JP2014515449A - 昼夜連続運転が可能な皿型太陽光スターリングエンジン発電機 - Google Patents

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Abstract

【課題】 昼夜連続運転が可能な皿型太陽光スターリングエンジン発電機を提供する。
【解決手段】 昼夜連続運転が可能な皿型太陽光スターリングエンジン発電機は、太陽光皿型スターリングエンジン発電ユニット(1)を含む。燃焼器(2)と、燃焼器の燃焼開口を、皿型太陽光スターリングエンジンユニットの受熱器へ向け、或いは受熱器から離れさせるように調節することが可能な燃焼器位置調節機構(3)は、各皿型太陽光スターリングエンジンユニット上に載置される。位置調節機構は、皿型太陽光スターリングエンジンの支持体(1a)に設置される。燃焼器(2)は位置調節機構に設置される。燃焼器の燃料供給システム(4)は、メインスイッチ弁(4c)、分岐スイッチ弁(5)、調整弁(6)、および可撓性燃料管(7)を介して燃焼器と連結される。スターリング発電機は、夜間や曇天時でも安定して発電を行うことができる。
【選択図】図1

Description

本発明は、昼夜連続運転が可能な皿形スターリング太陽光発電機に関し、従来の化石エネルギをスターリング太陽光発電ユニットと組み合わせた発電の補完的な方法に属し、また、バイオマスクリーンエネルギをスターリング太陽光発電ユニットと組み合わせた補完的な発電の分野に属する。
従来の化石エネルギ(石炭、石油および天然ガス)の埋蔵量は一層少なくなると共に、化石エネルギによってもたらされる環境汚染問題は、人類の生存および発展を直接脅かすものになってきているので、再生可能なクリーンエネルギを開発することに注目し重視することは、様々な国において政府の合意するところである。太陽エネルギは、広範囲におよび、埋蔵量に制限がなく、回収および利用がクリーンであり、且つ、二酸化炭素が排出されない。従って、太陽エネルギは、一層多くの人々の関心となっている。
太陽エネルギ回収方法によれば、太陽エネルギを利用する現在の発電方法は、太陽光発電を集中させる塔、太陽光発電を集中させるパラボラトラフ、および皿型スターリング太陽光発電を含む。
皿形スターリング太陽光発電ユニットは、自動的に太陽を二次元で追跡することができ、また光電変換効率が高く、始動損失が低い。皿型スターリング太陽光発電ユニットは、これまで太陽光発電効率が最も高いシステムであり、30%を超えていた。システムは殆ど水を消費することなく、また出力効率は26%に達する(自己追跡機構はエネルギを消費する)。
しかし、地上で回収が可能な太陽光は、昼間は入手できるが夜間は入手できず、晴れた日には強く曇りでは弱い。従って、皿形スターリング太陽光発電機は動作が不安定であり、また24時間連続して作動することができないので、使用が著しく制限される。
植物の光合成によって生成される有機物として、バイオマスは広く分布し、埋蔵量が大きく、化石エネルギよりもかなりクリーンであり、二酸化炭素が放出されないことを特徴としている。バイオマスは、固体状態、液体状態、および気体状態で燃焼が可能な唯一のクリーンエネルギであり、極めて重要な再生可能資源でもある。
様々なバイオマス液状化技術、バイオマスガス化技術、および可燃性ガスや可燃性液体の燃焼器技術が、これまでかなり開発され周知となってきた。
従来の皿型スターリング太陽光発電装置の上記技術課題を克服するために、また、皿型スターリング太陽光発電装置の不安定な作動や非連続発電といった問題を解決するために、本発明の目的の一つは、昼夜連続運転が可能な皿型スターリング太陽光発電機を提供することにある。気体燃料または液体燃料が、皿型スターリング太陽光発電機の第2熱源として使用される。夜間や曇天時には、太陽光が非常に弱く、発電機が定格回転数に達することができず、或いは所定のエネルギを出力することができない時には、可燃性ガス(可燃性液体)が補給され、発電のために熱が供給されることにより、夜間に発電ができず、また皿型スターリング太陽光発電システムの作動が不安定であるといった問題が解消される。
また、バイオマス燃料を第2熱源として利用する時には、太陽エネルギとバイオマスエネルギを組み合わせるという技術問題が解消されるので、本発明には、二酸化炭素の排出がなく、また再生可能でクリーンなエネルギ源を使用する発電という効果がもたらされる。
本発明の技術的解決方法としては、昼夜連続運転が可能な皿型スターリング太陽光発電は皿型スターリング太陽光発電装置を含む。皿型スターリング太陽光発電装置は、開口を含む燃焼器と、燃焼器の位置調節機構を含む。位置調節機構は、燃焼器の開口を、皿型スターリング太陽光発電装置の受熱器に対して整列させ或いは偏位させるように調節することができる。位置調節機構は、皿型スターリング太陽光発電装置のブラケット上に載置される。燃焼器は位置調節上に載置される。燃焼器の燃料供給システムは、メインスイッチ弁、分岐スイッチ弁、調整弁、および可撓性搬送管を介して、燃焼器と連結される。
位置調節機構は伸縮機構であり、伸縮機構の駆動装置は、リニアアクチュエータを用い、且つ、燃焼器は伸縮機構の出力端に載置される。
位置調節機構は屈曲式連結機構である。屈曲式連結機構の連結ロッドは、回転アクチュエータ(空気式回転アクチュエータ、液圧式回転アクチュエータ、電気式回転アクチュエータを含む)を介して連結される。燃焼器は、屈曲式連結機構の出力端に載置される。
好適には、屈曲式連結機構は、第1連結ロッド、第2連結ロッド、および第3連結ロッドを含む三重連結機構である。連結ロッドは、回転アクチュエータを介して、互いにつながる。第1連結ロッドは、回転型アクチュエータを介して、皿型スターリング太陽光発電装置と連結される。
燃料供給システムは、ガス貯蔵タンク、ポンプ、メインスイッチ弁、分岐スイッチ弁、調整弁、および可撓性搬送管を含む可燃性ガス供給システムであり、それらは配管を介して連結される。
好適には、燃料供給システムは、バイオマスガス化機器、浄化装置、ガス貯蔵タンク、ポンプ、メインスイッチ弁、分岐スイッチ弁、調整弁、および可撓性搬送管を含むバイオマス供給システムであり、それらは配管を介して連結される。
燃料供給システムは、ガス貯蔵タンク、ポンプ、メインスイッチ弁、分岐スイッチ弁、調整弁、および可撓性搬送管を含む液体燃料供給システムであり、それらは配管を介して連結される。
好適には、燃料供給システムは、バイオマス液状化装置、浄化装置、ガス貯蔵タンク、ポンプ、メインスイッチ弁、分岐スイッチ弁、調整弁、および可撓性搬送管を含む液状化バイオマス供給システムであり、それらは配管を介して連結される。
燃焼器の位置調節機構は夜間(或いは太陽光が十分ではない曇天や雨天時)に始動させられ、燃焼器を、皿型スターリング太陽光発電装置の受熱器位置まで移動させる。燃料が供給および着火させられて、受熱器を加熱することにより、皿型スターリング太陽光発電装置は発電を継続する。
燃焼装置用のガス燃料は天然ガス(メタン、炭鉱ガス、コークスガス、溶鉱炉ガス、または油井回収ガス)である。太陽光が存在しない(または太陽光が不十分である)状態では、天然ガスが燃焼させられて、確実にスターリング太陽光発電装置は昼夜連続運転する。
燃焼装置用のガス燃料は、ディーゼルオイル(灯油、ガソリン、黒色鉱物オイル、カルビノールまたはアルコール)である。太陽光が存在しない(または太陽光が不十分である)状態では、ディーゼルオイルが燃焼させられて、確実にスターリング太陽光発電装置は昼夜連続運転する。
本発明の効果は以下のとおりに要約される:ガス燃料または液体燃料が皿型スターリング太陽光発電機の第2熱源として使用される。夜間または曇天では、太陽光が極めて弱く、発電機が定格回転速度に達し得ず、又は所定のエネルギを出力し得ない時には、可燃性ガス(可燃性液体)が補給され、発電のために熱が供給されるので、夜間に発電ができず、また皿型スターリング太陽光発電システムの作動が不安定であるといった問題が解決される。
本発明は特に、バイオマスガス化エネルギまたは液状化エネルギをスターリング太陽光発電装置と組み合わせて、連続且つ安定した運転が可能なクリーンエネルギ発電機を形成する。
本発明の技術的解決方法は、太陽エネルギをバイオマスエネルギと組み合わせることによる発電を含み、これは、発電が安定的であり、天候の変動による影響が少なく、ほぼ水を消費せず、また二酸化炭素の排出がないという点で優れている。
本発明の一実施形態に係る皿型スターリング太陽光発電機を示す概略図。 本発明の燃焼器の位置調節機構を示す概略図であり、位置調節機構は屈曲連結機構を用いる。 本発明の屈曲連結機構を示す部分拡大図。 本発明のスターリング発電機を示すシステム図。
図1において、符号1は皿型スターリング太陽光発電装置を表し、1aは皿型スターリング太陽光発電装置のブラケットを表し、1bは皿型スターリング太陽光発電装置の受熱器を表し、1cは皿型ミラーを表し、1dは皿型ミラーのブラケットを表し、ブラケットは太陽光追跡装置を含み、2は燃焼器を表し、2cは燃焼器の移動方向を表し、2dは燃焼器の移動端を表し、3は空気、液体、または電気駆動式伸縮機構のいずれであってもよい燃焼器位置調節機構を表し、4はバイオマスガス化装置またはバイオマス液状化装置を表し、4aはガスまたは液体貯蔵タンクを表し、4bはポンプを表し、4cはメインスイッチ弁を表し、4dは浄化装置を表し、5は分岐スイッチ弁を表し、6は調節弁を表し、7は燃焼器2の燃料入口と連結される可撓性搬送管を表す。
図2および図3において、符号1は皿型スターリング太陽光発電装置を表し、1aは皿型スターリング太陽光発電装置のブラケットを表し、1bは皿型スターリング太陽光発電装置の受熱器を表し、1cは皿型ミラーを表し、1dは皿型ミラーのブラケットを表し、ブラケットは太陽光追跡装置を含み、2は燃焼器を表し、2dは燃焼器の最適加熱位置を表し、3dは第1連結ロッドを表し、3eは第2連結ロッドを表し、3fは第3連結ロッドを表し、3gは回転アクチュエータを表し、第1連結ロッド3dの始端は3g1を介して1aと連結されており、3dの終端は3g2を介して3eの始端と連結され、3eの終端は3g3を介して3fの始端と連結され、3fの終端は燃焼器2に固定され、5は分岐スイッチ弁を表し、6は調整弁を表し、7は燃焼器2の燃料入口と連結される可撓性搬送管を表す。5は燃料搬送管を介してメインスイッチ弁と連結され、図中の燃料供給システムは、図1のものと同じである。
図4では、4個の皿型スターリング太陽光発電装置が組み合わせられており、可燃性ガス(可燃性液体)供給システムを共有している。皿型スターリング太陽光発電装置の数は、所望する発電機の発電量に基づき、増加または減少させられてよい。
図4では、符号1は皿型スターリング太陽光発電装置を表し、1aは皿型スターリング太陽光発電装置のブラケットを表し、1bは皿型スターリング太陽光発電装置の受熱器を表し、1cは皿型ミラーを表し、1dは皿型ミラーのブラケットを表し、ブラケットは太陽光追跡装置を含み、2は燃焼器を表し、2cは燃焼器の燃焼器の移動方向を表し、2dは燃焼器の移動端を表し、3は空気、液体または電気駆動式伸縮機構のいずれかである燃焼器位置調節機構を表し、4はバイオマスガス化装置またはバイオマス液状化装置を表し、4aは貯蔵タンクを表し、4bはポンプを表し、4cはメインスイッチ弁を表し、4dは浄化装置を表し、5は分岐スイッチ弁を表し、6は調整弁を表し、7は燃焼器2の燃料入口と連結される可撓性搬送管を表す。
本発明の構造的配置、最良の形態、および技術的過程を、図面と併せて以下に説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
昼夜連続運転が可能な皿型スターリング太陽光発電機は、燃焼器と、位置調節機構と、燃料供給システムを備えた皿型スターリング太陽光発電装置を含む。位置調節機構は皿型スターリング太陽光発電システムのブラケットに載置される。燃焼器は位置調節機構に配置される。位置調節機構は、燃焼器の開口を、皿型スターリング太陽光発電装置の受熱器と整列させるように調節することにより、受熱器は燃焼器の火炎によって加熱される。燃料供給システムは可撓性搬送管を介して燃焼器と連結される。
図1に示すように、昼夜連続運転が可能な皿型スターリング太陽光発電機は、皿型スターリング太陽光発電装置1を含む。各皿型スターリング太陽光発電装置1には燃焼器2と、位置調節機構3と、燃料供給システムが設けられる。位置調節機構3は、皿型スターリング太陽光発電システムのブラケット1a上に載置される。燃焼器2は位置調節機構3に配置される。位置調節機構3は、燃焼器2の位置を調節可能にして、受熱器1bに夜間(または太陽光が存在しない曇天または雨天時)に継続して受熱を行わせる。燃焼器の燃料供給システム4は、メインスイッチ弁4c、分岐スイッチ弁5、調整弁6、可撓性搬送管7を介して、燃焼器に燃料を供給する。
位置調整機構3の駆動装置は、空気圧式リニアアクチュエータ、液圧式リニアアクチュエータおよび電気式リニアアクチュエータを含むリニアアクチュエータである。リニアアクチュエータ3のロッドは、燃焼器と連結される。駆動装置のケーシングはブラケット1aに固定される(空気圧式リニアアクチュエータが用いられる場合、空気シリンダのケーシングがブラケット1aに固定され、空気シリンダのピストンロッドが燃焼器と連結される)。
当然のことながら、一般的な液圧式オイルシリンダ、ガスシリンダ、および電磁レバー全てが、位置調節機構或いは位置調節機構の一部として用いられてよい。
燃焼器の燃料供給システムは、可燃性ガス(または可燃性液体)貯蔵タンク4a、ポンプ4b、メインスイッチ弁4c、分岐スイッチ弁5、調整弁6および可撓性搬送管7を含むバイオマスガス化装置またはバイオマス液状化装置4を含み、それらは配管を介して連結される。ガス燃料(液体燃料)の浄化装置4dは、燃料貯蔵タンクの前方に配置される配管ネットワークに載置される。ガス燃料浄化装置4dは、燃料を浄化することができる。
調整弁6は、燃料の流れを制御すると共に、熱供給の程度を変更するために使用される。
分岐スイッチ弁5は、単一のスターリング太陽光発電機の燃料供給の開始または停止を制御するために使用される。
図2〜図3に示すように、燃焼器の位置調節機構は、屈曲式連結機構である。屈曲式連結機構の連結ロッドは、(空気圧式回転アクチュエータ、液圧式回転アクチュエータ、電気式回転アクチュエータを含む)回転アクチュエータを介して連結される。燃焼器2は屈曲式連結機構の出力端に載置される。
図2は、本発明の燃焼器の位置調節機構を示す概略図であり、位置調節機構は屈曲式連結機構を用いる。図3は、本発明の屈曲式連結機構の部分拡大図である。図2および図3において、符号1は皿型スターリング太陽光発電装置を表し、1aは皿型スターリング太陽光発電装置のブラケットを表し、1bは皿型スターリング太陽光発電装置の受熱器を表し、1cは皿型ミラーを表し、1dは皿型ミラーのブラケットを表し、ブラケットは太陽光追跡装置を含み、2は燃焼器を表し、2dは燃焼器の最適加熱位置を表し、3dは第1連結ロッドを表し、3eは第2連結ロッドを表し、3fは第3連結ロッドを表し、3gは回転アクチュエータを表す。第1連結ロッド3dの始端は、3g1を介して1aと連結される。3dの終端は3g2を介して3eの始端と連結される。3eの終端は、3g3を介して3fの始端と連結される。3fの終端は燃焼器2に固定される。5は分岐スイッチ弁を表す。6は調整弁を表し、7は燃焼器2の燃料入口と連結される可撓性搬送管を表す。分岐スイッチ弁5は燃料搬送管を介してメインスイッチ弁と連結され、図の燃料供給システムは図1のものと同じである。
図4は、本発明のスターリング発電機のシステム図である。
図4では、4個の皿型スターリング太陽光発電装置が組み合わせられており、それらは可燃性ガス(可燃性液体)供給システムを共有する。皿型スターリング太陽光発電装置の数は、所望する発電機の発電量に基づき、増加または減少させられてよい。
図4において、符号1は皿型スターリング太陽光発電装置を表し、1aは皿型スターリング太陽光発電装置のブラケットを表し、1bは皿型スターリング発電装置の受熱器を表し、1cは皿型ミラーを表し、1dは皿型ミラーのブラケットを表し、ブラケットは太陽光追跡装置を含み、2は燃焼器を表し、2cは燃焼器の移動方向を表し、2dは燃焼器の移動端を表し、3は空気、液体、または電気駆動式伸縮機構のいずれであってもよい燃焼器の位置調節機構を表し、4はバイオマスガス化装置またはバイオマス液状化装置を表し、4aは貯蔵タンクを表し、4bはポンプを表し、4cはメインスイッチ弁を表し、4dは浄化装置を表し、5は分岐スイッチ弁を表し、6は調整弁を表し、7は燃焼器2の燃料入口と連結される可撓性搬送管を表す。
燃焼装置の位置調節機構は夜間(或いは太陽光が不十分な曇天または雨天時)に開始させられ、燃焼装置の燃焼器を、皿型スターリング太陽光発電装置の受熱器の位置へ移動させ、燃料が供給および着火させられて、受熱器を加熱することにより、皿型スターリング太陽光発電装置は継続して発電する。従って、皿型スターリング太陽光発電ユニットが安定して作動せず、また24時間連続運転することができないという問題が解消される。特に、バイオマス可燃性ガスまたはバイオマス可燃性液体が燃料として用いられる場合には、皿型スターリング太陽光発電装置は安定して、昼夜連続運転が可能である。
燃焼装置の燃料は、天然ガス(メタン、炭鉱ガス、コークスガス、溶鉱炉ガス、または油井回収ガス)に置き換えられて、スターリング太陽光発電装置が昼夜連続運転させられるようにしてもよい。好適には、バイオマスガス化ガスが用いられる。
燃焼装置用の燃料は、本発明のスターリング太陽光発電装置を昼夜連続運転させるために、バイオマス液体燃料、ディーゼルオイル、灯油、ガソリン、黒色鉱物オイル、カルビノールまたはアルコールである。好適には、バイオマスガス化液体が用いられる。
太陽光発電機には、(装置の出力や太陽エネルギ回収面積に応じて)複数の皿型スターリング太陽光発電装置が設けられる。各皿型スターリング太陽光発電装置は、ブラケット上に配置される燃焼器を含む。燃焼器の燃料供給システムは、スイッチ弁、調整弁、および可撓性搬送管を介して燃焼器に連結され、燃料を燃焼器へ供給する。燃焼器は位置調節機構と連結される。位置調節機構は皿型スターリング太陽光発電装置のブラケット上に載置される。各皿型スターリング太陽光発電装置には燃料供給システムが設けられ、或いは、複数の皿型スターリング太陽光発電装置は燃料供給システムを共有する。
本発明の要点としては、各皿型スターリング太陽光発電装置に燃焼装置が設けられることである。太陽光が存在しない(或いは太陽光が不十分である)状況では、燃焼装置の燃焼器はスターリング太陽光発電ユニットの受熱器の位置へ移動させられ、次に、燃焼器が着火させられて、受熱器を加熱する。従って、燃焼装置が個々に設けられるこれらの皿型スターリング太陽光発電装置は、本発明の保護範囲に含まれる。
1 皿型スターリング太陽光発電装置
2 燃焼器
3 位置調節機構
4 燃料供給システム
5 分岐スイッチ弁
6 調整弁
7 可撓性搬送管

Claims (12)

  1. 皿型スターリング太陽光発電装置(1)を含み、昼夜連続運転が可能な皿型スターリング太陽光発電機であって、前記皿型スターリング太陽光発電装置(1)は開口を含む燃焼器(2)と、前記燃焼器の位置調節機構(3)を含み、前記位置調節機構(3)は、前記燃焼器開口を、前記皿型スターリング太陽光発電装置(1)の受熱器に対して整列または偏位させるように調節することが可能であり、前記位置調節機構(3)は前記皿型スターリング太陽光発電装置(1)のブラケット(1a)上に載置され、前記燃焼器(2)は前記位置調節機構(3)上に載置され、前記燃焼器(2)の燃料供給システム(4)はメインスイッチ弁(4c)、分岐スイッチ弁(5)、調整弁(6)および可撓性搬送管(7)を介して前記燃焼器(2)と連結される、太陽光発電機。
  2. 前記位置調節機構(3)は伸縮機構であり、前記伸縮機構の駆動装置はリニアアクチュエータを用いるものであり、前記燃焼器(2)は前記伸縮機構の出力端に載置される、請求項1の太陽光発電機。
  3. 前記位置調節機構(3)は屈曲式連結機構であり、前記屈曲式連結機構の連結ロッドは回転アクチュエータを介して連結され、前記燃焼器(2)は前記屈曲式連結機構の出力端に載置される、請求項1の太陽光発電機。
  4. 前記屈曲式連結機構は、第1連結ロッド(3d)、第2連結ロッド(3e)、および第3連結ロッド(3f)を含む三重連結機構であり、前記連結ロッドは前記回転アクチュエータ(3g)を介して互いにつながり、前記第1連結ロッド(3d)は前記回転アクチュエータ(3g)を介して、前記皿型スターリング太陽光発電装置(1)のブラケット(1a)と連結される、請求項3の太陽光発電機。
  5. 前記燃料供給システムは、ガス貯蔵タンク(4a)、ポンプ(4b)、前記メインスイッチ弁(4c)、前記分岐スイッチ弁(5)、前記調整弁(6)、および前記可撓性搬送管(7)を含む可燃性ガス供給システムであり、それらは配管を介して連結される、請求項1、2または3の太陽光発電機。
  6. 前記燃料供給システムは、バイオマスガス化装置(4)、浄化装置(4d)、前記ガス貯蔵タンク(4a)、前記ポンプ(4b)、前記メインスイッチ弁(4c)、前記分岐スイッチ弁(5)、前記調整弁(6)、および前記可撓性搬送管(7)を含むバイオマスガス供給システムであり、それらは配管を介して連結される、請求項5の太陽光発電機。
  7. 前記燃料供給システムは、液体貯蔵タンク(4a)、ポンプ(4b)、前記メインスイッチ弁(4c)、前記分岐スイッチ弁(5)、前記調整弁(6)、および前記可撓性搬送管(7)を含む液体燃料供給システムであり、それらは配管を介して連結される、請求項1、2または3の太陽光発電機。
  8. 前記燃料供給システムは、バイオマス液状化装置(4)、浄化装置(4d)、前記ガス貯蔵タンク(4a)、前記ポンプ(4b)、前記メインスイッチ弁(4c)、前記分岐スイッチ弁(5)、前記調整弁(6)、および前記可撓性搬送管(7)を含む液状化バイオマス供給システムであり、それらは配管を介して連結される、請求項7の太陽光発電機。
  9. 前記燃料供給システムは、ガス貯蔵タンク(4a)、ポンプ(4b)、前記メインスイッチ弁(4c)、前記分岐スイッチ弁(5)、前記調整弁(6)および前記可撓性搬送管(7)を含む可燃性ガス供給システムであり、それらは配管を介して連結される、請求項4の太陽光発電機。
  10. 前記燃料供給システムは、バイオマスガス化装置(4)、浄化装置(4d)、前記ガス貯蔵タンク(4a)、前記ポンプ(4b)、前記メインスイッチ弁(4c)、前記分岐スイッチ弁(5)、前記調整弁(6)、および前記可撓性搬送管(7)を含むバイオマスガス供給システムであり、それらは配管を介して連結される、請求項9の太陽光発電機。
  11. 前記燃料供給システムは、液体貯蔵タンク(4a)、ポンプ(4b)前記メインスイッチ弁(4c)、前記分岐スイッチ弁(5)、前記調整弁(6)、および前記可撓性搬送管(7)を含む液体燃料供給システムであり、それらは配管を介して連結される、請求項4の太陽光発電機。
  12. 前記燃料供給システムは、バイオマス液状化装置(4)、浄化装置(4d)、前記液体貯蔵タンク(4a)、前記ポンプ(4b)、前記メインスイッチ弁(4c)、前記分岐スイッチ弁(5)、前記調整弁(6)、および前記可撓性搬送管(7)を含む液状化バイオマス供給システムであり、それらは配管を介して連結される、請求項11の太陽光発電機。
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