JP2718147B2 - Stirling engine and output control method for stirling engine - Google Patents

Stirling engine and output control method for stirling engine

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JP2718147B2
JP2718147B2 JP1049126A JP4912689A JP2718147B2 JP 2718147 B2 JP2718147 B2 JP 2718147B2 JP 1049126 A JP1049126 A JP 1049126A JP 4912689 A JP4912689 A JP 4912689A JP 2718147 B2 JP2718147 B2 JP 2718147B2
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    • F02G1/04Hot gas positive-displacement engine plants of closed-cycle type
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は、スターリング機関に関し、特に太陽熱を加
熱器の熱源とするスターリング機関に関する。
The present invention relates to a Stirling engine, and more particularly, to a Stirling engine using solar heat as a heat source of a heater.

(従来の技術) 外撚機関であるスターリング機関は、作動空間に封入
された作動ガスを冷却器により外部冷却しながら低温
(等温)圧縮し、又、加熱器により外部加熱しながら高
温(等温)膨張させると共に、その間に等容加熱と冷却
をなす基本サイクルを有す。加熱器の加熱は、ガソリン
等の燃料の燃焼熱や太陽熱を利用でき、そのエネルギー
の種類を問わない。
(Prior Art) A Stirling engine, which is an external twisting engine, compresses a working gas enclosed in a working space at a low temperature (isothermal) while externally cooling it with a cooler, and at a high temperature (isothermal) while externally heating it with a heater. It has a basic cycle of expansion and heating and cooling of equal volume in between. Heating of the heater can use combustion heat of fuel such as gasoline or solar heat, regardless of the type of energy.

そこで、従来、太陽熱を加熱器の熱源としたスターリ
ング機関の一例として、米国特許第4,457,133号明細書
に開示されている。このものにおいては、スターリング
エンジンを構成する複数のシリンダ内に作動ピストンが
夫々往復動自在に配されて、各シリンダ内部に膨張空間
と圧縮空間とが画定され、隣り合う圧縮空間と膨張空間
とは加熱器,蓄熱器及び冷却器を介して連通される。各
ピストンの往復動はロツドを介して出力取出機構から回
転トルクとして外部に取り出される。
Then, conventionally, as an example of a Stirling engine using solar heat as a heat source of a heater, it is disclosed in US Pat. No. 4,457,133. In this device, working pistons are respectively arranged in a plurality of cylinders constituting the Stirling engine so as to be able to reciprocate, and an expansion space and a compression space are defined inside each cylinder. It is connected via a heater, a regenerator and a cooler. The reciprocating motion of each piston is taken out as a rotational torque from the output taking-out mechanism via a rod.

膨張空間と圧縮空間とを少なくとも含む作動空間に
は、ヘリウムや水素等の作動ガスが封入されていて、作
動ガスは加熱器内に配設されて膨張空間と蓄熱器とを連
結する伝熱管が太陽熱の放射熱により加熱される。ま
た、作動空間は一方向弁と増圧弁を有する最低サイクル
圧力ラインを介してガスリザーバに連結され、又、一方
向弁と減圧弁並びに圧縮機を含む最高サイクル圧力ライ
ンを介してガスリザーバに連結されている。これによ
り、増圧弁を開にして作動空間の平均圧を上昇させると
エンジン出力が増加し、又、減圧弁を開にして作動空間
の平均圧を下げるとエンジン出力が低下する。
A working gas such as helium or hydrogen is sealed in a working space including at least the expansion space and the compression space, and the working gas is provided in a heater and a heat transfer tube connecting the expansion space and the heat storage device is provided. It is heated by the radiant heat of solar heat. The working space is connected to the gas reservoir via a minimum cycle pressure line having a one-way valve and a pressure increasing valve, and is connected to the gas reservoir via a maximum cycle pressure line including a one-way valve and a pressure reducing valve and a compressor. I have. Thus, the engine output increases when the average pressure in the working space is increased by opening the pressure increasing valve, and the engine output decreases when the average pressure in the operating space is decreased by opening the pressure reducing valve.

(発明が解決しようとする課題) 上記した従来のスターリング機関においては、その出
力制御が、次のようになされる。即ち、 作動空間内の作動ガス温度Tは、太陽熱エネルギ:
Qin,作動ガスへの伝熱量:Qoutとすると、QinとQoutとの
差の積分値に比例しており、最適作動温度TSET(使用す
る機関の能力や耐熱性等により決められる)で保持する
には、温度がTSETに達した時点で、QinとQoutの差の積
分値がゼロになるように、即ちQinとQoutとなるように
制御する。
(Problem to be Solved by the Invention) In the conventional Stirling engine described above, the output control is performed as follows. That is, the working gas temperature T in the working space is determined by the solar thermal energy:
Q in , the amount of heat transferred to the working gas: Q out is proportional to the integral value of the difference between Q in and Q out , and the optimal operating temperature T SET (determined by the capacity of the engine used, heat resistance, etc. to preserve the), when the temperature reaches T SET, the integral value of the difference Q in the Q out is such that zero, that is controlled to be Q in and Q out.

作動ガスの圧力Pと作動ガスへの伝熱量Qoutは、比例
関係にあり、QinとQoutの関係は、便宜上P=Qoutとす
れば、Qin=Qoutが直線的な領域として得られる。ここ
で、スターリング機関の出力領域、即ちアイドル圧力
(最低圧力)と最大圧力が決まれば、Qinの最大,最小
値が求まり、運転範囲が決まる。
The heat transfer amount Q out to the pressure P and the working gas in the working gas, is proportional, relationship between Q in and Q out, for convenience if P = Q out, Q in = Q out as a linear region can get. Here, if the output region of the Stirling engine, that is, the idle pressure (minimum pressure) and the maximum pressure are determined, the maximum and minimum values of Q in are determined, and the operation range is determined.

従つて、,によりQinの運転領域内での変動に対
し、圧力を制御することで、Qin=Qoutの関係を維持す
ることができることから、上記した従来の装置において
は、Qinの変化に応じて変化する伝熱管温度Tを温度セ
ンサにより検出し、TとTSETの差を求め、その差に応じ
て圧力Pを上下させて作動ガス温度を一定に保つことに
より、出力を一定にさせている。
Therefore, the relationship of Q in = Q out can be maintained by controlling the pressure against the fluctuation in the operation range of Q in by, so that in the above-described conventional apparatus, Q in The temperature of the heat transfer tube T, which changes according to the change, is detected by a temperature sensor, the difference between T and TSET is determined, and the pressure P is increased or decreased according to the difference to keep the working gas temperature constant, thereby keeping the output constant. I have to.

しかしながら、上記した従来の装置においては、伝熱
管が太陽熱の放射熱により直接加熱されている。その結
果、太陽熱エネルギーの変化はランダムであり、且つ大
きいために、伝熱管の温度の変化もランダム、且つ大き
く変化する。それゆえ、伝熱管の温度を一定に保つため
には、太陽熱エネルギーの変化に応じて作動ガスの圧力
を迅速且つ微妙に変化させることが必要となり、制御が
困難となり機関出力を安定させることができないばかり
でなく、大流量が流せて且つ微妙な圧力調整が可能な増
圧弁及び減圧弁が必要となり高価となるという問題があ
つた。
However, in the above-described conventional apparatus, the heat transfer tube is directly heated by radiant heat of solar heat. As a result, the change in the solar thermal energy is random and large, so that the change in the temperature of the heat transfer tube is also random and large. Therefore, in order to keep the temperature of the heat transfer tube constant, it is necessary to quickly and subtly change the pressure of the working gas in accordance with the change of the solar thermal energy, and it becomes difficult to control the engine output and stabilize the engine output. In addition, there has been a problem that a pressure increasing valve and a pressure reducing valve which can flow a large flow rate and can finely adjust the pressure are required, and are expensive.

そこで本発明は、太陽熱エネルギーが変化しても機関
出力を安定して保持できるようにすることを、その技術
的課題とする。
Therefore, an object of the present invention is to make it possible to stably maintain the engine output even when solar thermal energy changes.

〔発明の構成〕[Configuration of the invention]

(課題を解決するための手段) 上記した技術的課題を解決するために講じた技術的手
段は、当該スターリング機関を、太陽熱を照射される加
熱器、該加熱器内に配設され且つ膨張空間と圧縮空間と
を蓄熱器及び冷却器を介して連結する伝熱管、前記加熱
器内に配設されて前記伝熱管を包囲する閉空間を画成す
る仕切り板、前記閉空間内に充填された蓄熱剤、前記蓄
熱剤の温度を検出する温度検出手段、前記膨張空間から
前記圧縮空間に至る作動空間を流れる作動ガスの圧力を
調整する圧力調整手段多び前記温度検出手段からの信号
に応じて前記圧力調整手段を作動させる制御手段を備え
る構成とすることである。
(Means for Solving the Problems) The technical means taken to solve the above-mentioned technical problems is that the Stirling engine is provided with a heater irradiated with solar heat, an expansion space disposed in the heater and having an expansion space. Heat transfer tube connecting the heat transfer tube and the compression space via a heat storage unit and a cooler, a partition plate disposed in the heater and defining a closed space surrounding the heat transfer tube, and filled in the closed space. In accordance with signals from the heat storage agent, temperature detection means for detecting the temperature of the heat storage agent, pressure adjustment means for adjusting the pressure of the working gas flowing through the working space from the expansion space to the compression space, and the temperature detection means. The present invention is configured to include a control unit for operating the pressure adjusting unit.

(作用) この構成によれば、太陽熱エネルギーは蓄熱剤を介し
て伝熱管を加熱すると共に、蓄熱剤に蓄熱として蓄えら
れる。これにより、太陽熱エネルギーが変化しても、蓄
熱剤からの蓄熱と、圧力調整手段の作用による作動ガス
への伝熱量の増減により、伝熱管内を流れる作動ガスの
温度を圧力調整手段を迅速且つ微妙に操作することな
く、一定に維持することができ、機関出力を安定させる
ことが可能となる。
(Operation) According to this configuration, the solar heat energy heats the heat transfer tube via the heat storage agent and is stored as heat in the heat storage agent. Thereby, even if the solar heat energy changes, the temperature of the working gas flowing through the heat transfer tube can be quickly and quickly adjusted by the heat storage from the heat storage agent and the increase or decrease in the amount of heat transfer to the working gas by the action of the pressure adjusting means. It is possible to maintain a constant without any delicate operation, and to stabilize the engine output.

(実施例) 以下、本発明に従つたスターリング機関の実施例を説
明する。
(Example) Hereinafter, an example of a Stirling engine according to the present invention will be described.

第1図において、スターリング機関10は、ハウジング
11に夫々平行に形成された4つのシリンダ11a(2つの
シリンダは図示されていない)内に気密的に摺動可能に
嵌挿される4つのピストン12(2つのピストンは図示さ
れていない)を備え、各ピストン12は夫々ロツド13を介
して出力取出機構たる周知の回転斜板機構14に連結され
ていて、各ピストン12が隣合うピストン12と夫々90゜の
位相差で往復摺動することにより、出力軸15を回転させ
て出力軸15に連結された交流発電機16に出力として取出
すようになつている。尚、交流発電機16はあらゆる負荷
の状態において機関の回転数を一定に維持する。
In FIG. 1, a Stirling engine 10 includes a housing
It has four pistons 12 (two pistons not shown) which are slidably fitted in four cylinders 11a (two cylinders not shown) which are formed in parallel with each other. Each piston 12 is connected via a rod 13 to a well-known rotary swash plate mechanism 14 which is an output take-out mechanism, and each piston 12 reciprocally slides with an adjacent piston 12 with a phase difference of 90 °. Then, the output shaft 15 is rotated to take out as an output to an AC generator 16 connected to the output shaft 15. The alternator 16 maintains the engine speed constant under all load conditions.

各シリンダ11a内には、各ピストン12の一端画側にピ
ストン12の往復摺動によりその容積が増減する膨張空間
17が区画形成されていると共に、各ピストン12の他端面
側にピストン12の往復摺動により膨張空間17の容積変化
に180゜の位相差でその容積が増減する圧縮空間18が夫
々区画形成されている。
In each cylinder 11a, an expansion space whose volume increases or decreases due to the reciprocating sliding of the piston 12 on one end side of each piston 12
A compression space 18 is formed on the other end surface side of each piston 12 so that the volume of the expansion space 17 increases or decreases with a phase difference of 180 ° due to the reciprocal sliding of the piston 12. ing.

各膨張空間17は、ハウジング11に固設された加熱器19
の加熱器ハウジング19aの凹部19b内に延在する本発明に
おける伝熱管であるヒーターチユーブ20,再生器21及び
冷却器22を介して90゜位相の進んだ側の隣合うピストン
12の圧縮空間18に夫々連通されている。各空間内には作
動ガス(ヘリウムや、水素等)が封入されていて、これ
により太陽を追尾するリフレクタ23で反射・集光された
太陽熱エネルギーが高温熱源として加熱器ハウジング19
aの開口19cを通つて凹部19bに供給され、ヒーターチユ
ーブ20を加熱することにより、作動ガスが膨張空間17と
圧縮空間18との間を往来してピストン12に軸力を生ぜし
める4組のスターリングサイクルが形成される。尚、図
中24は作動ガスと冷却器21にて熱交換する冷却水の管路
であり、ヒーターチユーブ20は周知のように、平面的に
見て、放射状に形成されている。
Each expansion space 17 is provided with a heater 19 fixed to the housing 11.
The adjacent piston on the side advanced by 90 ° through the heater tube 20, the regenerator 21 and the cooler 22, which are the heat transfer tubes of the present invention, extending into the concave portion 19b of the heater housing 19a of FIG.
Each of the twelve compression spaces 18 communicates with each other. A working gas (helium, hydrogen, etc.) is sealed in each space, and the solar heat energy reflected and condensed by the reflector 23 that tracks the sun is used as a high-temperature heat source in the heater housing 19.
The working gas is supplied to the concave portion 19b through the opening 19c through the opening 19c and heats the heater tube 20, so that the working gas flows between the expansion space 17 and the compression space 18 to generate an axial force on the piston 12. A Stirling cycle is formed. In the drawing, reference numeral 24 denotes a pipe of cooling water for exchanging heat with the working gas in the cooler 21, and the heater tube 20 is formed radially in a plan view, as is well known.

燃焼器ハウジング19aの凹部19b内には、高熱伝導率を
有し、且つ耐熱性及び耐腐食性の高い材料から成る透明
の仕切り板25により、ヒーターチユーブ20が収容される
閉空間26が区画形成されていて、該密閉空間26内には潜
熱を利用した蓄熱剤27(Nacl,Li2CO3,MgCl2等)が充填
されている。(尚、蓄熱剤27は高熱伝導率を有し、且つ
耐熱性及び耐腐食性の高いものが望ましい。) 閉空間26内には、また、蓄熱剤27の温度を検出する温
度センサ28(熱電対から成る)が設置されており、蓄熱
剤27の温度が信号として制御装置30に伝送されるように
なつている。
In the recess 19b of the combustor housing 19a, a closed space 26 in which the heater tube 20 is housed is defined by a transparent partition plate 25 made of a material having high thermal conductivity and high heat resistance and high corrosion resistance. The closed space 26 is filled with a heat storage agent 27 (NaCl, Li 2 CO 3 , MgCl 2 or the like) using latent heat. (Note that the heat storage agent 27 preferably has high thermal conductivity and high heat resistance and corrosion resistance.) In the closed space 26, a temperature sensor 28 (thermoelectric element) for detecting the temperature of the heat storage agent 27 is also provided. ), And the temperature of the heat storage agent 27 is transmitted to the control device 30 as a signal.

また、各膨張空間17から各圧縮空間18に到る作動空間
は一方向弁32と切替弁31を有する最低サイクル圧力ライ
ン34を介してガスリザーバ35に連通されていると共に、
一方向弁36と切替弁31を有する最高サイクル圧力ライン
37を介してガスリザーバ35に連通されている。切替弁31
は、3ポート2位置電磁切替弁で、ガスリザーバ35と最
高サイクル圧力ライン37とを連通し、ガスリザーバ35と
最低サイクル圧力ライン34とを遮断する第1位置と、ガ
スリザーバ35と最低サイクル圧力ライン34とを連通し、
ガスリザーバ35と最高サイクル圧力ライン37とを遮断す
る第2位置とに制御装置30により温度センサ28の信号に
応じて選択的に切替えられる。尚、ガスリザーバ35内に
は本実施例においては、各ピストン12が往復動すること
により生じる作動空間内のガスの変動圧の最高圧力のガ
スが封入されている。
The working space extending from each expansion space 17 to each compression space 18 is communicated with a gas reservoir 35 via a minimum cycle pressure line 34 having a one-way valve 32 and a switching valve 31, and
Highest cycle pressure line with one-way valve 36 and switching valve 31
It is connected to a gas reservoir 35 via 37. Switching valve 31
Is a three-port two-position solenoid-operated switching valve, which communicates the gas reservoir 35 with the highest cycle pressure line 37 and shuts off the gas reservoir 35 and the lowest cycle pressure line 34, and the gas reservoir 35 and the lowest cycle pressure line 34 Through,
The control device 30 selectively switches between the gas reservoir 35 and the second position for shutting off the highest cycle pressure line 37 according to the signal of the temperature sensor 28. In the present embodiment, a gas having a maximum pressure of the fluctuation pressure of the gas in the working space caused by the reciprocation of each piston 12 is sealed in the gas reservoir 35.

以上の構成から成る本実施例の作用を第3図に示した
タイムチヤート及び第4図に示したフローチヤートを参
照して説明する。
The operation of the present embodiment having the above configuration will be described with reference to the time chart shown in FIG. 3 and the flow chart shown in FIG.

蓄熱剤27の温度Tは、太陽熱エネルギー:Qin,作動ガ
スへの伝熱量:Qoutとすると、第2図に示すように、Qin
とQoutの差の積分値に比例する。ところが、蓄熱剤27が
融点の有しているため、この融点においては温度変化が
生じず、蓄熱剤27が溶け始め(A点)、完全に溶けてし
まう(B点)までの間は温度が一定となる。この間に蓄
熱剤27には潜熱としてのQstの熱量が蓄積される。尚、
蓄熱剤27の温度が融点(B点)よりも上昇し続けると、
蓄熱剤27が沸騰する恐れがあるばかりか、仕切り板25の
破壊を招くため、蓄熱剤27の温度は融点以下にすること
が望ましい。また、蓄熱剤27が相変化すると真空気泡が
発生し、ヒーターチユーブ20の周辺に気泡が生じた場合
には、蓄熱剤27の温度とヒーターチユーブ20の温度の差
が大きくなる。そのため、ヒーターチユーブ20の温度を
温度センサにより検出していたのでは、蓄熱剤27が融点
以上になる恐れが多分にある。それゆえ、本発明におい
ては、温度センサにより蓄熱剤27の温度を検出し(ヒー
ターチユーブ20の温度を測定するのに比し、熱電対を蓄
熱剤27内に挿入するだけで良く容易である)、蓄熱剤27
の融点TSを最適作動温度SETとし、TSを維持するように
作動ガスの圧力を切替弁31,一方向弁32,36等から成る本
発明における圧力調整手段により調整している。尚、ヒ
ーターチユーブ20の温度と蓄熱剤27の温度とはA点まで
は比例し、A点からB点までは比例しないで、B点以降
は比例している。
Temperature T of the heat storage agent 27, solar thermal energy: Q in, the amount of heat transferred to the working gas: When Q out, as shown in FIG. 2, Q in
And Q out is proportional to the integral value. However, since the heat storage agent 27 has a melting point, the temperature does not change at this melting point, and the temperature is maintained until the heat storage agent 27 starts melting (point A) and completely melts (point B). It will be constant. During this time, the heat amount of Q st as latent heat is accumulated in the heat storage agent 27. still,
If the temperature of the heat storage agent 27 continues to rise above the melting point (point B),
It is desirable that the temperature of the heat storage agent 27 be equal to or lower than the melting point because the heat storage agent 27 may not only boil but also cause the destruction of the partition plate 25. In addition, when the heat storage agent 27 changes phase, vacuum bubbles are generated, and when air bubbles are generated around the heater tube 20, the difference between the temperature of the heat storage agent 27 and the temperature of the heater tube 20 increases. Therefore, if the temperature of the heater tube 20 is detected by the temperature sensor, there is a possibility that the heat storage agent 27 may have a melting point or higher. Therefore, in the present invention, the temperature of the heat storage agent 27 is detected by the temperature sensor (compared to measuring the temperature of the heater tube 20, it is easy and sufficient to insert the thermocouple into the heat storage agent 27). , Heat storage agent 27
A melting point T S of the optimal operating temperature SET, the switching valve 31 the pressure of the working gas so as to maintain a T S, is adjusted by the pressure adjusting means in the present invention comprising a one-way valve 32, 36 and the like. Note that the temperature of the heater tube 20 and the temperature of the heat storage agent 27 are proportional to the point A, not proportional from the point A to the point B, but proportional to the points after the point B.

第4図において、ステツプ101にて温度センサ28によ
り蓄熱剤27の温度Tが検出され、検出された温度が信号
として制御装置30に伝送されステツプ102にて蓄熱剤の
温度TがTS以上(B点)であるか否かが判定される。
In FIG. 4, at step 101, the temperature T of the heat storage agent 27 is detected by the temperature sensor 28, and the detected temperature is transmitted as a signal to the control device 30, and at step 102, the temperature T of the heat storage agent is equal to or higher than T S ( (Point B) is determined.

しかして、ステツプ102にて「NO」すなわち蓄熱剤27
の温度Tが融点TS(B点)以下であるときには、ステツ
プ101に戻り、また「YES」すなわち太陽熱エネルギーQ
inが蓄熱剤27に照射され、蓄熱剤27の温度Tが融点T
S(B点)以上であるときにはステツプ103に進む。尚、
蓄熱剤27の温度Tが融点TS(B点)に達するまでは切替
弁31は第1位置に保持されており、作動空間の圧力Pは
アイドル圧力に保持されている。従つて蓄熱剤27の温度
が急上昇する。この時、蓄熱剤27の温度Tが融点TSに達
しても第2図のA点の温度であるため、圧力Pはアイド
ル圧力に保持され、Qinの上昇分は蓄熱剤27を溶かすた
めに消費されて、温度は一定に維持される。
Then, in step 102, “NO”, that is, the heat storage agent 27
If the temperature T is equal to or lower than the melting point T S (point B), the flow returns to step 101, and “YES”, that is, the solar thermal energy Q
in is irradiated to the heat storage agent 27, the temperature T of the heat storage agent 27 is the melting point T
When it is equal to or more than S (point B), the process proceeds to step 103. still,
Until the temperature T of the heat storage agent 27 reaches the melting point T S (point B), the switching valve 31 is kept at the first position, and the pressure P in the working space is kept at the idle pressure. Accordingly, the temperature of the heat storage agent 27 rises rapidly. At this time, the temperature T of the heat storage agent 27 is at a temperature of point A in Figure 2 is reached the melting point T S, the pressure P is maintained in the idle pressure, increase in the Q in the to melt the heat storage agent 27 And the temperature is kept constant.

また、ステツプ103にて、図示せぬ始動装置(交流発
電機16により始動することも可能)を介して出力軸15が
駆動され、回転斜板機構14により各ピストン12が所定の
位相差で往復摺動させられると共に、太陽熱エネルギー
Qinにより、ヒーターチユーブ20が蓄熱剤27を介して加
熱され、スターリング機関10が自立運動させられ、ステ
ツプ104にて切替弁31が制御装置30により第2位置に切
替えられ、作動空間内の圧力Pが最大圧力(予め予想さ
れるQinの最大値に等しいQoutに対応する圧力値)にさ
れる。これにより、ヒーターチユーブ20への伝熱量Qout
が最大となり、機関出力が増大され、それ以降は太陽熱
エネルギーQinが減少すれば、蓄熱剤27に蓄えられた熱
量Qstが消費されることで、Qoutを維持し、太陽熱エネ
ルギーQinが変化しても、ヒーターチユーブ20内を流れ
る作動ガスの温度を圧力調整手段を迅速且つ微妙に操作
することなく、一定に維持することができ、機関出力を
安定に維持する。そして、太陽熱エネルギーQinが減少
しても蓄熱剤27に蓄えられたQstを消費してもなお、Qin
が減少したときには、機関を停止する。すなわち、ステ
ツプ105にて機関出力がゼロか否かが判定され、「NO」
であればステツプ108にて切替弁31が第1位置に切替え
られてステツプ109にて機関が停止される。
In step 103, the output shaft 15 is driven via a starter (not shown) (which can also be started by the AC generator 16), and each piston 12 reciprocates at a predetermined phase difference by the rotary swash plate mechanism 14. Slided and solar thermal energy
By Q in , the heater tube 20 is heated via the heat storage agent 27, the Stirling engine 10 is made to move independently, and in step 104 the switching valve 31 is switched to the second position by the control device 30, and the pressure in the working space is changed. P is the maximum pressure (pre-expected pressure value corresponding to the equivalent Q out to the maximum value of Q in). As a result, the heat transfer amount Q out to the heater tube 20
There the maximum engine power is increased, if thereafter decreased solar thermal energy Q in, that the amount of heat Q st stored in the heat storage agent 27 is consumed to maintain the Q out, the solar thermal energy Q in Even if it changes, the temperature of the working gas flowing through the heater tube 20 can be kept constant without operating the pressure adjusting means quickly and finely, and the engine output is kept stable. And, even if the consumption of Q st of solar thermal energy Q in is also stored in the heat storage agent 27 decreased Note, Q in
When the value decreases, the engine is stopped. That is, in step 105, it is determined whether the engine output is zero or not, and "NO"
If so, the switching valve 31 is switched to the first position in step 108, and the engine is stopped in step 109.

ステツプ105にて、「YES」と判断されると、ステツプ
106に進み蓄熱剤27の温度Tが危険温度以下であるか否
かが判定される。「YES」であれば、ステツプ105に戻さ
れ、また「NO」であればステツプ107へ進み、加熱器ハ
ウジング19aの開口19cが閉塞されて太陽熱エネルギーQ
inの入力を遮断する異常処理がなされて、ステツプ108
にて切替弁31が第1位置に切替えられ機関が停止され
る。
If “YES” is determined in step 105, the step
Proceeding to 106, it is determined whether the temperature T of the heat storage agent 27 is equal to or lower than the dangerous temperature. If "YES", the process returns to step 105, and if "NO", the process proceeds to step 107, where the opening 19c of the heater housing 19a is closed and the solar heat energy Q
abnormality processing is performed to cut off the input of the in, step 108
, The switching valve 31 is switched to the first position, and the engine is stopped.

第5図及び第6図に本発明の第2実施例のタイムチヤ
ート及びフローチヤートをそれぞれ示す。第2実施例の
構成は第1図に示した実施例と同じである。
5 and 6 show a time chart and a flow chart according to a second embodiment of the present invention, respectively. The configuration of the second embodiment is the same as that of the embodiment shown in FIG.

この実施例においては、作動空間の作動ガスの圧力を
2ステージで制御するもので、圧力Pを最小運転圧力
(Qinminに相当)と最大運転圧力(Qinmaxに相当)の2
つに制御するものである。
In this embodiment, the pressure of the working gas in the working space is controlled in two stages, and the pressure P is set to a minimum operating pressure (corresponding to Q in min) and a maximum operating pressure (corresponding to Q in max).
Control.

第5図において、太陽熱エネルギーQinの上昇に伴い
蓄熱剤27の温度が上昇するが、蓄熱剤27の温度TがB点
に達するまでは切替弁31は第1位置に保持され、作動空
間内の圧力Pは最小運転圧力(アイドル圧力)に維持さ
れる。蓄熱剤27の温度TがB点に達する(Tが融点TS
り大きい)と、切替弁31を第2位置に切替え、作動空間
内の圧力Pを最大圧力(第1実施例に同じ)にしQout
最大とさせる。その後、Qinが減少し、蓄熱剤27に蓄え
られた熱量Qstを消費した場合、即ち、蓄熱剤27の温度
TがA点に達する(Tが融点TSより小さい)場合には、
切替弁31を第1位置にし、作動ガス圧力を最小運転圧力
に切替える。これにより、Qoutの量が小さくなるため、
蓄熱剤27に熱が蓄えられる。そして、蓄熱剤27の温度T
がB点に達した(Tが融点TSより大きい)場合には、再
度切替弁31を第2位置に切替え、作動空間内の圧力Pを
最大圧力にしQoutを最大とさせる作動ガスの圧力Pを最
大にし、高い機関出力を得る。
In FIG. 5, although the temperature of the heat storage agent 27 rises as the solar thermal energy Q in rises, the switching valve 31 is held at the first position until the temperature T of the heat storage agent 27 reaches the point B, and Is maintained at the minimum operating pressure (idle pressure). When the temperature T of the heat storage agent 27 reaches the point B (T is larger than the melting point T S ), the switching valve 31 is switched to the second position, and the pressure P in the working space is set to the maximum pressure (the same as in the first embodiment). Maximize Q out . Thereafter, when Q in decreases and the amount of heat Q st stored in the heat storage agent 27 is consumed, that is, when the temperature T of the heat storage agent 27 reaches the point A (T is smaller than the melting point T S ),
The switching valve 31 is set to the first position, and the working gas pressure is switched to the minimum operating pressure. This reduces the amount of Q out ,
Heat is stored in the heat storage agent 27. Then, the temperature T of the heat storage agent 27
Reaches the point B (T is larger than the melting point T S ), the switching valve 31 is switched to the second position again, and the pressure P in the working space is set to the maximum pressure and the pressure of the working gas is set to the maximum Q out. Maximize P to get high engine output.

この制御フローは第6図に示されるように、ステツプ
201にて蓄熱剤27の温度が温度センサ28により読みこま
れ、ステツプ202にて蓄熱剤27の温度Tが融点TSとを比
較し、温度TがTSであるときにはステツプ201へ行き、
温度TがTS以上(B点以上)であるときには、ステツプ
203へ進み、切替弁31を第2位置に切替える。また、ス
テツプ202にて温度TがTS以下(A点以下)であれば、
ステツプ204に進み、切替弁31が第1位置に切替えられ
る。
The control flow is as shown in FIG.
At 201, the temperature of the heat storage agent 27 is read by the temperature sensor 28, and at step 202, the temperature T of the heat storage agent 27 is compared with the melting point T S. When the temperature T is T S , the process goes to step 201,
When the temperature T is higher than T S (point B or higher),
Proceeding to 203, the switching valve 31 is switched to the second position. If the temperature T is equal to or less than T S (the point A or less) in step 202,
Proceeding to step 204, the switching valve 31 is switched to the first position.

従つて、この実施例においては、蓄熱剤27に蓄えられ
た熱量Qstを利用することにより、圧力制御を2段階に
制御するもので、蓄熱剤27の蓄熱効果により機関出力を
一定にするために、2段階の切替え頻度が少なくでき
る。尚、この実施例においては、スターリング機関10は
蓄熱剤27の温度TがA点に達するまでの過程の間に始動
されて、作動ガスの圧力Pは蓄熱剤27の温度TがB点に
達するまではアイドル圧力に維持され、これにより蓄熱
剤27の温度Tが上昇し、蓄熱剤27のQstが蓄積される。
Therefore, in this embodiment, the pressure control is controlled in two stages by using the heat quantity Qst stored in the heat storage agent 27, and the engine output is made constant by the heat storage effect of the heat storage agent 27. In addition, the two-stage switching frequency can be reduced. In this embodiment, the Stirling engine 10 is started during the process until the temperature T of the heat storage agent 27 reaches the point A, and the pressure P of the working gas reaches the point B when the temperature T of the heat storage agent 27 reaches the point B. until it is maintained in an idle pressure, thereby the temperature T of the heat storage agent 27 increases, Q st of the heat storage agent 27 is accumulated.

上述した2つの実施例においては、太陽熱エネルギー
Qinが一定している環境(宇宙空間,砂漠等)では、制
御が簡単であり、効果的なものである。
In the two embodiments described above, the solar thermal energy
In an environment where Q in is constant (space, desert, etc.), control is simple and effective.

第7図に本発明の第3実施例を示す。この実施例にお
いては、前述した各実施例とは異なり、最低サイクル圧
力ライン34に増圧弁38が介装されていると共に、最高サ
イクル圧力ライン37に減圧弁39が介装されていて、両弁
38,39は独立して作動可能とされている。また、減圧弁3
9とガスリザーバ35との間には、圧縮機40が介装され、
また作動空間から各一方向弁32,36に到る管路には圧力
センサ41が設置されていて、圧力センサ41からの信号は
制御装置30に伝送されるようになつている。
FIG. 7 shows a third embodiment of the present invention. In this embodiment, unlike each of the above-described embodiments, a pressure increasing valve 38 is interposed in the lowest cycle pressure line 34, and a pressure reducing valve 39 is interposed in the highest cycle pressure line 37.
38,39 are operable independently. Also, pressure reducing valve 3
A compressor 40 is interposed between 9 and the gas reservoir 35,
In addition, a pressure sensor 41 is provided in a pipeline extending from the working space to each of the one-way valves 32 and 36, and a signal from the pressure sensor 41 is transmitted to the control device 30.

また、レフレクタ23には、レフレクタ23に放射される
太陽熱エネルギーQINを検出する放射熱量計42が設置さ
れており、該放射熱量計42の信号は制御装置30に伝送さ
れるようになつている。尚、第7図において、第1図に
示した実施例と同じ構成には、第1図で用いた番号符号
と同じ番号符号が付してある。
Further, the reflector 23 is installed emitted calorimeter 42 for detecting the solar thermal energy Q IN emitted into reflector 23, the radiation heat quantity meter 42 signals are summer to be transmitted to the controller 30 . In FIG. 7, the same components as those in the embodiment shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals as those used in FIG.

この実施例は、圧力制御をさらに細かく行なうもの
で、この際に用いる圧力値は第8図に示すようにQin=Q
outとなる圧力値を用いるのではなく、これよりもΔP
だけ大きな圧力(Qout>Qinなる圧力),ΔPだけ小さ
な圧力(Qout>Qinなる圧力)を用いる。
In this embodiment, the pressure control is performed more finely, and the pressure value used at this time is Q in = Q as shown in FIG.
out instead of using the pressure value
Only large pressure (Q out> Q in consisting of pressure), ΔP only use a small pressure (Q out> Q in consisting of pressure).

第9図において、作動ガス圧力Pをアイドル値にセツ
トしておき、蓄熱剤27の温度TがB点に達する(T>
TS)までこれを保持する。蓄熱剤27の温度がTがB点に
達する(T>TS)と、作動ガス圧力Pを、その時点でQ
in=Qoutとなる圧力よりもΔPだけ高い圧力にセツトす
る。従つて、作動ガスへの伝熱量はQout+Qst(1)と
なるため、蓄熱剤27に蓄えられた熱量QstよりΔQ
st(1)を補給することで、温度はB点よりA点の方向
へ変化する(温度は一定)。ところが、Qinはさらに上
昇しているため、このQst(1)がいずれは、Qinにより
回復されて、蓄熱剤27の温度Tは再びB点に達する。そ
こで、次はこの時点でQinに相当する圧力よりΔPだけ
大きな圧力にセツトします。以後、蓄熱剤27の温度Tが
B点に再度復帰する度に圧力PをΔPだけ増加させる制
御を繰り返す。
In FIG. 9, the working gas pressure P is set to an idle value, and the temperature T of the heat storage agent 27 reaches the point B (T>
Hold this until T s ). When the temperature of the heat storage agent 27 reaches the point B (T> T S ), the working gas pressure P is changed to Q at that point.
The pressure is set to ΔP higher than the pressure at which in = Q out . Accordance connexion, because the amount of heat transferred to the working gas serving as the Q out + Q st (1) , ΔQ than heat Q st stored in the heat storage agent 27
By replenishing st (1), the temperature changes from point B to point A (the temperature is constant). However, since Q in further rises, this Q st (1) is eventually recovered by Q in , and the temperature T of the heat storage agent 27 reaches the point B again. Therefore, the next step is to set a pressure ΔP larger than the pressure equivalent to Q in at this point. Thereafter, each time the temperature T of the heat storage agent 27 returns to the point B again, the control for increasing the pressure P by ΔP is repeated.

Qinの上昇が停止すると(一定になつたと仮定する
と)圧力PをΔPだけ上昇させることにより奪われる熱
量(Qout+Qst(0))の方が蓄熱剤27に熱量を供給す
るQinよりも大きくなる。すると、蓄熱剤27の温度Tは
B点に復帰できず、A点に到達する。この場合には、作
動ガス圧力をΔPだけ低い圧力にセツトする。このこと
により、作動ガスへの伝熱量はQin−Qst(0)となり、
再度蓄熱剤27に熱が蓄えられる。この蓄熱量がQ
st(0)になると、蓄熱剤27の温度Tは再びB点に達
し、次はΔPだけ高い圧力に作動ガス圧力Pをセツトす
る。以降、Qinが一定であれば、そのQinをに相当する圧
力PよりもΔPだけ大きい圧力と小さい圧力とを繰り返
す。このとき、Qin=一定の場合は、ΔPの出力も一定
となる。
When the rise of Q in stops (assuming that it becomes constant), the amount of heat (Q out + Q st (0)) taken by increasing the pressure P by ΔP is higher than that of Q in which supplies the heat storage agent 27 with heat. Also increases. Then, the temperature T of the heat storage agent 27 cannot return to the point B, and reaches the point A. In this case, the working gas pressure is set to a pressure lower by ΔP. As a result, the amount of heat transfer to the working gas becomes Q in -Q st (0),
The heat is stored in the heat storage agent 27 again. This heat storage is Q
When st (0) is reached, the temperature T of the heat storage agent 27 reaches the point B again, and then the working gas pressure P is set to a pressure higher by ΔP. Thereafter, if Q in is constant, a pressure that is larger and smaller by ΔP than a pressure P corresponding to Q in is repeated. At this time, when Q in = constant, the output of ΔP is also constant.

次にQinが減少した場合は、作動ガス圧力PをP−Δ
Pとしても、蓄熱剤27の温度TがB点には復帰できず、
A点となる。この場合には、その時点でのQinに相当す
る圧力PよりもΔP小さな圧力に作動ガス圧力をセツト
する。それでも、作動ガス温度TがB点に復帰できない
場合は、更にΔPだけ圧力値を下げるようにする。
Next, when Q in decreases, the working gas pressure P is increased by P-Δ
Even as P, the temperature T of the heat storage agent 27 cannot return to the point B,
It will be point A. In this case, the working gas pressure is set to a pressure ΔP smaller than the pressure P corresponding to Q in at that time. If the working gas temperature T still cannot return to the point B, the pressure value is further reduced by ΔP.

以上の制御を第10図にフロチヤートに示す。 The above control is shown in FIG.

第10図において、ステツプ301にて蓄熱剤27の温度T
を読み込み、ステツプ302にて温度TとTSとを比較し、
T<TS(A点)ならばステツプ301に戻り、T=TS(A
点)であればステツプ303に進む、ステツプ303にて、機
関を始動し、作動空間内の作動ガス圧力Pをアイドル圧
力にセツトする。(減圧弁39を開く)次にステツプ304
に進み、蓄熱剤27の温度Tを再度読み込み、ステツプ30
5にて蓄熱剤の温度Tの判定を行う。ここで、温度T=T
S(A点,B点)ならば、ステツプ304に戻り、温度T>TS
(B点)ならば、ステツプ306に進む、ステツプ306に
て、レフレクタ23に設置した放射熱量計42により放射熱
量(太陽熱エネルギーQin)を読み込み、ステツプ307に
てその放射熱量(Qin)に対しQin=Qoutとする作動ガス
圧力Pb(理想圧力)を制御装置30により演算する。次に
ステツプ309にて目標圧力をPsetをPb+ΔPにより設定
し、ステツプ309にて増圧弁38を開弁し、ステツプ310に
て圧力センサ41により作動ガス圧力Pを読み込む。読み
込まれたPをステツプ311にてPsetと比較し、PがPset
以上となつたら、ステツプ312に進み、増圧弁38を閉弁
し、Aに進んでステツプ304に進む。ステツプ311にてP
がPset以上でないときにはステツプ309に戻る。
In FIG. 10, in step 301, the temperature T of the heat storage agent 27 is set.
Is read, and the temperature T and T S are compared in step 302,
If T <T S (point A), the process returns to step 301, and T = T S (A
If so, the process proceeds to step 303. In step 303, the engine is started, and the working gas pressure P in the working space is set to the idle pressure. (Open the pressure reducing valve 39) Next, step 304
To read the temperature T of the heat storage agent 27 again, and
At 5, the temperature T of the heat storage agent is determined. Here, the temperature T = T
If S (points A and B), return to step 304, where temperature T> T S
(B point), then the process proceeds to step 306, at step 306, the amount of heat radiated meter 42 installed in the reflector 23 reads the amount of heat radiated (solar thermal energy Q in), to the amount of heat radiated by step 307 (Q in) computed by the working gas pressure Pb (ideal pressure) control device 30 to Q in = Q out against. Next, at step 309, the target pressure Pset is set by Pb + ΔP, at step 309 the pressure increasing valve 38 is opened, and at step 310 the working gas pressure P is read by the pressure sensor 41. Compared to the P set the loaded P at step 311, P is P set
If so, the flow proceeds to step 312, closes the pressure increasing valve 38, proceeds to A, and proceeds to step 304. P at step 311
If is not equal to or greater than Pset, the process returns to step 309.

ステツプ305にて温度T<TS(A点)であると、ステ
ツプ313に進み、レフレクタ23に設置した放射熱量計42
により放射熱量(太陽熱エネルギーQin)を読み込み、
ステツプ314にてその放射熱量(Qin)に対しQin=Qout
とする作動ガス圧力Pb(理想圧力)を制御装置30により
演算する、次にステツプ315にて目標圧力をPsetをPb−
ΔPにより設定し、ステツプ309にて減圧弁38を開弁
し、ステツプ316にて圧力センサ41により作動ガス圧力
Pを読み込む。読み込まれたPをステツプ317にてPset
と比較し、PがPset以下になつたら、ステツプ319に進
み、減圧弁38を開弁し、Aに進んでステツプ304に進
む。ステツプ318にて、PがPset以下でないときには、
ステツプ316に戻る。
If the temperature T <T S (point A) at step 305, the process proceeds to step 313, where the radiant calorimeter 42 installed on the reflector 23 is set.
To read the radiant heat (solar thermal energy Q in )
In step 314, Q in = Q out for the radiant heat (Q in )
The working gas pressure Pb (ideal pressure) is calculated by the controller 30. Next, at step 315, the target pressure Pset is set to Pb−
At step 309, the pressure reducing valve 38 is opened, and at step 316, the working gas pressure P is read by the pressure sensor 41. The read P is set at step 317
Compared to, Tara P is decreased to less P The set, the process proceeds to step 319, it opens the pressure reducing valve 38, the flow proceeds to step 304 proceeds to A. At step 318, if P is not less than Pset ,
Return to step 316.

以上のように本実施例においては、蓄熱剤27の温度が
A点にあるのかB点にあるのかを判別することによりQ
inの変化方向を類推し、Qinが増大方向にあるときに
は、圧力を高めにセツトしQoutの量をできるだけ大きく
し、逆にQinが減少方向にある場合には圧力を低めにセ
ツトすることにより、蓄熱剤27の蓄熱熱量の復帰を早め
る。
As described above, in the present embodiment, Q is determined by determining whether the temperature of the heat storage agent 27 is at the point A or the point B.
analogy changes direction in, when Q in is in the increasing direction, as large as possible amount of excisional and Q out to increase the pressure and excisional to lower the pressure when the reverse to Q in is in the decreasing direction Thereby, the recovery of the heat storage amount of the heat storage agent 27 is hastened.

従来のスターリング機関においては、最大の効率を得
るために、作動ガス温度を、最大効率が得られる温度に
維持することを目的とし、作動ガス温度を一定にするた
めに、Qoutの量,即ち作動ガス圧力を制御している。と
ころが、作動ガス圧力と機関出力とはほぼ比例関係にあ
るため、機関出力はQinの変化に応じて変化する。これ
に対して、本実施例においては、蓄熱剤27の温度TがA
点とB点との間で変動するように積極的に制御してい
る。前述したように、蓄熱剤27の温度Tとヒーターチユ
ーブ20の温度とはA点とB点の間では比例関係にないた
め、この間を変動させることは、ヒーターチユーブ20の
温度を一定に維持することを不可能とする。即ち、圧力
をΔPだけ高めにセツトすることでB点からA点に向け
て制御する際に、蓄熱剤27の温度がA点に近づくにつれ
て、ヒーターチユーブ20の温度は大きく下がつてしまう
ため、機関出力が減少する。ところが、本実施例によれ
ばQinのこまかな変動に対し、圧力を積極的に変動させ
ることで、第11図に示すように機関出力の変動のサイク
ルを前述した従来のスターリング機関のものより大きく
する(長くする)ことができ、Qinの変化に対し機関出
力を安定させることができる。
In a conventional Stirling engine, in order to obtain the maximum efficiency, the purpose is to maintain the working gas temperature at a temperature at which the maximum efficiency is obtained, and in order to keep the working gas temperature constant, the amount of Q out , that is, Controls the working gas pressure. However, since the working gas pressure and the engine output are in a substantially proportional relationship, the engine output changes according to the change in Qin. On the other hand, in the present embodiment, the temperature T of the heat storage agent 27 is A
Active control is performed so as to fluctuate between the point and the point B. As described above, since the temperature T of the heat storage agent 27 and the temperature of the heater tube 20 are not in a proportional relationship between the points A and B, changing the temperature between them keeps the temperature of the heater tube 20 constant. Make it impossible. That is, when the pressure is set higher by ΔP to control from point B to point A, as the temperature of the heat storage agent 27 approaches the point A, the temperature of the heater tube 20 drops significantly. Engine power decreases. However, according to the present embodiment, in response to the fine fluctuation of Qin, the pressure is positively fluctuated, so that the cycle of the fluctuation of the engine output is larger than that of the above-described conventional Stirling engine as shown in FIG. It can be increased (lengthened), and the engine output can be stabilized against a change in Q in .

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明したように、本発明によれば、太陽熱エネル
ギーは蓄熱剤を介して伝熱管を加熱すると共に、蓄熱剤
に潜熱により蓄熱として蓄えられる。これにより、太陽
熱エネルギー変化しても、蓄熱剤からの蓄熱と、圧力調
整手段の作用による作動ガスへの伝熱量の増減により、
伝熱管内を流れる作動ガスの温度を圧力調整手段を迅速
且つ微妙に操作することなく、一定に維持することがで
き、機関出力を安定させることができる。
As described above, according to the present invention, solar thermal energy heats the heat transfer tube via the heat storage agent and is stored in the heat storage agent as heat storage by latent heat. Thereby, even if the solar thermal energy changes, the heat storage from the heat storage agent and the increase or decrease in the amount of heat transfer to the working gas by the action of the pressure adjusting means,
The temperature of the working gas flowing in the heat transfer tube can be kept constant without operating the pressure adjusting means quickly and finely, and the engine output can be stabilized.

また、本発明によれば従来のように、大流量が流せて
且つ微妙な圧力調整手段が可能な圧力調整手段を必要と
することがないので、スターリング機関を安価にするこ
とができる。
Further, according to the present invention, unlike the related art, there is no need for pressure adjusting means capable of flowing a large flow rate and fine pressure adjusting means, so that the cost of the Stirling engine can be reduced.

また、本発明によれば、蓄熱剤により伝熱管が局部的
に加熱されることなく、その温度分布を均一にすること
ができて、伝熱管の耐久性を向上させることができる。
Further, according to the present invention, the heat transfer tube is not locally heated by the heat storage agent, the temperature distribution thereof can be made uniform, and the durability of the heat transfer tube can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明に従つたスターリング機関の実施例を示
す断面図、第2図は本発明における蓄熱剤の温度と、太
陽熱エネルギーQinと作動ガスへの伝熱量Qoutの差の積
分値との関係を示す特性図、第3図は第1実施例のタイ
ムチヤート図、第4図は第1実施例のフローチヤート
図、第5図は第2実施例のタイムチヤート図、第6図は
第2実施例のフローチヤート図、第7図は第3実施例の
断面図、第8図は第3実施例における太陽熱エネルギー
Qinと作動ガス圧力P(∽作動ガスへの伝熱量Qout)と
の関係を示す特性図、第9図は第3実施例のタイムチヤ
ート図、第10図は第3実施例におけるフローチヤート
図、第11図は第9図の詳細図である。 10……スターリング機関、11……ハウジング、12……ピ
ストン、14……回転斜板機構、15……出力軸、16……交
流発電機、17……膨張空間、18……圧縮空間、19……加
熱器、19a……加熱器ハウジング、19b……凹部、19c…
…開口、20……ヒーターチユーブ(伝熱管)、21……蓄
熱器、22……冷却器、23……リフレクタ、25……仕切り
板、26……閉空間、27……蓄熱剤、28……温度センサ
(温度検出手段)、30……制御装置(制御手段)、31…
…切替弁(圧力調整手段)、32……一方向弁、34……最
低サイクル圧力ライン、35……ガスリザーバ(作動ガス
供給源)、36……一方向弁、37……最高サイクル圧力ラ
イン、38……増圧弁(圧力調整手段)、39……減圧弁
(圧力調整手段)、40……圧縮機、41……圧力センサ
(圧力検出手段)、42……放射熱量計(放射熱量検出手
段)。
Sectional view showing an embodiment of FIG. 1 is従Tsuta Stirling engine of the present invention, FIG. 2 and the temperature of the heat storage agent in the present invention, the integral value of the difference between the heat transfer amount Q out of the solar thermal energy Q in the working gas FIG. 3 is a time chart of the first embodiment, FIG. 4 is a flow chart of the first embodiment, FIG. 5 is a time chart of the second embodiment, FIG. Is a flow chart of the second embodiment, FIG. 7 is a sectional view of the third embodiment, and FIG. 8 is solar thermal energy in the third embodiment.
FIG. 9 is a time chart of the third embodiment, and FIG. 10 is a flow chart of the third embodiment, showing a relationship between Q in and the working gas pressure P (∽heat transfer amount Q out to the working gas). FIG. 11 is a detailed view of FIG. 10 ... Stirling engine, 11 ... housing, 12 ... piston, 14 ... rotary swash plate mechanism, 15 ... output shaft, 16 ... AC generator, 17 ... expansion space, 18 ... compression space, 19 ... heater, 19a ... heater housing, 19b ... recess, 19c ...
... opening, 20 ... heater tube (heat transfer tube), 21 ... heat accumulator, 22 ... cooler, 23 ... reflector, 25 ... partition plate, 26 ... closed space, 27 ... heat storage agent, 28 ... ... Temperature sensor (temperature detection means), 30 ... Control device (control means), 31 ...
... switching valve (pressure adjusting means), 32 ... one-way valve, 34 ... lowest cycle pressure line, 35 ... gas reservoir (working gas supply source), 36 ... one-way valve, 37 ... highest cycle pressure line, 38 pressure booster valve (pressure adjusting means), 39 pressure reducing valve (pressure adjusting means), 40 compressor, 41 pressure sensor (pressure detecting means), 42 radiant calorimeter (radiant heat detecting means) ).

Claims (13)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】太陽熱エネルギーを照射される加熱器、該
加熱器内に配設され且つ膨張空間と圧縮空間とを蓄熱器
及び冷却器を介して連結する伝熱管、前記加熱器内に配
設されて前記伝熱管を包囲する閉空間を画成する仕切り
板、前記閉空間内に充填された蓄熱剤、前記蓄熱剤の温
度を検出する温度検出手段、前記膨張空間から前記圧縮
空間に至る作動空間を流れる作動ガスの圧力を調整する
圧力調整手段及び前記温度検出手段からの信号に応じて
前記圧力調整手段を作動させる制御手段を備えるスター
リング機関。
1. A heater to be irradiated with solar thermal energy, a heat transfer tube disposed in the heater and connecting an expansion space and a compression space via a heat storage device and a cooler, and disposed in the heater. A partition plate defining a closed space surrounding the heat transfer tube, a heat storage agent filled in the closed space, temperature detecting means for detecting a temperature of the heat storage agent, an operation from the expansion space to the compression space. A Stirling engine comprising: a pressure adjusting means for adjusting the pressure of a working gas flowing through a space; and a control means for operating the pressure adjusting means in response to a signal from the temperature detecting means.
【請求項2】前記圧力調整手段は、前記作動空間への作
動ガスの流通のみを許容する一方向弁を有する最低サイ
クル圧力ライン及び前記作動空間への作動ガスの流通を
阻止する一方向弁を有する最高サイクル圧力ラインをそ
れぞれ介して前記作動空間に連通する作動ガス供給源
と、該作動ガス供給源と両ライン間に介装されて、前記
作動ガス供給源と前記最高サイクル圧力ラインとを連通
し且つ、前記作動ガス供給源と前記最低サイクル圧力ラ
インとを遮断する第1位置と、前記作動ガス供給源と前
記最低サイクル圧力ラインを連通し且つ、前記作動ガス
供給源と前記最高サイクル圧力ラインとを遮断する第2
位置とを前記制御手段により選択的に切り替えられる切
替弁とから成ることを特徴とする請求項(1)に記載の
スターリング機関。
2. The pressure adjusting means includes a minimum cycle pressure line having a one-way valve that allows only the flow of the working gas to the working space, and a one-way valve that blocks the flow of the working gas to the working space. A working gas supply source communicating with the working space via the highest cycle pressure line, and a working gas supply source interposed between the working gas supply source and the two lines to communicate the working gas supply source with the highest cycle pressure line. A first position for shutting off the working gas supply source and the lowest cycle pressure line, a communication between the working gas supply source and the lowest cycle pressure line, and the working gas supply source and the highest cycle pressure line And cut off the second
The Stirling engine according to claim 1, further comprising a switching valve that can be selectively switched between a position and a position by the control means.
【請求項3】前記制御手段は、前記蓄熱剤の温度が融点
以上になるまでは切替弁を第1位置に保持し、前記蓄熱
剤の温度が融点以上である時に前記切替弁を第2位置に
切替えることを特徴する請求項(2)に記載のスターリ
ング機関。
3. The control means holds the switching valve in a first position until the temperature of the heat storage agent reaches the melting point or higher, and moves the switching valve to the second position when the temperature of the heat storage agent is higher than the melting point. The Stirling engine according to claim 2, wherein the switching is performed.
【請求項4】前記制御手段は、前記蓄熱剤の温度が融点
以上になるまでは切替弁を第1位置に保持し、前記蓄熱
剤の温度が融点以上である時に、前記切替弁を第2位置
に切替え、前記蓄熱剤の温度が融点以下である時に、前
記切替弁を第1位置に切替え前記蓄熱剤の温度を融点に
維持することを特徴とする請求項(2)に記載のスター
リング機関。
4. The control means holds the switching valve in the first position until the temperature of the heat storage agent reaches the melting point or higher, and switches the switching valve to the second position when the temperature of the heat storage agent is higher than the melting point. The Stirling engine according to claim 2, wherein the switching valve is switched to a position, and when the temperature of the heat storage agent is equal to or lower than the melting point, the switching valve is switched to the first position to maintain the temperature of the heat storage agent at the melting point. .
【請求項5】加熱器を照射する太陽熱エネルギーを検出
する放射熱量検出手段と、前記作動空間内の作動ガスの
圧力を検出する圧力検出手段とを備え、前記制御手段は
前記温度検出手段からの信号及び、前記放射熱量検出手
段からの信号に応じて、目標圧力値を設定し、前記作動
空間内の圧力が該目標圧力値になるように前記圧力調整
手段を作動させることを特徴とする請求項(1)に記載
のスターリング機関。
5. A radiant heat detecting means for detecting solar heat energy irradiating a heater, and a pressure detecting means for detecting a pressure of a working gas in the working space, wherein the control means detects the temperature of the working gas from the temperature detecting means. A target pressure value is set according to a signal and a signal from the radiant heat amount detecting means, and the pressure adjusting means is operated so that the pressure in the working space becomes the target pressure value. The Stirling engine according to item (1).
【請求項6】前記圧力調整手段は、前記作動空間への作
動ガスの流通のみを許容する一方向弁を有する最低サイ
クル圧力ライン及び前記作動空間への作動ガスの流通を
阻止する一方向弁を有する最高サイクル圧力ラインをそ
れぞれ介して前記作動空間に連通する作動ガス供給源
と、前記最低サイクル圧力ライン内に介装される増圧弁
と、前記最高サイクル圧力ライン内に介装される減圧弁
とから成ることを特徴とする請求項(5)に記載のスタ
ーリング機関。
6. The pressure adjusting means includes a minimum cycle pressure line having a one-way valve that allows only the flow of the working gas to the working space, and a one-way valve that blocks the flow of the working gas to the working space. A working gas supply source that communicates with the working space through each of the highest cycle pressure lines, a pressure increasing valve disposed in the lowest cycle pressure line, and a pressure reducing valve disposed in the highest cycle pressure line. The Stirling engine according to claim 5, wherein the Stirling engine comprises:
【請求項7】前記制御手段は、前記温度検出手段により
検出された温度を前記蓄熱剤の融点と比較すると共に前
記放射熱量検出手段により検出された放射熱量に応じた
作動ガスの理想圧力値を演算し、融点よりも高い時に
は、前記理想圧力よりも所定量高い圧力になるように前
記増圧弁及び減圧弁の開閉を制御し、融点よりも低い時
には、前記理想圧力よりも所定量低い圧力になるように
前記増圧弁及び減圧弁の開閉を制御することを特徴とす
る請求項(6)に記載のスターリング機関。
7. The control means compares the temperature detected by the temperature detection means with the melting point of the heat storage agent, and calculates an ideal pressure value of the working gas corresponding to the radiant heat detected by the radiant heat detection means. Calculate, when higher than the melting point, control the opening and closing of the pressure increasing valve and the pressure reducing valve so as to be a predetermined amount higher than the ideal pressure, when lower than the melting point, to a pressure lower than the ideal pressure by a predetermined amount The Stirling engine according to claim (6), wherein opening and closing of the pressure increasing valve and the pressure reducing valve are controlled so as to be as follows.
【請求項8】前記制御手段は、前記蓄熱剤の温度を融点
に維持するように前記増圧弁及び前記減圧弁を作動させ
ることを特徴とする請求項(7)に記載のスターリング
機関。
8. The Stirling engine according to claim 7, wherein the control means operates the pressure increasing valve and the pressure reducing valve so as to maintain the temperature of the heat storage agent at a melting point.
【請求項9】弁手段と作動空間への作動ガスの流通のみ
を許容する一方向弁を有する最低サイクル圧力ライン
と、前記弁手段と前記作動空間への作動ガスの流通を阻
止する一方向弁を有する最高サイクル圧力ラインとを介
して作動空間を作動ガス供給源に連通し、前記作動空間
を冷却器,蓄熱器及び加熱器内に配される伝熱管を介し
て連通させ且つ前記伝熱管を太陽熱エネルギーにより加
熱させているスターリング機関であつて、仕切り板によ
り前記加熱器内に前記伝熱管を包囲するように画成され
る閉空間内に蓄熱剤を充填し、該蓄熱剤の温度を温度検
出手段により検出し、制御手段により前記温度検出手段
により検出された温度に応じて前記弁手段の開閉を制御
し、前記伝熱管内の作動ガスの温度を一定に維持するス
ターリング機関の出力制御方法。
9. A minimum cycle pressure line having a valve means and a one-way valve allowing only the flow of the working gas to the working space, and a one-way valve for blocking the flow of the working gas to the valve means and the working space. The working space is communicated with a working gas supply via a maximum cycle pressure line having the following, and the working space is communicated through a heat transfer tube disposed in a cooler, a heat storage device and a heater, and the heat transfer tube is connected to the working space. A Stirling engine heated by solar thermal energy, wherein a heat storage agent is filled in a closed space defined by a partition plate so as to surround the heat transfer tube in the heater, and the temperature of the heat storage agent is set to a temperature. The control means controls the opening and closing of the valve means in accordance with the temperature detected by the temperature detection means, and controls the opening and closing of the Stirling engine to maintain the temperature of the working gas in the heat transfer tube constant. Control method.
【請求項10】前記弁手段が前記作動ガス供給源と前記
最高サイクル圧力ラインとを連通し且つ、前記作動ガス
供給源と前記最低サイクル圧力ラインとを遮断する第1
位置と、前記作動ガス供給源と前記最低サイクル圧力ラ
インを連通し且つ、前記作動ガス供給源と前記最高サイ
クル圧力ラインとを遮断する第2位置とを前記制御手段
により選択的に切り替えられる切替弁から成り、制御手
段により前記温度検出手段により検出された温度を前記
蓄熱剤の融点と比較し融点よりも高い時には前記切替弁
を第2位置に切替え、前記太陽熱エネルギーの変化を前
記蓄熱剤の蓄熱により補い前記伝熱管内の作動ガスの温
度を一定に維持することを特徴とする請求項(9)に記
載のスターリング機関の出力制御方法。
10. A first valve means for communicating between the working gas supply source and the highest cycle pressure line and shutting off the working gas supply source and the lowest cycle pressure line.
A switching valve for selectively switching a position and a second position for communicating the working gas supply source with the lowest cycle pressure line and for shutting off the working gas supply source and the highest cycle pressure line by the control means; The control means compares the temperature detected by the temperature detecting means with the melting point of the heat storage agent, and switches the switching valve to the second position when the temperature is higher than the melting point. The output control method for a Stirling engine according to claim (9), wherein the temperature of the working gas in the heat transfer tube is maintained constant.
【請求項11】前記弁手段が前記作動ガス供給源と前記
最高サイクル圧力ラインとを連通し且つ、前記作動ガス
供給源と前記最低サイクル圧力ラインとを遮断する第1
位置と、前記作動ガス供給源と前記最低サイクル圧力ラ
インを連通し且つ、前記作動ガス供給源と前記最高サイ
クル圧力ラインとを遮断する第2位置とを前記制御手段
により選択的に切り替えられる切替弁から成り、制御手
段により前記温度検出手段により検出された温度を前記
蓄熱剤の融点と比較し融点よりも高い時には前記切替弁
を第2位置に切替え、融点よりも低い時には前記切替弁
を第1位置に切替えて前記蓄熱剤の温度を融点に維持す
ることにより、前記伝熱管内の作動ガスの温度を一定に
維持することを特徴とする請求項(9)に記載のスター
リング機関の出力制御方法。
11. A first valve means for communicating between the working gas supply source and the highest cycle pressure line and shutting off the working gas supply source and the lowest cycle pressure line.
A switching valve for selectively switching a position and a second position for communicating the working gas supply source with the lowest cycle pressure line and for shutting off the working gas supply source and the highest cycle pressure line by the control means; The control means compares the temperature detected by the temperature detecting means with the melting point of the heat storage agent, and switches the switching valve to the second position when the temperature is higher than the melting point, and switches the switching valve to the first position when the temperature is lower than the melting point. The output control method for a Stirling engine according to claim 9, wherein the temperature of the working gas in the heat transfer tube is maintained constant by switching to a position to maintain the temperature of the heat storage agent at the melting point. .
【請求項12】増圧弁と作動空間への作動ガスの流通の
みを許容する一方向弁を有する最低サイクル圧力ライン
と、減圧弁と前記作動空間への作動ガスの流通を阻止す
る一方向弁を有する最高サイクル圧力ラインとを介して
作動空間を作動ガス供給源に連通し、前記作動空間を冷
却器,蓄熱器及び加熱器内に配される伝熱管を介して連
通させ且つ前記伝熱管を太陽熱エネルギーにより加熱さ
せているスターリング機関であつて、仕切り板により前
記加熱器内に前記伝熱管を包囲するように画成される閉
空間内に蓄熱剤を充填し、該蓄熱剤の温度を温度検出手
段により検出し、前記太陽熱エネルギーの放射熱量を放
射熱量検出手段により検出し、前記作動空間内の作動ガ
スの圧力を圧力検出手段により検出し、前記制御手段に
より前記温度検出手段からの信号及び前記放射熱量検出
手段からの信号に応じて、目標圧力値を設定し、作動空
間内の圧力が該目標圧力値になるように前記増圧弁及び
減圧弁の開閉を制御することを特徴とするスターリング
機関の出力制御方法。
12. A minimum cycle pressure line having a pressure increasing valve and a one-way valve allowing only the flow of the working gas to the working space, and a pressure reducing valve and a one-way valve for blocking the flow of the working gas to the working space. The working space communicates with a working gas supply source through a maximum cycle pressure line having a maximum cycle pressure line, the working space communicates with a heat transfer tube disposed in a cooler, a heat storage device and a heater, and the heat transfer tube is connected to a solar heat source. A Stirling engine heated by energy, wherein a heat storage agent is filled in a closed space defined by a partition plate so as to surround the heat transfer tube, and the temperature of the heat storage agent is detected. Means, the radiant heat of the solar thermal energy is detected by radiant heat detection means, the pressure of the working gas in the working space is detected by pressure detection means, and the temperature detection is performed by the control means. Setting a target pressure value in accordance with a signal from a stage and a signal from the radiant heat amount detection means, and controlling opening and closing of the pressure increasing valve and the pressure reducing valve so that the pressure in the working space becomes the target pressure value. An output control method for a Stirling engine.
【請求項13】前記制御手段により前記温度検出手段に
より検出された温度を前記蓄熱剤の融点と比較すると共
に前記放射熱量検出手段により検出された放射熱量に応
じた作動ガスの理想圧力値を演算し、融点よりも高い時
には前記理想圧力よりも所定量高い圧力になるように前
記増圧弁及び減圧弁の開閉を制御し、融点よりも低い時
には前記理想圧力よりも所定量低い圧力になるように前
記増圧弁及び減圧弁の開閉を制御することを特徴とする
請求項(12)に記載のスターリング機関の出力制御方
法。
13. The control means compares the temperature detected by the temperature detection means with the melting point of the heat storage agent and calculates an ideal pressure value of the working gas in accordance with the radiant heat detected by the radiant heat detection means. When the temperature is higher than the melting point, the opening and closing of the pressure-increasing valve and the pressure-reducing valve are controlled so that the pressure becomes higher by a predetermined amount than the ideal pressure, and when the temperature is lower than the melting point, the pressure becomes lower by a predetermined amount than the ideal pressure. The output control method for a Stirling engine according to claim 12, wherein opening and closing of the pressure increasing valve and the pressure reducing valve are controlled.
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