(57)【要約】      （修正有）【課題】燃焼装置によって加熱したスターリングエンジン発電機の起動時の温度を制御することにより、焼付けを防止すると共に、電力供給を安定して行うようにしたスターリングエンジン発電機起動制御装置を提供する。【解決手段】スターリングエンジン発電機１を始動する際、冷却水のポンプ７作動を行うことによって発電機１に冷却水を供給すると共に、発電機１の受熱部に燃焼装置からの熱を加え、ピストンが焼付けを起こす以前の所定温度を起動開始温度として設定し、該起動開始温度に達した時点でスターリングエンジン発電機１の起動を開始し、安定した起動となるまで所定時間の休止と所定時間の起動を繰り返す間、受熱部に設けた少なくとも２つの温度センサＳ１、Ｓ２の温度差が所定の温度を越えた際に制御盤１１に設けたランプ１２を点灯すると共に警報音１３を発生させ、発電機１の起動を停止することによって発電機１の過熱を防止する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼装置からの加熱を受ける受熱部を備えたスターリングエンジンに発電機を設けることによって発電を行う際、スターリングエンジン発電機の起動時の温度制御を行うようにしたスターリングエンジン発電機起動制御装置において、スターリングエンジン発電機を始動する際、冷却水のポンプ作動を行うことによってスターリングエンジン発電機に冷却水を供給すると共に、スターリングエンジン発電機の受熱部に燃焼装置からの熱を加え、ピストンが焼付けを起こす以前の所定温度を起動開始温度として設定し、該起動開始温度に達した時点でスターリングエンジン発電機の起動を開始し、安定した起動となるまで所定時間の休止と所定時間の起動を繰り返す間、受熱部に設けた少なくとも２つの温度センサの温度差が所定の温度を越えた際に制御盤に設けたランプを点灯すると共に警報音を発生させ、スターリングエンジン発電機の起動を停止することによってスターリングエンジン発電機の過熱を防止することを特徴とするスターリングエンジン発電機起動制御装置。
【請求項２】
発電機の電圧がスターリングエンジン発電機を安定して作動する安定作動電圧よりも高い時と低い時とでバッテリへの充電量を調整し、バッテリへの充電が所定値よりも高くなった状態でさらに発電機の電圧が安定作動電圧よりも高い場合に、発電機からの余剰電圧を電球、抵抗器又は電化製品へ供給するようにした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発電機起動制御装置。
【請求項３】
発電機に接続したバッテリに蓄電した電力を利用してスターリングエンジン発電機に供給する冷却水のポンプを作動すると共に、このバッテリからスターリングエンジン発電機の起動時の電力を供給するようにしたことを特徴とする請求項１又は２記載のスターリングエンジン発電機起動制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼装置によって加熱したスターリングエンジン発電機の起動を制御することにより、スターリングエンジン発電機の焼付けを防止すると共に、スターリングエンジン発電機の電力供給を安定して行うようにしたスターリングエンジン発電機起動制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、スターリングエンジンを用いた発電装置が開発されている。このスターリングエンジンは、シリンダに内蔵したピストンを往復運動可能に設け、シリンダの内部に封入した作動ガスを外部から加熱する一方で冷却することにより、作動ガスの膨張と収縮を繰り返させることによって、ピストンを往復運動させ、この運動を発電機によって電力に変換するものである。
【０００３】
このようなスターリングエンジンを加熱する手段としては、特許文献１に記載してあるように、廃棄食材、繊維屑、プラスチック、木製廃材等の有機物を熱分解炉で熱分解し、そこで発生する分解ガスを使用するものがある。この文献の装置では、分解ガスの温度を温度センサで検出し、分解ガスに供給する空気量を制御することにより、分解ガスの温度を一定に保つようにしている。
【０００４】
また、スターリングエンジンの加熱部の温度管理を行う装置としては、特許文献２に示すように、温度センサを使用しない構造としたものがある。即ち、この文献の装置は、従来の温度センサを加熱部の外側に設けた場合、温度センサは燃焼ガスに曝されるため、温度センサを３年程度の短期間で交換する必要がある。そこで、この文献の発明では、温度センサの交換の手間やコストを削減するために、温度センサを使用せずに、加熱部の過熱量を温度に換算して推定するようにしている。
【０００５】
このように、いずれのスターリングエンジンにおいても、エンジンを加熱する際の温度管理が重要であって、この温度管理を怠ったり、失敗すると、スターリングエンジンの内部でピストンが焼付けを起こし、これが故障の原因になるという不都合が生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２８４４４９号公報
【特許文献２】特開２００９−２０９６８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、燃焼装置によって加熱したスターリングエンジン発電機の起動時の温度を制御することにより、スターリングエンジン発電機の焼付けを防止すると共に、スターリングエンジン発電機の電力供給を安定して行うようにしたスターリングエンジン発電機起動制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明の請求項１のスターリングエンジン発電機起動制御装置は、燃焼装置からの加熱を受ける受熱部を備えたスターリングエンジンに発電機を設けることによって発電を行う際、スターリングエンジン発電機の起動時の温度制御を行うようにしたスターリングエンジン発電機起動制御装置において、スターリングエンジン発電機を始動する際、冷却水のポンプ作動を行うことによってスターリングエンジン発電機に冷却水を供給すると共に、スターリングエンジン発電機の受熱部に燃焼装置からの熱を加え、ピストンが焼付けを起こす以前の所定温度を起動開始温度として設定し、該起動開始温度に達した時点でスターリングエンジン発電機の起動を開始し、安定した起動となるまで所定時間の休止と所定時間の起動を繰り返す間、受熱部に設けた少なくとも２つの温度センサの温度差が所定の温度を越えた際に制御盤に設けたランプを点灯すると共に警報音を発生させ、スターリングエンジン発電機の起動を停止することによってスターリングエンジン発電機の過熱を防止することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の請求項２のスターリングエンジン発電機起動制御装置は、請求項１において、発電機の電圧がスターリングエンジン発電機を安定して作動する安定作動電圧よりも高い時と低い時とでバッテリへの充電量を調整し、バッテリへの充電が所定値よりも高くなった状態でさらに発電機の電圧が安定作動電圧よりも高い場合に、発電機からの余剰電圧を電球、抵抗器又は電化製品へ供給するようにしたことを特徴とする。
【００１０】
さらに、本発明の請求項３のスターリングエンジン発電機起動制御装置は、請求項１又は２において、発電機に接続したバッテリに蓄電した電力を利用してスターリングエンジン発電機に供給する冷却水のポンプを作動すると共に、このバッテリからスターリングエンジン発電機の起動時の電力を供給するようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のスターリングエンジン発電機起動制御装置によれば、スターリングエンジン発電機を始動する際、冷却水のポンプ作動を行うことによってスターリングエンジン発電機に冷却水を供給すると共に、スターリングエンジン発電機の受熱部に燃焼装置からの熱を加えるようにしている。
【００１２】
一方、ピストンが焼付けを起こす以前の所定温度を起動開始温度として設定し、この起動開始温度に達した時点でスターリングエンジン発電機の起動を開始する。また、安定した起動となるまで所定時間の休止と所定時間の起動を繰り返す間、受熱部に設けた少なくとも２つの温度センサの温度差が所定の温度を越えた際に制御盤に設けたランプを点灯すると共に警報音を発生させ、スターリングエンジン発電機の起動を停止することによってスターリングエンジン発電機の過熱を防止するようにしている。
【００１３】
このようなスターリングエンジン発電機起動制御装置において、スターリングエンジン発電機が確実に起動する温度になるまで受熱部を加熱した後に起動すると、シリンダ内のピストンに熱が過剰に伝わる結果、熱膨張を起こして変形したピストンがシリンダの内壁に固着して焼付けを起こすこととなる。
【００１４】
上記の本発明では、このようなスターリングエンジン発電機の焼付けを防止するため、ピストンが焼付けを起こす以前の所定温度を起動開始温度として設定し、この起動開始温度に達した時点でスターリングエンジン発電機の起動を開始し、安定した起動となるまで所定間隔で起動と休止を繰り返させるようにしている。
【００１５】
ところで、このような起動と休止とを所定間隔で繰り返す間も、上記のように冷却水のポンプ作動は継続して行われ、スターリングエンジン発電機に冷却水が供給されることによって冷却されるため、ピストンの変形或いは焼付けを防止することが可能となる。
【００１６】
また、スターリングエンジン発電機の受熱部は、本来、均等な温度で加熱するのが望ましいが、受熱部に対する燃焼が位置的に偏った場合、スターリングエンジン発電機の受熱部は偏った位置で加熱が行われ、シリンダの内部に設けられたピストンの熱膨張が偏った位置で行われるため、変形するおそれが生じる。
【００１７】
従って、このようなことがないように、本発明では、スターリングエンジン発電機の受熱部に少なくとも２つの温度センサが設けられ、受熱部の各箇所における温度検知を継続して行い、温度センサの温度差が所定の温度を越えた際に制御盤に設けたランプを点灯すると共に警報音を発生させ、運転員の手作業又は自動的にスターリングエンジン発電機の起動を停止することによってスターリングエンジン発電機の過熱を防止することを可能としている。
【００１８】
なお、このようにスターリングエンジン発電機の起動を停止した後、運転員が、燃焼装置の燃焼を停止し、または受熱部に対する加熱位置を調整することによって受熱部を均等に加熱できるようにして、再びスターリングエンジン発電機の起動を開始することが可能となる。
【００１９】
また、本発明において、スターリングエンジン発電機起動制御装置は、発電機の電圧がスターリングエンジン発電機を安定して作動する安定作動電圧よりも高い時はバッテリへ多く充電し、該安定作動電圧よりも低い時はバッテリへ少なく充電するというように、発電機の電圧が安定作動電圧よりも高い時と低い時とでバッテリへの充電量を調整することが可能である。このような充電量の調整により、スターリングエンジン発電機に負荷をかけ過ぎずに、発電した電圧を取り出すことが可能となる。
【００２０】
また、バッテリへの充電が充分になった状態でさらに発電機の電圧が安定作動電圧よりも高い場合に、発電機からの余剰電圧を点灯する電球の数、又は抵抗器等電気的負荷を、調整することにより大きな電圧変動に対してもすばやく反応することが可能であり、発電機の運転が安定すると共に、所定の電圧、例えば100ボルトの電圧供給が安定し、電化製品等の使用が可能となる。
【００２１】
さらに、本発明のスターリングエンジン発電機起動制御装置においては、発電機に接続したバッテリに蓄電した電力を利用してスターリングエンジン発電機に供給する冷却水のポンプを作動すると共に、このバッテリからスターリングエンジン発電機の起動時の電力を供給することが可能である。このような構成により、電源をまったくとれない状況や山間部においても、電力の発電が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施例におけるスターリングエンジン発電機の概略図である。
【図２】本発明の実施例におけるスターリングエンジン発電機起動制御装置の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施例におけるスターリングエンジン発電機起動制御装置の作動を示すフローチャートの前半部である。
【図４】本発明の実施例におけるスターリングエンジン発電機起動制御装置の作動を示すフローチャートの後半部である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【実施例】
【００２４】
本発明の実施例に使用する発電機は、「リニア・フリーピストン・スターリングエンジン発電機」と称せられるものであり、図１に示すように、シリンダ２の内部にピストン３を直線的に往復運動可能に設けた構造を有する。また、シリンダ２の内部に作動ガス４を封入し、このガスをシリンダ２の外部から加熱する一方で冷却することにより、作動ガス４の膨張と収縮を繰り返すことによってピストン３を往復運動させるようにしている。
【００２５】
さらに、シリンダ２の内部においてピストン３に磁石５を連結し、この磁石５をピストン３の作動に伴ってシリンダ２の内部で往復運動させると共に、シリンダ２の外周にコイル６を設けた構造によって、加熱によるピストン３の往復運動を電力に変換する構造としている。このような構造の「リニア・フリーピストン・スターリングエンジン発電機」を本実施例では、単に「発電機１」と云うことにする。
【００２６】
なお、上記の構成において、シリンダ２の周部にて冷却水の供給と戻り水の循環を行うための動力源としては、図２に示す冷却水ポンプ７を使用する。この冷却水ポンプ７によって、その近傍に設けた水槽８の水を汲み上げて冷却し、冷却水を発電機１に送給する。
【００２７】
また、冷却水ポンプ７は、図２に示すように、バッテリ９に接続され、発電機１によって発生させた電力をバッテリ９に蓄電し、このバッテリ９の電力を利用することによって、冷却水ポンプ７の作動、或いは発電機１の起動を可能にしている。
【００２８】
さらに、図１又は図２に示すように、発電機１の受熱部１０を加熱するための熱源としては、木屑、間伐材、未利用木材、剪定枝、竹、落ち葉、植物廃材等やその他の廃材、さらには市販のモミガライト（商標名）による可燃物を無煙及び無臭で燃焼することによって、発電機１を効率的に稼動することができる燃焼炭化装置（不図示）を使用するとよい。
【００２９】
以下の説明においては、図３及び図４のフローチャートに従って、本実施例における発電機の作動について説明しながら、併せて図２の各部について説明する。なお、以下の説明において、図３及び図４のフローチャートにおける各工程をＣ１、Ｃ２、Ｃ３・・・で示す。
【００３０】
図３のフローチャートに示す開始時の作業として、図２に示す冷却水ポンプ７を作動することにより、発電機１に冷却水を供給する（Ｃ１）。この冷却水ポンプ７の動力源は、図２に示すように冷却水ポンプ７に連結してあるバッテリ９から供給することが可能である。
【００３１】
発電機１の受熱部１０の左右には温度センサＳ１、Ｓ２として２個の熱電対温度計が設けられ、夫々の温度検知結果を制御盤（不図示）に設けた２個の温度計表示器の夫々に表示するようにしている。
【００３２】
次いで、発電機１の受熱部１０に対して熱源による加熱を開始する（Ｃ２）。この受熱部１０に対する加熱によって、上記の２個の温度センサＳ１、Ｓ２が受熱部１０の温度を検知し、その温度検知１と温度検知２の数値を図２に示すコンピュータ１１に入力することによって温度差が計測される。この計測において、受熱部１０の温度が規定値より高くなると、サーモスタット（不図示）が作動し、バーナー温度過昇のランプ（不図示）が点灯する。
【００３３】
また、受熱部１０の温度が、この規定値よりも高くなると、発電機１が故障するため、熱源の火力を弱める等の対策が必要となる。この火力の低下によって発電機１の内部が冷えると、バーナー温度過昇のランプ（不図示）が消灯する。
【００３４】
また、図２に示す発電機１の受熱部１０の左右に設けられた２個の温度センサＳ１、Ｓ２の温度検知１と温度検知２の温度表示を行い、この温度が規定値を超えると発電機１が故障するため、熱源の火力を弱くする必要がある。
【００３５】
また、図３に示すように、受熱部１０の左右の温度差が大きいか否かの判断がなされ（Ｃ３）、受熱部１０の温度差が大きくなると、図２の受熱部温度差のランプ（不図示）が点灯する（Ｃ４）。このとき、受熱部１０の一方の温度が規定値を超えると、発電機１が故障するおそれがある。
【００３６】
このため、本実施例では、上記の受熱部１０の温度差が所定の基準値を超えた際に、警報ランプ１２を点灯すると共に、警報音をブザー１３等で発して、運転員に警告を与える。これによって運転員は、熱源の加熱を制限するか、又は、受熱部１０の左右の温度検知が均等になるように熱源の火炎位置を調整する必要がある。
【００３７】
一方、上記の受熱部１０の左右の温度差が大きいか否かの判断がなされる（Ｃ３）。この受熱部１０の左右の温度差は１００℃を基準値として、この温度差が基準値よりも小さい場合であって、受熱部１０の温度が起動開始温度に達したか否かの判断がなされる（Ｃ５）。この起動開始温度は、ピストン３が焼付けを起こす以前の所定温度であり、例として１８０℃として設定され、この起動開始温度に達した時点で発電機１を起動する（Ｃ６）。
【００３８】
また、発電機１の起動は、例えば５秒間という所定時間に設定し、この所定時間の起動によって発電機１が起動したか否かの判断がなされる（Ｃ７）。この起動によって、発電機１が安定して起動しない場合は、ピストン３の焼付けを防止するため、所定時間（例として、１０秒）の間隔をあけて起動を休止する（Ｃ８）。なお、この間においても、冷却水ポンプ７は作動し、冷却水を発電機１に供給することによって発電機１の冷却を続けることにより、ピストン３の焼付けを防止することが可能である。
【００３９】
そして、上記の発電機１の起動と休止を繰りかえした後、発電機１が安定して起動すると、即座に発電が開始される。しかしながら、初期の起動の段階、即ち、バッテリ９への充電を開始した直後は充電電流が大きくなり、発電機１に負担がかかりすぎるため、安定した起動ができず、発電機１が停止するおそれがある。
【００４０】
このため、本実施例では、図４のフローチャートに示すように、２４ボルト充電制御を行うと共に、電球点灯制御を行う。即ち、発電機１から供給される電圧の大きさは、熱源からの火炎の大きさにも左右されるが、実験結果によると、約２３０ボルトを中心にして、その上限は２６０ボルト、下限は１８０ボルトまで変動する。しかしながら、発電機１が継続的に安定して作動するには、約２２０ボルト〜２４０ボルトの間で電力を供給するのが望ましい。
【００４１】
なお、図２に示すように、発電機１からの出力電圧は交流２３０ボルトであり、日本において、この交流２３０ボルトは規定上使用できないため、交流１００ボルトに変換する必要がある。
【００４２】
一方、バッテリ９に充電するためには、直流２４ボルトに変圧する必要がある。そのため、発電機１からの電圧を変圧機１４を介して交流１００ボルトに変圧すると共に、整流器１５を介して直流２４ボルトに変圧する。
【００４３】
なお、本実施例では、整流器１５にサイリスタ（不図示）を使用し、バッテリ９への充電電流を制御するようにしている。そして、この直流２４ボルトをバッテリ９に充電し、またバッテリ９の電圧をＤＣ／ＡＣインバータ１６によって交流１００ボルトに変換することにより、日本の一般家庭における電化製品等への電力供給を行うことが可能となる。
【００４４】
一方、図２に示すように、左右の受熱部１０の温度センサＳ１、Ｓ２による温度検知の結果はコンピュータ１１に送られ、本実施例における温度制御のための情報として利用される。また、発電機１からの出力電圧は、発電機電圧検知１７と発電機電流検知１８を経て、その数値がコンピュータ１１に送られる。さらに、上記の変圧器１４と整流器１５を経て直流２４ボルトに変換された後にバッテリ９へ充電する前段階において、充電電圧検知１９及び充電電流検知２０として、その数値がコンピュータ１１に送られる。
【００４５】
次に、図４のフローチャートにおいて、発電機１の電圧が発電機１を安定して作動する安定作動電圧よりも高いか否かを判断し（Ｃ９）、この電圧が高いときはバッテリ９へ多くの電圧を充電し（Ｃ１０）、バッテリ９の電圧が所定値よりも高くなったか否かの判断を行う（Ｃ１１）。
【００４６】
そして、バッテリ９の電圧が所定値よりも高くなった場合、発電機１からの余剰電圧を電球２１の点灯数によって調整することにより、電圧の上昇を抑えるという電球制御を行う。なお、この電球２１の点灯数による電球制御は、電球の変わりに抵抗器を接続することによって、一般家庭で使用する電化製品への電力供給が可能となる。また、バッテリ９の電圧が所定値よりも高くならない場合、発電機１の電圧が高いか否かの段階（Ｃ９）まで戻って上記の工程を繰り返す。
【００４７】
一方、発電機１の電圧が発電機１を安定して作動する安定作動電圧よりも高いか否か判断した結果（Ｃ９）、安定作動電圧よりも低いと判断できない場合は、Ｃ９の発電機１の電圧が発電機１を安定して作動する安定作動電圧よりも高いか否かの判断へ戻る。また、安定作動電圧よりも低いと判断したときは（Ｃ１３）、バッテリ９へ少なく充電する（Ｃ１４）。
【００４８】
さらに、バッテリ９の電圧が低いか否か判断し（Ｃ１５）、この電圧が低いと判断した場合、上記のＣ１２で点灯した電球を消灯し（Ｃ１６）、この電圧が低いと判断できない場合は、Ｃ９の発電機１の電圧が発電機１を安定して作動する安定作動電圧よりも高いか否かの判断へ戻る。
【００４９】
このようにして、発電機１の電圧が安定作動電圧よりも高い時と低い時とでバッテリ９への充電量を調整することができ、この充電量の調整により、発電機１に負荷をかけ過ぎずに、発電した電圧を取り出すことが可能となる。
【００５０】
このような制御によって、大きな電圧変動に対してもすばやく反応することが可能となり、発電機１の運転が安定すると共に、所定の電圧、例えば100ボルトの電圧供給を安定して行うことが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明のスターリングエンジン発電機起動制御装置は、燃焼装置によって加熱したスターリングエンジン発電機の起動時の温度を制御することにより、スターリングエンジン発電機の焼付けを防止すると共に、スターリングエンジン発電機の電力供給を安定して行うようにしたスターリングエンジン発電機起動制御装置として利用可能である。
【符号の説明】
【００５２】
１  発電機
２  シリンダ
３  ピストン
４  作動ガス
５  磁石
６  コイル
７  冷却水ポンプ
８  水槽
９  バッテリ
１０  受熱部
１１  コンピュータ
１２  警報ランプ
１３  ブザー
１４  変圧機
１５  整流器
１６  ＤＣ／ＡＣインバータ
１７  発電機電圧検知
１８  発電機電流検知
１９  充電電圧検知
２０  充電電流検知
２１  電球
Ｓ１、Ｓ２  温度センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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