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技術 複数の発電ユニットを含む熱電併給装置

出願人 トヨタ自動車株式会社
発明者 弘畑幹鐘
出願日 2011年3月17日 (9年8ヶ月経過) 出願番号 2011-059504
公開日 2012年10月11日 (8年1ヶ月経過) 公開番号 2012-193706
状態 特許登録済
技術分野 排気消音装置 熱ガス機関
主要キーワード ケース内温度 過冷状態 建屋外 外気取入れ口 吸気導管 各発電ユニット 排気導管 開閉制御弁
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2012年10月11日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (3)

課題

エンジン発電機よりなる発電ユニットを複数基組み合わせ、運転される発電ユニットの数を変更することにより電力需要の変動に対応しつつ電力を発生すると同時にエンジンの排熱により熱交換器を介して流体を加熱する熱電併給装置を、寒冷地において発電ユニットの一部が休止されても、問題なく再始動できるようにする。

解決手段

運転中の発電ユニットのエンジンの排気の少なくとも一部により休止中の発電ユニットのエンジンを予熱するエンジン予熱手段を設ける。

概要

背景

エンジンにより発電機を駆動して電力を発生すると同時にエンジンの排熱により熱交換器を介して流体を加熱する熱電併給装置を、エンジンと発電機よりなる発電ユニットの複数基を組み合わせた構造にすると共に、熱交換器に貯湯槽の如き蓄熱手段を付設し、運転される発電ユニットの数を変更することにより電力需要の変動に対応しつつ蓄熱手段により熱需要の変動にも対応し、電力需要と熱需要の間の関係に柔軟性を持たせて電力と熱の両方を供給することが、下記の特許文献において提案されている。

概要

エンジンと発電機よりなる発電ユニットを複数基組み合わせ、運転される発電ユニットの数を変更することにより電力需要の変動に対応しつつ電力を発生すると同時にエンジンの排熱により熱交換器を介して流体を加熱する熱電併給装置を、寒冷地において発電ユニットの一部が休止されても、問題なく再始動できるようにする。運転中の発電ユニットのエンジンの排気の少なくとも一部により休止中の発電ユニットのエンジンを予熱するエンジン予熱手段を設ける。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

エンジン発電機と熱交換器とを含みエンジンにより発電機を駆動して電力を発生すると同時にエンジンの排熱により熱交換器を介して流体を加熱する熱電併給装置にして、エンジンと発電機よりなる発電ユニットを複数基含み、運転中の発電ユニットのエンジンの排気の少なくとも一部により休止中の発電ユニットのエンジンを予熱するエンジン予熱手段を有することを特徴とする熱電併給装置。

請求項2

前記エンジン予熱手段は、運転中の発電ユニットのエンジンの排気の少なくとも一部を休止中の発電ユニットのエンジンに噴きつける手段を含んでいることを特徴とする請求項1に記載の熱電併給装置。

請求項3

前記エンジン予熱手段は、休止中の発電ユニットのエンジンを囲むケースと、運転中の発電ユニットのエンジンの排気の少なくとも一部を前記ケース内へ導く手段とを含んでいることを特徴とする請求項1に記載の熱電併給装置。

請求項4

前記ケースは、発電ユニットとそのエンジンの排熱により流体を加熱する熱交換器とを一体に囲んでいることを特徴とする請求項3に記載の熱電併給装置。

請求項5

前記エンジン予熱手段は、熱電併給装置中のいずれの発電ユニットが運転中の発電ユニットとなり、その他の発電ユニットのいずれが休止中の発電ユニットになっても、運転中の発電ユニットのエンジンの排気の少なくとも一部により休止中の発電ユニットのエンジンを予熱することができるようになっていることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の熱電併給装置。

請求項6

前記熱交換器は、エンジンの冷却水および排気より前記流体へ熱を移転するようになっており、前記熱交換器を出た後のエンジンの排気の少なくとも一部が前記エンジン予熱手段に供されるようになっていることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の熱電併給装置。

請求項7

前記エンジン予熱手段は、休止中の発電ユニットのエンジンの温度および該エンジンの周り気温の少なくとも一方がそれについて定められた所定値以下であるとき発動されるようになっていることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の熱電併給装置。

技術分野

0001

本発明は、エンジン発電機と熱交換器とを備え、エンジンにより発電機を駆動して電力を発生すると同時に、エンジンの排熱により熱交換器を介して流体を加熱し、電力と熱の両方の需要応え熱電併給装置に係る。

背景技術

0002

エンジンにより発電機を駆動して電力を発生すると同時にエンジンの排熱により熱交換器を介して流体を加熱する熱電併給装置を、エンジンと発電機よりなる発電ユニットの複数基を組み合わせた構造にすると共に、熱交換器に貯湯槽の如き蓄熱手段を付設し、運転される発電ユニットの数を変更することにより電力需要の変動に対応しつつ蓄熱手段により熱需要の変動にも対応し、電力需要と熱需要の間の関係に柔軟性を持たせて電力と熱の両方を供給することが、下記の特許文献において提案されている。

先行技術

0003

特開2005-163624

発明が解決しようとする課題

0004

上記の通り、エンジンと発電機よりなる発電ユニットを複数基組み合わせ、熱交換器に貯湯槽の如き蓄熱手段を付設することにより、費用のかかる蓄電手段を要することなく、運転する発電ユニットの数の変更と、比較的安価な蓄熱手段による貯熱作用により、電力需要と熱需要の間の関係に柔軟性を持たせ、一般家庭を対象とするような電力需要と熱需要の大きな変動を伴う電力と熱の需要に備えた熱電併給装置を得ることができる。

0005

しかし、そのような熱電併給装置が寒冷地にて使用されると、休止された発電ユニットのエンジンが冷え休止状態からの発電ユニットの再始動性が問題になると考えられる。本発明は、この問題に着目し、複数基の発電ユニットを含み、電力需要や熱需要の変動に応じて発電ユニットの一つまたはそれ以上が休止状態とされる熱電併給装置を、寒冷地においても問題なく使用できるように改良することを課題としている。

課題を解決するための手段

0006

上記の課題を解決すべく、本発明は、エンジンと発電機と熱交換器とを含みエンジンにより発電機を駆動して電力を発生すると同時にエンジンの排熱により熱交換器を介して流体を加熱する熱電併給装置にして、エンジンと発電機よりなる発電ユニットを複数基含み、運転中の発電ユニットのエンジンの排気の少なくとも一部により休止中の発電ユニットのエンジンを予熱するエンジン予熱手段を有することを特徴とする熱電併給装置を提案するものである。

0007

前記エンジン予熱手段は、運転中の発電ユニットのエンジンの排気の少なくとも一部を休止中の発電ユニットのエンジンに噴きつける手段であってよい。

0008

或いはまた、前記エンジン予熱手段は、休止中の発電ユニットのエンジンを囲むケースと、運転中の発電ユニットのエンジンの排気の少なくとも一部を前記ケース内へ導く手段とを含んでいてよい。この場合、前記ケースは、発電ユニットとそのエンジンの排熱により流体を加熱する熱交換器とを一体に囲んでいてよい。

0009

前記エンジン予熱手段は、熱電併給装置中のいずれの発電ユニットが運転中の発電ユニットとなり、その他の発電ユニットのいずれが休止中の発電ユニットになっても、運転中の発電ユニットのエンジンの排気の少なくとも一部により休止中の発電ユニットのエンジンを予熱することができるようになっていてよい。

0010

前記熱交換器は、エンジンの冷却水および排気より前記流体へ熱を移転するようになっており、前記熱交換器を出た後のエンジンの排気の少なくとも一部が前記エンジン予熱手段に供されるようになっていてよい。

0011

前記エンジン予熱手段は、休止中の発電ユニットのエンジンの温度および該エンジンの周り気温の少なくとも一方がそれについて定められた所定値以下であるとき発動されるようになっていてよい。

発明の効果

0012

エンジンと発電機と熱交換器とを含みエンジンにより発電機を駆動して電力を発生すると同時にエンジンの排熱により熱交換器を介して流体を加熱する熱電併給装置が、エンジンと発電機よりなる発電ユニットを複数基含み、運転中の発電ユニットのエンジンの排気の少なくとも一部により休止中の発電ユニットのエンジンを予熱するエンジン予熱手段を有していれば、熱電併給装置が連続運転される限り、少なくともいずれか一つの発電ユニットは運転されるので、その排熱により休止中の発電ユニットのエンジンを予熱し、寒冷地においても休止中の発電ユニットの再始動性を改善することができる。この場合、休止中の発電ユニットのエンジンを予熱するために電気ヒータを用いるような電力消費を伴わないことは勿論である。

0013

前記エンジン予熱手段が、運転中の発電ユニットのエンジンの排気の少なくとも一部を休止中の発電ユニットのエンジンに噴きつける手段として構成されれば、一つの発電ユニットのエンジンの排気系の一部から他の一つのエンジンの外表面の適宜の箇所までエンジン排気を導く配管とその途中を開閉する弁とで済むような簡単且つ安価な手段により、運転中の発電ユニットのエンジンの排気の少なくとも一部により休止中の発電ユニットのエンジンを予熱することができる。

0014

前記エンジン予熱手段が、休止中の発電ユニットのエンジンを囲むケースと、運転中の発電ユニットのエンジンの排気の少なくとも一部を前記ケース内へ導く手段とからなるように構成されれば、そのようなケースは簡易な構成で済み、またそのようなケース内に他の一つの発電ユニットのエンジンの排気系よりエンジン排気を導く配管とその途中を開閉する弁も簡易な構成で済むので、同じく簡単且つ安価な手段により、運転中の発電ユニットのエンジンの排気の少なくとも一部により休止中の発電ユニットのエンジンを予熱することができる。更に、この場合、前記ケースが発電ユニットとそのエンジンの排熱により流体を加熱する熱交換器とを一体に囲む構成であれば、休止中の発電ユニットのエンジンの排熱により流体を加熱する熱交換器であって、該発電ユニットの休止に伴って冷えるとその内部に残留する流体の氷結によって再始動時に熱交換器の詰まりを生ずる虞のある場合に、それを防止することができる。

0015

以上いずれの場合にも、休止中の発電ユニットのエンジンを予熱する媒体がエンジンの排気であることにより、エンジン予熱媒体がエンジンの冷却水であるような場合に生ずる虞のある保守点検時の水漏れのような問題は生じない。

0016

前記エンジン予熱手段が、熱電併給装置中のいずれの発電ユニットが運転中の発電ユニットとなり、その他の発電ユニットのいずれが休止中の発電ユニットになっても、運転中の発電ユニットのエンジンの排気の少なくとも一部により休止中の発電ユニットのエンジンを予熱することができるようになっていれば、電力需要や熱需要の変動の都合により、いずれの発電ユニットが運転され、いずれの発電ユニットが休止されても、運転中の発電ユニットの排熱により休止中の発電ユニットの再始動性を維持することができ、また熱電併給装置が長時間に亙って部分負荷運転されるような場合に、適宜の時間毎に、休止させる発電ユニットを熱電併給装置内にて順次交代させ、熱電併給装置全体の均熱化を図ることができる。

0017

前記熱交換器が、エンジンの冷却水および排気より前記流体へ熱を移転するようになっており、該熱交換器を出た後のエンジンの排気の少なくとも一部が前記エンジン予熱手段に供されるようになっていれば、休止中の発電ユニットの再始動性を維持するに要する温度は、温水等の熱需要の熱媒体に要求される温度に比して低いので、前記熱交換器にて熱需要のために十分熱を回収した後の最終的に大気中へ廃棄される状態となったエンジン排気を有効に利用して本発明を実施することができる。

0018

前記エンジン予熱手段は、休止中の発電ユニットのエンジンの温度および該エンジンの周りの気温の少なくとも一方がそれについて定められた所定値以下であるとき発動されるようになっていれば、前記エンジン予熱手段が設けられていても、それを無意味に作動させることにより、如何に僅かとはいえ、エンジン排気系背圧を上げ、エンジンの作動効率下げるようなことを回避することができる。

図面の簡単な説明

0019

本発明による熱電併給装置を一つの実施例について示す概略図。
本発明による熱電併給装置を他の一つの実施例について示す概略図。

実施例

0020

図1に示す熱電併給装置は、第1、第2、第3の、3基の発電ユニットを備え、それらが建屋10内に並置されている。第1の発電ユニットはエンジンE1により発電機D1を駆動するものであり、第2の発電ユニットはエンジンE2により発電機D2を駆動するものであり、第3の発電ユニットはエンジンE3により発電機D3を駆動するものでる。エンジンE1、E2、E3は吸気導管12を経て建屋外より取り入れられた空気により作動する。発電機D1、D2、D3は、それぞれ図には示されていない導電線により制御装置12を介して外部の電力負荷に接続されている。制御装置14による発電機D1、D2、D3と外部電力負荷の間の接続或いはその切り換えの態様は任意であってよい。

0021

図示の実施例においては、第1、第2、第3の各発電ユニットに対しそれぞれ個別の熱交換器H1、H2、H3が設けられており、各熱交換器には、当該発電ユニットのエンジンよりその冷却水が熱源として通されている。Tw1、Tw2、Tw3は各エンジンの冷却水の温度を検出する温度センサである。図においては、熱交換器H1、H2、H3に、それぞれ個別の媒熱流体による熱負荷Q1、Q2、Q3が接続されているが、これらは図には示されていない任意の弁および配管手段により互いに連結されていてよい。熱交換器H1、H2、H3には、それぞれの発電ユニットのエンジンの排気が触媒コンバータC1、C2、C3を通った後で通されており、エンジンの冷却水とともに熱負荷Q1、Q2、Q3の媒熱流体を加熱する熱源とされるようになっている。

0022

熱交換器H1、H2、H3を出たエンジン排気は、排気導管16とその出口に設けられた開閉制御弁V0を通って大気中へ放出されるようになっているが、少なくともその一部は排気導管16に接続されたれた枝管P1、P2、P3によりエンジンE1、E2、E3に対し噴きつけられるようになっている。枝管P1、P2、P3の途中には、それぞれ開閉制御弁V1、V2、V3が設けられている。作動中のどのエンジンの排気を休止中のどのエンジンにどの程度噴きつけるかは、開閉制御弁V0、V1、V2、V3の開度制御によって調節される。Tg0は開閉制御弁V0を通って大気中へ放出されるエンジン排気の温度を検出する温度センサであり、Tg1、Tg2、Tg3は各枝管P1、P2、P3を通って対応するエンジンに噴きつけられるエンジン排気の温度を検出する温度センサである。これらの温度センサの検出値は制御装置14へ送られる。

0023

エンジンE1、E2、E3の運転およびその休止は、電力需要と熱需要とに応じて制御装置14により判断され、制御される。制御装置14は、更に、いずれかのエンジンを休止させたときには、温度センサTw1、Tw2、Tw3の検出値により休止中のエンジンの温度を監視するか、建屋10内に設けられた室温センサTrにより建屋内の室温を監視するか、またはそれらの両方により、それらの温度がそれぞれのについて定められた所定値以下に低下したときには、開閉制御弁V0、V1〜V3を制御して、運転中のエンジンの排気の少なくとも一部を休止中のエンジンに噴きつけ、該エンジンが再始動性を損なう過冷状態になることを防止する。

0024

建屋10には換気扇18と外気取入れ口20が設けられ、特にいずれかの休止中エンジンに対しエンジン排気の噴きつけが行われているときには、室内の換気が徹底して行われるようになっているが、建屋10内には開閉扉22を開閉して人が出入できるようになっているので、建屋10内には、酸素濃度炭化水素濃度一酸化炭素濃度を検出する酸素センサO2、炭化水素センサHC、一酸化炭素センサCOが設けられ、制御装置14はこれらのセンサの検出値に基づいて、酸素濃度、炭化水素濃度、一酸化炭素濃度がそれぞれについて定められた基準値クリアしないときには、開閉扉20を閉位置にロックして開かせないようになっている。

0025

図2に示す実施例は、図1について以上に説明した実施例の構造の一部を変更したものである。図2において、図1に示す部分に対応する部分は、図1におけると同じ符号により示されている。

0026

この実施例においては、第1、第2、第3のエンジンE1、E2、E3、発電機D1、D2、D3、熱交換器H1、H2、H3はそれぞれ一体の集合体として、それぞれ個別にケースS1、S2、S3により囲まれており、休止中のエンジンに対し運転中のエンジンから送られてくる排気は、開閉制御弁V1、V2、V3よりケースS1、S2、S3内に噴き出されるようになっている。

0027

このようにケースS1、S2、S3により各発電ユニットとそのエンジンの排熱により流体を加熱する熱交換器とが一体に囲まれていれば、休止中のエンジンを運転中のエンジンの排気により予熱するときには、休止により加熱されなくなった熱交換器も同時に予熱されるので、その内部に残留する流体が氷結して熱交換器の詰まりを生じ、再始動時に熱交換器を巡るエンジン冷却水の流れが阻害されるような障害を回避することができる。

0028

図2の実施例においては、図1の実施例に於ける室温センサTrに代えて、各ケースS1、S2、S3内の温度を検出するケース内温度センサTc1、Tc2、Tc3が設けられており、制御装置14はエンジン冷却水温度センサTw1、Tw2、Tw3とケース内温度センサTc1、Tc2、Tc3の検出値に基づいて各エンジンの冷えの度合を監視するようになっている。図2の実施例における制御装置14によるその他の制御は、図1の実施例における制御装置14による制御と実質的に同じである。

0029

以上のおいては本発明を二つの実施例について詳細に説明したが、これらの実施例について本発明の範囲内にて種々の修正が可能であることは当業者にとって明らかであろう。

0030

E1、E2、E3…エンジン、D1、D2、D3…発電機、H1、H2、H3…熱交換器、Q1、Q2、Q3…熱負荷、C1、C2、C3…触媒コンバータ、P1、P2、P3…枝管、V0、V1、V2、V3…開閉制御弁、Tw1、Tw2、Tw3…エンジン冷却水温度センサ、Tg0、Tg1、Tg2、Tg3…排気温度センサ、S1、S2、S3…ケース、Tc1、Tc2、Tc3…ケース内温度センサ、Tr…室温センサ、O2…酸素センサ、HC…炭化水素センサ、CO…一酸化炭素センサ、10…建屋、12…吸気導管、14…制御装置、16…排気導管、18…換気扇、20…外気取入れ口、22…開閉扉

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