(57)【要約】【課題】ガス漏れの発生を確実に防止することのできるコジェネレーションシステムを提供することを目的とする。【解決手段】インターロック回路１６０にて、ガスエンジンの作動を検出するためのエンジン回転信号Ｓ４がＯＮであるときのみエンジン作動信号Ｓ３を出力し、駆動回路１５０Ａ、１５０Ｂでは、エンジン作動信号Ｓ３がＯＮであるときのみガス遮断弁１３３Ａ、１３３Ｂを開動作させるようにした。これにより、制御部１２３において、ガスエンジンが作動していない限りガス遮断弁１３３Ａ、１３３Ｂは開くことがなく、例えプログラムのバグ等によって処理が暴走したような場合であっても、ガスエンジンが作動していないのにガスが供給されるのを防止する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスと空気とを混合した燃料ガスを燃焼して回転駆動するガスエンジンと、
前記ガスエンジンの回転軸と連結され、前記ガスエンジンの運転にともなって駆動することで電力を発電して系統に送る発電機と、
冷却媒体を前記ガスエンジンに供給する冷却媒体供給部と、
前記ガスエンジンの排熱を回収する排熱回収部と、
前記ガスエンジンに供給するガスを遮断する遮断弁と、
前記ガスエンジンの運転のＯＮ・ＯＦＦを検出するエンジン運転状態センサと、
前記エンジン運転状態センサで前記ガスエンジンの運転がＯＮであるときのみ、前記遮断弁を開とするガス供給制御手段と、
を備えることを特徴とするコジェネレーションシステム。
【請求項２】
前記ガス供給制御手段は、前記エンジン運転状態センサから入力される前記ガスエンジンの運転がＯＮであることを示す検出信号と、前記遮断弁に電源供給する電源信号または前記遮断弁を開とする弁駆動信号とが入力されたときのみ、前記遮断弁を開とする論理回路であることを特徴とする請求項１に記載のコジェネレーションシステム。
【請求項３】
前記エンジン運転状態センサは、前記ガスエンジンの回転を検出することで前記ガスエンジンの運転のＯＮ・ＯＦＦを検出することを特徴とする請求項１または２に記載のコジェネレーションシステム。
【請求項４】
前記エンジン運転状態センサは、前記ガスエンジンの回転に伴って出力されるパルス信号のパルスが、予め定められた時間内に検出されないときに、前記ガスエンジンの運転をＯＦＦとして検出し、
前記ガス供給制御手段では前記ガスの供給を遮断することを特徴とする請求項３に記載のコジェネレーションシステム。
【請求項５】
ガスと空気とを混合した燃料ガスを燃焼して回転駆動するガスエンジンと、
前記ガスエンジンに供給するガスを遮断する遮断弁と、
前記ガスエンジンの運転のＯＮ・ＯＦＦを検出するエンジン運転状態センサと、
前記エンジン運転状態センサで前記ガスエンジンの運転がＯＮであるときのみ、前記遮断弁を開とするガス供給制御手段と、を備え、
前記ガス供給制御手段は、前記エンジン運転状態センサから入力される前記ガスエンジンの運転がＯＮであることを示す検出信号と、前記遮断弁に電源供給する電源信号または前記遮断弁を開とする弁駆動信号とが入力されたときのみ、前記遮断弁を開とする論理回路であることを特徴とするガスエンジンシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コジェネレーションシステム、およびそれに用いられるガスエンジンシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では、運転の効率化を図ったコジェネレーションタイプの各種の自家用発電装置が開発されている。このような自家用発電装置の一種として、都市ガスやＬＰガスを燃料とするガスエンジンで小型発電機を駆動して発電をすると共に、ガスエンジンの排熱を利用して給湯を行う、家庭用のコジェネレーションシステムが研究・開発されている（例えば特許文献１参照。）。
【０００３】
このようにガスエンジンを用いるコジェネレーションシステムにおいては、安全確保のため、ガス漏れに対する対策を確実に図るのが必要なのは言うまでもなく、これまでも各部において二重、三重のフェールセーフ対策が取られている。
【０００４】
ここで、ガスエンジン本体に注目すると、従来、ガス漏れ対策としては、ガス漏れをセンサで検出したときに、ガスエンジンの作動を停止させるものが一般的であった（例えば特許文献２参照。）。また、ガスエンジンの作動を確実に停止させるために、ガスエンジンにガスを供給する経路に、ガス遮断弁を二重に設けることも行われている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２０５２９３号公報
【特許文献２】実公昭６３−３７４８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ガス漏れをセンサで検出したときには、ガスエンジンの制御部がセンサからの検出信号に基づき、ガス遮断弁を遮断させる信号を出力するが、その制御は制御部に予め設定されたプログラム（ソフトウェア）に基づいて行われる。
特に近年、制御の高度化、複雑化に伴い、プログラムも複雑化しており、思わぬバグ等が潜在していることもある。センサからガス漏れを検出したことを示す検出信号の入力を受けたにも関わらず、このようなバグ等により、ガスエンジンの制御部がガス遮断弁を遮断させる信号を出力しないこともあり得る。
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、ガス漏れの発生を確実に防止することのできるコジェネレーションシステム、ガスエンジンシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる目的のもとになされた本発明のコジェネレーションシステムは、ガスと空気とを混合した燃料ガスを燃焼して回転駆動するガスエンジンと、ガスエンジンの回転軸と連結され、ガスエンジンの運転にともなって駆動することで電力を発電して系統に送る発電機と、冷却媒体をガスエンジンに供給する冷却媒体供給部と、ガスエンジンの排熱を回収する排熱回収部と、ガスエンジンに供給するガスを遮断する遮断弁と、ガスエンジンの運転のＯＮ・ＯＦＦを検出するエンジン運転状態センサと、エンジン運転状態センサでガスエンジンの運転がＯＮであるときのみ、遮断弁を開とするガス供給制御手段と、を備えることを特徴とする。
このように、エンジン運転状態センサでガスエンジンの運転がＯＮであるときのみ、遮断弁を開とすることで、ガスエンジンの運転がＯＮでないとき、つまりガスエンジンが停止しているときにガスが供給されるのを防ぐことができる。
このため、ガス供給制御手段は、エンジン運転状態センサから入力されるガスエンジンの運転がＯＮであることを示す検出信号と、遮断弁に電源供給する電源信号または遮断弁を開とする弁駆動信号とが入力されたときのみ、遮断弁を開とする論理回路を用いるのが好ましい。プログラムによるソフトウェア処理ではなく論理回路を用いることにより、制御プログラムのバグや暴走があった場合にも、ガスエンジンが停止しているときにガスが供給されるのを防ぐことができる。
なお、排熱回収部で回収した熱は、各種の熱負荷に供給することができる。
【０００８】
エンジン運転状態センサは、ガスエンジンの回転を検出することでガスエンジンの運転のＯＮ・ＯＦＦを検出する。そして、エンジン運転状態センサは、ガスエンジンの回転に伴って出力されるパルス信号のパルスが、予め定められた時間内に検出されないときに、ガスエンジンの運転をＯＦＦとして検出する。ガスエンジンの運転がＯＦＦであると検出されたとき、ガス供給制御手段ではガスの供給を遮断する。
【０００９】
本発明は、コジェネレーションシステムを構成するガスエンジンのみならず、他の用途のガスエンジンシステムにも適用することが可能である。すなわち、本発明のガスエンジンシステムは、ガスと空気とを混合した燃料ガスを燃焼して回転駆動するガスエンジンと、ガスエンジンに供給するガスを遮断する遮断弁と、ガスエンジンの運転のＯＮ・ＯＦＦを検出するエンジン運転状態センサと、エンジン運転状態センサでガスエンジンの運転がＯＮであるときのみ、遮断弁を開とするガス供給制御手段と、を備え、ガス供給制御手段は、エンジン運転状態センサから入力されるガスエンジンの運転がＯＮであることを示す検出信号と、遮断弁に電源供給する電源信号または遮断弁を開とする弁駆動信号とが入力されたときのみ、遮断弁を開とする論理回路を用いることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、エンジン運転状態センサでガスエンジンの運転がＯＮであるときのみ、遮断弁を開とすることで、ガスエンジンの運転がＯＮでないとき、つまりガスエンジンが停止しているときにガスが供給されるのを防ぐことができ、ガスの漏洩を防ぐことができる。しかも、ガス供給制御手段は、論理回路によって実現できるので、システムの制御プログラムのバグや暴走等が生じても、ガス漏れを確実に防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
図１は、本実施の形態におけるコジェネレーションシステムの構成を示すものである。
図１に示すコジェネレーションシステム１００は、一般家庭用に用いられるものであり、屋外に設置される。一方、給湯器（冷却媒体供給部）１０は、一般家庭の屋内に設置される。
【００１２】
コジェネレーションシステム１００は、ケーシング１１０内に、ガスエンジン１２１、発電機１２２、制御部１２３、系統連系インバータ１２４、起動インバータ１２５、排ガス熱交換器（排熱回収部）１２６等を組み込んで（収納して）構成されている。
【００１３】
ガスエンジン１２１の回転軸と発電機１２２の回転軸は機械的に連結されている。ガスエンジン１２１が回転駆動して発電機１２２を回転させると、発電機１２２は発電を行い、発電された電力は、系統連系インバータ１２４により波形や周波数が整えられてから、系統（家庭用の屋内配線）２０に供給される。
一方、系統２０に接続された起動インバータ１２５から発電機１２２に電力を供給すると、発電機１２２は電動機として機能し、回転力を発生してガスエンジン１２１を起動回転させることができるようになっている。
【００１４】
ミキサ１３０には、エアクリーナ１３１を介して外部から吸い込んだ空気が供給されると共に、ガスライン１３２を介してガスが供給され、ミキサ１３０にて空気とガスとが混合され、燃料ガスとなる。
ガスライン１３２には、ガス遮断弁（遮断弁）１３３とガバナ１３４が介装されている。ガス遮断弁１３３は、２段の遮断弁１３３Ａ、１３３Ｂを直列に備えている。ガバナ１３４は、ミキサ１３０に供給するガスの流量を調整する。ガス遮断弁１３３の遮断弁１３３Ａ、１３３Ｂの双方が開となっている状態で、ガバナ１３４の開度を調整することにより、ガスエンジン１２１に供給される燃料ガスの空燃比が調節される。
ミキサ１３０にて空気とガスとが混合されてなる燃料ガスは、スロットル１３５を介してガスエンジン１２１に吸い込まれる。このとき、スロットル１３５の開度を調節することにより、ガスエンジン１２１への燃料ガスの供給量を調節することができる。
【００１５】
ガス遮断弁１３３の開閉制御や、ガバナ１３４及びスロットル１３５の開度制御は、制御部１２３により行っている。
【００１６】
ガスエンジン１２１は、燃料ガスが供給されるとともに、イグナイタ１２１ａからスパークを発生することにより、回転駆動する。なおイグナイタ１２１ａの点火時期制御は制御部１２３により行なわれる。
ガスエンジン１２１から排出される排気ガスは、排ガス熱交換器１２６及びマフラー１２７を介して、外部に排出される。
【００１７】
ガスエンジン１２１には、水ライン１３６を介して冷却媒体としての水Ｗが給湯器１０から供給される。この水Ｗは、ガスエンジン１２１内を流通してガスエンジン１２１を冷却し、水Ｗは加熱される。ガスエンジン１２１を流通してきた水Ｗは、更に排ガス熱交換器１２６に送られ、ガスエンジン１２１の排気ガスから回収した熱（排熱）により更に加熱される。このようにして加熱された水Ｗは、余剰電力ヒータ１２８を通過してから、給湯器１０に送られる。
なおここで、ガスエンジン１２１に供給される冷却媒体は、給湯器１０から供給される水Ｗに代えて、不凍液等を用いることも可能である。その場合、不凍液は、排ガス熱交換器１２６で加熱した後、エンジンで再加熱する構成とすることもできる。また、冷却媒体で回収した熱は、上記した以外の様々な熱負荷に供給することもできる。
余剰電力ヒータ１２８には定常運転時には電力は供給されないが、発電機１２２が発電しているときに、系統２０の負荷が急に遮断（停電）されると発電電力が供給されるものであり、このようにして振り替えて供給された電力によりヒータ加熱して水Ｗを加熱する。
【００１８】
ガスエンジン１２１には、ガスエンジン１２１のカムの回転数を検出する回転数センサ（エンジン運転状態センサ）１４０が備えられている。回転数センサ１４０で検出したエンジン回転数は、制御部１２３に送られる。
【００１９】
図２は、制御部１２３におけるガス遮断弁１３３Ａ、１３３Ｂの開閉制御を行うための回路構成を示す図である。
この図２に示すように、ガス遮断弁１３３Ａ、１３３Ｂは、それぞれ駆動回路１５０Ａ、１５０Ｂにより、その開閉が制御される。駆動回路１５０Ａ、１５０Ｂから、ＯＮ信号が入力されればガス遮断弁１３３Ａ、１３３Ｂが開き、ＯＦＦ信号が入力されればガス遮断弁１３３Ａ、１３３Ｂは閉じ、ガスの供給が遮断される。
【００２０】
駆動回路１５０Ａ、１５０Ｂには、制御部１２３のマイコン（ＥＣＵ）１２３ｍから、ガス遮断弁１３３Ａ、１３３Ｂの開閉を制御するための駆動制御信号（弁駆動信号）Ｓ１、Ｓ２が入力されるとともに、インターロック回路（ガス供給制御手段）１６０から、ガスエンジン１２１が作動していることを示すエンジン作動信号（検出信号）Ｓ３が入力される。
駆動回路１５０Ａ、１５０Ｂにおいては、駆動制御信号Ｓ１、Ｓ２と、エンジン作動信号Ｓ３の双方が入力された（ＯＮである）ときに、ガス遮断弁１３３Ａ、１３３Ｂを開とし、それ以外の場合にはガス遮断弁１３３Ａ、１３３Ｂを閉とする。
【００２１】
インターロック回路１６０は、ガスエンジン１２１の回転数センサ１４０からエンジン回転信号Ｓ４を受ける。エンジン回転信号Ｓ４は、例えばガスエンジン１２１のカムの回転を回転数センサ１４０で検出することで得られるもので、ガスエンジン１２１の回転に応じて出力されるパルス信号である。
また、インターロック回路１６０は、制御部１２３のマイコン１２３ｍがＯＮになると出力される電源制御信号（電源信号）Ｓ５の入力を受ける。
インターロック回路１６０においては、エンジン回転信号Ｓ４がＯＮであり、かつ電源制御信号Ｓ５がＯＮである場合に、駆動回路１５０Ａ、１５０Ｂにエンジン作動信号Ｓ３を出力する。パルス信号であるエンジン回転信号Ｓ４がＯＮであるか否かを判定するには、予め定められたタイマー設定時間ｔ内に、エンジン回転信号Ｓ４のパルスが立つか否かに基づいて判定すればよい。タイマー設定時間ｔ内にエンジン回転信号Ｓ４のパルスが立てば、ガスエンジン１２１が作動していると判定し、エンジン回転信号をＯＮとする。タイマー設定時間ｔ内にエンジン回転信号Ｓ４のパルスが立たなければ、ガスエンジン１２１が停止していると判定し、エンジン回転信号をＯＦＦとする。
【００２２】
図３は、上記したような制御部１２３によるガスエンジン１２１へのガス供給の制御例を示すものである。
コジェネレーションシステム１００の起動が外部（ユーザ）によって入力され、制御部１２３のマイコン１２３ｍがＯＮになると、インターロック回路１６０に入力される電源制御信号Ｓ５がＯＮとなる（図３中符号（１））。その後、ユーザの手動操作、あるいは制御部１２３でのプログラムに基づいた自動制御によりガスエンジン１２１が起動されると、回転数センサ１４０からガスエンジン１２１の回転を示すパルス信号（エンジン回転信号Ｓ４）が発生し（図３中符号（２））、インターロック回路１６０に入力される。
インターロック回路１６０においては、電源制御信号Ｓ５と、エンジン回転信号Ｓ４との双方がＯＮになると、エンジン作動信号Ｓ３を駆動回路１５０Ａ、１５０Ｂに出力する（図３中符号（３））。
【００２３】
一方、駆動回路１５０Ａ、１５０Ｂには、ガスエンジン１２１の起動処理を開始するにともない、制御部１２３から、ガス遮断弁１３３Ａ、１３３Ｂを開とするための駆動制御信号Ｓ１、Ｓ２をＯＮに切り替えて入力する（図３中符号（４）、（５））。ここで、駆動制御信号Ｓ１、Ｓ２をＯＮに切り替えるタイミングは、制御部１２３の制御によるもので、図３に示すように、ガス遮断弁１３３Ａを開とするための駆動制御信号Ｓ１と、ガス遮断弁１３３Ｂを開とするための駆動制御信号Ｓ２とで、時間差を持ってＯＮに切り替えてもよい。
【００２４】
駆動回路１５０Ａ、１５０Ｂでは、入力されるエンジン作動信号Ｓ３と、駆動制御信号Ｓ１、Ｓ２との双方がＯＮになると、ガス遮断弁１３３Ａ、１３３Ｂを開動作させる（図３中符号（６））。
これにより、ガスライン１３２から供給されるガスがミキサ１３０に送り込まれる。
【００２５】
このようにしてガスエンジン１２１の起動・運転を行い、しかる後に、一定のタイマー設定時間ｔ内にエンジン回転信号Ｓ４のパルスが立たず、ガスエンジン１２１が停止していると判定された場合、インターロック回路１６０は、駆動回路１５０Ａ、１５０Ｂに出力するエンジン作動信号Ｓ３をＯＦＦとする（図３中符号（７））。
これを受けた駆動回路１５０Ａ、１５０Ｂは、ガス遮断弁１３３Ａ、１３３Ｂを閉動作させ、これによってガスエンジン１２１へのガス供給が遮断される（図３中符号（８））。
【００２６】
このようにして、インターロック回路１６０にて、ガスエンジン１２１が作動しているときのみＯＮとなるエンジン作動信号Ｓ３を出力し、駆動回路１５０Ａ、１５０Ｂでは、エンジン作動信号Ｓ３がＯＮであるときのみガス遮断弁１３３Ａ、１３３Ｂを開動作させるようにした。しかも、インターロック回路１６０、駆動回路１５０Ａ、１５０Ｂは、プログラムによる判定処理ではなく、論理回路によって実現されるものである。
これにより、制御部１２３において、プログラムに基づいて駆動制御信号Ｓ１、Ｓ２がＯＮの状態であっても、ガスエンジン１２１が作動していない限り、ガス遮断弁１３３Ａ、１３３Ｂは開かない。したがって、例えプログラムのバグ等によって処理が暴走したような場合であっても、ガスエンジン１２１が作動していないのにガスが供給されることがなく、供給されたガスがエアクリーナ１３１から漏出するといった事態も確実に防止できる。
【００２７】
図４に示すものは、図２に示した回路構成の変形例を示す図である。
この図４に示す回路構成においては、制御部１２３におけるガス遮断弁１３３Ａ、１３３Ｂの開閉制御を行うための回路構成を示す図である。
この図４に示すように、ガス遮断弁１３３Ａ、１３３Ｂは、それぞれ駆動回路１５０Ａ、１５０Ｂにより、その開閉が制御される。駆動回路１５０Ａ、１５０Ｂから、ＯＮ信号が入力されればガス遮断弁１３３Ａ、１３３Ｂが開き、ＯＦＦ信号が入力されればガス遮断弁１３３Ａ、１３３Ｂは閉じ、ガスの供給が遮断される。
【００２８】
駆動回路１５０Ａ、１５０Ｂには、制御部１２３のマイコン１２３ｍがＯＮになると出力される電源制御信号Ｓ５が入力される。
また、駆動回路１５０Ａ、１５０Ｂには、インターロック回路１６０から、ガスエンジン１２１が作動していることを示すエンジン作動信号Ｓ３が入力される。
駆動回路１５０Ａ、１５０Ｂにおいては、電源制御信号Ｓ５と、エンジン作動信号Ｓ３の双方が入力された（ＯＮである）ときに、ガス遮断弁１３３Ａ、１３３Ｂを開とし、それ以外の場合にはガス遮断弁１３３Ａ、１３３Ｂを閉とする。
【００２９】
インターロック回路１６０は、駆動回路１５０Ａ、１５０Ｂのそれぞれに対応して独立して設けられており、それぞれガスエンジン１２１の回転数センサ１４０からエンジン回転信号Ｓ４を受ける。
また、インターロック回路１６０は、制御部１２３のマイコン（ＥＣＵ）１２３ｍから、ガス遮断弁１３３Ａ、１３３Ｂの開閉を制御するための駆動制御信号Ｓ１、Ｓ２を受ける。
インターロック回路１６０においては、エンジン回転信号Ｓ４がＯＮであり、かつ駆動制御信号Ｓ１、Ｓ２がＯＮである場合に、駆動回路１５０Ａ、１５０Ｂにエンジン作動信号Ｓ３を出力する。
【００３０】
この、図４に示したような回路構成においても、図３と同様のガスエンジン１２１へのガス供給の制御が行え、同様の効果を奏することができる。
【００３１】
なお、上記実施の形態では、コジェネレーションシステム１００の構成について説明したが、本発明の主旨を逸脱しない限り、適宜他の構成を組み合わせることが可能である。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本実施の形態におけるコジェネレーションシステムの構成を示す図である。
【図２】本実施の形態におけるガスエンジンへのガス供給制御を行うための回路構成を示す図である。
【図３】図２に示した回路構成における、ガスエンジンへのガス供給の制御例を示す図である。
【図４】図２に示した回路構成の変形例である。
【符号の説明】
【００３３】
１０…給湯器（冷却媒体供給部）、１００…コジェネレーションシステム、１２１…ガスエンジン、１２２…発電機、１２３…制御部、１２３ｍ…マイコン、１２６…排ガス熱交換器（排熱回収部）、１３０…ミキサ、１３１…エアクリーナ、１３２…ガスライン、１３３…ガス遮断弁（遮断弁）、１３３Ａ、１３３Ｂ…遮断弁、１３４…ガバナ、１３５…スロットル、１４０…回転数センサ（エンジン運転状態センサ）、１５０Ａ、１５０Ｂ…駆動回路、１６０…インターロック回路（ガス供給制御手段）、Ｓ１、Ｓ２…駆動制御信号（弁駆動信号）、Ｓ３…エンジン作動信号（検出信号）、Ｓ４…エンジン回転信号、Ｓ５…電源制御信号（電源信号）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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