(57)【要約】【課題】スターリングエンジンの効率的な加熱装置及び加熱方法を提供する。【解決手段】スターリングエンジン（4A）の加熱部（4A2）を加熱するために加熱部（4A2）の受熱面（4A21）の外側に設置される加熱装置（1）であって、加熱部の受熱面（4A21）が露出する燃焼空間（1A2）と燃焼空間（1A2）を囲包する炉壁（1A1）とを具備する燃焼炉（1A）と、燃焼空間（1A2）内に設置されたセラミック触媒（1B）と、酸素と水素を混合した酸水素混合ガス（G）を燃焼空間（1A2）内にてセラミック触媒（1B）を用いて燃焼させる酸水素混合ガス燃焼機構と、を備えたことを特徴とする。酸水素混合ガス燃焼機構は、酸水素混合ガス（G）をセラミック触媒（1B）に向けて噴射しつつ燃焼させるための噴射ノズル（1D）を具備し、セラミック触媒は燃焼空間の中心部にて受熱面に隣接して配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スターリングエンジン（4A）の加熱部（4A2）を加熱するために前記加熱部（4A2）の受熱面（4A21）の外側に設置される加熱装置（1）であって、
前記加熱部の受熱面（4A21）が露出する燃焼空間（1A2）と前記燃焼空間（1A2）を囲包する炉壁（1A1）とを具備する燃焼炉（1A）と、
前記燃焼空間（1A2）内に設置されたセラミック触媒（1B）と、
酸素と水素を混合した酸水素混合ガス（G）を前記燃焼空間（1A2）内にて前記セラミック触媒（1B）を用いて燃焼させる酸水素混合ガス燃焼機構と、を備えたことを特徴とする、
スターリングエンジン用加熱装置。
【請求項２】
前記酸水素混合ガス燃焼機構が、前記酸水素混合ガス（G）を前記セラミック触媒（1B）に向けて噴射しつつ燃焼させるための噴射ノズル（1D）を具備することを特徴とする請求項１に記載のスターリングエンジン用加熱装置。
【請求項３】
前記セラミック触媒（1B）が前記燃焼空間（1A2）の中心部にて前記受熱面（4A21）に隣接した位置に設置されていることを特徴とする請求項２に記載のスターリングエンジン用加熱装置。
【請求項４】
前記燃焼炉（1A）が排気口（1P1）を具備することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のスターリングエンジン用加熱装置。
【請求項５】
前記酸水素混合ガス（G）が、水を電気分解する酸水素ガス発生器（2A）から供給されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のスターリングエンジン用加熱装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載のスターリングエンジン用加熱装置（1）と、スターリングエンジン（4A）と、を少なくとも備えたスターリングエンジン発動システム（10）であって、
前記スターリングエンジン（4A）は、前記スターリングエンジン用加熱装置（1）により加熱される加熱部（4A2）と、冷却部（4A1）と、前記加熱部（4A2）と前記冷却部（4A1）の温度差により機械的要素を駆動して動力を出力する駆動部（4A3）と、を備えたことを特徴とする、
スターリングエンジン発動システム。
【請求項７】
スターリングエンジンが出力する動力を用いて発電を行うスターリングエンジン発電システム（20）であって、
請求項６に記載のスターリングエンジン発動システム（10）と、
前記駆動部（4A3）が出力した動力を用いて発電を行って電力を出力する発電部（4B）と、を備えたことを特徴とする、スターリングエンジン発電システム。
【請求項８】
スターリングエンジン（4A）の加熱部（4A2）を加熱するための加熱方法であって、
前記加熱部（4A）の受熱面（4A21）が露出するほぼ密閉された燃焼空間（1A2）内にて、酸素と水素を混合した酸水素混合ガス（G）をセラミック触媒（1B）を用いて燃焼させることにより前記加熱部（4A2）を加熱することを特徴とする、スターリングエンジンの加熱方法。
【請求項９】
前記酸水素混合ガス（G）を前記セラミック触媒（1B）に向けて噴射しつつ燃焼させることを特徴とする、請求項８に記載のスターリングエンジンの加熱方法。
【請求項１０】
前記酸水素混合ガス（G）が、水の電気分解により生成されつつ同時に供給されることを特徴とする請求項８又は９に記載のスターリングエンジンの加熱方法。
【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加熱部を加熱するための装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
スターリングエンジンは、理論的に最高の熱効率を有するカルノーサイクルを実現するエンジンとされており、熱エネルギーを運動エネルギーに変換する効率が最も高い外燃機関といわれている。一般的なスターリングエンジンは、内部に設けた温度差のある加熱部と冷却部の間で作動流体を往復させることにより圧力変化を発生し、それにより機械的要素（ピストン等）を駆動する。機械的要素の運動が、動力として外部に出力される。特許文献１では、２気筒を駆動するスターリングエンジンが開示されている。
【０００３】
さらに、スターリングエンジンから出力された動力によりタービンを駆動して発電を行い、電力を得ることも行われている（特許文献２、３、４）。５００〜１ｋＷ程度の出力が一般的であるが、それよりも大きな１０ｋＷ程度の出力をもつスターリングエンジンの実用化も進められている。
【０００４】
スターリングエンジンの加熱部は、外部の熱源から熱を供給することにより加熱される。外部の熱源として多様な熱源を利用でき、化石燃料を利用するものもあるが、環境負荷軽減のために産業排熱や自然エネルギーを利用するものも多い。特許文献２、３では、鉄鋼製造プロセスからの排熱を利用している。特許文献４では、廃棄物やバイオマス燃料の燃焼後のガスを利用している。その他に、特許文献５に開示されるように、太陽熱を利用したものもある。
【０００５】
ここで、全く別の技術分野であるが、水の電気分解により得られる酸素と水素を混合したガス（本明細書中では「酸水素混合ガス」と称する）が、燃焼用のガスとして知られている。酸水素混合ガスは、必要に応じて酸素と水素の比率を適宜設定して利用されている。例えば、特許文献６に記載されるように、酸素と水素が１：２の場合、常圧において約５５０℃程度の発火点をもつ。常温常圧では、このような酸水素混合ガスにスパークにより着火して燃焼させることができる。また、酸水素混合ガスをセラミック触媒に接触させることで、発火点温度を下げるとともに燃焼を促進させることができる。特許文献６では、棒状鋼材の鍛造装置における加熱手段として酸水素混合ガスを燃焼ガスとして燃焼させている。また、酸水素混合ガスは、特許文献８では、金属部材のガス圧接に利用され、特許文献９では、圧延鋼材のガス切断に利用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−２０２６４０号公報
【特許文献２】特開２０１１−２０８５０７号公報
【特許文献３】特開２０１０−１５１０７１号公報
【特許文献４】特開２００９−１７４３９２号公報
【特許文献５】特開２００４−３３２６７２号公報
【特許文献６】特許第３０３１８９９号公報
【特許文献７】特許第３９５９０６７号公報
【特許文献８】特許第４０１５３８０号公報
【特許文献９】特許第４７５４２７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
スターリングエンジンの出力は、同じ構造と大きさの装置であれば、加熱部と冷却部の温度差が大きいほど大きくなる。熱源の温度は、特許文献２の鉄鋼製造プロセスの排熱利用では、約２００〜３００℃程度、特許文献４のバイオマスを燃焼したガスは約９００〜１０００℃程度、特許文献５の太陽熱（フレネルレンズで集光）では約６００〜２０００℃程度が得られるとされている。冷却部は通常室温程度に維持されるので、これらの熱源の温度をそのまま加熱部の温度として利用できれば、有効な温度差が得られることになる。
【０００８】
しかしながら、実際には、熱源からの熱を加熱部の温度として変換する際の熱損失が大きい。よって、熱効率の良好な加熱部の構造が求められている。さらに、熱効率を向上させるには、加熱部の構造に加えて、どのような熱源を利用するかも重要である。再生可能エネルギーは供給が不安定である。また、化石燃料は、省資源の観点から好ましくない。
【０００９】
一方、酸水素混合ガスについては、電気分解によるガス生産コストが割高のために需要が少なく、その用途も限定されているのが現状である。
【００１０】
以上の現状に鑑み、本発明は、スターリングエンジンの加熱部を効率的かつ安定に加熱する熱源として酸水素混合ガスを採用した加熱装置及び加熱方法を提供することを目的とする。また、そのような加熱装置とスターリングエンジンを組み合わせたスターリングエンジン発動システム、さらに、そのようなスターリングエンジン発動システムと発電機を組み合わせたスターリングエンジン発電システム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】
【００１１】
上記の目的を達成するべく、本発明は、以下の構成を提供する。なお、括弧内の数字は、後述する図面中の符号であり、参考のために付する。
【００１２】
本発明の第１の態様であるスターリングエンジン用加熱装置（1）は、スターリングエンジン（4A）の加熱部（4A2）を加熱するために前記加熱部（4A2）の受熱面（4A21）の外側に設置され、前記加熱部の受熱面（4A21）が露出する燃焼空間（1A2）と前記燃焼空間（1A2）を囲包する炉壁（1A1）とを具備する燃焼炉（1A）と、前記燃焼空間（1A2）内に設置されたセラミック触媒（1B）と、酸素と水素を混合した酸水素混合ガス（G）を前記燃焼空間（1A2）内にて前記セラミック触媒（1B）を用いて燃焼させる酸水素混合ガス燃焼機構と、を備えたものである。
上記のスターリングエンジン用加熱装置（1）においては、前記酸水素混合ガス燃焼機構が、前記酸水素混合ガス（G）を前記セラミック触媒（1B）に向けて噴射しつつ燃焼させるための噴射ノズル（1D）を具備することが、好適である。
上記のスターリングエンジン用加熱装置（1）においては、前記セラミック触媒（1B）が前記燃焼空間（1A2）の中心部にて前記受熱面（4A21）に隣接した位置に設置されていることが、好適である。
上記のスターリングエンジン用加熱装置（1）においては、前記燃焼炉（1A）が排気口（1P1）を具備することが、好適である。
上記のスターリングエンジン用加熱装置（1）においては、前記酸水素混合ガス（G）が、水を電気分解する酸水素ガス発生器（2A）から供給されることが、好適である。
【００１３】
本発明の第２の態様であるスターリングエンジン発動システム（10）は、上記のスターリングエンジン用加熱装置（1）と、スターリングエンジン（4A）と、を少なくとも備え、前記スターリングエンジン（4A）は、前記スターリングエンジン用加熱装置（1）により加熱される加熱部（4A2）と、冷却部（4A1）と、前記加熱部（4A2）と前記冷却部（4A1）の温度差により機械的要素を駆動して動力を出力する駆動部（4A3）と、を備えたものである。
【００１４】
本発明の第３の態様であるスターリングエンジン発電システム（20）は、スターリングエンジンが出力する動力を用いて発電を行うものであって、上記のスターリングエンジン発動システム（10）と、前記駆動部（4A3）が出力した動力を用いて発電を行って電力を出力する発電部（4B）と、を備えている。
【００１５】
本発明の第４の態様であるスターリングエンジンの加熱方法は、スターリングエンジン（4A）の加熱部（4A2）を加熱するための加熱方法であって、前記加熱部（4A）の受熱面（4A21）が露出するほぼ密閉された燃焼空間（1A2）内にて、酸素と水素を混合した酸水素混合ガス（G）をセラミック触媒（1B）を用いて燃焼させることによりスターリングエンジン（4A）の加熱部（4A2）を加熱する方法である。
上記の加熱方法においては、前記酸水素混合ガス（G）を前記セラミック触媒（1B）に向けて噴射しつつ燃焼させることが、好適である。
上記の加熱方法においては、前記酸水素混合ガス（G）が、水の電気分解により生成されつつ同時に供給されることが、好適である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によるスターリングエンジン用加熱装置は、スターリングエンジンの加熱部の受熱面の外側に設置された燃焼炉を備えており、セラミック触媒が設置された燃焼空間内で酸水素混合ガスを燃焼させることにより、加熱部の受熱面を加熱する。酸水素混合ガスは、それ自体のみで燃焼するので、別途燃焼用の酸素（又は酸素を含む空気）を供給する必要がない。従って、酸水素混合ガスのみを燃焼炉内に供給すればよいので、燃焼炉をほぼ密閉状態とすることが可能である。これにより、燃焼炉から外部への放熱が非常に少なくなる。そして、スターリングエンジンの加熱部の受熱面は、このようなほぼ密閉された燃焼空間内に露出するように配置される。従って、入力された熱や燃焼炉内で発生した熱は、ほとんどがスターリングエンジンの加熱部に供給されることとなる。この結果、加熱部が効率的に加熱される。
【００１７】
酸水素混合ガスは、スパークにより常温で容易に着火可能である。着火後は、発熱反応である燃焼反応が持続する。酸水素混合ガスの燃焼時の発熱量は１０．６９ＭＪ／ｍ３である。酸水素混合ガスの発熱量は、ＬＰＧの１００．４ＭＪ／ｍ３と比較して１／１０程度であるが、火炎の温度は酸水素混合ガスの方が遙かに高温となる。酸水素混合ガスの火炎の温度は、酸素と水素の比率を１：２とした場合、最高２７００℃〜２８００℃とすることが可能である。このような高温を、加熱部の受熱面の極めて近傍で実現できるので、加熱部の受熱面を効果的に加熱することが可能となる。
【００１８】
また、酸水素混合ガスの燃焼時における火炎の照射対象物の表面温度は、照射対象物によって異なる温度特性をもつ。特に、セラミック触媒を火炎の照射対象物とした場合、燃焼反応が促進され、極めて高い温度が得られる。試験では、酸水素混合ガスの火炎により、セラミック触媒の温度を３秒以内に２０００℃以上に上昇させることが確認された。極めて高い温度に到達したセラミック触媒からの熱伝導、熱対流及び熱輻射により、スターリングエンジンの加熱部の受熱面は、効率的に加熱される。セラミック触媒が燃焼空間の中心部にて受熱面に隣接した位置に設置されることにより、受熱面はさらに効率的に加熱される。
【００１９】
酸水素混合ガスの燃焼反応により瞬時に高温が実現されるのは、化石燃料の燃焼速度が平均数十ｍ／ｓ程度であるのに対し、酸水素混合ガス（酸素：水素＝１：２）の燃焼速度は約２５０ｍ／ｓであることにもよる。また、酸水素混合ガスが完全燃焼した場合は水（瞬時に水蒸気となる）のみが生成するので、熱が拡散する容積が小さいためでもある。因みに、ＬＰＧでは、空気中の酸素と燃焼反応して水と炭酸ガスを生じかつ反応に寄与しない窒素も存在するので、熱が拡散して火炎の温度が低下してしまう。
【００２０】
さらに、酸水素混合ガスの燃焼により生じた水（水蒸気）は、２０００℃以上の高温となった領域では、熱により水素と酸素に分解される。分解した水と酸素の一部は、再び燃焼反応に寄与して熱を発生する。このことによって、酸水素混合ガスの燃焼反応はさらに効率的となる。
【００２１】
またさらに、酸水素混合ガスは、火災の危険性がなく安全である。空気より軽いので漏出しても容易に空気中に拡散するという利点もある。また、水素と酸素で構成され公害物質が発生しない清浄ガスといえる。水の電気分解をしつつ得ることもできるので、貯蔵施設が不要である。１年を通して連続稼動させることも可能である。
【００２２】
なお、実際に加熱部が到達する温度は、加熱部の構造及び大きさにも依存するが、同じ構造及び大きさの加熱部であれば、従来の熱源で加熱した場合に比べてより高温とすることが可能となる。この結果、スターリングエンジンの出力が向上する。また、酸水素混合ガスを安定に供給し続ける限り、スターリングエンジンの加熱部の温度を安定に維持できる。この結果、スターリングエンジンの出力を安定に維持できる。
【００２３】
これにより、本発明のスターリングエンジン用加熱装置とスターリングエンジンとを組み合わせたスターリングエンジン発動システムにおいては、安定した動力を出力することができる。
【００２４】
また、このようなスターリングエンジン発動システムと発電機と組み合わせたスターリングエンジン発電システムにおいては、安定した電力と温水を出力することができる。
【００２５】
従来から、スターリングエンジンは温度差により稼動するため、得られるエネルギーは発電又は温水（冷却部からの排熱による）のいずれかの形態に限られている。特に、このことは温水生産効率が高いことを意味する。温水は、コジェネレーションシステムでも知られるように業務用でも家庭用でも利用価値が大きい。この点が、効率のよいスターリングエンジンの利用価値でもある。
【００２６】
スターリングエンジン発電システムにより得られた電力を、バッテリに蓄電することにより、電力を有効に利用できる。バッテリを利用することにより、電力不足の場合は、外部電源（他の自然エネルギー発電装置、例えば太陽電池パネル等）からの補充充電も可能となる。
【００２７】
従来、スターリングエンジンの加熱部を加熱するために電力を必要とする方式としては、例えば、電気ヒーター方式がある。しかし、各種発熱体を利用した抵抗加熱では、急速昇温には対応できない。また、コイルから磁力線を発生させて対象物を急速加熱する誘導加熱方式では、ランニングコストが極めて高価となる。あるいは、電極に直接電気を流す直通電加熱方式では、変圧器での機械的損失やスターリングエンジンの構造的な問題があり現実的ではない。いずれの方式も大容量のバッテリ（蓄電池）を電源として加熱するため、電力設備が過大となり実用的ではない。これらの従来技術に対し、本発明は、スターリングエンジンの加熱に電力を必要とするが、急速昇温が可能であると同時に、低コストかつコンパクトな構造とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】図１は、本発明によるスターリングエンジン用加熱装置及び加熱方法を適用したスターリングエンジン発電システムを模式的に示す構成図である。
【図２】図２は、本発明によるスターリングエンジン用加熱装置１と、スターリングエンジン発電装置４とを一体化させて１つの装置としたスターリングエンジン発電システムの一実施例の主要部を概略的に示す立面図である。
【図３】図３は、図２に示したスターリングエンジン用加熱装置の主要部を示した図であり、（ａ）は部分切り欠き側面図、（ｂ）は（ａ）のＡ視図である。
【図４】図４（ａ）（ｂ）（ｃ）は、酸水素混合ガス供給源の各実施例を概略的に示した図である。
【図５】図５は、図２のスターリングエンジン発電システムの主要部を含むシステム全体の一実施例を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、実施例を示した図面を参照しつつ、本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明によるスターリングエンジン用加熱装置及び加熱方法を適用したスターリングエンジン発電システムの構成を模式的に示す図である。
【００３０】
スターリングエンジン４Ａは、公知技術によるいずれの形式のものでもよく、ここでは具体的構成は示さない。スターリングエンジン４Ａは、主要な構成要素として、冷却部４Ａ１、加熱部４Ａ２及び駆動部４Ａ３を有する。スターリングエンジン４Ａの基本構成は、次の通りである。冷却部４Ａ１及び加熱部４Ａ２には作動流体が充填されている。冷却部４Ａ１と加熱部４Ａ２の間は連通しており、作動流体はこれらの間を往復移動可能である。冷却部４Ａ１と加熱部４Ａ２の温度差により作動流体に圧力差が生じ、作動流体が移動する。作動流体の移動により、駆動部４Ａ３の機械的要素が駆動される。これらの作動流体の移動及び機械的要素の駆動は、反復するように構成されている。
【００３１】
冷却部４Ａ１は、例えば、水又はエチレングリコールなどの不凍液を冷却媒体として循環させることにより相対的に低温（例えば３０℃〜５０℃）に維持される。本実施例では、冷却媒体は、外部に設けられる冷却源であるスターリングエンジン用冷却装置３から供給され、冷却部４Ａ１との間で循環する。スターリングエンジン用冷却装置３は、公知のいずれのものでもよい。冷却媒体を水とした場合、冷却部４Ａ１からの排熱により温水が生成される。この温水は、システム外に取り出して利用することができる。
【００３２】
加熱部４Ａ２は、スターリングエンジン４Ａの外部に設けられる熱源により加熱されて相対的に高温に維持される。本実施例における熱源は、本発明によるスターリングエンジン用加熱装置１である。スターリングエンジン用加熱装置１の実施例の具体的構成については、後述する図２及び図３において説明する。本発明のスターリングエンジン用加熱装置１に対しては、酸水素混合ガス供給源２から酸水素混合ガスが供給される。酸水素混合ガス供給源２の実施例の具体的構成については、後述する図４において説明する。
【００３３】
駆動部４Ａ３は、例えばピストンやクランク等の機械的要素を備えている。機械的要素は、作動流体の移動により運動する。機械的要素の運動は、スターリングエンジン４Ａの外部に動力として出力される。
【００３４】
スターリングエンジン４Ａから出力された動力は、発電部４Ｂに入力される。発電部４Ｂは、タービン等の発電機を備えており、入力された動力を利用して発電を行い、外部に電力として出力する。
【００３５】
なお、スターリングエンジン４Ａのみを単体装置としたものは公知である。その場合、出力される動力を利用して別の機械装置を駆動したり、外部の発電機に接続して発電を行ったりする。
【００３６】
また、図示の例のように、スターリングエンジン４Ａと発電部４Ｂとを組合せ一体化させることにより、単体装置としてスターリングエンジン発電装置４を構成することができる。
【００３７】
本発明によれば、スターリングエンジン４Ａに対し少なくとも本発明のスターリングエンジン用加熱装置１を組合せ、一体化させて１つの装置としたスターリングエンジン発動システム１０を構成することができる。この場合、スターリングエンジン用冷却装置３及び酸水素混合ガス供給源２の各々は、適宜ラインで接続してもよく、あるいは、一体化させてもよい。
【００３８】
さらに本発明によれば、上記のスターリングエンジン発動システム１０に対し少なくとも発電部４Ｂを組合せ、一体化させて１つの装置としたスターリングエンジン発電システム２０を構成することができる。この場合も、スターリングエンジン用冷却装置３及び酸水素混合ガス供給源２の各々は、適宜ラインで接続してもよく、あるいは、一体化させてもよい。
【００３９】
図２は、本発明によるスターリングエンジン用加熱装置１と、スターリングエンジン発電装置４とを一体化させて１つの装置としたスターリングエンジン発電システム２０の一実施例の主要部を概略的に示す立面図である。
【００４０】
スターリングエンジン発電装置４の最下部には発電部４Ｂが配置され、その上にスターリングエンジンの冷却部４Ａ１と駆動部４Ａ３が配置されており、その上にスターリングエンジンの加熱部４Ａ２が配置されている。これらの各部の内部は、本発明の本質部分ではないので言及しない。加熱部４Ａ２はドーム型形状であり、その周囲には熱交換効率を高めるための複数の環状フィンが形成されている。加熱部４Ａ２のドーム型形状の外周面が、熱源から熱を受け取る受熱面４Ａ２１である。受熱面４Ａ２１は、例えばステンレス鋼で形成される。しかし、耐熱性を備えた材料であればこれに限定されない。加熱部４Ａ２の内部には、温度センサ（図示せず）が設置されている。
【００４１】
スターリングエンジン用加熱装置（以下、単に「加熱装置」と略称する場合がある）１は、加熱部４Ａ２の受熱面４Ａ２１の外側に設置されている。この場合は、受熱面４Ａ２１が上方を向いた面であるので、加熱装置１は、スターリングエンジン発電システム２０における頂部に取り付けられている。
【００４２】
加熱装置１は、燃焼炉１Ａを備えている。燃焼炉１Ａは、ほぼ半球状の燃焼空間１Ａ２と、燃焼空間１Ａ２のほぼ全体を囲包する炉壁１Ａ１とを有する。燃焼空間１Ａ２は、ほぼ密閉された空間である。図２では、炉壁１Ａ１の前半分を切り欠いて内部を示している。炉壁１Ａ１は、耐熱性及び断熱性を備えた材料で形成される。例えば、炉壁１Ａ１はステンレス鋼であるが、これに限られない。好適には、炉壁１Ａ１を二重構造とし、断熱材による熱拡散防止処理を施す。また、熱の対流を良好とするために、燃焼炉１Ａはドーム型形状とすることが好適である。さらに、炉壁１Ａ１の内面を、熱反射を良好とするために鏡面仕上げとすることが好適である。
【００４３】
双方ともドーム型形状である燃焼炉１と受熱面４Ａ２１とは同軸上に配置されている。従って、加熱部４Ａ２の受熱面４Ａ２１は、燃焼空間１Ａ２内に突出して露出した状態となっている。燃焼空間１Ａ２には、外部の酸水素混合ガス供給源から酸水素混合ガスＧが導入され、スパーク着火により点火され、燃焼により火炎Ｆを生じる。この火炎Ｆに起因して燃焼空間１Ａ２内の温度が昇温し、その結果、受熱面４Ａ２１を加熱する。
【００４４】
冷却部４Ａ１の側壁には、冷却水等の冷却媒体を循環させるための流入口４Ａ１１と流出口４Ａ１２が設けられている（これらは入れ替えてもよい）。
【００４５】
図３は、図２に示したスターリングエンジン用加熱装置１の主要部を示した図であり、（ａ）は部分切り欠き側面図、（ｂ）は（ａ）のＡ視図である。
【００４６】
燃焼空間１Ａ２内には、セラミック触媒１Ｂが設置されている。セラミック触媒１Ｂは、燃焼空間１Ａ２の中心部に設置され、受熱面４Ａ２１の近傍又は隣接した位置に設置されることが好ましい。図示の例では、受熱面４Ａ２１のドーム頂点に取り付けた触媒支持台１Ｃにセラミック触媒１Ｂを固定している。セラミック触媒１Ｂの設置形態は、図示の例に限られず、燃焼空間１Ａ２内に吊してもよい。セラミック触媒１Ｂは、酸水素混合ガスを活性化させ燃焼反応を促進させる。
【００４７】
セラミック触媒１Ｂは、例えば、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素、チタン酸アルミニウム（例えばレコジット（登録商標））等の金属酸化物である。特にレコジット（登録商標）は、鏡面処理加工が可能であり、融点が１８６０℃以上で耐火度に優れ、比較的緻密な焼結体でありながら熱膨張係数が極めて小さいすなわち熱拡散が少ないため、好適である。なお、試験では、高温によるセラミック触媒１Ｂの損傷は見られなかった。
【００４８】
燃焼炉１Ａは、酸水素混合ガスを燃焼空間１Ａ２内にてセラミック触媒１Ｂを用いて燃焼させるための酸水素混合ガス燃焼機構を備えている。先ず、炉壁１Ａ１には、酸水素混合ガスを導入するための孔が形成されている。この孔には、ノズル支持筒１Ｆが密封状態を維持して貫通固定され、ノズル支持筒１Ｆには、バーナーの噴射ノズル１Ｄが挿通されている。噴射ノズル１Ｄは、燃焼空間１Ａ２内で酸水素混合ガスを噴射する。噴射ノズル１Ｄへの酸水素混合ガスの供給量又は噴射圧力は、酸水素混合ガス供給バルブ（電磁弁）１Ｄ１により調節される。噴射ノズル１Ｄの先端部には、スパーク着火器１Ｄ２（明示していない）が設けられている。
【００４９】
酸水素混合ガス供給バルブ１Ｄ１の他端には、外部の酸水素混合ガス供給源から酸水素混合ガスが供給される。酸水素混合ガスは、例えば、０．２〜０．３MPa程度の低圧で供給する。よって、高圧ガスの危険性は少ない。
【００５０】
噴射ノズル１Ｄの先端は、セラミック触媒１Ｂに向けられている。噴射ノズル１Ｄとセラミック触媒１Ｂとの間の距離は、火炎距離調節器１Ｅにより調節される。これは、酸水素混合ガスの燃焼による火炎が、最適な状態でセラミック触媒１Ｂに当たるようにするためである。バーナーの基端部は、バーナー固定支柱１Ｇ２に位置調節可能に固定され、バーナー固定支柱１Ｇ２は、バーナー支持台２により支持されている。
【００５１】
燃焼炉１Ａは、ほぼ密閉状態である。排気管１Ｐが設けられているが、これは、酸水素混合ガスの密閉状態での燃焼反応に影響を及ぼさない程度の容量である。実施例では、排気管１Ｐは、燃焼炉１Ａの下端周縁の１箇所から外部に延在し、排気口１Ｐ１が開口している。排気管１Ｐの途中には、排気を遮断または流量調節するための排気バルブ（電磁弁）１Ｐ２が設置されている。通常は、排気はほとんど不要であるが、燃焼空間１Ａ２内の圧力が正常範囲を超えて高まった場合に排気を行う。燃焼空間１Ａ２内の圧力をモニタリングするために、圧力計１Ｍが設置されている。
【００５２】
空気中で酸水素混合ガスを燃焼させたときの火炎の温度を測定したところ、少なくとも２６５０℃が確認された。また、試験的に、空気中で酸水素混合ガスの火炎をタングステン（融点３４２２℃、沸点５５５５℃）の棒体に照射してみたところ、タングステンの昇華が確認された。このように、酸水素混合ガスの火炎は、極めて高温を、少なくとも２０００℃以上を実現できる。
【００５３】
また、別の試験結果では、酸水素混合ガスの火炎が接触するセラミック触媒の表面において、２７００℃以上の温度が確認された。図３のようにセラミック触媒Ｂを配置することにより、このような高温を加熱部４Ａ２の受熱面４Ａ２１の極めて近傍で実現できる。この結果、受熱面４Ａ２１を効果的に加熱することが可能となる。
【００５４】
なお、酸水素混合ガスの噴出量により、燃焼空間１Ａ２内の温度の調整が可能である。稼働中は、例えば、受熱面４Ａ２１が５００℃〜７００℃程度となるように調整する。燃焼炉１Ａの炉壁１Ａ１の内面も受熱面４Ａ２１と同程度の温度となる。
【００５５】
図４（ａ）（ｂ）（ｃ）は、酸水素混合ガス供給源の３つの実施例を概略的に示した図である。
図４（ａ）は、酸水素ガス発生器２Ａと流量調節弁２Ｂとを備えた酸水素混合ガス供給源である。酸水素ガス発生器２Ａは、水の電気分解槽により構成される。この場合、酸素ガスと水素ガスが発生した比率１：２のままで混合され、酸水素混合ガスとして供給される。
【００５６】
図４（ｂ）は、酸水素ガス発生器２Ａと、酸水素ガス混合器２Ｃと、流量調節弁２Ｂ１、２Ｂ２、２Ｂ３とを備えた酸水素混合ガス供給源である。この場合の酸水素ガス発生器２Ａは、酸素ガス発生側と、水素ガス発生側がセパレータで仕切られており、それぞれ流量調節弁２Ｂ１、２Ｂ２により流量調節可能である。よって、酸水素ガス混合器２Ｃにて、所望する比率にて混合可能である。
【００５７】
図４（ａ）（ｂ）の実施例では、酸水素混合ガスの貯蔵容器が不要であり、スターリングエンジンのオンオフと連動して酸水素ガス発生器２Ａをオンオフすればよい。本発明では、必要に応じて水を電気分解して酸水素混合ガスを生成し、生成された酸水素混合ガスを直ちにスターリングエンジンの加熱部に供給することが、好適である。もっとも、供給圧力を一定とするために、一時的に酸水素混合ガスを貯蔵する貯蔵部を介して供給してもよい。
【００５８】
水の電気分解により酸水素混合ガスを１m３生成するために必要な電力は２．４ｋＷ程度である。なお、一般的な酸水素ガス発生器の消費電力は、最大１．２ｋＷｈ／6A（平均０．８ｋＷｈ）程度であるので、例えば車載用バッテリーを使用可能である。スターリングエンジン発電システムにより発電した電力の余剰電力を、酸水素ガス発生器を駆動する電源バッテリーの充電に利用できる。
【００５９】
一方、図４（ｃ）は、酸素ガスと水素ガスを所定の比率で混合した酸水素混合ガスを貯蔵した酸水素ガス貯蔵器２Ｄと流量調節弁２Ｂとを備えた酸水素混合ガス供給源である。この場合、酸素ガスと水素ガスの生成場所は、スターリングエンジンの設置場所の近傍である必要はない。水の電気分解用の電源の無い場所でもスターリングエンジンを稼動することができる。
【００６０】
図５は、図２に示したスターリングエンジン発電システム２０の主要部を含むシステム全体の一実施例を示す構成図である。図５中、水の流れを太い点線で、電力の流れを太い実線で概略的に示している。
【００６１】
スターリングエンジン４Ａの冷却部４Ａ１とスターリングエンジン用冷却装置３の間を、冷却水が循環する。スターリングエンジン用冷却装置３は、貯水タンク３Ａと、貯水タンク３Ａ内の温水の温度を検知する温水温度センサ３Ｃとを具備する。稼動中、外部から貯水タンク３Ａの下部に冷水が供給される。循環ポンプＰは、貯水タンク３Ａの下部の冷水をスターリングエンジン４Ａの冷却部４Ａ１に供給し、冷却部４Ａ１から流出する温水を貯水タンク３Ａの上部に戻す。貯水タンク３Ａの上部には温水が蓄積する。貯水タンク３Ａの上部の温水は、外部に供給され、利用される。
【００６２】
発電部４Ｂの発生する電力は、発電電力積算計４Ｃにより計測される。本実施例では、発生する電力により二次電池であるバッテリ５を充電し、蓄電する。
【００６３】
本実施例では、酸水素混合ガス供給源２の酸水素ガス発生器２Ａの電気分解用の電源２Ａ１に対し、バッテリ５から電力が供給される。酸水素ガス発生器２Ａの消費電力は、消費電力積算計２Ｅにより計測する。
【００６４】
バッテリ５に蓄電された電力は、外部へ供給される。また、バッテリ５の電力が不足する場合は、外部電源（他の自然エネルギー発電装置、例えば太陽電池パネル等）からの補充充電が可能である。
【実施例】
【００６５】
図５に示したスターリングエンジン発電システムの構成に沿って、以下の規模の装置を稼動試験用に製作した。
・直径：約２５cm、高さ：約５０cm程度（１ｋＷ程度の定格電力）
【００６６】
上記装置を用いて、以下の動作手順にて稼動試験を行った。
（i）循環ポンプＰを稼動させ、冷却水の循環を開始する。
（ii）酸水素ガス発生器２Ａを稼動し、酸水素ガス発生器２Ａ内の貯蔵部に所定量貯蔵する。貯蔵部内の圧力が０．３MPaになると酸水素ガス発生器２Ａを停止し、０．２MPaになると再稼働させる。
（iii）燃焼炉１Ａの燃焼空間１Ａ２内の圧力が０．３MPa以下の場合、排気バルブ（電磁弁）１Ｐ２を、オン／オフ圧力スイッチにより閉鎖する。
（iv）燃焼炉１Ａの燃焼空間１Ａ２内の圧力が０．３MPaを超える場合、排気バルブ（電磁弁）１Ｐ２を、オン／オフ圧力スイッチにより開放する。
（v）貯水タンク３Ａの温水温度センサ３Ｃにより検知した温度が５０℃以下の場合、酸水素混合ガス供給バルブ１Ｄ１を開放し、噴射ノズル１Ｄから燃焼空間１Ａ２内に酸水素混合ガスを流入させる。
（vi）スパーク着火器１Ｄ２（温度センサ付き）の端子にてスパーク放電させ、酸水素混合ガスに点火する。点火後の温度上昇を温度センサにより検知して、スパーク放電を停止させる。
（vii）スターリングエンジン４Ａの加熱部４Ａ２の内部に設置した温度センサにより、加熱部４Ａ２の受熱面４Ａ２１が２００℃に達したことを検知すると、スターリングエンジン４Ａを始動させる。これにより、発電部４Ｂにて発電を行う。
（viii）貯水タンク３Ａの温水温度センサ３Ｃにより検知した温度が５０℃に達した場合、酸水素混合ガス供給バルブ１Ｄ１を閉じるとともに、スターリングエンジン４Ａを停止させる。
【符号の説明】
【００６７】
１：スターリングエンジン加熱装置
１Ａ：炉壁
１Ａ２：燃焼空間
１Ｂ：セラミック触媒
１Ｃ：触媒支持台
１Ｄ：噴射ノズル
１Ｄ１：酸水素混合ガス供給バルブ
１Ｄ２：スパーク着火器
１Ｅ：火炎距離調節器
１Ｆ：ノズル支持筒
１Ｇ２：バーナー固定支柱
１Ｇ１：バーナー支持台
１Ｍ：圧力計
１Ｐ：排気管
１Ｐ１：排気口
１Ｐ２：排気バルブ
２：酸水素混合ガス供給源
２Ａ：酸水素混合ガス発生器
２Ａ１：電気分解用電源
２Ｃ：酸水素混合ガス混合器
２Ｂ、２Ｂ１、２Ｂ２、２Ｂ３：流量調節弁
２Ｅ：消費電力積算計
３：スターリングエンジン冷却装置
３Ａ：貯水タンク
３Ｂ：循環ポンプ
３Ｃ：温水温度センサ
４：スターリングエンジン発電装置
４Ａ：スターリングエンジン
４Ａ１：冷却部
４Ａ２：加熱部
４Ａ２１：受熱面
４Ａ３：駆動部
４Ｂ：発電部
１０：スターリングエンジン発動システム
２０：スターリングエンジン発電システム
Ｆ：火炎
Ｇ：酸水素混合ガス
【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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