JP2016100957A

JP2016100957A - 外燃機関を用いた電力システム

Info

Publication number: JP2016100957A
Application number: JP2014235185A
Authority: JP
Inventors: 竹内　誠; Makoto Takeuchi; 誠竹内; 鈴木　伸治; Shinji Suzuki; 伸治鈴木; 穣阿部; Yutaka Abe; 陽一木内; Yoichi Kiuchi
Original assignee: Suction Gas Engine Mfg Co Ltd; Sun Wa Technos Corp
Current assignee: Suction Gas Engine Mfg Co Ltd; Sun Wa Technos Corp
Priority date: 2014-11-20
Filing date: 2014-11-20
Publication date: 2016-05-30
Anticipated expiration: 2034-11-20
Also published as: JP6541100B2

Abstract

【課題】発電効率や電力の利用効率を向上させることのできる外燃機関を用いた電力システムを提供する。【解決手段】外燃機関（スターリングエンジン２）を動力源として駆動される発電手段３と、発電された交流電力を直流電力に変換するＡＣ／ＤＣ変換手段４と、ＤＣ母線２００と負荷との間に設けられ、ＤＣ／ＡＣ変換手段を有する自立インバータ５と、ＤＣ母線の電圧を検出する第１の電圧検出部Ｖ１と、第１の電圧検出部の検出結果に応じて発電手段の周波数を増減する発電機制御インバータ６とを備え、発電機制御インバータは、第１の電圧検出部による検出電圧が上限設定電圧を超えた場合には周波数を低減させて外燃機関の出力を下げ、第１の電圧検出部による検出電圧が下限設定電圧未満の場合には周波数を上昇させて外燃機関の出力を上げるように負荷追従制御を行う。【選択図】図１

Description

本発明は、スターリングエンジンを含む外燃機関を用いた発電効率や電力の利用効率等を向上させる電力システムに関するものである。

近年、木質バイオマスボイラー等の排熱や太陽熱等を有効利用するために、外燃機関の一種であるスターリングエンジン（Stirling engine）が注目されている。

スターリングエンジンは、作動空間内のヘリウム等の気体を外部から加熱・冷却し、その体積と圧力の変化により出力を得る外燃機関の一種である。

このスターリングエンジンは高い熱効率を期待でき、作動流体（気体）を外部から加熱するので熱源を問わず、木質バイオマスの燃焼熱、太陽熱、地熱、排熱といった各種の熱源を活用でき、再生可能エネルギーの利用や省エネルギーに資することができるという利点がある。

スターリングエンジンに関する技術は種々提案されている（例えば、特許文献１等）。

特開２００６−１１８４３０号公報

しかしながら、太陽熱などを熱源とする場合には、天候や時間帯等の条件により熱源の熱エネルギーが変動し易く、スターリングエンジンの出力が安定しないという難点があった。即ち、太陽熱等は、天候等の条件の変化により集熱される熱エネルギーにバラつきを生じ易く、このような熱源によって稼働されるスターリングエンジンで発電機を駆動する場合には、発電される電力が安定しないという不都合があった。

また、上記のような熱源によりスターリングエンジンを稼働し、発電機を駆動させて電力を得る場合には、熱源の熱エネルギーの変動に応じて、出力される電力も変動することから、電力の消費側（負荷）において電力不足あるいは電力過多となる場合がある。

そのため、電気製品などの動作が不安定になったり、あるいは余剰電力を無駄にする虞があるという不都合があった。

このように従来の外燃機関を用いた電力システムは、発電される電力が安定せず、発電効率や電力の利用効率が比較的低いという難点があった。

本発明は上記の事情に鑑み、発電電力を安定させ、発電効率や電力の利用効率を向上させることのできる外燃機関を用いた電力システムを提供することを目的としている。

前記課題を解決するため、請求項１の発明に係る外燃機関を用いた電力システムは、熱を発生する熱源手段と、前記熱源手段から供給される所定温度の熱エネルギーによって稼働されるスターリングエンジンを含む外燃機関と、前記外燃機関を動力源として駆動される発電手段と、前記発電手段で発電された交流電力を直流電力に変換するＡＣ／ＤＣ変換手段と、前記ＡＣ／ＤＣ変換手段で変換された直流が通るＤＣ母線と負荷との間に設けられ、ＤＣ／ＡＣ変換部を有する自立インバータと、前記ＤＣ母線の電圧を検出する第１の電圧検出部と、前記第１の電圧検出部の検出結果に応じて前記発電手段の周波数を増減する発電機制御インバータとを備え、前記発電機制御インバータは、前記第１の電圧検出部による検出電圧が上限設定電圧を超えた場合には前記周波数を低減させて前記外燃機関の出力を下げ、前記第１の電圧検出部による検出電圧が下限設定電圧未満の場合には前記周波数を上昇させて前記外燃機関の出力を上げるように負荷追従制御を行うことを特徴とする。

請求項２の発明に係る外燃機関を用いた電力システムは、請求項１に記載の発明について、前記ＤＣ母線には、ＤＣ／ＤＣ変換器および充放電制御装置を介して余剰電力を蓄電する二次電池が、前記二次電池には充電度を検出する充電度検出部がさらに設けられ、前記充電度検出部の検出結果に応じて前記二次電池への電力の割り振りの制御を行う充放電制御装置が前記ＤＣ母線に接続され、前記充放電制御装置は、前記充電度検出部の検出結果が所定の閾値以下の場合には前記二次電池への電力供給を増やすように充放電制御を行うことを特徴とする。

請求項３の発明に係る外燃機関を用いた電力システムは、請求項２に記載の発明について、前記ＤＣ母線の電圧を検出する第２の電圧検出部をさらに備え、
前記充放電制御装置は、前記第２の電圧検出部の検出電圧が設定電圧よりも高く、且つ、前記充電度検出部の検出結果が所定の閾値以下ならば前記二次電池を充電し、前記第２の電圧検出部の検出電圧が設定電圧よりも高く、且つ、前記充電度検出部の検出結果が所定の閾値を超えているならば、前記発電機制御インバータにより前記周波数を低減させて前記外燃機関の出力を下げ、前記第２の電圧検出部の検出電圧が設定電圧よりも低く、且つ、前記充電度検出部の検出結果が所定の閾値を超えているならば前記二次電池を放電し、前記第２の電圧検出部の検出電圧が設定電圧よりも低く、且つ、前記充電度検出部の検出結果が所定の閾値以下ならば、前記発電機制御インバータにより前記周波数を上昇させて前記外燃機関の出力を上げるように、それぞれ制御することを特徴とする。

請求項４の発明に係る外燃機関を用いた電力システムは、請求項１から請求項３の何れか１項に記載の発明について、前記所定温度は、６００℃以下であることを特徴とする。

請求項５の発明に係る外燃機関を用いた電力システムは、請求項２から請求項４の何れか１項に記載の発明について、前記二次電池には、リチウムイオン電池、電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタおよび鉛蓄電池の少なくとも一つを含むことを特徴とする。

請求項６の発明に係る外燃機関を用いた電力システムは、請求項１から請求項５の何れか１項に記載の発明について、前記熱源手段は、太陽熱集熱器およびバイオマス燃料の燃焼器を含むことを特徴とする。

本発明によれば、発電効率や電力の利用効率を向上させることのできる外燃機関を用いた電力システムを提供することができる。

第１の実施の形態に係る外燃機関を用いた電力システムの概略構成を示すブロック図である。比較例としての内燃機関を用いた電力システムの概略構成を示すブロック図である。第２の実施の形態に係る外燃機関を用いた電力システムの概略構成を示すブロック図である。実施の形態に係る外燃機関を用いた電力システムに適用される低温度差型スターリングエンジンの実施例を示す全体構成図である。

以下、本発明の一例としての実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。ここで、添付図面において同一の部材には同一の符号を付しており、また、重複した説明は省略されている。なお、ここでの説明は本発明が実施される最良の形態であることから、本発明は当該形態に限定されるものではない。

（第１の実施の形態）
図１のブロック図を参照して、第１の実施の形態に係る外燃機関を用いた電力システムＳ１の構成について説明する。

図１に示すように、本実施の形態に係る外燃機関を用いた電力システムＳ１は、熱を発生する太陽熱集熱器やバイオマス燃料の燃焼器等で構成される熱源手段１と、熱源手段１から供給される所定温度の熱エネルギーによって稼働される外燃機関の一種としてのスターリングエンジン２と、スターリングエンジン２を動力源として駆動される発電手段（発電機）３と、発電手段３で発電された交流電力を直流電力に変換するＡＣ／ＤＣ変換手段（ＡＣ／ＤＣコンバータ）４と、ＡＣ／ＤＣ変換手段４で変換された直流が通るＤＣ母線２００と負荷１００との間に設けられ、ＤＣ／ＡＣ変換部５ａを有する自立インバータ５と、ＤＣ母線２００の電圧を検出する第１の電圧検出部Ｖ１と、第１の電圧検出部Ｖ１の検出結果に応じて発電手段３の周波数を増減する発電機制御インバータ６とを備え、発電機制御インバータ６は、第１の電圧検出部Ｖ１による検出電圧が上限設定電圧を超えた場合には周波数を低減させてスターリングエンジン２の出力を下げ、第１の電圧検出部Ｖ１による検出電圧が下限設定電圧未満の場合には周波数を上昇させてスターリングエンジン２の出力を上げるように負荷追従制御を行うように構成されている。

また、本実施の形態では省略するが、外部電源と連系させる連系インバータを別途設けるようにしてもよい。

第１の実施の形態に係る外燃機関を用いた電力システムＳ１によれば、第１の電圧検出部Ｖ１の検出結果に応じて発電手段３の周波数を増減するという簡単な制御により、スターリングエンジン２の出力を調整して負荷追従制御を実現することができる。

なお、実装置では、発電機制御インバータ６により発電機３の交流電力を直流に変換する際に、変換周波数を変えることにより、発電機３の回転数を変えることができる。

また、ＡＣ／ＤＣ変換手段（ＡＣ／ＤＣコンバータ）４は、発電機制御インバータ６を構成するインバータ素子自体が兼ねるように構成してもよい。

（比較例に係る電力システム）
ここで、図２を参照して、比較例に係る電力システムＳ１００について説明する。

図２に示すように、比較例に係る電力システムＳ１００は、出力制御装置４０を備えるガソリンエンジン等の内燃機関２０と、内燃機関２０を動力源として駆動される発電手段（発電機）３と、発電機３を制御するコントローラ３００と、コントローラ３００から出力される電圧を検出する電圧検出部Ｖ１０と、出力制御装置４０と発電機３の間にあって回転数を検出するＲＰＭ検出器３０２とを備える。

なお、ＲＰＭ検出器３０２に代えて、回転速度を検出可能な速度演算装置（例えば、ベクトル制御における速度演算装置）などを用いるようにしてもよい。

また、コントローラ３００は、発電機３の出力を制御する発電機制御インバータ３０と、発電手段３で発電された交流電力を直流電力に変換するＡＣ／ＤＣ変換器（ＡＣ／ＤＣコンバータ）４とを備える。

また、出力制御装置４０は、例えば、燃料制御部４０ａ、吸気制御部４０ｂ等の各種制御部を備える。

そして、コントローラ３００および出力制御装置４０は、例えば、負荷に対応する内燃機関２０の回転数に対する燃料供給量および空気量の最適値を予め設定しておき、コントローラ３００により制御された回転数に合わせて燃料供給量および空気量を調整するという比較的複雑な制御処理により、内燃機関２０の出力制御を行う必要があった。そのため、制御系の装置構成が複雑になり、コストが嵩むという不都合もあった。

また、負荷に応じて内燃機関２０の回転数のみを制御した場合には、燃料供給量や空気量が最適値から外れ、不完全燃焼を生じて排気ガスの有害成分が増加する等の不具合が発生するという難点もあった。

一方、第１の実施の形態に係る外燃機関を用いた電力システムＳ１によれば、上述のように、第１の電圧検出部Ｖ１の検出結果に応じて発電手段３の周波数を増減するという比較的簡単な制御により、スターリングエンジン２の出力を制御することができる。また、内燃機関２０とは異なりスターリングエンジン２では、その特性上、出力を制御するために直接的に燃料供給量や空気量を調整する必要が無く、比較例における出力制御装置４０自体が不要である。また、当然に出力制御装置４０を制御する複雑な制御処理も不要となる。そのため、システム全体の構成を簡易化することができ、コストも低廉化することができる。

（第２の実施の形態）
図３のブロック図を参照して、第２の実施の形態に係る外燃機関を用いた電力システムＳ２の構成について説明する。

図３に示すように、本実施の形態に係る外燃機関を用いた電力システムＳ２は、第１の実施の形態に係る電力システムＳ１と同様に、熱を発生する太陽熱集熱器やバイオマス燃料の燃焼器等で構成される熱源手段１と、熱源手段１から供給される所定温度の熱エネルギーによって稼働されるスターリングエンジン２と、スターリングエンジン２を動力源として駆動される発電手段（発電機）３と、発電機３で発電された交流電力を直流電力に変換するＡＣ／ＤＣ変換手段としてのＡＣ／ＤＣ変換器（ＡＣ／ＤＣコンバータ）４と、ＤＣ母線２００と負荷１００との間に設けられ、ＤＣ／ＡＣ変換部５ａを有する自立インバータ５と、自立インバータ５から出力される電圧を検出する第１の電圧検出部Ｖ１と、第１の電圧検出部Ｖ１の検出結果に応じて発電機３の周波数を増減する発電機制御インバータ６とを備える。

また、ＡＣ／ＤＣ変換器４には、ＤＣ／ＤＣ変換器１０および充放電制御装置１１を介して余剰電力を蓄電する二次電池１２が、二次電池１２には充電度を検出する充電度検出部（充電度センサ）１３がさらに設けられ、充電度センサ１３の検出結果に応じて二次電池１２への電力の割り振りの制御を行う充放電制御装置１１がＤＣ母線２００に接続され、充放電制御装置１１は、充電度センサ１３の検出結果が所定の閾値以下の場合には二次電池１２への電力供給を増やすように負荷追従制御を行う。

なお、二次電池１２としては、リチウムイオン電池、電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタおよび鉛蓄電池などの電池類の少なくとも一つを含むようにできる。

また、本実施の形態に係る電力システムＳ２は、ＤＣ／ＤＣ変換器１０と充放電制御装置１１との間の電圧を検出する第２の電圧検出部Ｖ２をさらに備える。そして、充放電制御装置１１は、第２の電圧検出部Ｖ２の検出電圧が設定電圧よりも高く、且つ、充電度検出部１３の検出結果が所定の閾値以下ならば二次電池１２を充電し、第２の電圧検出部Ｖ２の検出電圧が設定電圧よりも高く、且つ、充電度検出部１３の検出結果が所定の閾値を超えているならば、発電機制御インバータ６により周波数を低減させてスターリングエンジン２の出力を下げ、第２の電圧検出部Ｖ２の検出電圧が設定電圧よりも低く、且つ、充電度検出部１３の検出結果が所定の閾値を超えているならば二次電池１２を放電し、第２の電圧検出部Ｖ２の検出電圧が設定電圧よりも低く、且つ、充電度検出部１３の検出結果が所定の閾値以下ならば、発電機制御インバータ６により周波数を上昇させてスターリングエンジン２の出力を上げるように、それぞれ制御する。

これにより、システム全体で、負荷１００の状況に応じて、発電効率や電力の利用効率を向上させることが可能となる。

第１の電圧検出部Ｖ１の検出結果に応じて発電手段３の周波数を増減するという比較的簡単な制御により、スターリングエンジン２の出力を制御することができるという利点は、第１の実施の形態に係る電力システムＳ１と同様である。

なお、本実施の形態に係る電力システムＳ２では、電圧検出部Ｖ１、Ｖ２を別装置として備えているが、一つ電圧検出装置で電圧検出部Ｖ１、Ｖ２を兼ねるようにしてもよい。

（低温度差型スターリングエンジンの実施例）
図５を参照して、実施の形態に係る外燃機関を用いた電力システムＳ１、Ｓ２に適用可能な低温度差型スターリングエンジン２を用いた熱機関の実施例について説明する。

図５は、第１実施例に係る低温度差型スターリングエンジン２の全体構成図である。

スターリングエンジンを構成するエンジン本体２０１は、冷却装置２０３と、熱源手段としての熱源装置２０５と、熱源装置２０５を流れる熱媒流体を冷却する冷却手段としての熱媒冷却装置２０６を備えている。これら冷却装置２０３、熱源装置２０５および熱媒冷却装置２０６については後述する。

スターリングエンジン本体２０１は、ハウジング２０７の図中で上部にカバー２０９を、同下部にクランクケース２１１をそれぞれ設けている。ハウジング２０７内の上下方向ほぼ中央には熱交換器ユニット２１３を配置し、この熱交換器ユニット２１３は、図５中で上部から加熱器１５、再生器１７および冷却器１９を作動ガスの流れに沿って並べて配置している。

上記した加熱器１５に前述の熱源装置２０５および熱媒冷却装置２０６を、また冷却器１９に冷却装置２０３および熱媒冷却装置２０６をそれぞれ接続している。

加熱器１５の上部側のハウジング２０７内には、高温側ピストン２１を、冷却器１９の下部側のハウジング２０７内には低温側ピストン２３を、それぞれ図５中で上下方向に移動可能に収容している。

高温側ピストン２１は、熱交換器ユニット２１３および低温側ピストン２３に対して相対移動可能に貫通するピストンロッド２５を介してクランク軸２７のクランクピン２７ａに連結し、一方低温側ピストン２３は、２本のピストンロッド２９を介してクランク軸２７のクランクピン２７ｂに連結している。

このような高温側ピストン２１と低温側ピストン２３とは、往復移動する際の互いの位相差が例えば９０度という所定の位相差となるようクランク軸２７に連結している。

上記したハウジング２０７および高温側、低温側各ピストン２１、２３に囲まれた領域が、ヘリウムなどの作動ガスが密閉状態で封入される作動ガス空間であり、このうち加熱器１５と高温側ピストン２１との間が、加熱器１５にて加熱された作動ガスが膨脹する高温作動空間３１となり、冷却器１９と低温側ピストン２３との間が、冷却器１９にて放熱された作動ガスが圧縮される低温作動空間３３となる。この高温作動空間３１と低温作動空間３３との間で、互いに作動ガスを移動させて作動ガスの膨脹・圧縮を繰り返すことで、熱と動力との変換が行われる。

上記した高温側ピストン２１および低温側ピストン２３は、高温作動空間３１および低温作動空間３３それぞれに対し作動ガスの容積変化をもたらすとともに、作動ガスの圧力変化を受けて動力を伝達するパワーピストンを構成している。

また、クランク軸２７には、ハウジング２０７の外部にてプーリ３５、ベルト３７およびプーリ３９を介して発電機４１を接続し、スターリングエンジンである上記したスターリングエンジン本体２０１の駆動によって、該発電機４１を発電する。すなわち、本熱機関では、作動ガスの圧力変化に基づく各ピストン２１、２３の往復運動をクランク軸２７が回転運動として外部に取り出すことになる。

加熱器１５は、前記した高温作動空間３１の再生器１７側近傍に、熱媒流体通路となる熱媒流体配管４３の一部の加熱器部分４３ａを挿入している。熱媒流体配管４３は、閉ループ状に形成しており、加熱器１５（スターリングエンジン本体２０１）から外部に引き出した延長部分としての熱源部分４３ｂが前記した熱源装置２０５を構成している。

ここでの熱源装置２０５は、燃焼装置としてのボイラからの排出ガスＥ、すなわち廃熱を利用した排出ガス熱源手段を構成している。このボイラは、木質ペレットなどのバイオマス燃料を使用するほか、ガス燃料、液体燃料を使用してもよい。なお、熱源装置２０５としては、ボイラのほかに燃焼装置である内燃機関などの燃焼機関の排出ガスを利用した排出ガス熱源手段とすることもできる。

また、ここでの熱媒流体としては油、溶酸塩などの液体や蒸気とすることが好ましい。

熱媒流体配管４３における加熱器部分４３ａと熱源部分４３ｂとの間の一方の中間部分４３ｃにはポンプ４５およびリザーバタンク４７がそれぞれ設置されている。

また、熱媒流体配管４３における加熱器部分４３ａと熱源部分４３ｂとの間の他方の中間部分４３ｄには、流量調整手段としての流量調整弁１０１を介して配管１０３の一端を接続し、配管１０３の他端は、熱媒流体配管４３の加熱器１５（スターリングエンジン本体２０１）の外部への延長部分である熱媒冷却部分１０５の一端に接続する。この熱媒冷却部分１０５は、前記した熱媒冷却装置２０６内の冷却媒体である水１０７中に配置している。

上記した熱媒冷却部分１０５の他端は配管１０９の一端に接続し、配管１０９の他端は加熱器１５とリザーバタンク４７との間の熱媒流体配管４３に接続する。

すなわち、加熱器１５と冷却手段である熱媒冷却装置２０６とは、熱媒流体通路により並列に接続したことになる。

一方、冷却器１９は、前記した低温作動空間３３の再生器１７側近傍に、冷却媒体通路となる冷却水配管４９の一部の冷却器部分４９ａを挿入している。冷却水配管４９の冷却器１９から下流側の外部に引き出した配管４９ｂは、前記した熱媒冷却装置２０６内に接続開口している。

また、熱媒冷却装置２０６には、別途配管４９ｃの一端を接続開口させ、配管４９ｃの他端は、前記した冷却装置２０３の冷却水タンク５１内に配置してある冷却媒体冷却部分４９ｄの一端に接続している。冷却媒体冷却部分４９ｄの他端は配管４９ｅの一端を接続し、配管４９ｅの他端は前記した冷却器部分４９ａに接続する。

冷却水タンク５１内の冷却水は、外部から入口配管１１１を通して供給されるとともに、出口配管１１３から排出されて例えば図示しないボイラなどに利用することができる。

上記した配管４９ｅにはポンプ５２を設置し、ポンプ５２と冷却媒体冷却部分４９ｄとの間の配管４９ｅにはリザーバタンク１１９を接続する。

このように構成したスターリングエンジンでは、スターリングエンジン本体２０１において高温作動空間３１と低温作動空間３３との間で、互いに作動ガスを移動させて作動ガスの膨脹・圧縮を繰り返すことで、熱と動力との変換が行われる。このとき流量調整弁１０１は、熱媒流体が加熱器１５に流れるように設定しておく。

この際、本実施例では、熱源装置２０５の熱源部分４３ｂで加熱された熱媒流体が、ポンプ４５の作動により熱媒流体配管４３を流れ流量調整弁１０１を経て加熱器１５の加熱器部分４３ａに送られることで、作動ガスが熱媒流体と熱交換して受熱する。その後、放熱して温度低下した熱媒流体は、熱媒流体配管４３の一方の中間部分４３ｃを流れてポンプ４５に戻ることになる。

一方、冷却器１９においては、ポンプ５２の作動によって熱媒冷却装置２０６内の冷却水１０７が冷却水配管４９の冷却器部分４９ａに送られることで、作動ガスが冷却水と熱交換して冷却される。その後、受熱して温度上昇した冷却水は、冷却水配管４９の配管４９ｂを流れて熱媒冷却装置２０６に戻ることになる。

このようなスターリングエンジンの運転時において、例えば、スターリングエンジン本体２０１が故障や不使用時によって運転を停止する場合には、流量調整弁１０１を熱媒流体が配管１０３に向けて流れるように切り替える。これにより熱源部分４３ｂから流出する熱媒流体は、熱媒冷却装置２０６に流入して冷却水１０７によって冷却されることになる。冷却された熱媒流体は、配管１０９を経て熱媒流体配管４３に戻り、熱源装置２０５で再度加熱されて熱媒冷却装置２０６に流れ込む。

スターリングエンジン本体２０１の運転を再開するときには、熱媒流体が加熱器１５に流れるように流量調整弁１０１を切り替える。

このように、本実施例では、スターリングエンジンの運転時において、例えば、スターリングエンジン本体２０１が故障や不使用時によって運転を停止する場合には、熱源装置２０５によって常時加熱される熱媒流体が加熱器１５に流れずに、熱媒冷却装置２０６を流れて冷却されるので、熱媒流体の過剰な温度上昇を抑えることができ、熱媒流体の劣化を防止することができる。

また、スターリングエンジンの運転中においても、図示しない制御手段が、スターリングサイクルを構成するスターリングエンジン本体２０１の運転状態に応じて流量調整弁１０１の開度を制御することで、熱媒流体の熱媒冷却装置２０６へ流れる量と加熱器１５へ流れる量とを調整し、これにより熱媒流体の温度を、スターリングエンジン本体２０１の運転状態に対応して適宜調整することができる。

また、上記した実施例では、熱源装置２０５における熱源としてボイラの廃熱を利用しているので、エネルギーの有効利用を達成できる。さらに、ボイラの燃料としてバイオマスを使用することで、地球温暖化に影響があるとされる二酸化炭素の削減に寄与することができる。

以上本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本明細書で開示された実施の形態はすべての点で例示であって開示された技術に限定されるものではないと考えるべきである。すなわち、本発明の技術的な範囲は、前記の実施の形態における説明に基づいて制限的に解釈されるものでなく、あくまでも特許請求の範囲の記載に従って解釈すべきであり、特許請求の範囲の記載技術と均等な技術および特許請求の範囲内でのすべての変更が含まれる。

Ｓ１、Ｓ２…電力システム
１…熱源手段
２…スターリングエンジン（外燃機関）
３…発電機（発電手段）
４…ＡＣ／ＤＣ変換器
５…自立インバータ
５ａ…ＤＣ／ＡＣ変換部
６…発電機制御インバータ
１０…ＤＣ／ＤＣ変換器
１１…充放電制御装置
１２…二次電池
１３…充電度センサ（充電度検出部）
３０…発電機制御インバータ
１５…加熱器
１７…再生器
１９…冷却器
２１…高温側ピストン
２３…低温側ピストン
２５…ピストンロッド
２７…クランク軸
２７ａ、２７ｂ…クランクピン
２９…ピストンロッド
３１…高温作動空間
３３…低温作動空間
３５…プーリ
３７…ベルト
３９…プーリ
４１…発電機
４３…熱媒流体配管
４３ａ…加熱器部分
４３ｂ…熱源部分
４３ｃ、４３ｄ…中間部分
４３ｅ…バイパス通路
４５…ポンプ
４７…リザーバタンク
４９…冷却水配管
４９ａ…冷却器部分
４９ｂ、４９ｃ、４９ｄ、４９ｅ…配管
４９ｄ…冷却媒体冷却部分
５０…コントローラ
５１…冷却水タンク
５２…ポンプ
５３…温水加熱器
５５…接続用配管
５７…切替弁
５９…ポンプ
１００…負荷
１０１…流量調整弁
１０３…配管
１０５…熱媒冷却部分
１０７…冷却水
１０９…配管
１１１…入口配管
１１３…出口配管
１１９…リザーバタンク
２００…ＤＣ母線
２０１…スターリングエンジン本体
２０３…冷却装置
２０５…熱源装置
２０６…熱媒冷却装置
２０７…ハウジング
２０９…カバー
２１１…クランクケース
３００…コントローラ
３０１…ＤＣ／ＡＣ変換器
３０２…ＲＰＭ検出器
Ｅ…排出ガス
Ｖ１…第１の電圧検出部
Ｖ２…第２の電圧検出部

Claims

熱を発生する熱源手段と、
前記熱源手段から供給される所定温度の熱エネルギーによって稼働されるスターリングエンジンを含む外燃機関と、
前記外燃機関を動力源として駆動される発電手段と、
前記発電手段で発電された交流電力を直流電力に変換するＡＣ／ＤＣ変換手段と、
前記ＡＣ／ＤＣ変換手段で変換された直流が通るＤＣ母線と負荷との間に設けられ、ＤＣ／ＡＣ変換部を有する自立インバータと、
前記ＤＣ母線の電圧を検出する第１の電圧検出部と、
前記第１の電圧検出部の検出結果に応じて前記発電手段の周波数を増減する発電機制御インバータと
を備え、
前記発電機制御インバータは、前記第１の電圧検出部による検出電圧が上限設定電圧を超えた場合には前記周波数を低減させて前記外燃機関の出力を下げ、前記第１の電圧検出部による検出電圧が下限設定電圧未満の場合には前記周波数を上昇させて前記外燃機関の出力を上げるように負荷追従制御を行うことを特徴とする外燃機関を用いた電力システム。
前記ＤＣ母線には、ＤＣ／ＤＣ変換器および充放電制御装置を介して余剰電力を蓄電する二次電池が、
前記二次電池には充電度を検出する充電度検出部がさらに設けられ、
前記充電度検出部の検出結果に応じて前記二次電池への電力の割り振りの制御を行う充放電制御装置が前記ＤＣ母線に接続され、
前記充放電制御装置は、前記充電度検出部の検出結果が所定の閾値以下の場合には前記二次電池への電力供給を増やすように充放電制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の外燃機関を用いた電力システム。
前記ＤＣ母線の電圧を検出する第２の電圧検出部をさらに備え、
前記充放電制御装置は、
前記第２の電圧検出部の検出電圧が設定電圧よりも高く、且つ、前記充電度検出部の検出結果が所定の閾値以下ならば前記二次電池を充電し、
前記第２の電圧検出部の検出電圧が設定電圧よりも高く、且つ、前記充電度検出部の検出結果が所定の閾値を超えているならば、前記発電機制御インバータにより前記周波数を低減させて前記外燃機関の出力を下げ、
前記第２の電圧検出部の検出電圧が設定電圧よりも低く、且つ、前記充電度検出部の検出結果が所定の閾値を超えているならば前記二次電池を放電し、
前記第２の電圧検出部の検出電圧が設定電圧よりも低く、且つ、前記充電度検出部の検出結果が所定の閾値以下ならば、前記発電機制御インバータにより前記周波数を上昇させて前記外燃機関の出力を上げるように、
それぞれ制御することを特徴とする請求項２に記載の外燃機関を用いた電力システム。
前記所定温度は、６００℃以下であることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１項に記載の外燃機関を用いた電力システム。
前記二次電池には、リチウムイオン電池、電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタおよび鉛蓄電池の少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項２から請求項４の何れか１項に記載の外燃機関を用いた電力システム。
前記熱源手段は、太陽熱集熱器およびバイオマス燃料の燃焼器を含むことを特徴とする請求項１から請求項５の何れか１項に記載の外燃機関を用いた電力システム。