項２に係るコージェネレーション装置にあっては、前記発電ユニットの収容ケースは、前記貯湯タンクユニットの収容ケースと一体化されるように構成した。
【０００８】
請求項３に係るコージェネレーション装置にあっては、前記貯湯タンクユニットの収容ケースは、複数の部屋に仕切られるように構成した。また、請求項４に係るコージェネレーション装置にあっては、前記貯湯タンクの下部から放出される水を前記熱交換器で熱交換させて前記貯湯タンクの上部に戻す貯湯タンク側循環路と、前記貯湯タンク側循環路に設けられて前記貯湯タンクの上部に戻される水の温度を調整する温度調整弁とを備えるように構成した。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１にあっては、発電ユニットの収容ケースは貯湯タンクユニットの収容ケースとダクトで接続されると共に、発電ユニットの収容ケースに導入されて少なくとも制御部を冷却する冷却風を、ダクトを介して貯湯タンクユニットの収容ケース内に導き、貯湯タンクと熱交換器の少なくともいずれかを昇温するように構成、即ち、制御部の冷却で昇温させられた冷却風で貯湯タンクまたは熱交換器を昇温するように構成したので、コージェネレーション装置の発熱を貯湯タンクまたは熱交換器に吸収させることとなり、貯湯タンクまたは熱交換器の放熱ロスを低減することができる。また、発電ユニットで昇温させられた冷却風を貯湯タンクユニット側に無駄なく供給して昇温させることができる。
【００１０】
請求項２に係るコージェネレーション装置にあっては、発電ユニットのケースは貯湯タンクユニットのケースと一体化されるように構成したので、上記した効果に加え、発電ユニットで昇温させられた冷却風を貯湯タンクユニット側に一層無駄なく供給して昇温させることができる。さらに、一体化することで、発電ユニットの内燃機関や発電機からの放熱も熱伝導を介して貯湯タンクユニット側に伝達して貯湯タンクなどの保温に利用できると共に、共通部品の集約化を図ることができ、さらに装置としてコンパクトにすることができる。
【００１１】
請求項３に係るコージェネレーション装置にあっては、貯湯タンクユニットの収容ケースは、複数の部屋に仕切られるように構成したので、上記した効果に加え、貯湯タンクユニットの収容ケース内部の保温性を高めることができる。
【００１２】
請求項４に係るコージェネレーション装置にあっては、さらに、貯湯タンクの下部から放出される水を熱交換器で熱交換させて上部に戻す貯湯タンク側循環路と、貯湯タンクの上部に戻される水の温度を調整する温度調整弁とを備えるように構成したので、上記した効果に加え、貯湯タンクの温水の温度を適宜保持、調整することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、添付図面に即してこの発明に係るコージェネレーション装置を実施するための最良の形態について説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１は、この発明の第１実施例に係るコージェネレーション装置を全体的に示すブロック図である。
【００１５】
図示の如く、コージェネレーション装置（符号１０で示す）は、商用電源（商用電力系統。図示せず）から家庭内の電気負荷（図示せず）に至る交流電力の給電路（図示せず）に接続可能な発電機（「ＧＥＮ」と示す）１２と、発電機１２を駆動する内燃機関（「ＥＮＧ」と示し、以下「エンジン」という）１４と、発電制御部１６からなる発電ユニット１８を備える。
【００１６】
商用電源は、単相３線からＡＣ１００／２００Ｖで５０Ｈｚ（または６０Ｈｚ）の交流電力を出力する。発電ユニット１８は一体化され、発電ユニットケース（筐体）１８ａの内部に収容される。
【００１７】
より具体的には図示の如く、発電ユニットケース１８ａは仕切り１８ａ１で２つの室１８ｂ，１８ｃに仕切られ、室１８ｂに発電機１２とエンジン１４が鉛直方向において上下に配置されると共に、室１８ｃに発電制御部１６が収容される。
【００１８】
即ち、発電制御部１６はエンジン１４から隔離され、エンジン１４からの放熱を可能な限り遮断させられるようにエンジン１４とは別の室１８ｃに収容される。発電ユニットケース１８ａにおいて室１８ｃには外部と連通する通気孔１８ｃ１が穿設されると共に、室１８ｂと連通する通気孔１８ｃ２が穿設される。室１８ｂの発電機１２の付近にも外部と連通する通気孔１８ｂ１が穿設される。
【００１９】
エンジン１４は都市ガス（あるいはＬＰガス）を燃料とする、水冷４サイクルの単気筒ＯＨＶ型の火花点火式のエンジンであり、例えば１６３ｃｃの排気量を備える。図示は省略するが、発電ユニットケース１８ａにおいてエンジン１４のシリンダヘッドとシリンダブロックは横（水平）方向に配置され、その内部に１個のピストンが往復動自在に配置される。
【００２０】
供給された吸気とガスはミキサで混合され、生成された混合気は燃焼室に流れ、点火されるとき燃焼してピストンを駆動し、発電ユニットケース１８ａにおいて縦（鉛直）方向にピストンに連結されるクランクシャフトを回転させる。よって生じた排ガスは排気管から発電ユニットケース１８ａに接続された排気（図示せず）を流れ、屋外に排出される。
【００２１】
図１で符号２０は冷却水循環路を示す。冷却水循環路２０は、シリンダブロックなどの発熱部位を通過するとき、その内部を流れる不凍液からなる冷却水は発熱部位と熱交換してエンジン１４を冷却させつつ昇温すると共に、排気管に沿って設けられた排気熱交換器を通過してさらに昇温させられた後、エンジン１４の外部に延びる。
【００２２】
クランクシャフトの上端にはフライホイールが取り付けられると共に、その内側には多極コイルからなる発電機１２が配置される。発電機１２はフライホイールとの間で相対回転するとき、交流電力を発電する。発電機１２の出力は、発電制御部１６に送られる。
【００２３】
発電制御部１６は、マイクロコンピュータからなる電子制御ユニット（Electronic Control Unit。以下「ＥＣＵ」という）と、インバータと、ＤＣ／ＤＣコンバータを備える。インバータは、ＤＣ／ＤＣコンバータを介して発電機１２の出力をＡＣ１００／２００Ｖ（単相）に変換する。発電ユニット１８の発電出力は、１．０ｋＷ程度である。
【００２４】
発電機１２は、商用電源からインバータを介して通電されるとき、エンジン１４をクランキングするスタータモータとしても機能する。ＥＣＵは発電機１２の機能をスタータとジェネレータの間で切り換えると共に、エンジン１４などの動作を制御する。
【００２５】
コージェネレーション１０は、発電ユニット１８に加え、給湯タンクユニット２２を備える。
【００２６】
給湯タンクユニット２２は、貯湯タンク２４と排熱熱交換器２６と貯湯タンクユニット制御部３０を備える。
【００２７】
貯湯タンクユニット２２は、貯湯タンクユニットケース２２ａの内部に収容される。貯湯タンクユニットケース２２ａは仕切り２２ａ１，２２ａ２，２２ａ３，２２ａ４によって５つの部屋に仕切られる。
【００２８】
貯湯タンク２４は図１において右側のタンク室２２ｂに周囲を断熱（保温）材２４ａで被覆されて収容され、内部に温水を貯留する。タンク室２２ｂにおいて断熱材２４ａの周囲には空間が形成される。タンク室２２ｂには外部と連通する通気孔２２ｂ１が穿設される。
【００２９】
エンジン１４から延びる冷却水循環路２０と貯湯タンク２４から延びる貯湯タンク側循環路３２は局部的に接近させられて前記した排熱熱交換器２６が形成され、そこで冷却水循環路２０を流れる冷却水は貯湯タンク側循環路３２を流れる循環水に熱を伝えて冷却する。
【００３０】
排熱熱交換器２６は、仕切り２２ａ３，２２ａ４で仕切られて保温性が高められた室２２ｃに収容される。室２２ｃには隣接するタンク室２２ｂに連通する通気孔２２ｃ１が穿設されると共に、外部に連通する通気孔２２ｃ２が穿設される。
【００３１】
熱交換によって昇温された貯湯タンク側循環路３２の温水は貯湯タンク２４に出入し、貯湯タンク２４との間を循環するように流れる。貯湯タンク２４には流出路３４，３６が設けられる。流出路３４，３６は、各部屋に取り付けられた暖房熱交換器（図示せず）、あるいは給湯や浴槽（図示せず）に接続される。貯湯タンク２４には、水道からの給水路４０が接続される。
【００３２】
貯湯タンクユニット制御部（以下「貯湯制御部」という）３０は、仕切り２０ａ２，２０ａ３で仕切られた室２２ｄに収容される。貯湯制御部３０も発電制御部１６のＥＣＵと同様、マイクロコンピュータからなるＥＣＵ（電子制御ユニット）を備えると共に、そのＥＣＵは発電制御部１６のＥＣＵに通信自在に接続される。
【００３３】
図１においてＶはバルブ、Ｐはポンプを示し、信号線の図示は省略するが、それらは貯湯制御部３０に電気的に接続される。貯湯制御部３０はバルブＶとポンプＰの動作を制御して上記した貯湯タンク２４の温水の出入を制御する。
【００３４】
即ち、貯湯制御部３０は、排熱ポンプ４２を駆動して冷却水循環路３２を流れる冷却水を排熱熱交換器２６に圧送し、貯湯タンク側循環路３２を流れる循環水と熱交換させる。
【００３５】
貯湯タンク側循環路３２を流れる循環水は循環ポンプ４４で循環させられると共に、冷却水循環路２０を流れる冷却水との熱交換によって加温され、温度センサ（図示せず）で検出される温度が所定温度（例えば７０℃）に達すると、貯湯制御部３０は温度調整弁４６を開閉させ、貯湯タンク２４に上部から供給する。貯湯タンク２４の下部からは温度が低下した水が放出されて貯湯タンク側循環路３２に供給され、貯湯タンク２４の温水は所定温度に保持される。
【００３６】
発電ユニットケース１８ａと給湯タンクユニットケース２２ａは、ダクト５０で接続される。ダクト５０は蛇腹状（コルゲート状）の振動吸収ダクト５０ａと、それに連続する冷却風導入ダクト５０ｂとからなる。振動吸収ダクト５０ａは蛇腹状（コルゲート状）を呈し、エンジン１４の振動が給湯タンクユニット２２に伝達されるのを防止する。
【００３７】
振動吸収ダクト５０ａは通気孔１８ｂ１に挿入される。冷却風導入ダクト５０ｂは一端が振動吸収ダクト５０ａに接続されると共に、他端が通気孔２２ｂ１に挿入される。これにより、発電ユニットケース１８ａと給湯ユニットケース２２ａは振動吸収ダクト５０ａと冷却風導入ダクト５０ｂによって接続される。
【００３８】
発電機１２にはファン（図示せず）が設けられ、それによって外部から冷却風が、図示の如く、発電ユニット１８の室１８ｃに通気孔１８ｃ１から吸引され、発電制御部１６のインバータやＤＣ／ＤＣコンバータなどの発熱部品と熱交換して冷却した後、通気孔１８ｃ２から室１８ｂに入り、発電機１２などと熱交換して冷却する。
【００３９】
熱交換によって昇温させられた冷却風は振動吸収ダクト５０ａと冷却風導入ダクト５０ｂを通り、通気孔２２ｂ１から給湯タンクユニット２２のタンク室２２ｂに入ってタンク室２２ｂの温度を高めて貯湯タンク２４を昇温し、次いで通気孔２２ｃ１から室２２ｃに入り、室２２ｃの温度を高めて排熱熱交換器２６を昇温した後、通気孔２２ｃ２から外部に排出される。
【００４０】
第１実施例に係るコージェネレーション装置にあっては上記の如く、発電ユニット１８の収容ケース１８ａは、貯湯タンクユニット２２の収容ケース２２ａと振動吸収ダクト５０ａと冷却風導入ダクト５０ｂで接続されると共に、発電ユニット１８の収容ケース１８ａに導入されて少なくとも発電制御部１６を冷却する冷却風を、振動吸収ダクト５０ａと冷却風導入ダクト５０ｂを介して貯湯タンクユニット２２の収容ケース２２ａの内部に導き、貯湯タンク２４と熱交換器２６の少なくともいずれかを昇温、より具体的には貯湯タンク２４と熱交換器２６の両方を昇温するように構成、即ち、発電制御部１６の冷却で昇温させられた冷却風で貯湯タンク２４と排熱熱交換器２６を昇温するように構成したので、コージェネレーション装置１０の発熱を貯湯タンク２４または熱交換器２６に吸収させることとなり、貯湯タンク２４と排熱熱交換器２６の放熱ロス、特に貯湯タンク２４に比して熱容量の小さい排熱熱交換器２６の放熱ロスを低減することができる。また、発電ユニット１８で昇温させられた冷却風を貯湯タンクユニット２２の側に無駄なく供給して昇温させることができる。
【００４１】
また、貯湯タンクユニット２２の収容ケース２２ａは、複数の部屋（タンク室２２ｂ、室２２ｃ、室２２ｄ等からなる５つの部屋）に仕切られるように構成したので、上記した効果に加え、貯湯タンクユニット２２の収容ケース２２ａ内部（より具体的には、排熱熱交換器２６を収容する室２２ｃ）の保温性を高めることができる。さらに、貯湯タンク２４の下部から放出される水を排熱熱交換器２６で熱交換させて上部に戻す貯湯タンク側循環路３２と、貯湯タンク２４の上部に戻される水の温度を調整する温度調整弁４６とを備えるように構成したので、上記した効果に加え、貯湯タンク２４の温水の温度を適宜保持、調整することができる。
【実施例２】
【００４２】
図２は、この発明の第２実施例に係るコージェネレーション装置を全体的に示すブロック図である。
【００４３】
第１実施例と相違する点に焦点をおいて説明すると、第２実施例に係るコージェネレーション装置にあっては、発電ユニットケース１８ａが貯湯タンクユニットケース２２ａと一体化されるように構成した。
【００４４】
即ち、第２実施例においては発電ユニット１８と貯湯タンクユニット２２を１個の共通ケース６０に収容するようにした。より具体的には、共通ケース６０を仕切り６０ａ１で仕切って得た室６０ｂに発電ユニット１８を収容すると共に、仕切り６０ａ２で仕切って得たタンク室６０ｃに貯湯タンクユニット２２の貯湯タンク２４を収容し、さらに仕切り６０ａ３，６０ａ４で仕切って得た室６０ｄに排熱熱交換器２６は収容するようにした。
【００４５】
また、発電ユニット１８の発電制御部１６と貯湯タンクユニット２２の貯湯制御部３０のＥＣＵなどを共通化して共通制御部６２とすると共に、それを仕切り６０ａ３で仕切って得た室６０ｅに収容するようにした。
【００４６】
室６０ｅにはファン（図示せず）からなる冷却風導入部６０ｅ１が設けられると共に、室６０ｅと室６０ｂはダクト６４ａと接続され、室６０ｂと室６０ｄはダクト６４ｂで接続される。室６０ｃには室６０ｄに連通する通気孔６０ｃ１と外部に連通する通気孔６０ｃ２が穿設される。
【００４７】
ダクト６４ａ，６４ｂは部分的に蛇腹状（コルゲート状）に形成され、エンジン１４の振動が伝達されるのを防止する。尚、残余の構成は第１実施例と異ならない。
【００４８】
上記した構成において、冷却風導入部６０ｅ１のファンによって外部から冷却風が、図示の如く、室６０ｅに吸引されて共通制御部６２のインバータやＤＣ／ＤＣコンバータなどの発熱部品と熱交換して冷却した後、ダクト６４ａから室６０ｂに入り、発電機１２などと熱交換して冷却する。
【００４９】
熱交換によって昇温させられた冷却風はダクト６４ｂを通って室６０ｄに入り、室６０ｄの温度を高めて排熱熱交換器２６を昇温した後、通気孔６０ｃ１からからタンク室６０ｃに入ってタンク室６０ｃの温度を高めて貯湯タンク２４を昇温し、通気孔６０ｃ２から外部に排出される。
【００５０】
第２実施例に係るコージェネレーション装置にあっては上記の如く、発電ユニットケース１８ａが貯湯タンクユニットケース２２ａと一体化されるように構成したので、第１実施例と同様、コージェネレーション装置１０の発熱を貯湯タンク２４または熱交換器２６に吸収させることとなり、貯湯タンク２４と排熱熱交換器２６の放熱ロス、特に貯湯タンク２４に比して熱容量の小さい排熱熱交換器２６の放熱ロスを低減できると共に、発電ユニット１８で昇温させられた冷却風を貯湯タンクユニット２２の側に一層無駄なく供給して昇温させることができる。
【００５１】
さらに、一体化することで、発電ユニット１８のエンジン１４や発電機１２からの放熱も熱伝導を介して貯湯タンクユニット２２の側に伝達して貯湯タンク２４などの保温に利用できると共に、共通部品の集約化を図ることができ、さらに装置としてコンパクトにすることができる。尚、残余の構成および効果は第１実施例のそれと変わらない。
【００５２】
上記の如く、第１、第２実施例においては、商用電力系統から電気負荷に至る交流電力の給電路に接続可能な発電機１２と、前記発電機１２を駆動する内燃機関（エンジン）１４と、前記内燃機関と発電機の動作を制御する制御部（発電制御部）１６を少なくとも備えると共に、ケース（発電ユニットケース）１８ａに収容された発電ユニット１８と、熱交換器（排熱熱交換器）２６と、前記熱交換器で前記内燃機関の冷却水と熱交換されて加温された温水を貯留して熱負荷に供給する貯湯タンク２４を少なくとも備えると共に、ケース（貯湯タンクユニットケース）２２ａに収容された貯湯タンクユニット２２とからなるコージェネレーション装置１０において、前記発電ユニット１８の収容ケース１８ａは、前記貯湯タンクユニット２２の収容ケース２２ａとダクト（振動吸収ダクト５０ａ、冷却風導入ダクト５０ｂ、ダクト６４ａ，６４ｂ）で接続されると共に、前記発電ユニット１８のケース１８ａに導入されて少なくとも前記制御部（発電制御部）１６を冷却する冷却風を、前記ダクト（振動吸収ダクト５０ａ、冷却風導入ダクト５０ｂ、ダクト６４ａ，６４ｂ）を介して前記貯湯タンクユニット２２のケース２２ａの内部に導き、前記貯湯タンク２４と熱交換器２６の少なくともいずれか、より具体的にはその両者を昇温するように構成した。
【００５３】
また、前記貯湯タンクユニット２２の収容ケース２２ａは、複数の部屋（タンク室２２ｂ、室２２ｃ、室２２ｄ等からなる５つの部屋）に仕切られるように構成した。さらに、前記貯湯タンク２４の下部から放出される水を前記熱交換器２６で熱交換させて前記貯湯タンク２４の上部に戻す貯湯タンク側循環路３２と、前記貯湯タンク側循環路３２に設けられて前記貯湯タンク２４の上部に戻される水の温度を調整する温度調整弁４６とを備えるように構成した。
【００５４】
また、第２実施例に示す如く、前記発電ユニット１８のケース１８ａは、前記貯湯タンクユニット２２のケース２２ａと一体化、より具体的には前記発電ユニット１８と貯湯タンクユニット２２は共通ケース６０に収容されるように構成した。
【００５５】
尚、上記において、発電機１２の駆動源として都市ガス・ＬＰガスを燃料とするガスエンジンとしたが、ガソリン燃料などを使用するエンジンであっても良い。
【００５６】
また、発電機１２の出力およびエンジン１４の排気量などを具体的な値で示したが、それらは例示であって限定されるものではないこともいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】この発明の第１実施例に係るコージェネレーション装置を全体的に示すブロック図である。
【図２】この発明の第２実施例に係るコージェネレーション装置を全体的に示す、図１と同様のブロック図である。
【符号の説明】
【００５８】
１０  コージェネレーション装置、１２  発電機、１４  エンジン（内燃機関）、１６  発電制御部（制御部）、１８  発電ユニット、１８ａ  発電ユニットケース、２２  給湯タンクユニット、２２ａ  貯湯タンクユニットケース、２４  貯湯タンク、２６  排熱熱交換器（熱交換器）、５０ａ  振動吸収ダクト、５０ｂ  冷却風導入ダクト、６０  共通ケース、６２  共通制御部（制御部）、６４  ダクト
【図１】
0005001748.tif 000002
【図２】
0005001748.tif 000003