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【発明の名称】 コジェネレーション装置
【発明者】 【氏名】早川 誠治

【要約】 【課題】停電が生じた場合であって外部熱負荷との間に配管された外部排熱運搬回路が故障したときにも自立運転をすることができるコジェネレーション装置を提供。

【解決手段】エンジン2と、エンジン2で駆動される電動発電機5と、エンジンの排熱を回収し外部排熱運搬回路に排熱を伝達する排熱回収回路7と、排熱回収回路7から分岐し再び排熱回収回路7に合流する分岐路10と、分岐路上に設けられた放熱ラジエータ11と、排熱回収回路7上における分岐点103に設けられ自立運転時に分岐路10へ切り替わる切替弁15とをもつ。本装置は、自立運転時電力入力用の接続端子810と昇圧コントローラ813と自立運転時電力出力用の非常用コンセント88をもつポータブルユニットを有する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
エンジンと、該エンジンで駆動される電動発電機と、前記エンジンの排熱を回収し外部排熱搬送回路へ排熱を伝達する排熱回収回路と、前記電動発電機の発電出力を商用電力系統に連系させる連系運転と前記電動発電機を前記商用電力系統から切り離して該電動発電機を自立させる自立運転とを切替え制御する運転切替制御部と、前記自立運転時に必要な電力を取り込む自立時電力入力ポートと、前記自立運転時に前記電動発電機により発電した電力を外部に出力する自立時電力出力ポートと、を有するコジェネレーション装置において、
前記排熱回収回路から分岐し再度該排熱回収回路に合流する分岐路と、該分岐路上に設けられた放熱器と、前記排熱回収回路上における前記分岐路に分岐する分岐点に設けられ前記自立運転時に前記分岐路へ切り替わる切替弁とをもつことを特徴とするコジェネレーション装置。
【請求項2】
前記分岐路上の前記放熱器の出口側に、前記連系運転時には閉弁し前記自立運転時には開弁する開閉弁を設けたことを特徴とする請求項1記載のコジェネレーション装置。
【請求項3】
前記開閉弁は、分岐路上における前記放熱器の入口側及び出口側に設けたことを特徴とする請求項2に記載のコジェネレーション装置。
【請求項4】
前記エンジンの燃料の種類を選択可能な燃料種切替装置をもつことを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載のコジェネレーション装置。
【請求項5】
前記エンジン、前記電動発電機、前記排熱回収回路、前記運転切替制御部及び前記切替弁は第一ユニットを構成し、
前記分岐路、前記放熱器、前記自立時電力入力ポート及び前記自立時電力出力ポートは第二ユニットを構成しており、
該第二ユニットは前記第一ユニットから着脱可能な接続ポートをもつことを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載のコジェネレーション装置。
【請求項6】
前記第二ユニットは、前記第一ユニットの上に配設されていることを特徴とする請求項5に記載のコジェネレーション装置。
【請求項7】
前記自立時電力入力ポートは、外部電力源を着脱可能に接続する接続端子であることを特徴とする請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載のコジェネレーション装置。
【請求項8】
エンジンと、該エンジンで駆動される電動発電機と、前記エンジンの排熱を回収し外部排熱搬送回路へ排熱を伝達する排熱回収回路と、前記電動発電機の発電出力を商用電力系統に連系させる連系運転と前記電動発電機を前記商用電力系統から切り離して該電動発電機を自立させる自立運転とを切替え制御する運転切替制御部と、前記自立運転時に必要な電力を取り込む自立時電力入力ポートと、該自立時電力入力ポートより供給された入力電圧を昇圧させる昇圧コントローラと、前記自立運転時に前記電動発電機により発電した電力を外部に出力する自立時電力出力ポートと、を有するコジェネレーション装置において、
前記自立時電力入力ポート及び前記昇圧コントローラは、前記コジェネレーション装置の中の他の装置とは別個のユニットを構成しており、該ユニットは、前記コジェネレーション装置の中の他の装置との間がケーブルにより連結されていることを特徴とするコジェネレーション装置。
【請求項9】
前記ユニットは、更に、前記自立時電力出力ポートを含むことを特徴とする請求項8記載のコジェネレーション装置。
【請求項10】
前記ユニットは、前記連系運転と前記自立運転とを切り替える操作パネルを含むことを特徴とする請求項8または請求項9に記載のコジェネレーション装置。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
本発明は、エンジンを動力源として電力エネルギと熱エネルギを出力するコジェネレーション装置に関し、特に商用電力系統が停電し給湯系統に故障が生じた非常時に自立運転を行うことができるコジェネレーション装置に関する。
【背景技術】
【0002】
コジェネレーションシステムは、エンジンの駆動力を電動発電機にて電力に変換することにより発電を行うとともに、その発電で発生する排熱を回収して熱エネルギとして有効に利用するシステムである。このコジェネレーションシステムは、エネルギの有効利用の点から近年注目されている。
【0003】
コジェネレーション装置を作動させるにあたっては、まず、商用電力系統から供給された電気でエンジンを回転させる必要がある。このため、商用電力系統で停電が生じるとエンジンを始動させることができず、コジェネレーション装置による電力と熱を出力させることができない。
【0004】
そこで、特許文献1には、貯湯タンク内の温水温度が所定値以下になったときに、つまり熱需要が生じたときにエンジンが駆動される。そして、貯湯タンク内の温水温度が所定値以上になったときに、強制的にタンク内の温水を排水したり低温の水を給水したりして水温を下げる。これにより強制的に熱需要を発生させて、エンジンを始動させる。
【0005】
また、特許文献2には、停電時の自立運転時に、不足電力をバッテリから補給する。また、特許文献2のコジェネレーション装置は、外部熱負荷に連絡している外部排熱運搬回路上に分岐路を設け、分岐路上に放熱器を設けている。自立運転時には、この放熱器から、エンジンから排出される不要な排熱が放出される。
【特許文献1】特開2006−83720号公報
【特許文献2】特開2006−220066号公報
【特許文献3】特開2006−217767号公報
【特許文献4】特開2006−121888号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、特許文献1では、自立運転時にエンジンを駆動させる際に、排熱を放出するにあたって貯湯タンクが正常に作動していることが必要である。このため、地震などの災害時に、貯湯タンクへの給水が絶たれたり、貯湯タンクが破損、あるいは貯湯タンクへの連絡管が破損したときには、自立発電ができない可能性が高い。
【0007】
また、特許文献2では、自立運転時にエンジンの排熱を放熱させる放熱器が、コジェネレーション装置と外部熱負荷との間を連絡する外部排熱運搬回路に設置されている。このため、外部排熱運搬回路、または貯湯ユニットの中の配管やポンプが破損したときには、自立運転ができない可能性が高い。
【0008】
また、特許文献1、3,4では、発電装置の起動用電源としてバッテリを用いているため、常にバッテリのメンテナンスを行う必要がある。停電は近年頻度が低下しており、自立電動発電機能は製品寿命期間内に使用されない場合も想定される。そのため、バッテリを常にメンテナンスすることは維持費の増加を招く。そこで、起動用電源として、各家庭に普及している自動車用バッテリを用いることが考えられる。しかし、この場合、自動車が駐車されている屋外駐車場まで数十mの距離があるため、コジェネレーション装置と自動車用バッテリとを接続するのに、数十mの長さ分の延長コードが必要となる。このような長い延長コードが家庭で用意されていない場合もある。
【0009】
また、特許文献3,4には、連系運転時の電気出力ポートとは別個に、自立運転時に電気を出力する自立時出力ポートが設けられている。しかし、自立時出力ポートは装置に固定されているため、実際に使用したい機器まで延長コードで接続する必要がある。かかる延長コードは家庭で用意されていない場合もある。
【0010】
本発明は上記した事情に鑑みてなされたものであり、停電が生じた場合であって、外部熱負荷との間に配管された外部排熱運搬回路が故障したときにも自立運転をすることができるコジェネレーション装置を提供することを第一の課題とするものである。
【0011】
また、第二の課題は、自立運転用の起動時電源の維持費の増加を抑制し、自立運転時の電気の入出力の利便性の高いコジェネレーション装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0012】
(1−1)第一の課題を解決する発明は、エンジンと、エンジンで駆動される電動発電機と、エンジンの排熱を回収し外部排熱搬送回路へ排熱を伝達する排熱回収回路と、電動発電機の発電出力を商用電力系統に連系させる連系運転と電動発電機を商用電力系統から切り離して電動発電機を自立させる自立運転とを切替え制御する運転切替制御部と、自立運転時に必要な電力を取り込む自立時電力入力ポートと、自立運転時に電動発電機により発電した電力を外部に出力する自立時電力出力ポートと、を有するコジェネレーション装置において、排熱回収回路から分岐し再度排熱回収回路に合流する分岐路と、分岐路上に設けられた放熱器と、排熱回収回路上における分岐路に分岐する分岐点に設けられ自立運転時に分岐路へ切り替わる切替弁とをもつことを特徴とするコジェネレーション装置である。
【0013】
コジェネレーション装置が自立運転をするときには、運転切替制御部で、商用電力系統から電動発電機を切り離して電動発電機を自立させる。また、排熱回収回路上に設けた切替弁を分岐路へ切り替える。これにより、排熱回収回路を流れる冷媒が分岐路に流れて、分岐路上に設けた放熱器から冷媒の熱が放熱される。したがって、自立運転時には、外部熱負荷のかわりに放熱器により、エンジンからの排熱を放熱させることができる。ゆえに、停電や外部熱負荷への配管が故障した場合にもエンジンを駆動させて電動発電機より電力を出力することができる。
【0014】
(1−2)分岐路上の前記放熱器の出口側には、連系運転時には閉弁し自立運転時には開弁する開閉弁を設けることが好ましい。ここで、放熱器の出口側には開閉弁を設けているため、連系運転時に放熱器に分岐路の排熱回収回路との合流点から冷媒が流れ込むことを防止できる。それゆえ、放熱器から冷媒の熱が放出されることを防止する。したがって、分岐路上の放熱器から排熱回収回路の熱が外部に放出されることを防止し、排熱回収回路の排熱回収率を向上させることができる。
【0015】
(1−3)また、開閉弁は、分岐路上における放熱器の入口側及び出口側に設けることが好ましい。この場合には、分岐路中の冷媒が放熱器の入口側だけでなく出口側から放熱器へ流れることが防止される。このため、放熱器からの放熱を更に抑制でき、排熱回収回路の排熱回収率を更に向上させることができる。
【0016】
(1−4)また、エンジンの燃料の種類を選択可能な燃料種切替装置をもつことが好ましい。災害時には、停電や外部熱負荷への配管が故障するだけでなく、都市ガスなどの外部燃料供給管が故障する場合がある。この場合にも、調達可能な種類の燃料(例えばプロパンガス)に切り替えてエンジンを駆動させることができる。たとえば、燃料種切替装置は、数種類の燃料ガスから所望の燃料を選択する燃料切替スイッチと、燃料源と接続している燃料通路に配置された燃料弁と、燃料スイッチにて選択された種類の燃料ガスが適切に燃焼する空気との混合比となるように燃料弁にその開度を調整するように指示する燃料種切替制御部とから構成されている。
【0017】
(1−5)また、エンジン、電動発電機、排熱回収回路、運転切替制御部及び切替弁は第一ユニットを構成し、分岐路、放熱器、自立時電力入力ポート及び自立時電力出力ポートは第二ユニットを構成しており、第二ユニットは第一ユニットから着脱可能な接続ポートをもつことが好ましい。第二ユニットは、自立運転に必要なユニットである。例えば、コジェネレーション装置の使用者は自立運転を必要としていない場合もある。自立運転を不要とする使用者は自立運転に必要な第二ユニットを第一ユニットから取り外しておくことができる。このため、第二ユニットの要否を選択でき、使用者の選択の幅が広がる。
【0018】
(1−6)また、第二ユニットは、第一ユニットの上に配設されていることが好ましい。これにより、第二ユニットの占有床面積が不要となり、コジェネレーション装置をコンパクトに設置することができる。
【0019】
(1−7)また、自立時電力入力ポートは、外部電力源を着脱可能に接続する接続端子であることが好ましい。自立運転をするのは、災害時など非常時に限られている。このため、自立運転に必要な電力源はコジェネレーション装置に常設するのではなく、自立運転時にだけ、車両用のバッテリなどの外部電力源を調達し接続端子に接続する。これにより、バッテリを常時搭載する必要がなくなり、装置のコンパクト化及びコスト低下をもたらすことができる。また、バッテリのメンテナンスが不要となり維持費を抑制できる。
【0020】
(2−1)第二の課題を解決する発明は、エンジンと、エンジンで駆動される電動発電機と、エンジンの排熱を回収し外部排熱搬送回路へ排熱を伝達する排熱回収回路と、電動発電機の発電出力を商用電力系統に連系させる連系運転と電動発電機を商用電力系統から切り離して電動発電機を自立させる自立運転とを切替え制御する運転切替制御部と、自立運転時に必要な電力を取り込む自立時電力入力ポートと、自立時電力入力ポートより供給された入力電圧を昇圧させる昇圧コントローラと、自立運転時に電動発電機により発電した電力を外部に出力する自立時電力出力ポートと、を有するコジェネレーション装置において、自立時電力入力ポート及び昇圧コントローラは、コジェネレーション装置の中の他の装置とは別個のユニットを構成しており、ユニットは、コジェネレーション装置の中の他の装置との間がケーブルにより連結されていることを特徴とするコジェネレーション装置である。
【0021】
上記構成においては、自立時電力入力ポートが、他の装置とは別個のユニットに設けられている。このため、起動用電源が装置の遠方にある場合にも、ユニットを起動用電源の位置まで運ぶことができ、自立時電力入力ポートを容易に遠方の起動用電源に接続することができる。また、ユニットには昇圧コントローラを設けている。このため、自立時電力入力ポートから入力された電力は、昇圧された後に、ケーブルを通じて他の装置に効率よく送電することができる。
【0022】
(2−2)ユニットは、更に、自立時電力出力ポートを含むことが好ましい。この場合、遠方の電気負荷までユニットを運ぶことで、容易に自立時電力を電気負荷と接続することができる。この場合、ユニットは、自立運転時に電動発電機により発電された高電圧の発電電力を降圧させる降圧コントローラを含むことが好ましい。これにより、電動発電機にて発電された発電電力を高電圧のままケーブルを通じてユニットに効率よく送電することができる。
【0023】
(2−3)ユニットは、連系運転と自立運転とを切り替える操作パネルを含むことが好ましい。この場合、ユニットが装置から離れた位置に設置されていても、ユニットに対して自立運転に必要な起動用電源の接続を行うとともに自立運転に切り替える操作を行えばよい。このため、自立運転時の起動用電源の接続を行った後に、遠方の他のユニットまで移動しなくてもよい。ゆえに、自立運転の切替操作を容易に行うことができる。
【0024】
(2−4)第二の課題を解決するコジェネレーション装置は、さらに、排熱回収回路から分岐し再度排熱回収回路に合流する分岐路と、分岐路上に設けられた放熱器と、排熱回収回路上における分岐路と分岐する分岐点に設けられ自立運転時に分岐路へ切り替わる切替弁とをもつことが好ましい。
【発明の効果】
【0025】
本発明のコジェネレーション装置によれば、自立運転時に、排熱回収回路上に設けた切替弁を分岐路へ切り替えることにより、放熱器から冷媒を放熱させている。このため、停電が生じた場合であって、コジェネレーション装置と外部熱負荷との間の外部排熱運搬回路が故障したときにも、自立運転をすることができる。
【0026】
また、自立時電力入力ポートが、他の装置とは別個のユニットに設けられているため、起動用電源が装置の遠方にある場合にも、自立時電力入力ポートを容易に遠方の起動用電源に接続することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0027】
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。
【0028】
(1)実施形態例1
本例のコジェネレーション装置は、図1、図2に示すように、エンジン2と、エンジン2で駆動される電動発電機5と、エンジン2の排熱を回収し外部排熱運搬回路94に排熱を伝達する排熱回収回路7と、電動発電機5の発電出力を商用電力系統864に連系させる連系運転と電動発電機5を商用電力系統864から切り離して電動発電機5を自立させる自立運転とを切り替え制御する運転切替制御部811とを有する。
【0029】
また、コジェネレーション装置は、自立運転時に必要な電力を取り込む自立時電力入力ポートとしての接続端子810と、自立運転時に電動発電機5により発電された電力を外部負荷に出力する自立時電力出力ポートとしての非常用コンセント88と、排熱回収回路7から分岐し再び排熱回収回路7に合流する分岐路10と、分岐路10上に設けられた放熱器としての放熱ラジエータ11と、排熱回収回路7上における分岐路10と分岐する分岐点103に設けられ自立運転時に分岐路10へ切り替わる切替弁15と、エンジンの燃料の種類を選択可能な燃料種切替スイッチ132及び燃料種切替制御部812とをもつ。
【0030】
分岐路10上の放熱ラジエータ11の出口側には、連系運転時には閉弁し自立運転時には開弁する開閉弁101を設けている。
【0031】
接続端子810には、外部電力源82が接続される。外部電力源82は、自立運転時に接続端子810に接続し、連系運転時には取り外しておくことができる。
【0032】
運転切替制御部811は、制御基板81に形成されている。制御基板81は、運転切替制御部811の他に、燃料種切替制御部812と、接続端子810から供給された電気の電圧を昇圧させる昇圧コントローラ812とをもつ。
【0033】
エンジン2、電動発電機5、排熱回収回路7及び切替弁15は、連系ユニット6を構成している。連系ユニット6は、制御基板86をもつ。制御基板86は、連系ユニット6の中の機器を制御する連系制御部861と、電動発電機5により発電された交流電流を商用電力系統864及び電気負荷865の電圧、周波数などに適応させるように変換させる変換部862と、電力をコジェネレーション装置の中の各機器や外部の電気負荷865に配電する配電部863とをもつ。連径ユニット6は、商用電力系統864と連系して発電するとともに発電により発生する排熱を回収して熱エネルギを出力する。
【0034】
分岐路10、放熱ラジエータ11、自立時電力出力用の接続端子810及び制御基板81は、自立ユニット1を構成している。自立ユニット1は、自立運転時に連系ユニット6を商用電力系統から切り離して自立して発電させるとともに発電により発生する排熱を外部に放出する。
【0035】
図2に示すように、連系ユニット6と自立ユニット1とは、分岐路10及び電気配線80により接続されている。分岐路10及び電気配線80には、図示しない継手及びコネクタが形成されていて、これらの部分を接続、切り離しすることにより、連系ユニット600と自立ユニット100とを着脱できる。
【0036】
図4に示すように、連系ユニット6、自立ユニット1は、それぞれ別個のケース600,100に収容されている。自立ユニット1を収容するケース100は、連系ユニット6を収容するケース600の上に配設されている。ケース100,600の正面には、各ユニットの点検、操作用の開閉扉101,601が形成されている。また、ケース100の開閉扉101には、放熱ラジエータ11から排出される熱を外部に放出させる放熱ファン14のファンガード190が設けられている。
【0037】
図1,図2に示すように、電動発電機5は、エンジン2に連結されており、エンジン2から受けた駆動力により発電する。また、電動発電機5は、エンジン始動時には、供給された電力によりエンジンを回転させる機能をもつ。電動発電機5は、変換部862を介して配電部863と接続されている。変換部862は、電動発電機5から発電された3相交流電流を直流電流に変換し、更に外部の電気負荷865の周波数、電圧に合った交流電流に変換する。変換された交流電流は、配電部863を介して、家庭内の電気負荷865に供給される。また、コジェネレーション装置では通常は電動発電機5により発電される電力で各種装置を作動させることができるが、電力不足の場合には商用電力系統864から不足電力が供給される。
【0038】
図5に示すように、エンジン2は、吸気通路3から燃焼室20に供給された燃料及び空気を含む混合気体の燃焼により回転駆動する。燃焼室20内の混合気体は点火プラグ24により発生させる火花により燃焼する。燃焼室20から排出される排ガスは排気通路4に排出される。また、エンジン2には、冷却水が流れて燃焼室20を冷却するウォータジャケット27が設けられている。
【0039】
吸気通路3は、エンジン2の燃焼室20に空気と燃料を含む混合気体を供給する通路である。吸気通路3は、空気を供給する空気通路32と、燃料を供給する燃料通路34と、空気通路32と燃料通路34とを合流させて空気と燃料との混合気体が流通する混合気体通路30とをもつ。混合気体通路30には、混合気体を燃焼室20に供給する量を調整するスロットル弁31が設けられている。
【0040】
スロットル弁31は、混合気体通路30内に開閉可能に設けられた弁体であり、連系制御部861から受けた電気信号により作動するステッピングモータにより開閉度が調整される。
【0041】
空気通路32には、空気に含まれる埃などを除去するエアクリーナ33が設けられている。燃料通路34の上流側は、燃料ガスを供給する燃料供給源35と接続されている。燃料供給源35は、燃料ガスの取込み口である。燃料ガスは、都市ガスまたはLPガスである。燃料通路34の途中には、上流側から順に、ガス電磁弁361,362、ガバナ37、バッファタンク38、燃料弁39が設けられている。ガス電磁弁361,362は、燃料供給源35からの燃料の供給の開始、停止を行う。ガバナ37は、圧力調整弁であり、燃料ガスの圧力が大気圧になるように、燃料の供給量を調整する。バッファタンク38には、燃料の一部が貯留されており、始動時の燃料通路34内の波動をタンク内の燃料に吸収させて抑制する。燃料弁39は、連系制御部861からの電気信号により作動するステッピングモータにより開閉量が調整される。燃料弁39は、空気通路32との合流点320の近傍に設けられており、使用する燃料の種類に応じて燃焼に最適な濃度になるように空気との混合比を調整する。
【0042】
排気通路4上には、上流側から順に、ガス熱交換器411と、排気サイレンサ412と、ドレントラッパ413とが設けられている。ガス熱交換器411は、排気通路4を通過する排ガスの熱を、排熱回収回路7を流れる冷却水と熱交換する。排気サイレンサ412は、排ガスの圧力と温度を外気の状態近くまで徐々に下げて、排気騒音を低減させる。ドレントラッパ413は、排ガスに含まれている液体を回収する。ガス熱交換器411と排気サイレンサ412とドレントラッパ413には、ドレン通路42が接続されていて、排ガスから生成したドレンを回収する。ドレン通路42には、ドレンを中和させる中和器421が設けられている。回収されたドレンは中和器421で中和されて外部に排出される。
【0043】
図1に示すように、排熱回収回路7は、燃焼室冷却用の冷却水が流れる冷却水通路である。排熱回収回路7は、冷却水を循環させるポンプ71と、排熱回収回路7を流れる冷却水と外部排熱搬送回路94を流れる湯水との間で熱交換を行う水熱交換器72とをもつ。ポンプ71は、冷却水を、エンジン2のウォータジャケット27、ガス熱交換器411及び水熱交換器72に循環させる。
【0044】
排熱回収回路7におけるエンジン2への入口近傍及びガス熱交換器71の出口近傍には、それぞれサーミスタ701,702が装着されている。サーミスタ701,702は、冷却水の温度を検知し、その検知信号を連系制御部861に送る。連系制御部861は、冷却水が所定温度範囲になるようにポンプに回転数を指示して、冷却水の流速度を調整する。
【0045】
また、排熱回収回路7は、水熱交換器72を設けている熱交換通路77と、水熱交換器72を設けていない迂回通路78とをもつ。熱交換通路77と迂回通路78との分岐点にはサーモバルブ79が設けられている。サーモバルブ79は、エンジン始動時の冷却水が低温のときには、熱交換通路77を閉弁し迂回通路78を開弁する。この場合、冷却水が熱交換通路77を通過することなく迂回通路78を通過する。これにより、水熱交換器72による冷却水の温度降下を防止し、早期にエンジン2が暖機される。そして、エンジン駆動により冷却水が温度上昇し所定温度以上に到達したとき(通常運転時)には、サーモバルブ79は、熱交換通路77を開弁し迂回通路78を閉弁する。この場合、冷却水が熱交換通路77を通過する。これにより、エンジン2で発生した排熱が、排熱回収回路7及び水熱交換器72を介して外部熱運搬回路94に出力される。
【0046】
排熱回収回路7は水熱交換器72により外部排熱運搬回路94に排熱を伝達する。外部排熱運搬回路94は、温水が流れる通路であり、連系ユニット6と外部熱負荷である貯湯ユニット9との間を接続している。外部排熱運搬回路94には、温水を搬送するポンプ941が設けられている。ポンプ941は、連系ユニット6の中に配設されている。
【0047】
貯湯ユニット9の中の外部熱運搬回路94には、貯湯タンク942と接続されているタンク通路943と、貯湯タンク942とは接続されていない迂回通路944とをもつ。タンク通路943と迂回通路944との分岐点には三方切替バルブ945が設けられている。三方切替バルブ945は、エンジン始動時の湯水が要求温度よりも低温の場合に迂回通路944に湯水を流して貯湯タンク942に低温の水が流入することを停止し、要求温度以上に高温になったときにタンク通路943に湯水を流入させるように切り替わる。また、貯湯ユニット9は、貯湯タンク942の湯温を要求温度にするためのタンク湯温制御部891が設けられている。貯湯タンク942の湯温は、エンジン2の作動により上昇するが、要求温度よりも低い場合には貯湯ユニット9に設けたガス燃焼器(図示略)により加熱されて温度上昇される。貯湯タンク942に貯留された湯水は、風呂、台所などで利用される。
【0048】
また、図1,図3に示すように、排熱回収回路7は、分岐路10への分岐点103に三方切替弁15を設けている。三方切替弁15は、操作パネル13のダイアル131を自立モードに切り替えると、冷却水が分岐路10へ流れるように切り替わる。切替弁15は三方切替弁である。
【0049】
分岐路10上には冷却水を放熱させる放熱ラジエータ11が設けられている。放熱ラジエータ11を流れる冷却水は、更に放熱ファン14により放熱される。
【0050】
分岐路10の放熱ラジエータ11の下流側は、第一余剰水通路171または第二余剰水通路172と接続している。第一余剰水通路171及び第二余剰水通路172のいずれも、運転中に冷却水が膨張してあふれ出た分を貯留するリザーブタンク13と、冷却水の水圧を調整するラジエータキャップ12とをもつ。第一余剰水通路171は連系ユニット6に配置され、第二余剰水通路172は自立ユニット1に収容される。第一余剰水通路171と第二余剰水通路172はいずれか1つを配置すればよい。たとえば、自立ユニット1を用いていない場合には、連系ユニット6に第一余剰水通路171を配置する。自立ユニット1を用いる場合には、自立ユニット1に第二余剰水通路172を配置する。
【0051】
分岐路10は、排熱回収回路7上のガス熱交換器411の下流側dの分岐点103で排熱回収回路7から分岐し、排熱回収回路7のポンプ71の上流側の合流点104で合流している。合流点104は分岐点103よりもポンプ71近傍の上流側に近い位置に配置されていることが好ましい。この場合、ポンプ81の吸引力により排熱回収回路7の中の冷却水が分岐路10へ流れ込み易くなる。また、排熱回収回路7の排熱を効率よく取り出すには、エンジン2の下流側、更にはガス熱交換器411の下流側に分岐路103を配置することが好ましい。
【0052】
自立ユニット1は、自立運転時に自立ユニット1内の機器に作動信号を送る制御基板81を設けている。また、制御基板81は、自立運転時に外部電力源82を着脱可能に接続する接続端子810を有している。外部電力源82としては、車両に搭載されているバッテリを用いることができる。
【0053】
図2に示すように、自立ユニット1は、自立時電力出力ポートとしての非常用コンセント88が設けられている。非常用コンセント88は、降圧コントローラとしてのトランス87を介して、連系ユニット6の配電部863に接続されている。トランス87は配電部863から送られた電気を非常用の低電圧の交流に変換している。
【0054】
連系ユニット6に設けた連系制御部861、自立ユニット1に設けた運転切替制御部811、及び貯湯ユニット9に設けたタンク湯温制御部891は、遠隔に設置されている風呂リモコン83、台所リモコン84のいずれかの操作により指示を受ける。連系制御部861、運転切替制御部811、タンク湯温制御部891は、電子制御回路をもち、各ユニット内の検出器から検出信号を受け、検出信号に基づいて作動機器の運転を制御する制御信号を作成し、作動機器に制御信号を送る。
【0055】
次に、本例のコジェネレーション装置の作動について説明する。
【0056】
図3に示すように、連系運転の際には、操作パネル13のダイアル131を「連系」にあわせる。また、操作パネル13の燃料種切替スイッチ132を都市ガスの一種である「13A」にあわせる。すると、連系運転モードとなる。このとき、風呂リモコン83または台所リモコン84のいずれかの操作により運転開始の指示が出されると、自立ユニット1は停止したままで、連系ユニット6と貯湯ユニット9は作動を開始する。作動を開始すると、まず、商用電力系統864から電力が供給されて連系ユニット6の機器に供給される。また、排熱回収回路7上の切替弁15は、冷却水が排熱回収回路7を流れて分岐路10へは流れないようにする。これにより、連系ユニット6の中の電動発電機5が商用電力系統864から供給された電力で回転を開始し、エンジン2に回転トルクを供給し始める。そして、吸気通路3を通じて燃料及び空気を含む混合気体が燃焼室20に供給されて燃焼室内の混合気体が燃焼を開始する。やがて、エンジン自身が回転駆動して通常運転を行うようになると、電動発電機5がエンジン2の回転駆動により発電する。そして、発電した電力を、変換部862に送り、ここで所望の電圧、周波数に変換されて、連系ユニット6及び貯湯ユニット9,更には家庭内の電気負荷865に電力が供給される。
【0057】
また、通常運転時のエンジン2は、ウォータジャケット27及び排気通路4上のガス熱交換器411を通る冷却水を温める。温められた冷却水は、排熱回収回路7を通り、水熱交換器72により外部排熱運搬回路94を流れる湯水を暖める。
【0058】
連系運転では、排熱回収回路7上に設けた切替弁15は、分岐路10への流路を閉止し排熱回収回路7への流路を開く。また、分岐路10上に設けた開閉弁101は閉止する。これにより、排熱回収回路7の中の冷却水は、分岐路10には流れず、排熱回収回路7の中を循環する。また、分岐路10上の開閉弁101も閉止しているため、分岐路10の合流点104から冷却水が放熱ラジエータ11に流れ込むことが防止され、放熱ラジエータ11からの排熱放出が抑制される。
【0059】
一方、地震、火災などの非常時には、停電で商用電力系統864が停止し、外部排熱運搬回路94が故障し、更には都市ガスの供給が停止する場合がある。この場合には、自立時外部電力源としての車両用のバッテリ82を接続端子810に接続する。また、都市ガスの代わりにLPガスを燃料通路34の燃料取込口に接続する。そして、図3に示すように、燃料種切替スイッチ132を「LPG」に切り替える。これにより、燃料種切替制御部812においてLPガスの場合に最適な燃料濃度が算出され、その濃度となるように燃料弁39の開度が調整される。なお、ガス供給源が故障していないときには、燃料種切替スイッチ132は切り替えなくてもよい。
【0060】
また、操作パネル13のダイアル131を「自立」に切り替える。すると、自立ユニット1と連系ユニット6は自立運転モードとなる。運転切替制御部811は、連系ユニット6及び自立ユニット1も作動を開始するように、これらを制御する。作動を開始すると、連系ユニット6の制御基板86を経由する商用電力系統864及び電気負荷865との電力の需給は停止される。その一方で、エンジン始動時などの電力不足時に外部電力源82から自立ユニット1の接続端子810を通じて不足電力が供給される。エンジン回転数が上がり発電機5が発電を開始すると、自立ユニット1に設けた非常用コンセント88から家庭内の電力負荷へ電力が出力される。
【0061】
また、運転切替制御部811は、排熱回収回路7上に設けた切替弁15を分岐路10側に切り替え、また分岐路10上に設けた開閉弁101を開く。これにより、排熱回収回路7を流れている冷却水が分岐路10に流れる。そして、分岐路10上の放熱ラジエータ11及び放熱ファン14により冷却水が冷却されて、再度、排熱回収回路7に戻る。
【0062】
本例においては、自立運転モードのときに、連系ユニット6内の排熱回収回路を流れる冷却水を分岐路10に流し、分岐路10上の放熱ラジエータ11及び放熱ファン14により冷却水を放熱している。このため、外部排熱運搬回路94が故障して熱需要がなくたった場合にも、排熱回収回路7を流れる冷却水を分岐路10で放熱させることができる。ゆえに、冷却水の放熱によりエンジン2を冷却することができ、エンジン2を正常に作動させることができる。したがって、自立運転時には、エンジン2の駆動により電動発電機5で発電させることができる。
【0063】
また、本例においては、排熱回収回路7上の切替弁15として三方切替弁を用いているが、排熱回収回路を流れる冷却水の温度が設定温度以上になったときに分岐路10へ冷却水を流すサーモバルブを用いても良い。
【0064】
また、図1に示すように、分岐路10の放熱ラジエータ11の出口側に開閉弁101を設けている。放熱ラジエータ11の出口側は排熱回収回路7の合流点104に接続している。このため、合流点104から放熱ラジエータ11へ冷却水がゆっくりではあるが徐々に流入することがある。この合流点104から放熱ラジエータ11への冷却水の流入を防止するため、放熱ラジエータ11の出口側に開閉弁101を設けている。一方、放熱ラジエータ11の入口側の分岐路10には切替弁15が配設されているため、連系運転時には切替弁15により放熱ラジエータ11への冷却水の流入を抑制できる。
【0065】
また、図6に示すように放熱ラジエータ11の入口側にも開閉弁102を設けても良い。この場合には、連系運転時に、分岐路10内の冷却水が放熱ラジエータ11に流入することを止めることができ、放熱ラジエータ11からの放熱を更に抑制することができる。このため、連系運転時の排熱回収効率が向上する。
【0066】
ここで、切替弁15として用いている三方切替弁は、非接続回路への液漏れを完全に阻止できる。しかし、切替弁15としてサーモバルブなどのように非接続回路への液漏れが生じることがある弁を用いる場合には、放熱ラジエータ11の入口側にも開閉弁102を設けることが好ましい。この場合には、連系運転時に放熱ラジエータ11への冷却水の流入を完全に阻止でき、放熱ラジエータ11からの放熱をより効果的に抑制できる。また、バッテリを常設する必要がないため、バッテリのメンテナンスが不要となり、維持費を抑制できる。また、バッテリを装置に組み込む必要がないため、装置全体のコンパクト化及びコスト低下をもたらすことができる。
【0067】
(2)実施形態例2
本例のコジェネレーション装置は、図7に示すように、自立ユニット1及び連系ユニット6とは別個のポータブルユニット8をもつ点が、実施形態例1と相違する。
【0068】
ポータブルユニット8は、自立時電力入力用の接続端子810と、接続端子810から入力された電力の電圧を上昇させる昇圧コントローラ813とをもち、また、電力出力用の非常用コンセント88と、非常用コンセント88へ出力する電気の電圧を降下させるトランス87とをもつ。接続端子810は、バッテリケーブル815が接続されている。ポータブルユニット8は、小型ケース800に収容されている。
【0069】
ポータブルユニット8は、自立ユニット1との間がケーブル81により連結されている。ケーブル81は、数十mの長さの延長コードである。自立ユニット1の中には、自立運転時の電気の入出力を制御するコントローラ85が設けられている。コントローラ85は、連系ユニット6の中の変換部862と接続されている。
【0070】
本装置を自立運転で始動させるにあたっては、まず、ポータブルユニット8を自動車の停車している駐車場まで移動させて、自動車、バイク等のバッテリ82(外部電力源)にバッテリケーブル815を接続する。操作パネル13のダイアル131を「自立」に切り替えて、自立ユニット1と連系ユニット6を自立運転モードにする。すると、バッテリ82から直流電流が自立ユニット1の接続端子810に入力され、昇圧コントローラ813により電圧を所定値(例えば100V)まで上昇させる。電圧上昇された直流電圧は、自立ユニット1の中のコントローラ85を経て、連系ユニット6の中の変換部862に送られる。変換部862では、直流電流から3相交流電流に変換された後に、電動発電機5に送られる。電動発電機5は、電力供給により回転し、エンジン2に回転トルクを与える。エンジン2は、着火により燃焼を開始する。
【0071】
やがて、エンジンが回転駆動し始めて、回転トルクを出力できるようになる。このとき、コントローラ87によりバッテリ82からの電力供給が停止される。この場合、バッテリ82からバッテリケーブル815を離しても良い。また、エンジンが回転駆動することにより電動発電機5は発電を開始する。電動発電機5から発電された電気は3相交流電流であり、変換器862にて一旦直流電流に変換された後に交流電流(100/200V)に変換される。そして、交流電流は、トランス87にて電圧が降下された後に、非常用コンセント88から外部の電力負荷に電力が出力される。このとき、バッテリ810とは接続が絶たれている。このため、ポータブルユニット8はバッテリから遠方にある電力負荷の場所まで移動させることができる。
【0072】
以上のように、本例では、自立時電力入力用の接続端子810が、自立ユニット1及び連系ユニット6とは別個のポータブルユニット8に設けられている。このため、起動用のバッテリ82が遠方にある場合にも、ポータブルユニット8をバッテリ82の位置まで容易に運ぶことができる。また、ポータブルユニット8は、更に、自立時電力出力用の非常用コンセント88を含んでいる。このため、遠方の電気負荷までポータブルユニット8を運ぶことで、容易に自立時電力を電気負荷と接続することができる。
【0073】
なお、本例においては、ポータブルユニット8を自立ユニット1とケーブル81により接続しているが、連系ユニット6に接続してもよい。この場合、コントローラは連系ユニット6に配置する。また、自立ユニット1と連系ユニット6とは別個のケース100,600に収容されているが、両ユニットが一体のケースに収容されていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【0074】
【図1】実施形態例1のコジェネレーション装置の模式的構成図である。
【図2】実施形態例1のコジェネレーション装置の電気系統を示す説明図である。
【図3】実施形態例1の操作パネルの説明図である。
【図4】実施形態例1のコジェネレーション装置の正面図(a)、自立ユニットの正面図(b)、及び連系ユニットの正面図(c)である。
【図5】実施形態例1のエンジン、吸気通路及び排気通路の説明図である。
【図6】変形例としての、入口側及び出口側に開閉弁を設けた放熱ラジエータの説明図である。
【図7】実施形態例2のコジェネレーション装置の模式的構成図である。
【符号の説明】
【0075】
1は自立ユニット、2は電動発電機、3は吸気通路、4は排気通路、5は電動発電機、6は連系ユニット、7は排熱回収回路、8はポータブルユニット、9は貯湯ユニット、10は分岐路、11は放熱ラジエータ、13は操作パネル、14は放熱ファン、15は切替弁、81はケーブル、82はバッテリ、87はトランス、88は非常用コンセント、94は外部排熱運搬回路、101,102は開閉弁、810は接続端子、813は昇圧コントローラである。
【出願人】 【識別番号】000000011
【氏名又は名称】アイシン精機株式会社
【出願日】 平成18年12月8日(2006.12.8)
【代理人】 【識別番号】100081776
【弁理士】
【氏名又は名称】大川 宏


【公開番号】 特開2008−144659(P2008−144659A)
【公開日】 平成20年6月26日(2008.6.26)
【出願番号】 特願2006−332037(P2006−332037)