(57)【要約】【課題】本発明は、自然エネルギーを活用して発電し、かつ、蓄電して負荷に電力供給することで地球温暖化防止や、大都会等における負荷平準化に寄与し得る分散型電源として有効な電源システムを提供するものである。【解決手段】本発明のスターリングエンジン２を使用した電源システム１は、太陽光をレンズ３で集光して得られる熱で駆動されるスターリングエンジン２と、スターリングエンジン２の動力で発電する発電機４と、発電機４により発電した電力を蓄電するＮＡＳ（ナトリウム・硫黄）電池を用いた蓄電手段５と、発電機４により発電した電力と、蓄電手段５の出力電力とを切り換える出力切換手段６と、発電機４により発電した電力又は蓄電手段５の出力電力と、電力会社から受電した商用電力とを切り換えて負荷に供給する供給切換手段８とを有する構成としたものである。【選択図】図１
2008163805.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自然エネルギーによる熱で駆動されるスターリングエンジンと、
スターリングエンジンの動力で発電する発電機と、
発電機により発電した電力を蓄電する蓄電手段と、
発電機により発電した電力と、蓄電手段の出力電力とを切り換える出力切換手段と、
発電機により発電した電力又は蓄電手段の出力電力と、電力会社から受電した商用電力とを切り換えて負荷に供給する供給切換手段と、
を有することを特徴とするスターリングエンジンを使用した電源システム。
【請求項２】
太陽光による熱で駆動されるスターリングエンジンと、
スターリングエンジンの動力で発電する発電機と、
発電機により発電した電力を蓄電するＮＡＳ（ナトリウム・硫黄）電池を用いた蓄電手段と、
発電機により発電した電力と、蓄電手段の出電力とを切り換える出力切換手段と、
発電機により発電した電力又は蓄電手段の出力電力と、電力会社から受電した商用電力とを切り換えて負荷に供給する供給切換手段と、
を有することを特徴とするスターリングエンジンを使用した電源システム。
【請求項３】
太陽光をレンズで集光して得られる熱で駆動されるスターリングエンジンと、
スターリングエンジンの動力で発電する発電機と、
発電機により発電した電力を蓄電するＮＡＳ（ナトリウム・硫黄）電池を用いた蓄電手段と、
発電機により発電した電力と、蓄電手段の出力電力とを切り換える出力切換手段と、
発電機により発電した電力又は蓄電手段の出力電力と、電力会社から受電した商用電力とを切り換えて負荷に供給する供給切換手段と、
を有することを特徴とするスターリングエンジンを使用した電源システム。
【請求項４】
バイオディーゼルフェルから得られる熱で駆動されるスターリングエンジンと、
スターリングエンジンの動力で発電する発電機と、
発電機により発電した電力を蓄電するＮＡＳ（ナトリウム・硫黄）電池を用いた蓄電手段と、
発電機により発電した電力と、蓄電手段の出力電力とを切り換える出力切換手段と、
発電機により発電した電力又は蓄電手段の出力電力と、電力会社から受電した商用電力とを切り換えて負荷に供給する供給切換手段と、
を有することを特徴とするスターリングエンジンを使用した電源システム。
【請求項５】
自然エネルギーによる熱で駆動されるスターリングエンジンと、
スターリングエンジンの動力で発電する発電機と、
発電機により発電した電力を蓄電する蓄電手段と、
発電機により発電した電力と、蓄電手段の出力電力とを切り換える出力切換手段と、
を可搬式ユニットとして構成したことを特徴とするスターリングエンジンを使用した可搬式電源。
【請求項６】
太陽光による熱で駆動されるスターリングエンジンと、
スターリングエンジンの動力で発電する発電機と、
発電機により発電した電力を蓄電する蓄電手段と、
発電機により発電した電力と、蓄電手段の出力電力とを切り換える出力切換手段と、
を可搬式ユニットとして構成したことを特徴とするスターリングエンジンを使用した可搬式電源。
【請求項７】
太陽光をレンズで集光して得られる熱で駆動されるスターリングエンジンと、
スターリングエンジンの動力で発電する発電機と、
発電機により発電した電力を蓄電する蓄電手段と、
発電機により発電した電力と、蓄電手段の出力電力とを切り換える出力切換手段と、
を可搬式ユニットとして構成したことを特徴とするスターリングエンジンを使用した可搬式電源。
【請求項８】
バイオディーゼルフェルから熱で駆動されるスターリングエンジンと、
スターリングエンジンの動力で発電する発電機と、
発電機により発電した電力を蓄電する蓄電手段と、
発電機により発電した電力と、蓄電手段の出力電力とを切り換える出力切換手段と、
を可搬式ユニットとして構成したことを特徴とするスターリングエンジンを使用した可搬式電源。
【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を使用した電源システム及び可搬式電源に関し、詳しくは、太陽光等の自然エネルギーを有効活用して地球温暖化防止、並びに負荷平準化に寄与し得るスターリングエンジンを使用した電源システム及び可搬式電源に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在の電力システムにおいては、電力会社が主として火力発電所、原子力発電所等で発電し、送電、配電系統を通じて商用電源として多くの需要者に電力を提供しているが、太陽光等の自然エネルギーを利用して発電する電源システムの割合は僅少である。
上述した火力発電所は、化石燃料を使用するため、地球温暖化防止の観点からその対策が要請されており、また、原子力発電所は通常大都会等から遠く離れた遠隔地に設置されており、放射能汚染の問題や送電損失の問題を包含している。
【０００３】
また、大都会等においては、負荷平準化の手法の一つとして、従来からＮＡＳ電池等のような長時間放電可能な蓄電池やキャパシタ（コンデンサ）等に夜間電力を供給して蓄電し、昼間の電力需要のピーク時には電力会社からの買電を停止してＮＡＳ電池等から負荷に電力供給を行なう手法が知られているが、自然エネルギー活用の点では十分ではない。
【０００４】
特許文献１には、太陽光の集光熱を光導ファイバーを介してスターリングエンジンに導き、スターリングエンジンを作動させ発電機を駆動して発電するように構成して太陽光熱利用スターリングエンジン発電装置が提案されている。
【０００５】
この特許文献１の地球温暖化防止には寄与し得るものの、負荷平準化を図る上では必ずしも十分ではない。
【特許文献１】特開２００４−３３２６７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする問題点は、化石燃料ではなく自然エネルギーを活用して発電し、かつ、蓄電して負荷に電力供給することで地球温暖化防止や、電力需要の大きい大都会等における負荷平準化に十分に寄与し得る分散型電源として有効な電源システムが存在しない点である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るスターリングエンジンを使用した電源システムは、自然エネルギーによる熱で駆動されるスターリングエンジンと、スターリングエンジンの動力で発電する発電機と、発電機により発電した電力を蓄電する蓄電手段と、発電機により発電した電力と、蓄電手段の出力電力とを切り換える出力切換手段と、発電機により発電した電力又は蓄電手段の出力電力と、電力会社から受電した商用電力とを切り換えて負荷に供給する供給切換手段と、を有することを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１記載の発明によれば、化石燃料ではなく自然エネルギーを活用して発電し、かつ、蓄電して、発電機により発電した電力と、蓄電手段の出力電力とを切り換え負荷に電力供給することで地球温暖化防止や、電力需要の大きい大都会等における負荷平準化に十分に寄与し得る分散型電源として有効なスターリングエンジンを使用した電源システムを提供できる。
【０００９】
請求項２記載の発明によれば、自然エネルギーとして太陽光を利用する構成で、請求項１記載の発明と同様な効果を奏し、また、ＮＡＳ（ナトリウム・硫黄）電池を使用することから放電時間が長く安定した電力供給を行なうことができるスターリングエンジンを使用した電源システムを提供できる。
【００１０】
請求項３記載の発明によれば、自然エネルギーとして太陽光を利用し、かつ、レンズを使用した高効率型の構成で、請求項２記載の発明と同様な効果を奏するスターリングエンジンを使用した電源システムを提供できる。
【００１１】
請求項４記載の発明によれば、バイオディーゼルフェルから得られる熱を利用してスターリングエンジンで発電し、かつ、蓄電して負荷に電力供給することで地球温暖化防止を図り、負荷平準化に十分に寄与し得る分散型電源として有効なスターリングエンジンを使用した電源システムを提供できる。
【００１２】
請求項５記載の発明によれば、化石燃料ではなく自然エネルギーを活用して発電し、かつ、蓄電して、発電機により発電した電力と、蓄電手段の出力電力とを切り換え負荷に電力供給することで地球温暖化防止や、電力需要の大きい大都会等における負荷平準化に十分に寄与し得る分散型電源として有効なスターリングエンジンを使用した可搬式電源を提供できる。
【００１３】
請求項６記載の発明によれば、自然エネルギーとして太陽光を利用した構成で、請求項５記載の発明と同様な効果を奏するスターリングエンジンを使用した可搬式電源を提供できる。
【００１４】
請求項７記載の発明によれば、自然エネルギーとして太陽光を利用し、かつ、レンズを使用した高効率型の構成で、請求項５記載の発明と同様な効果を奏するスターリングエンジンを使用した可搬式電源を提供できる。
【００１５】
請求項８記載の発明によれば、バイオディーゼルフェルから得られる熱を利用してスターリングエンジンで発電し、かつ、蓄電して負荷に電力供給することで地球温暖化防止を図り、負荷平準化に十分に寄与し得る分散型電源として有効なスターリングエンジンを使用した可搬式電源を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明は、化石燃料ではなく自然エネルギーを活用して発電し、かつ、蓄電して負荷に電力供給することで地球温暖化防止や、電力需要の大きい大都会等における負荷平準化に十分に寄与し得る分散型電源として有効な電源システムを提供するという目的を有するものである。
本発明は、上記目的と達成するために、太陽光をレンズで集光して得られる熱で駆動されるスターリングエンジンと、スターリングエンジンの動力で発電する発電機と、発電機により発電した電力を蓄電するＮＡＳ（ナトリウム・硫黄）電池を用いた蓄電手段と、発電機により発電した電力と、蓄電手段の出力電力とを切り換える出力切換手段と、発電機により発電した電力又は蓄電手段の出力電力と、電力会社から受電した商用電力とを切り換えて負荷に供給する供給切換手段と、を有する構成により実現した。
【実施例】
【００１７】
（実施例１）
以下に、本発明の実施例に係るスターリングエンジン２を使用した電源システム１について、図１乃至図３を参照して説明する。
本実施例１に係る電源システム１は、図１に示すように、自然エネルギーである太陽光をレンズ３で高効率で集光して得られる熱で駆動される空冷式のスターリングエンジン２と、このスターリングエンジン２の動力で発電する発電機４と、この発電機４により発電した電力を蓄電する放電時間が長く安定した電力供給を行なうことができるＮＡＳ（ナトリウム・硫黄）電池を用いた蓄電手段５と、前記発電機４により発電した電力と、蓄電手段５の出力電力とを切り換える出力切換手段６と、前記発電機４により発電した電力又は蓄電手段５の出力電力と、電力会社から受電設備７を経て受電した商用電力とを切り換えて例えば信号システムの信号灯、一般的な照明負荷、動力負荷等の負荷９に供給する供給切換手段８と、を基本的な構成要素とし、例えば、道路の信号システム周辺、オフィスビル、一般家屋等に設置される。
なお、蓄電手段５は、発電機４により発電した電力を直流に変換する図示しない交直変換回路を備え、また、前記出力切換手段６は、蓄電手段５からの出力電力を交流に変換する図示しない直交変換回路を備えている。
また、前記出力切換手段６は、蓄電手段５からの余剰分の出力電力を売電設備１８側に切り換え、売電設備１８から電力会社の電力系統に売電する機能も有している。
【００１８】
また、前記レンズ３、スターリングエンジン２及び発電機４は、例えば、道路の信号システム周辺の太陽光が照射される場所、オフィスビル、一般家屋等の屋上のような太陽光が照射される場所等に設置される。
【００１９】
前記出力切換手段６としては、手動式の他、発電機４の発電出力、蓄電手段５の充電電圧を検出し自動切り換えを行なう自動式等の例を挙げることができる。
【００２０】
また、供給切換手段８としては、手動式の他、前記出力切換手段６の出力電圧の有無を検出し出力電圧が無いとき商用電力に自動的に切り換える自動式等の例を挙げることができる。
【００２１】
次に、前記レンズ３、スターリングエンジン２、発電機４及び蓄電手段５について、図２、図３を参照して説明する。
前記レンズ３、スターリングエンジン２、発電機４及び蓄電手段５の具体的構成としては、例えば図２に示すように四本の脚１１を持つ平坦な架台１０上に、ＮＡＳ（ナトリウム・硫黄）電池を用い外装を直方体状に構成した蓄電手段５を設置し、この蓄電手段５上から十字配置に４個の支持アーム１２ａ乃至１２ｄを水平方向に突設し、各支持アーム１２ａ乃至１２ｄ上に各々一体化した合計４台の空冷式のスターリングエンジン２、発電機４を取り付け、各スターリングエンジン２のヘッド部２ａの上方に太陽光を集光するレンズ３を配置して、太陽光をレンズ３により集光しその集光熱でスターリングエンジン２を駆動するようにしている。
【００２２】
また、前記スターリングエンジン２は、図３に概略構成を示すように、エンジンブロック１３内に前記集光熱で上下駆動されるピストン１４を配置して構成し、前記発電機４は、ピストン１４と一体のピストンロッド１５に永久磁石１６を取り付けるとともに、エンジンブロック１３の外周に発電コイル１７を巻装し、永久磁石１６の上下動に伴う発電コイル１７との電磁誘導作用により前記ピストン１４の上下動に応じた電力を発電するように構成している。
【００２３】
本実施例１における前記レンズ３、スターリングエンジン２、発電機４、蓄電手段５の各仕様、具体的数値例を挙げると、前記レンズ３としては、例えばフレネルレンズを使用する。
また、前記スターリングエンジン２は、空冷式で防振装置、冷却装置を付属させ、重量５０Ｋｇ以下等の例を挙げることができる。前記発電機４としては、効率９０％の磁石スライド型ライナー発電機等の例を挙げることができる。
更に、スターリングエンジン２、発電機４による電気出力特性としては、１台当たり１．１のＫｗ、合計４．４Ｋｗ等の例を挙げることができる。なお、蓄電手段５としては、図示しないがキャパシタ（コンデンサ）を使用することも可能である。
【００２４】
次に、本実施例１に係る電源システム１の動作について説明する。この電源システム１において、太陽光が得られる昼間においては、前記レンズ３により太陽光を集光してスターリングエンジン２のヘッド部２ａを加熱してスターリングエンジン２を駆動し、これにより発電機４で発電して発電電力を蓄電手段５に供給して蓄電する。
【００２５】
更に、前記出力切換手段６を蓄電手段５側に、前記供給切換手段８を出力切換手段６側に切り換え、蓄電手段５にて蓄電した出力電力を前記出力切換手段６、供給切換手段８を経て信号灯、照明負荷、動力負荷等の負荷９に送り、消費させる。
【００２６】
この場合には、電力会社からの商用電力が消費されることは無いため、商用電力の需要が抑えられ、電力会社の発電電力低減による排出ガス削減、地球温暖化防止に寄与し得る分散型電源として機能させることができる。
【００２７】
前記出力切換手段６を発電機４側に、前記供給切換手段８を出力切換手段６側に切り換え、発電機４の発電電力を直接負荷９に供給する場合も同様である。
【００２８】
一方、前記発電機４や蓄電手段５が何らかの要因で故障した場合等の非常時には、前記前記供給切換手段８を受電設備７側に切り換え、商用電力を前記負荷９に送り、消費させる。
【００２９】
このようにして、本実施例１に係る電源システム１によれば、太陽光が得られる昼間等においては、信号灯、照明負荷、動力負荷等の負荷９に必要な電力を自然エネルギーである太陽光を利用した発電電力で賄い、システム故障等の非常時等においては、商用電力を前記負荷９に送るように構成しているので、全体として特に大都会等の負荷密集地において商用電力の需要が抑えられ、電力会社の発電電力低減による排出ガス削減、地球温暖化防止に寄与し得るクリーンな分散型電源とすることができる。
【００３０】
図４は、本実施例１に係る電源システム１の変形例である電源システム１Ａを示すものであり、基本的構成は実施例１に係る電源システム１の場合と同様であるが、空冷式のスターリングエンジン２を駆動する自然エネルギーとして、植物油や廃油等を素材とするバイオディーゼルフェル（ＢＤＦ）１９から得られる熱を利用したことが特徴である。この他の構成は実施例１に係る電源システム１の場合と同一である。
【００３１】
図４に示す変形例の電源システム１Ａによっても、実施例１に係る電源システム１の場合と同様に、自然エネルギーであるバイオディーゼルフェル（ＢＤＦ）１９による熱を利用して発電することができ、商用電力の需要が抑えられ、電力会社の発電電力低減による排出ガス削減、地球温暖化防止に寄与し得るクリーンな分散型電源とすることができる。
【００３２】
また、変形例の電源システム１Ａの場合、バイオディーゼルフェル（ＢＤＦ）１９による熱を利用して発電することができるため、太陽光が得られない雨天時、夜間時等においても発電することができるため、実施例１に係る電源システム１と組み合わせて電源システム１の補助的役割を発揮させることも可能である。
【００３３】
（実施例２）
次に、図５、図６を参照して、本発明の実施例２に係る可搬式電源２１について説明する。
【００３４】
本実施例２に係る可搬式電源２１は、図２に示す場合と同様、四本の脚１１を持つ平坦な架台１０上に、ＮＡＳ（ナトリウム・硫黄）電池を用い外装を直方体状に構成した蓄電手段５を設置し、この蓄電手段５上から十字配置に４個の支持アーム１２ａ乃至１２ｄを水平方向に突設し、各支持アーム１２ａ乃至１２ｄ上に各々一体化した合計４台の空冷式のスターリングエンジン２、発電機４を取り付け、各スターリングエンジン２のヘッド部２ａの上方に太陽光を集光するレンズ３を配置し、更に、架台１０に出力切換手段６を組み込み、これらを可搬式ユニットとして構成したものである。
【００３５】
そして、この可搬式電源２１を、図５に示すように、例えば船舶２２の甲板等のような太陽光を得られる場所に設置し、太陽光をレンズ３により集光しその集光熱でスターリングエンジン２を駆動するようにしている。
【００３６】
本実施例２に係る可搬式電源２１においても、太陽光が得られる昼間等においては、例えば船舶２２内部の照明負荷や動力負荷等の負荷９に必要な電力を自然エネルギーである太陽光を利用した発電電力で賄うことができ、これにより、船舶２２のエンジン、発電機による発電電力を抑えられ、化石燃料による発電電力低減による排出ガス削減、地球温暖化防止に寄与し得る分散型電源とすることができる。
【００３７】
本実施例２に係る可搬式電源２１の場合においても、図４に示すような植物油や廃油等を素材とするバイオディーゼルフェル（ＢＤＦ）から得られる熱を利用した構成とすることももちろん可能であり、この場合には太陽光が得られない雨天時、夜間時等においても発電することができるため、前記可搬式電源２１と組み合わせその補助的役割を発揮させることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明に係るスターリングエンジンを使用した電源システムは、道路の信号システム周辺、オフィスビル、一般家屋等に設置して分散型電源として広範に活用できる。また、本発明に係る可搬式電源は、船舶の甲板等に設置する他、例えば化石燃料を使用する作業機械、大型車両等に搭載し、これらのエンジン、発電機による発電電力により駆動する動力負荷等に対する代替電源等として広範に応用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施例１に係るスターリングエンジンを使用した電源システムの構成を示すブロック図である。
【図２】本実施例１に係る電源システムにおけるレンズ、スターリングエンジン、発電機、蓄電手段、架台を示す斜視図である。
【図３】本実施例１に係る電源システムのスターリングエンジン及び発電機の概略構成を示す断面図である。
【図４】本実施例１に係る電源システムの変形例を示すブロック図である。
【図５】本発明の実施例２に係る可搬式電源の構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の実施例２に係る可搬式電源を船舶に搭載した状態を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００４０】
１    スターリングエンジンを使用した電源システム
１Ａ  スターリングエンジンを使用した電源システム
２    スターリングエンジン
２ａ  ヘッド部
３    レンズ
４    発電機
５    蓄電手段
６    出力切換手段
７    受電設備
８    供給切換手段
９    負荷
１０    架台
１１    脚
１２ａ  支持アーム
１２ｂ  支持アーム
１２ｃ  支持アーム
１２ｄ  支持アーム
１３    エンジンブロック
１４    ピストン
１５    ピストンロッド
１６    永久磁石
１７    発電コイル
１８    売電設備
１９    バイオディーゼルフェル
２１    可搬式電源
２２    船舶
【図１】
2008163805.tif 000003
【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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