JP2012098003A - 熱発電コジェネシステム - Google Patents

Abstract

【課題】太陽熱を利用して熱発電する場合、光で十分なエネルギーを導入することは困難で変動も大きい。また日射量が少ない時などに太陽エネルギーを有効利用することができない。
【解決手段】太陽熱を集光集熱して熱媒体を用いてスターリングエンジンに導入し、残った熱を温水に利用するコジェネシステムを構築することにより、温度変動が小さくなるので安定した運転ができ太陽エネルギーを有効利用でき、また日射量が少ないなど、発電ができない状況では温水への熱回収のみ行うことにより、太陽エネルギーを有効利用する。
【選択図】図１

Description

本発明は、集光集熱した熱を利用して発電と熱の供給を行う熱発電コジェネシステムに関するものである。

地球温暖化が世界的な問題となっており、太陽電池や太陽熱温水器など、太陽エネルギーを利用する機器が世界的に急激に増加している。また、エネルギーの有効利用のための排熱利用の技術が求められている。

しかし、一般に再生可能エネルギーは気象変動などによる変動があり、またエネルギー需要のパターンと一致していないため、蓄電などの蓄エネルギー技術も重要である。

最近では、電力系統全体で需要と供給をマッチングさせながら、再生可能エネルギーの増加への対応や電力系統の安定化を図るスマートグリッドのような全体最適の動きも活発になってきている。

近年普及が進んでいる太陽電池は、日射量が多く、気温が高くない場合に発電効率が高く、電力需要は気温が高くも低くもない冷暖房が不要な時に少ないので、日射が多く、外気温が高くも低くもない状態のときに、逆潮流される電力が多くなり、需要がそれに応じて大きくならないと電力系統側に電圧の異常上昇などの不備合が生じる恐れがあり、これを防ぐため、逆潮流が制限される場合がある。この場合日射のエネルギーを有効利用することができない。また太陽電池は発電効率が１０数％で、太陽エネルギーの利用効率は高いとは言えない。

太陽熱温水器は集光したり、真空管式で放熱を低減することにより効率よく高温の水が得られるが、温水を全て使用できないと無駄になってしまう。特に太陽熱集熱が容易な夏季は熱需要が少ないため、大量に熱を集めることができても有効利用することが困難である。

排熱利用では、家庭用の装置としてはガスエンジンや燃料電池で発電し、発電時の排熱で給湯するコジェネレーションシステムが実用化されている。またスターリングエンジンを用いて外部から熱を供給して発電するシステムも研究されている。

スターリングエンジンは外燃機関の１つで、高温部と低温部により内部の気体が圧縮・膨張することを利用して動力を取り出すもので、その動力を利用して発電することが可能で、その温度差が大きいほど発電効率は高くなる。研究レベルでは産業技術総合研究所が高温部温度６００℃で３０％の発電効率を得ている。

高温部は外部の熱で加熱でき、燃料を選ばないため、バイオガスの燃焼熱利用や様々な排熱利用の取組や、太陽エネルギー利用として集熱器との組合せシステム（特許文献１）、太陽光を集光して光のまま高温部に導入するシステム（特許文献２）の提案がなされている。

特表２０１０−５２９３９５号公報 特開２００５−３４４６０８号公報

しかしながら上記特許文献２では、利用する日射量の変動の影響が直接発電に影響を及ぼして安定した運転ができない恐れがある。

また、特許文献１、２では日射量が少なく発電できない場合のエネルギーや、起動後発電開始までの間、および発電停止後に残された熱が無駄になっている。

さらに、利便性のためには、電力と熱量の比率を制御したり、停電時などに独立運転ができる、などの機能があることが望ましい。

さらには、今後進展が予測されるスマートグリッドなど、全体最適のための求められる発電量熱供給の制御に対応することができない。

本発明は、上記課題を解決し、太陽エネルギー利用率が高く、発電と熱回収の比率の制御を可能で、利便性の高い熱発電コジェネシステムを提供することを目的とする。

上記従来の課題を解決するために、本発明は、光を集光して高温を得る集光集熱手段と、熱を利用して作動する熱発電手段と、前記集光集熱器で得られた熱を回収する熱回収部と、前記熱回収部から前記熱発電手段に熱を輸送するための第１の熱媒体移動流路と、前記第１の熱媒体移動回路内の熱媒体を移動させる第１の熱媒体移動手段と、熱媒体の熱を前記熱発電手段の高温部に伝える高温部熱交換手段と、前記第１の熱媒体移動流路の前記高温部熱交換手段の下流側に設置された熱交換手段と、前記熱交換手段で前記第１の熱媒体流路内の熱媒体と熱交換した熱媒体が移動する第２の熱媒体移動流路と、前記第２の熱媒体移動流路内に熱媒体を移動させる第２の熱媒体移動手段を備えるものである。

これにより、入射光の変動の影響を低減し、安定した運転を行い、かつ高いエネルギー利用効率を得ることができる。

第２の発明は、前記熱発電手段がスターリングエンジン発電機であり、前記スターリングエンジン発電機の低温部に低温部熱交換手段を備え、前記低温部熱交換手段と前記熱交換手段とをこの順に第２の熱媒体が移動するように前記第２の熱媒体流路が形成するものである。

これにより、低温部と高温部の温度差が大きくなり、発電効率を高くすることができる。

第３の発明は、前記第１の熱媒体移動手段による熱媒体移動量が可変にするものである。

これにより、集光集熱器による加熱で熱媒体が到達する温度を変えることができ、熱発電手段の発電効率を変えることができる。

第４の発明は、前記熱発電手段の高温部の温度を検出する高温部温度検出手段を備え、前記高温部温度検出手段で検出された温度に基づいて前記第１の熱媒体移動手段により熱媒体の移動量を制御するものである。

これにより、熱発電手段の高温部の温度を精度良く調節でき安定した運転を行うことが
できる。

第５の発明は、前記第２の熱媒体流路が２つの経路を備え、第１の経路は前記低温部熱交換手段と前記熱交換手段とをこの順に第２の熱媒体が移動するように形成されており、第２の経路が前記低温部熱交換手段を通らず前記熱交換手段を通るように形成するものである。

これにより、第２の熱媒体を、発電効率を高めたい場合には第１の経路を通し、前記低温部熱交換手段による冷却を行い、発電効率を低くしたい場合には第２の経路を通すことにより制御することができる。

第６の発明は、第２の熱媒体流路の前記経路切替手段の上流側に第２の熱媒体温度検出手段を備え、前記第２の熱媒体温度検出手段で検出された温度情報によって、前記経路切替手段を切替えるものである。

これにより、第２の熱媒体の温度が高く、冷却効果が得られない場合には第２の経路を通し、発電効率が低くなることを防ぐことができる。

第７の発明は、前記第１の熱媒体移動流路が２つの経路に分岐しており、第１の経路は前記高温部熱交換手段を通るように形成されており、第２の経路は前記高温部熱交換手段を通らないように形成するものである。

これにより、バイパス側に熱媒体を流すことができ、熱需要が多い場合などに、発電への熱供給は停止し、熱回収のみ行うことができる。

第８の発明は、前記熱発電手段で発電が可能な温度で熱を蓄える蓄熱材と、前記第１の熱媒体流路に前記蓄熱材と熱交換する蓄熱材熱交換手段を備えるものである。

これにより、入射光がないときでも蓄えた熱を使って運転することができる。

第９の発明は、前記高温部熱交換手段に別熱源の熱を供給可能に設けるものである。

これにより、入射光量が少ない場合にも運転することができる。

第１０の発明は、前記熱発電手段が発電を停止した後も熱回収を継続する制御手段を備えるものである。

これにより、発電停止後に第１の熱媒体の熱や熱発電手段高温部の熱を回収することができエネルギー利用効率を高くすることができる。

第１１の発明は、前記熱媒体温度検出手段によって検出された温度が所定の温度以下の場合、前記熱発電手段での発電を停止し、熱回収のみとする制御手段を備えるものである。

これにより、入射光量が少なく発電できるほどの高温が得られない場合でも熱回収は行うことができるので、エネルギー利用効率を高くすることができる。

第１２の発明は、前記第１の流路切替手段と前記第２の流路切替手段を間欠的に切替えて、前記バイパス回路に間欠的に熱媒体を流す制御手段を備えるものである。

これにより、熱発電手段への熱供給を自由に調節することができ、発電量と熱回収量に比率を任意に切替えることができる。

第１３の発明は、起動の際、前記高温蓄熱材に蓄えた熱で前記熱発電手段を運転し、その電力で前記第１の熱媒体移動手段の電力を供給して前記集光集熱手段で集められた熱を前記熱発電手段に供給するものである。

これにより、別電源を用いることなく起動することができる。

第１４の発明は、外気温検出手段と、前記熱媒体移動流路内に熱媒体温度検出手段を備え、前記外気温検出手段によって検出された温度によって前記第１の熱媒体移動流路内の熱媒体移動量を変えるものである。

これにより、外気温に応じて熱需要を推定し、発電と熱回収の比率を制御することができる。

第１５の発明は、外気温検出手段と前記集光集熱手段近傍に日射量検出手段を備えるものである。

これにより、電力系統への太陽電池による逆潮流量をおおよそ予測し、逆潮流量が多いと推定される場合には熱発電手段の発電量を少なくして熱回収を多くし、系統全体にとって望ましい運転を行うことができる。

本発明の熱発電コジェネシステムは、安定して、高いエネルギー利用効率を得ることができる。また、電力と熱の比率を状況に応じて調節することができ、実使用でのエネルギー利用効率を高くすることができる。

本発明の実施の形態１における集光集熱による熱を利用した熱発電コジェネシステムの構成図 本発明の実施の形態２におけるスターリングエンジンコジェネシステムの構成図 本発明の実施の形態３におけるスターリングエンジンコジェネシステムの構成図 本発明の実施の形態４におけるスターリングエンジンコジェネシステムの構成図 本発明の実施の形態５におけるスターリングエンジンコジェネシステムの構成図 本発明の実施の形態６におけるスターリングエンジンコジェネシステムの構成図 本発明の実施の形態７におけるスターリングエンジンコジェネシステムの構成図 本発明の実施の形態８におけるスターリングエンジンコジェネシステムの構成図 本発明の実施の形態９におけるスターリングエンジンコジェネシステムの構成図 本発明の実施の形態１０におけるスターリングエンジンコジェネシステムの構成図

第１の発明は、光を集光して高温を得る集光集熱手段と、熱を利用して作動する熱発電手段と、前記集光集熱器で得られた熱を回収する熱回収部と、前記熱回収部から前記熱発電手段に熱を輸送するための第１の熱媒体移動流路と、前記第１の熱媒体移動回路内の熱媒体を移動させる第１の熱媒体移動手段と、熱媒体の熱を前記熱発電手段の高温部に伝える高温部熱交換手段と、前記第１の熱媒体移動流路の前記高温部熱交換手段の下流側に設置された熱交換手段と、前記熱交換手段で前記第１の熱媒体流路内の熱媒体と熱交換した熱媒体が移動する第２の熱媒体移動流路と、前記第２の熱媒体移動流路内に熱媒体を移動させる第２の熱媒体移動手段を備えるものである。

この構成により、雲がかかることによる急激に変動する日射のような光源を利用する場合でも、熱媒体がバッファになって温度は急激には変化しないので、熱発電手段を安定して運転することができる。

第２の発明は、前記第１の熱媒体移動手段による熱媒体移動量を可変とするものである。

これにより、入射光量に応じて、加熱された熱媒体の温度を調節することができるので、熱媒体の温度変化ができるだけ小さくなるようにすることで、システムの運転を安定して行うことができる。

第３の発明は、前記熱発電手段の高温部の温度を検出する高温部温度検出手段を備え、前記高温部温度検出手段で検出された温度に基づいて前記第１の熱媒体移動手段により熱媒体の移動量を制御するものである。

これにより、熱媒体移動量を多くして熱発電手段への熱供給量を増やすことにより発電量を多くしたり、逆に熱媒体移動量を少なくして発電量を小さくする、というように発電量を調節することができる。

第４の発明は、前記熱発電手段がスターリングエンジン発電機であり、前記スターリングエンジン発電機の低温部に低温部熱交換手段を備え、前記低温部熱交換手段と前記熱交換手段とをこの順に第２の熱媒体が移動するように前記第２の熱媒体流路が形成するものである。

スターリングエンジン発電機は高温部と低温部の温度差が大きいほど効率が高いので、この構成により、高い発電効率を得ることができる。また、第２の熱媒体は低温部熱交換手段と高温部熱交換手段の２段階で加熱されるので、熱回収効率を高くすることもでき、システム全体のエネルギー変換効率を高くすることができる。

第５の発明は、前記第２の熱媒体流路が２つの経路を備え、第１の経路は前記低温部熱交換手段と前記熱交換手段とをこの順に第２の熱媒体が移動するように形成されており、第２の経路が前記低温部熱交換手段を通らず前記熱交換手段を通るように形成されており、２つの経路を切替える経路切替手段を備えるものである。

これにより、たとえば熱需要が少ない場合は前記低温部熱交換器を通らないように前記経路切替手段を切替えるというように、必要に応じて、最適の運転を行うことができる。

第６の発明は、第２の熱媒体流路の前記経路切替手段の上流側に第２の熱媒体温度検出手段を備え、前記第２の熱媒体温度検出手段で検出された温度情報によって、前記経路切替手段を切替えるものである。

第２の熱媒体温度が高いときは前記スターリングエンジン発電機の低温部熱交換器に流すと冷却できず、逆に加熱してしまう恐れがあるが、これにより、第２の熱媒体温度が高いときは前記低温熱交換器を通さないように経路を切替えることでこれを防ぎ、高効率に発電を行うことができる。

第７の発明は、前記第１の熱媒体移動流路が２つの経路に分岐しており、第１の経路は前記高温部熱交換手段を通るように形成されており、第２の経路は前記高温部熱交換手段を通らないように形成するものである。

この構成により、入射光量が少なく、効率よく発電するために必要な温度が得られない場合、第１の熱媒体を熱発電手段を通さずに熱交換手段に導入することにより、第２の熱媒体で効率よく熱回収できる。

また、熱需要が多い場合に熱優先の運転が可能となる。

第８の発明は、前記熱発電手段で発電が可能な温度で熱を蓄える蓄熱材と、前記第１の熱媒体流路に前記蓄熱材と熱交換する蓄熱材熱交換手段を備えるものである。

この構成により、入射光が十分にあって電力需要がない場合に蓄熱材に熱エネルギー蓄えておき、電力が必要になったときにその蓄えた熱を利用して発電することができる。

第９の発明は、前記高温部熱交換手段に別熱源の熱を供給可能にするものである。
この構成により、緊急時などで、十分な入射光量が得られない場合にも運転する必要がある場合に運転することができる。

第１０の発明は、前記熱発電手段が発電停止した後も熱回収を継続するものである。

これにより、発電停止後の熱発電高温部の熱や、第１の熱媒体の熱を回収できるので、エネルギーの利用率を高めることができる。

第１１の発明は、前記熱媒体温度検出手段によって検出された温度が所定の温度以下の場合、前記熱発電手段での発電を停止し、熱回収のみ行うものである。

これにより、発電が困難なレベルの温度でも熱としてエネルギー回収することができトータルでのエネルギー利用効率を高くすることができる。

第１２の発明は、前記第１の流路切替手段と前記第２の流路切替手段を間欠的に切替えて、前記バイパス回路に間欠的に熱媒体を流すものである。

この構成により、熱発電手段への熱供給を自由に調節することができ、発電量と熱回収量に比率を任意に切替えることができる。

第１３の発明は、起動の際、前記高温蓄熱材に蓄えた熱で前記熱発電手段を運転し、その電力で前記第１の熱媒体移動手段の電力を供給して前記集光集熱手段で集められた熱を前記熱発電手段に供給するものである。

これにより、別電源を用いることなく起動することができる。

第１４の発明は、外気温検出手段と、前記熱媒体移動流路内に熱媒体温度検出手段を備
え、前記外気温検出手段によって検出された温度によって発電と熱回収の比率を変えるものである。

これにより、外気温が高く、熱需要が小さいと推定される場合には、発電効率を高め、熱回収を少なくし、外気温が低く熱需要が大きいと推定される場合には、発電効率を低くし、熱回収を多くするというように、得られる電力と熱の比率をより需要に応じたものにすることができる。

第１５の発明は、電力系統への逆潮流が可能で、外気温検出手段と前記集光集熱手段近傍に日射量検出手段を備えるものである。

これにより、電力系統へ接続された各家庭の太陽電池による逆潮流量の多寡を予測し、逆潮流量が多いと推定される場合には熱発電手段の発電量を少なくして熱回収を多くし、系統全体にとって望ましい運転を行うことができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるスターリングエンジンコジェネシステムの構成図である。

集光集熱器１により入射した光を熱に変えて、その熱を熱媒体流路４を通じて、熱媒体ポンプ６によって熱発電手段であるスターリングエンジン発電機２の高温部熱交換手段９に送られ、熱を伝える。熱媒体はその後、熱交換器８で第２の熱媒体である水に伝え、集光集熱器にもどる。

スターリングエンジン発電機２はその熱により作動し、生じた電力は電力調整部２５によって、利用しやすい電圧・周波数などに変換される。

貯湯槽３の内部水は水ポンプ１１によって、熱交換器８を通り、ここで加熱されて貯湯槽３の上部に戻り、熱を蓄える。

これら一連の制御は制御部７が行う。

スターリングエンジン発電装置のエネルギーとしては太陽光の利用が有効であるが、太陽光は気象条件により、短時間で変動することも多く、光のまま熱発電手段に導入しては運転の安定性が確保できない恐れがある。

そこで集光集熱器１で光を十分な温度の熱に変換し、それをスターリングエンジン発電装置に導入することで、日射の急激な変化が合った場合にも、その変化が緩和されるので、運転の安定性が向上する。

さらに、熱媒体ポンプ６の能力が可変であれば、熱媒体移動量を小さくことにより熱媒体温度を高く、熱媒体移動量を大きくすることで熱媒体温度を低くすることができるので、スターリングエンジン発電機２の発電効率を変えることができる。

また、スターリングエンジン発電機２の停止後も熱媒体ポンプ６と水ポンプ１１は、一定時間運転して余熱を回収することにより、太陽エネルギー利用率を高めることができる。

なお、本実施の形態では第２の熱媒体が水である場合について述べたが、熱媒体は何であっても同様の効果が得られる。

また、水は蓄熱槽である貯湯槽を循環する場合について述べたが蓄熱槽がなく、たとえば水道直結でそのまま蓄えることなく使用しても同様の効果が得られる。

（実施の形態２）
図２は、本発明の実施の形態２におけるスターリングエンジンシステムの概略図である。

スターリングエンジン発電機２の高温部には高温部温度検出手段２４が設置されており、熱媒体ポンプ６は能力可変である。

高温部温度検出手段２４により検出された温度によって、熱媒体ポンプ６の能力を変え、高温部に供給される熱媒体の温度を変えれば、高温部の温度を狙った温度にすることができるので、発電効率を精度良く制御することができる。

（実施の形態３）
図３は、本発明の実施の形態３におけるスターリングエンジンコジェネシステムの概略図である。

水循環路内はスターリングエンジン発電機２の低温部熱交換器２３、熱交換器８をこの順に通るように形成されている。水は水ポンプ１１によって、スターリングエンジン発電機２の低温部熱交換器２３で低温部を冷却し、逆に水は熱を受け取って高温部へ導かれ、熱交換器８でより高温の熱媒体との熱交換により加熱され、貯湯槽に戻る。

このように、スターリングエンジン発電機２の低温部を冷却することにより、発電効率が高くなり、一方水は２段に加熱されるので熱回収率も高くなるので、より太陽エネルギー利用率が高くなる。

（実施の形態４）
図は４、本発明の実施の形態４における熱発電コジェネシステムの概略図である。
水循環路が２つの経路を備え、第１の水経路４０は前記低温部熱交換手段と前記熱交換手段とをこの順に第２の熱媒体が移動するように形成されており、第２の水経路は前記低温部熱交換手段を通らず前記熱交換手段を通るように形成されている。

水は第１の水経路切替手段４２、第２の水経路切替手段４３によってどちらに流すかを制御する。

たとえば、発電量も熱回収量を大きくしたい場合は第１の水経路４０に水を流し、貯湯槽３が満杯近い状態であれば熱回収率を下げるために第２の水経路４１に水を流すことにより、熱回収量を制御することができる。

（実施の形態５）
図５は、本発明の実施の形態６におけるスターリングエンジンコジェネシステムの概略図である。

水循環路１０の貯湯槽３の出口には熱媒体温度検出手段４５が設置されており、本実施の形態では水の温度を検出する。

検出された温度が十分低ければ第１の水経路４０に水を流し、スターリングエンジン発電機２の低温部を冷却することにより、発電効率を高くし、熱回収率も高くすることができる。

逆に熱媒体温度検出手段４５で検出された温度が高ければ第２の水経路４１に流すことにより、スターリングエンジン発電機２の低温部を加熱してしまうことによる発電効率低下を防ぐことができる。

（実施の形態６）
図６は、本発明の実施の形態６におけるスターリングエンジンコジェネシステムの概略図である。

熱媒体流路は２つの経路に分岐しており、第１の熱媒体経路はスターリングエンジン発電機の高温部熱交換手段を通るように形成されており、第２の熱媒体経路は前記高温部熱交換手段を通らないように形成するものである。

２つの熱媒体経路の切替は第１の熱媒体経路岐切替手段３７、第２の熱媒体経路岐切替手段３８によって行う。

この構成により、入射光量が少なく、効率よく発電するために必要な温度が得られない場合、第１の熱媒体を熱発電手段を通さずに熱交換手段に導入することにより、第２の熱媒体で効率よく熱回収できる。

入射光が太陽光であれば、朝夕の日射量が少ない時間帯は発電を停止し熱回収のみ行うことにより、太陽エネルギー利用率を高めることができる。

また、熱需要が多い場合には、発電を停止し、集熱された熱をすべて熱回収する熱優先の運転が可能となり、熱需要をまかなうことができる。

また、第１の経路、第２の経路を間欠的に切替えることにより、スターリングエンジン発電機２に供給する熱エネルギーを制御することができ、需要状況に応じて発電量と熱回収量の比率を制御することができる。

さらに、発電停止後、熱媒体ポンプ６水ポンプ１１を運転して余熱を回収する際、第２の経路を熱媒体が通るように切替えることにより、熱媒体の余熱を効率よく回収することができる。

（実施の形態７）
図７は、本発明の実施の形態７におけるスターリングエンジンコジェネシステムの概略図である。

熱媒体流路４はスターリングエンジン発電機より上流側で分岐され一方は蓄熱材熱交換器を通って元の流路に戻るように形成されている。分岐部には第１の蓄熱材流路切替手段４６、第２の蓄熱材流路切替手段４７が設置され熱媒体の流れを制御する。

このような構成にすることにより、入射光がなくなった場合もこの熱を用いて発電することがｋのウとなる。

たとえば、入射光が太陽光の場合、昼間は集熱量は多く、発電・熱回収が行えるが、昼
間不在などで、電力が不要の場合、発電した電力が無駄になってしまう。

そこで、蓄熱材熱交換器１９で蓄熱材１６に熱を蓄えておき、日没後、熱媒体ポンプ６を運転し温度が下がってしまった熱媒体を蓄熱材熱交換器１９を通して蓄熱材の熱で熱媒体を加熱し、スターリングエンジン発電機２に送ることにより、発電、熱回収を行うことができる。

また、停止する際に蓄熱材１６に熱を蓄えておき、再起動する際に、蓄えられた熱を利用することにより、ポンプ運転などのための電力供給なしに独立で発電を開始し、その電力で熱媒体ポンプを運転すれば、その後連続的に熱がスターリングエンジン発電装置に供給され、安定運転に入ることができる。

（実施の形態８）
図８は、本発明の実施の形態８におけるスターリングエンジンコジェネシステムの概略図である。

スターリングエンジン発電機２の高温部には非常用熱源３０からの熱が導入できる経路が設置されている。

もし入射光がない場合、たとえば雨天で日射がまったくない場合、別の熱源からの熱で運転することができ、利便性を高めることができる。

また、排熱など、利用可能な熱がある場合、その熱を用いた発電も可能なシステムを構築することができる。

なお、本実施の形態では、外部からの熱を直接導入する場合について示したが、一旦蓄熱材などに蓄熱しておいて、その熱を取り出して導入しても同様の効果が得られる。

また、本実施の形態では、別熱源からの熱を熱発電手段の高温部に導入する場合について述べたが、高温部を直接ヒータや燃焼により加熱しても同様の効果を得ることができる。

（実施の形態９）
図９は、本発明の実施の形態９におけるスターリングエンジンコジェネシステムの概略図である。

外気温を検出する外気温検出手段が設置され、検出された外気温が制御部７に送られる。一般に外気温が高い時は熱需要が小さいので、熱回収量は小さくても良い。したがって熱媒体ポンプ６の能力を低くし、熱媒体の移動量を小さくすることにより、スターリングエンジン発電機２に送られる熱媒体の温度高くし、発電効率を高めることにより、電力量は大きく、熱回収量は少なくすることができる。

なお、発電量と熱回収量の比率の制御は、バイパスによるスターリングエンジン発電機２の高温部への間欠的な熱媒体供給や、水循環路を、スターリングエンジン発電機２の低温部を通る流路とない流路の切替など、他の手段を用いても良いし、これらを組み合わせても同様の効果を得ることができる。

（実施の形態１０）
図１０は、本発明の実施の形態１０におけるスターリングエンジンコジェネシステムの概略図である。外気温検出手段２８と、集光集熱器１の近傍に設置された日射量検出手段
２７を備えており、これらの検出情報が制御部７へ送られる。

一般に、冷暖房が不要な外気温で、日射量が大きい場合に、太陽電池から電力系統への逆潮流量は多くなる。太陽電池設置家庭が密集していると系統の電圧が上昇し、太陽電池からの逆潮流ができなくなる恐れがあり、このような状況では太陽エネルギーが無駄になってしまう。

そこで、外気温検出手段２８と、日射量検出手段２７の検出情報に基づき、太陽電池からの逆潮流が多いと推定される場合には発電量を少なくし、熱回収量を多くすることにより、トータルの太陽エネルギー利用率は高く保ちながら、電力系統への負荷が小さい運転をすることができる。

以上のように、本発明にかかる熱発電コジェネシステムは、光を集光して熱に変換して発電と熱回収を行うもので、そのトータルのエネルギー利用率を高くするだけでなく、電力と熱回収の比率を自在に変化させることを可能にするものであり、様々な光源や、光源と熱源からのエネルギーを併用するシステムであれば適用することができる。

１ 集光集熱器
２ スターリングエンジン発電機
３ 貯湯槽
４ 熱媒体流路
６ 熱媒体ポンプ
７ 制御部
８ 熱交換器
９ 高温部熱交換手段
１０ 水循環路
１１ 水ポンプ
１６ 蓄熱材
１９ 蓄熱材熱交換器
２４ 高温部温度検出手段
２５ 電力調整部
２７ 日射量検出手段
２８ 外気温検出手段
３０ 非常用熱源
３７ 第１の熱媒体経路岐切替手段
３８ 第２の熱媒体経路岐切替手段
４０ 第１の水経路
４１ 第２の水経路
４２ 第１の水経路切替手段
４３ 第２の水経路切替手段
４５ 熱媒体温度検出手段
４６ 第１の蓄熱材流路切替手段
４７ 第２の蓄熱材流路切替手段

Claims (15)

1. 光を集光して高温を得る集光集熱手段と、熱を利用して作動する熱発電手段と、前記集光集熱手段で得られた熱を回収する熱回収部と、前記熱回収部から前記熱発電手段に熱を輸送するための第１の熱媒体移動流路と、前記第１の熱媒体移動回路内の熱媒体を移動させる第１の熱媒体移動手段と、熱媒体の熱を前記熱発電手段の高温部に伝える高温部熱交換手段と、前記第１の熱媒体移動流路の前記高温部熱交換手段の下流側に設置された熱交換手段と、前記熱交換手段で前記第１の熱媒体流路内の熱媒体と熱交換した熱媒体が移動する第２の熱媒体移動流路と、前記第２の熱媒体移動流路内に熱媒体を移動させる第２の熱媒体移動手段を備えた熱発電コジェネシステム。
2. 前記第１の熱媒体移動手段による熱媒体移動量が可変であることを特徴とする請求項１に記載の熱発電コジェネシステム。
3. 前記熱発電手段の高温部の温度を検出する高温部温度検出手段を備え、前記高温部温度検出手段で検出された温度に基づいて前記第１の熱媒体移動手段により熱媒体の移動量を制御することを特徴とする請求項２に記載の熱発電コジェネシステム。
4. 前記熱発電手段がスターリングエンジン発電機であり、前記スターリングエンジン発電機の低温部に低温部熱交換手段を備え、前記低温部熱交換手段と前記熱交換手段とをこの順に第２の熱媒体が移動するように前記第２の熱媒体流路が形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の熱発電コジェネシステム。
5. 前記第２の熱媒体流路が２つの経路に分岐しており、第１の経路は前記低温部熱交換手段と前記熱交換手段とをこの順に第２の熱媒体が移動するように形成されており、第２の経路が前記低温部熱交換手段を通らず前記熱交換手段を通るように形成されており、２つの経路を切替える第２の熱媒体経路切替手段を備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の熱発電コジェネシステム。
6. 第２の熱媒体流路の前記第２の熱媒体経路切替手段の上流側に第２の熱媒体温度検出手段を備え、前記第２の熱媒体温度検出手段で検出された温度情報によって、前記経路切替手段を切替えることを特徴とする請求項５に記載の熱発電コジェネシステム。
7. 前記第１の熱媒体移動流路が２つの経路に分岐しており、第１の経路は前記高温部熱交換手段を通るように形成されており、第２の経路は前記高温部熱交換手段を通らないように形成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の熱発電コジェネシステム。
8. 前記熱発電手段で発電が可能な温度で熱を蓄える蓄熱材と、前記第１の熱媒体流路に前記蓄熱材と熱交換する蓄熱材熱交換手段を備えたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の熱発電コジェネシステム。
9. 前記高温部熱交換手段に別熱源の熱を供給可能にすることを特徴とする請求項１〜８のうちいずれか一つに記載の熱発電コジェネシステム。
10. 前記熱発電手段が発電停止した後も熱回収を継続する制御手段を備えることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一つに記載の熱発電コジェネシステム。
11. 前記熱媒体温度検出手段によって検出された温度が所定の温度以下の場合、前記熱発電手段での発電を停止し、熱回収のみとする制御手段を備えることを特徴とする請求項１〜９
    のいずれか一つに記載の熱発電コジェネシステム。
12. 前記第１の流路切替手段と前記第２の流路切替手段を間欠的に切替えて、バイパス回路に間欠的に熱媒体を流す制御手段を備えることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載の熱発電コジェネシステム。
13. 起動の際、前記蓄熱材に蓄えた熱で前記熱発電手段を運転し、その電力で前記第１の熱媒体移動手段を駆動する電力を供給して前記集光集熱手段で集められた熱を前記熱発電手段に供給する制御手段を備えることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載の熱発電コジェネシステム。
14. 外気温検出手段と、前記熱媒体移動流路内に熱媒体温度検出手段を備え、前記外気温検出手段によって検出された温度によって発電と熱回収の比率を変える制御手段を有することを特徴とする請求項１〜９のうちいずれか一つに記載の熱発電コジェネシステム。
15. 電力系統への逆潮流が可能で、外気温検出手段と前記集光集熱手段の近傍に日射量検出手段を備えたことを特徴とする請求項１〜９のうちいずれか一つに記載の熱発電コジェネシステム。

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