JP4090426B2

JP4090426B2 - コージェネレーション装置

Info

Publication number: JP4090426B2
Application number: JP2003394378A
Authority: JP
Inventors: 俊明川田; 英之高山; 俊弘田中; 繁吉井; 善仁水野
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2003-11-25
Filing date: 2003-11-25
Publication date: 2008-05-28
Anticipated expiration: 2023-11-25
Also published as: JP2005156004A

Description

本発明は、筐体内に、例えば発電機で生じた余剰電力が供給される電気ヒータを備えるコージェネレーション装置に関する。

内燃機関の駆動力を利用して発電を行う発電機と、内燃機関の廃熱を回収して温水を供給する熱回収熱交換器とを備えたコージェネレーション装置が知られている（特許文献１参照）。この種のコージェネレーション装置では、内燃機関の冷却水が循環する経路に電気ヒータを設け、この電気ヒータに発電機で生じた電力を供給することにより冷却水を加熱しているものがある。

ところで、この電気ヒータは、正常な動作を確保することが求められ、当該電気ヒータを設置した後でも定期的に保守点検することが必要である。そのため、当該電気ヒータの保守点検は容易に行なえることが望ましい。
特開２００３−２５４１６０号公報

しかし、近年、コージェネレーション装置は、省スペース化を実現するために、その筐体を小型化する傾向にある。そのため、筐体内に配置された当該電気ヒータと他の機器との間隔は狭くなり、当該電気ヒータの保守点検を容易に行なうことはできないという問題があった。特に、当該電気ヒータを冷却水の経路から着脱する場合、この着脱作業を１人で行なうことは難しいという問題があった。

そこで、本発明の目的は、上述した従来の技術が有する課題を解消し、筐体を小型化したままで、電気ヒータの着脱などの保守点検を容易に行なうことができるコージェネレーション装置を提供することにある。

本発明は、筐体内に、内燃機関とこの内燃機関で駆動される発電機とを備え、前記内燃機関の冷却水を循環させて当該循環する冷却水の熱を外部に与える熱回収熱交換器を備え、前記冷却水の経路内に設けられ当該冷却水に熱を与えるために前記発電機で発電した電力を消費する電気ヒータを備えたコージェネレーション装置において、前記電気ヒータが、前記筐体内に取付金具で取り付けられ冷却水が循環する筒部と、この筒部内に挿入されるヒータ本体を有するヒータ部とを備え、前記筐体内には、前記ヒータ部の挿入方向の手前に挿入用スペースを配置し、前記筒部に第１のフランジを備え、前記ヒータ部に第１のフランジの相フランジとなる第２のフランジを備え、これらの第１及び第２のフランジをボルトで連結し、前記ボルトは、前記取付金具に植設されており、このボルトに螺合するナットを緩めることにより、前記第１及び第２のフランジの連結を解除可能な構成としたことを特徴とする。

この場合において、前記筒部は、前記ヒータ本体の挿入位置よりも下方に接続された冷却水入口配管と、当該ヒータ本体の挿入位置よりも上方に接続された冷却水出口配管とを備える構成としても良い。

本発明では、電気ヒータが、筐体内に取付金具で取り付けられ冷却水が循環する筒部と、この筒部内に挿入されるヒータ本体を有するヒータ部とを備え、筐体内には、ヒータ部の挿入方向の手前に挿入用スペースを配置する構成としたため、この挿入用スペースの方向にヒータ部を引き抜くことによって、筐体外で容易に、当該電気ヒータの保守点検を行うことができる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本実施形態にかかるコージェネレーション装置１００の系統図を示したものである。図１において、符号１はガスエンジン（内燃機関）を示す。ガスエンジン１は、その吸気側に混合器２が接続され、この混合器２には燃料供給装置３及び吸気装置４が並列に接続されている。また、ガスエンジン１の排気側には排ガス熱交換器５、排気マフラ６、排気トップ７が順次接続されている。

ガスエンジン１は、このガスエンジン１の駆動力を用いて発電機１１を動作させ、この発電機１１で発電された電気は、配電装置１２、配電盤１３を経由して負荷に供給されている。

また、ガスエンジン１には、このガスエンジン１を冷却する冷却水が流れ、この冷却水は、上記排ガス熱交換器５、電気ヒータ２１、熱回収熱交換器２２、ワックス式切替弁２３、放熱器２４、冷却水ポンプ２５を経て、ガスエンジン１に戻される。この場合、これらが冷却水の循環経路（１次側）を形成する。冷却水は、通常、水が用いられるが、エチレングリコール水溶液又はプロピレングリコール水溶液を用いることもできる。

また、上記熱回収熱交換器２２には、利用水の循環経路（２次側）が設けられ、利用水は、給湯タンク２７、利用水ポンプ２８を経て、熱回収熱交換器２２へと戻される。給湯タンク２７内の利用水（温水）は送水ポンプ２９を介して、例えば浴槽などに供給されている。

次に、コージェネレーション装置１００の動作について説明する。

燃料供給装置３から供給された燃料ガス及び吸気装置４から吸入された燃焼用空気は、混合器２にて混合された後、ガスエンジン１に供給され、このガスエンジン１で燃焼される。そして、燃焼された排ガスは、排ガス熱交換器５、排気マフラ６を介して、排気トップ７から排出される。

この場合、ガスエンジン１の駆動力を用いて発電機１１を動作させて発電を行い、配電装置１２へと送電する。配電装置１２は、これを受電して、商用電源周波数（例えば５０Ｈ_Ｚまたは６０Ｈ_Ｚ）に変換するとともに、商用電源周波数の位相に同調させて、屋内に設けた配電盤１３へと送り、配電盤１３から各負荷へ電力が供給される。また、配電盤１３は電気ヒータ２１にも電力を供給している。

また、ガスエンジン１が運転されると、冷却水ポンプ２５が始動されて、冷却水は上記循環経路を循環する。すなわち、冷却水は排ガス熱交換器５に導かれ、ここで排ガスと熱交換することによって加熱された後、電気ヒータ２１を経て、熱回収熱交換器２２に流れ込む。この熱回収熱交換器２２で利用水と熱交換して利用水を加熱し、ワックス式切替弁２３に至る。このワックス式切替弁２３は、冷却水の温度が、例えば８５℃以上か、８５℃以下かによって流路が切り替わる。冷却水の温度が８５℃以上の場合、冷却水は、ワックス式切替弁２３を経て放熱器２４に入り、この放熱器２４で放熱した後、冷却水ポンプ２５を介して、ガスエンジン１に戻される。

一方、冷却水の温度が８５℃以下の場合、冷却水は、ワックス式切替弁２３を経た後、冷却水ポンプ２５を介して、ガスエンジン１に戻される。

給湯タンク２７内の利用水は、熱回収熱交換器２２において加熱された後、利用水ポンプ２８を介して給湯タンク２７に戻される。これにより、給湯タンク２７内の利用水が加熱され、この利用水を温水として給湯タンク内２７に貯溜可能となる。

電気ヒータ２１は、例えば、コージェネレーション装置１００を運転中に電力負荷が急激に減少した場合に、当該電気ヒータ２１を動作させて冷却水を加熱することにより、発電機１１が発電した電力のうち余剰な電力（余剰電力）を消費し、この余剰電力が商用電源に逆潮流するのを防止している。本実施形態では、余剰電力が生じた場合に、電気ヒータ２１を用いて商用電源への逆潮流を防止するとともに、この余剰電力を用いて冷却水を加熱し、ひいては利用水を加熱することに利用している。

図２は、コージェネレーション装置の一部が配置される筐体５０を示す斜視図である。この筐体５０は底板５１と、この底板５１の四隅から鉛直上向きに配置される枠材５３ａ〜５３ｄと、これらの枠材５３ａ〜５３ｄの天部に配置される天板５５と、隣接する２本の枠材、底板５１及び天板５５によって形成される開口に配置される外装パネル５７ａ，５７ｂ（背面側は不図示）とを備える。

また、枠材５３ａと枠材５３ｂとの間には、これらの枠材５３ａ，５３ｂよりも短い鋼材５９ａが、底板５１から鉛直上向きに配置されている。この鋼材５９ａは、筐体５０の高さ方向の略中央よりも上方に、底板５１に略水平に配置される鋼材５９ｂを介して、枠材５３ａに接続されている。同様に、枠材５３ｃと枠材５３ｄとは、上記鋼材５９ｂと略等しい高さに配置される鋼材５９ｃによって接続されている。更に、この鋼材５９ｂと鋼材５９ｃとは、２本の鋼材５９ｄ，５９ｅによって接続されている。これらの枠材５３ａ〜５３ｅ、鋼材５９ａ〜５９ｅが筐体５０のフレームを形成している。

上記筐体５０内には、底板５１の上にガスエンジン１、発電機１１、排ガス熱交換器５などが配置され、鋼材５９ｄ，５９ｅの上部に排気マフラ６が配置されている。電気ヒータ２１は、上記鋼材５９ｄ，５９ｅの下部に外装パネル５７ａに向けて配置され、電気ヒータ２１と外装パネル５７ａとの間には、挿入用スペース８０が配置されている。

本実施形態では、筐体５０は、外装パネル５７ａの側に配管接続部５８を備え、この配管接続部５８には、筐体５０内に収納されていない機器、例えば、熱回収熱交換器２２、ワックス式切替弁２３、放熱器２４などが接続されている。そのため、配管接続部５８が設けられた側には、配管接続などの作業を行うスペースが確保されている。

次に、この電気ヒータ２１について説明する。

図３は、電気ヒータ２１を示す斜視図である。

電気ヒータ２１はヒータ部６３と、このヒータ部６３が挿入される筒部６１とを備え、筐体５０内に配置されている。具体的には、この電気ヒータ２１は、第１〜第４の取付金具７１〜７４によって、上記鋼材５９ｄ，５９ｅに吊り下げられている。上記挿入用スペース８０（図２参照）は、筐体５０内において、ヒータ部６３が筒部６１に挿入される方向（図中Ｙ方向）の手前に配置されている。ヒータ部６３は、電気配線が結線されるターミナル部６３ａと、このターミナル部６３ａの一端に設けられる第１のフランジ６３ｂと、棒状のヒータ本体６３ｃとを備える。本実施形態では、この棒状のヒータ本体６３ｃとしてシーズヒータが用いられる。

また、筒部６１は、腐食性及び加工の容易性から銅または銅合金が使用され、この筒部６１の一端は開口し、この開口の周囲には第２のフランジ６１ａが設けられるとともに、他端は閉塞されている。この第２のフランジ６１ａは、上記第１のフランジ６３ｂと相フランジとなる。筒部６１は、この筒部６１内に挿入されたヒータ本体６３ｂの挿入位置よりも下方に冷却水が流入する入口配管６５ａを設けるとともに、当該ヒータ本体６３ｂの挿入位置よりも上方に冷却水が流出する出口配管６５ｂを設けて、筒部６１の下方から上方へ向けて冷却水を流す構成としている。

筒部６１とヒータ部６３とは、Ｏ−リングまたはパッキン（不図示）を介して、フランジ接続され、第１及び第２のフランジ６１ａ，６３ａの孔に、それぞれボルト６６を貫通させ、この貫通したボルト６６にナット６８を螺合させて固定している。

これらのボルト６６は、図４に示すように、第１取付金具７１及び第２取付金具７２に溶接などの手段によって植設されている。第１取付金具７１は、鋼材５９ｄと連結する連結部７１ａと、この連結部７１ａの両縁をそれぞれ略直角に折り曲げて形成される、フランジ固定部７１ｂ及び屈曲部７１ｃとを備える。このフランジ固定部７１ｂには、上記ボルト６６が植設されているとともに、電気ヒータ２１の筒部６１が係合する半円状の切り欠きが形成されている。また、屈曲部７１ｃには、上記排気マフラ６（図２参照）が連結されている。

また、第２取付金具７２は、フランジ固定部７２ａを備え、このフランジ固定部７２ａには、上記ボルト６６が植設されているとともに、電気ヒータ２１の筒部６１が係合する半円状の切り欠きが形成されている。

一方、筒部６１の閉塞された側は、第３取付金具７３及び第４取付金具を介して、鋼材５９ｅに支持されている。第３取付金具７３は、鋼材５９ｅと連結する連結部７３ａと、この連結部７３ａの両縁をそれぞれ略直角に折り曲げて形成される、配管支持部７３ｂ及び屈曲部７３ｃとを備える。この配管支持部７３ｂには、筒部６３が係合する矩形の切り欠きが形成され、この切り欠きの縁部は、それぞれ略直角に折り曲げられている。また、配管支持部７３ｂは、上記切り欠き側の側縁部を略直角に折り曲げて形成される接合部７３ｄを備え、この接合部７３ｄが第４取付金具と接合する。なお、屈曲部７３ｃには、第１取付金具７１の屈曲部７１ｃ同様、上記排気マフラ６（図２参照）が連結されている。

また、第４取付金具７４は、その長手方向の側縁部を略直角に折り曲げて形成されており、この第４取付金具は、第３取付金具７３にねじ（不図示）で螺合させて結合している。電気ヒータ２１の筒部６１は、第３取付金具７３及び第４取付金具７４によって狭持されている。

筒部６３からヒータ部６１を取り外す場合には、外装パネル５７ａ（図２参照）を外した後、各フランジ６１ａ，６３ａを固定している複数のナット６６を緩めて取り外す。この場合、フランジ６１ａ，６３ａの孔を貫通しているボルト６６は、第１取付金具７１及び第２取付金具７２に植設されているため、従来のように、ボルトを工具（例えばスパナ）で押さえながらナット６８を緩める必要はなく、ナット６８のみを工具で緩めればよい。ナット６８を外した後、ヒータ部６３を挿入スペース８０に向けて（図中Ｘ方向）引き出してヒータ部６１を取り外す。この場合、電気ヒータ２１は冷却水の接続口５８（図２参照）を設けた方向、すなわち作業スペースが確保できる方向に向けて配置されているので、ヒータ部６３を引き出して、そのまま保守点検をすることができる。

また、ヒータ部６３を筒部６１に取付ける場合には、ヒータ部６３をＹ方向に移動させて、筒部６１の中にヒータ６３ｄを挿入する。その後、ヒータ部６３の第１のフランジ６３ａの孔に、第１取付金具７１及び第２取付金具７２に植設されたボルト６６を貫通させて、両フランジ６１ａ,６３ａを接続する。その後、当該ボルト６６にナット６８をそれぞれ螺合させて固定する。

本実施形態によれば、電気ヒータ２１は、筐体５０内に取付金具７１〜７４で取り付けられた筒部６１と、この筒部６１に挿入されるヒータ部６３とを備え、筐体５０内部にはヒータ部６３を筒部６１に挿入する方向の手前に、挿入用スペース８０が設けられているため、外装パネル５７ａを外した状態で、ヒータ部６３を筒部６１から引き抜くことができる。これにより、このヒータ部６３の保守点検を筐体５０の外部で行うことができるため、当該電気ヒータ２１の保守点検が容易となる。また、上記挿入用スペース８０を確保しておけば、筒部６１の周囲に他の機器が配置可能となるため、設計上の省スペース化による筐体５０の小型化にも貢献することができる。

更に、筒部６１及びヒータ部６３は、それぞれフランジ６１ａ，６３ｂを備え、これらのフランジ６１ａ，６３ｂをボルト６６で連結している。そのため、このボルト６６を外すことにより、ヒータ部６３を筒部６１から引き抜くことができる。この場合、このボルト６８は第1取付金具７１及び第２取付金具７２に植設されているため、ナット６８のみを１本の工具で緩めて外すだけでヒータ部６３を取り外すことができる。これにより、電気ヒータ２１の保守点検時において、ヒータ部６３の着脱が容易にできるようになる。

更に、電気ヒータ２１の筒部６１には、この筒部６１内に挿入されたヒータ本体６３ｃよりも下方に冷却水が流入する入口配管６５ａを設けるとともに、当該ヒータ本体６３ｃよりも上方に冷却水が流出する出口配管６５ｂを設けて、筒部６１の下方から上方へ向けて冷却水を流す構成としているため、筒部６１の中には常時冷却水が充填されている。これによれば、ヒータ本体６３ｃと冷却水とが常時熱交換することができ、ヒータ本体６３ｃが空焚きによって損傷することを防止できる。

以上、本発明を上記実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。

例えば、本実施形態では、筐体５０内にコージェネレーション装置１００の一部の機器を配置した構成について説明しているが、これに限らず、筐体５０内にすべての機器を配置する構成としても良い。

本実施形態にかかるコージェネレーション装置の系統図を示したものである。コージェネレーション装置の一部が配置される筐体を示す斜視図である。電気ヒータ２１を示す斜視図である。（Ａ）は第１取付金具を示す斜視図であり、（Ｂ）は第２取付金具を示す斜視図である。

符号の説明

１ガスエンジン（内燃機関）
１１発電機
２１電気ヒータ
２２熱回収熱交換器
２４放熱器
５０筐体
６１筒部
６１ａフランジ
６３ヒータ部
６３ａターミナル部
６３ｂフランジ
６３ｃヒータ本体
６５ａ入口配管
６５ｂ出口配管
６６ボルト
６８ナット
７１第１取付金具
７２第２取付金具
８０挿入スペース
１００コージェネレーション装置

Claims

筐体内に、内燃機関とこの内燃機関で駆動される発電機とを備え、前記内燃機関の冷却水を循環させて当該循環する冷却水の熱を外部に与える熱回収熱交換器を備え、前記冷却水の経路内に設けられ当該冷却水に熱を与えるために前記発電機で発電した電力を消費する電気ヒータを備えたコージェネレーション装置において、
前記電気ヒータが、前記筐体内に取付金具で取り付けられ冷却水が循環する筒部と、この筒部内に挿入されるヒータ本体を有するヒータ部とを備え、
前記筐体内には、前記ヒータ部の挿入方向の手前に挿入用スペースを配置し、
前記筒部に第１のフランジを備え、前記ヒータ部に第１のフランジの相フランジとなる第２のフランジを備え、これらの第１及び第２のフランジをボルトで連結し、
前記ボルトは、前記取付金具に植設されており、このボルトに螺合するナットを緩めることにより、前記第１及び第２のフランジの連結を解除可能な構成としたことを特徴とするコージェネレーション装置。
前記筒部は、前記ヒータ本体の挿入位置よりも下方に接続された冷却水入口配管と、当該ヒータ本体の挿入位置よりも上方に接続された冷却水出口配管とを備え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。