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技術 外燃機関を用いた電力システム

出願人 株式会社サクション瓦斯機関製作所
発明者 竹内誠鈴木伸治阿部穣木内陽一
出願日 2014年11月20日 (5年11ヶ月経過) 出願番号 2014-235185
公開日 2016年5月30日 (4年5ヶ月経過) 公開番号 2016-100957
状態 特許登録済
技術分野 熱ガス機関 直流の給配電 電池等の充放電回路 発電機の制御
主要キーワード DC母線 電池類 低温度差 接続用配管 温水加熱器 熱媒流体 速度演算装置 消費側
関連する未来課題
重要な関連分野

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課題

発電効率電力利用効率を向上させることのできる外燃機関を用いた電力システムを提供する。

解決手段

外燃機関(スターリングエンジン2)を動力源として駆動される発電手段3と、発電された交流電力直流電力に変換するAC/DC変換手段4と、DC母線200と負荷との間に設けられ、DC/AC変換手段を有する自立インバータ5と、DC母線の電圧を検出する第1の電圧検出部V1と、第1の電圧検出部の検出結果に応じて発電手段の周波数増減する発電機制御インバータ6とを備え、発電機制御インバータは、第1の電圧検出部による検出電圧上限設定電圧を超えた場合には周波数を低減させて外燃機関の出力を下げ、第1の電圧検出部による検出電圧が下限設定電圧未満の場合には周波数を上昇させて外燃機関の出力を上げるように負荷追従制御を行う。

概要

背景

近年、木質バイオマスボイラー等の排熱太陽熱等を有効利用するために、外燃機関一種であるスターリングエンジン(Stirling engine)が注目されている。

スターリングエンジンは、作動空間内のヘリウム等の気体を外部から加熱・冷却し、その体積と圧力の変化により出力を得る外燃機関の一種である。

このスターリングエンジンは高い熱効率を期待でき、作動流体(気体)を外部から加熱するので熱源を問わず、木質バイオマス燃焼熱、太陽熱、地熱、排熱といった各種の熱源を活用でき、再生可能エネルギーの利用や省エネルギーに資することができるという利点がある。

スターリングエンジンに関する技術は種々提案されている(例えば、特許文献1等)。

概要

発電効率電力利用効率を向上させることのできる外燃機関を用いた電力システムを提供する。外燃機関(スターリングエンジン2)を動力源として駆動される発電手段3と、発電された交流電力直流電力に変換するAC/DC変換手段4と、DC母線200と負荷との間に設けられ、DC/AC変換手段を有する自立インバータ5と、DC母線の電圧を検出する第1の電圧検出部V1と、第1の電圧検出部の検出結果に応じて発電手段の周波数増減する発電機制御インバータ6とを備え、発電機制御インバータは、第1の電圧検出部による検出電圧上限設定電圧を超えた場合には周波数を低減させて外燃機関の出力を下げ、第1の電圧検出部による検出電圧が下限設定電圧未満の場合には周波数を上昇させて外燃機関の出力を上げるように負荷追従制御を行う。

目的

本発明は上記の事情に鑑み、発電電力を安定させ、発電効率や電力の利用効率を向上させることのできる外燃機関を用いた電力システムを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

熱を発生する熱源手段と、前記熱源手段から供給される所定温度熱エネルギーによって稼働されるスターリングエンジンを含む外燃機関と、前記外燃機関を動力源として駆動される発電手段と、前記発電手段で発電された交流電力直流電力に変換するAC/DC変換手段と、前記AC/DC変換手段で変換された直流が通るDC母線負荷との間に設けられ、DC/AC変換部を有する自立インバータと、前記DC母線の電圧を検出する第1の電圧検出部と、前記第1の電圧検出部の検出結果に応じて前記発電手段の周波数増減する発電機制御インバータとを備え、前記発電機制御インバータは、前記第1の電圧検出部による検出電圧上限設定電圧を超えた場合には前記周波数を低減させて前記外燃機関の出力を下げ、前記第1の電圧検出部による検出電圧が下限設定電圧未満の場合には前記周波数を上昇させて前記外燃機関の出力を上げるように負荷追従制御を行うことを特徴とする外燃機関を用いた電力システム

請求項2

前記DC母線には、DC/DC変換器および充放電制御装置を介して余剰電力蓄電する二次電池が、前記二次電池には充電度を検出する充電度検出部がさらに設けられ、前記充電度検出部の検出結果に応じて前記二次電池への電力割り振りの制御を行う充放電制御装置が前記DC母線に接続され、前記充放電制御装置は、前記充電度検出部の検出結果が所定の閾値以下の場合には前記二次電池への電力供給を増やすように充放電制御を行うことを特徴とする請求項1に記載の外燃機関を用いた電力システム。

請求項3

前記DC母線の電圧を検出する第2の電圧検出部をさらに備え、前記充放電制御装置は、前記第2の電圧検出部の検出電圧が設定電圧よりも高く、且つ、前記充電度検出部の検出結果が所定の閾値以下ならば前記二次電池を充電し、前記第2の電圧検出部の検出電圧が設定電圧よりも高く、且つ、前記充電度検出部の検出結果が所定の閾値を超えているならば、前記発電機制御インバータにより前記周波数を低減させて前記外燃機関の出力を下げ、前記第2の電圧検出部の検出電圧が設定電圧よりも低く、且つ、前記充電度検出部の検出結果が所定の閾値を超えているならば前記二次電池を放電し、前記第2の電圧検出部の検出電圧が設定電圧よりも低く、且つ、前記充電度検出部の検出結果が所定の閾値以下ならば、前記発電機制御インバータにより前記周波数を上昇させて前記外燃機関の出力を上げるように、それぞれ制御することを特徴とする請求項2に記載の外燃機関を用いた電力システム。

請求項4

前記所定温度は、600℃以下であることを特徴とする請求項1から請求項3の何れか1項に記載の外燃機関を用いた電力システム。

請求項5

前記二次電池には、リチウムイオン電池電気二重層キャパシタリチウムイオンキャパシタおよび鉛蓄電池の少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項2から請求項4の何れか1項に記載の外燃機関を用いた電力システム。

請求項6

前記熱源手段は、太陽熱集熱器およびバイオマス燃料燃焼器を含むことを特徴とする請求項1から請求項5の何れか1項に記載の外燃機関を用いた電力システム。

技術分野

0001

本発明は、スターリングエンジンを含む外燃機関を用いた発電効率電力利用効率等を向上させる電力システムに関するものである。

背景技術

0002

近年、木質バイオマスボイラー等の排熱太陽熱等を有効利用するために、外燃機関の一種であるスターリングエンジン(Stirling engine)が注目されている。

0003

スターリングエンジンは、作動空間内のヘリウム等の気体を外部から加熱・冷却し、その体積と圧力の変化により出力を得る外燃機関の一種である。

0004

このスターリングエンジンは高い熱効率を期待でき、作動流体(気体)を外部から加熱するので熱源を問わず、木質バイオマス燃焼熱、太陽熱、地熱、排熱といった各種の熱源を活用でき、再生可能エネルギーの利用や省エネルギーに資することができるという利点がある。

0005

スターリングエンジンに関する技術は種々提案されている(例えば、特許文献1等)。

先行技術

0006

特開2006−118430号公報

発明が解決しようとする課題

0007

しかしながら、太陽熱などを熱源とする場合には、天候時間帯等の条件により熱源の熱エネルギーが変動し易く、スターリングエンジンの出力が安定しないという難点があった。即ち、太陽熱等は、天候等の条件の変化により集熱される熱エネルギーにバラつきを生じ易く、このような熱源によって稼働されるスターリングエンジンで発電機を駆動する場合には、発電される電力が安定しないという不都合があった。

0008

また、上記のような熱源によりスターリングエンジンを稼働し、発電機を駆動させて電力を得る場合には、熱源の熱エネルギーの変動に応じて、出力される電力も変動することから、電力の消費側負荷)において電力不足あるいは電力過多となる場合がある。

0009

そのため、電気製品などの動作が不安定になったり、あるいは余剰電力を無駄にする虞があるという不都合があった。

0010

このように従来の外燃機関を用いた電力システムは、発電される電力が安定せず、発電効率や電力の利用効率が比較的低いという難点があった。

0011

本発明は上記の事情に鑑み、発電電力を安定させ、発電効率や電力の利用効率を向上させることのできる外燃機関を用いた電力システムを提供することを目的としている。

課題を解決するための手段

0012

前記課題を解決するため、請求項1の発明に係る外燃機関を用いた電力システムは、熱を発生する熱源手段と、前記熱源手段から供給される所定温度の熱エネルギーによって稼働されるスターリングエンジンを含む外燃機関と、前記外燃機関を動力源として駆動される発電手段と、前記発電手段で発電された交流電力直流電力に変換するAC/DC変換手段と、前記AC/DC変換手段で変換された直流が通るDC母線と負荷との間に設けられ、DC/AC変換部を有する自立インバータと、前記DC母線の電圧を検出する第1の電圧検出部と、前記第1の電圧検出部の検出結果に応じて前記発電手段の周波数増減する発電機制御インバータとを備え、前記発電機制御インバータは、前記第1の電圧検出部による検出電圧上限設定電圧を超えた場合には前記周波数を低減させて前記外燃機関の出力を下げ、前記第1の電圧検出部による検出電圧が下限設定電圧未満の場合には前記周波数を上昇させて前記外燃機関の出力を上げるように負荷追従制御を行うことを特徴とする。

0013

請求項2の発明に係る外燃機関を用いた電力システムは、請求項1に記載の発明について、前記DC母線には、DC/DC変換器および充放電制御装置を介して余剰電力を蓄電する二次電池が、前記二次電池には充電度を検出する充電度検出部がさらに設けられ、前記充電度検出部の検出結果に応じて前記二次電池への電力の割り振りの制御を行う充放電制御装置が前記DC母線に接続され、前記充放電制御装置は、前記充電度検出部の検出結果が所定の閾値以下の場合には前記二次電池への電力供給を増やすように充放電制御を行うことを特徴とする。

0014

請求項3の発明に係る外燃機関を用いた電力システムは、請求項2に記載の発明について、前記DC母線の電圧を検出する第2の電圧検出部をさらに備え、
前記充放電制御装置は、前記第2の電圧検出部の検出電圧が設定電圧よりも高く、且つ、前記充電度検出部の検出結果が所定の閾値以下ならば前記二次電池を充電し、前記第2の電圧検出部の検出電圧が設定電圧よりも高く、且つ、前記充電度検出部の検出結果が所定の閾値を超えているならば、前記発電機制御インバータにより前記周波数を低減させて前記外燃機関の出力を下げ、前記第2の電圧検出部の検出電圧が設定電圧よりも低く、且つ、前記充電度検出部の検出結果が所定の閾値を超えているならば前記二次電池を放電し、前記第2の電圧検出部の検出電圧が設定電圧よりも低く、且つ、前記充電度検出部の検出結果が所定の閾値以下ならば、前記発電機制御インバータにより前記周波数を上昇させて前記外燃機関の出力を上げるように、それぞれ制御することを特徴とする。

0015

請求項4の発明に係る外燃機関を用いた電力システムは、請求項1から請求項3の何れか1項に記載の発明について、前記所定温度は、600℃以下であることを特徴とする。

0016

請求項5の発明に係る外燃機関を用いた電力システムは、請求項2から請求項4の何れか1項に記載の発明について、前記二次電池には、リチウムイオン電池電気二重層キャパシタリチウムイオンキャパシタおよび鉛蓄電池の少なくとも一つを含むことを特徴とする。

0017

請求項6の発明に係る外燃機関を用いた電力システムは、請求項1から請求項5の何れか1項に記載の発明について、前記熱源手段は、太陽熱集熱器およびバイオマス燃料燃焼器を含むことを特徴とする。

発明の効果

0018

本発明によれば、発電効率や電力の利用効率を向上させることのできる外燃機関を用いた電力システムを提供することができる。

図面の簡単な説明

0019

第1の実施の形態に係る外燃機関を用いた電力システムの概略構成を示すブロック図である。
比較例としての内燃機関を用いた電力システムの概略構成を示すブロック図である。
第2の実施の形態に係る外燃機関を用いた電力システムの概略構成を示すブロック図である。
実施の形態に係る外燃機関を用いた電力システムに適用される低温度差型スターリングエンジンの実施例を示す全体構成図である。

実施例

0020

以下、本発明の一例としての実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。ここで、添付図面において同一の部材には同一の符号を付しており、また、重複した説明は省略されている。なお、ここでの説明は本発明が実施される最良の形態であることから、本発明は当該形態に限定されるものではない。

0021

(第1の実施の形態)
図1のブロック図を参照して、第1の実施の形態に係る外燃機関を用いた電力システムS1の構成について説明する。

0022

図1に示すように、本実施の形態に係る外燃機関を用いた電力システムS1は、熱を発生する太陽熱集熱器やバイオマス燃料の燃焼器等で構成される熱源手段1と、熱源手段1から供給される所定温度の熱エネルギーによって稼働される外燃機関の一種としてのスターリングエンジン2と、スターリングエンジン2を動力源として駆動される発電手段(発電機)3と、発電手段3で発電された交流電力を直流電力に変換するAC/DC変換手段(AC/DCコンバータ)4と、AC/DC変換手段4で変換された直流が通るDC母線200と負荷100との間に設けられ、DC/AC変換部5aを有する自立インバータ5と、DC母線200の電圧を検出する第1の電圧検出部V1と、第1の電圧検出部V1の検出結果に応じて発電手段3の周波数を増減する発電機制御インバータ6とを備え、発電機制御インバータ6は、第1の電圧検出部V1による検出電圧が上限設定電圧を超えた場合には周波数を低減させてスターリングエンジン2の出力を下げ、第1の電圧検出部V1による検出電圧が下限設定電圧未満の場合には周波数を上昇させてスターリングエンジン2の出力を上げるように負荷追従制御を行うように構成されている。

0023

また、本実施の形態では省略するが、外部電源連系させる連系インバータ別途設けるようにしてもよい。

0024

第1の実施の形態に係る外燃機関を用いた電力システムS1によれば、第1の電圧検出部V1の検出結果に応じて発電手段3の周波数を増減するという簡単な制御により、スターリングエンジン2の出力を調整して負荷追従制御を実現することができる。

0025

なお、実装置では、発電機制御インバータ6により発電機3の交流電力を直流に変換する際に、変換周波数を変えることにより、発電機3の回転数を変えることができる。

0026

また、AC/DC変換手段(AC/DCコンバータ)4は、発電機制御インバータ6を構成するインバータ素子自体が兼ねるように構成してもよい。

0027

(比較例に係る電力システム)
ここで、図2を参照して、比較例に係る電力システムS100について説明する。

0028

図2に示すように、比較例に係る電力システムS100は、出力制御装置40を備えるガソリンエンジン等の内燃機関20と、内燃機関20を動力源として駆動される発電手段(発電機)3と、発電機3を制御するコントローラ300と、コントローラ300から出力される電圧を検出する電圧検出部V10と、出力制御装置40と発電機3の間にあって回転数を検出するRPM検出器302とを備える。

0029

なお、RPM検出器302に代えて、回転速度を検出可能な速度演算装置(例えば、ベクトル制御における速度演算装置)などを用いるようにしてもよい。

0030

また、コントローラ300は、発電機3の出力を制御する発電機制御インバータ30と、発電手段3で発電された交流電力を直流電力に変換するAC/DC変換器(AC/DCコンバータ)4とを備える。

0031

また、出力制御装置40は、例えば、燃料制御部40a、吸気制御部40b等の各種制御部を備える。

0032

そして、コントローラ300および出力制御装置40は、例えば、負荷に対応する内燃機関20の回転数に対する燃料供給量および空気量の最適値を予め設定しておき、コントローラ300により制御された回転数に合わせて燃料供給量および空気量を調整するという比較的複雑な制御処理により、内燃機関20の出力制御を行う必要があった。そのため、制御系装置構成が複雑になり、コストが嵩むという不都合もあった。

0033

また、負荷に応じて内燃機関20の回転数のみを制御した場合には、燃料供給量や空気量が最適値から外れ不完全燃焼を生じて排気ガスの有害成分が増加する等の不具合が発生するという難点もあった。

0034

一方、第1の実施の形態に係る外燃機関を用いた電力システムS1によれば、上述のように、第1の電圧検出部V1の検出結果に応じて発電手段3の周波数を増減するという比較的簡単な制御により、スターリングエンジン2の出力を制御することができる。また、内燃機関20とは異なりスターリングエンジン2では、その特性上、出力を制御するために直接的に燃料供給量や空気量を調整する必要が無く、比較例における出力制御装置40自体が不要である。また、当然に出力制御装置40を制御する複雑な制御処理も不要となる。そのため、システム全体の構成を簡易化することができ、コストも低廉化することができる。

0035

(第2の実施の形態)
図3のブロック図を参照して、第2の実施の形態に係る外燃機関を用いた電力システムS2の構成について説明する。

0036

図3に示すように、本実施の形態に係る外燃機関を用いた電力システムS2は、第1の実施の形態に係る電力システムS1と同様に、熱を発生する太陽熱集熱器やバイオマス燃料の燃焼器等で構成される熱源手段1と、熱源手段1から供給される所定温度の熱エネルギーによって稼働されるスターリングエンジン2と、スターリングエンジン2を動力源として駆動される発電手段(発電機)3と、発電機3で発電された交流電力を直流電力に変換するAC/DC変換手段としてのAC/DC変換器(AC/DCコンバータ)4と、DC母線200と負荷100との間に設けられ、DC/AC変換部5aを有する自立インバータ5と、自立インバータ5から出力される電圧を検出する第1の電圧検出部V1と、第1の電圧検出部V1の検出結果に応じて発電機3の周波数を増減する発電機制御インバータ6とを備える。

0037

また、AC/DC変換器4には、DC/DC変換器10および充放電制御装置11を介して余剰電力を蓄電する二次電池12が、二次電池12には充電度を検出する充電度検出部(充電度センサ)13がさらに設けられ、充電度センサ13の検出結果に応じて二次電池12への電力の割り振りの制御を行う充放電制御装置11がDC母線200に接続され、充放電制御装置11は、充電度センサ13の検出結果が所定の閾値以下の場合には二次電池12への電力供給を増やすように負荷追従制御を行う。

0038

なお、二次電池12としては、リチウムイオン電池、電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタおよび鉛蓄電池などの電池類の少なくとも一つを含むようにできる。

0039

また、本実施の形態に係る電力システムS2は、DC/DC変換器10と充放電制御装置11との間の電圧を検出する第2の電圧検出部V2をさらに備える。そして、充放電制御装置11は、第2の電圧検出部V2の検出電圧が設定電圧よりも高く、且つ、充電度検出部13の検出結果が所定の閾値以下ならば二次電池12を充電し、第2の電圧検出部V2の検出電圧が設定電圧よりも高く、且つ、充電度検出部13の検出結果が所定の閾値を超えているならば、発電機制御インバータ6により周波数を低減させてスターリングエンジン2の出力を下げ、第2の電圧検出部V2の検出電圧が設定電圧よりも低く、且つ、充電度検出部13の検出結果が所定の閾値を超えているならば二次電池12を放電し、第2の電圧検出部V2の検出電圧が設定電圧よりも低く、且つ、充電度検出部13の検出結果が所定の閾値以下ならば、発電機制御インバータ6により周波数を上昇させてスターリングエンジン2の出力を上げるように、それぞれ制御する。

0040

これにより、システム全体で、負荷100の状況に応じて、発電効率や電力の利用効率を向上させることが可能となる。

0041

第1の電圧検出部V1の検出結果に応じて発電手段3の周波数を増減するという比較的簡単な制御により、スターリングエンジン2の出力を制御することができるという利点は、第1の実施の形態に係る電力システムS1と同様である。

0042

なお、本実施の形態に係る電力システムS2では、電圧検出部V1、V2を別装置として備えているが、一つ電圧検出装置で電圧検出部V1、V2を兼ねるようにしてもよい。

0043

また、本実施の形態では省略するが、外部電源と連系させる連系インバータを別途設けるようにしてもよい。

0044

(低温度差型スターリングエンジンの実施例)
図5を参照して、実施の形態に係る外燃機関を用いた電力システムS1、S2に適用可能な低温度差型スターリングエンジン2を用いた熱機関の実施例について説明する。

0045

図5は、第1実施例に係る低温度差型スターリングエンジン2の全体構成図である。

0046

スターリングエンジンを構成するエンジン本体201は、冷却装置203と、熱源手段としての熱源装置205と、熱源装置205を流れる熱媒流体を冷却する冷却手段としての熱媒冷却装置206を備えている。これら冷却装置203、熱源装置205および熱媒冷却装置206については後述する。

0047

スターリングエンジン本体201は、ハウジング207の図中で上部にカバー209を、同下部にクランクケース211をそれぞれ設けている。ハウジング207内の上下方向ほぼ中央には熱交換器ユニット213を配置し、この熱交換器ユニット213は、図5中で上部から加熱器15、再生器17および冷却器19を作動ガスの流れに沿って並べて配置している。

0048

上記した加熱器15に前述の熱源装置205および熱媒冷却装置206を、また冷却器19に冷却装置203および熱媒冷却装置206をそれぞれ接続している。

0049

加熱器15の上部側のハウジング207内には、高温側ピストン21を、冷却器19の下部側のハウジング207内には低温側ピストン23を、それぞれ図5中で上下方向に移動可能に収容している。

0050

高温側ピストン21は、熱交換器ユニット213および低温側ピストン23に対して相対移動可能に貫通するピストンロッド25を介してクランク軸27のクランクピン27aに連結し、一方低温側ピストン23は、2本のピストンロッド29を介してクランク軸27のクランクピン27bに連結している。

0051

このような高温側ピストン21と低温側ピストン23とは、往復移動する際の互いの位相差が例えば90度という所定の位相差となるようクランク軸27に連結している。

0052

上記したハウジング207および高温側、低温側各ピストン21、23に囲まれた領域が、ヘリウムなどの作動ガスが密閉状態封入される作動ガス空間であり、このうち加熱器15と高温側ピストン21との間が、加熱器15にて加熱された作動ガスが膨脹する高温作動空間31となり、冷却器19と低温側ピストン23との間が、冷却器19にて放熱された作動ガスが圧縮される低温作動空間33となる。この高温作動空間31と低温作動空間33との間で、互いに作動ガスを移動させて作動ガスの膨脹・圧縮を繰り返すことで、熱と動力との変換が行われる。

0053

上記した高温側ピストン21および低温側ピストン23は、高温作動空間31および低温作動空間33それぞれに対し作動ガスの容積変化をもたらすとともに、作動ガスの圧力変化を受けて動力を伝達するパワーピストンを構成している。

0054

また、クランク軸27には、ハウジング207の外部にてプーリ35、ベルト37およびプーリ39を介して発電機41を接続し、スターリングエンジンである上記したスターリングエンジン本体201の駆動によって、該発電機41を発電する。すなわち、本熱機関では、作動ガスの圧力変化に基づく各ピストン21、23の往復運動をクランク軸27が回転運動として外部に取り出すことになる。

0055

加熱器15は、前記した高温作動空間31の再生器17側近傍に、熱媒流体通路となる熱媒流体配管43の一部の加熱器部分43aを挿入している。熱媒流体配管43は、閉ループ状に形成しており、加熱器15(スターリングエンジン本体201)から外部に引き出した延長部分としての熱源部分43bが前記した熱源装置205を構成している。

0056

ここでの熱源装置205は、燃焼装置としてのボイラからの排出ガスE、すなわち廃熱を利用した排出ガス熱源手段を構成している。このボイラは、木質ペレットなどのバイオマス燃料を使用するほか、ガス燃料液体燃料を使用してもよい。なお、熱源装置205としては、ボイラのほかに燃焼装置である内燃機関などの燃焼機関の排出ガスを利用した排出ガス熱源手段とすることもできる。

0057

また、ここでの熱媒流体としては油、溶酸塩などの液体蒸気とすることが好ましい。

0058

熱媒流体配管43における加熱器部分43aと熱源部分43bとの間の一方の中間部分43cにはポンプ45およびリザーバタンク47がそれぞれ設置されている。

0059

また、熱媒流体配管43における加熱器部分43aと熱源部分43bとの間の他方の中間部分43dには、流量調整手段としての流量調整弁101を介して配管103の一端を接続し、配管103の他端は、熱媒流体配管43の加熱器15(スターリングエンジン本体201)の外部への延長部分である熱媒冷却部分105の一端に接続する。この熱媒冷却部分105は、前記した熱媒冷却装置206内の冷却媒体である水107中に配置している。

0060

上記した熱媒冷却部分105の他端は配管109の一端に接続し、配管109の他端は加熱器15とリザーバタンク47との間の熱媒流体配管43に接続する。

0061

すなわち、加熱器15と冷却手段である熱媒冷却装置206とは、熱媒流体通路により並列に接続したことになる。

0062

一方、冷却器19は、前記した低温作動空間33の再生器17側近傍に、冷却媒体通路となる冷却水配管49の一部の冷却器部分49aを挿入している。冷却水配管49の冷却器19から下流側の外部に引き出した配管49bは、前記した熱媒冷却装置206内に接続開口している。

0063

また、熱媒冷却装置206には、別途配管49cの一端を接続開口させ、配管49cの他端は、前記した冷却装置203の冷却水タンク51内に配置してある冷却媒体冷却部分49dの一端に接続している。冷却媒体冷却部分49dの他端は配管49eの一端を接続し、配管49eの他端は前記した冷却器部分49aに接続する。

0064

冷却水タンク51内の冷却水は、外部から入口配管111を通して供給されるとともに、出口配管113から排出されて例えば図示しないボイラなどに利用することができる。

0065

上記した配管49eにはポンプ52を設置し、ポンプ52と冷却媒体冷却部分49dとの間の配管49eにはリザーバタンク119を接続する。

0066

このように構成したスターリングエンジンでは、スターリングエンジン本体201において高温作動空間31と低温作動空間33との間で、互いに作動ガスを移動させて作動ガスの膨脹・圧縮を繰り返すことで、熱と動力との変換が行われる。このとき流量調整弁101は、熱媒流体が加熱器15に流れるように設定しておく。

0067

この際、本実施例では、熱源装置205の熱源部分43bで加熱された熱媒流体が、ポンプ45の作動により熱媒流体配管43を流れ流量調整弁101を経て加熱器15の加熱器部分43aに送られることで、作動ガスが熱媒流体と熱交換して受熱する。その後、放熱して温度低下した熱媒流体は、熱媒流体配管43の一方の中間部分43cを流れてポンプ45に戻ることになる。

0068

一方、冷却器19においては、ポンプ52の作動によって熱媒冷却装置206内の冷却水107が冷却水配管49の冷却器部分49aに送られることで、作動ガスが冷却水と熱交換して冷却される。その後、受熱して温度上昇した冷却水は、冷却水配管49の配管49bを流れて熱媒冷却装置206に戻ることになる。

0069

このようなスターリングエンジンの運転時において、例えば、スターリングエンジン本体201が故障や不使用時によって運転を停止する場合には、流量調整弁101を熱媒流体が配管103に向けて流れるように切り替える。これにより熱源部分43bから流出する熱媒流体は、熱媒冷却装置206に流入して冷却水107によって冷却されることになる。冷却された熱媒流体は、配管109を経て熱媒流体配管43に戻り、熱源装置205で再度加熱されて熱媒冷却装置206に流れ込む。

0070

スターリングエンジン本体201の運転を再開するときには、熱媒流体が加熱器15に流れるように流量調整弁101を切り替える。

0071

このように、本実施例では、スターリングエンジンの運転時において、例えば、スターリングエンジン本体201が故障や不使用時によって運転を停止する場合には、熱源装置205によって常時加熱される熱媒流体が加熱器15に流れずに、熱媒冷却装置206を流れて冷却されるので、熱媒流体の過剰な温度上昇を抑えることができ、熱媒流体の劣化を防止することができる。

0072

また、スターリングエンジンの運転中においても、図示しない制御手段が、スターリングサイクルを構成するスターリングエンジン本体201の運転状態に応じて流量調整弁101の開度を制御することで、熱媒流体の熱媒冷却装置206へ流れる量と加熱器15へ流れる量とを調整し、これにより熱媒流体の温度を、スターリングエンジン本体201の運転状態に対応して適宜調整することができる。

0073

また、上記した実施例では、熱源装置205における熱源としてボイラの廃熱を利用しているので、エネルギーの有効利用を達成できる。さらに、ボイラの燃料としてバイオマスを使用することで、地球温暖化に影響があるとされる二酸化炭素の削減に寄与することができる。

0074

以上本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本明細書で開示された実施の形態はすべての点で例示であって開示された技術に限定されるものではないと考えるべきである。すなわち、本発明の技術的な範囲は、前記の実施の形態における説明に基づいて制限的に解釈されるものでなく、あくまでも特許請求の範囲の記載に従って解釈すべきであり、特許請求の範囲の記載技術と均等な技術および特許請求の範囲内でのすべての変更が含まれる。

0075

S1、S2…電力システム
1…熱源手段
2…スターリングエンジン(外燃機関)
3…発電機(発電手段)
4…AC/DC変換器
5…自立インバータ
5a…DC/AC変換部
6…発電機制御インバータ
10…DC/DC変換器
11…充放電制御装置
12…二次電池
13…充電度センサ(充電度検出部)
30…発電機制御インバータ
15…加熱器
17…再生器
19…冷却器
21…高温側ピストン
23…低温側ピストン
25…ピストンロッド
27…クランク軸
27a、27b…クランクピン
29…ピストンロッド
31…高温作動空間
33…低温作動空間
35…プーリ
37…ベルト
39…プーリ
41…発電機
43…熱媒流体配管
43a…加熱器部分
43b…熱源部分
43c、43d…中間部分
43e…バイパス通路
45…ポンプ
47…リザーバタンク
49…冷却水配管
49a…冷却器部分
49b、49c、49d、49e…配管
49d…冷却媒体冷却部分
50…コントローラ
51…冷却水タンク
52…ポンプ
53…温水加熱器
55…接続用配管
57…切替弁
59…ポンプ
100…負荷
101…流量調整弁
103…配管
105…熱媒冷却部分
107…冷却水
109…配管
111…入口配管
113…出口配管
119…リザーバタンク
200…DC母線
201…スターリングエンジン本体
203…冷却装置
205…熱源装置
206…熱媒冷却装置
207…ハウジング
209…カバー
211…クランクケース
300…コントローラ
301…DC/AC変換器
302…RPM検出器
E…排出ガス
V1…第1の電圧検出部
V2…第2の電圧検出部

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