(57)【要約】【課題】複数のスターリングエンジンの同時駆動が可能なスターリングエンジンの並設構造を提供する。【解決手段】加熱空気Ｈが流れる加熱空気路１４内に複数のスターリングエンジン１６の加熱部１７を臨ませる構造にしたため、下流のスターリングエンジン１６に対しても加熱空気Ｈが流体として流れ込むため確実に加熱することができ、複数のスターリングエンジン１６を同時に駆動させることができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヘリオスタットにより反射された太陽光が入光する受熱部（４）と、
受熱部を通過した加熱空気が送られる加熱空気路（１４）と、
該加熱空気路に加熱部をそれぞれ臨ませた状態で設置された複数のスターリングエンジン（１６）とから成ることを特徴とするスターリングエンジンの並設構造。
【請求項２】
加熱空気路は受熱部および複数のスターリングエンジンを含む循環空気路を形成し、加熱空気が受熱部に循環されることを特徴とする請求項１記載のスターリングエンジンの並設構造。
【請求項３】
地上よりも高い位置に設置され下面に反射面を有するセンターミラーと、前記センターミラーの周囲の地上領域に設置されて太陽光を前記センターミラーに向けて反射する複数のヘリオスタットとを有し、ヘリオスタットで反射された太陽光をセンターミラーで下向きに反射させて地上位置に集光させる構造で、
受熱部が地上位置における太陽光の集光位置に設置されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のスターリングエンジンの並設構造。
【請求項４】
前記センターミラーが、断面が回転楕円体に合致した湾曲面を有し、かつ、下方に第１焦点と第２焦点を持つものであり、
上部開口よりも下部開口の方が小さく且つ内面が鏡面とされた筒型集光鏡を、前記上部開口の中心と前記第２焦点とを略一致させた状態で設置し、
受熱部は前記筒型集光鏡の下部開口付近に設置されており、
前記ヘリオスタットは、反射光が前記第１焦点へ向かうように制御されることを特徴とする請求項３記載のスターリングエンジンの並設構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スターリングエンジンの並設構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
スターリングエンジンは内部の作動流体を、加熱部で加熱したり冷却部で冷却したりすることによる温度差でピストンを作動させ、そのピストンの往復動作で発電機を駆動させる。
【０００３】
スターリングエンジンを駆動させるための熱源として太陽熱を利用した提案もある。フレネルレンズ等で集光した太陽光を光ファイバーなどによりスターリングエンジンの加熱部に導き、加熱空気に直接太陽光を当てることにより、加熱部を加熱する構造になっている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３４４６０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような従来の技術にあっては、集光した太陽光をスターリングエンジンの加熱部へ直接当てる構造のため、複数のスターリングエンジンを同時に駆動させることが困難である。すなわち複数のスターリングエンジンを同時に駆動させるには、各々のスターリングエンジンの加熱部に集光した太陽光を分岐して当てる必要があるため、その光学的構造が複雑となる。一つの大きな光路中にスターリングエンジンの加熱部を臨ませる構造では、下流のスターリングエンジンの加熱部が上流の陰となり並設が成立しない。
【０００６】
本発明は、このような従来の技術の課題に着目してなされたものであり、複数のスターリングエンジンの同時駆動が可能な並設構造を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１記載の発明は、ヘリオスタットにより反射された太陽光が入光する受熱部と、受熱部を通過した加熱空気が送られる加熱空気路と、該加熱空気路に加熱部をそれぞれ臨ませた状態で設置された複数のスターリングエンジンから成ることを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の発明は、加熱空気路を通過する加熱空気が受熱部に循環されることを特徴とする。
【０００９】
請求項３記載の発明は、地上よりも高い位置に設置され下面に反射面を有するセンターミラーと、前記センターミラーの周囲の地上領域に設置されて太陽光を前記センターミラーに向けて反射する複数のヘリオスタットとを有し、ヘリオスタットで反射された太陽光をセンターミラーで下向きに反射させて地上位置に集光させる構造で、受熱部が地上位置における太陽光の集光位置に設置されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項４記載の発明は、センターミラーが、断面が回転楕円体に合致した湾曲面を有し、かつ、下方に第１焦点と第２焦点を持つものであり、上部開口よりも下部開口の方が小さく且つ内面が鏡面とされた筒型集光鏡を、前記上部開口の中心と前記第２焦点とを略一致させた状態で設置し、受熱部は前記筒型集光鏡の下部開口付近に設置されており、前記ヘリオスタットは、反射光が前記第１焦点へ向かうように制御されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１記載の発明によれば、加熱空気が流れる加熱空気路内に複数のスターリングエンジンの加熱部を臨ませる構造にしたため、下流のスターリングエンジンに対しても加熱空気が流体として流れ込むため確実に加熱することができ、複数のスターリングエンジンを同時に駆動させることができる。
【００１２】
請求項２記載の発明によれば、加熱空気路を通過する加熱空気が繰り返し受熱部に循環されるため、熱のロスが少なく、太陽熱の利用効率が高まる。
【００１３】
請求項３記載の発明によれば、集光装置がビームダウン型で、受熱部が地上位置にあるため、スターリングエンジンの設置が容易である。
【００１４】
請求項４記載の発明によれば、センターミラーは断面が楕円に合致した湾曲面を有した形状であって、ヘリオスタットで反射した太陽光がセンターミラーの第１焦点を通過すれば、その太陽光は幾何光学的に必ず第２焦点に集光する。そのため、ヘリオスタットは反射光が常に第１焦点へ向かうように制御すれば良く、ヘリオスタットの制御が容易である。また、第２焦点の周囲に筒型集光鏡が位置するため、第２焦点から外れた太陽光も筒型集光鏡内に取り入れて内面で反射しながら確実に受熱部に導くことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施形態で使用するビームダウン式太陽集光装置を示す側面図。
【図２】ビームダウン式太陽集光装置を示す平面図。
【図３】スターリングエンジンの並設構造を示す図。
【図４】筒型集光鏡及び受熱部の内部構造を示す断面図。
【図５】筒型集光鏡を示す平面図。
【図６】受熱部を示す平面図。
【図７】受熱部を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１７】
まず、太陽熱を得るためのビームダウン式太陽集光装置の説明をする。この実施形態では日本のような北半球の中緯度の地域の場合を例にして説明する。
【００１８】
ビームダウン式太陽集光装置の中心にはセンターミラー１が図示せぬ３本のタワーにより支持されている。センターミラー１は、日中に太陽が存在する方角とは反対側が切欠かれた部分回転楕円形状をしている。センターミラー１は図１に示すように、断面が楕円に合致した湾曲面を有し、下方に共焦点として第１焦点Ａと第２焦点Ｂが存在する。
【００１９】
センターミラー１は図２に示すように、平面視で、半円よりも東側及び西側に所定の角度範囲だけ張り出した状態になっている。センターミラー１の北側及び東西両側には複数のヘリオスタット２が設置されている。
【００２０】
ヘリオスタット２は図示せぬセンサーにより太陽の動きに連動して向きを変化させる構造となっており、常に太陽光Ｌを第１焦点Ａへ向けて反射するように制御される。第１焦点Ａを通過した太陽光Ｌはセンターミラー１で反射されて第２焦点Ｂに集光する。
【００２１】
第２焦点Ｂには筒型集光鏡３が設置されている。筒型集光鏡３は上部開口よりも下部開口が狭い概略テーパー筒形状で、内面はマルチミラー式の複数のセグメントにより構成された鏡面になっている。ヘリオスタット２の反射光は、センターミラー１で反射された後に、すべてこの筒型集光鏡３内に導入される。筒型集光鏡３の下側には受熱部４が設けられている。
【００２２】
筒型集光鏡３は周囲が角型のハウジング５により覆われていて、筒型集光鏡３とハウジング５との間には中空部６が存在する。ハウジング５の上部には中空部６への空気取入口７が形成されている。
【００２３】
筒型集光鏡３の下側の受熱部４はハウジング８に収納されている。受熱部４はこのハウジング８の断面を塞ぐように設けられている。
【００２４】
筒型集光鏡３のハウジング５と、受熱部４のハウジング８とは、通気路１２を介して連結されている。筒型集光鏡３の下部開口に臨むハウジング８の上面には透明窓１３が形成されている。この透明窓１３は耐熱性を有する石英硝子で形成されている。
【００２５】
受熱部４は複数個の熱交換部材９から構成され、それぞれ非金属耐熱材料としての黒色で炭化珪素膜（ＳｉＣ）製の多貫通孔構造をしており約１０００℃以上の耐熱性を有している。個々の熱交換部材９は通過空気を均一化するためのロート状のカバー１５（図７）内に収納されている。
【００２６】
受熱部４の下方のハウジング８からはループ状の加熱空気路１４が形成され、内部に図示せぬ送風手段により空気が一定方向に向けて循環するようになっている。
【００２７】
この加熱空気路１４に複数のスターリングエンジン１６の加熱部１７が加熱空気路１４に沿った状態で並設されている。スターリングエンジン１６は密閉容器内に水素やヘリウム等の作動流体が封入され、該作動流体を加熱部１７と冷却部１８の間を交互に移動させることによりピストン１９を動かす。ピストン１９は発電機２０を駆動させ、発電することができる。スターリングエンジン１６の加熱部１７は一端に設けられ、この加熱部１７が前記加熱空気路１４内に臨まされた状態で設置されている。
【００２８】
したがって、循環空気路を形成する加熱空気路１４上にはハウジング８および複数のスターリングエンジン１６が直列に配列され、熱源としてのハウジング８では低温側（Ｃ）から高温側（Ｈ）へ、熱負荷としての各スターリングエンジン１６では高温側から低温側へ空気が通過する。また、必要に応じてスターリングエンジン１６の加熱部１７を迂回する空気路に切り換えてもよい。受熱状況によって稼働するスターリングエンジンを１６を選択することでトータルのエネルギー効率を高めることができる。
【００２９】
次に受熱部４において空気を太陽光で加熱する過程を説明する。
【００３０】
まずセンターミラー１で反射された太陽光Ｌは全て筒型集光鏡３内に導入され、その内面で反射されて集光されるが、反射の際に筒型集光鏡３自体を加熱するため筒型集光鏡３が大変に高温になる。そのため、空気取入口７から取り入れられた空気は中空部６内で筒型集光鏡３の裏面と接して予備的に加熱される。
【００３１】
ある程度加熱された空気は通気路１２を介して熱交換部材９の上部空間１０に導入される。上部空間１０に導入された空気は受熱部４を通過して下部空間１１に至る。この際、受熱部４には筒型集光鏡３の下部開口から透明窓１３を経て高エネルギーの太陽光Ｌが照射され、受熱部４自体が大変な高温になっているため、空気は受熱部４を通過する過程で加熱空気Ｈとなる。
【００３２】
この加熱空気Ｈが加熱空気路１４内に循環するため、各スターリングエンジン１６の加熱部１７を加熱空気Ｈにより加熱させ、複数のスターリングエンジン１６を同時に駆動することができる。
【００３３】
また加熱空気路１４を通過して温度が低下した空気Ｃは繰り返し受熱部４に循環される。そのため熱のロスが少なく、太陽熱の利用効率が高まる。
【００３４】
更に集光装置がビームダウン型で、受熱部４が地上位置にあるため、スターリングエンジン１６の設置が容易である。
【００３５】
加えて、センターミラー１は断面が楕円に合致した湾曲面を有した形状であって、ヘリオスタット２で反射した太陽光Ｌがセンターミラー１の第１焦点Ａを通過すれば、その太陽光Ｌは幾何光学的に必ず第２焦点Ｂに集光する。そのため、ヘリオスタット２は反射光が常に第１焦点Ａへ向かうように制御すれば良く、ヘリオスタット２の制御が容易である。また、第２焦点Ｂの周囲に筒型集光鏡３が位置するため、第２焦点Ｂから外れた太陽光Ｌも筒型集光鏡３内に取り入れて内面で反射しながら確実に受熱部４に導くことができる。
【００３６】
以上の実施形態では、ビームダウン式太陽集光装置により太陽光を熱交換部材９に対して集光する例を示したが、それに限定されず、どのような集光装置であっても良い。
【符号の説明】
【００３７】
２  ヘリオスタット
４  受熱部
１４  加熱空気路
１６  スターリングエンジン
１７  加熱部
Ｈ  加熱空気
Ａ  第１焦点
Ｂ  第２焦点
Ｌ  太陽光
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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