JP2009185670A - Stirling engine device for horticultural facilities - Google Patents

Stirling engine device for horticultural facilities Download PDF

Info

Publication number
JP2009185670A
JP2009185670A JP2008025497A JP2008025497A JP2009185670A JP 2009185670 A JP2009185670 A JP 2009185670A JP 2008025497 A JP2008025497 A JP 2008025497A JP 2008025497 A JP2008025497 A JP 2008025497A JP 2009185670 A JP2009185670 A JP 2009185670A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
stirling engine
fins
horticultural
combustion
facility
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2008025497A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Mitsuyo Takahashi
三餘 高橋
Tetsuo Munakata
鉄雄 宗像
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST filed Critical National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority to JP2008025497A priority Critical patent/JP2009185670A/en
Publication of JP2009185670A publication Critical patent/JP2009185670A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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
    • Y02ATECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A40/00Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production
    • Y02A40/10Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production in agriculture
    • Y02A40/25Greenhouse technology, e.g. cooling systems therefor
    • 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
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P60/00Technologies relating to agriculture, livestock or agroalimentary industries
    • Y02P60/14Measures for saving energy, e.g. in green houses
    • 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
    • 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

Landscapes

  • Greenhouses (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a Stirling engine device for horticultural facilities, which supplies combustion heat with carrying oxidation catalyst on fins of a high temperature heat exchanger, and also supplying the horticultural facilities with electric power in addition to heat and clean carbon dioxide rich gas. <P>SOLUTION: The high temperature heat exchanger 6 of the Stirling engine 2 is provided with: a heater tube 9; and a plurality of fins 10 attached to the heater tube 9 and arranged in multiple layers with keeping intervals in an up-and-down direction. The plurality of fins 10 carry the combustion catalyst on a surface thereof to accelerate catalyst combustion. Fuel gas is subjected to catalyst combustion between the plurality of fins 10. The exhaust gas pre-heats the fuel gas and air supplied to parts between the plurality of fins 10 together with the fuel gas in a pre-heater 4. A condenser 14 condenses moisture in exhaust gas passing through the pre-heater 4. The exhaust gas the moisture of which is reduced by the condenser 14 is supplied to the horticultural facilities 7 by an exhaust pipe 13 to perform CO<SB>2</SB>fertilization in the horticultural facilities 7. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、排ガスによりCOの施肥を行い、発電により得た電力を園芸用の温熱、照明等に利用する等、スターリングエンジンの特徴を活して、エネルギーの有効利用を可能とする園芸施設用スターリングエンジン装置に関する。 The present invention is a horticultural facility that makes effective use of energy by utilizing the characteristics of a Stirling engine, such as fertilizing CO 2 with exhaust gas and using the electric power obtained by power generation for horticultural heat, lighting, etc. The present invention relates to a Stirling engine device.

施設園芸や新しい農業形態である植物工場では、
(1)気温が下がる冬場や夜間での暖房
(2)光合成を促進するための照明
(3)二酸化炭素の高濃度化(二酸化炭素施肥)、
等を行って、植物の成長を促進している。
In plant gardening which is facility gardening and new agriculture form,
(1) Heating in winter and night when the temperature drops (2) Lighting to promote photosynthesis (3) High concentration of carbon dioxide (carbon dioxide fertilization),
Etc. to promote plant growth.

暖房には重油バーナや灯油バーナが用いられ、二酸化炭素施肥には、暖房と兼用で使用できる場合は、燃焼排ガスに含まれる二酸化炭素を利用する方式が経済性に優れているものの、熱需要とは独立に気候変化に対応できる液化二酸化炭素が現在のところ使用されている。   A heavy oil burner or kerosene burner is used for heating. Liquefied carbon dioxide, which can respond independently to climate change, is currently used.

照明等の電力需要に対しては、商用電力を利用している場合が殆どである。なお、エネルギーの有効利用としては、内燃機関による熱、二酸化炭素および電力の同時供給も有望である。しかし、排ガスを直接施設内に導入するにはその清浄度に問題があり、一般に普及していない。   In most cases, commercial power is used for power demand such as lighting. As an effective use of energy, simultaneous supply of heat, carbon dioxide and electric power by an internal combustion engine is also promising. However, in order to introduce exhaust gas directly into the facility, there is a problem with its cleanliness, and it is not widely used.

一方、近年、省エネ及び地球環境の改善に適合したエンジンとして、スターリングエンジンが着目されている。スターリングエンジンは、熱効率が高く、外燃機関であるために静粛性にすぐれ、各種の燃料が使用可能であることから、定置式又は可搬式の発電機の動力源として最適である。   On the other hand, in recent years, a Stirling engine has attracted attention as an engine suitable for energy saving and improvement of the global environment. The Stirling engine has high thermal efficiency, is an external combustion engine, has excellent silence, and can use various fuels. Therefore, the Stirling engine is optimal as a power source for a stationary or portable generator.

スターリングエンジンは、加圧された作動ガスが封入され、燃焼器等で加熱されたシリンダ内の高温室と低温室の空間容積の変化によりピストンを往復駆動させ、この往復駆動力をエネルギー源として取り出す動力装置である。   A Stirling engine encloses pressurized working gas and reciprocates the piston by changing the volume of the hot and cold chambers in the cylinder heated by a combustor or the like, and takes out this reciprocating driving force as an energy source. It is a power unit.

スターリングエンジンの構成としては、いろいろなタイプの構造があるが、シリンダ内を往復動するディスプレーサにより膨張室(高温室)と圧縮室(低温室)を仕切り、両室間に高温熱交換器、再生器及び低温熱交換器を介してガスを流動させ、該ガスの加熱冷却を行って圧縮室を往復動する動力ピストンで動力を取り出すディスプレーサ型スターリングエンジンが知られている(特許文献1、2参照)。   There are various types of Stirling engine configurations, but the expansion chamber (high temperature chamber) and compression chamber (low temperature chamber) are partitioned by a displacer that reciprocates in the cylinder, and a high temperature heat exchanger and regeneration are used between the two chambers. Displacer-type Stirling engines are known in which gas is flowed through a heat exchanger and a low-temperature heat exchanger, the gas is heated and cooled, and power is extracted by a power piston that reciprocates in a compression chamber (see Patent Documents 1 and 2). ).

また、圧縮室及び膨張室を夫々含む圧縮シリンダと膨張シリンダを備え、圧縮シリンダと膨張シリンダをそれぞれ往復動するピストンの往復運動を回転力に変換する回転力取出機構を設け、この回転力取出機構を配設するハウジングを圧縮シリンダと膨張シリンダを気密的に結合した構成は公知である(特許文献3参照)。   In addition, a compression cylinder and an expansion cylinder each including a compression chamber and an expansion chamber are provided, and a rotational force extraction mechanism that converts the reciprocating motion of the piston that reciprocates the compression cylinder and the expansion cylinder into rotational force is provided. The structure in which the housing in which the cylinder is disposed is hermetically coupled with the compression cylinder and the expansion cylinder is known (see Patent Document 3).

また、従来、触媒をスターリングエンジンの加熱部のヒータチューブに担持する方法は知られている(特許文献4参照)。   Conventionally, a method of supporting a catalyst on a heater tube of a heating unit of a Stirling engine is known (see Patent Document 4).

特開平7−187315号公報JP-A-7-187315 特開平5−187315号公報Japanese Patent Laid-Open No. 5-187315 特開2000−188619号公報JP 2000-188619 A 特開平8−296501号公報JP-A-8-296501 温室における燃焼式蓄熱型二酸化炭素施肥システムの省エネルギー性・環境負荷低減性・経済性評価、川村淳浩、秋澤淳、柏木孝夫、植物環境工学 205巻212号(2005)Energy saving, environmental impact reduction and economic evaluation of combustion-type regenerative carbon dioxide fertilization system in greenhouses, Kawamura Akihiro, Akizawa Akira, Kashiwagi Takao, Plant Environmental Engineering No. 205, 212 (2005)

上記のとおり、施設園芸では、暖房、照明、二酸化炭素施肥のそれぞれの目的に対して個別に対応しており、必ずしもエネルギーが有効利用されているとは云えず、この分野でのエネルギー利用の効率化が望まれている。   As mentioned above, in the facility horticulture, each of the purposes of heating, lighting, and carbon dioxide fertilization is individually addressed, and it cannot be said that energy is effectively used, but the efficiency of energy use in this field Is desired.

これまでの研究により、触媒燃焼によって極めてクリーンな燃焼ガスが得られることは良く知られている。触媒燃焼技術はガスタービン燃焼器を対象として1980年代に活発に研究開発され、窒素酸化物、一酸化炭素の排出濃度が極めて低いクリーンな排気性状が得られる。   It is well known from previous studies that a very clean combustion gas can be obtained by catalytic combustion. Catalytic combustion technology was actively researched and developed in the 1980s for gas turbine combustors, and clean exhaust properties with extremely low nitrogen oxide and carbon monoxide emission concentrations can be obtained.

しかし、触媒燃焼器をガスタービンで要求される1200℃以上の温度で使用することは技術的に難しく、希薄予混合燃焼法の開発とそれに続く普及により、この分野で実用化されることはなかった。   However, it is technically difficult to use a catalytic combustor at a temperature of 1200 ° C. or higher required for a gas turbine, and it is not put into practical use in this field due to the development and subsequent popularization of a lean premixed combustion method. It was.

そこで、本発明者らは、このような問題を解消すべき鋭意研究開発を進めた結果、触媒燃焼の長所を活かし欠点を補う手段として、スターリングエンジンの利用に着目した。   Thus, as a result of diligent research and development that should solve such problems, the present inventors paid attention to the use of a Stirling engine as a means of making use of the advantages of catalytic combustion to compensate for the drawbacks.

ところで、前述のとおり、従来、触媒をスターリングエンジンの加熱部のヒータチューブに担持する手段は知られている、これは、燃焼ガス中に含まれる一酸化炭素や未燃燃料をヒータチューブに担持したパラジウム触媒で燃焼させ、ヒータ効率の向上、燃焼器の小型化を目指しており、一酸化炭素や未燃燃料を低減することは可能であるが、燃焼器での燃焼で生じる窒素酸化物濃度を下げることはできない。   By the way, as described above, conventionally, means for supporting the catalyst on the heater tube of the heating unit of the Stirling engine is known. This is because the carbon monoxide and unburned fuel contained in the combustion gas are supported on the heater tube. The catalyst is burned with a palladium catalyst to improve heater efficiency and reduce the size of the combustor. Although it is possible to reduce carbon monoxide and unburned fuel, the concentration of nitrogen oxides generated by combustion in the combustor is reduced. It cannot be lowered.

そのため、園芸施設におけるエネルギー利用効率を高めるには、燃焼ガスの清浄性をさらに高めることのできる触媒燃焼方式のみにより加熱するスターリングエンジンが必要となるという知見を、本発明者らは得た。そして、園芸施設におけるエネルギー利用効率を高めるために、燃焼ガスの清浄性をさらに高めることのできる触媒燃焼方式のみにより加熱するスターリングエンジンシステムを利用するという構成に想到した。   For this reason, the present inventors have found that a Stirling engine heated only by a catalytic combustion system that can further enhance the cleanliness of the combustion gas is required to increase the energy utilization efficiency in the horticultural facility. And in order to raise the energy utilization efficiency in a gardening facility, it came to the structure of using the Stirling engine system heated only by the catalytic combustion system which can further improve the cleanliness of combustion gas.

本件発明は、高温熱交換器のフィンに酸化触媒を胆持して、それによって燃焼熱を供給し、しかも熱および清浄な二酸化炭素リッチなガスに加えて電力をも園芸施設に供給できる園芸施設用スターリングエンジン装置を実現することを課題とするものである。   The present invention is a horticultural facility that can hold an oxidation catalyst in the fins of a high-temperature heat exchanger, thereby supplying combustion heat, and also supplying electric power to the horticultural facility in addition to heat and clean carbon dioxide-rich gas An object of the present invention is to realize a Stirling engine device for use.

本発明は上記課題を解決するために、スターリングエンジン、起動用燃焼器及び予熱器とを備えた園芸施設用スターリングエンジン装置において、スターリングエンジンの高温熱交換器は、ヒータチューブと、該ヒータチューブに取り付けられ上下方向に間隔をおいて多層に積層配置された複数枚のフィンとを備えており、複数枚のフィンは、その表面に触媒燃焼を促進すべき燃焼触媒を担時しており、燃料ガスは、複数枚のフィンの間で触媒燃焼され、その排ガスは、園芸施設に排気管で供給され、園芸施設内にCO施肥を行うことを特徴とする園芸施設用スターリングエンジン装置を提供する。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a sterling engine device for a horticultural facility comprising a Stirling engine, a start-up combustor, and a preheater, wherein the high-temperature heat exchanger of the Stirling engine includes a heater tube, A plurality of fins that are attached and arranged in multiple layers at intervals in the vertical direction, and the plurality of fins bears a combustion catalyst to promote catalytic combustion on the surface thereof, and the fuel gas is catalytic combustion between the plurality of fins, the exhaust gas is supplied in the exhaust pipe to the horticultural facilities, to provide horticultural facilities Stirling engine and wherein the performing of CO 2 fertilization horticultural site .

本発明は上記課題を解決するために、スターリングエンジン、予熱器及び凝縮器とを備えた園芸施設用スターリングエンジン装置において、スターリングエンジンの高温熱交換器は、ヒータチューブと、該ヒータチューブに取り付けられ上下方向に間隔をおいて多層に積層配置された複数枚のフィンとを備えており、複数枚のフィンは、その表面に触媒燃焼を促進すべき燃焼触媒を担持しており、燃料ガスは、複数枚のフィンの間で触媒燃焼され、その排ガスは、前記予熱器において、前記燃料ガス及び該燃料ガスとともに前記複数枚のフィンの間に供給される空気を予熱し、前記凝縮器は、前記予熱器を通過した前記排ガス中の水分を凝縮するものであり、該凝縮器で水分が低減された排ガスは、園芸施設に排気管で供給され、園芸施設内にCO施肥を行うことを特徴とする園芸施設用スターリングエンジン装置を提供する。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a gardening facility Stirling engine apparatus including a Stirling engine, a preheater, and a condenser. A high temperature heat exchanger of the Stirling engine is attached to a heater tube and the heater tube. A plurality of fins stacked in multiple layers at intervals in the vertical direction, the plurality of fins carrying a combustion catalyst to promote catalytic combustion on its surface, and the fuel gas is The exhaust gas is catalytically combusted between a plurality of fins, and the exhaust gas preheats the fuel gas and the air supplied between the plurality of fins together with the fuel gas in the preheater, and the condenser The moisture in the exhaust gas that has passed through the preheater is condensed, and the exhaust gas whose moisture has been reduced by the condenser is supplied to the garden facility through an exhaust pipe, Providing horticultural facilities Stirling engine and wherein the performing of CO 2 fertilization.

前記スターリングエンジンの低温熱交換器から得られた廃熱は、前記園芸施設に供給される構成としてもよい。   The waste heat obtained from the low temperature heat exchanger of the Stirling engine may be supplied to the horticultural facility.

前記スターリングエンジンは、発電機の動力源となり、該発電機から得られた電力は、前記園芸施設に供給される構成としてもよい。   The Stirling engine may serve as a power source for a generator, and power obtained from the generator may be supplied to the garden facility.

本発明に係る園芸施設用スターリングエンジン装置よれば、次のような効果が生じる。
(1)従来のバーナ燃焼法、特許文献4に記載された触媒併用法に比べ、本触媒燃焼法は以下の利点を有する。
イ.一酸化炭素、窒素酸化物の排出濃度をppmオーダまで下げることができる。
ロ.触媒層温度および触媒種の選定、フィンの設計などを適切に行えば、一酸化炭素、窒素酸化物と同様に、未燃燃料の排出濃度も下げることができる。
ハ.火炎温度が高い条件においても触媒を損傷することなく燃焼が可能であり、エンジン性能の低下を避けることができる。
According to the Stirling engine device for horticultural facilities according to the present invention, the following effects are produced.
(1) Compared to the conventional burner combustion method and the catalyst combination method described in Patent Document 4, the present catalyst combustion method has the following advantages.
I. The emission concentration of carbon monoxide and nitrogen oxides can be lowered to the ppm order.
B. Appropriate selection of catalyst layer temperature and catalyst type, fin design, etc. can reduce the emission concentration of unburned fuel as well as carbon monoxide and nitrogen oxides.
C. Even under high flame temperature conditions, combustion is possible without damaging the catalyst, and deterioration of engine performance can be avoided.

(2)園芸施設に、熱および清浄な二酸化炭素リッチなガスを施肥用に供給できるとともに、電力をも供給でき、地球環境の改善に多大の効果を有する。 (2) Heat and clean carbon dioxide-rich gas can be supplied to the horticultural facility for fertilization, as well as electric power, which has a great effect on improving the global environment.

本発明に係る園芸施設用スターリングエンジン装置を実施するための最良の形態を実施例に基づいて図面を参照して、以下に説明する。   The best mode for carrying out the Stirling engine device for horticultural facilities according to the present invention will be described below with reference to the drawings based on the embodiments.

図1は、本発明に係る園芸施設用スターリングエンジン装置の実施例を説明する図である。この園芸施設用スターリングエンジン装置1は、スターリングエンジン2、起動用燃焼器3、及び予熱器4とを備えている。   FIG. 1 is a diagram for explaining an embodiment of a Stirling engine device for horticultural facilities according to the present invention. This gardening facility Stirling engine device 1 includes a Stirling engine 2, a start-up combustor 3, and a preheater 4.

スターリングエンジン2は、スターリングエンジン本体5と高温熱交換器6を備えている。スターリングエンジン本体5は、前記特許文献1〜4等の従来知られている構成のものを使用するので、ここでは説明を省略する。   The Stirling engine 2 includes a Stirling engine body 5 and a high-temperature heat exchanger 6. Since the Stirling engine main body 5 uses a conventionally known configuration such as Patent Documents 1 to 4, the description thereof is omitted here.

スターリングエンジン2は、発電機(図示せず)を接続し、発電機の動力源として利用する。この発電機で得られた電力は、園芸施設7(例えば、温室、ビニールハウス等)等の照明、加熱器、送風器等の電力源として利用する。   The Stirling engine 2 is connected to a generator (not shown) and used as a power source for the generator. The electric power obtained by this generator is used as a power source for lighting such as a horticultural facility 7 (for example, a greenhouse or a greenhouse), a heater, or a blower.

図2(a)、(b)は、高温熱交換器6の構成を示す図である。高温熱交換器6は、スターリングエンジン2の膨張空間と再生器の間を連通するように、マニホールド部8を介して全体として略U字型に取り付けられたヒータチューブ9と、このヒータチューブ9に取り付けられた上下方向に間隔をおいて積層配置された複数枚のフィン10とを備えている。   2A and 2B are diagrams showing the configuration of the high-temperature heat exchanger 6. The high-temperature heat exchanger 6 includes a heater tube 9 attached to the heater tube 9 as a whole via a manifold portion 8 so as to communicate between the expansion space of the Stirling engine 2 and the regenerator. And a plurality of fins 10 which are stacked and arranged at intervals in the vertical direction.

このフィン10は、具体的な形状は、図2(b)に示すように、円形ドーナッツ状の平板であり、SUS310のような材料で形成される。ヒータチューブ9は、図2(a)に示すように、複数枚のフィン10を上下方向に貫通するように配設されている。   As shown in FIG. 2B, the fin 10 is a circular donut-shaped flat plate, and is formed of a material such as SUS310. As shown in FIG. 2A, the heater tube 9 is disposed so as to penetrate the plurality of fins 10 in the vertical direction.

複数枚のフィン10のそれぞれに、触媒燃焼を促進すべき触媒(例えば、白金やパラジウム)が担持(具体的にはフィン10の表面に塗布)されている。この構成は、本発明の特徴的構成の一つである。フィン10の仕様(積層間隔、大きさ、厚さ、耐熱温度など)を適宜、設計することにより、未燃燃料の排出濃度が設定される。   Each of the plurality of fins 10 carries a catalyst (for example, platinum or palladium) that should promote catalytic combustion (specifically, applied to the surface of the fin 10). This configuration is one of the characteristic configurations of the present invention. By appropriately designing the specifications of the fins 10 (stacking interval, size, thickness, heat resistant temperature, etc.), the discharge concentration of unburned fuel is set.

起動用燃焼器3は、燃料を燃焼させてヒータチューブ9を加熱する機能を有するものであり、本実施例では、ガス燃料を吹き込んで燃焼させるガスバーナを使用する。燃料を燃焼させてヒータチューブ9を加熱するものであれば、ガスバーナ以外のもの、例えば、電熱ヒータを利用してもよい。   The start-up combustor 3 has a function of burning the fuel and heating the heater tube 9. In this embodiment, a gas burner that blows and burns gas fuel is used. As long as the heater tube 9 is heated by burning the fuel, other than the gas burner, for example, an electric heater may be used.

起動用燃焼器3を始動する手段としては、図示はしないが、燃料と空気を供給した後に圧電素子などを用いた点火装置によって混合気を点火するという、スターリングエンジンの燃焼器としては周知の構成が用いられる。起動用燃焼器3から触媒燃焼への移行は、フィン10を触媒反応が持続できる温度まで起動用燃焼器3により昇温した後に、一旦燃料の供給を遮断し、再度燃料を供給することで容易に行える。   As a means for starting the start-up combustor 3, although not shown, a well-known configuration as a combustor of a Stirling engine in which an air-fuel mixture is ignited by an ignition device using a piezoelectric element after supplying fuel and air. Is used. The transition from the start-up combustor 3 to the catalytic combustion can be easily performed by raising the temperature of the fin 10 up to a temperature at which the catalytic reaction can be continued by the start-up combustor 3 and then shutting off the fuel supply and supplying the fuel again. Can be done.

また、起動用燃焼器3及び触媒燃焼の停止は、通常のガスバーナと同様に燃料の供給を停止することで行う。   Further, the start-up combustor 3 and the catalytic combustion are stopped by stopping the supply of fuel in the same manner as a normal gas burner.

フィン付きヒータチューブ9及び起動用燃焼器3は、断熱材で形成されたフレーム11内に配置されている。ヒータチューブ9を加熱した燃焼ガスは、フレーム11内に連通する排気マニホールド12から排出され、排気管13によって予熱器4に送られる。   The finned heater tube 9 and the start-up combustor 3 are disposed in a frame 11 formed of a heat insulating material. The combustion gas that has heated the heater tube 9 is discharged from an exhaust manifold 12 that communicates with the inside of the frame 11, and is sent to the preheater 4 through an exhaust pipe 13.

予熱器4は、燃料と空気をそれぞれ取り込み、燃焼排ガスにより予熱し、この予熱された燃料と空気をそれぞれ配管で起動用燃焼器3及びフィン付きヒータチューブ9に送り、燃料・空気混合気として吹き出す構成である。起動用燃焼器3において起動時に燃料・空気混合気燃焼をさせる。そして、起動時以降のスターリングエンジン2の運転中は、燃料と空気をフィン付きヒータチューブ9の外面において燃焼させる。   The preheater 4 takes in fuel and air, preheats them with combustion exhaust gas, sends the preheated fuel and air to the start-up combustor 3 and the finned heater tube 9 through pipes, and blows them out as a fuel / air mixture. It is a configuration. In the start-up combustor 3, fuel / air mixture combustion is performed at the time of start-up. During the operation of the Stirling engine 2 after the start-up, fuel and air are burned on the outer surface of the finned heater tube 9.

予熱器4には、凝縮器14が排気管13を介して連通するように取り付けられており、燃焼排ガスは、空気予熱器4からさらに凝縮器14に送られる。   A condenser 14 is attached to the preheater 4 so as to communicate with the preheater 4 via the exhaust pipe 13, and the combustion exhaust gas is further sent from the air preheater 4 to the condenser 14.

凝縮器14は、排ガス中の水分を凝縮する機能を有するものであり、排気管13を介してさらに園芸施設7(例えば、温室、ビニールハウス等)内に連通しており、凝縮器14で水分が減じられた排ガスが園芸施設7内に供給される。   The condenser 14 has a function of condensing moisture in the exhaust gas, and further communicates with the horticultural facility 7 (for example, a greenhouse, a greenhouse) through the exhaust pipe 13. The exhaust gas with reduced is supplied into the gardening facility 7.

(作用)
上記構成の園芸施設用スターリングエンジン装置1の作用を説明する。予熱器4を通り排ガスにより予熱された空気と燃料の混合気(希薄予混合気)を起動用燃焼器3に送るとともに、触媒付きフィン10上で触媒燃焼させる。燃焼熱はヒータチューブ9内を流動する作動ガスと排ガスの加熱に使用される。
(Function)
The operation of the gardening facility Stirling engine apparatus 1 configured as described above will be described. A mixture of air and fuel (lean premixed gas) preheated by exhaust gas through the preheater 4 is sent to the start-up combustor 3 and catalytically combusted on the fin 10 with catalyst. The combustion heat is used for heating the working gas and exhaust gas flowing in the heater tube 9.

起動用燃焼器3は、起動時に、触媒燃焼が開始する温度に達するまで、触媒付きフィン10の温度を上昇させるために用いられるものである。起動時を除いて、燃料の全てを触媒付きフィン10上で触媒燃焼させる。園芸施設用スターリングエンジン装置1では、触媒燃焼をさせることにより未燃燃料、一酸化炭素、窒素酸化物の濃度が極めて低くなり、排ガスがいわゆる洗浄された状態となる。   The start-up combustor 3 is used to increase the temperature of the catalyst-equipped fin 10 until reaching the temperature at which catalytic combustion starts at the time of start-up. Except at the time of start-up, all of the fuel is catalytically burned on the fin 10 with the catalyst. In the Stirling engine device 1 for horticultural facilities, the concentration of unburned fuel, carbon monoxide, and nitrogen oxides becomes extremely low by catalytic combustion, and the exhaust gas is in a so-called washed state.

このように、触媒燃焼により生成された清浄な燃焼ガスは、排気管13、予熱器4を通り、凝縮器14で水分調節(一部の水分が凝縮除去される。)された後、二酸化炭素肥料として園芸施設7に供給される。   Thus, the clean combustion gas generated by catalytic combustion passes through the exhaust pipe 13 and the preheater 4 and is subjected to moisture adjustment (a part of moisture is condensed and removed) by the condenser 14, and then carbon dioxide. The fertilizer is supplied to the garden facility 7.

一方、スターリングエンジン2から得られた動力は、発電機により電力に変換される。さらに、スターリングエンジン2の図示しない低温熱交換器(クーラ)からは温熱が得られ、これらも園芸施設7その他の需要に利用することができ、エネルギーの有効利用が図られる。なお、清浄された排ガス中の二酸化炭素濃度は、少なくとも数%以上あり、施肥効果が得られる1000ppmより充分高い。   On the other hand, the power obtained from the Stirling engine 2 is converted into electric power by a generator. Furthermore, heat is obtained from a low-temperature heat exchanger (cooler) (not shown) of the Stirling engine 2, and these can also be used for the garden facility 7 and other demands, so that energy can be effectively used. In addition, the carbon dioxide concentration in the cleaned exhaust gas is at least several percent, which is sufficiently higher than 1000 ppm at which a fertilization effect can be obtained.

(実験例)
実験装置及び方法:
本発明者は、本発明に係る園芸施設用スターリングエンジン装置1の効果を確認するための実験を行った。この実験は、図3に示すように、実施例とほぼ同様の構成の装置を対象とした。
(Experimental example)
Experimental apparatus and method:
The inventor conducted experiments for confirming the effects of the Stirling engine device 1 for horticultural facilities according to the present invention. As shown in FIG. 3, this experiment was performed on an apparatus having a configuration similar to that of the example.

フィン10は、ドーナッツ状の平板であり、内径44mm、外径100mm、厚さ0.5mmのSUS310S製で、間隔1mmで70枚積層されている。フィン10の上流、フィン10の下流および排ガスの各温度を測定するため、上下方向3箇所に計18本の熱電対15−1(3本)、15−2(12本)、15−3(3本)を設置した。   The fins 10 are donut-shaped flat plates, made of SUS310S having an inner diameter of 44 mm, an outer diameter of 100 mm, and a thickness of 0.5 mm, and 70 sheets are laminated at an interval of 1 mm. In order to measure the temperatures of the fin 10 upstream, the fin 10 downstream, and the exhaust gas, a total of 18 thermocouples 15-1 (3), 15-2 (12), 15-3 ( 3) were installed.

このような装置により、メタンガスは起動用バーナの燃料マルチノズルを出たところで空気と急速に混合し、燃焼室に入り予混合気が形成される。起動時にはここで混合気は燃焼し、スターリングエンジン2を加熱する。   With such an apparatus, methane gas rapidly mixes with air when it exits the fuel multi-nozzle of the starter burner and enters the combustion chamber to form a premixed gas. At the time of start-up, the air-fuel mixture burns here, and the Stirling engine 2 is heated.

ほぼ定常状態に達すると、燃料の供給を一旦停止して消炎した後、燃料を再度供給することで触媒燃焼に移行させる。希薄予混合気は、複数枚のフィン10の間を通りながら触媒と反応して燃焼し、その排ガスは、排気マニホールド12、排気管13を経て排気される(図1、3参照)。   When the steady state is reached, the fuel supply is temporarily stopped and extinguished, and then the fuel is supplied again to shift to catalytic combustion. The lean premixed gas reacts with the catalyst while passing between the plurality of fins 10 and burns, and the exhaust gas is exhausted through the exhaust manifold 12 and the exhaust pipe 13 (see FIGS. 1 and 3).

膨張空間ガス温度は773Kから873Kの範囲で、当量比は0.38から0.46程度の範囲で、予熱温度は600Kから800Kの範囲でそれぞれ変化させた。排気管13の下流において排ガスをサンプリングし、メタン、一酸化炭素、酸素、窒素酸化物の濃度を分析計で計測した。   The expansion space gas temperature was changed in the range of 773K to 873K, the equivalence ratio was changed in the range of about 0.38 to 0.46, and the preheating temperature was changed in the range of 600K to 800K. The exhaust gas was sampled downstream of the exhaust pipe 13, and the concentrations of methane, carbon monoxide, oxygen, and nitrogen oxide were measured with an analyzer.

実験結果:
図4に、上記実験の結果を示す。平均圧力Pmを2.9MPa、膨張空間ガス温度Teを873K、予熱温度を783K、エンジン回転数を1200rpmと一定にして、混合気の当量比を0.38から0.46程度まで変化させた時のメタン、一酸化炭素および窒素酸化物の排出濃度をバーナ燃焼時と触媒燃焼時の各々に対して示した。
Experimental result:
FIG. 4 shows the results of the experiment. When the average pressure Pm is 2.9 MPa, the expansion space gas temperature Te is 873 K, the preheating temperature is 783 K, the engine speed is kept constant at 1200 rpm, and the equivalence ratio of the air-fuel mixture is changed from about 0.38 to about 0.46 The emission concentrations of methane, carbon monoxide and nitrogen oxides are shown for burner combustion and catalytic combustion respectively.

バーナ燃焼時には、当量比が増加すると、メタン濃度は40ppmから1ppm程度まで減少、一酸化炭素濃度は3ppmから1ppmの間で変化、窒素酸化物は10ppmから50ppm程度まで増加している。バーナ燃焼時においても、燃焼ガスは酸化触媒を担持したフィン10の間を通過するため、一酸化炭素の排出濃度は、バーナ直後の値である数百ppmから大幅に減少している。   During burner combustion, as the equivalence ratio increases, the methane concentration decreases from 40 ppm to about 1 ppm, the carbon monoxide concentration changes from 3 ppm to 1 ppm, and the nitrogen oxide increases from 10 ppm to about 50 ppm. Even during burner combustion, since the combustion gas passes between the fins 10 carrying the oxidation catalyst, the emission concentration of carbon monoxide is greatly reduced from several hundred ppm, which is the value immediately after the burner.

これに対して、窒素酸化物は酸化触媒と反応しないため、バーナ直後と殆ど変わらない値を示している。一方、触媒燃焼時のCOおよびNOxの排出濃度はppmオーダであるのに対し、CH4排出量は、バーナ燃焼時の数ppmから大きく増加し、1000ppmから300ppmの間の値を示している。   On the other hand, since nitrogen oxide does not react with the oxidation catalyst, it shows a value almost unchanged from that immediately after the burner. On the other hand, the CO and NOx emission concentrations at the time of catalytic combustion are on the order of ppm, while the CH4 emission amount greatly increases from several ppm at the time of burner combustion, indicating a value between 1000 ppm and 300 ppm.

本実験のようなフィン10温度ではメタンの表面反応速度が充分速くないために、メタン排出濃度が高くなったと考えられるが、触媒種の変更、フィン10の最適設計で未燃分を減少させることは可能である。   Although the surface reaction rate of methane is not sufficiently fast at the fin 10 temperature as in this experiment, the methane emission concentration is thought to have increased. However, the unburnt content should be reduced by changing the catalyst type and optimizing the fin 10 design. Is possible.

本実験条件での火炎温度は最高1541℃にまで達しており、燃焼と除熱を同時に行うことにより、従来の触媒燃焼法では難しいとされる1200℃を超える燃焼条件においても触媒燃焼が可能であることがわかる。なお、バーナ燃焼法と触媒燃焼法とではエンジン性能に差異は見られなかった。   The flame temperature under this experimental condition has reached a maximum of 1541 ° C. By simultaneously performing combustion and heat removal, catalytic combustion is possible even under combustion conditions exceeding 1200 ° C, which is considered difficult with the conventional catalytic combustion method. I know that there is. Note that there was no difference in engine performance between the burner combustion method and the catalytic combustion method.

以上、本発明に係る園芸施設用スターリングエンジン装置の最良の形態を実施例に基づいて説明したが、本発明はこのような実施例に限定されることなく、特許請求の範囲記載の技術的事項の範囲内で、いろいろな実施例があることは言うまでもない。   The best mode of the Stirling engine device for horticultural facilities according to the present invention has been described above based on the embodiments. However, the present invention is not limited to such embodiments, and the technical matters described in the claims It goes without saying that there are various embodiments within the scope of the above.

本発明は、以上のような構成であるから、温室、ビニールハウス等の園芸施設のCO施肥、熱及び電力の供給のために最適であるものと考えられる。 The present invention, since as described above is a structure, greenhouse, CO 2 fertilization horticultural facilities such as greenhouses, conceived to be optimal for the supply of heat and power.

本発明の実施例を説明する図である。It is a figure explaining the Example of this invention. 本発明の実施例の高温熱交換器を説明する図である。It is a figure explaining the high temperature heat exchanger of the Example of this invention. 本発明の実験例の実験装置及び方法を説明する図である。It is a figure explaining the experimental apparatus and method of the experiment example of this invention. 実験結果を説明する図である。It is a figure explaining an experimental result.

符号の説明Explanation of symbols

1 園芸施設用スターリングエンジン装置
2 スターリングエンジン
3 起動用燃焼器
4 予熱器
6 高温熱交換器
7 園芸施設
8 マニホールド部
9 ヒータチューブ
10 フィン
11 フレーム
12 排気マニホールド
13 排気管
14 凝縮器
15−1、15−2、15−3 熱電対
1 Stirling engine device for horticultural facilities 2 Stirling engine 3 Start-up combustor
4 Preheater 6 High-temperature heat exchanger 7 Horticulture facility 8 Manifold part 9 Heater tube 10 Fin 11 Frame 12 Exhaust manifold 13 Exhaust pipe 14 Condensers 15-1, 15-2, 15-3 Thermocouple

Claims (4)

スターリングエンジン、起動用燃焼器及び予熱器とを備えた園芸施設用スターリングエンジン装置において、スターリングエンジンの高温熱交換器は、ヒータチューブと、該ヒータチューブに取り付けられ上下方向に間隔をおいて多層に積層配置された複数枚のフィンとを備えており、複数枚のフィンは、その表面に触媒燃焼を促進すべき燃焼触媒を担時しており、燃料ガスは、複数枚のフィンの間で触媒燃焼され、その排ガスは、園芸施設に排気管で供給され、園芸施設内にCO施肥を行うことを特徴とする園芸施設用スターリングエンジン装置。 In a horticultural facility Stirling engine device including a Stirling engine, a start-up combustor, and a preheater, the high-temperature heat exchanger of the Stirling engine is attached to the heater tube in multiple layers at intervals in the vertical direction. A plurality of fins arranged in a stack, and the plurality of fins bears a combustion catalyst to promote catalytic combustion on the surface, and the fuel gas is a catalyst between the plurality of fins. A Stirling engine device for a horticultural facility, wherein the exhaust gas is burned and the exhaust gas is supplied to the horticultural facility through an exhaust pipe, and CO 2 fertilization is performed in the horticultural facility. スターリングエンジン、予熱器及び凝縮器とを備えた園芸施設用スターリングエンジン装置において、スターリングエンジンの高温熱交換器は、ヒータチューブと、該ヒータチューブに取り付けられ上下方向に間隔をおいて多層に積層配置された複数枚のフィンとを備えており、複数枚のフィンは、その表面に触媒燃焼を促進すべき燃焼触媒を担時しており、燃料ガスは、複数枚のフィンの間で触媒燃焼され、その排ガスは、前記予熱器において、前記燃料ガス及び該燃料ガスとともに前記複数枚のフィンの間に供給される空気を予熱し、前記凝縮器は、前記予熱器を通過した前記排ガス中の水分を凝縮するものであり、該凝縮器で水分が低減された排ガスは、園芸施設に排気管で供給され、園芸施設内にCO施肥を行うことを特徴とする園芸施設用スターリングエンジン装置。 In the Stirling engine device for horticultural facilities equipped with a Stirling engine, a preheater, and a condenser, the high temperature heat exchanger of the Stirling engine is attached to the heater tube and stacked in multiple layers at intervals in the vertical direction. A plurality of fins, the plurality of fins carrying a combustion catalyst to promote catalytic combustion on the surface thereof, and the fuel gas is catalytically burned between the plurality of fins. The exhaust gas preheats the fuel gas and the air supplied between the plurality of fins together with the fuel gas in the preheater, and the condenser has moisture in the exhaust gas that has passed through the preheater. The exhaust gas whose water content has been reduced by the condenser is supplied to the horticultural facility through an exhaust pipe, and CO 2 fertilization is performed in the horticultural facility. Stirling engine device for garden facilities. 前記スターリングエンジンの低温熱交換器から得られた廃熱は、前記園芸施設に供給されることを特徴とする請求項1又は2記載の園芸施設用スターリングエンジン装置。   The waste heat obtained from the low temperature heat exchanger of the Stirling engine is supplied to the garden facility, The Stirling engine device for a garden facility according to claim 1 or 2. 前記スターリングエンジンは、発電機の動力源となり、該発電機から得られた電力は、前記園芸施設に供給されることを特徴とする請求項1、2又は3記載の園芸施設用スターリングエンジン装置。   The sterling engine device for horticultural facilities according to claim 1, 2 or 3, wherein the Stirling engine serves as a power source for a generator, and electric power obtained from the generator is supplied to the horticultural facility.
JP2008025497A 2008-02-05 2008-02-05 Stirling engine device for horticultural facilities Pending JP2009185670A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008025497A JP2009185670A (en) 2008-02-05 2008-02-05 Stirling engine device for horticultural facilities

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008025497A JP2009185670A (en) 2008-02-05 2008-02-05 Stirling engine device for horticultural facilities

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2009185670A true JP2009185670A (en) 2009-08-20

Family

ID=41069171

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008025497A Pending JP2009185670A (en) 2008-02-05 2008-02-05 Stirling engine device for horticultural facilities

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2009185670A (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101361152B1 (en) 2013-01-22 2014-02-14 전남대학교산학협력단 Carbon dioxide generator for cultivation of plants
KR101443238B1 (en) * 2014-02-10 2014-09-22 주식회사 지앤아이솔루션 Method and apparatus for transferring exhaust gas
KR101454416B1 (en) * 2014-01-17 2014-11-04 주식회사 지앤아이솔루션 Method and apparatus for supplying exaust gas from combustion apparatus to plants growing facility
KR101509672B1 (en) * 2013-09-27 2015-04-07 전남대학교산학협력단 Independent plant factory using internal combustion engine
KR20160108803A (en) * 2015-03-07 2016-09-20 배현규 Heating device using stirling engine
JP2017073990A (en) * 2015-10-13 2017-04-20 東京瓦斯株式会社 Plant growth promoting apparatus

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101361152B1 (en) 2013-01-22 2014-02-14 전남대학교산학협력단 Carbon dioxide generator for cultivation of plants
KR101509672B1 (en) * 2013-09-27 2015-04-07 전남대학교산학협력단 Independent plant factory using internal combustion engine
KR101454416B1 (en) * 2014-01-17 2014-11-04 주식회사 지앤아이솔루션 Method and apparatus for supplying exaust gas from combustion apparatus to plants growing facility
KR101443238B1 (en) * 2014-02-10 2014-09-22 주식회사 지앤아이솔루션 Method and apparatus for transferring exhaust gas
KR20160108803A (en) * 2015-03-07 2016-09-20 배현규 Heating device using stirling engine
KR102061340B1 (en) 2015-03-07 2020-02-20 배현규 Heating device using stirling engine
JP2017073990A (en) * 2015-10-13 2017-04-20 東京瓦斯株式会社 Plant growth promoting apparatus

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8931282B2 (en) Internal combustion engine
US7210467B2 (en) Advanced high efficiency, ultra-low emission, thermochemically recuperated reciprocating internal combustion engine
JP2009185670A (en) Stirling engine device for horticultural facilities
JP2010196708A (en) Method and apparatus for operation of co/voc oxidation catalyst to reduce no2 formation for gas turbine
RU2467187C2 (en) Method of operating gas turbine unit
JP2013504009A (en) Low emission power generation and hydrocarbon recovery system and method
JP2010019247A (en) Lean fuel suction gas turbine
JP2010216274A (en) Power generating system and method for generating power
RU2624690C1 (en) Gaz turbine installation and method of functioning of gas turbine installation
US20150114338A1 (en) Internal combustion engine
JPS5916161B2 (en) Method of generating high temperature and high pressure energy gas
CN201666574U (en) Reverse flow heat-exchanging catalytic combustor without ignition device
CN103670712B (en) A kind of gas turbine generating system
CN102937292A (en) Flame-immersion porous medium burner reversing periodically
TW202219375A (en) Scroll heating device
RU179513U1 (en) STEAM GAS GENERATOR
US20100300099A1 (en) Air-medium power system
Newborough et al. Electrolysers for producing net-zero heat
US20230025491A1 (en) Combustion systems including heat modules, and associated devices and methods
JP3336206B2 (en) Engine operating method and combustion system using the operating method
US7086235B2 (en) Cascade ignition of catalytic combustors
JPS6252131B2 (en)
JPS62197663A (en) Heat engine using reformed fuel
JP4055659B2 (en) Catalytic combustor and operation method thereof
Seo et al. Combustion Characteristics of Lean Premixed Mixture in Catalytic Combustors