JP2000310158A - スターリングエンジン発電装置用の回転数制御装置 - Google Patents

スターリングエンジン発電装置用の回転数制御装置

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JP2000310158A
JP2000310158A JP11119426A JP11942699A JP2000310158A JP 2000310158 A JP2000310158 A JP 2000310158A JP 11119426 A JP11119426 A JP 11119426A JP 11942699 A JP11942699 A JP 11942699A JP 2000310158 A JP2000310158 A JP 2000310158A
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JP
Japan
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stirling engine
inverter
power
generator
circuit
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JP11119426A
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English (en)
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Naomasa Sakai
尚正 酒井
Toshihiro Nozaki
敏弘 野崎
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Aisin Corp
Original Assignee
Aisin Seiki Co Ltd
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00Combustion technologies with mitigation potential
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    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

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  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スターリングエンジン発電装置で、スターリ
ングエンジン3の回転数をそれぞれの負荷で最も効率の
良い任意の回転数に設定して効率良く稼動する。 【解決手段】 誘導発電機10と商用幹線11の間に電
源回生機能付インバータ9を配設した回路15と、電源
回生機能付インバータ9を介さずに、発電機と商用幹線
11とを直接結ぶ回路16を、制御コントローラ5の判
断で切替える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、スターリングエン
ジン発電装置の回転数制御装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来のスターリングエンジン発電装置と
しては、例えば特開平08−94050号公報に開示さ
れている図4のものがある。
【0003】可燃性ごみを焼却する焼却炉21と、その
排ガスを吸引し排煙処理装置28へ送風する誘引ファン
27と、排ガスを大気中に放散させる煙突29と、それ
らを結ぶ煙道26から構成される。
【0004】焼却炉21の排気側出口付近の排ガス流路
中にスターリングエンジン23の加熱器22を設置し、
近傍にスターリングエンジン23を設置して、それらを
作動媒体22aの入った配管により接続する。
【0005】スターリングエンジン23には発電機24
が出力軸23hを介して機械的に接続され、発電機24
の電気出力端子24aは電源系統25に対し、遮断機2
5cを介して電気的に接続された構成とする。
【0006】焼却炉21では、投入された可燃性ごみが
焼却することにより、600℃〜800℃程度の排ガス
が発生し、誘引ファン27で吸引され、煙道26内を流
れ排煙処理装置28を経由して煙突29から大気中に放
散される。
【0007】一方、焼却炉21の排気側出口付近の排ガ
ス流路中に設置された加熱器22には作動媒体22aが
満たされており、排ガスとの熱交換により加熱され、昇
温昇圧して、スターリングエンジン23内にある膨張シ
リンダ23eに送られ、ピストン23fを押し下げるこ
とにより駆動力23gが発生する。
【0008】このエンジンの出力軸23hからの駆動力
23gは、発電機24を駆動し、その電気出力端子24
aに電力を発生させ、遮断器25cを介して電源系統2
5に対し送電する。送電された電力は、電源系統25に
おいて商用電源25bと並列され、焼却炉21の補機な
どの負荷25aの電力として利用される。
【0009】一方、膨張シリンダ23eで仕事をした作
動媒体22aは別の気筒で発生した駆動力23gによる
ピストン23fの上昇により、膨張シリンダ23eから
排気され流路を逆流して加熱器22を経由して再生器2
3bに入り、そこで蓄熱し、さらに冷却器23aに送ら
れ放熱器23dに連なる冷却水系統23cと熱交換さ
れ、別の気筒の冷却工程で仕事をする。
【0010】冷却工程で仕事をした作動媒体22aは、
再び流路を正方向に流れて一連の動作を繰り返す。この
動作を繰り返すことによりスターリングエンジン23は
連続して運転され、焼却炉21のごみの燃焼がある一定
レベル以上に保たれている限り、発電作用を続ける。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】しかし、発電機24に
誘導発電機を用いたスターリングエンジン発電装置で
は、スターリングエンジン23の回転数は4極の誘導発
電機の場合、およそ1500rpm(50Hz地域)に
固定されてしまい、スターリングエンジン23の最も効
率の良い回転数で稼動することができない。また熱源の
熱量が変動する場合、スターリングエンジン23内の作
動媒体22a圧力と加熱器22の温度のみで出力制御す
るため、その制御幅は狭い。
【0012】また、スターリングエンジン23の始動
は、通常スタータモータを用いるが、スターリングエン
ジンが自立運転しないと、再度スタータモータによるク
ランキングが行われ、スムーズな始動ができないという
問題がある。
【0013】本発明は上記欠点を除くことを目的とす
る。
【0014】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、熱源
から吸熱して発電するスターリングエンジン発電装置に
おいて、スターリングエンジンの駆動力で発電する誘導
発電機と、該誘導発電機と接続した電源回生機能付イン
バータと、該電源回生機能付インバータと接続した商用
幹線から成る回路で、前記電源回生機能付インバータへ
信号を与える制御コントローラにより、スターリングエ
ンジンの回転数を制御することを特徴とする。
【0015】請求項1の発明では、誘導発電機と商用幹
線の間に電源回生機能付インバータを配設することによ
り、スターリングエンジンの回転数を効率の良い任意の
回転数に変えることが可能となる。スターリングエンジ
ンの始動直後は負荷が小さく、また変動するため、回転
数を1500rpm(50Hzの場合)一定のままで圧
力と温度による制御を行っても、その制御幅は狭く、ス
ターリングエンジンを効率良く稼動することはできな
い。回転数制御を行うことにより、それぞれの負荷に応
じた効率の良い回転数に設定することが可能で、その制
御幅も広くなる。
【0016】請求項2の発明は、前記誘導発電機と前記
商用幹線とを直接結ぶ回路を設け、前記電源回生機能付
インバータの回路と、前記誘導発電機と商用幹線とを直
接結ぶ回路との切替えができることを特徴とする。
【0017】請求項2の発明では、誘導発電機が発電し
た電力は、電源回生機能付インバータにより商用幹線に
戻されるが、電源回生機能付インバータの回生効率は約
90%であるため、10%のロスが生じてしまう。そこ
でスターリングエンジンが定常状態にあるときは、一定
の回転数(50Hzの場合1500rpm)で運転した
方が効率が良い場合がある。したがって、定常状態では
電源回生機能付インバータを介さずに、誘導発電機と商
用幹線とを直接結ぶ回路に切替えることにより、効率良
く運転を行うことが可能となる。
【0018】請求項3の発明は、前記誘導発電機により
スターリングエンジンが始動することを特徴とする。
【0019】請求項3の発明では、スターリングエンジ
ンの始動に誘導発電機を始動用モータとして使用するこ
とにより、スターリングエンジンの始動時のスタータモ
ータによるクランキングを無くすことができる。排熱利
用発電などのスターリングエンジンが自立しにくい条件
のときに、何度もクランキングを行う必要がないので特
に有効である。
【0020】
【発明の実施の形態】本発明に係わるスターリングエン
ジン発電装置用の回転数制御装置を具体的な実施例によ
り説明する。
【0021】図1は、本発明の電源回生機能付インバー
タ9を備えたスターリングエンジン発電装置用の回転数
制御装置の回路図である。スターリングエンジン3のヒ
ータチューブ加熱器4は、熱源である煙道1内を流れる
熱ガス2から吸熱できるように設置される。スターリン
グエンジン3の駆動軸には誘導発電機10が取りつけて
あり、動力を電力に変換する。
【0022】誘導発電機10と商用幹線11の間には、
電源回生機能付インバータ9を配設した回路15と、前
記誘導発電機10と商用幹線11とを直接結ぶ回路16
が設けられている。電源回生機能付インバータ9を配設
した回路15には切替スイッチ6が配設され、誘導発電
機10と商用幹線11とを直接結ぶ回路16には切替ス
イッチ13と電源協調リアクトル14が配設される。
【0023】ヒータチューブ加熱器4に着接された熱電
対17からの信号は、制御コントローラ5に伝えられ、
制御コントローラ5から電源回生機能付インバータ9に
回転数指令8、起動指令7、出力停止指令12が伝えら
れる。
【0024】図2はスターリングエンジン発電装置の電
源回生機能付インバータ9の回路15の回転数指令フロ
ーである。煙道1の内部は高温の熱ガス2が流動してお
り、スターリングエンジン3のヒータチューブ加熱器4
はこの熱ガス2により加熱される。
【0025】ヒータチューブ加熱器4に着接された熱電
対17からの温度信号が制御コントローラ5に伝えら
れ、規定の温度に達すると、制御コントローラ5は切替
スイッチ6をON、起動指令7をON、回転数指令8を
出力して、徐々に回転数を既定値まで上げる。次にスタ
ーリングエンジン3が出力を出し始めると、発電された
電力は電源回生機能付インバータ9を介して、商用幹線
11に戻される。
【0026】制御コントローラ5は、スターリングエン
ジン3のヒータチューブ加熱器4の温度が最適になるよ
うにスターリングエンジン3の作動ガス(He)封入圧
を制御しており、作動ガス封入圧のみでスターリングエ
ンジン3のヒータチューブ加熱器4の温度を最適に保て
なくなった場合、制御コントローラ5は電源回生機能付
インバータ9に回転数の変更をすべく、新しい回転数司
令8を出す。
【0027】図3はスターリングエンジン発電装置の電
源回生機能付インバータ9の回路と、商用幹線11と直
結した回路16の切替フローである。スターリングエン
ジン3の出力が増加して、発電出力が大きくなり、制御
コントローラ5が商用幹線11に直結の方が効率が良い
と判断した場合、制御コントローラ5は、出力停止指令
12をONし、同時に切替スイッチ6をOFF、直後に
切替スイッチ13をONにして、回路15から回路16
へ切替える。電源協調リアクトル14は、商用幹線11
の直結時の電源波形歪みによる過電流を抑制するために
用いられる。
【0028】次にスターリングエンジン3の出力が減少
して、発電出力が小さくなり、制御コントローラ5が商
用幹線11の直結より、電源回生機能付インバータ9の
方が効率が良いと判断した場合、制御コントローラ5
は、切替スイッチ13をOFF、直後に出力停止指令1
2をOFFすると同時に、切替スイッチ6をONする。
これにより商用幹線11の回路16から電源回生機能付
インバータ9の回路15に切替わる。
【0029】誘導発電機10と商用幹線11の間に電源
回生機能付インバータ9を配設することにより、スター
リングエンジン3の回転数を変えることが可能となる。
スターリングエンジン3の始動直後は負荷が小さく、ま
た変動するため、回転数を1500rpm(50Hzの
場合)一定で圧力と温度による制御を行ってもその制御
幅は狭く、スターリングエンジン3の効率も良くない。
そこで回転数制御を加えることにより、それぞれの負荷
に応じた効率の良い回転数に設定することが可能で、そ
の制御幅も広くなる。
【0030】この場合、誘導発電機10が発電した電力
は、電源回生機能付インバータ9により商用幹線11に
戻されるが、電源回生機能付インバータ9を使用すると
回生効率が約90%であるため、10%のロスが生じて
しまう。スターリングエンジン3が定常状態にあるとき
には電源回生機能付インバータ9を介さずに、一定の回
転数1500rpm(50Hzの場合)で運転した方が
効率が良い場合がある。したがって、定常状態では電源
回生機能付インバータ9を介さずに、誘導発電機10と
商用幹線11とを直接結ぶ回路16に切替えることによ
り、スターリングエンジン3の出力範囲全域で効率良く
運転を行うことが可能となる。
【0031】また、スターリングエンジン3の始動に誘
導発電機10を始動用モータとして使用することによ
り、スターリングエンジン3の始動時のスタータモータ
によるクランキングを無くすことができる。排熱利用発
電などのスターリングエンジン3が自立しにくい条件の
ときに、何度もクランキングを行う必要がないので特に
有効である。
【0032】本実施例では、熱源として煙道1を流れる
熱ガス2を利用するが、熱源であれば何でもよく、例え
ば太陽熱、燃料を燃焼した燃焼熱でも良い。
【0033】
【発明の効果】本発明によるスターリングエンジン発電
装置では、電源回生機能付インバータを誘導発電機と商
用幹線の間に用いることにより、スターリングエンジン
の回転数をそれぞれの負荷で最も効率の良い任意の回転
数に設定することができる。
【0034】また、電源回生機能付インバータを介さず
に商用幹線と直結にした方が効率が良い場合には、電源
回路を切替て、スターリングエンジンの出力範囲全域で
効率良く稼動することができる。
【0035】スターリングエンジンの始動に誘導発電機
を使用することにより、スターリングエンジンの始動時
のスタータモータによるクランキングも無くすことがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を具現化したスターリングエンジン発電
装置用の回路図である。
【図2】本発明の電源回生機能付インバータ回路の回転
数指令フローである。
【図3】本発明の電源回生機能付インバータ回路と商用
幹線直結回路の切替フローである。
【図4】従来のスターリングエンジン発電装置を示す説
明図である。
【符号の説明】
1…煙道 2…熱ガス 3…スターリングエンジン 4…ヒータチューブ加熱器 5…制御コントローラ 6…切替スイッチ 7…起動指令 8…回転数指令 9…電源回生機能付インバータ 10…誘導発電機 11…商用幹線 12…出力停止指令 13…切替スイッチ 14…電源協調リアクトル 15…回路(電源回生機能付インバータを配設) 16…回路(商用幹線と直接結ぶ) 17…熱電対

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 熱源から吸熱して発電するスターリング
    エンジン発電装置において、 スターリングエンジンの駆動力で発電する誘導発電機
    と、該誘導発電機と接続した電源回生機能付インバータ
    と、該電源回生機能付インバータと接続した商用幹線か
    ら成る回路で、前記電源回生機能付インバータへ信号を
    与える制御コントローラにより、スターリングエンジン
    の回転数を制御することを特徴とするスターリングエン
    ジン発電装置用の回転数制御装置。
  2. 【請求項2】 前記誘導発電機と前記商用幹線とを直接
    結ぶ回路を設け、前記電源回生機能付インバータの回路
    と、前記誘導発電機と商用幹線とを直接結ぶ回路との切
    替えができることを特徴とする請求項1記載のスターリ
    ングエンジン発電装置用の回転数制御装置。
  3. 【請求項3】 前記誘導発電機によりスターリングエン
    ジンが始動することを特徴とする請求項1又は2記載の
    スターリングエンジン発電装置用の回転数制御装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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