JP2022544161A - マイクロガスタービンのコンバインドサイクルシステム、交通機関、及び充電システム - Google Patents

マイクロガスタービンのコンバインドサイクルシステム、交通機関、及び充電システム Download PDF

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Abstract

本発明は、マイクロガスタービンのコンバインドサイクルシステム、交通機関、及び充電システムを提供し、サイクルシステムは、マイクロガスタービン、熱交換ユニット、循環タンク、ピストンエンジン及び発電装置を含み、前記マイクロガスタービンに再生器が設けられ、熱交換ユニットに熱源を供給するように、前記再生器の排気口が熱交換ユニットの吸気口に接続され、前記熱交換ユニットの排気口が大気と連通し、熱交換ユニットの吸水口が循環タンクの排水口に接続され、高圧蒸気がピストンエンジンに入ってピストンエンジンを押して仕事させるように、熱交換ユニットの蒸気出口がピストンエンジンに接続され、発電装置を駆動して発電させるように、前記ピストンエンジンが発電装置に接続される。該サイクルシステムは、再生器の排気ガスに含まれるエネルギーをさらに回収して利用でき、マイクロガスタービン全体の効率をさらに向上させる。【選択図】図１

Description

本発明はエネルギー回収の技術分野に関し、特にマイクロガスタービンのコンバインドサイクルシステム、交通機関、及び充電システムに関する。
マイクロガスタービンは、最近発展した小型熱力エンジンであり、シングルマシンの電力範囲が２５～３００ｋＷであり、基本技術の特徴は、ラジアルインペラ機械及び再生サイクルを用いていることである。従来技術では、通常、再生器を用いてマイクロガスタービンの排気ガスの熱量を回収利用し、次に再生器を通過した排気ガスを大気に排出する。しかし、再生器を通過した排気ガスにはまだ一定の余熱があり、従来技術では、回熱器から排出された排気エネルギーを回収利用するには、通常、タービンなどの回転機械を用いる。しかし、小電力のマイクロガスタービンの場合、再生器から排出された排気ガスの温度が低く、排気ガスの量が少ないため、回転機械は、このエネルギーを効果的に回収できない。
上記技術課題を解決するために、本発明は、マイクロガスタービンのコンバインドサイクルシステム、交通機関、及び充電システムを提供することを目的とし、該サイクルシステムは、再生器の排気ガスに含まれるエネルギーをさらに回収して利用でき、マイクロガスタービン全体の効率をさらに向上させる。具体的には、本発明は、ピストンエンジンを用いることにより、再生器の排気ガスに含まれるエネルギーを高効率に回収して利用し、すなわち、マイクロガスタービンと蒸気機関のコンバインドサイクルシステムを形成する。
本発明の技術的解決手段は、以下のとおりである。
本発明の一側面によれば、マイクロガスタービン、熱交換ユニット、循環タンク、ピストンエンジン及び発電装置を含むマイクロガスタービンのコンバインドサイクルシステムが提供され、
前記マイクロガスタービンに再生器が設けられ、熱交換ユニットに熱源を供給するように、前記再生器の排気口が熱交換ユニットの吸気口に接続され、
前記熱交換ユニットの排気口が大気と連通し、熱交換ユニットの吸水口が循環タンクの排水口に接続され、仕事用の蒸気をピストンエンジンに供給するように、熱交換ユニットの蒸気出口がピストンエンジンに接続され、
発電装置を駆動して発電させるように、前記ピストンエンジンが発電装置に接続され、
仕事用の蒸気が仕事をした後に変換した水又は水－水蒸気混合物を回収するように、前記循環タンクがピストンエンジンに接続される。
さらに、前記ピストンエンジンは、片側吸気型スプリングリセット式ピストンエンジン又は両側吸気式ピストンエンジン又は水平に対向する２気筒制御式ピストンエンジンであり、
前記片側吸気型スプリングリセット式ピストンエンジンは、
シリンダーブロック、ピストン、スプリング、ピストンロッド、クランクスライダー手段及び出力軸を含み、
前記ピストンがシリンダーブロック内に取り付けられ、ピストンロッドの一端がピストンに接続され、他端がシリンダーブロックから延出しており、クランクスライダー手段に接続され、クランクスライダー手段が出力軸に接続され、出力軸が発電装置に接続され、
シリンダーブロックのボトム室側（ロッドレス室側）には、第１吸気口と第１排気口が設けられ、第１吸気口が熱交換ユニットに接続され、第１排気口が循環タンクに接続され、シリンダーブロックのロッド室側には、ピストンが仕事をした後にリセットするためのスプリングが設けられ、
前記両側吸気式ピストンエンジンは、
シリンダーブロック、ピストン、ピストンロッド、クランクスライダー手段及び出力軸を含み、
前記ピストンがシリンダーブロック内に取り付けられ、ピストンロッドの一端がピストンに接続され、他端がシリンダーブロックから延出しており、クランクスライダー手段に接続され、クランクスライダー手段が出力軸に接続され、出力軸が発電装置に接続され、
シリンダーブロックのボトム室側には、第１吸気口と第１排気口が設けられ、シリンダーブロックのロッド室側には、第２吸気口と第２排気口が設けられ、第１吸気口、第２吸気口が熱交換ユニットに接続され、第１排気口、第２排気口が循環タンクに接続され、
前記水平に対向する２気筒制御式ピストンエンジンは、
クランクスライダー手段と、クランクスライダー手段の両側に対向して設けられる第１シリンダーと第２シリンダーとを含み、
クランクスライダー機構は、二重スライダー構造であり、クランク、第１スライダー、第１連結ロッド、第２スライダー、第２連結ロッド及び出力軸を含み、出力軸がクランクの中心に貫通設置され、第１連結ロッドの一端、第２連結ロッドの一端がそれぞれクランクの２つの端面に接続され、且つ接続点が出力軸の両側に分布しており、第１連結ロッドの他端が第１スライダーに接続され、第２連結ロッドの他端が第２スライダーに接続され、
第１シリンダーは、第１シリンダーブロック、第１ピストン、及び第１ピストンロッドを含み、第１ピストンが第１シリンダーブロック内に取り付けられ、第１ピストンロッドの一端が第１ピストンに接続され、他端が第１シリンダーブロックから延出しており、第１スライダーに接続され、第１シリンダーブロックのボトム室側には、第１吸気口と第１排気口が設けられ、第１吸気口が熱交換ユニットに接続され、第１排気口が循環タンクに接続され、
第２シリンダーは、第２シリンダーブロック、第２ピストン、及び第２ピストンロッドを含み、第２ピストンロッドが第２シリンダーブロック内に取り付けられ、第２ピストンロッドの一端が第２ピストンに接続され、他端が第２シリンダーブロックから延出しており、第２スライダーに接続され、第２シリンダーブロックのロッド室側には、第２吸気口と第２排気口が設けられ、第２吸気口が熱交換ユニットに接続され、第２排気口が循環タンクに接続される。
さらに、前記発電装置は、リニア発電機であり、前記ピストンエンジンは、片側吸気型スプリングリセット式ピストンエンジン又は両側吸気式ピストンエンジン又は水平に対向する２気筒制御式ピストンエンジンであり、
前記片側吸気型スプリングリセット式ピストンエンジンは、
シリンダーブロック、ピストン、スプリング、及びピストンロッドを含み、
前記ピストンがシリンダーブロック内に取り付けられ、ピストンロッドの一端がピストンに接続され、他端がシリンダーブロックから延出しており、前記リニア発電機に接続され、
シリンダーブロックのボトム室側には、第１吸気口と第１排気口が設けられ、第１吸気口が熱交換ユニットに接続され、第１排気口が循環タンクに接続され、シリンダーブロックのロッド室側には、ピストンが仕事をした後にリセットするためのスプリングが設けられ、
前記両側吸気式ピストンエンジンは、
シリンダーブロック、ピストン、及びピストンロッドを含み、
前記ピストンがシリンダーブロック内に取り付けられ、ピストンロッドの一端がピストンに接続され、他端がシリンダーブロックから延出しており、前記リニア発電機に接続され、
シリンダーブロックのボトム室側には、第１吸気口と第１排気口が設けられ、シリンダーブロックのロッド室側には、第２吸気口と第２排気口が設けられ、第１吸気口、第２吸気口が熱交換ユニットに接続され、第１排気口、第２排気口が循環タンクに接続され、
前記水平に対向する２気筒制御式ピストンエンジンは、
第１シリンダーと第２シリンダーを含み、
第１シリンダーは、第１シリンダーブロック、第１ピストン及び第１ピストンロッドを含み、第１ピストンが第１シリンダーブロック内に取り付けられ、第１ピストンロッドの一端が第１ピストンに接続され、他端が第１シリンダーブロックから延出しており、前記リニア発電機の一端に接続され、第１シリンダーブロックのボトム室側には、第１吸気口と第１排気口が設けられ、第１吸気口が熱交換ユニットに接続され、第１排気口が循環タンクに接続され、
第２シリンダーは、第２シリンダーブロック、第２ピストン、及び第２ピストンロッドを含み、第２ピストンロッドが第２シリンダーブロック内に取り付けられ、第２ピストンロッドの一端が第２ピストンに接続され、他端が第２シリンダーブロックから延出しており、前記リニア発電機の他端に接続され、第２シリンダーブロックのロッド室側には、第２吸気口と第２排気口が設けられ、第２吸気口が熱交換ユニットに接続され、第２排気口が循環タンクに接続される。
さらに、前記第１吸気口、第１排気口、第２吸気口、第２排気口には、機械式開閉弁又は電動式開閉弁である開閉弁が設けられる。
さらに、前記ピストンエンジンが両側吸気式ピストンエンジン又は水平に対向する２気筒制御式ピストンエンジンである場合、前記熱交換ユニットと第１吸気口及び第２吸気口とが電磁切換え弁を介して接続され、前記第１排気口と第２排気口が電磁切換え弁を介して循環タンクに接続される。
さらに、前記ピストンエンジンが水平に対向する２気筒制御式ピストンエンジンである場合、前記第１シリンダーのロッド室が第１真空ポンプに接続され、前記第２シリンダーのボトム室が第２真空ポンプに接続される。
さらに、前記ピストンエンジンンは、複数組設けられ、複数組のピストンエンジンは、同一の出力軸を介して発電装置に接続される。
さらに、発熱素子をさらに含み、前記循環タンクは、発熱素子を経由して前記熱交換ユニットに接続される。
本発明の別の側面によれば、上記のコンバインドサイクルシステムを含む交通機関が提供され、前記コンバインドサイクルシステムの循環タンクは、交通機関における発熱素子から放出された熱量を回収した後に熱交換ユニットに接続される。
本発明の別の側面によれば、上記のコンバインドサイクルシステムを含む充電システムが提供され、前記コンバインドサイクルシステムの循環タンクは、充電システムにおける発熱素子から放出された熱量を回収した後に熱交換ユニットに接続される。
本発明は、従来技術に比べて、以下の有益な効果を有する
１、本発明では、ピストンエンジンでマイクロガスタービン再生器の排気ガスの熱量を回収する原理により、従来技術では、排ガスの熱値が低く、熱量が少ないため、効率的に回収できない技術課題を解決することができる。
２、本発明に係るピストンエンジンの構造形態は多様性を有し、容易に実現でき、異なるシーンに適用される。
３、本発明では、発電装置は、リニア発電機の原理を採用することができ、構造が簡単である。
４、本発明では、ピストンエンジンは、複数組設けられ、余熱回収効率がより高い。
５、本発明では、ピストンエンジンに真空ポンプが設けられ、排気ガス廃熱の回収利用率を向上できる。
６、本発明のピストンエンジンは、潤滑油とグリースを必要とせず、全体構造が簡単である。
７、本発明のコンバインドサイクルシステムは、たとえばエンジンハウジング、電池パック、発電機の発熱素子から放出される熱量をさらに回収できる。
本発明のシステムのブロック図である。 本発明の実施例１の構造図である。 本発明の実施例２の構造図である。 本発明の実施例３の構造図である。 本発明の実施例４の構造図である。 本発明の実施例５の構造図である。 本発明の実施例６の構造図である。 本発明の図４に真空ポンプが設けられるときの構造図である。 本発明の図７に真空ポンプが設けられるときの構造図である。 本発明の他のシステムブロック図である。
本発明の技術的解決手段をよりよく理解するために、以下では具体的な実施形態、明細書の図面を参照しながら本発明をさらに説明する。
本発明の一側面によれば、マイクロガスタービンのコンバインドサイクルシステムが提供される。
図１に示すように、本発明のマイクロガスタービンのコンバインドサイクルシステムは、マイクロガスタービン１００、熱交換ユニット２００、循環タンク３００、ピストンエンジン４００及び発電装置５００を含み、マイクロガスタービン１００に再生器１１０が設けられ、熱交換ユニット２００に熱源を供給するように、再生器１１０の排気口が熱交換ユニット２００の吸気口に接続され、熱交換ユニット２００の排気口が大気と連通し、熱交換ユニット２００の吸水口が循環タンク３００の排水口に接続され、熱交換ユニット２００の蒸気出口がピストンエンジン４００に接続され、高圧蒸気は、蒸気出口を介してピストンエンジン４００に入ってピストンエンジン４００を押して仕事を行わせ、ピストンエンジン４００が発電装置５００に接続され、発電装置５００を駆動して発電させ、仕事後、水蒸気から変換した水又は水－水蒸気混合物を回収するように、循環タンク３００がピストンエンジン４００に接続される。
上記構造により、マイクロガスタービン１００の再生器１１０から排出された排ガスを熱交換ユニット２００まで輸送でき、同時に循環タンク３００は、常温水を熱交換ユニット２００まで輸送し、熱交換ユニット２００内では、常温水は、排ガスの熱量を吸収し、熱交換ユニット２００内でガス化して高圧蒸気になる。高圧蒸気は、ピストンエンジン４００に入ってピストンを押して仕事を行わせ、高圧蒸気は、仕事をした後、常圧蒸気又は水－水蒸気混合物になり、循環タンク３００に入り、リサイクル利用を実現する。それにより、再生器１１０の排気ガスの熱量を効果的に用い、マイクロガスタービンの全体効率を向上させる。
本発明のピストンエンジンの構造は、複数種の構造により実現され、たとえば、以下の複数の構造であるが、これらに限定されるものではない。
（実施例１）
本実施例では、ピストンエンジン４００は、片側吸気型スプリングリセット式ピストンエンジン４１０である。図２に示すように、ピストンエンジン４００は、シリンダーブロック４１１、ピストン４１２、スプリング４１３、ピストンロッド４１４、クランクスライダー手段４１５及び出力軸４１６を含み、ピストン４１２がシリンダーブロック４１１内に取り付けられ、ピストンロッド４１４の一端がピストン４１２に接続され、他端がシリンダーブロック４１１から延出しており、クランクスライダー手段４１５に接続され、クランクスライダー手段４１５が出力軸４１６に接続され、シリンダーブロック４１１のボトム室側には、第１吸気口４１１－１、第１排気口４１１－２が設けられ、第１吸気口４１１－１が熱交換ユニット２００に接続され、第１排気口４１１－２が循環タンク３００に接続され、出力軸４１６が発電装置５００に接続され、シリンダーブロック４１１のロッド室側には、ピストン４１２が仕事をした後にリセットするためのスプリング４１３が設けられる。
好ましくは、第１吸気口４１１－１及び第１排気口４１１－２と、シリンダーブロック４１１との間に開閉弁４２１が設けられてもよく、ピストンエンジンの具体的な作動状態に応じて開閉弁４２１の開閉を制御することにより、ピストンエンジンの動作に対する制御を実現する。
具体的には、開閉弁４２１は、機械式開閉弁又は電動式開閉弁であってもよい。電動式開閉弁は、原理が簡単であり、高周波開閉を満たすだけでいいが、高い温度と圧力に耐えられる必要がある。機械式開閉弁は、自体のピストンの移動を必要とし、自体のピストンと互いに連動することにより、プログラム制御の周波制限を省略するが、構造的にはやや複雑になる。
作動状態では、高圧蒸気は、熱交換ユニット２００から第１吸気口４１１－１を介してピストンエンジンのボトム室に入り、ピストン４１２を押して直線移動させ、ピストン４１２は、クランクロッド手段４１５を介して、ピストン４１２の直線移動を出力軸４１６の回転移動に変換し、出力軸４１６は、発電装置５００を駆動して発電させる。仕事後、スプリング４１３は、ピストン４１２を押してリセットさせ、ピストンエンジンのボトム室内の廃蒸気又は水－水蒸気混合物は、第１排気口４１１－２を介して循環タンク３００に入ってリサイクル使用する。
（実施例２）
本実施例では、ピストンエンジン４００は、両側吸気型ピストンエンジン４２０である。図３に示すように、実施例１に基づいて、スプリング４１３が省略され、また、シリンダーブロック４１１のロッド室側には、第２吸気口４１１－３、第２排気口４１１－４が設けられ、第２吸気口４１１－３が熱交換ユニット２００に接続され、第２排気口４１１－４が循環タンク３００に接続される。他の構造は実施例１と同様であり、ここで重複説明及びママーキングが省略される。
作動状態では、高圧蒸気は、熱交換ユニット２００から第１吸気口４１１－１を介してピストンエンジンのボトム室に入り、ピストン４１２を押して直線移動させ、ピストン４１２は、クランクロッド手段４１５を介してピストン４１２の直線移動を出力軸４１６の回転移動に変換し、出力軸４１６は、発電装置５００を駆動して発電させる。仕事後、高圧蒸気は、第２吸気口４１１－３を介してピストンエンジンのロッド室に入り、ピストン４１２を押してボトム室側へ移動させ、ピストンエンジンのボトム室内の廃蒸気又は水－水蒸気混合物は、第１排気口４１１－２を介して循環タンク３００に入り、そして次の循環周期に入り、高圧蒸気は、第１吸気口４１１－１を介してピストンエンジンのボトム室に入り、ピストン４１２を押して仕事を行わせ、ピストンエンジンのロッド室内の廃蒸気又は水－水蒸気混合物は、第２排気口４１１－４を介して循環タンク３００に入ってサイクルする。
好ましくは、第１吸気口４１１－１、第１排気口４１１－２、第２吸気口４１１－３、及び第２排気口４１１－４とシリンダーブロック４１１との間に開閉弁４２１が設けられてもよく、ピストンエンジンの具体的な作動状態に応じて開閉弁４２１の開閉を制御することにより、ピストンエンジンの往復移動を制御することを実現する。開閉弁４２１は、機械式開閉弁又は電動式開閉弁であってもよい。
本実施例は、実施例１に比べて、スプリングを省略し、両側での吸気と排気によりピストンの往復移動を実現し、ピストンエンジンの制御の信頼性を向上させ、構造を簡略化する。
（実施例３）
本実施例では、ピストンエンジン４００は、水平に対向する２気筒制御式ピストンエンジン４３０である。図４に示すように、２気筒制御式ピストンエンジン４３０は、クランクスライダー手段４３５と、クランクスライダー手段４３５の両側に対向して設けられる第１シリンダーと第２シリンダーとを含む。
クランクスライダー手段４３５は、二重スライダー構造であり、クランク４３５－１、第１スライダー４３５－２、第１連結ロッド４３５－３、第２スライダー４３５－４、第２連結ロッド４３５－５及び出力軸４１６を含む。出力軸４１６がクランク４３５－１の中心に貫通設置され、第１連結ロッド４３５－３の一端、第２連結ロッド４３５－５の一端がそれぞれクランク４３５－１の２つの端面に接続され、且つ接続点が出力軸４１６の両側に配置され、第１連結ロッド４３５－３の他端が第１スライダー４３５－２に接続され、第２連結ロッド４３５－５の他端が第２スライダー４３５－４に接続される。
第１シリンダーは、第１シリンダーブロック４３１、第１ピストン４３２、及び第１ピストンロッド４３４を含み、第１ピストン４３２が第１シリンダーブロック４３１内に取り付けられ、第１ピストンロッド４３４の一端が第１ピストン４３２に接続され、他端が第１シリンダーブロック４３１から延出しており、第１スライダー４３５－２に接続され、第１シリンダーブロック４３１のボトム室側には、第１吸気口４１１－１、第１排気口４１１－２が設けられ、第１吸気口４１１－１が熱交換ユニット２００に接続され、第１排気口４１１－２が循環タンク３００に接続される。
第２シリンダーは、第２シリンダーブロック４３７、第２ピストン４３８、及び第２ピストンロッド４３９を含み、第２ピストンロッド４３９が第２シリンダーブロック４３７内に取り付けられ、第２ピストンロッド４３８の一端が第２ピストン４３８に接続され、他端が第２シリンダーブロック４３７から延出しており、第２スライダー４３５－４に接続され、第２シリンダーブロック４３７のロッド室側には、第２吸気口４１１－３、第２排気口４１１－４が設けられ、第２吸気口４１１－３が熱交換ユニット２００に接続され、第２排気口４１１－４が循環タンク３００に接続される。
作動状態では、高圧蒸気は、熱交換ユニット２００から第１吸気口４１１－１を介して第１シリンダーのボトム室に入り、第１ピストン４３２を押して直線移動させ、第１ピストン４３２は、クランクロッド手段４３５を介して第１ピストン４３２の直線移動を出力軸４１６の回転移動に変換し、出力軸４１６は、発電装置５００を駆動して発電させる。仕事後、高圧蒸気は、第２吸気口４１１－３を介して第２シリンダーのロッド室に入り、第２ピストン４３８を押してボトム室側へ移動させ、第１シリンダーのボトム室内の廃蒸気又は水－水蒸気混合物は、第１排気口４１１－２を介して循環タンク３００に入り、第２シリンダーが仕事をした後、高圧蒸気は、再び第１シリンダーに入って仕事を継続し、繰り返してサイクルし、出力軸４１６が連続的に作動することを実現する。
説明：図に示す構造では、高圧蒸気が第１シリンダーに入って仕事するとき、第１ピストンロッド４３４は、クランクスライダー手段４３５のクランク４３５－１を回転駆動し、クランク４３５－１は、反時計回り方向に回転し、この過程では、クランク４３５－１は、同時に第２ピストンロッド４３９を移動駆動し、第２ピストンロッド４３９は、第２ピストン４３８を駆動してクランク４３５－１側へ移動させ、第２ピストン４３８が所定角度回転した後、高圧蒸気は、第２シリンダーに入って仕事するとき、第２ピストン４３８は、第２ピストンロッド４３９を駆動して、クランク４３５－１から離れる側へ移動させ、クランク４３５－１は、反時計回り方向に回転を継続し、このとき、第１シリンダーのボトム室内の廃蒸気又は水－水蒸気混合物は、第１排気口４１１－２を介して循環タンク３００に入る。すなわち、連続的に仕事する過程において、第１シリンダーが吸気して仕事するとき、第２シリンダーが排気し、第２シリンダーが吸気して仕事するとき、第１シリンダーがガスし、それにより、循環して仕事することを実現する。
当然ながら、上記説明は、特定の実施形態の具体的な作動過程についての説明に過ぎず、本発明の実現プロセスとその構造に対する限定を構成しない。
好ましくは、第１吸気口４１１－１、第１排気口４１１－２、第２吸気口４１１－３、及び第２排気口４１１－４とシリンダーブロックとの間に開閉弁４２１が設けられ、ピストンエンジンの具体的な作動状態に応じて開閉弁４２１の開閉を制御することにより、ピストンエンジンの往復移動を制御することを実現する。具体的には、開閉弁４２１は、機械式開閉弁又は電動式開閉弁であってもよい。
好ましくは、熱交換ユニット２００内と、第１吸気口４１１－１及び第２吸気口４１１－３とを電磁切換え弁を介して接続し、第１排気口４１１－２及び第２排気口４１１－４と電磁切換え弁とを循環タンク３００を介して接続し、電磁切換え弁の動作により、第１シリンダーと第２シリンダーの動作を制御でき、ピストンエンジンに対する制御がより簡単かつ正確になる。
実施例１、２、３に開示される３つの構造では、ピストンエンジン４００の具体的な構造は、シリンダーがクランクロッドを駆動する構造であり、すなわち、ピストンの直線往復移動をクランクの回転移動に変換し、次に発電装置５００を駆動して発電させるものである。上記構造のほか、本発明は、リニア発電機（リニアモーター）を用いてもよく、すなわち、発電装置５００は、リニア発電機であり、ピストンロッドをリニア発電機に直接接続し、ピストンの直線移動がリニア発電機を直接駆動して発電させる。このようにして、一体構造をさらに簡略化できる。その使用シーンが限られ、上記３種の構造に適用できない場合、以下の実施例の構造を用いることができる。具体的な構造原理は、以下のとおりである。
（実施例４）
本実施例では、ピストンエンジン４００は、片側吸気型スプリングリセット式ピストンエンジン４１０であり、
シリンダーブロック４１１、ピストン４１２、スプリング４１３、及びピストンロッド４１４を含み、
前記ピストン４１２がシリンダーブロック４１１内に取り付けられ、ピストンロッド４１４の一端がピストン４１２に接続され、他端がシリンダーブロック４１１から延出しており、リニア発電機に接続され、
シリンダーブロック４１１のボトム室側には、第１吸気口４１１－１、第１排気口４１１－２が設けられ、第１吸気口４１１－１が熱交換ユニット２００に接続され、第１排気口４１１－２が循環タンク３００に接続され、シリンダーブロック４１１のロッド室側には、ピストン４１２が仕事をした後にリセットするためのスプリング４１３が設けられる。
（実施例５）
本実施例では、ピストンエンジン４００は、両側吸気式ピストンエンジン４２０であり、
シリンダーブロック４１１、ピストン４１２、及びピストンロッド４１４を含み、
前記ピストン４１２がシリンダーブロック４１１内に取り付けられ、ピストンロッド４１４の一端がピストン４１２に接続され、他端がシリンダーブロック４１１から延出しており、リニア発電機に接続され、
シリンダーブロック４１１のボトム室側には、第１吸気口４１１－１、第１排気口４１１－２が設けられ、シリンダーブロック４１１のロッド室側には、第２吸気口４１１－３、第２排気口４１１－４が設けられ、第１吸気口４１１－１、第２吸気口４１１－３が熱交換ユニット２００に接続され、第１排気口４１１－２、第２排気口４１１－４が循環タンク３００に接続される。
（実施例６）
本実施例では、ピストンエンジン４００は、水平に対向する２気筒制御式ピストンエンジン４３０であり、
第１シリンダー、及び第２シリンダーを含み、
第１シリンダーは、第１シリンダーブロック４３１、第１ピストン４３２、及び第１ピストンロッド４３４を含み、第１ピストン４３２が第１シリンダーブロック４３１内に取り付けられ、第１ピストンロッド４３４の一端が第１ピストン４３２に接続され、他端が第１シリンダーブロック４３１から延出しており、リニア発電機の一端に接続され、第１シリンダーブロックのボトム室側には、第１吸気口４１１－１、第１排気口４１１－２が設けられ、第１吸気口４１１－１が熱交換ユニット２００に接続され、第１排気口４１１－２が循環タンク３００に接続され、
第２シリンダーは、第２シリンダーブロック４３７、第２ピストン４３８、及び第２ピストンロッド４３９を含み、第２ピストンロッド４３９が第２シリンダーブロック４３７内に取り付けられ、第２ピストンロッド４３９の一端が第２ピストン４３８に接続され、他端が第２シリンダーブロック４３７から延出しており、リニア発電機の他端に接続され、第２シリンダーブロック４３７のロッド室側には、第２吸気口４１１－３、第２排気口４１１－４が設けられ、第２吸気口４１１－３が熱交換ユニット２００に接続され、第２排気口４１１－４が循環タンク３００に接続される。
上記実施例に開示されている技術に基づき、発電装置の構造の具体的な選択は、作動状況および使用シーンに応じて最適化され得る。
上記６種の構造では、発電装置の作動を駆動するように、いずれも単組のピストンエンジンが設けられ、本発明は、発電装置の作動を駆動するように、複数組のピストンエンジンが設けられてもよい。すなわち、ピストンエンジンは、複数組が設けられ、複数組のエンジンは、同時に複数組のクランクを対応して駆動して回転させるが、複数組のクランクは、同一の出力軸に取り付けられ、出力軸は、発電装置に接続される。このようにして、発電装置の運転信頼性を向上させるとともに、発電効率を向上させることができる。
任意選択的には、本発明の図４と図７に示す構造では、図８、図９に示すように、第１シリンダーのロッド室と第２シリンダーのボトム室に第１真空ポンプＰ１、第２真空ポンプＰ２が接続される。第１シリンダー又は第２シリンダーが仕事すると同時に、対応する真空ポンプは、作動を開始し、対応する室を負圧状態まで真空吸引する。
水蒸気を用いてピストンを膨張させて仕事を行わせ、従って、背圧が低減した後、真空引きし方法を用い、排気ガスの圧力を低減させる。仕事をした水蒸気は更に多くの液体水が凝結し、それにより、より多くの仕事エネルギーを生じさせ、装置全体の発電効率を向上させる。たとえば、第１シリンダーブロックのロッド室内の圧力が常圧であるとき、第１シリンダーブロックのボトム室内の蒸気が仕事をした後、圧力が０．１ＭＰａになる一方、第１シリンダーのロッド室の圧力を真空ポンプで０．００５ＭＰａに引いた後、２種の異なる背圧条件のうち、等エントロピー条件において、０．００５ＭＰａ背圧は、常圧背圧に比べて、水蒸気がよりも多くのエネルギーを放出し、それにより、全体の仕事効率を５－８％向上させる。
また、本発明では、再生器から排出された廃熱を循環水により吸収し、次にピストンを押して仕事を行わせるので、ピストンが仕事する過程で、ピストンとシリンダーブロックとの間に潤滑油とグリースを添加する必要がなく、直接水で潤滑すればよい。従って、さらなる潤滑構造、潤滑油供給構造及びシステムが不要になり、ピストンエンジンの構造を簡略化させる。
本発明の好ましい技術案としては、本発明のマイクロガスタービンコンバインドサイクルシステムは、さらにマイクロガスタービンの廃熱を回収することができる。
図１０に示すように、循環タンク３００の水は、まず発熱素子７００を通過し、発熱素子７００と冷熱交換し、循環水は、常温から所定の温度に高くなった後に上記熱交換ユニット２００に入って熱交換する。
上記発熱素子７００は、作動中に自体温度が高くなる様々な素子を指し、マイクロガスタービン１００のハウジング又は回転軸、発電装置５００のハウジング、及び該マイクロガスタービン装置を用いる発熱部材などを含む。たとえば、ガスタービン本体のケーシングの温度は、２００℃前後であり、発電装置ケーシングの温度は、８０℃前後であり、熱交換量はかなり多く、具体的な熱交換量は、体積、熱交換管の径、流速などの一連の要素による影響を受け、ここでは詳しく説明しない。
本発明の別の側面によれば、本発明は、該マイクロガスタービンコンバインドサイクルシステムを用いる交通機関をさらに提供する。上記の循環水は、まず交通機関における駆動モーター、電池パック、電器素子から発生した熱を回収し、その後、熱交換ユニット２００に入って熱交換し、交通機関の駆動モーター、電池パック、電器素子から放出された熱量を回収し、マイクロガスタービンの熱効率をさらに向上させる。
本発明の別の側面によれば、本発明は、該マイクロガスタービンコンバインドサイクルシステムを用いる充電システムをさらに提供する。上記の循環水は、まず充電システムにおける駆動モーター、電池パック、電器素子から発生した熱を回収し、その後、熱交換ユニットに入って熱交換し、該充電システムは、電動車両、移動充電ステーションなどであってもよい。
先進的なマイクロガスタービンは、複数台の集積・拡充、多燃料、低い燃料消費率、低騒音、低排出、低振動、低メンテナンス率、遠隔制御と診断などの先進技術の特徴を備えており、分散型発電以外に、予備発電所、コジェネレーション、系統連系発電、ビーク負荷発電などにも利用でき、クリーンで、信頼でき、品質が高く、用途が多い小型分散型発電及び熱電共同供給を提供する最適な方式であり、中心都市でも郊外農村でも辺境地区でも適用できる。
マイクロガスタービンは、構造が簡単で、しかも非常にコンパクトで、取り付けスペースを節約し、迅速な取り付けと運搬が容易であり、分散型給電の小規模、分散式の需要を満足でき、部品が少なく、構造が簡単でコンパクトなので、信頼性が高く、製造コストとメンテナンスコストが低く、環境適応性が高く、給電品質が高いというメリットがある。
マイクロガスタービンは、分散型発電にも使用できる。分散型発電は、中心発電所よりも使用者に近く、信頼性が高い。マイクロガスタービンは、端末使用者にとっては、他の小型発電装置に比べて、より良い環境保護型発電装置であり、将来の公共事業の基本構成の１つとなり、将来、センター発電所と平行して運行できる可能性がある。
再生器つきの４５ＫＷのマイクロガスタービンの回転数は、０～８００００ＲＰＭであり、燃料が灯油の場合、燃料の消費量は、２００ｇ／ｋＷｈ～５００ｇ／ｋＷｈであり、燃料が天然ガスの場合、天然ガスの消費量は、０．２ｍ３／ｋＷｈ～０．５ｍ３／ｋＷｈであり、循環電力の出力は最大６０ＫＷに達することができる。再生器なしの４５ＫＷのマイクロガスタービン回転数は、０～８００００ＲＰＭであり、燃料が灯油の場合、燃料の消費量は、４００ｇ／ｋＷｈ～９００ｇ／ｋＷｈであり、燃料が天然ガスの場合、天然ガスの消費量は、０．５ｍ３／ｋＷｈ～１ｍ３／ｋＷｈであり、循環電力は最大８５ＫＷに達することができる。
以上の説明は本発明の好ましい実施例及び適用される技術原理の説明に過ぎない。当業者であれば理解されるように、本発明に係る発明の範囲は、上記技術的特徴の特定の組み合わせの技術的解決手段に限定されるものではなく、また、前記発明の構想から逸脱することなく、上記技術的特徴又はその同等の特徴を任意に組み合わせて形成された他の技術的解決手段をカバーすべきである。例えば、上記の特徴は、本発明に開示されたものである（但し、これに限定されるものではない）。

Claims (10)

  1. マイクロガスタービンのコンバインドサイクルシステムであって、
    マイクロガスタービン、熱交換ユニット、循環タンク、ピストンエンジン及び発電装置を含み、
    前記マイクロガスタービンに再生器が設けられ、熱交換ユニットに熱源を供給するように、前記再生器の排気口が熱交換ユニットの吸気口に接続され、
    前記熱交換ユニットの排気口が大気と連通し、熱交換ユニットの吸水口が循環タンクの排水口に接続され、仕事用の蒸気をピストンエンジンに供給するように、熱交換ユニットの蒸気出口がピストンエンジンに接続され、
    発電装置を駆動して発電させるように、前記ピストンエンジンが発電装置に接続され、
    仕事用の蒸気が仕事をした後に変換された水又は水－水蒸気混合物を回収するように、前記循環タンクがピストンエンジンに接続される、ことを特徴とするマイクロガスタービンのコンバインドサイクルシステム。
  2. 前記ピストンエンジンは、片側吸気型スプリングリセット式ピストンエンジン又は両側吸気式ピストンエンジン又は水平に対向する２気筒制御式ピストンエンジンであり、
    前記片側吸気型スプリングリセット式ピストンエンジンは、
    シリンダーブロック、ピストン、スプリング、ピストンロッド、クランクスライダー手段及び出力軸を含み、
    前記ピストンがシリンダーブロック内に取り付けられ、ピストンロッドの一端がピストンに接続され、他端がシリンダーブロックから延出しており、クランクスライダー手段に接続され、クランクスライダー手段が出力軸に接続され、出力軸が発電装置に接続され、
    シリンダーブロックのボトム室側には、第１吸気口と第１排気口が設けられ、第１吸気口が熱交換ユニットに接続され、第１排気口が循環タンクに接続され、シリンダーブロックのロッド室側には、ピストンが仕事をした後にリセットするためのスプリングが設けられ、
    前記両側吸気式ピストンエンジンは、
    シリンダーブロック、ピストン、ピストンロッド、クランクスライダー手段及び出力軸を含み、
    前記ピストンがシリンダーブロック内に取り付けられ、ピストンロッドの一端がピストンに接続され、他端がシリンダーブロックから延出しており、クランクスライダー手段に接続され、クランクスライダー手段が出力軸に接続され、出力軸が発電装置に接続され、
    シリンダーブロックのボトム室側には、第１吸気口と第１排気口が設けられ、シリンダーブロックのロッド室側には、第２吸気口と第２排気口が設けられ、第１吸気口、第２吸気口が熱交換ユニットに接続され、第１排気口、第２排気口が循環タンクに接続され、
    前記水平に対向する２気筒制御式ピストンエンジンは、
    クランクスライダー手段と、クランクスライダー手段の両側に対向して設けられる第１シリンダーと第２シリンダーとを含み、
    クランクスライダー手段は、二重スライダー構造であり、クランク、第１スライダー、第１連結ロッド、第２スライダー、第２連結ロッド及び出力軸を含み、出力軸がクランクの中心に貫通設置され、第１連結ロッドの一端、第２連結ロッドの一端がそれぞれクランクの２つの端面に接続され、且つ接続点が出力軸の両側に分布しており、第１連結ロッドの他端が第１スライダーに接続され、第２連結ロッドの他端が第２スライダーに接続され、
    第１シリンダーは、第１シリンダーブロック、第１ピストン、及び第１ピストンロッドを含み、第１ピストンが第１シリンダーブロック内に取り付けられ、第１ピストンロッドの一端が第１ピストンに接続され、他端が第１シリンダーブロックから延出しており、第１スライダーに接続され、第１シリンダーブロックのボトム室側には、第１吸気口と第１排気口が設けられ、第１吸気口が熱交換ユニットに接続され、第１排気口が循環タンクに接続され、
    第２シリンダーは、第２シリンダーブロック、第２ピストン、及び第２ピストンロッドを含み、第２ピストンロッドが第２シリンダーブロック内に取り付けられ、第２ピストンロッドの一端が第２ピストンに接続され、他端が第２シリンダーブロックから延出しており、第２スライダーに接続され、第２シリンダーブロックのロッド室側には、第２吸気口と第２排気口が設けられ、第２吸気口が熱交換ユニットに接続され、第２排気口が循環タンクに接続される、ことを特徴とする請求項１に記載のマイクロガスタービンのコンバインドサイクルシステム。
  3. 前記発電装置は、リニア発電機であり、前記ピストンエンジンは、片側吸気型スプリングリセット式ピストンエンジン又は両側吸気式ピストンエンジン又は水平に対向する２気筒制御式ピストンエンジンであり、
    前記片側吸気型スプリングリセット式ピストンエンジンは、
    シリンダーブロック、ピストン、スプリング、及びピストンロッドを含み、
    前記ピストンがシリンダーブロック内に取り付けられ、ピストンロッドの一端がピストンに接続され、他端がシリンダーブロックから延出しており、前記リニア発電機に接続され、
    シリンダーブロックのボトム室側には、第１吸気口と第１排気口が設けられ、第１吸気口が熱交換ユニットに接続され、第１排気口が循環タンクに接続され、シリンダーブロックのロッド室側には、ピストンが仕事をした後にリセットするためのスプリングが設けられ、
    前記両側吸気式ピストンエンジンは、
    シリンダーブロック、ピストン、及びピストンロッドを含み、
    前記ピストンがシリンダーブロック内に取り付けられ、ピストンロッドの一端がピストンに接続され、他端がシリンダーブロックから延出しており、前記リニア発電機に接続され、
    シリンダーブロックのボトム室側には、第１吸気口と第１排気口が設けられ、シリンダーブロックのロッド室側には、第２吸気口と第２排気口が設けられ、第１吸気口、第２吸気口が熱交換ユニットに接続され、第１排気口、第２排気口が循環タンクに接続され、
    前記水平に対向する２気筒制御式ピストンエンジンは、
    第１シリンダーと第２シリンダーを含み、
    第１シリンダーは、第１シリンダーブロック、第１ピストン、及び第１ピストンロッドを含み、第１ピストンが第１シリンダーブロック内に取り付けられ、第１ピストンロッドの一端が第１ピストンに接続され、他端が第１シリンダーブロックから延出しており、前記リニア発電機の一端に接続され、第１シリンダーブロックのボトム室側には、第１吸気口と第１排気口が設けられ、第１吸気口が熱交換ユニットに接続され、第１排気口が循環タンクに接続され、
    第２シリンダーは、第２シリンダーブロック、第２ピストン、及び第２ピストンロッドを含み、第２ピストンロッドが第２シリンダーブロック内に取り付けられ、第２ピストンロッドの一端が第２ピストンに接続され、他端が第２シリンダーブロックから延出しており、前記リニア発電機の他端に接続され、第２シリンダーブロックのロッド室側には、第２吸気口と第２排気口が設けられ、第２吸気口が熱交換ユニットに接続され、第２排気口が循環タンクに接続される、ことを特徴とする請求項１に記載のマイクロガスタービンのコンバインドサイクルシステム。
  4. 前記第１吸気口、第１排気口、第２吸気口、第２排気口には、機械式開閉弁又は電動式開閉弁である開閉弁が設けられる、ことを特徴とする請求項２又は３に記載のマイクロガスタービンのコンバインドサイクルシステム。
  5. 前記ピストンエンジンが両側吸気式ピストンエンジン又は水平に対向する２気筒制御式ピストンエンジンである場合、前記熱交換ユニットと第１吸気口及び第２吸気口とが電磁切換え弁を介して接続され、前記第１排気口と第２排気口が電磁切換え弁を介して循環タンクに接続される、ことを特徴とする請求項２又は３に記載のマイクロガスタービンのコンバインドサイクルシステム。
  6. 前記ピストンエンジンが水平に対向する２気筒制御式ピストンエンジンである場合、前記第１シリンダーのロッド室が第１真空ポンプに接続され、前記第２シリンダーのボトム室が第２真空ポンプに接続される、ことを特徴とする請求項２又は３に記載のマイクロガスタービンのコンバインドサイクルシステム。
  7. 前記ピストンエンジンは、複数組設けられ、複数組のピストンエンジンは、同一の出力軸を介して発電装置に接続される、ことを特徴とする請求項１に記載のマイクロガスタービンのコンバインドサイクルシステム。
  8. 発熱素子をさらに含み、
    前記循環タンクは、発熱素子を経由して前記熱交換ユニットに接続される、ことを特徴とする請求項１に記載のマイクロガスタービンのコンバインドサイクルシステム。
  9. 交通機関であって、
    請求項１～８のいずれかに記載のコンバインドサイクルシステムを含み、
    前記コンバインドサイクルシステムの循環タンクは、交通機関における発熱素子から放出された熱量を回収した後に熱交換ユニットに接続される、ことを特徴とする交通機関。
  10. 充電システムであって、
    請求項１～８のいずれかに記載のコンバインドサイクルシステムを含み、
    前記コンバインドサイクルシステムの循環タンクは、充電システムにおける発熱素子から放出された熱量を回収した後に熱交換ユニットに接続される、ことを特徴とする充電システム。
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