(57)【要約】【課題】従来の太陽光駆動スターリングエンジンでは、スターリングエンジンのサイクルが圧縮過程といった熱を加える必要が無いタイミングでもスターリングエンジンの受光部に太陽光を集め続けるため、吸収されないエネルギーが放熱などによって失われ効率が低下するという課題を有していた。【解決手段】切替部９は動力出力部６と接続され、それぞれのスターリングエンジン５の圧縮膨張サイクルと連動して動作し、太陽光のエネルギーを必要とする膨張過程にあるスターリングエンジン５の受光部７に太陽光を当てるようにする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体の圧縮膨張のサイクルにより熱エネルギーから動力を得る連結された複数のスターリングエンジンと、
前記スターリングエンジンに設けられた動力出力部と、
前記スターリングエンジンにそれぞれ設けられ太陽光を受け内部に熱を与える受光部と、前記受光部の一部に太陽光を集める集光部と、
前記集光部が太陽光を集める対象となる受光部を切り替える切替部とを備え、
前記切替部は前記動力出力部と接続され各スターリングエンジンの圧縮膨張サイクルと連動して動作し膨張過程にあるスターリングエンジンの受光部に太陽光を当てる構成とした太陽光駆動スターリングエンジンシステム。
【請求項２】
スターリングエンジンを２台設けそれぞれのスターリングエンジンは、内部のサイクルの位相が１８０度ずらされた状態で連結される構成とした請求項１に記載の太陽光駆動スターリングエンジンシステム。
【請求項３】
集光部はミラー部を有し切替部は、前記ミラー部の方向を変化させることで太陽光を当てる受光部を切り替える構成とした請求項１に記載の太陽光駆動スターリングエンジンシステム。
【請求項４】
切替部は、スターリングエンジン内部のサイクルが切り替わる瞬間にのみ動力出力部と接続され動作する構成とした請求項１に記載の太陽光駆動スターリングエンジンシステム。
【請求項５】
受光部は、切替部の動作によって太陽光の焦点が移動する際に太陽光の移動軌跡全体において光を受けられるよう構成された請求項１に記載の太陽光駆動スターリングエンジンシステム。
【請求項６】
スターリングエンジンを４台設けそれぞれのスターリングエンジンは、内部のサイクルの位相が９０度ずつずらされた状態で連結される構成とした請求項１に記載の太陽光駆動スターリングエンジンシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光によって駆動され動作する太陽光駆動スターリングエンジンシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の太陽光駆動スターリングエンジンシステムとしては、スターリングエンジンの受光部にミラーによって太陽光を集め動力を取り出しているものがあった（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
図５は、特許文献１に記載された従来の太陽光駆動スターリングエンジンシステムを示すものである。図５に示すように、気体の圧縮膨張のサイクルにより熱エネルギーから動力を得る複数のスターリングエンジン１と、前記スターリングエンジン１に設けられた動力出力部２と、前記スターリングエンジン１に設けられ太陽光を受け内部に熱を与える受光部３と、前記受光部の一部に太陽光を集める集光部４から構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−３０６７４７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、従来の太陽光駆動スターリングエンジンでは、スターリングエンジンのサイクルが圧縮過程といった熱を加える必要が無いタイミングでもスターリングエンジンの受光部に太陽光を集め続けるため、吸収されないエネルギーが放熱などによって失われ効率が低下するという課題を有していた。
【０００６】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、スターリングエンジン内部のサイクルの状態に応じてスターリングエンジンへの太陽光エネルギーの供給を切り替え可能な構成とすることで、太陽光のエネルギーを無駄なく利用可能にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記従来の課題を解決するために、本発明の太陽光駆動スターリングエンジンシステムは複数の連結されたスターリングエンジンを有し、それぞれのスターリングエンジン内部のサイクル状態に応じて太陽光のエネルギーを供給する対象となるスターリングエンジンを切り替える構成としたものである。
【０００８】
複数のスターリングエンジンのサイクル状態に応じて太陽光エネルギーを供給することで、サイクルが圧縮過程といった熱を加える必要が無いタイミングにエネルギーを供給することが無く代わりに別のスターリングエンジンにエネルギーを供給することで吸収されないエネルギーが放熱などによって失われることがない。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の太陽光駆動スターリングエンジンシステムは、サイクルの状態が太陽光エネルギーを吸収しやすい状態にあるスターリングエンジンに供給することで太陽光エネルギーを無駄なく利用でき太陽光エネルギーの利用効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１における太陽光駆動スターリングエンジンシステムの概略図
【図２】本発明の実施の形態１におけるスターリングエンジンのサイクル図
【図３】本発明の実施の形態１における受光部の上面概略図
【図４】本発明の実施の形態２における太陽光駆動スターリングエンジンシステムの概略図
【図５】従来の太陽光駆動スターリングエンジンシステムの概略図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
第１の発明は、気体の圧縮膨張のサイクルにより熱エネルギーから動力を得る連結された複数のスターリングエンジンと、前記スターリングエンジンに設けられた動力出力部と、前記スターリングエンジンにそれぞれ設けられ太陽光を受け内部に熱を与える受光部と、前記受光部の一部に太陽光を集める集光部と、前記集光部が太陽光を集める対象となる受光部を切り替える切替部とを有し、前記切替部は前記動力出力部と接続され各スターリングエンジンの圧縮膨張サイクルと連動して動作し、太陽光のエネルギーを必要とする膨張過程にあるスターリングエンジンの受光部に太陽光を当てる構成とすることにより、スターリングエンジンのサイクルが圧縮過程といった熱を加える必要が無いタイミングにおいてスターリングエンジンの受光部に太陽光が集められ、吸収されないエネルギーが放熱などによって失われることが無く太陽光のエネルギーを無駄なく利用することができる。
【００１２】
第２の発明は、特に第１の発明のスターリングエンジンを２台設けそれぞれのスターリングエンジンを、内部のサイクルの位相が１８０度ずらされた状態で連結される構成とすることにより、一方のスターリングエンジン内部のサイクルの状態が太陽光のエネルギーを吸収する必要がある膨張行程及び熱の再利用を行う行程である加熱行程といったサイクルが熱を必要とする行程にある場合、もう一方のスターリングエンジン内部のサイクルは内部の熱を外部へと捨てる圧縮行程及び熱を再利用のため一時的に蓄え冷却される冷却行程といったサイクルに熱を加えるべきでない行程にあるため、熱を必要とする行程にあるスターリングエンジンに太陽光のエネルギーを供給することで太陽光のエネルギーを無駄なく利用することができる。
【００１３】
第３の発明は、特に第１の発明の集光部はミラー部を有し切替部は、前記ミラー部の方向を変化させることで太陽光を当てる受光部を切り替える構成とすることにより、ミラー部はわずかな方向変化によって大きく太陽光の焦点位置をずらすことが可能であるため容易に太陽光のエネルギーを供給するスターリングエンジンを切り替えることができる。
【００１４】
第４の発明は、特に第１の発明の切替部を、スターリングエンジン内部のサイクルが切り替わる瞬間にのみ動力出力部と接続され動作する構成とすることにより、切替部が動力出力部と接続されていない間、太陽光は受光部上の一点に集まり続けるため受光部はより高温になりスターリングエンジン内部に熱を伝えやすくなる。
【００１５】
第５の発明は、特に第１の発明の受光部を、切替部の動作によって太陽光の焦点が移動する際に太陽光の移動軌跡全体において光を受けられるよう構成することにより、切り替えにかかる時間に太陽光が受光部にあたらず無駄になることが無い。
【００１６】
第６の発明は、特に第１の発明のスターリングエンジンを４台設けそれぞれのスターリングエンジンは、内部のサイクルの位相が９０度ずつずらされた状態で連結される構成とすることにより、それぞれのスターリングエンジンは１台が圧縮行程となり１台が加熱行程となり１台が膨張行程となり１台が冷却行程となるため、常に１台のスターリングエンジンが膨張行程にあり、その１台に太陽光のエネルギーを供給することで太陽光のエネルギーを無駄なく利用することができる。
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００１８】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における太陽光駆動スターリングエンジンシステムの概略図を示すものである。
【００１９】
図１において、太陽光駆動スターリングエンジンシステムは、２台のスターリングエンジン５を有している。スターリングエンジン５は内部の密封された気体の圧縮膨張のサイクルにより熱エネルギーから動力を得る構成となっており、動力を出力するための動力出力部６がそれぞれ設けられている。またそれぞれのスターリングエンジン５には太陽光を受け内部に熱を与える受光部７が設けられている。受光部７に太陽光を集める集光部８は太陽光駆動スターリングエンジンシステムの内部に１つ設けられている。集光部８には太陽光を集める受光部７を変更する切替部９が設けられ、切替部９は動力出力部６と連動して動作する構成となっている。
【００２０】
図２は、本発明の実施の形態１におけるスターリングエンジンのサイクル図を示すものである。図２において、スターリングエンジン５は加熱行程から順に膨張行程、冷却行程、圧縮行程を経て、再び加熱行程にもどるというサイクルを繰り返す。
【００２１】
各行程のうち受光部７から熱を吸収するのは膨張行程となっており、切替部９は内部のサイクルが膨張行程にあるスターリングエンジン５の受光部７に対して太陽光を集めるよう動作する。またスターリングエンジン５のサイクルのうち加熱行程はスターリングエンジン５の内部に蓄えられた熱がスターリングエンジン５の気体に戻され気体が温められる行程であり、サイクル上で後には膨張行程が続くため、冷却行程や圧縮行程とは異なりサイクルに加えられた熱は無駄にはならない。そのため、２台のスターリングエンジン５も膨張行程にない場合には加熱行程にあるスターリングエンジン５の受光部へと太陽光を集める構成となっている。
【００２２】
また、２台のスターリングエンジン５の動力出力部６は互いに連結されている。そのためそれぞれのスターリングエンジン５は独自に動作するのではなく、同じスピードで動作し、それぞれの内部サイクルは連結によって決められた位相のズレを維持したまま動作する。２台のスターリングエンジン５の位相のずれは１８０度となっている。そのためどちらか一方が熱を必要としない冷却行程か圧縮行程にある場合には、もう一方が熱を必要とする加熱行程か膨張行程にある。
【００２３】
集光部８はミラー８Ａによって太陽光を受光部７へと集める構成となっており、切替部９はミラー８Ａの方向を変化させることで受光部７を変更する構成となっている。また切替部９は動力出力部６と接続されているが、動力出力部６はスターリングエンジン５の内部のサイクル動作によって動力を発生させているため動力出力部６の動きは必然的にサイクルの状態と連動している。したがって動力出力部６と連結されている切替部９もまたスターリングエンジン５の内部のサイクルに連動して受光部７を切り替えることができる。
【００２４】
またここで切替部９と動力出力部６は歯車によって連結されているが、その歯車はスターリングエンジン５の内部のサイクルが変化する瞬間にのみ接続される構成となっている。そのため切替部９は連続的な動作ではなく時計の針のようなとびとびの動作を行う構成となっている。サイクルが変化しない間に切替部９は停止した状態を維持し、サイクルが変化する瞬間には大きく動作し受光部７の切り替えを行う。
【００２５】
図３は、本発明の実施の形態１における受光部の上面概略図を示すものである。受光部７はスターリングエンジン５の内部に接続された受光部中央７Ａと受光部外周７Ｂから構成されている。受光部外周７Ｂは集光部８のミラー８Ａを中心とした半円形に構成されており、２台のスターリングエンジン５の受光部７が並べて配置されることでミラー８Ａを一周囲んだ円形となる。
【００２６】
切替部９が受光部７を切り替える際ミラー８Ａの方向を変更するが、方向を変更する間も太陽光はミラー８Ａによって集められるため、太陽光の焦点は円形の軌跡を描き移動する。受光部７が円形に構成されているため太陽光は受光部７に集められ続ける。
【００２７】
以上のように構成された太陽光駆動スターリングエンジンシステムについて、以下その動作、作用を説明する。
【００２８】
太陽光駆動スターリングエンジンシステムに太陽光が照射されると集光部８は太陽光を受光部７に集める。集光部８は膨張行程にあるスターリングエンジン５の受光部７に太陽光を集める構成となっており、受光部７に集められた太陽光が熱となってスターリングエンジン５の内部に伝わりスターリングエンジン５を動作させる。スターリングエンジン５の動作に伴って動力出力部６も動作され、動力出力部６を通じて連結されたもう一方のスターリングエンジン５も動作し始める。
【００２９】
膨張行程にあり熱を与えられたスターリングエンジン５はやがて冷却行程に移り、もう一方のスターリングエンジン５はサイクルの位相が１８０度ずれているため圧縮行程から加熱行程に移る。またこのサイクルが切り替わるタイミングで動力出力部６と切替部９が接続される。これまで停止し受光部７上の１点に太陽光を集めていたミラー８Ａの方向が変化しはじめる。方向の変化中も太陽光はミラー８Ａによって集められるがその焦点の軌跡は受光部外周７Ｂの表面上にあるため、太陽光は受光部７に集められ続ける。
【００３０】
ミラー８Ａが１８０度方向を変えた時点で動力出力部６と切替部９の連結は自動的に切れ集光部８はもう一方のスターリングエンジン５の受光部７に太陽光を集める。この新たに太陽光をあて始めたスターリングエンジン５では受光部７を通じて熱が吸収され加熱行程から膨張行程へとサイクルが変化していく。
【００３１】
一方で先ほどまで太陽光を与えられ熱を吸収していたスターリングエンジン５では、内部の熱を逃がすと同時に外部に対して仕事を行う。これにより太陽光を動力として利用できる。
【００３２】
さらに時間が経過すると、太陽光を集められているスターリングエンジン５のサイクルが膨張行程から冷却行程に移ろうとする。その際には再び切替部９が動作され、元のスターリングエンジン５の受光部７に太陽光が集められるようになる。
【００３３】
これらの動作が継続し太陽光から動力を取り出し続けることができる。太陽が雲などに隠れたり沈んだりすることによって太陽光が無くなると、太陽光駆動スターリングエンジンシステムは停止する。
【００３４】
（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２における太陽光駆動スターリングエンジンシステムの概略図を示すものである。
【００３５】
太陽光駆動スターリングエンジンシステムには４台のスターリングエンジン５が設けられている。スターリングエンジン５はそれぞれが持つ動力出力部６を通じて連結されてお
り、内部のサイクルの位相は９０度ずつずらされた状態となっている。そのため、それぞれのスターリングエンジンは１台が圧縮行程となり１台が加熱行程となり１台が膨張行程となり１台が冷却行程とり、常に１台のスターリングエンジンが膨張行程にある状態となっている。
【００３６】
集光部８は動力出力部６と連結されており、４台のスターリングエンジン５のうち膨張行程にあるスターリングエンジン５の受光部７に太陽光を集めている。
【００３７】
以上のように構成された太陽光駆動スターリングエンジンシステムについて、以下その動作、作用を説明する。
【００３８】
太陽光駆動スターリングエンジンシステムに太陽光が照射されると集光部８は太陽光を受光部７に集める。集光部８は膨張行程にあるスターリングエンジン５の受光部７に太陽光を集める構成となっており、受光部７に集められた太陽光が熱となってスターリングエンジン５の内部に伝わりスターリングエンジン５を動作させる。スターリングエンジン５の動作に伴って動力出力部６も動作され、動力出力部６を通じて連結された他３台のスターリングエンジン５も動作し始める。
【００３９】
膨張行程にあり熱を与えられたスターリングエンジン５はやがて冷却行程に移り、他３台のスターリングエンジン５も同じタイミングでサイクルの状態が変化する。冷却行程にあったスターリングエンジン５は圧縮行程に移り、圧縮行程にあったスターリングエンジン５は加熱行程に移り、加熱行程にあったスターリングエンジン５は膨張行程に移る。
【００４０】
それに伴って集光部８も太陽光を集める受光部７を変更し、加熱行程から膨張行程に移るスターリングエンジン５の受光部７に太陽光を集める。
【００４１】
さらに時間が経過すると、再びサイクルが切り替わり集光部８も太陽光を集める受光部７を変更し、４つのスターリングエンジン５に対して順番に太陽光のエネルギーを供給していく。そして最終的には最初に膨張行程にあったスターリングエンジン５が再び膨張行程に戻るため集光部８も元のスターリングエンジン５に熱を与えるようになる。これらの動作が継続し太陽光から動力を取り出し続けることができる。
【００４２】
上記した実施の形態における構成は、必要に応じて適宜組み合わせて使用することができるものであり、実施の形態そのものの構成に限られるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
以上のように、本発明にかかる太陽光駆動スターリングエンジンシステムはサイクルの繰り返しによって熱からエネルギーを得る装置に適用できる。
【符号の説明】
【００４４】
５  スターリングエンジン
６  動力出力部
７  受光部
８  集光部
【図２】
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【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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