JP2002004941A - Stirling cycle equipment - Google Patents

Stirling cycle equipment

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JP2002004941A
JP2002004941A JP2000189061A JP2000189061A JP2002004941A JP 2002004941 A JP2002004941 A JP 2002004941A JP 2000189061 A JP2000189061 A JP 2000189061A JP 2000189061 A JP2000189061 A JP 2000189061A JP 2002004941 A JP2002004941 A JP 2002004941A
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Japan
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heat
working gas
cylinder chamber
gas
stirling cycle
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JP2000189061A
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Japanese (ja)
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Norio Obata
法夫 尾畠
Sumio Yagyu
寿美夫 柳生
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Kubota Corp
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Kubota Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the power generating efficiency of stirling cycle equipment and increase the effective utilization factor of an exhaust gas. SOLUTION: This stirling cycle device comprises a heat input side cylinder chamber 5a and a radiating side cylinder chamber 5b where a working gas G is allowed to be come in and out in accompany with the operation of pistons 3a and 3b through a working gas passage 6a including a heat regenerator 8A, a radiator 9A for rediating the working gas G to the external on the side of the radiating side cylinder chamber 5 with respect to the heat regenerator 8A, and a heater 7A for heat exchanging the working gas G and an exhaust gas H of a combustion device 1 and heating the same, a catalyst layer X is formed for burning an unburned component contained in the exhaust gas H of the combustion device 1 by the action of a catalyst in a process for supplying the exhaust gas to the heater 7A.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、作動ガス加熱に燃
焼排ガスを用いてスターリングサイクルを実行するスタ
ーリングサイクル機器に関し、詳しくは、熱再生器を介
装した作動ガス路を通じてピストン動作に伴い作動ガス
を行き来させる熱入力側シリンダ室と放熱側シリンダ室
とを設け、前記熱再生器よりも前記放熱側シリンダ室の
側で作動ガスを外部に放熱させる放熱器、及び、前記熱
再生器よりも前記熱入力側シリンダ室の側で作動ガスを
燃焼装置の燃焼排ガスと熱交換させて加熱する加熱器を
設けてあるスターリングサイクル機器に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a Stirling cycle device for executing a Stirling cycle using combustion exhaust gas for heating a working gas, and more particularly to a working gas accompanying a piston operation through a working gas passage provided with a heat regenerator. A heat input side cylinder chamber and a heat radiation side cylinder chamber that move back and forth are provided, and a radiator that radiates working gas to the outside on the heat radiation side cylinder chamber side than the heat regenerator, and the heat regenerator more than the heat regenerator. The present invention relates to a Stirling cycle device provided with a heater that heats working gas by exchanging heat with combustion exhaust gas of a combustion device on a side of a heat input side cylinder chamber to heat the working gas.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、この種のスターリングサイクル機
器では、燃焼装置の燃焼排ガスを用いて作動ガスを加熱
(すなわち機器への熱入力)するのに、燃焼装置から排
出される燃焼排ガスをそのまま加熱器に導入して作動ガ
スと熱交換させていた。
2. Description of the Related Art Conventionally, in a Stirling cycle apparatus of this type, in order to heat working gas (that is, heat input to the apparatus) by using combustion exhaust gas of a combustion apparatus, the combustion exhaust gas discharged from the combustion apparatus is directly heated. It was introduced into the vessel to exchange heat with the working gas.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかし、加熱器では燃
焼排ガスと作動ガスとを伝熱壁を介して熱交換させるだ
けであることから、上記従来のスターリングサイクル機
器では、燃焼装置の燃焼排ガスに含まれる未燃成分が機
器の運転に利用されずに、熱交換後の燃焼排ガスととも
に加熱器から排出されていまい、その分、燃焼排ガスの
有効利用率及びスターリングサイクル機器の動力発生効
率が低くなって、燃焼装置を含めたシステム全体として
のエネルギ効率が低くなる問題があり、この点、省エネ
化の促進、及び、スターリングサイクル機器の一層の高
出力化を図る上で未だ改善の余地があった。
However, since the heater simply exchanges heat between the combustion exhaust gas and the working gas through the heat transfer wall in the heater, the conventional Stirling cycle device uses the combustion exhaust gas as the combustion exhaust gas. The unburned components contained are not used for the operation of the equipment, but are discharged from the heater together with the exhaust gas after heat exchange, which reduces the effective utilization rate of the exhaust gas and the power generation efficiency of the Stirling cycle equipment. Therefore, there is a problem that the energy efficiency of the entire system including the combustion device is reduced. In this regard, there is still room for improvement in promoting energy saving and further increasing the output of the Stirling cycle device. .

【0004】この実情に鑑み、本発明の主たる課題は、
合理的で簡単な改良により、燃焼排ガスの有効利用率及
びスターリングサイクル機器の動力発生効率を効果的に
向上させるとともに、合わせて環境保全の面でも一層優
れたスターリングサイクル機器を提供する点にある。
[0004] In view of this situation, the main problems of the present invention are:
It is an object of the present invention to provide a Stirling cycle device that is effective in improving the effective utilization rate of the combustion exhaust gas and the power generation efficiency of the Stirling cycle device through a rational and simple improvement, and that is further superior in environmental protection.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】〔1〕請求項1に係る発
明では、熱再生器を介装した作動ガス路を通じてピスト
ン動作に伴い作動ガスを行き来させる熱入力側シリンダ
室と放熱側シリンダ室とを設け、前記熱再生器よりも前
記放熱側シリンダ室の側で作動ガスを外部に放熱させる
放熱器、及び、前記熱再生器よりも前記熱入力側シリン
ダ室の側で作動ガスを燃焼装置の燃焼排ガスと熱交換さ
せて加熱する加熱器を設けるスターリングサイクル機器
において、前記燃焼装置の燃焼排ガスに含まれる未燃成
分を前記加熱器への燃焼排ガス供給過程で触媒作用によ
り燃焼させる触媒層を設ける。
Means for Solving the Problems [1] In the invention according to the first aspect, a heat input side cylinder chamber and a heat radiation side cylinder chamber through which a working gas flows back and forth with a piston operation through a working gas passage provided with a heat regenerator. A radiator for radiating working gas to the outside on the side of the radiating side cylinder chamber relative to the heat regenerator, and a device for burning the working gas on the side of the heat input side cylinder chamber relative to the heat regenerator. In a Stirling cycle device provided with a heater that heats and exchanges heat with the combustion exhaust gas, a catalyst layer that combusts unburned components contained in the combustion exhaust gas of the combustion device by a catalytic action in a process of supplying the combustion exhaust gas to the heater. Provide.

【0006】つまり、スターリングサイクルでは上記加
熱器での作動ガス加熱において作動ガスが高温に加熱さ
れるほど効率が高くなるが、上記構成によれば、燃焼装
置の燃焼排ガスに含まれる未燃成分を加熱器への燃焼排
ガス供給過程において触媒層の触媒作用により燃焼させ
ることで、その未燃成分の燃焼熱により、加熱器での燃
焼排ガス温度を高めて作動ガスをより高温に加熱するこ
とができ、これにより、従来装置に比べ、スターリング
サイクル機器の動力発生効率を効果的に高めることがで
き、また、燃焼排ガスの有効利用率を効果的に高めるこ
とができて、高出力化の面及び省エネ化の面で一層優れ
たスターリングサイクル機器にすることができる。
That is, in the Stirling cycle, the efficiency increases as the working gas is heated to a higher temperature in the heating of the working gas by the heater, but according to the above configuration, the unburned components contained in the combustion exhaust gas of the combustion device are reduced. The combustion gas is burned by the catalytic action of the catalyst layer in the process of supplying the combustion exhaust gas to the heater, and the combustion heat of the unburned components increases the temperature of the combustion exhaust gas in the heater to heat the working gas to a higher temperature. As a result, the power generation efficiency of the Stirling cycle device can be effectively increased as compared with the conventional device, and the effective utilization rate of the combustion exhaust gas can be effectively increased. This makes it possible to make the Stirling cycle device more excellent in terms of production.

【0007】そしてまた、加熱器から排出される熱交換
後の燃焼排ガスも未燃成分を含まない、ないし含有未燃
成分が極少量のものとなるから、上記の高出力化及び省
エネ化の面だけでなく、環境保全の面でも一層優れたス
ターリングサイクル機器にすることができる。
[0007] Further, the flue gas after heat exchange discharged from the heater does not contain unburned components or contains only a small amount of unburned components. In addition, it is possible to make the Stirling cycle device more excellent in terms of environmental protection.

【0008】〔2〕請求項2に係る発明では、請求項1
に係る発明の実施にあたり、前記燃焼装置としてエンジ
ン又はガスタービンを用いる。
[2] In the invention according to claim 2, claim 1
In carrying out the invention according to the first aspect, an engine or a gas turbine is used as the combustion device.

【0009】つまり、この構成では、エンジンやガスタ
ービンでの動力発生に伴いそれらエンジンやガスタービ
ンから排出される燃焼排ガス(いわゆるエンジン排ガス
やタービン排ガス)を、前記触媒層を通じ加熱器に供給
してスターリングサイクルを実行する。
In other words, in this configuration, the combustion exhaust gas (so-called engine exhaust gas or turbine exhaust gas) discharged from the engine or gas turbine with the generation of power in the engine or gas turbine is supplied to the heater through the catalyst layer. Perform a Stirling cycle.

【0010】すなわち、この構成であれば、エンジン又
はガスタービンによる動力発生に加え、それらエンジン
又はガスタービンの排ガスを有効利用して更にスターリ
ングサイクルによる発生動力を得られる点で、また、そ
のスターリングサイクルによる動力発生を前記触媒層の
採用により高効率に行なえる点で、全体としてエンジン
又はガスタービンへの供給燃料に対して極めて大きな動
力を得ることができる高効率の動力発生システムにする
ことができる。
That is, with this configuration, in addition to the power generation by the engine or the gas turbine, the power generated by the Stirling cycle can be further obtained by effectively using the exhaust gas of the engine or the gas turbine. Power can be generated with high efficiency by the use of the catalyst layer, and thus a high-efficiency power generation system capable of obtaining extremely large power for the fuel supplied to the engine or the gas turbine as a whole can be provided. .

【0011】〔3〕請求項3に係る発明では、請求項2
に係る発明の実施にあたり、前記熱入力側シリンダ室と
前記放熱側シリンダ室との間での作動ガスの行き来によ
る実行スターリングサイクルでの発生動力を出力するサ
イクル機器側の出力軸と、前記エンジン又はガスタービ
ンの発生動力を出力する駆動源側の出力軸とを、同一負
荷装置の入力軸に連結する。
[3] In the invention according to claim 3, the invention according to claim 2
In carrying out the invention according to the present invention, an output shaft of a cycle device that outputs power generated in an execution Stirling cycle by the flow of working gas between the heat input side cylinder chamber and the heat radiation side cylinder chamber, and the engine or An output shaft on the drive source side that outputs the generated power of the gas turbine is connected to an input shaft of the same load device.

【0012】つまり、この構成によれば、エンジン又は
ガスタービンの排ガスを利用したスターリングサイクル
による発生動力をエンジン又はガスタービンの発生動力
に対する付加動力(アシスト動力)にして出力値を高め
た状態で、それら発生動力を同一の負荷装置に集中的に
入力することができ、これにより、システム全体として
の発生動力の利用効率を一層高めることができて、請求
項1,2に係る発明の効果と相俟って極めて有用なシス
テムとなる。
That is, according to this configuration, the power generated by the Stirling cycle using the exhaust gas of the engine or the gas turbine is added to the power generated by the engine or the gas turbine (assist power), and the output value is increased. These generated powers can be intensively input to the same load device, whereby the efficiency of the generated power as a whole system can be further improved, and the effects of the inventions according to claims 1 and 2 can be obtained. Together, it is a very useful system.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】図1はスターリングサイクルと逆
スターリングサイクルを並行実施するエンジン駆動のス
ターリングサイクル機器を示し、エンジン1の出力軸1
aに連結したクランク軸2に、第1ピストン群として第
1〜第3のピストン3a,3b,3cを連結するととも
に、第2ピストン群として第4〜第6のピストン4a,
4b,4cを連結してある。
FIG. 1 shows an engine-driven Stirling cycle device that performs a Stirling cycle and a reverse Stirling cycle in parallel.
a, the first to third pistons 3a, 3b, 3c as a first piston group, and the fourth to sixth pistons 4a, 4a,
4b and 4c are connected.

【0014】第1ピストン3aを内装する第1シリンダ
室5aと、第2ピストン3bを内装する第2シリンダ室
5bとは作動ガス路6aで連通させ、この作動ガス路6
aには、第1シリンダ室5aの側から順に加熱器7A、
熱再生器8A、放熱器9Aを介装してある。
The first cylinder chamber 5a containing the first piston 3a and the second cylinder chamber 5b containing the second piston 3b communicate with each other through a working gas passage 6a.
a, heaters 7A in order from the first cylinder chamber 5a side,
A heat regenerator 8A and a radiator 9A are interposed.

【0015】また、第3ピストン3cを内装する第3シ
リンダ室5cと上記の第2シリンダ室5bとは作動ガス
路6bで連通させ、この作動ガス路6bには、第3シリ
ンダ室5cの側から順に吸熱器10A、熱再生器11
A、放熱器12Aを介装してある。
The third cylinder chamber 5c, in which the third piston 3c is housed, communicates with the second cylinder chamber 5b through a working gas passage 6b, and the working gas passage 6b is connected to the side of the third cylinder chamber 5c. Heat absorber 10A, heat regenerator 11 in order from
A, a radiator 12A is interposed.

【0016】そして同様に、第4ピストン4aを内装す
る第4シリンダ室13aと、第5ピストン4bを内装す
る第5シリンダ室13bとを連通させる作動ガス路14
aには、第4シリンダ室13aの側から順に加熱器7
B、熱再生器8B、放熱器9Bを介装し、第6ピストン
4cを内装する第6シリンダ室13cと上記の第5シリ
ンダ室13bとを連通させる作動ガス路14bには、第
6シリンダ室13cの側から順に吸熱器10B、熱再生
器11B、放熱器12Bを介装してある。
Similarly, a working gas passage 14 connects the fourth cylinder chamber 13a containing the fourth piston 4a and the fifth cylinder chamber 13b containing the fifth piston 4b.
a, heaters 7 in order from the fourth cylinder chamber 13a side.
B, a heat regenerator 8B, a radiator 9B, and a sixth cylinder chamber 13c in the working gas passage 14b for communicating the sixth cylinder chamber 13c containing the sixth piston 4c with the fifth cylinder chamber 13b. A heat absorber 10B, a heat regenerator 11B, and a radiator 12B are provided in this order from the side of 13c.

【0017】加熱器7A,7Bは、作動ガスGを高温ガ
スHと熱交換させて加熱する熱入力部であり、放熱器9
A,9B,12A,12Bは、作動ガスGを冷却用流体
Wと熱交換させて外部へ放熱させる排熱部(換言すれ
ば、熱入力用高温ガスHよりも低温度レベルの温熱出力
部)であり、吸熱器10A,10Bは、作動ガスGを冷
却対象流体Cと熱交換させて冷却対象流体Cを冷却する
冷熱出力部である。
The heaters 7A and 7B are heat input sections for heating the working gas G by exchanging heat with the high-temperature gas H and heating the radiator 9A.
A, 9B, 12A, and 12B are heat-dissipating units that exchange heat between the working gas G and the cooling fluid W and radiate heat to the outside (in other words, a heat output unit whose temperature level is lower than that of the heat-input high-temperature gas H). The heat absorbers 10A and 10B are cold output units that exchange heat between the working gas G and the cooling fluid C to cool the cooling fluid C.

【0018】また、熱再生器8A,8B,11A,11
B(再生熱交換器)は、蓄熱材を充填した通気性充填層
から成るものであり、第1,第4シリンダ室5a,13
aの側の熱再生器8A,8Bは、ピストン動作に伴う第
1,第4シリンダ室5a,13aと第2,第5シリンダ
室5b,13bとの間での作動ガスGの行き来におい
て、熱入力側シリンダ室である第1,第4シリンダ室5
a,13aの側からの通過作動ガスGの保有温熱を蓄熱
することと、放熱側シリンダ室である第2,第5シリン
ダ室5b,13bの側からの通過作動ガスGを蓄熱温熱
により加熱することとを繰り返す。
Further, the heat regenerators 8A, 8B, 11A, 11
B (regeneration heat exchanger) is composed of a gas permeable packed bed filled with a heat storage material, and has first and fourth cylinder chambers 5a, 13
The heat regenerators 8A and 8B on the side of the “a” receive heat when the working gas G flows between the first and fourth cylinder chambers 5a and 13a and the second and fifth cylinder chambers 5b and 13b due to the piston operation. First and fourth cylinder chambers 5 which are input side cylinder chambers
a, the stored heat of the passing working gas G from the side of 13a, and the passing working gas G from the side of the second and fifth cylinder chambers 5b, 13b which are the radiation side cylinder chambers are heated by the stored heat. Repeat that.

【0019】一方、第3,第6シリンダ室5c,13c
の側の熱再生器11A,11Bは、ピストン動作に伴う
第3,第6シリンダ室5c,13cと第2,第5シリン
ダ室5b,13bとの間での作動ガスGの行き来におい
て、吸熱側シリンダ室である第3,第6シリンダ室5
c,13cの側からの通過作動ガスGの保有冷熱を蓄熱
することと、放熱側シリンダ室である第2,第5シリン
ダ室5b,13bの側からの通過作動ガスGを蓄熱冷熱
により冷却することとを繰り返す。
On the other hand, the third and sixth cylinder chambers 5c, 13c
The heat regenerators 11A and 11B on the side of the side move the working gas G between the third and sixth cylinder chambers 5c and 13c and the second and fifth cylinder chambers 5b and 13b due to the piston operation. Third and sixth cylinder chambers 5 which are cylinder chambers
The stored cold energy of the passing working gas G from the sides c and 13c is stored, and the passing working gas G from the second and fifth cylinder chambers 5b and 13b, which are the radiating cylinder chambers, is cooled by the stored cold energy. Repeat that.

【0020】具体構造について、加熱器7A,7Bは、
第1,第4シリンダ室5a,13aの頭部に取り付けた
器体ケース7xの内部において多数の伝熱管15をシリ
ンダ中心軸芯方向視で環状に並列配置するとともに、こ
の伝熱管環状配置群の中央孔部分に高温ガスHを吹き込
むガス吹込口7i、及び、伝熱管環状配置群の外周側か
ら高温ガスHを排出するガス排出口7oを器体ケース7
xに形成し、そして、第1,第4シリンダ室5a,13
aの作動ガス吐出吸入を伝熱管15を通じて行なわせる
ように、U字状管路構成の伝熱管15の一端を第1,第
4シリンダ室5a,13aに連通させるとともに、伝熱
管15の他端を作動ガス路6a,14aに連通させ、こ
れにより、ピストン動作に伴い第1,第4シリンダ室5
a,13aが吐出吸入する作動ガスGを、伝熱管15の
管内通過過程で高温ガスHと熱交換させて加熱する構造
にしてある。
Regarding the specific structure, the heaters 7A and 7B
A large number of heat transfer tubes 15 are annularly arranged side by side in a cylinder central axis direction inside the case 7x attached to the heads of the first and fourth cylinder chambers 5a and 13a. A gas inlet 7i for injecting the hot gas H into the central hole portion and a gas outlet 7o for discharging the hot gas H from the outer peripheral side of the heat transfer tube annular arrangement group are provided in the body case 7.
x, and the first and fourth cylinder chambers 5a, 13
a, one end of the heat transfer tube 15 having a U-shaped conduit is connected to the first and fourth cylinder chambers 5a and 13a, and the other end of the heat transfer tube 15 Are communicated with the working gas passages 6a and 14a.
The working gas G discharged and sucked by the a and 13a is heated by exchanging heat with the high-temperature gas H during the passage of the heat transfer tube 15 through the heat transfer tube 15.

【0021】他方、吸熱用熱交換器10A,10Bは、
バヨネット式の内管と、それを囲む中管と、さらにそれ
を囲む外管とからなる三重伝熱管16を、シリンダ中心
軸芯方向視で第3,第6シリンダ室5c,13cを囲む
状態の環状に並列配置して、ピストン動作に伴い第3,
第6シリンダ室5c,13cが吐出吸入する作動ガスG
を各三重伝熱管16における内管と中管の間の隙間通路
に通過させ、その通過過程において、各三重伝熱管16
における内管の内部、及び、各三重伝熱管16における
中管と外管の間の隙間通路に通過させる冷却対象流体C
(例えば、冷水やブライン)と作動ガスGとを熱交換さ
せて冷却対象流体Cを冷却する構造にしてある。
On the other hand, the heat absorbing heat exchangers 10A and 10B
A triple heat transfer tube 16 composed of a bayonet-type inner tube, a middle tube surrounding the same, and an outer tube surrounding the same is placed in a state surrounding the third and sixth cylinder chambers 5c, 13c in the cylinder center axis direction. Arranged in parallel to the ring, the third with the piston operation
Working gas G discharged and sucked by the sixth cylinder chambers 5c and 13c
Is passed through the gap passage between the inner tube and the middle tube in each triple heat transfer tube 16, and in the passage process, each triple heat transfer tube 16
The fluid C to be cooled passed through the inside of the inner tube in the first embodiment and the gap passage between the middle tube and the outer tube in each triple heat transfer tube 16.
The cooling target fluid C is cooled by exchanging heat between the working gas G (for example, cold water or brine).

【0022】また、第1,第4シリンダ室5a,13a
の側の放熱器9A,9Bは、同じくバヨネット式の内管
と、それを囲む中管と、さらにそれを囲む外管とからな
る三重伝熱管17を、シリンダ中心軸芯方向視で第1,
第4シリンダ室5a,13aを囲む状態の環状に並列配
置して、ピストン動作に伴い作動ガス路6a,14aを
行き来する作動ガスGを各三重伝熱管17における内管
と中管の間の隙間通路に通過させ、その通過過程におい
て、各三重伝熱管17における内管の内部、及び、各三
重伝熱管17の中管と外管の間の隙間通路に通過させる
冷却用流体W(例えば冷却水)と作動ガスGとを熱交換
させて作動ガスGを放熱させる構造にしてある。
Further, the first and fourth cylinder chambers 5a, 13a
The radiators 9A and 9B on the side of the first and second radiators 9A and 9B each have a triple heat transfer tube 17 composed of a bayonet-type inner tube, a middle tube surrounding the same, and an outer tube surrounding the same.
The working gas G flowing back and forth between the working gas passages 6a and 14a in accordance with the piston operation is arranged in a gap between the inner pipe and the middle pipe in each triple heat transfer pipe 17 by arranging the working cylinder G in a ring shape surrounding the fourth cylinder chambers 5a and 13a. The cooling fluid W (for example, cooling water) is passed through the passages, and in the passage process, is passed through the inner tube of each triple heat transfer tube 17 and the gap passage between the middle tube and the outer tube of each triple heat transfer tube 17. ) And the working gas G are heat-exchanged to release the working gas G.

【0023】同様に、第3,第6シリンダ室5c,13
cの側の放熱器12A,12Bは、、バヨネット式の内
管と、それを囲む中管と、さらにそれを囲む外管とから
なる三重伝熱管18を、シリンダ中心軸芯方向視で第
3,第6シリンダ室5c,13cを囲む状態の環状に並
列配置して、ピストン動作に伴い作動ガス路6b,14
bを行き来する作動ガスGを各三重伝熱管18における
内管との間の隙間通路に通過させ、その通過過程におい
て、各三重伝熱管18における内管の内部、及び、各三
重伝熱管18の中管と外管の間の隙間通路に通過させる
冷却用流体Wと作動ガスGとを熱交換させて作動ガスG
を放熱させる構造にしてある。
Similarly, the third and sixth cylinder chambers 5c, 13
The radiators 12A and 12B on the side of c are provided with a triple heat transfer tube 18 composed of a bayonet-type inner tube, a middle tube surrounding the same, and an outer tube surrounding the same, as viewed in the center direction of the cylinder center axis. , The sixth cylinder chambers 5c, 13c are arranged side by side in an annular shape so as to surround the cylinder chambers 5c, 13c.
b is passed through the gap passage between the inner pipe of each triple heat transfer tube 18 and the inside of the inner pipe of each triple heat transfer tube 18, and the working gas G of each triple heat transfer tube 18 in the passage process. The cooling fluid W and the working gas G, which pass through the clearance passage between the middle pipe and the outer pipe, exchange heat with the working gas G,
Has a structure to radiate heat.

【0024】なお、吸熱器10A,10Bで冷却した冷
却対象流体Cは、冷房や物品冷却などの種々の冷却用途
に用い、また、放熱器9A,9B,12A,12Bで作
動ガスGの放熱(冷却)に用いて昇温した冷却用流体W
は、給湯や暖房、あるいは物品加熱などの種々の温熱用
途に用いる。
The cooling target fluid C cooled by the heat absorbers 10A and 10B is used for various cooling purposes such as cooling and article cooling, and the radiators 9A, 9B, 12A and 12B release heat of the working gas G ( Cooling fluid W heated for cooling)
Is used for various heating applications such as hot water supply, heating, and article heating.

【0025】すなわち、上記の構造において、第1ピス
トン群の各ピストン3a,3b,3cを所定の位相差関
係で連動動作させ、かつ、第2ピストン群の各ピストン
4a,4b,4cを同様に所定の位相差関係で連動動作
させることにより、第1シリンダ室5aと第2シリンダ
室5bとのシリンダ室対、及び、第4シリンダ室13a
と第5シリンダ室13bとのシリンダ室対については、
加熱器7A,7Bからの熱入力により動力を発生するス
ターリングサイクル(すなわち、熱入力側シリンダ室で
ある第1,第4シリンダ室5a,13aで加熱器7A,
7Bによる加熱作動ガスGを膨張させて動力を発生さ
せ、その膨張作動ガスGを放熱器9A,9Bでの放熱に
より放熱側シリンダ室である第2,第5シリンダ室5
b,13bで収縮させるサイクル)を実行させ、その発
生動力をクランク軸2に出力させる。
That is, in the above structure, the respective pistons 3a, 3b, 3c of the first piston group are operated in conjunction with each other in a predetermined phase difference relation, and the respective pistons 4a, 4b, 4c of the second piston group are similarly operated. By interlocking operation with a predetermined phase difference relation, a cylinder chamber pair of the first cylinder chamber 5a and the second cylinder chamber 5b and the fourth cylinder chamber 13a
And the fifth cylinder chamber 13b with respect to the cylinder chamber pair,
A Stirling cycle in which power is generated by heat input from the heaters 7A and 7B (that is, the heaters 7A and 7A in the first and fourth cylinder chambers 5a and 13a, which are cylinder chambers on the heat input side).
A power is generated by expanding the working gas G heated by the heating chamber 7B, and the expanded working gas G is dissipated by the radiators 9A and 9B to the second and fifth cylinder chambers 5 which are the radiating cylinder chambers.
b, 13b), and the generated power is output to the crankshaft 2.

【0026】また、このスターリングサイクルに並行し
て、第2シリンダ室5bと第3シリンダ室5cとのシリ
ンダ室対、及び、第5シリンダ室13bと第6シリンダ
室13cとのシリンダ室対については、エンジン1から
の付与動力と上記スターリングサイクルの発生動力とに
より逆スターリングサイクル(すなわち、吸熱器10
A,10Bでの吸熱を伴って作動ガスGを吸熱側シリン
ダ室である第3,第6シリンダ室5c,13cで膨張さ
せ、その膨張作動ガスGを放熱器12A,12Bでの放
熱を伴って放熱側シリンダ室である第2,第5シリンダ
室5b,13bで圧縮するサイクル)を実行させてヒー
トポンプ機能させる。
In parallel with this Stirling cycle, the cylinder chamber pair of the second cylinder chamber 5b and the third cylinder chamber 5c and the cylinder chamber pair of the fifth cylinder chamber 13b and the sixth cylinder chamber 13c are , The reverse Stirling cycle (that is, the heat absorber 10) by the applied power from the engine 1 and the generated power of the Stirling cycle.
The working gas G is expanded in the third and sixth cylinder chambers 5c and 13c, which are the heat absorbing side cylinder chambers, with the heat absorbed in A and 10B, and the expanded working gas G is released in the radiators 12A and 12B. A cycle of compression in the second and fifth cylinder chambers 5b and 13b, which are the radiation-side cylinder chambers, is executed to make the heat pump function.

【0027】上記スターリングサイクルを実行させるの
に、本実施形態のスターリングサイクル機器では、加熱
器7A,7Bに供給する熱入力用の高温ガスHとして、
連結エンジン1から排出される燃焼排ガス(エンジン排
ガス)をガス供給路19A,19Bを通じて両加熱器7
A,7Bに直列に供給するようにし、また、これらガス
供給路19A,19Bには、連結エンジン1の燃焼排ガ
スHに含まれるH2 やCOなどの未燃成分を触媒作用に
より燃焼させる触媒層Xを内蔵する触媒燃焼器20A,
20Bを介装してある。
In order to execute the above-mentioned Stirling cycle, in the Stirling cycle device of this embodiment, the high-temperature gas H for heat input supplied to the heaters 7A and 7B is:
Combustion exhaust gas (engine exhaust gas) discharged from the connected engine 1 is supplied to both heaters 7 through gas supply paths 19A and 19B.
A, then supplied to the series 7B, also these gas supply passage 19A, the 19B, the catalyst layer to combust the unburned components such as H 2 and CO contained in the combustion exhaust gas H of the connecting engine 1 by the catalytic action X catalytic converter 20A,
20B is interposed.

【0028】つまり、連結エンジン1の燃焼排ガスHを
熱入力用高温ガスに有効利用することにおいて、燃焼排
ガスHに含まれる未燃成分を上記触媒層Xにより燃焼さ
せることで、その未燃成分の燃焼熱により加熱器7A,
7Bでの燃焼排ガス温度を高めて作動ガスGをより高温
に加熱できるようにし、これにより、スターリングサイ
クルの動力発生効率を高めるとともに、燃焼排ガスHの
有効利用率を高めるようにしてある。
That is, in the effective use of the flue gas H of the connected engine 1 as a high-temperature gas for heat input, the unburned components contained in the flue gas H are burned by the catalyst layer X, and Heater 7A by combustion heat,
The temperature of the combustion exhaust gas at 7B is increased to heat the working gas G to a higher temperature, thereby increasing the power generation efficiency of the Stirling cycle and increasing the effective utilization rate of the combustion exhaust gas H.

【0029】21は第1ピストン3aの第2,第3ピス
トン3b,3cに対する位相差関係、及び、第4ピスト
ン4aの第5,第6ピストン4b,4cに対する位相差
関係を変更する位相制御装置であり、この位相制御装置
21による位相差関係の調整により、加熱器7A,7B
での入熱量、吸熱器10A,10Bでの吸熱量、放熱用
器9A,9B,12A,12Bでの放熱量、エンジン1
からの入力動力の比を変化させて、装置特性を所望のも
のに調整する。
A phase control device 21 changes the phase difference relationship between the first piston 3a with respect to the second and third pistons 3b and 3c and the phase difference relationship between the fourth piston 4a with respect to the fifth and sixth pistons 4b and 4c. By adjusting the phase difference relationship by the phase control device 21, the heaters 7A and 7B
Of heat input, heat absorption by heat absorbers 10A and 10B, heat release by heat radiators 9A, 9B, 12A and 12B, engine 1
By changing the ratio of the input power from the input device, the device characteristics are adjusted to a desired value.

【0030】22a,23aは第1,第4ピストン3
a,4aのコンロッド、22b,23bは第2,第5ピ
ストン3b,4bのコンロッド、22c,24cは第
3,第6ピストン3c,4cのコンロッドである。
22a and 23a are first and fourth pistons 3
Connecting rods a and 4a, 22b and 23b are connecting rods of the second and fifth pistons 3b and 4b, and 22c and 24c are connecting rods of the third and sixth pistons 3c and 4c.

【0031】第1,第4ピストン3a,4a、及び、第
3,第6ピストン3c,4cの夫々は、ピストン先端側
のシリンダ室5a,13a,5c,13cとそれらシリ
ンダ室に連通するピストン基端側の副シリンダ室5
a′,13a′,5c′,13c′(ガス路6a,14
a,6b,14bの一部)とを有するディスプレーサ型
ピストンにしてあり、これにより、作動ガス圧に原因し
てピストン側からクランク軸2に定常的にかかる曲げ力
を低減するようにしてある。
The first and fourth pistons 3a, 4a and the third and sixth pistons 3c, 4c are respectively provided with cylinder chambers 5a, 13a, 5c, 13c on the piston tip side and piston bases communicating with the cylinder chambers. End side sub-cylinder chamber 5
a ', 13a', 5c ', 13c' (gas paths 6a, 14
a, 6b, and 14b), whereby the bending force constantly applied to the crankshaft 2 from the piston side due to the working gas pressure is reduced.

【0032】作動ガスGには、ヘリウムガスや空気を初
め、種々の気体を使用できる。
As the working gas G, various gases including helium gas and air can be used.

【0033】以上要するに、本実施形態のスターリング
サイクル機器では、熱再生器8A,8Bを介装した作動
ガス路6a,14aを通じてピストン動作に伴い作動ガ
スGを行き来させる熱入力側シリンダ室5a,13aと
放熱側シリンダ室5b,13bとを設け、熱再生器8
A,8Bよりも放熱側シリンダ室5b,13bの側で作
動ガスGを外部に放熱させる放熱器9A,9B、及び、
熱再生器8A,8Bよりも熱入力側シリンダ室5a,1
3aの側で作動ガスGを燃焼排ガスHと熱交換させて加
熱する加熱器7A,7Bを設ける装置構成において、そ
の燃焼排ガスHに含まれる未燃成分を加熱器7A,7B
への燃焼排ガス供給過程で触媒作用により燃焼させる触
媒層Xを設けてある。
In short, in the Stirling cycle device of the present embodiment, the heat input side cylinder chambers 5a, 13a for moving the working gas G back and forth with the piston operation through the working gas passages 6a, 14a interposed with the heat regenerators 8A, 8B. And the heat-dissipating cylinder chambers 5b and 13b are provided.
A radiators 9A, 9B for radiating the working gas G to the outside on the side of the radiating cylinder chambers 5b, 13b than the radiators 9A, 9B, and A, 8B;
Cylinder chambers 5a, 5 on the heat input side rather than heat regenerators 8A, 8B
In an apparatus configuration in which heaters 7A and 7B for heating the working gas G by exchanging heat with the combustion exhaust gas H on the side of 3a are provided, unburned components contained in the combustion exhaust gas H are removed by the heaters 7A and 7B.
There is provided a catalyst layer X that is burned by a catalytic action in a process of supplying combustion exhaust gas to the fuel cell.

【0034】また、燃焼排ガス発生源として燃焼装置に
はエンジン1を用い、そして、熱入力側シリンダ室5
a,13aと放熱側シリンダ室5b,13bとの間での
作動ガスGの行き来による実行スターリングサイクルで
の発生動力を出力するサイクル機器側の出力軸2a(ク
ランク軸2のうち第1,第4ピストン3a,4aのコン
ロッド22a,23aを接続した部分)とエンジン1の
出力軸1aとを、同一負荷装置の入力軸(逆スターリン
グサイクル実行部分の入力軸、すなわち、クランク軸2
のうち第2,第5ピストン3b,4bのコンロッド22
b,23b及び第3,第6ピストン3c,4cのコンロ
ッド22c,24cを接続した部分)に連結した構成に
してある。
Further, the engine 1 is used as a combustion device as a combustion exhaust gas generation source.
a, 13a and the cycle device side output shaft 2a (the first and fourth crankshafts 2) that outputs the power generated in the execution Stirling cycle due to the flow of the working gas G between the radiating side cylinder chambers 5b and 13b. The output shaft 1a of the engine 1 is connected to the input shaft of the same load device (the input shaft of the portion where the reverse Stirling cycle is performed, that is, the crankshaft 2) by connecting the connecting rods 22a and 23a of the pistons 3a and 4a to each other.
Of the connecting rods 22 of the second and fifth pistons 3b and 4b
b, 23b and the connecting rods 22c, 24c of the third and sixth pistons 3c, 4c).

【0035】〔別実施形態〕次に本発明の別実施形態を
列記する。
[Another Embodiment] Next, another embodiment of the present invention will be listed.

【0036】燃焼排ガスHに含まれる未燃成分を触媒作
用により燃焼させる触媒層Xの触媒には、パラジウム系
のものや白金系のものなど、未燃成分を燃焼させる作用
を有するものであれば種々のものを使用でき、また、触
媒層Xの構造も触媒担持材をハニカム構造にしたものや
充填粒状物にしたものなど、種々の構造を採用すること
ができる。
The catalyst of the catalyst layer X for combusting unburned components contained in the combustion exhaust gas H by a catalytic action may be any catalyst having a function of burning unburned components, such as a palladium-based catalyst or a platinum-based catalyst. Various structures can be used, and the structure of the catalyst layer X can adopt various structures such as a structure in which a catalyst supporting material is formed into a honeycomb structure and a structure in which a granular material is filled.

【0037】前述の実施形態では、上記触媒層Xを加熱
器7A,7Bに対するガス供給路19A,19Bの途中
箇所に介装したが、これに代え、触媒層Xを加熱器7
A,7Bの燃焼排ガス入口部に設けるようにしてもよ
い。
In the above-described embodiment, the catalyst layer X is interposed in the gas supply paths 19A and 19B for the heaters 7A and 7B.
A, 7B may be provided at the combustion exhaust gas inlet.

【0038】前述の実施形態では、エンジン1の出力軸
1aとスターリングサイクルの発生動力を出力するサイ
クル機器側の出力軸2aとを同一負荷装置の入力軸2b
に連結する構成において、そのエンジン1の燃焼排ガス
(エンジン排ガス)を作動ガス加熱源としてスターリン
グサイクル実行部の加熱器7A,7Bに供給する構成に
したが、これに代え、ガスタービンの出力軸とスターリ
ングサイクルの発生動力を出力するサイクル機器側の出
力軸とを同一負荷装置の入力軸に連結する構成におい
て、そのガスタービンの燃焼排ガス(タービン排ガス)
を作動ガス加熱源としてスターリングサイクル実行部の
加熱器に供給する構成にしてもよい。
In the above-described embodiment, the output shaft 1a of the engine 1 and the output shaft 2a of the cycle device for outputting the generated power of the Stirling cycle are connected to the input shaft 2b of the same load device.
In this configuration, the combustion exhaust gas (engine exhaust gas) of the engine 1 is supplied as a working gas heating source to the heaters 7A and 7B of the Stirling cycle execution unit. Combustion exhaust gas (turbine exhaust gas) of the gas turbine in a configuration in which the output shaft of the cycle device that outputs the generated power of the Stirling cycle is connected to the input shaft of the same load device.
May be supplied to the heater of the Stirling cycle execution unit as a working gas heating source.

【0039】また、請求項2に係る発明の実施におい
て、加熱器に対する燃焼排ガス供給源としてのエンジン
やガスタービンの発生動力と、スターリングサイクルの
発生動力とを、互いに別の負荷装置に入力するシステム
構成にしてもよい。
Further, in the embodiment of the invention according to claim 2, a system for inputting the power generated by an engine or a gas turbine as a combustion exhaust gas supply source to a heater and the power generated by a Stirling cycle to different load devices. It may be configured.

【0040】請求項1に係る発明の実施において、加熱
器に対する燃焼排ガス供給源としての燃焼装置は、エン
ジンやガスタービンなどの燃焼式動力発生装置に限定さ
れるものではなく、加熱用や焼却用などの動力発生以外
の用途の燃焼装置であってもよい。
In the embodiment of the present invention, the combustion device as a combustion exhaust gas supply source for the heater is not limited to a combustion type power generation device such as an engine or a gas turbine, but may be used for heating or incineration. For example, the combustion device may be used for purposes other than power generation.

【0041】前述の実施形態では、スターリングサイク
ルと逆スターリングサイクルとを平行実施する機器を示
したが、本発明は、スターリングサイクルのみを実行す
る機器や、スターリングサイクルをランキンサイクルな
どの他のサイクルと複合化した状態で実行する機器な
ど、種々のスターリングサイクル機器に適用でき、ま
た、その実行スターリングサイクルによる発生動力の用
途もヒートポンプ駆動に限らず、どのような用途であっ
てもよい。
In the above-described embodiment, the apparatus for executing the Stirling cycle and the reverse Stirling cycle in parallel has been described. However, the present invention relates to the apparatus for executing only the Stirling cycle and the Stirling cycle in combination with another cycle such as the Rankine cycle. The present invention can be applied to various Stirling cycle devices such as a device that executes in a complex state, and the use of the power generated by the execution Stirling cycle is not limited to the heat pump drive, but may be any application.

【0042】前述の実施形態では、第1ピストン群と第
2ピストン群とで2組のスターリングサイクルを実行す
る機器構成を示したが、1組のスターリングサイクルの
みを実行する機器構成であってもよく、本発明を適用す
るスターリングサイクル機器の具体的な構造はどのよう
なものであってもよい。
In the above-described embodiment, the device configuration in which the first piston group and the second piston group execute two sets of Stirling cycles has been described, but the device configuration in which only one set of Stirling cycles is executed may be used. The specific structure of the Stirling cycle device to which the present invention is applied may be any.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】装置構成を示す縦断面図FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a device configuration.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 燃焼装置,エンジン,タービン 1a 駆動源側の出力軸 2a サイクル機器側の出力軸 2b 負荷装置の入力軸 3a,3b ピストン 5a 熱入力側シリンダ室 5b 放熱側シリンダ室 6a 作動ガス路 7A 加熱器 8A 熱再生器 9A 放熱器 H 燃焼排ガス X 触媒層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Combustion apparatus, engine, turbine 1a Output shaft on drive source side 2a Output shaft on cycle equipment side 2b Input shaft of load device 3a, 3b Piston 5a Heat input side cylinder chamber 5b Radiation side cylinder chamber 6a Working gas passage 7A Heater 8A Heat regenerator 9A Radiator H Combustion exhaust gas X Catalyst layer

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 熱再生器を介装した作動ガス路を通じて
ピストン動作に伴い作動ガスを行き来させる熱入力側シ
リンダ室と放熱側シリンダ室とを設け、 前記熱再生器よりも前記放熱側シリンダ室の側で作動ガ
スを外部に放熱させる放熱器、及び、前記熱再生器より
も前記熱入力側シリンダ室の側で作動ガスを燃焼装置の
燃焼排ガスと熱交換させて加熱する加熱器を設けてある
スターリングサイクル機器であって、 前記燃焼装置の燃焼排ガスに含まれる未燃成分を前記加
熱器への燃焼排ガス供給過程で触媒作用により燃焼させ
る触媒層を設けてあるスターリングサイクル機器。
1. A heat input side cylinder chamber and a heat radiation side cylinder chamber for allowing a working gas to flow back and forth with a piston operation through a working gas passage interposed with a heat regenerator, wherein the heat radiation side cylinder chamber is provided rather than the heat regenerator. A radiator for radiating the working gas to the outside on the side, and a heater for heating the working gas by exchanging heat with the combustion exhaust gas of the combustion device on the side of the heat input side cylinder chamber than the heat regenerator is provided. A Stirling cycle device, wherein a Stirling cycle device is provided with a catalyst layer that combusts unburned components contained in the combustion exhaust gas of the combustion device by a catalytic action in a process of supplying the combustion exhaust gas to the heater.
【請求項2】 前記燃焼装置としてエンジン又はガスタ
ービンを用いる請求項1記載のスターリングサイクル機
器。
2. The Stirling cycle device according to claim 1, wherein an engine or a gas turbine is used as the combustion device.
【請求項3】 前記熱入力側シリンダ室と前記放熱側シ
リンダ室との間での作動ガスの行き来による実行スター
リングサイクルでの発生動力を出力するサイクル機器側
の出力軸と、前記エンジン又はガスタービンの発生動力
を出力する駆動源側の出力軸とを、同一負荷装置の入力
軸に連結してある請求項2記載のスターリングサイクル
機器。
3. An output shaft on a cycle device side for outputting power generated in an execution Stirling cycle due to a flow of working gas between the heat input side cylinder chamber and the heat radiation side cylinder chamber, and the engine or the gas turbine. 3. The Stirling cycle device according to claim 2, wherein an output shaft on the drive source side for outputting the generated power is connected to an input shaft of the same load device.
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WO2010088149A2 (en) * 2009-01-27 2010-08-05 Regen Power Systems, Llc Heat engine and method of operation

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