JP2006348872A - スターリングエンジンの運転方法とスターリングエンジン - Google Patents

Abstract

【課題】 スターリングエンジンの加熱源と冷却源に天然ガスハイドレートを用いることにより、コンパクトで熱効率のよいスターリングエンジンの運転方法及びスターリングエンジンを提供する。
【解決手段】 スターリングエンジンの運転方法であって、天然ガスハイドレートＧｈから発生するガスＧ０を燃焼した排ガスＧ２を加熱源として作動ガスＧｗを加熱し、また、天然ガスハイドレートＧｈのガスＧ０を分離して発生する液体Ｌｈを冷却源として作動ガスＧｗを冷却することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、燃焼ガスを加熱源に用いるスターリングエンジンの運転方法とスターリングエンジンに関する。

内燃機関に対して、気体の熱膨張と熱冷却を利用したスターリングエンジンは、作動流体として大気圧の空気ではなく、高圧のヘリウムや水素を利用することにより、小型化の可能性が出てきており、盛んに研究及び開発が進められている。

このスターリングエンジンは、熱効率が高く、温度差があればよいため、バイオマス等の燃料を含めた様々な熱源を使用することができ、燃焼ガスを加熱源としても、内燃機関のように高温高圧の爆発的燃焼が不要であるため、燃焼による有害成分の発生が少なく爆発音の無い静かなエンジンとなる。また、作動ガスの吸排気が無いため、内燃機関で必要とされる吸排気弁等の弁機構が不要となり、構造がシンプルになる。

このスターリングエンジンは、その機構によって、ディスプレーサ型スターリングエンジンや、フリーピストン型スターリングエンジン、２ピストン型スターリングエンジン等がある。

そして、図４に示すように、ディスプレーサ型スターリングエンジン１０Ｘの場合には、メインピストン（パワーピストン）２１と、ディスプレーサピストン３１とこれらのピストン２１，３１を収容するメインシリンダ（パワーシリンダ）２２と熱交換用シリンダ（ディスプレーサシリンダ）３２を有して構成される。

このメインピストン２１は、第１クランク機構４２によりクランク軸４１を駆動し回転トルクＴを与える。ディスプレーサピストン３１は、クランク軸４１の回転により第２クランク機構４３で往復駆動され、低温空間（クーラー側）３２ａと高温空間（ヒータ側）３２ｂの作動ガスＧｗを再生器（再生用熱交換器）３６を経由して入れ替える。また、メインシリンダ２２は熱交換用シリンダ３２の低温空間３２ａと連通して構成される。また、出力軸となるクランク軸４１には慣性力を利用して回転を滑らかにするフライホイール４４が付けられる。なお、ディスプレーサピストン３１の往復動はメインピストン２１の往復動より９０°位相を進ませて連動し、パワーピストン２１から動力が取り出せるように第１クランク機構４２と第２クランク機構４３が形成される。

また、再生器３６は、スターリングエンジン１０Ｘでは必要不可欠の装置では無いが、低温空間３２ａ側に移動する作動ガスＧｗの熱を蓄熱して、作動ガスＧｗが高温空間３２ｂ側に移動する際に作動ガスＧｗを加熱するものであり、作動ガスＧｗの加熱に要する熱を節約して熱エネルギー効率の向上を図るため、通気性のある蓄熱材で形成される。

次に、このディスプレーサ型スターリングエンジン１０Ｘの作動について説明する。先ず、熱交換用シリンダ３２において、ディスプレーサピストン３１が低温空間３２ａに移動した場合に、ヘリウム等の作動ガスＧｗは再生器３６を通過して高温空間３２ｂに移動し、高温の熱媒体Ｈが循環する加熱器３５により加熱され、熱交換用シリンダ３２内の作動ガスＧｗが全体的に膨張し圧力が高くなるので、熱交換用シリンダ３２からメインシリンダ２２内へ作動ガスＧｗが移動し、メインシリンダ２２内が膨張行程となり、メインピストン２１を押し出す。このメインピストン２１の移動が第１クランク機構４２によってクランク軸４１を回転させ、回転トルクＴを発生する。

このクランク軸４１が回転すると第２クランク機構４３によって、ディスプレーサピストン２１が高温空間３２ｂ側に移動し、作動ガスＧｗは再生器３６を通過して低温空間３２ａ側に移動し、低温の熱媒体Ｃが循環する冷却器３４で冷却され、熱交換用シリンダ３２内の作動ガスＧｗが全体的に収縮し圧力が低くなるので、メインシリンダ２２内から熱交換用シリンダ３２へ作動ガスＧｗが移動し、メインシリンダ２２内が収縮行程となり、メインピストン２１を引き入れる。このメインピストン２１の移動が第１クランク機構４２によってクランク軸４１を回転させる。

そして、このメインシリンダ２２における膨張行程と収縮行程の繰り返しにより、つまり、作動ガスＧｗの高圧状態と低圧状態の差圧により、メインピストン２１が往復し、第１クランク機構４２によりクランク軸４１が回転する。一方、このクランク軸４１の回転が第２クランク機構４３によりディスプレーサピストン３１を９０°の進角位相差を持って作動ガスＧｗを高温空間３２ｂと低温空間３２ａの間で往復させて、作動ガスＧｗの受熱と放熱を繰り返し、これにより、作動ガスＧｗは熱膨張による高圧状態と熱収縮による低圧状態を繰り返す。なお、ディスプレーサピストン３１においては、常に低温空間３２ａの圧力と高温空間３２ｂの圧力が同じになるので仕事は行われない。また、フライホイール４４によりクランク軸４１の回転を滑らかにする。

なお、このディスプレーサ型スターリングエンジンにおいて、加熱源を燃焼炉からの排気ガスにした場合に、切替式蓄熱型燃焼器を配設して、燃焼ガスで第１の蓄熱器を加熱すると共に、第２の蓄熱器に蓄積された熱で燃焼用空気を加熱し、第２の蓄熱器に蓄積された熱が少なくなると、燃焼ガスと燃焼用空気の通路を切り換えて、燃焼ガスで第２の蓄熱器を加熱すると共に、第１の蓄熱器に蓄積された熱で燃焼用空気を加熱し、この繰り返しを行うことにより、燃焼機自体の構造をコンパクトにし、高効率で、かつ、排出するガス中の有害物質を少なくすることができるスターリング機関の燃焼機が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

一方、最近のガス燃料として、メタン、エタン、プロパン等の分子が、水分子のつくるクラスター（かご構造）の中に取り込まれた天然ガスハイドレート（ＮＧＨ：Natural Gas Hydrate)が注目されている。この天然ガスハイドレートは、大気圧、−２０℃の環境で約１７０倍のガスを包蔵する。

本発明者らは、これらの燃焼可能なメタン、エタン、プロパン等のガスを取り込んだ天然ガスハイドレートでは、熱分解することにより燃焼用ガスを得られると共に、ガスが分離して発生する液体は常温又は常温よりやや低い温度（５℃〜１５℃）の低温となる上、このガス化に熱が必要である点に注目し、スターリングエンジンの加熱源と冷却源の両方を同時に得られると考えた。

しかも、この天然ガスハイドレートの保存温度やガス化温度は、液化天然ガス（ＬＮＧ）の保存温度の−１６２℃等と比較すると常温に近く、液化天然ガス（ＬＮＧ）をスターリングエンジンに用いる場合に比較すると、天然ガスハイドレートを用いる方が、保存及びガス化が容易であり、装置の小型化やシステムのトータルコストの低下を期待できる。
特開平１１−８２１６７号公報

本発明は、これらの知見を得てなされたものであり、その目的は、スターリングエンジンの加熱源と冷却源に天然ガスハイドレートを用いることにより、コンパクトで熱効率のよいスターリングエンジンの運転方法とスターリングエンジンを提供することにある。

上記の目的を達成するための本発明のスターリングエンジンの運転方法は、天然ガスハイドレートから発生するガスを燃焼した排ガスを加熱源として作動流体を加熱し、天然ガスハイドレートのガスを分離して発生する液体を冷却源として作動流体を冷却する方法である。

この液体を冷却源として作動流体を冷却するとは、天然ガスハイドレートの低温特性やガス化する際の吸熱を利用することであり、より具体的には、作動流体を冷却する冷却器に供給する冷却媒体として、天然ガスハイドレートや、天然ガスハイドレートからガスを分離した液体や、天然ガスハイドレートで冷却された媒体を用いること等であり、途中に幾つかの冷却媒体を介しても、最終的な冷却源が天然ガスハイドレートのガスを分離して発生する液体であればよい。

このスターリングエンジンの運転方法によれば、天然ガスハイドレートを加熱源と冷却源の両方に利用できるので、スターリングエンジンがコンパクト化し、しかも、ヘリウムガスや水素ガス等の作動流体をスターリングエンジンの環境温度より低い温度に冷却できるので、エンジン出力が大きくなる。

また、上記の目的を達成するための本発明のスターリングエンジンは、天然ガスハイドレートをガス化するガス化槽と、該ガス化槽で発生するガスを燃焼する燃焼器と、該燃焼器で発生する排ガスを加熱源にして作動流体を加熱する加熱器と、ガス化槽で発生する液体を冷却源にして作動流体を冷却する冷却器とを備えて構成される。

このスターリングエンジンによれば、天然ガスハイドレートを加熱源と冷却源の両方に利用できるので、コンパクト化し、しかも、作動流体をスターリングエンジンの環境温度より低い温度に冷却できるので、エンジン出力が大きくなる。また、天然ガスハイドレートの分解水の冷熱を利用することによって、スターリングエンジンの冷却水冷却用ラジエータファンの動力を低減、若しくは、省略が可能となる。

そして、更に、上記のスターリングエンジンにおいて、前記燃焼器が切替式蓄熱型燃焼器であるように構成すると、より熱効率を向上させることができる。

この切替式蓄熱型燃焼器は、例えば、ラジエントチューブ等の燃焼器と、２つの蓄熱器と、排ガス流路の切替装置、空気流路の切替装置を有して構成され、第１行程では、燃焼器から出る排ガスを第１の蓄熱器に通過させると共に、第２の蓄熱器に空気を通過させて空気加熱を行い、この加熱した空気を燃焼器に供給し、第２行程では、排ガス流路の切替装置、空気流路の切替装置を切り替えて、燃焼器から出る排ガスを第２の蓄熱器に通過させると共に、第１の蓄熱器に空気を通過させて空気加熱を行い、この加熱した空気を燃焼器に供給すると共に、この第１行程と第２行程を交互に繰り返すように構成され、これにより、排ガスの熱を蓄熱器を介して空気に伝達し、熱効率を向上する。

本発明のスターリングエンジンの運転方法とスターリングエンジンによれば、天然ガスハイドレート（ＮＧＨ）を加熱源と冷却源の両方に利用できるので、スターリングエンジンを、コンパクト化できると共に、作動流体をスターリングエンジンの環境温度より低い温度に冷却してエンジン出力を大きくすることができる。

その上、天然ガスハイドレートを用いた場合は、天然ガスの燃焼となるので、二酸化炭素や大気汚染物質の排出量が少ないという利点がある。

更に、天然ガスハイドレートの分解水の冷熱を利用することによって、スターリングエンジンの冷却水冷却用ラジエータファンの動力を低減、若しくは、省略が可能となる。

従って、天然ガスハイドレートを用いたスターリングエンジンは、排ガスのクリーン性や装置の小型化の利点があるため、定置タイプの装置で使用されるだけでなく、車両搭載タイプの移動装置として使用される可能性も生じる。

以下、図面を参照して本発明に係るスターリングエンジンの運転方法とスターリングエンジンの実施の形態について、ディスプレーサ型スターリングエンジンを例にして説明する。なお、本発明は、このディスプレーサ型スターリングエンジンに限定されず、他の型のスターリングエンジンにも適用できる。

図１及び図２に示すように、この第１の実施の形態のスターリングエンジン１０は、出力部２０と熱交換部３０とクランク部４０とガス化部５０と燃焼部６０とを有して構成される。なお、図２は、図１の構成要素を示す参照番号を一部省略して、ガスや液体等の物質の移動を見やすくしたものであり、構成は全く同じである。

そして、この出力部２０は、メインピストン（パワーピストン）２１を収容したメインシリンダ２２で構成され、作動ガス（作動流体）Ｇｗの熱膨張と熱収縮により、メインピストン２１を往復動させる。このメインピストン２１は、クランク部４０の第１クランク機構４２によりクランク軸４１を駆動する。

熱交換部３０は、ディスプレーサピストン３１と、このディスプレーサピストン３１を収容する熱交換用シリンダ３２を有して構成され、更に、この熱交換用シリンダ３２の低温空間３２ａとメインシリンダ２２とは連通して構成される。

このディスプレーサピストン３１は、クランク軸４１の回転により第２クランク機構４３により往復移動される。そして、この往復移動により、作動ガスＧｗは、冷却器（クーラー）３４がある低温空間３２ａと加熱器（ヒータ）３５がある高温空間３２ｂとに、交互に再生器（再生用熱交換器）３６を通過しながら移動する。

この再生器３６は、通気性のある蓄熱材で形成され、低温空間３２ａ側に移動する際に作動ガスＧｗの熱を蓄熱して、高温空間３２ｂ側に移動する際に作動ガスＧｗを加熱し、作動ガスＧｗの加熱に要する熱を節約して熱エネルギー効率の向上を図る。

また、クランク部４０は、出力軸となるクランク軸４１と、メインピストン２１の往復動によりクランク軸４１を回転駆動するための第１クランク機構４２と、クランク軸４１の回転を利用してディスプレーサピストン３１を往復動させるための第２クランク機構４３と、慣性力を利用して回転を滑らかにするフライホイール４４とを備えて構成される。なお、このディスプレーサピストン３１の往復動はメインピストン２１の往復動より、９０°の進角位相差を有するように第１クランク機構２３と第２クランク機構３３が形成される。

そして、ガス化部５０と燃焼部６０は、熱交換部３０の加熱源と冷却源となる部分であり、本発明の特徴となる部分である。

ガス化部５０は、メタン、エタン、プロパンなどを含んだ天然ガスハイドレート（ＮＧＨ）Ｇｈを分解してガスＧ０（＝燃焼用ガスＧ１）と液体（通常は水を使用）Ｌｈを取り出すためのガス化槽５１を有して構成される。このガス化槽５１の底部には、攪拌により天然ガスハイドレートＧｈの分解を促進するために、モータＭで駆動される攪拌器５６が配設される。このガス化槽５１の中央近傍には、ガス化ゾーンＧｚが形成され、上部は分解された発生ガスＧ０で満たされ、下部はガスＧ０が分離された液体Ｌｈと滞留水で満たされる。

このガス化槽５１の上部には、ペレットフィーダ５２と解砕機５３とスクリューコンベア５４が設けられる。また、このガス化槽５１の上部には、天然ガスハイドレートＧｈが分解して発生するガスＧ０を燃焼部６０の燃焼器６１に導くためのガス供給管５５が接続される。このガス供給管５５にはオンオフと流量調整のための制御弁５５ｖが設けられる。

また、このガス化槽５１の下側には、天然ガスハイドレートＧｈの分解によって生じた液体Ｌｈを、熱交換用シリンダ３２の低温空間３２ａの作動ガスＧｗを冷却するための冷却器３４に循環させるための液体供給管５７と液体戻し管５８が接続される。なお、この液体供給管５７に循環ポンプ５７ｐが設けられる。更に、天然ガスハイドレートＧｈの分解によって生じた液体Ｌｈを、ガス化槽５１から排出するための液体排出管５９がガス化槽５１の下部に接続して設けられる。

燃焼部６０は、燃焼器６１、排ガス供給管６２、排ガス戻り管６３、空気加熱器６４と排ガス排出管６５、空気供給管６６、加熱空気供給管６７等を有して構成される。この空気供給管６６にはオンオフと流量調整のための制御弁６６ｖが設けられる。

この燃焼器６１は熱風発生装置で、ガス供給管５５と加熱空気供給管６７と排ガス供給管６２が接続され、ガス供給管５５から供給される燃焼用ガスＧ１を加熱空気供給管６７から供給される加熱空気Ａ２で燃焼し、発生する排ガスＧ２を排ガス供給管６２により加熱器３５に供給するように構成される。

また、空気加熱器６４には、加熱器３５で熱交換された排ガスＧ３が入ってくる排ガス戻り管６３と、大気中に熱交換後の排ガスＧ４を排出するための排ガス排出管６５と、空気供給管６６と加熱空気供給管６７を接続し、空気供給管６６から供給される空気Ａ１を加熱して、この加熱空気Ａ２を加熱空気供給管６７で燃焼器６１に供給するように構成される。なお、必要に応じて、大気中に放出される排ガスＧ４を浄化するために、排ガス処理装置（図示しない）が排ガス排出管６５（又は、排ガス戻り管６３、排ガス供給管６２）に設けられる。

次に、上記の構成のスターリングエンジン１０の運転方法について説明する。

先ず、ガス化部５０において、天然ガスハイドレートＧｈを、ペレットフィーダ５２に供給する。この天然ガスハイドレートＧｈは解砕機５３で砕かれてスクリューコンベア５４により、その量を調整されながらガス化槽５１に順次供給される。このガス化槽５１では、攪拌器５６による撹拌、及び、液体戻し管５８からの温度の高い液体Ｌｈからの熱を受けたり、ガス化槽５１の放熱等により、例えば約−２０℃（メタンハイドレードの場合）の天然ガスハイドレートＧｈが分解して、ガスＧ０と例えば約５℃の低温の液体Ｌｈになる。

そして、加熱源側では、天然ガスハイドレートＧｈが分解して発生するガスＧ０を、燃焼部６０にガス供給管５５から供給し、この燃焼部６０において、ガスＧ０を燃焼用ガスＧ１として用いる。この燃焼用ガスＧ１は、ガス供給管５５から制御弁５５ｖで流量を調整されながら、燃焼器６１内で加熱空気Ａ２を用いて燃焼され、例えば、約８００℃〜１０００℃の高温の排ガスＧ２を発生する。この排ガスＧ２は、熱交換部３０の加熱器３５に供給される。この加熱器３５で排ガスＧ２の熱が高温空間３２ｂ側の作動ガスＧｗに移動し、作動ガスＧｗが加熱される。この作動ガスＧｗは例えば、８００℃程度に昇温すると共に、排ガスＧ２は例えば、約５００℃程度に降温する。この降温した排ガスＧ３は、空気加熱器６４における空気Ａ１の加熱で熱回収された後、更に、例えば、約１５０℃程度に降温し、排ガス排出管６５から大気中に放出される。

一方、冷却源側では、天然ガスハイドレートＧｈの分解によって生じた、例えば、５℃程度の低温の液体Ｌｈが循環ポンプ５７ｐにより液体供給管５７経由で、熱交換部３０の冷却器３４に供給され、低温空間３２ａ側の作動ガスＧｗを冷却し、作動ガスＧｗから液体Ｌｈに熱が移動する。その結果、作動ガスＧｗは例えば５０℃程度に降温すると共に液体Ｌｈは例えば、約１５℃〜３０℃に昇温する。この昇温した液体Ｌｈは液体戻し管５８経由でガス化槽５１に戻り、ガス化槽５１に熱を供給する。この熱は天然ガスハイドレートＧｈの分解に寄与する。そして、天然ガスハイドレートＧｈが分解して発生する液体Ｌｈの一部は順次液体排出管５９より、系外に排出される。

上記の第１の実施の形態のスターリングエンジンの運転方法及びスターリングエンジン１０によれば、天然ガスハイドレートＧｈの分解で発生するガスＧ０を燃焼用ガスＧ１として燃焼し、発生した排ガスＧ２をスターリングエンジン１０の作動ガスＧｗの加熱媒体として供給すると共に、天然ガスハイドレートＧｈの分解で発生する液体Ｌｈをスターリングエンジン１０の作動ガスＧｗの冷却媒体として使用する。また、作動ガスＧｗの冷却により、液体Ｌｈが作動ガスＧｗから受けた熱により、天然ガスハイドレートＧｈの分解用の熱エネルギーを得る。

これにより、スターリングエンジン１０の加熱側の温度を通常の燃焼ガスを用いるのと同じ温度にできると共に、冷却側の温度を、天然ガスハイドレートＧｈの分解で発生する液体を冷却源に使用することにより、作動ガスＧｗの低温側温度を、通常使用されている環境温度に相当する冷却水温を持つ冷却水で達成できる温度（例えば、２５０℃）よりも、著しく低い、例えば５０℃程度に下げることができ、非常に高い出力と熱効率を得ることができる。

本実施形態によれば、スターリングエンジン１０をコンパクトにすることができ、また、エンジン出力を大きくすることができる。更に、天然ガスハイドレートＧｈの分解で発生する液体Ｌｈの冷熱を利用することによって、スターリングエンジン１０の冷却水冷却用ラジエータファンの動力を低減、若しくは、省略が可能となる。

そして、スターリングサイクルの計算を、作動ガスを窒素ガスとし、作動空間平均圧力を２５ＭＰａ、膨張空間行程容積を１００ｃｍ³ 、高温空間（膨張空間）ガス温度を８００℃として、低温空間（圧縮空間）ガス温度を５０℃と２５０℃とした場合で行うと、最高軸出力はそれぞれ、９，２９０Ｗと５，９５９Ｗになった。

つまり、天然ガスハイドレートＧｈを使用したスターリングエンジンにおいては、計算上ではあるが、通常の燃焼ガスを用いる場合に比べて概略１．６倍近くの出力を得られることが分かった。

次に、第２の実施の形態のスターリングエンジンについて説明する。第２の実施の形態では、図１に示す燃焼部６０の代わりに、図３に例示するような、切替式蓄熱型燃焼器を用いた燃焼部６０Ａを備える点が、第１の実施の形態と異なる。それ以外の構成は、第１の実施の形態と同じである。

図３に示すように、ガス供給管５５から供給される燃焼用ガスＧ１は、ラジアントチューブ等の燃焼器６１で燃焼した後、排ガス供給管６２に導かれ、ガス切替装置６９ｇを経由して、２系統の第１排ガス供給管６２Ａと第２排ガス供給管６２Ｂに分けられ、それぞれ、第１蓄熱器６８Ａと第２蓄熱器６８Ｂに接続され、その後合流して一系統の排ガス供給管６２となる。この排ガス供給管６２は加熱部３０の加熱器３５に接続される。

また、空気供給管６６は、空気切替装置６９ａを経由して、２系統の空気供給管６６Ａ，６６Ｂに分岐し、それぞれ、第１蓄熱器６８Ａと第２蓄熱器６８Ｂに接続され、その後燃焼器６１に接続される。なお、図３では別々に燃焼器６１に接続されるが、燃焼器６１への接続の前に合流して一系統の空気供給管６６になってから燃焼器６１に接続される構成にしてもよい。

この蓄熱器６８Ａ，６８Ｂは、通気性と蓄熱性と熱伝達性を有するように、セラミックハニカム構造体やセラミックボールを内蔵した構造体などで形成される。

そして、第１の行程では、ガス切替装置６９ｇと空気切替装置６９ａを実線で示すように切り替える。この状態では、燃焼用ガスＧ１は、実線の矢印で示すように、燃焼器６１で燃焼し排ガスＧ２になった後、排ガス供給管６２、第１排ガス供給管６２Ａ、第１蓄熱器６８Ａに導かれ、第１蓄熱器６８Ａを加熱した後、排ガス供給管６２より、加熱器３５（図１）に供給される。

一方、燃焼用空気Ａ１は、実線の矢印で示すように、空気供給管６６，第２空気供給管６６Ｂ、第２蓄熱器６８Ｂに導かれ、第２蓄熱器６８Ｂにより加熱され、加熱空気Ａ２となった後、第２加熱空気供給管６７Ｂより、燃焼器６１に供給される。

そして、第２蓄熱器６８Ｂの温度が低下し加熱効果が少なくなったら、ガス切替装置６９ｇと空気切替装置６９ａを点線で示すように切り替える。この第２の行程の状態では、燃焼用ガスＧ１は、点線の矢印で示すように、燃焼器６１で燃焼し排ガスＧ２になった後、排ガス供給管６２、第２排ガス供給管６２Ｂ、第２蓄熱器６８Ｂに導かれ、第２蓄熱器６８Ｂを加熱した後、排ガス供給管６２より、加熱器３５（図１）に供給される。

一方、燃焼用空気Ａ１は、点線の矢印で示すように、空気供給管６６，第１空気供給管６６Ａ、第１蓄熱器６８Ａに導かれ、第１蓄熱器６８Ａにより加熱され、加熱空気Ａ２となった後、第１加熱空気供給管６７Ａより、燃焼器６１に供給される。

なお、ガス切替装置６９ｇと空気切替装置６９ａの切替操作は、所定の時間ごとに行うように構成したり、第１蓄熱器６８Ａ又は第２蓄熱器６８Ｂを通過した後の排ガスＧ２の温度が所定の温度を上回った時や、第１蓄熱器６８Ａ又は第２蓄熱器６８Ｂを通過した後の加熱空気Ａ２の温度が所定の温度を下回った時に行うように構成される。

そして、この第１行程と第２行程の繰り返しにより、排ガスＧ２の熱を第１蓄熱器６８Ａと第２蓄熱器６８Ｂで回収し、この熱を燃焼用空気Ａ１に伝達する。また、一般的には蓄熱器６８Ａ，６８Ｂ（図３）は熱交換タイプの空気加熱器６４（図１）よりコンパクト化できるので、この第２の実施の形態のスターリングエンジンは、第１の実施の形態のスターリングエンジンよりも、コンパクトで、高い熱エネルギー効率で運転できるようになる。

なお、この切替式蓄熱型燃焼器を用いた燃焼部は、図３に示したような燃焼ガスや空気の流路を切り替える構成の代わりに、デスク型蓄熱器のように、燃焼ガスや空気の通路を固定して、蓄熱器側を間欠的に回転して切り替える構成を用いてもよく、要するに、蓄熱部分を切替ながら、排ガスによる加熱と空気による放熱とを繰り返して、排ガスの熱を空気に伝達する構成であればよい。

本発明に係る第１の実施の形態のスターリングエンジンの構成を示す図である。 本発明に係る第１の実施の形態のスターリングエンジンの運転方法におけるガスや液体の移動を示す図である。 本発明に係る第２の実施の形態の燃焼部の構成を示す図である。 ディスプレーサ型スターリングエンジンの一部の構成を示す図である。

符号の説明

１０ スターリングエンジン
２０ 出力部
２１ メインピストン（パワーピストン）
２２ メインシリンダ
３０ 熱交換部
３１ ディスプレーサピストン
３２ 熱交換用シリンダ
３２ａ 高温空間（ヒータ側）
３２ｂ 低温空間（クーラー側）
３４ 冷却器
３５ 加熱器
３６ 再生器（再生用熱交換器）
４０ クランク部
４１ クランク軸
４２ 第１クランク機構
４３ 第２クランク機構
４４ フライホイール
５０ ガス化部
５１ ガス化槽
５２ ペレットフィーダ
５３ 解砕機
５４ スクリューフィーダ
５５ ガス供給管
５６ 攪拌機
５７ 液体供給管
５８ 液体戻し管
６０ 燃焼部
６１ 燃焼器（ラジアントチューブ）
６８Ａ 第１蓄熱器
６８Ｂ 第２蓄熱器
Ａ１ 燃焼用空気
Ａ２ 加熱空気
Ｇｈ 天然ガスハイドレート
Ｇｗ 作動ガス（作動流体）
Ｇ０ 発生ガス
Ｇ１ 燃焼用ガス
Ｇ２ 排ガス（高温）
Ｇ３ 排ガス（中温）
Ｇ４ 排ガス（低温）
Ｌｈ 液体

Claims (3)

1. スターリングエンジンの運転方法において、天然ガスハイドレートから発生するガスを燃焼した排ガスを加熱源として作動流体を加熱し、天然ガスハイドレートのガスを分離して発生する液体を冷却源として作動流体を冷却することを特徴とするスターリングエンジンの運転方法。
2. 天然ガスハイドレートをガス化するガス化槽と、該ガス化槽で発生するガスを燃焼する燃焼器と、該燃焼器で発生する排ガスを加熱源にして作動流体を加熱する加熱器と、ガス化槽で発生する液体を冷却源にして作動流体を冷却する冷却器とを備えたことを特徴とするスターリングエンジン。
3. 前記燃焼器が切替式蓄熱型燃焼器であることを特徴とする請求項２記載のスターリングエンジン。
   

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