JP6230484B2 - Linear Stirling engine power generator and power generation method using the same - Google Patents
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Description
本発明はリニアスターリングエンジン発電装置及びそれを利用した発電方法に関するものである。 The present invention relates to a linear Stirling engine power generator and a power generation method using the same.
特許文献1は従来のスターリングエンジン発電装置を開示している。このスターリングエンジン発電装置は、第1シリンダ、第2シリンダ、連通路、熱交換器、回転力取出機構、及び発電機とを備えている。第1シリンダは加熱側ピストンを往復移動自在に収納している。第1シリンダは加熱側ピストンによって区画された加熱室が形成されている。第2シリンダは冷却側ピストンを往復移動自在に収納している。第2シリンダは冷却側ピストンによって区画された冷却室が形成されている。連通路は加熱室と冷却室とを連通している。熱交換器は連通路に設けられている。回転力取出機構は⊥形ヨーク及びクランクを有している。このクランクは、⊥形ヨークを介して加熱側ピストン及び冷却側ピストンに連結しており、加熱側ピストン及び冷却側ピストンの往復移動によって、クランク軸が回転する。加熱側ピストンと冷却側ピストンとは約90度の位相差を有して往復移動する。このスターリングエンジン発電装置は、加熱室内の気体が加熱され膨張することによって、加熱側ピストンの移動する力が回転力取出機構によって回転力として取り出される。そして、このスターリングエンジン発電装置は、この回転力を利用して発電機が発電することができる。このスターリングエンジン発電装置は、ピストンがシリンダに与えるスラスト力を小さくすることができ、小型化を図ることができる。
しかし、特許文献1のスターリングエンジン発電装置は、加熱側ピストン及び冷却側ピストンが⊥形ヨークを介してクランクに連結している。つまり、加熱側ピストンと冷却側ピストンとが機械的に連結され、約90度の位相差を有して往復移動する。このため、加熱側ピストン及び冷却側ピストンのストロークは、クランクによって一義に決定され、変更することができないため、ピストン運動は熱サイクル側からの要求を本質的に満たすことができず、大きな効率低下になっている。
However, in the Stirling engine power generator of
本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、理想的な熱サイクルに近づけて、高効率の発電を行うことができるリニアスターリングエンジン発電装置及びそれを利用した発電方法を提供することを解決すべき課題としている。 The present invention has been made in view of the above-described conventional circumstances, and provides a linear Stirling engine power generation apparatus capable of performing high-efficiency power generation close to an ideal heat cycle and a power generation method using the same. It is a problem to be solved.
本発明のリニアスターリングエンジン発電装置は、第1シリンダと、
この第1シリンダ内に往復移動自在に収納され、この第1シリンダ内を区画して加熱室を形成する加熱側ピストンと、
第2シリンダと、
この第2シリンダ内に前記加熱側ピストンとは機械的に独立して往復移動自在に収納され、この第2シリンダ内を区画して冷却室を形成する冷却側ピストンと、
前記加熱室の容積が減少する方向の力を前記加熱側ピストンに作用させることができるとともに、前記加熱室の容積が増加する方向に前記加熱側ピストンが移動すると発電する発電機能付きリニアモータと、
前記冷却室の容積が減少、及び増加する方向の力を前記冷却側ピストンに作用させることができるリニアアクチュエータと、
前記発電機能付きリニアモータ及び前記リニアアクチュエータの駆動を制御する制御装置とを備えていることを特徴とする。
The linear Stirling engine power generator of the present invention includes a first cylinder,
A heating-side piston that is housed in the first cylinder so as to be reciprocally movable, and that defines the heating chamber by dividing the inside of the first cylinder;
A second cylinder;
A cooling-side piston that is housed in the second cylinder so as to be reciprocally movable mechanically independent from the heating-side piston, and that defines a cooling chamber by partitioning the inside of the second cylinder;
A linear motor with a power generation function capable of causing a force in a direction in which the volume of the heating chamber decreases to act on the heating side piston and generating electric power when the heating side piston moves in a direction in which the volume of the heating chamber increases,
A linear actuator capable of causing a force in a direction in which the volume of the cooling chamber decreases and increases to the cooling side piston;
And a controller for controlling driving of the linear motor with the power generation function and the linear actuator.
本発明の発電方法は、上記リニアスターリングエンジン発電装置を利用した発電方法であって、
前記加熱側ピストン及び前記冷却側ピストンの移動を停止して前記加熱室及び前記冷却室の容積を一定に保ちつつ前記加熱室内に封入された気体を加熱する等容加熱工程を実行し、
次に、前記加熱室及び前記冷却室の温度が一定になるように、前記冷却側ピストンの移動を停止した状態で、前記加熱室内で加熱された気体の膨張によって前記加熱側ピストンが移動し、この加熱側ピストンの移動によって前記発電機能付きリニアモータが発電をしつつ、前記加熱室の容積が膨張する等温膨張工程を実行し、
次に、前記加熱室の容積と前記冷却室の容積との和が一定に保たれるように、前記加熱側ピストン及び前記冷却側ピストンを移動して前記加熱室の容積を減少させ、前記冷却室の容積を増加させつつ、前記加熱室内及び前記冷却室内に封入された気体を冷却する等容冷却工程を実行し、
次に、前記冷却室内の温度が一定になるように前記冷却側ピストンを移動する等温圧縮行程を実行することを特徴とする。
The power generation method of the present invention is a power generation method using the linear Stirling engine power generator,
Performing a constant volume heating step of heating the gas enclosed in the heating chamber while stopping the movement of the heating side piston and the cooling side piston and keeping the volume of the heating chamber and the cooling chamber constant;
Next, in a state where the movement of the cooling side piston is stopped so that the temperature of the heating chamber and the cooling chamber becomes constant, the heating side piston moves due to the expansion of the gas heated in the heating chamber, The linear motor with a power generation function generates power by the movement of the heating side piston, and executes an isothermal expansion process in which the volume of the heating chamber expands.
Next, the heating-side piston and the cooling-side piston are moved to reduce the volume of the heating chamber so that the sum of the volume of the heating chamber and the volume of the cooling chamber is kept constant. Performing a constant volume cooling step of cooling the gas enclosed in the heating chamber and the cooling chamber while increasing the volume of the chamber;
Next, an isothermal compression process is performed in which the cooling side piston is moved so that the temperature in the cooling chamber becomes constant.
このリニアスターリングエンジン発電装置は、加熱側ピストンと冷却側ピストンとが機械的に独立して往復移動することができるため、両ピストンの多様な駆動が可能である。このため、このリニアスターリングエンジン発電装置を利用した発電方法に示すように、熱サイクル側からの要求を満たすように加熱側ピストン及び冷却側ピストンを往復移動させることができ、効率低下を抑制することができる。 In this linear Stirling engine power generator, the piston on the heating side and the piston on the cooling side can mechanically and independently reciprocate, so that both pistons can be driven in various ways. For this reason, as shown in the power generation method using this linear Stirling engine power generator, the heating side piston and the cooling side piston can be reciprocated so as to satisfy the requirements from the heat cycle side, and the efficiency reduction is suppressed. Can do.
したがって、本発明のリニアスターリングエンジン発電装置及びそれを利用した発電方法は、理想的な熱サイクルに近づけて、高効率の発電を行うことができる。 Therefore, the linear Stirling engine power generation apparatus and the power generation method using the same according to the present invention can perform high-efficiency power generation close to an ideal heat cycle.
本発明における好ましい実施の形態を説明する。 A preferred embodiment of the present invention will be described.
本発明のリニアスターリングエンジン発電装置は、前記加熱側ピストンの移動を停止する第1ブレーキと、前記冷却側ピストンの移動を停止する第2ブレーキとを備え得る。この場合、加熱側ピストン、及び冷却側ピストンを理想的な熱サイクルを実現するように各ブレーキによって各ピストンの移動を停止させることができる。これによって、リニアスターリングエンジン発電装置の効率を上げることができる。 The linear Stirling engine power generator of the present invention may include a first brake that stops the movement of the heating-side piston and a second brake that stops the movement of the cooling-side piston. In this case, the movement of each piston can be stopped by each brake so as to realize an ideal thermal cycle of the heating side piston and the cooling side piston. As a result, the efficiency of the linear Stirling engine power generator can be increased.
次に、本発明のリニアスターリングエンジン発電装置及びそれを利用した発電方法を具体化した実施例1について、図面を参照しつつ説明する。 Next, a linear stirling engine power generation apparatus and a power generation method using the linear stirling engine power generation apparatus of the present invention will be described with reference to the drawings.
<実施例1>
実施例1のリニアスターリングエンジン発電装置は、図1に示すように、第1シリンダ10、加熱側ピストン11、加熱側ピストンロッド12、第2シリンダ20、冷却側ピストン21、冷却側ピストンロッド22、連通路30、熱交換器31、発電機能付きリニアモータ13、リニアアクチュエータ23、第1ブレーキ14、第2ブレーキ24、制御装置である第1制御装置15と第2制御装置25、蓄放電器16、電源26、及び接続器32を備えている。
<Example 1>
As shown in FIG. 1, the linear Stirling engine power generator according to the first embodiment includes a
加熱側ピストン11は第1シリンダ10内に往復移動自在に収納されている。第1シリンダ10は、加熱側ピストン11によって区画され、加熱側ピストン11の上方に加熱室10Aを形成している。加熱室10A内に封入された気体は第1シリンダ10の上部が外部から加熱されることによって加熱される。加熱側ピストンロッド12は加熱側ピストン11の下部から下方に延び、第1シリンダ10の下端から下方に突出している。
The
冷却側ピストン21は第2シリンダ20内に往復移動自在に収納されている。冷却側ピストン21は加熱側ピストン11と機械的に独立して往復移動することができる。つまり、加熱側ピストン11と冷却側ピストン21は、各シリンダ10,20内の内部状態や各ピストン11,21の位置に関係なく独立して動作することができる。このため、各ピストン11,21のストロークも動作中に変更することができる。第2シリンダ20は、冷却側ピストン21によって区画され、冷却側ピストン21の上方に冷却室20Aを形成している。冷却室20A内に封入された気体は第2シリンダ20の上部が外部から冷却されることによって冷却される。冷却側ピストンロッド22は冷却側ピストン21の下部から下方に延び、第2シリンダ20の下端から下方に突出している。
The
連通路30は加熱室10Aと冷却室20Aとを連通している。連通路30を介して加熱室10Aと冷却室20Aとの間を封入された気体が往復することができる。熱交換器31は連通路30の途中に設けられている。熱交換器31は、加熱室10Aから冷却室20Aに気体が流れる際、気体の熱量を蓄え、冷却室20Aに流出する気体の温度を低下させることができる。逆に、冷却室20Aから加熱室10Aに気体が流れる際、熱交換器31に蓄えられた熱量を利用し、加熱室10Aに流出する気体の温度を上昇させることができる。このリニアスターリングエンジン発電装置は、加熱室10A及び冷却室20Aの状態を測定することができる図示しない温度センサ、圧力センサ等を備えている。
The
発電機能付きリニアモータ13はリニアサーボモータで構成されている。この発電機能付きリニアモータ13は第1シリンダ10の下端から下方に突出した加熱側ピストンロッド12が挿通している。この発電機能付きリニアモータ13は、制御指令(ピストン位置、速度、力のいずれか)によって、加熱室10Aの容積が減少する方向の力を加熱側ピストンロッド12に作用させることができる。つまり、発電機能付きリニアモータ13は加熱側ピストン11及び加熱側ピストンロッド12を上方向に移動させることができる。また、発電機能付きリニアモータ13は、制御信号(例えば一定力)を入力し、後述する第1ブレーキを解放すると、このモータ力に打ち勝つ力が加熱側ピストン11に加えられて、加熱側ピストン11及び加熱側ピストンロッド12が下方向に移動すると、回生発電機として動作し、電力を取り出すことができる。
The
リニアアクチュエータ23はリニアサーボモータで構成されている。このリニアアクチュエータ23は第2シリンダ20の下端から下方に突出した冷却側ピストンロッド22が挿通している。このリニアアクチュエータ23は、制御指令(ピストン位置、速度、力のいずれか)によって、冷却室20Aの容積が減少する方向の力及び増加する方向の力を冷却側ピストンロッド22に作用させることができる。つまり、リニアアクチュエータ23は冷却側ピストン21及び冷却側ピストンロッド22を上下方向に移動させることができる。
The
第1ブレーキ14は第1シリンダ10の下端から下方に突出した加熱側ピストンロッド12が挿通している。この第1ブレーキ14は、電磁駆動式であり、電力を供給しないと、加熱側ピストンロッド12に対してブレーキをかけた状態になる。このため、加熱側ピストン11及び加熱側ピストンロッド12は軸方向の移動がロックされる。したがって、発電機能付きリニアモータ13はピストン保持のための力を必要としないため、モータ消費電力はゼロとなる。また、この第1ブレーキ14は、電力を供給すると、加熱側ピストンロッド12に対するブレーキが開放される。このため、加熱側ピストン11及び加熱側ピストンロッド12は軸方向の移動が自由になる。このとき、発電機能付きリニアモータ13に制御指令を入れるが、ピストンの反力が指令値より大きいと、発電機能付きリニアモータ13は指令値と逆方向に動き回生電力が得られる。
The
第2ブレーキ24は第2シリンダ20の下端から下方に突出した冷却側ピストンロッド22が挿通している。この第2ブレーキ24も、電磁駆動式であり、電力を供給しないと、冷却側ピストンロッド22に対してブレーキをかけた状態になる。このため、冷却側ピストン21及び冷却側ピストンロッド22は軸方向の移動がロックされる。また、この第2ブレーキ24も、電力を供給すると、冷却側ピストンロッド22に対するブレーキが開放される。このため、冷却側ピストン21及び冷却側ピストンロッド22は軸方向の移動が自由になる。
The cooling
第1制御装置15は、加熱側ピストン制御装置15Aとリニアモータドライバ15Bとを有している(図8参照)。加熱側ピストン制御装置15Aは各センサからの信号(センサ信号)、及び第2制御装置からの状態量信号が入力される。これら入力に基づいて、第1制御装置15は、発電機能付きリニアモータ13の位置、速度、及び力の制御を行う。また、第1制御装置15は第1ブレーキ14への電力供給のオン・オフ制御を行う。第2制御装置25は、リニアアクチュエータ23の位置、速度、若しくは力の制御を行う。また、第2制御装置25は第2ブレーキ24への電力供給のオン・オフ制御を行う。第1制御装置15と第2制御装置25とは連動した制御を行うことができる。
The
蓄放電器16は、昇圧器16A、降圧器16B、及び蓄電器16Cとを有している(図8参照)。蓄電器16Cは電気2重層コンデンサである。蓄放電器16は発電機能付きリニアモータ13が発電した電力を蓄電器16Cに蓄電する。この際、降圧器16Bが作動する。発電機能付きリニアモータ13が加熱側ピストン11を移動させるために駆動する際、発電機能付きリニアモータ13にリニアモータドライバ15Bから所用の電圧がかけられる。すると、電源電圧が下がるため、昇圧器16Aが作動し、蓄電器16Cに蓄電した電力を取り出して、電圧を一定にする。蓄電器16Cを電気2重層コンデンサにすることによって、蓄放電器16は大電流高速充放電効率を良くすることができる。電源26は発電機能付きリニアモータ13及びリニアアクチュエータ23の駆動電力を供給する。接続器32は外部電源との接続に利用される。
The accumulator /
次に、このリニアスターリングエンジン発電装置を利用した発電方法について説明する。
<等容加熱工程>
先ず、図2に示すように、第1ブレーキ14及び第2ブレーキ24への電力供給をオフにして、加熱側ピストンロッド12及び冷却側ピストンロッド22に対してブレーキをかける。これによって、加熱側ピストン11、加熱側ピストンロッド12、冷却側ピストン21、及び冷却側ピストンロッド22は軸方向の移動がロックされる。つまり、加熱側ピストン11、及び冷却側ピストン21は、上昇位置UP,UDに停止している(図6(A)、(B)参照)。このように加熱室10A及び冷却室20Aの容積を一定に保った状態で、第1シリンダ10の上部を外部から加熱し、加熱室10A内に封入された気体を加熱し、等容加熱工程(図6及び図7に示すグラフにおいて、1から2へ推移する工程)を実行する。
Next, a power generation method using this linear Stirling engine power generator will be described.
<Equal volume heating process>
First, as shown in FIG. 2, the power supply to the
<等温膨張工程>
次に、図3に示すように、第2ブレーキ24への電力供給はオフのままで、第1ブレーキ14への電力供給をオンにして、加熱側ピストンロッド12に対するブレーキを開放する。これによって、加熱側ピストン11、及び加熱側ピストンロッド12は、軸方向の移動が自由になる。つまり、冷却側ピストン21は上昇位置UDに停止したままで、加熱側ピストン11のみが移動することができる。このため、加熱室10A内で加熱された気体の膨張力によって、加熱側ピストン11が下降位置BPに下降する(図6(A)、(B)参照)。この際、加熱室10A内の温度が一定になるように、発電機能付きリニアモータ13に制御信号に相当する電力を供給して加熱側ピストンロッド12にモータブレーキをかける。このようにして、このリニアスターリングエンジン発電装置は等温膨張工程(図6及び図7に示すグラフにおいて、2から3へ推移する工程)を実行する。
<Isothermal expansion process>
Next, as shown in FIG. 3, the power supply to the
等温膨張工程において、加熱側ピストンロッド12にモータブレーキをかけている状態で、このモータ力に打ち勝つ気体の膨張力が加熱側ピストン11に加えられて、加熱側ピストン11及び加熱側ピストンロッド12が下降すると、発電機能付きリニアモータ13は回生発電機として動作し、図6(C)に示すように、電力WGを取り出すことができる。なお、等温膨張工程において、第1ブレーキ14に供給する電力S1が消費される。
In the isothermal expansion process, in a state where the motor brake is applied to the heating
<等容冷却工程>
次に、図4に示すように、第1ブレーキ14及び第2ブレーキ24の電力供給をオンにして、加熱側ピストンロッド12及び冷却側ピストンロッド22に対するブレーキを開放する。これによって、加熱側ピストン11、加熱側ピストンロッド12、冷却側ピストン21、及び冷却側ピストンロッド22は、軸方向の移動が自由になる。つまり、加熱側ピストン11及び冷却側ピストン21が移動することができる。この状態で、加熱室10Aの容積と冷却室20Aの容積との和が一定に保たれるように、発電機能付きリニアモータ13に電力を供給して加熱側ピストン11を上昇位置UPまで上昇させて加熱室10Aの容積を減少させ、リニアアクチュエータ23に電力を供給して冷却側ピストン21を下降位置BDまで下降させて冷却室20Aの容積を増加させる(図6及び図7に示すグラフにおいて、3から3’へ推移する工程)。この間、図6(C)に示すように、第1ブレーキ14、第2ブレーキ24、発電機能付きリニアモータ13、及びリニアアクチュエータ23に供給する電力S2が消費される。
<Isovolume cooling process>
Next, as shown in FIG. 4, the power supply to the
そして、第1ブレーキ14及び第2ブレーキ24の電力供給をオフにして、加熱側ピストンロッド12及び冷却側ピストンロッド22に対してブレーキをかける。これによって、加熱側ピストン11、加熱側ピストンロッド12、冷却側ピストン21、及び冷却側ピストンロッド22は軸方向の移動がロックされる。つまり、加熱側ピストン11が上昇位置UPに停止し、冷却側ピストン21が下降位置BDに停止する。そして、この状態を所定時間、保持する(図6及び図7に示すグラフにおいて、3’から4へ推移する工程)。この間(図6及び図7において、3から3’を経由して4へ推移する間)、加熱室10A内及び冷却室20A内に封入された気体を冷却し、等容冷却工程を実行(図6及び図7に示すグラフにおいて、3から3’を経由して4へ推移する工程)を実行する。
Then, the power supply to the
<等温圧縮工程>
次に、図5に示すように、第1ブレーキ14への電力供給はオフのままで、第2ブレーキ24への電力供給をオンにして、冷却側ピストンロッド22に対するブレーキを開放する。これによって、冷却側ピストン21、及び冷却側ピストンロッド22は、軸方向の移動が自由になる。つまり、加熱側ピストン11は上昇位置UPに停止したままで、冷却側ピストン21のみが移動することができる。この状態で、冷却室20Aの温度が一定になるように、リニアアクチュエータ23に電力を供給して、冷却側ピストン21を上昇位置UDまで上昇させる等温圧縮工程(図6及び図7に示すグラフにおいて、4から1へ推移する工程)を実行する。
<Isothermal compression process>
Next, as shown in FIG. 5, the power supply to the
等温圧縮工程において、第2ブレーキ24に供給する電力S3と、リニアアクチュエータ23に供給する電力S4が消費される。リニアアクチュエータ23に供給する電力S4は、冷却側ピストン21が上昇するに従って冷却室20Aの圧力が高くなるため、徐々に大きくなる。
In the isothermal compression step, power S3 supplied to the
冷却側ピストン21が上昇位置UDに上昇すると、第2ブレーキ24への電力供給をオフにして、冷却側ピストンロッド22に対してブレーキをかける。これによって、冷却側ピストン21、及び冷却側ピストンロッド22の軸方向の移動をロックする。つまり、加熱側ピストン11、及び冷却側ピストン21は上昇位置UP,UDに停止し、等容加熱工程の初期段階に復帰する。
When the
このようにして、このリニアスターリングエンジン発電装置は、等容加熱工程、等温膨張工程、等容冷却工程、及び等温圧縮工程を1サイクルとして、これら工程が繰り返される。このリニアスターリングエンジン発電装置は、1サイクル中の等温膨張工程において発電した電力WGから、等温膨張工程、等容冷却工程、及び等温圧縮工程で消費した電力S1〜S4を引いた電力が正味発電電力となる。 In this way, in the linear Stirling engine power generator, these steps are repeated with the isovolumetric heating process, the isothermal expansion process, the isothermal cooling process, and the isothermal compression process as one cycle. The linear Stirling engine generator from the power W G that is generated in the isothermal expansion process in one cycle, isothermal expansion process, isochoric cooling process, and the power obtained by subtracting power S1~S4 consumed by isothermal compression process net power It becomes electric power.
このように、このリニアスターリングエンジン発電装置は、加熱側ピストン11と冷却側ピストン21とが機械的に独立して往復移動することができるため、両ピストンの多様な駆動が可能である。このため、上述した発電方法に示すように、熱サイクル側からの要求を満たすように加熱側ピストン11及び冷却側ピストン21を往復移動させることができ、図7に示すように、理想的な熱サイクルに近づけることができ、効率低下を抑制することができる。
As described above, in this linear Stirling engine power generator, the heating-
したがって、実施例1のリニアスターリングエンジン発電装置及びそれを利用した発電方法は、理想的な熱サイクルに近づけて、高効率の発電を行うことができる。 Therefore, the linear Stirling engine power generation apparatus and the power generation method using the linear Stirling engine power generation apparatus according to the first embodiment can perform high-efficiency power generation close to an ideal heat cycle.
また、第1ブレーキ14と第2ブレーキ24とを備えているため、加熱側ピストン11、及び冷却側ピストン21を理想的な熱サイクルを実現するように各ピストンの移動を停止させることができる。これによって、リニアスターリングエンジン発電装置の効率を上げることができる。
Moreover, since the
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施例1に限定されるものではなく、例えば次のような実施例も本発明の技術的範囲に含まれる。
(1)実施例1では、第1ブレーキ及び第2ブレーキを備えていたが、これらブレーキを備えていなくてもよい。この場合、発電機能付きリニアモータ及びリニアアクチュエータが反対方向の推力を発生させて、各ピストンの移動を停止させるようにするとよい。
(2)リニアアクチュエータをネジ機構で駆動するものにしてもよい。この場合、等温圧縮工程において圧縮に必要な推力発生の動力を小さくすることができる。
(3)実施例1では、外部電源に接続する接続器を設けていたが、接続器を設けなくてもよい。
The present invention is not limited to the first embodiment described with reference to the above description and drawings. For example, the following embodiments are also included in the technical scope of the present invention.
(1) Although the first brake and the second brake are provided in the first embodiment, these brakes may not be provided. In this case, the linear motor with a power generation function and the linear actuator may generate thrust in the opposite direction to stop the movement of each piston.
(2) The linear actuator may be driven by a screw mechanism. In this case, it is possible to reduce the power of thrust generation necessary for compression in the isothermal compression step.
(3) In the first embodiment, the connector for connecting to the external power source is provided, but the connector may not be provided.
このリニアスターリングエンジン発電装置は、家庭等の小出力分散発電において、バイオマス等の小自然エネルギーを活用して利用することができる。 This linear Stirling engine power generator can be used by utilizing small natural energy such as biomass in small output distributed power generation at home and the like.
10…第1シリンダ
10A…加熱室
11…加熱側ピストン
13…発電機能付きリニアモータ
14…第1ブレーキ
15,25…制御装置(15…第1制御装置、25…第2制御装置)
20…第2シリンダ
20A…冷却室
21…冷却側ピストン
23…リニアアクチュエータ
24…第2ブレーキ
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
Claims (3)
この第1シリンダ内に往復移動自在に収納され、この第1シリンダ内を区画して加熱室を形成する加熱側ピストンと、
第2シリンダと、
この第2シリンダ内に前記加熱側ピストンとは機械的に独立して往復移動自在に収納され、この第2シリンダ内を区画して冷却室を形成する冷却側ピストンと、
前記加熱室の容積が減少する方向の力を前記加熱側ピストンに作用させることができるとともに、前記加熱室の容積が増加する方向に前記加熱側ピストンが移動すると発電する発電機能付きリニアモータと、
前記冷却室の容積が減少、及び増加する方向の力を前記冷却側ピストンに作用させることができるリニアアクチュエータと、
前記発電機能付きリニアモータ及び前記リニアアクチュエータの駆動を制御する制御装置とを備えていることを特徴とするリニアスターリングエンジン発電装置。 A first cylinder;
A heating-side piston that is housed in the first cylinder so as to be reciprocally movable, and that defines the heating chamber by dividing the inside of the first cylinder;
A second cylinder;
A cooling-side piston that is housed in the second cylinder so as to be reciprocally movable mechanically independent from the heating-side piston, and that defines a cooling chamber by partitioning the inside of the second cylinder;
A linear motor with a power generation function capable of causing a force in a direction in which the volume of the heating chamber decreases to act on the heating side piston and generating electric power when the heating side piston moves in a direction in which the volume of the heating chamber increases,
A linear actuator capable of causing a force in a direction in which the volume of the cooling chamber decreases and increases to the cooling side piston;
A linear Stirling engine power generation device comprising: a linear motor with a power generation function and a control device that controls driving of the linear actuator.
前記冷却側ピストンの移動を停止する第2ブレーキとを備えていることを特徴とする請求項1記載のリニアスターリングエンジン発電装置。 A first brake for stopping the movement of the heating side piston;
The linear Stirling engine power generator according to claim 1, further comprising a second brake for stopping the movement of the cooling side piston.
前記加熱側ピストン及び前記冷却側ピストンの移動を停止して前記加熱室及び前記冷却室の容積を一定に保ちつつ前記加熱室内に封入された気体を加熱する等容加熱工程を実行し、
次に、前記加熱室及び前記冷却室の温度が一定になるように、前記冷却側ピストンの移動を停止した状態で、前記加熱室内で加熱された気体の膨張によって前記加熱側ピストンが移動し、この加熱側ピストンの移動によって前記発電機能付きリニアモータが発電をしつつ、前記加熱室の容積が膨張する等温膨張工程を実行し、
次に、前記加熱室の容積と前記冷却室の容積との和が一定に保たれるように、前記加熱側ピストン及び前記冷却側ピストンを移動して前記加熱室の容積を減少させ、前記冷却室の容積を増加させつつ、前記加熱室内及び前記冷却室内に封入された気体を冷却する等容冷却工程を実行し、
次に、前記冷却室内の温度が一定になるように前記冷却側ピストンを移動する等温圧縮行程を実行することを特徴とする発電方法。 A power generation method using the linear Stirling engine power generator according to claim 1 or 2,
Performing a constant volume heating step of heating the gas enclosed in the heating chamber while stopping the movement of the heating side piston and the cooling side piston and keeping the volume of the heating chamber and the cooling chamber constant;
Next, in a state where the movement of the cooling side piston is stopped so that the temperature of the heating chamber and the cooling chamber becomes constant, the heating side piston moves due to the expansion of the gas heated in the heating chamber, The linear motor with a power generation function generates power by the movement of the heating side piston, and executes an isothermal expansion process in which the volume of the heating chamber expands.
Next, the heating-side piston and the cooling-side piston are moved to reduce the volume of the heating chamber so that the sum of the volume of the heating chamber and the volume of the cooling chamber is kept constant. Performing a constant volume cooling step of cooling the gas enclosed in the heating chamber and the cooling chamber while increasing the volume of the chamber;
Next, an isothermal compression process is performed in which the cooling side piston is moved so that the temperature in the cooling chamber becomes constant.
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