エンジン発電機

エンジン発電機（エンジンはつでんき、英：Engine–generator）は、電気発電機とエンジンを組み合わせ、単一の設備として構成したものである。この組み合わせは「エンジン発電機セット」または「ジェネレータセット（Generator Set, Genset）」とも呼ばれる。主として商用電源が利用できない環境や、非常用・可搬用電源として使用される。エンジン発電機は、定置型のもの、車両の一部を構成するもの、あるいは持ち運び可能なポータブル型のものがある。

 構成要素 
 エンジン：ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン、ガスエンジンなどが用いられる。
 発電機：エンジンの回転を電力に変換する部分。同期発電機が多く用いられる。
 ガバナ（調速機）：負荷の変動に応じてエンジンのスロットルを調整し、回転数（＝周波数）を一定に保つ機構。機械式と電子式がある。
 （自動電圧調整器）：発電機の出力電圧を監視し、励磁電流を制御することで電圧を一定に保つ装置。
 カップリング：エンジンのクランクシャフトと発電機の回転子を連結する部品。振動を吸収する役割も持つ。
 コントロールパネル：始動・停止スイッチ、電圧計、周波数計、保護遮断器（ブレーカー）などを統合した操作部。
 燃料供給装置
 冷却・吸気・排気システム
 潤滑システム

定格出力が約1kWを超えるユニットには、通常、始動用のバッテリーとセルモーターが備わっている。非常に大型のユニットでは、圧縮空気、またはエンジンのシリンダーに直接導入される圧縮空気で駆動されるエアスターターモーターによって始動する場合がある。非常用電源装置には、自動始動システムと、停電時に負荷を商用電源から切り離して発電機に接続するためのが含まれることが多い。thumb|カミンズ・オナン・トランスファー・スイッチ

 概要 
エンジン発電機には、幅広い定格出力のモデルが存在する。数百ワットを供給できる手持ちのポータブルユニットから、数千ワットを供給できる手押し車（カート）搭載型、さらには100万ワット（1MW）以上を供給できる定置式またはトレーラー搭載型のユニットまで多岐にわたる。小型ユニットの多くは燃料としてガソリンを使用するように設計されているが、大型ユニットではディーゼル、天然ガス、プロパン（液状またはガス状）など、さまざまな燃料タイプが用いられる。一部のエンジンは、ディーゼルとガスを同時に使用して運転する（バイフューエル）運転することも可能である。

 エンジン 
多くのエンジン発電機は、上述の燃料を用いたレシプロエンジンを使用している。これには、多くの石炭火力発電所で使用されているような蒸気機関も含まれる。一部のエンジン発電機では、ピーク負荷用発電所で使用される産業用ガスタービンや、一部のハイブリッド電気バスで使用されるマイクロタービンなどのタービンを原動機として使用している。

発電機の電圧（V）、周波数（Hz）、電力（W）の定格は、接続される負荷に合わせて選択される。可搬形のエンジン発電機で特定の電子機器を安全に動作させるには、外部のパワーコンディショナーが必要になる場合がある。

天然ガスを燃料とするエンジン発電機は、小規模（1,000kW未満）なコジェネレーション設備の中心となることが多い。

 出力タイプ 
 三相交流 
手持ち可能な小型の三相発電機モデルはわずかしか存在しない。市販されている小型ユニットのほとんどは単相出力のみ可能であり、製造されている三相発電機のほとんどは大型の産業用発電機である。家庭で三相電力がより一般的である他の国々では、数kW以上のポータブル三相発電機が販売されている。

 インバータ発電機 
小型の発電機には、インバータを使用しているものがある。インバータモデルは、必要な電力を生成するためにエンジンの回転数を下げて運転できるため、騒音を低減し、燃費を向上させることができる。またインバータ発電機は、全高調波歪が低いため、コンピュータや安定器を使用する照明などの繊細な電子機器への給電に最適である。

発電機にかかる負荷によってエンジンの回転数が低下すると、出力される電気の周波数と電圧に悪影響を及ぼすが、電子インバータを使用して必要な交流（AC）出力を生成することで、発電機の出力範囲全体にわたって電圧と周波数を安定させることができる。

もう一つの利点は、エンジン駆動の発電機から得られる電力を、より高い周波数の多相出力や、インバータに供給するための直流（DC）への整流に適した波形にできることである。これにより、ユニットの軽量化と小型化が可能になる。

 サイズ 
 中型固定式エンジン発電機 
ここに示されている中型固定式エンジン発電機は、415V、約110Aを発電する100kVAのエンジン発電機である。これは6.7リットルのターボチャージャー付きパーキンス・フェイザー1000シリーズエンジンによって駆動され、400リットルのタンクに対し、1時間あたり約27リットルの燃料を消費する。英国のディーゼルエンジンは「レッドディーゼル」で稼働し、1,500または3,000rpmで回転する。これにより、欧州で使用されている周波数である50Hzの電力が生成される。北米など周波数が60Hzの地域では、発電機は1,800rpmまたは3,600の約数で回転する。ピーク効率点で運転されるディーゼル発電機セットは、消費される軽油1リットルにつき3～4kWhの電気エネルギーを生成できるが、部分負荷では効率が低下する。

 大規模発電機セット 
多くの発電機は、企業から総合病院まであらゆる施設に電力を供給できるほどの出力を生成する。これらのユニットは、予期せぬ停電が深刻な経済的損失（機会費用）につながる企業にとって、バックアップ電源として特に有用である。例えば、病院では人工呼吸器などの生命維持装置が電気で動いているため、絶えず電力を必要とする。

非常に一般的な用途として、鉄道の電気・ディーゼル両用車両があり、一部のユニットは4,000馬力を超える。

大型発電機は、電気推進方式を採用している船舶にも搭載されている。電圧や周波数は、設置環境によって異なる場合がある。

 用途 
エンジン発電機は、商用電源（発電所）が利用できない場所、または一時的にしか電力を必要としない場所で電力を供給するために使用される。小型発電機は、建設現場で電動工具に電力を供給するために使用されることがある。

トレーラー搭載型発電機は、照明、音響増幅システム、遊具などの一時的な設営現場に電力を供給する。可搬形発電機に必要なワット数を決定するために、さまざまな機器の推定電力使用量を計算するワット数表が用いられる。

トレーラー搭載型または移動式のディーゼル発電機は、冗長系が必要な場合や、現場に発電機がない場合の緊急用・バックアップ用としても使用される。接続をより迅速かつ安全にするために、建物の配電盤の近くに「カムロック」などのコネクタを備えた「タイインパネル（接続パネル）」が設置されることがよくある。タイインパネルには、相回転インジケータ（三相システム用）や回路遮断器が含まれる場合もある。カムロックコネクタは、最大480Vのシステムで400Aの定格があり、発電機との接続には4/0タイプのWケーブルが使用される。タイインパネルの設計は、200Aから3,000Aの用途で一般的である。

非常用発電機は恒久的に設置され、商用電源の供給が一時的に中断された際に、重要な負荷に即座に電力を供給するために使用される。病院、通信施設、データ処理センター、下水ポンプ場、その他多くの重要な施設に非常用発電機が備えられている。一部の非常用発電機は、商用電力の喪失を自動的に検出し、エンジンを始動させ（天然ガスラインの燃料などを使用）、商用電力の復旧を検出し、自動的に停止するというプロセスを、人間の介入なしに行うことができるHome generators basics by L. Rozenblat 2008。

商用電源が不安定な地域や利用できない地域では、個人所有の発電機が特に普及している。トレーラー搭載型の発電機は、商用電力が一時的に遮断された災害地域に牽引して運ぶことができる。

 安全性 
毎年、ポータブル発電機の不適切な使用により、一酸化炭素中毒による死者が発生している。5.5kWのポータブル発電機は、自動車6台分と同量の一酸化炭素を排出するため、発電機を屋内に設置すると、すぐに一酸化炭素が致死レベルまで蓄積する恐れがある。ガレージ内、あるいは開いた窓やエアコンの通気口の近くでポータブル発電機を使用することも、一酸化炭素中毒の原因となる。

さらに、ポータブル発電機を使用する際は、「」を防ぐことが重要である。これは電力会社の作業員や他の建物にいる人々に危害を及ぼす可能性がある。ディーゼルまたはガソリン駆動の発電機を始動する前に、電流が逆流しないよう、主遮断器が「オフ」の位置にあることを確認する必要がある。

エンジン発電機から排出される極めて高温の排気ガスは、工場製の陽圧煙突（UL 103試験規格認定品）または一般的なスケジュール40の黒鉄管を通じて排出される。配管の表面温度を下げ、機械室への過度な熱の流入を抑えるために、断熱材の使用が推奨される。また、バックファイアによる圧力を逃がし、排気管の完全性を維持するための安全弁も利用可能である。

 脚注 

 関連項目 

 内燃力発電
 電源車
 水素燃料エンジン
 誘導発電機
 可搬形発電設備専門技術者
 自家用発電設備専門技術者
 自家発電
 日本産業規格（一般機械）の一覧 (B 8000-8999)
 電気事業法
 電気工事士法

 外部リンク 


 一般社団法人 日本内燃力発電設備協会 - 日本内燃力発電設備協会の公式ウェブサイト
 CDC: Electrical Safety and Generators

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