JP2000213418A - 低温蒸気利用の熱源システム、及び、それを用いたコ―ジェネレ―ションシステム - Google Patents
低温蒸気利用の熱源システム、及び、それを用いたコ―ジェネレ―ションシステムInfo
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Landscapes
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 エネルギ利用効率の高い低温蒸気利用熱源シ
ステムを構築する。 【解決手段】 スターリングエンジン４において、全作
動ガス空間が最小となる付近で低温室９に対し作動ガス
とする低温蒸気Ｓ１′を吹き込み、かつ、全作動ガス空
間が最大となる付近とそれに続く空間縮小過程で低温室
９から作動ガスとしての内部蒸気Ｓ１″の一部を排出す
る蒸気エンジン化用の弁手段１７を設け、このスターリ
ングエンジン４を駆動源とする別置の圧縮機２により低
温蒸気発生装置１からの送出低温蒸気Ｓ１を圧縮するこ
とで、その低温蒸気Ｓ１を昇温して熱需要先３に対し供
給する高温蒸気Ｓ２を生成するとともに、低温蒸気発生
装置１からの送出低温蒸気Ｓ１の一部を弁手段１７によ
るスターリングエンジン４への吹き込み蒸気Ｓ１′とし
て用いる構成にする。
ステムを構築する。 【解決手段】 スターリングエンジン４において、全作
動ガス空間が最小となる付近で低温室９に対し作動ガス
とする低温蒸気Ｓ１′を吹き込み、かつ、全作動ガス空
間が最大となる付近とそれに続く空間縮小過程で低温室
９から作動ガスとしての内部蒸気Ｓ１″の一部を排出す
る蒸気エンジン化用の弁手段１７を設け、このスターリ
ングエンジン４を駆動源とする別置の圧縮機２により低
温蒸気発生装置１からの送出低温蒸気Ｓ１を圧縮するこ
とで、その低温蒸気Ｓ１を昇温して熱需要先３に対し供
給する高温蒸気Ｓ２を生成するとともに、低温蒸気発生
装置１からの送出低温蒸気Ｓ１の一部を弁手段１７によ
るスターリングエンジン４への吹き込み蒸気Ｓ１′とし
て用いる構成にする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、廃熱媒体などとし
て得られる低温蒸気を利用して高温蒸気を生成する低温
蒸気利用の熱源システム、及び、それを用いたコージェ
ネレーションシステムに関する。
て得られる低温蒸気を利用して高温蒸気を生成する低温
蒸気利用の熱源システム、及び、それを用いたコージェ
ネレーションシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、廃熱などの低温熱（例えば、吸収
式冷凍機の駆動熱源としても利用することが難しい８０
℃以下の熱）を回収利用して高温熱を生成するには、所
謂スーパーヒートポンプシステムとして、特殊な冷媒や
多段圧縮方式を用いた電動機駆動の高出力圧縮式ヒート
ポンプにより、低温熱源からの回収熱を１００℃以上の
レベルにヒートアップする形式がある。
式冷凍機の駆動熱源としても利用することが難しい８０
℃以下の熱）を回収利用して高温熱を生成するには、所
謂スーパーヒートポンプシステムとして、特殊な冷媒や
多段圧縮方式を用いた電動機駆動の高出力圧縮式ヒート
ポンプにより、低温熱源からの回収熱を１００℃以上の
レベルにヒートアップする形式がある。
【０００３】また、蒸気を媒体とするものでは、ボイラ
からの供給高温蒸気を作動流体とするタービンにより圧
縮機を駆動し、この圧縮機により低温蒸気（すなわち、
利用対象の低温熱を保有する蒸気）を圧縮することで、
その低温蒸気を昇温して高温蒸気を生成する形式があ
る。
からの供給高温蒸気を作動流体とするタービンにより圧
縮機を駆動し、この圧縮機により低温蒸気（すなわち、
利用対象の低温熱を保有する蒸気）を圧縮することで、
その低温蒸気を昇温して高温蒸気を生成する形式があ
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のいずれ
の形式にしても、全体としてのエネルギ利用効率（特に
上記のスーパーヒートポンプシステムでは供給電力の生
成効率も含めたエネルギ利用効率）が未だ低く、また、
電動機駆動のスーパーヒートポンプシステムでは、それ
自身が電動機駆動であるため、省エネの１つの有効な手
段であるコージェネレーションシステム（熱電併給シス
テム）の構築に不向きであり、この点、一層の省エネを
図る上で、より有効な低温熱利用熱源システムが望まれ
ている。
の形式にしても、全体としてのエネルギ利用効率（特に
上記のスーパーヒートポンプシステムでは供給電力の生
成効率も含めたエネルギ利用効率）が未だ低く、また、
電動機駆動のスーパーヒートポンプシステムでは、それ
自身が電動機駆動であるため、省エネの１つの有効な手
段であるコージェネレーションシステム（熱電併給シス
テム）の構築に不向きであり、この点、一層の省エネを
図る上で、より有効な低温熱利用熱源システムが望まれ
ている。
【０００５】この実情に鑑み、本発明の主たる課題は、
エネルギ利用効率の一層の向上が可能で、また、コージ
ェネレーションシステムの構築にも適した低温蒸気利用
熱源システムを提供する点にある。
エネルギ利用効率の一層の向上が可能で、また、コージ
ェネレーションシステムの構築にも適した低温蒸気利用
熱源システムを提供する点にある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】〔１〕請求項１に係る発
明では、作動ガスを再生熱交換器を通じて低温室から加
熱器を備える高温室へ移動させる吸熱側移動過程と、作
動ガスを前記加熱器による加熱をもって膨張させる膨張
過程と、作動ガスを前記再生熱交換器を通じて前記高温
室から前記低温室に移動させる放熱側移動過程と、作動
ガスを圧縮する圧縮過程とを、その順に繰り返すスター
リングエンジンにおいて、前記低温室及び前記高温室を
含む全作動ガス空間が最小となる付近で前記低温室に対
し作動ガスとする低温蒸気を吹き込み、かつ、その全作
動ガス空間が最大となる付近とそれに続く空間縮小過程
で前記低温室から作動ガスとしての内部蒸気の一部を排
出する蒸気エンジン化用の弁手段を設ける。そして、こ
のスターリングエンジンを駆動源とする別置の圧縮機に
より低温蒸気発生装置からの送出低温蒸気を圧縮するこ
とで、その低温蒸気を昇温して熱需要先に対し供給する
高温蒸気を生成するとともに、前記低温蒸気発生装置か
らの送出低温蒸気の一部を前記弁手段による前記スター
リングエンジンへの吹き込み蒸気として用いる構成にす
る。
明では、作動ガスを再生熱交換器を通じて低温室から加
熱器を備える高温室へ移動させる吸熱側移動過程と、作
動ガスを前記加熱器による加熱をもって膨張させる膨張
過程と、作動ガスを前記再生熱交換器を通じて前記高温
室から前記低温室に移動させる放熱側移動過程と、作動
ガスを圧縮する圧縮過程とを、その順に繰り返すスター
リングエンジンにおいて、前記低温室及び前記高温室を
含む全作動ガス空間が最小となる付近で前記低温室に対
し作動ガスとする低温蒸気を吹き込み、かつ、その全作
動ガス空間が最大となる付近とそれに続く空間縮小過程
で前記低温室から作動ガスとしての内部蒸気の一部を排
出する蒸気エンジン化用の弁手段を設ける。そして、こ
のスターリングエンジンを駆動源とする別置の圧縮機に
より低温蒸気発生装置からの送出低温蒸気を圧縮するこ
とで、その低温蒸気を昇温して熱需要先に対し供給する
高温蒸気を生成するとともに、前記低温蒸気発生装置か
らの送出低温蒸気の一部を前記弁手段による前記スター
リングエンジンへの吹き込み蒸気として用いる構成にす
る。
【０００７】つまり、この構成では、スターリングエン
ジンにおいて上記弁手段による蒸気の吹き込みと内部蒸
気の排出とを行うことで、スターリングサイクルとラン
キンサイクルとの複合サイクル（具体的には図３のｐ−
Ｖ線図に示す如く、上部にスターリングサイクルの上半
部を有し、下部にランキンサイクルの下半部を有するサ
イクル）を実行させ、これにより、単なるスターリング
サイクル（図３において破線で示すサイクル）を行う通
常のスターリングエンジンや、単なるランキンサイクル
（図３において二点鎖線で示すサイクル）を行う通常の
蒸気機関に比べ、より高いエンジン出力を効率的に得
る。
ジンにおいて上記弁手段による蒸気の吹き込みと内部蒸
気の排出とを行うことで、スターリングサイクルとラン
キンサイクルとの複合サイクル（具体的には図３のｐ−
Ｖ線図に示す如く、上部にスターリングサイクルの上半
部を有し、下部にランキンサイクルの下半部を有するサ
イクル）を実行させ、これにより、単なるスターリング
サイクル（図３において破線で示すサイクル）を行う通
常のスターリングエンジンや、単なるランキンサイクル
（図３において二点鎖線で示すサイクル）を行う通常の
蒸気機関に比べ、より高いエンジン出力を効率的に得
る。
【０００８】そして、このエンジン出力をもって駆動す
る別置の圧縮機により低温蒸気発生装置からの送出低温
蒸気（利用対象の廃熱等の低温熱を保有する蒸気）を圧
縮することで、その低温蒸気を昇温して熱需要先に供給
する利用価値の高い高温蒸気を効率的に生成し、また、
利用対象である低温蒸気発生装置からの送出低温蒸気の
一部を上記弁手段によるスターリングエンジンへの吹き
込み蒸気としても用いることで、その低温蒸気の有効利
用を更に促進する。
る別置の圧縮機により低温蒸気発生装置からの送出低温
蒸気（利用対象の廃熱等の低温熱を保有する蒸気）を圧
縮することで、その低温蒸気を昇温して熱需要先に供給
する利用価値の高い高温蒸気を効率的に生成し、また、
利用対象である低温蒸気発生装置からの送出低温蒸気の
一部を上記弁手段によるスターリングエンジンへの吹き
込み蒸気としても用いることで、その低温蒸気の有効利
用を更に促進する。
【０００９】すなわち、この構成によれば、スターリン
グサイクルとランキンサイクルとの複合サイクルにより
効率的に得られる高いエンジン出力をもって利用対象の
低温蒸気を効率良く圧縮昇温することから、また、その
低温蒸気を上記複合サイクル形成のための吹き込み蒸気
としてもさらに有効利用することから、全体としてのエ
ネルギ利用効率の向上を極めて効果的に達成できる。
グサイクルとランキンサイクルとの複合サイクルにより
効率的に得られる高いエンジン出力をもって利用対象の
低温蒸気を効率良く圧縮昇温することから、また、その
低温蒸気を上記複合サイクル形成のための吹き込み蒸気
としてもさらに有効利用することから、全体としてのエ
ネルギ利用効率の向上を極めて効果的に達成できる。
【００１０】また、入力はスターリングエンジンにおけ
る加熱器からの熱入力と、スターリングエンジンに対す
る蒸気の吹き込み入力となることから、電動機駆動のヒ
ートポンプシステムに比べ、熱駆動コージェネレーショ
ンシステムの構築に適したものとなる。
る加熱器からの熱入力と、スターリングエンジンに対す
る蒸気の吹き込み入力となることから、電動機駆動のヒ
ートポンプシステムに比べ、熱駆動コージェネレーショ
ンシステムの構築に適したものとなる。
【００１１】しかも、通常のスターリングエンジンでは
作動ガスとして高圧ヘリウムが必要で、また、エンジン
ケースに高い耐圧性が要求されるが、上記構成であれ
ば、吹き込み蒸気を作動ガスとしてランキンサイクルを
組み合わせる形態を採ることから、高圧ヘリウムが不要
になるとともにエンジンケースも低耐圧性のものです
み、この点、装置コスト面や軽量化の面でも有利にな
る。
作動ガスとして高圧ヘリウムが必要で、また、エンジン
ケースに高い耐圧性が要求されるが、上記構成であれ
ば、吹き込み蒸気を作動ガスとしてランキンサイクルを
組み合わせる形態を採ることから、高圧ヘリウムが不要
になるとともにエンジンケースも低耐圧性のものです
み、この点、装置コスト面や軽量化の面でも有利にな
る。
【００１２】なお、低温蒸気発生装置は、他の装置から
排出される低温廃熱等を熱源として低温蒸気を生成する
ものであってもよく、また、それ自身が蒸気を廃熱媒体
として低温廃熱を排出する装置であってもよい。
排出される低温廃熱等を熱源として低温蒸気を生成する
ものであってもよく、また、それ自身が蒸気を廃熱媒体
として低温廃熱を排出する装置であってもよい。
【００１３】図４は上記した複合サイクルをＴ−ｓ線図
で示したものであり、同図において破線は単独のスター
リングサイクルを示し、二点鎖線は単独のランキンサイ
クルを示す。
で示したものであり、同図において破線は単独のスター
リングサイクルを示し、二点鎖線は単独のランキンサイ
クルを示す。
【００１４】〔２〕請求項２に係る発明では、作動ガス
を再生熱交換器を通じて低温室から加熱器を備える高温
室へ移動させる吸熱側移動過程と、作動ガスを前記加熱
器による加熱をもって膨張させる膨張過程と、作動ガス
を前記再生熱交換器を通じて前記高温室から前記低温室
に移動させる放熱側移動過程と、作動ガスを圧縮する圧
縮過程とを、その順に繰り返すスターリングエンジンに
おいて、前記低温室及び前記高温室を含む全作動ガス空
間が最小となる付近で前記低温室に対し作動ガスとする
高温蒸気発生装置からの供給高温蒸気を吹き込み、か
つ、その全作動ガス空間が最大となる付近とそれに続く
空間縮小過程で前記低温室から作動ガスとしての内部蒸
気の一部を排出する蒸気エンジン化用の弁手段を設け
る。そして、このスターリングエンジンを駆動源とする
別置の圧縮機により低温蒸気発生装置からの送出低温蒸
気を圧縮することで、その低温蒸気を昇温して熱需要先
に対し供給する高温蒸気を生成するとともに、前記弁手
段による前記スターリングエンジンからの排出蒸気を、
前記圧縮機による生成高温蒸気に合流させて熱需要先へ
の供給蒸気の一部とする構成にする。
を再生熱交換器を通じて低温室から加熱器を備える高温
室へ移動させる吸熱側移動過程と、作動ガスを前記加熱
器による加熱をもって膨張させる膨張過程と、作動ガス
を前記再生熱交換器を通じて前記高温室から前記低温室
に移動させる放熱側移動過程と、作動ガスを圧縮する圧
縮過程とを、その順に繰り返すスターリングエンジンに
おいて、前記低温室及び前記高温室を含む全作動ガス空
間が最小となる付近で前記低温室に対し作動ガスとする
高温蒸気発生装置からの供給高温蒸気を吹き込み、か
つ、その全作動ガス空間が最大となる付近とそれに続く
空間縮小過程で前記低温室から作動ガスとしての内部蒸
気の一部を排出する蒸気エンジン化用の弁手段を設け
る。そして、このスターリングエンジンを駆動源とする
別置の圧縮機により低温蒸気発生装置からの送出低温蒸
気を圧縮することで、その低温蒸気を昇温して熱需要先
に対し供給する高温蒸気を生成するとともに、前記弁手
段による前記スターリングエンジンからの排出蒸気を、
前記圧縮機による生成高温蒸気に合流させて熱需要先へ
の供給蒸気の一部とする構成にする。
【００１５】つまり、この構成では、前記した請求項１
に係る発明と同様、スターリングエンジンにおいて上記
弁手段による蒸気の吹き込みと内部蒸気の排出とを行う
ことで、図３のｐ−Ｖ線図に示す如きスターリングサイ
クルとランキンサイクルとの複合サイクルを実行させ、
これにより、単なるスターリングエンジンや単なる蒸気
機関に比べ、より高いエンジン出力を効率的に得る。そ
して、このエンジン出力をもって駆動する別置の圧縮機
により低温蒸気発生装置からの送出低温蒸気（利用対象
の廃熱等の低温熱を保有する蒸気）を圧縮することで、
その低温蒸気を昇温して熱需要先に供給する利用価値の
高い高温蒸気を効率的に生成する。
に係る発明と同様、スターリングエンジンにおいて上記
弁手段による蒸気の吹き込みと内部蒸気の排出とを行う
ことで、図３のｐ−Ｖ線図に示す如きスターリングサイ
クルとランキンサイクルとの複合サイクルを実行させ、
これにより、単なるスターリングエンジンや単なる蒸気
機関に比べ、より高いエンジン出力を効率的に得る。そ
して、このエンジン出力をもって駆動する別置の圧縮機
により低温蒸気発生装置からの送出低温蒸気（利用対象
の廃熱等の低温熱を保有する蒸気）を圧縮することで、
その低温蒸気を昇温して熱需要先に供給する利用価値の
高い高温蒸気を効率的に生成する。
【００１６】また、利用対象である低温蒸気発生装置か
らの送出低温蒸気とは別に、スターリングエンジンへの
吹き込み蒸気として、ボイラなどの高温蒸気発生装置か
らの供給高温蒸気を用いることに対し、上記弁手段によ
るスターリングエンジンからの排出蒸気（すなわち、ス
ターリングエンジンで作動ガスとして用いた後の吹き込
み高温蒸気）を、圧縮機による生成高温蒸気に合流させ
て熱需要先への供給蒸気の一部とすることで、その高温
蒸気を更に有効利用する。
らの送出低温蒸気とは別に、スターリングエンジンへの
吹き込み蒸気として、ボイラなどの高温蒸気発生装置か
らの供給高温蒸気を用いることに対し、上記弁手段によ
るスターリングエンジンからの排出蒸気（すなわち、ス
ターリングエンジンで作動ガスとして用いた後の吹き込
み高温蒸気）を、圧縮機による生成高温蒸気に合流させ
て熱需要先への供給蒸気の一部とすることで、その高温
蒸気を更に有効利用する。
【００１７】すなわち、この構成によれば、スターリン
グサイクルとランキンサイクルとの複合サイクルにより
効率的に得られる高いエンジン出力をもって利用対象の
低温蒸気を効率良く圧縮昇温することから、また、上記
複合サイクル形成のための吹き込み蒸気として用いる高
温蒸気を作動ガスとしての使用の後、熱需要先への供給
蒸気の一部として更に有効利用することから、全体とし
てのエネルギ利用効率の向上を極めて効果的に達成でき
る。
グサイクルとランキンサイクルとの複合サイクルにより
効率的に得られる高いエンジン出力をもって利用対象の
低温蒸気を効率良く圧縮昇温することから、また、上記
複合サイクル形成のための吹き込み蒸気として用いる高
温蒸気を作動ガスとしての使用の後、熱需要先への供給
蒸気の一部として更に有効利用することから、全体とし
てのエネルギ利用効率の向上を極めて効果的に達成でき
る。
【００１８】そしてまた、請求項１に係る発明と同様、
入力はスターリングエンジンにおける加熱器からの熱入
力と、スターリングエンジンに対する蒸気の吹き込み入
力となることから、電動機駆動のヒートポンプシステム
に比べ、熱駆動コージェネレーションシステムの構築に
適したものとなり、また、吹き込み蒸気を作動ガスとし
てランキンサイクルを組み合わせる形態を採ることか
ら、通常のスターリングエンジンを用いるに比べ、高圧
ヘリウムが不要になるとともにエンジンケースも低耐圧
性のものですみ、装置コスト面や軽量化の面でも有利に
なる。
入力はスターリングエンジンにおける加熱器からの熱入
力と、スターリングエンジンに対する蒸気の吹き込み入
力となることから、電動機駆動のヒートポンプシステム
に比べ、熱駆動コージェネレーションシステムの構築に
適したものとなり、また、吹き込み蒸気を作動ガスとし
てランキンサイクルを組み合わせる形態を採ることか
ら、通常のスターリングエンジンを用いるに比べ、高圧
ヘリウムが不要になるとともにエンジンケースも低耐圧
性のものですみ、装置コスト面や軽量化の面でも有利に
なる。
【００１９】なお、請求項１に係る発明と同様、低温蒸
気発生装置は、他の装置から排出される低温廃熱等を熱
源として低温蒸気を生成するものであってもよく、ま
た、それ自身が蒸気を廃熱媒体として低温廃熱を排出す
る装置であってもよい。
気発生装置は、他の装置から排出される低温廃熱等を熱
源として低温蒸気を生成するものであってもよく、ま
た、それ自身が蒸気を廃熱媒体として低温廃熱を排出す
る装置であってもよい。
【００２０】〔３〕請求項３に係る発明では、請求項１
又は２に係る発明の低温蒸気利用熱源システムを用いて
コージェネレーションシステムを構築するにあたり、前
記圧縮機とともに、前記スターリングエンジンを駆動源
とする発電機を設ける構成にする。
又は２に係る発明の低温蒸気利用熱源システムを用いて
コージェネレーションシステムを構築するにあたり、前
記圧縮機とともに、前記スターリングエンジンを駆動源
とする発電機を設ける構成にする。
【００２１】つまり、この構成によれば、前記した複合
サイクルにより効率的に得られる高いエンジン出力を用
いて、圧縮機による低温蒸気の圧縮昇温で高温蒸気を効
率良く生成することと、その高いエンジン出力を用いて
発電機により効率良く発電することとの両方を行え、こ
れにより、エネルギ利用効率の高いコジェネレーション
システムにすることができる。
サイクルにより効率的に得られる高いエンジン出力を用
いて、圧縮機による低温蒸気の圧縮昇温で高温蒸気を効
率良く生成することと、その高いエンジン出力を用いて
発電機により効率良く発電することとの両方を行え、こ
れにより、エネルギ利用効率の高いコジェネレーション
システムにすることができる。
【００２２】なお、上記のスターリングエンジンを駆動
源とする圧縮機と発電機とは、両者を並行運転する形
態、いずれか一方を択一的に運転する形態、あるいは、
並行運転と択一運転とを選択的に実施する形態のいずれ
を運転形態を採ってよい。
源とする圧縮機と発電機とは、両者を並行運転する形
態、いずれか一方を択一的に運転する形態、あるいは、
並行運転と択一運転とを選択的に実施する形態のいずれ
を運転形態を採ってよい。
【００２３】
【発明の実施の形態】〔第１実施形態〕図１において、
１は他の機器からの低温廃熱を用いて低温蒸気Ｓ１を生
成する低温蒸気発生装置であり、この低温蒸気発生装置
１からの送出低温蒸気Ｓ１（例えば、５５〜１０５℃の
蒸気）を圧縮機２により圧縮することで、その低温蒸気
Ｓ１を昇温して熱需要先３に対し供給する高温蒸気Ｓ２
（例えば、１２０〜１３０℃の蒸気）を生成する。
１は他の機器からの低温廃熱を用いて低温蒸気Ｓ１を生
成する低温蒸気発生装置であり、この低温蒸気発生装置
１からの送出低温蒸気Ｓ１（例えば、５５〜１０５℃の
蒸気）を圧縮機２により圧縮することで、その低温蒸気
Ｓ１を昇温して熱需要先３に対し供給する高温蒸気Ｓ２
（例えば、１２０〜１３０℃の蒸気）を生成する。
【００２４】４は圧縮機２を駆動するスターリングエン
ジンであり、このスターリングエンジン４は、ともにク
ランク軸５に連結されて所定の位相差関係で往復動作す
るパワーピストン６とディスプレーサピストン７とを備
え、これらピストン６，７を内装したピストンケース８
の内部空間のうち、ディスプレーサピストン７とピスト
ンケース８の閉塞側端との間を低温室９とし、ディスプ
レーサピストン７とパワーピストン６との間を高温室１
０とし、高温室１０には内部作動ガスを加熱する加熱器
１１を設けてある。
ジンであり、このスターリングエンジン４は、ともにク
ランク軸５に連結されて所定の位相差関係で往復動作す
るパワーピストン６とディスプレーサピストン７とを備
え、これらピストン６，７を内装したピストンケース８
の内部空間のうち、ディスプレーサピストン７とピスト
ンケース８の閉塞側端との間を低温室９とし、ディスプ
レーサピストン７とパワーピストン６との間を高温室１
０とし、高温室１０には内部作動ガスを加熱する加熱器
１１を設けてある。
【００２５】また、ディスプレーサピストン７には、低
温室９と高温室１０とを連通する連通路７ａを形成し、
この連通路７ａに蓄熱材の充填層からなる再生熱交換器
１２を設けてある。
温室９と高温室１０とを連通する連通路７ａを形成し、
この連通路７ａに蓄熱材の充填層からなる再生熱交換器
１２を設けてある。
【００２６】１３は加熱器１１を通じて入力する熱を発
生するバーナであり、このバーナ１３の燃焼運転により
空気導入口１４からの導入空気Ａを加熱し、この加熱空
気（具体的には燃焼ガス混合空気）を加熱器１１におい
て高温室１０の内部作動ガスと熱交換させることで、高
温室１０における内部作動ガスを加熱（例えば、４００
〜６００℃に加熱）する。
生するバーナであり、このバーナ１３の燃焼運転により
空気導入口１４からの導入空気Ａを加熱し、この加熱空
気（具体的には燃焼ガス混合空気）を加熱器１１におい
て高温室１０の内部作動ガスと熱交換させることで、高
温室１０における内部作動ガスを加熱（例えば、４００
〜６００℃に加熱）する。
【００２７】１５は加熱器１１において作動ガスと熱交
換させた後の排出加熱空気Ａ′と空気導入口１４からの
導入空気Ａとを熱交換させて導入空気Ａを予熱する空気
予熱器、１６はバーナ１３に対する燃料Ｇの供給路であ
る。
換させた後の排出加熱空気Ａ′と空気導入口１４からの
導入空気Ａとを熱交換させて導入空気Ａを予熱する空気
予熱器、１６はバーナ１３に対する燃料Ｇの供給路であ
る。
【００２８】両ピストン６，７の位相差は、ディスプレ
ーサピストン７がパワーピストン６よりも１／３ないし
１／４周期分程度（クランク軸５の回転角にして６０°
〜９０°程度）だけ進んだ位相で往復動作するように設
定してあり、これにより、作動ガスを再生熱交換器１２
を通じて低温室９から高温室１０へ移動させる吸熱側移
動過程（図２におけるイ〜ロの過程）、作動ガスを加熱
器１１による加熱をもって膨張させる膨張過程（図２に
おけるロ〜ハの過程）と、作動ガスを再生熱交換器１２
を通じて高温室１０から低温室９へ移動させる放熱側移
動過程（図２におけるハ〜ニの過程）と、作動ガスを圧
縮する圧縮過程（図２におけるニ〜イの過程）とを、そ
の順に繰り返すスターリングサイクルを実行させる。
ーサピストン７がパワーピストン６よりも１／３ないし
１／４周期分程度（クランク軸５の回転角にして６０°
〜９０°程度）だけ進んだ位相で往復動作するように設
定してあり、これにより、作動ガスを再生熱交換器１２
を通じて低温室９から高温室１０へ移動させる吸熱側移
動過程（図２におけるイ〜ロの過程）、作動ガスを加熱
器１１による加熱をもって膨張させる膨張過程（図２に
おけるロ〜ハの過程）と、作動ガスを再生熱交換器１２
を通じて高温室１０から低温室９へ移動させる放熱側移
動過程（図２におけるハ〜ニの過程）と、作動ガスを圧
縮する圧縮過程（図２におけるニ〜イの過程）とを、そ
の順に繰り返すスターリングサイクルを実行させる。
【００２９】これに対し、このスターリングエンジン４
には、クランク軸５を介しての両ピストン６，７との連
動により、低温室９と高温室１０を含むピストンケース
８内の全作動ガス空間が最小となる付近（本例では図２
におけるイの状態）で、低温蒸気発生装置１からの分流
低温蒸気Ｓ１′を作動ガスとして低温室９に吹き込み、
かつ、その全作動ガス空間が最大となる付近（本例では
図２におけるハの状態）とそれに続く所定の空間縮小過
程で、作動ガスとしての内部蒸気Ｓ１″の一部を低温室
９から排出するように、所定の位相角において弁の開閉
と蒸気流路の切り替えを行う任意形式の弁装置１７を設
け、また、この弁装置１７による排出蒸気Ｓ１″を冷却
水Ｗにより冷却して凝縮させる復水器１８を設けてあ
る。
には、クランク軸５を介しての両ピストン６，７との連
動により、低温室９と高温室１０を含むピストンケース
８内の全作動ガス空間が最小となる付近（本例では図２
におけるイの状態）で、低温蒸気発生装置１からの分流
低温蒸気Ｓ１′を作動ガスとして低温室９に吹き込み、
かつ、その全作動ガス空間が最大となる付近（本例では
図２におけるハの状態）とそれに続く所定の空間縮小過
程で、作動ガスとしての内部蒸気Ｓ１″の一部を低温室
９から排出するように、所定の位相角において弁の開閉
と蒸気流路の切り替えを行う任意形式の弁装置１７を設
け、また、この弁装置１７による排出蒸気Ｓ１″を冷却
水Ｗにより冷却して凝縮させる復水器１８を設けてあ
る。
【００３０】つまり、スターリングエンジンにおいて上
記弁装置１７による蒸気Ｓ１′の吹き込みと内部蒸気Ｓ
１″の排出とを行うことで、図３のｐ−Ｖ線図や図４の
Ｔ−ｓ線図に示す如きスターリングサイクル（破線で示
すサイクル）とランキンサイクル（二点鎖線で示すサイ
クル）との複合サイクルを実行させて高いエンジン出力
を効率的に得るようにし、これにより、低温蒸気圧縮に
よる高温蒸気Ｓ２の生成を効率良く行う。
記弁装置１７による蒸気Ｓ１′の吹き込みと内部蒸気Ｓ
１″の排出とを行うことで、図３のｐ−Ｖ線図や図４の
Ｔ−ｓ線図に示す如きスターリングサイクル（破線で示
すサイクル）とランキンサイクル（二点鎖線で示すサイ
クル）との複合サイクルを実行させて高いエンジン出力
を効率的に得るようにし、これにより、低温蒸気圧縮に
よる高温蒸気Ｓ２の生成を効率良く行う。
【００３１】また、低温蒸気発生装置１からの送出低温
蒸気Ｓ１の一部Ｓ１′を前記した複合サイクルを行うた
めのスターリングエンジン４への吹き込み蒸気としても
利用することで、その低温蒸気Ｓ１の有効利用を更に促
進する。
蒸気Ｓ１の一部Ｓ１′を前記した複合サイクルを行うた
めのスターリングエンジン４への吹き込み蒸気としても
利用することで、その低温蒸気Ｓ１の有効利用を更に促
進する。
【００３２】なお、１９は圧縮機２とともに上記のスタ
ーリングエンジン４を駆動源とする発電機であり、この
発電機１９の付加装備により、高温蒸気Ｓ２の生成と発
電との両方を同時に、または、択一的に行えるコージェ
ネレーションシステムを構築してもよい。
ーリングエンジン４を駆動源とする発電機であり、この
発電機１９の付加装備により、高温蒸気Ｓ２の生成と発
電との両方を同時に、または、択一的に行えるコージェ
ネレーションシステムを構築してもよい。
【００３３】〔第２実施形態〕図５は、低温蒸気発生装
置１からの送出低温蒸気Ｓ１の一部をスターリングエン
ジン４への吹き込み蒸気に用いるに代えて、ボイラなど
の高温蒸気発生装置２０から供給される高温蒸気Ｓ３
（例えば、１５０〜２５０℃の蒸気）をスターリングエ
ンジン４への吹き込み蒸気とする例を示し、このシステ
ムにおいて、弁装置１７は、両ピストン６，７との連動
により、ピストンケース８内の全作動ガス空間が最小と
なる付近（図２におけるイの状態）で、高温蒸気発生装
置２０からの供給高温蒸気Ｓ３を作動ガスとして低温室
９に吹き込み、かつ、その全作動ガス空間が最大となる
付近（図２におけるハの状態）とそれに続く所定の空間
縮小過程で、作動ガスとしての内部蒸気Ｓ３′の一部を
低温室９から排出する。
置１からの送出低温蒸気Ｓ１の一部をスターリングエン
ジン４への吹き込み蒸気に用いるに代えて、ボイラなど
の高温蒸気発生装置２０から供給される高温蒸気Ｓ３
（例えば、１５０〜２５０℃の蒸気）をスターリングエ
ンジン４への吹き込み蒸気とする例を示し、このシステ
ムにおいて、弁装置１７は、両ピストン６，７との連動
により、ピストンケース８内の全作動ガス空間が最小と
なる付近（図２におけるイの状態）で、高温蒸気発生装
置２０からの供給高温蒸気Ｓ３を作動ガスとして低温室
９に吹き込み、かつ、その全作動ガス空間が最大となる
付近（図２におけるハの状態）とそれに続く所定の空間
縮小過程で、作動ガスとしての内部蒸気Ｓ３′の一部を
低温室９から排出する。
【００３４】また、このシステムでは、弁装置１７によ
る排出蒸気Ｓ３′を、圧縮機２による生成高温蒸気Ｓ２
と合流させて、熱需要先３への供給蒸気の一部とする構
成にしてある。
る排出蒸気Ｓ３′を、圧縮機２による生成高温蒸気Ｓ２
と合流させて、熱需要先３への供給蒸気の一部とする構
成にしてある。
【００３５】つまり、スターリングエンジンにおいて上
記弁装置１７による蒸気Ｓ３の吹き込みと内部蒸気Ｓ
３′の排出とを行うことで、第１実施形態と同様、スタ
ーリングサイクルとランキンサイクルとの複合サイクル
を実行させて高いエンジン出力を効率的に得るように
し、これにより、低温蒸気圧縮による高温蒸気Ｓ２の生
成を効率良く行う。
記弁装置１７による蒸気Ｓ３の吹き込みと内部蒸気Ｓ
３′の排出とを行うことで、第１実施形態と同様、スタ
ーリングサイクルとランキンサイクルとの複合サイクル
を実行させて高いエンジン出力を効率的に得るように
し、これにより、低温蒸気圧縮による高温蒸気Ｓ２の生
成を効率良く行う。
【００３６】また、利用対象である低温蒸気発生装置１
からの送出低温蒸気Ｓ１とは別に、スターリングエンジ
ン４への吹き込み蒸気として、ボイラなどの高温蒸気発
生装置２０からの供給高温蒸気Ｓ３を用いることに対
し、上記弁装置１７によるスターリングエンジン４から
の排出蒸気Ｓ３′（すなわち、スターリングエンジン４
で作動ガスとして用いた後の吹き込み高温蒸気）を、圧
縮機２による生成高温蒸気Ｓ２に合流させて熱需要先３
への供給蒸気の一部とすることで、その高温蒸気Ｓ３を
更に有効利用する。
からの送出低温蒸気Ｓ１とは別に、スターリングエンジ
ン４への吹き込み蒸気として、ボイラなどの高温蒸気発
生装置２０からの供給高温蒸気Ｓ３を用いることに対
し、上記弁装置１７によるスターリングエンジン４から
の排出蒸気Ｓ３′（すなわち、スターリングエンジン４
で作動ガスとして用いた後の吹き込み高温蒸気）を、圧
縮機２による生成高温蒸気Ｓ２に合流させて熱需要先３
への供給蒸気の一部とすることで、その高温蒸気Ｓ３を
更に有効利用する。
【００３７】なお、上記以外のシステム構成は第１実施
形態と同じである。
形態と同じである。
【００３８】〔その他の実施形態〕前述の各実施形態で
は所謂ガンマ型のスターリングエンジンを用いる例を示
したが、使用するスターリングエンジンは、ガンマ型に
限らず、所謂アルファ型やべータ型など、どのような形
式のものであってもよい。
は所謂ガンマ型のスターリングエンジンを用いる例を示
したが、使用するスターリングエンジンは、ガンマ型に
限らず、所謂アルファ型やべータ型など、どのような形
式のものであってもよい。
【００３９】低温蒸気発生装置は、他の装置から排出さ
れる低温廃熱などを熱源として低温蒸気を生成する装
置、あるいは、それ自身が蒸気を廃熱媒体として低温廃
熱を排出する装置のいずれであってもよく、また、発生
低温蒸気の保有熱とする熱（すなわち、利用対象の低温
熱）は、例えばコージェネレーションシステム構築装置
である各種燃料電池の廃熱などを初め、どのような熱で
あってもよい。
れる低温廃熱などを熱源として低温蒸気を生成する装
置、あるいは、それ自身が蒸気を廃熱媒体として低温廃
熱を排出する装置のいずれであってもよく、また、発生
低温蒸気の保有熱とする熱（すなわち、利用対象の低温
熱）は、例えばコージェネレーションシステム構築装置
である各種燃料電池の廃熱などを初め、どのような熱で
あってもよい。
【００４０】スターリングエンジンに対する蒸気の吹き
込みと内部蒸気の排出とを行う弁手段には、前述の実施
形態で示した如きロータリ式の切り替え弁に限らず、種
々の形式の弁装置を適用でき、また、ピストンとの同期
にも種々の同期形式を採用でき、さらにまた、蒸気の吹
き込みと内部蒸気の排出とを各別の弁により行うように
してもよい。
込みと内部蒸気の排出とを行う弁手段には、前述の実施
形態で示した如きロータリ式の切り替え弁に限らず、種
々の形式の弁装置を適用でき、また、ピストンとの同期
にも種々の同期形式を採用でき、さらにまた、蒸気の吹
き込みと内部蒸気の排出とを各別の弁により行うように
してもよい。
【００４１】全作動ガス空間が最小となる付近で低温室
に作動ガスとする蒸気Ｓ１′，Ｓ３を吹き込むことにお
いて、その具体的な吹き込み開始タイミングと吹き込み
時間、並びに、全作動ガス空間が最大となる付近とそれ
に続く空間縮小過程で低温室から作動ガスとしての内部
蒸気の一部を排出することにおいて、その具体的な排出
開始タイミングと排出時間は、夫々、スターリングサイ
クルとランキンサイクルとの複合サイクルが現出可能な
範囲で種々の設定や自動制御が可能である。
に作動ガスとする蒸気Ｓ１′，Ｓ３を吹き込むことにお
いて、その具体的な吹き込み開始タイミングと吹き込み
時間、並びに、全作動ガス空間が最大となる付近とそれ
に続く空間縮小過程で低温室から作動ガスとしての内部
蒸気の一部を排出することにおいて、その具体的な排出
開始タイミングと排出時間は、夫々、スターリングサイ
クルとランキンサイクルとの複合サイクルが現出可能な
範囲で種々の設定や自動制御が可能である。
【００４２】低温蒸気発生装置から送出する低温蒸気Ｓ
１の温度、その低温蒸気を圧縮して生成する高温蒸気Ｓ
２の温度、スターリングエンジンへの吹き込み用蒸気と
して高温蒸気発生装置から供給する高温蒸気Ｓ３の温
度、スターリングエンジンの加熱器による作動ガス加熱
温度など、各部の具体的温度は前述の実施形態で例示し
た温度に限定されるものではなく、条件に応じ種々の温
度を採用できる。
１の温度、その低温蒸気を圧縮して生成する高温蒸気Ｓ
２の温度、スターリングエンジンへの吹き込み用蒸気と
して高温蒸気発生装置から供給する高温蒸気Ｓ３の温
度、スターリングエンジンの加熱器による作動ガス加熱
温度など、各部の具体的温度は前述の実施形態で例示し
た温度に限定されるものではなく、条件に応じ種々の温
度を採用できる。
【００４３】また、スターリングエンジンの加熱器は、
前述の実施形態の如くバーナの燃焼熱を熱源とするもの
に限らず、例えば、太陽熱やごみ焼却熱を熱源とするも
のなど、種々の熱源形式のものを採用できる。
前述の実施形態の如くバーナの燃焼熱を熱源とするもの
に限らず、例えば、太陽熱やごみ焼却熱を熱源とするも
のなど、種々の熱源形式のものを採用できる。
【００４４】低温蒸気圧縮により生成した高温蒸気Ｓ２
は、吸収式冷凍機の駆動熱源や暖房熱源として用いた
り、工場における種々の蒸気使用機器に供給するなど、
その用途はどのようなものであってもよい。
は、吸収式冷凍機の駆動熱源や暖房熱源として用いた
り、工場における種々の蒸気使用機器に供給するなど、
その用途はどのようなものであってもよい。
【図１】第１実施形態を示すシステム構成図
【図２】スターリングエンジンの動作過程を示す図
【図３】サイクルを示すｐ−Ｖ線図
【図４】サイクルを示すＴ−ｓ線図
【図５】第２実施形態を示すシステム構成図
１ 低温蒸気発生装置 ２ 圧縮機 ３ 熱需要先 ４ スターリングエンジン ９ 低温室 １０ 高温室 １１ 加熱器 １２ 再生熱交換器 １７ 弁手段 １９ 発電機 ２０ 高温蒸気発生装置 Ｓ１ 低温蒸気 Ｓ２ 高温蒸気 Ｓ１′，Ｓ３ 吹き込み蒸気 Ｓ１″，Ｓ３′ 排出蒸気
Claims (3)
- 【請求項１】 作動ガスを再生熱交換器を通じて低温室
から加熱器を備える高温室へ移動させる吸熱側移動過程
と、作動ガスを前記加熱器による加熱をもって膨張させ
る膨張過程と、作動ガスを前記再生熱交換器を通じて前
記高温室から前記低温室に移動させる放熱側移動過程
と、作動ガスを圧縮する圧縮過程とを、その順に繰り返
すスターリングエンジンにおいて、 前記低温室及び前記高温室を含む全作動ガス空間が最小
となる付近で前記低温室に対し作動ガスとする低温蒸気
を吹き込み、かつ、その全作動ガス空間が最大となる付
近とそれに続く空間縮小過程で前記低温室から作動ガス
としての内部蒸気の一部を排出する蒸気エンジン化用の
弁手段を設け、 このスターリングエンジンを駆動源とする別置の圧縮機
により低温蒸気発生装置からの送出低温蒸気を圧縮する
ことで、その低温蒸気を昇温して熱需要先に対し供給す
る高温蒸気を生成するとともに、 前記低温蒸気発生装置からの送出低温蒸気の一部を前記
弁手段による前記スターリングエンジンへの吹き込み蒸
気として用いる構成にしてある低温蒸気利用の熱源シス
テム。 - 【請求項２】 作動ガスを再生熱交換器を通じて低温室
から加熱器を備える高温室へ移動させる吸熱側移動過程
と、作動ガスを前記加熱器による加熱をもって膨張させ
る膨張過程と、作動ガスを前記再生熱交換器を通じて前
記高温室から前記低温室に移動させる放熱側移動過程
と、作動ガスを圧縮する圧縮過程とを、その順に繰り返
すスターリングエンジンにおいて、 前記低温室及び前記高温室を含む全作動ガス空間が最小
となる付近で前記低温室に対し作動ガスとする高温蒸気
発生装置からの供給高温蒸気を吹き込み、かつ、その全
作動ガス空間が最大となる付近とそれに続く空間縮小過
程で前記低温室から作動ガスとしての内部蒸気の一部を
排出する蒸気エンジン化用の弁手段を設け、 このスターリングエンジンを駆動源とする別置の圧縮機
により低温蒸気発生装置からの送出低温蒸気を圧縮する
ことで、その低温蒸気を昇温して熱需要先に対し供給す
る高温蒸気を生成するとともに、 前記弁手段による前記スターリングエンジンからの排出
蒸気を、前記圧縮機による生成高温蒸気に合流させて熱
需要先への供給蒸気の一部とする構成にしてある低温蒸
気利用の熱源システム。 - 【請求項３】 請求項１又は２記載の低温蒸気利用熱源
システムを用いたコージェネレーションシステムであっ
て、前記圧縮機とともに、前記スターリングエンジンを
駆動源とする発電機を設けてあるコージェネレーション
システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11011984A JP2000213418A (ja) | 1999-01-20 | 1999-01-20 | 低温蒸気利用の熱源システム、及び、それを用いたコ―ジェネレ―ションシステム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11011984A JP2000213418A (ja) | 1999-01-20 | 1999-01-20 | 低温蒸気利用の熱源システム、及び、それを用いたコ―ジェネレ―ションシステム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000213418A true JP2000213418A (ja) | 2000-08-02 |
Family
ID=11792873
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11011984A Pending JP2000213418A (ja) | 1999-01-20 | 1999-01-20 | 低温蒸気利用の熱源システム、及び、それを用いたコ―ジェネレ―ションシステム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000213418A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7377107B2 (en) | 2003-02-05 | 2008-05-27 | Tetuo Sugioka | Cogeneration system |
| JP2008175151A (ja) * | 2007-01-19 | 2008-07-31 | Chugoku Electric Power Co Inc:The | 液化ガスの冷熱を利用したコージェネレーションシステム及びその運転方法 |
| WO2014136236A1 (ja) * | 2013-03-07 | 2014-09-12 | 北海道特殊飼料株式会社 | 発電装置 |
| EP3099917A1 (en) * | 2014-01-29 | 2016-12-07 | Nuovo Pignone S.r.l. | A compressor train with a stirling engine |
| JP2017505877A (ja) * | 2014-01-31 | 2017-02-23 | ヌオーヴォ ピニォーネ ソチエタ レスポンサビリタ リミタータＮｕｏｖｏ Ｐｉｇｎｏｎｅ Ｓ．Ｒ．Ｌ． | 圧縮天然ガスシステムおよび方法 |
| JP2018532941A (ja) * | 2015-10-23 | 2018-11-08 | ブーストヒート | 熱圧縮機を備える熱力学的ボイラー |
-
1999
- 1999-01-20 JP JP11011984A patent/JP2000213418A/ja active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7377107B2 (en) | 2003-02-05 | 2008-05-27 | Tetuo Sugioka | Cogeneration system |
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| JP2017505876A (ja) * | 2014-01-29 | 2017-02-23 | ヌオーヴォ ピニォーネ ソチエタ レスポンサビリタ リミタータＮｕｏｖｏ Ｐｉｇｎｏｎｅ Ｓ．Ｒ．Ｌ． | スターリングエンジンを有する圧縮機トレイン |
| EP3099917B1 (en) * | 2014-01-29 | 2023-10-11 | Nuovo Pignone Tecnologie - S.r.l. | A compressor train with a stirling engine |
| JP2017505877A (ja) * | 2014-01-31 | 2017-02-23 | ヌオーヴォ ピニォーネ ソチエタ レスポンサビリタ リミタータＮｕｏｖｏ Ｐｉｇｎｏｎｅ Ｓ．Ｒ．Ｌ． | 圧縮天然ガスシステムおよび方法 |
| JP2018532941A (ja) * | 2015-10-23 | 2018-11-08 | ブーストヒート | 熱圧縮機を備える熱力学的ボイラー |
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