JPH04299099A - 太陽熱利用スターリング発電機 - Google Patents

太陽熱利用スターリング発電機

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、太陽熱を熱入力源とし
て運転し、発電機を駆動するスターリング機関に関する
。
【０００２】
【従来の技術】太陽熱を熱入力源として運転するスター
リング機関では、機関の出力は、太陽の放射熱量によっ
て変化するが、機関効率を高いレベルで一定に保つため
には、高温部における作動ガス温度を可能な限り高いレ
ベルで一定に保つことが必要である。
【０００３】従来、この目的のための装置としては、米
国特許第　４，４５７，１３３号明細書に記載れた如き
太陽熱利用熱ガスエンジンの作動ガス温度制御方法が公
知である。 この装置は、図４に示す如く、スターリング機関２０は
、放射熱取入孔２１より入射する太陽熱エネルギーによ
り運転され、発電機２７を駆動し、発電する。その際、
機関の効率を高いレベルで維持するため、高温部におけ
る機関温度をセンサ２３で測定し、高温部における作動
ガス温度を推定し、温度調整器２６で、機関の作動ガス
圧力の設定値を計算し、差分器２４にて、機関の作動ガ
ス圧力センサ２５の測定値との差ΔＰを零にするように
、作動ガス圧力制御システム２２が機関内の作動ガス圧
力を調節する（図６）。しかしながら、図７に示すよう
に、機関回転数を一定に保つように、太陽熱の変化に対
して、機関が出力を出し得る範囲全体に亘って高い機関
効率を維持するためには、作動ガス圧力の調節範囲が広
くなければならず、このことは、図５に示すように、ガ
ス圧力制御システム中に作動ガス圧縮機３０を必要とす
る。
【０００４】しかしながら、上記の作動ガス圧縮機は、
清浄な作動ガスを汚さないように、無潤滑で駆動して高
圧を発生させなければならず、装置の信頼性、耐久性が
低い難点がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来の太陽
熱利用スターリング発電機の高効率維持のための作動ガ
ス圧力の広範囲のガス圧力の調節手段の上記の問題点に
かんがみ、作動ガス圧縮機を用いることなく、機関の出
力レンジ全般に亘って高い機関効率を維持する制御装置
を持った、太陽熱利用スターリング発電機を提供するこ
とを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明による太陽熱を利
用して運転し、発電機を駆動するためのスターリング機
関は、上記の課題を解決させるため、作動ガス温度を測
定するセンサ、作動空間に逆向き並列に接続された一対
の逆止弁とこれらの夫々に直列に接続された開閉弁とを
備えた配管により作動空間と接続された作動ガスタンク
、及び前記作動ガス温度センサの検知信号により上記開
閉弁の開閉制御を行なって上記作動空間の作動ガス圧力
を変化させるとともに、発電機回転数を調節可能な界磁
制御器を制御する温度調節器を有することを特徴とする
。
【０００７】
【作用】この装置は以上の如く構成されているので、作
動ガス温度を測定するセンサにより測定された作動ガス
温度により、開閉弁を開閉制御して作動空間内ガス圧力
を変化させるとともに界磁制御器を温度調節器により制
御して所要の発電機の回転数を得る。
【０００８】
【実施例】以下に、本発明の実施例を、図面に基づいて
詳細に説明する。
【０００９】図１は本発明による、太陽熱を熱源として
運転されるスターリング機関により発電機を駆動する発
電システムの実施例の系統図である。図において、スタ
ーリング機関１は、放射熱取入孔２ａより入射する太陽
熱エネルギーにより加熱されるヒータ２によって高温に
昇温される作動ガスによって運転される。ヒータ２には
、ヒータ内を流れる作動ガスの温度を検出するセンサ３
が設けられている。スターリング機関１の作動空間は、
この空間に逆向き並列に接続された一対の逆止弁５ａ，
５ｂと、これらの夫々に直列に接続された一対の電磁弁
７、８を設けた圧力導管６を介して作動ガスリザーバ９
に連通している。上記の逆止弁５ａはリザーバ９から作
動空間へのみ流通可能であり、逆止弁５ｂはスターリン
グ機関の作動空間からリザーバ９へのみ流通可能となっ
ている。したがって電磁弁７を開けばリザーバ９内の作
動ガスは機関内の作動空間に流れて作動空間を昇圧させ
、電磁弁７は増圧弁として作用する。一方、電磁弁８を
開けば機関１の作動空間内の作動ガスはリザーバ９の方
に流れて作動空間を降圧させ、電磁弁８は減圧弁として
作用する。なお、電磁弁は気体等により開閉する開閉弁
であってもよい。
【００１０】又、圧力導管６の機関側取付け部には、機
関内作動空間内の作動ガス圧力を検知する圧力センサ１
０が設けられている。圧力センサ１０及び前記のヒータ
内作動ガス温度センサ３の検知出力が入力される温度制
御装置４が設けられており、上記の１対の電磁弁７、８
はこの温度制御装置４により制御される。
【００１１】符号１１は、上記スターリング機関１によ
って駆動される発電機であり、発電出力は界磁制御器１
２を介して蓄電池１３に送電され、蓄電される。発電機
１１が交流機である場合には、前記界磁制御器１２は交
流・直流変換機能をも有する。符号１４は蓄電池１３の
過充電・過放電を防止する装置であり、１５は電気負荷
である。上記の界磁制御器１２は、前記の温度制御装置
により制御され、発電機１１及び機関１の回転数を制御
する。
【００１２】以下に本実施例の発電システムの作用を説
明する。スターリング機関１のヒータ２が放射熱取入孔
２ａより取入れられた太陽熱によって加熱され、その内
部を流れる作動ガスが昇温する。温度センサ３により検
知される作動ガス温度が所定の値に達すると、温度制御
器４により、機関１は運転を開始する。この時、機関の
作動ガス圧力は、図２に鎖線で示すＰ（Ｃ）のレベルに
あり、リザーバ９内の圧力は直線Ｃのレベルにある。放
射熱取入孔２ａより取入れられる太陽熱の量が機関１の
サイクル吸熱量より大きい場合、作動空間の作動ガス温
度は上昇を続け、予め設定された機関運転最適温度に達
し、さらに上昇を続けようとした場合、センサ３からの
信号により、温度制御装置４は増圧弁である電磁弁７を
開き、リザーバ９より機関１に作動ガスを供給する。し
かしながら、上記の電磁弁７を開いても機関内の作動ガ
ス圧力は図２に破線で示すＰ（Ｂ）のレベルに迄しか上
昇しない。圧力Ｐ（Ｂ）は、機関１内の作動空間容積及
び圧縮比、リザーバ９の容積に左右される値であり、大
きく変動する日射量に対応する機関出力レンジ全般に亘
りカバーすることがてきない。このため、日射量が比較
的多い場合、作動ガス圧力がＰ（Ｂ）のレベルであって
も、作動ガス温度が前記の最適設定温度を超える場合が
ある。この時、温度制御装置４は界磁制御器１２に対し
て、発電機１１の回転磁界の周波数を上げるよう出力を
する（発電機が交流の場合）。発電機が直流機の場合は
界磁電流を減ずる。これにより、発電機及びこれと直結
された機関の回転数が上昇し、その結果、サイクル吸熱
量が増加し、作動ガス温度は最適温度に保たれる。なお
、発電出力は、蓄電池１３に蓄えられたり、電気負荷１
５に供給される。なお、図２に実線で示す曲線Ｐ（Ａ）
は基準状態の作動空間圧力、Ａ、Ｂは作動空間圧力がＰ
（Ａ）、Ｐ（Ｂ）のときのリザーバ内圧力である。
【００１３】上記の実施例では、温度制御手段の第１ス
テップとして、作動ガス圧力、第２ステップとして機関
回転数を変化させるものとしたが、第１ステップとして
機関回転数を、第２ステップとして圧力を制御するよう
にすることも可能である。さらに、圧力と回転数を複合
的に変化させることも可能である。
【００１４】一般には、太陽熱利用スターリング発電シ
ステムは設置する場所の日射条件と機関の性能（効率）
特性を考慮して、日射量に対する圧力制御領域、回転数
制御領域を設定する。また、図１におけるリザーバ９を
、夫々圧力レベルの異る複数個の容器とし、これらを選
択的に機関１と連通させ、図２におけるＰ（Ｃ）、Ｐ（
Ｂ）間の幅を広くとることも可能である。図３に本発明
による日射量に対する作動ガス温度、作動ガス圧力、機
関回転数及び機関出力の変化の一例を示す。
【００１５】
【効果】以上の如く、本発明によれば、作動ガス圧縮機
を使用することなく、太陽の照射条件により広範囲に変
化する機関出力レンジに対して高い機関効率を維持して
発電を行なうことができる。無潤滑の作動ガス圧縮機を
使用しないので、装置の信頼性、耐久性の向上に効果が
得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による太陽熱利用スターリング発電シス
テムの実施例の系統図である。
【図２】上記実施例の機関及び作動ガスリザーバの作動
ガス圧力の変化を説明する曲線図である。
【図３】上記実施例の装置の日射量に対する機関の諸数
値の変化を示す曲線図である。
【図４】従来の太陽熱利用発電システムの一例の系統図
である。
【図５】その作動ガス圧力調節装置の構成を示す系統図
である。
【図６】その装置の機関温度と作動ガス圧力の関係を示
す曲線図である。
【図７】その装置の機関回転数と出力との関係を示す曲
線図である。
【符号の説明】
１　　スターリング機関 ２　　ヒータ ３　　ヒータ内作動流体温度センサ ５ａ，５ｂ　　逆止弁 ７，８　　電磁弁 ９　　リザーバ（作動ガスタンク） １０　　機関内作動ガス圧力センサ １１　　発電機 １２　　界磁制御器 １３　　蓄電池

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　太陽熱を熱入力源として運転し、発電
    機を駆動するスターリング機関において、作動ガス温度
    を測定するセンサ、作動空間に逆向き並列に接続された
    一対の逆止弁とこれらの夫々に直列に接続された開閉弁
    とを備えた配管により作動空間と接続された作動ガスタ
    ンク、及び前記作動ガス温度センサの検知信号により上
    記開閉弁の開閉制御を行なって上記作動空間の作動ガス
    圧力を変化させるとともに、発電機回転数を調節可能な
    界磁制御器を制御する温度調節器を有することを特徴と
    するスターリク機関。
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