2018 出展票
チーム『芝浦工業大学』
１．出展者
チーム名

芝浦工業大学

出展法人

芝浦工業大学実行責任者（リーダー）

高見 弘（芝浦工業大学 工学部 教授）

責任者補佐（副リーダー）

石橋 文徳（芝浦工業大学協力スタッフ

工学部 名誉教授）

間部 歩，黒澤裕紀，武井淳記，中林佑介，中村勇介，奈良亮輔，貫井友弥，野村瞭介，吉田信洋

２．出展内容「見る」プログラム＜概要＞
木質バイオマスペレットを燃料とする 1kＷのスターリングエンジン発電機と最大 600W のソーラーパネルを車両に搭載し、さまざまな場所で電力とお湯を供給できる移動式エネルギー基地を開発中です。災害時の避難生活支援（照明、炊飯・調理、足湯、入浴、洗浄、バッテリー充電、救助活動支援など）、送電設備のない山間部での作業や途上国の生活改善などへの応用を目指しています。
実演時に天気がよければ，スターリングエンジンで作ったお湯で足湯を実施する予定です。
【燃料】 木質バイオマスペレット
カーボンオフセット、太陽光や風力に比べ安定的な供給、地域木材の活用など【動力】 フリーピストンスターリングエンジン
熱源を選ばない、排ガスがクリーン、高効率、低振動・低騒音【構成と特徴】 スターリングエンジン、ソーラーパネル、インバータ、蓄電池の統合発電装置
・3kg の燃料を 1 時間燃焼し、1kW の電力と 45℃・200L の温水を提供可能
・最大 600W のソーラーパネルを備え、日中は太陽光のみでも発電可能
・これらの電力は、蓄電池（約 5.2kWh）に蓄えることが可能
・コンバータ、インバータを採用し、安定で効率的な電力供給が可能

木質バイオマス燃料スターリングエンジンとソーラー発電のハイブリッド電源車
１．はじめに
木質 バ イオマスペレットを燃料とする
1k Ｗ の スターリングエンジン発電機 と最大 600Wのソーラーパネルを小型車両に搭載し、さまざまな場所で電力と温水を供 給できる移動式エネルギー基地です 。
災害時の避難生活支援（照明、炊飯・調理、 足湯、入浴、洗浄、バッテリー充電、 救 助活動支援など ）、送電設備のない 山間部での作業や途上国の生活改善 など への応用を目指しています。

芝浦工業大学

ｿｰﾗｰﾊﾟﾈﾙ
（100W×6枚)

２．概要【 燃 料 】 木質バイオマスペレット（カーボン オ フセット、太陽光や風力に比べ安定的 な供給、地域木材の活用など）【 動 力 】 スタ ー リ ングエンジン（熱源を選ばない排ガスがクリーン、高効率、低振動・低騒音）

ｽﾀ ｰﾘ ﾝｸﾞｴ ﾝ ｼﾞﾝ発電機(1k W )

【 出力 】
・ 3kgの燃料(120円程度)を1時間
燃 焼 し、1ｋWの電力と45℃・200Lの温水を提供可能
・さ らに最大600Wのソーラーパネルを備え 、 日中は太陽光でも発電可能・ こ れらの電力は、蓄電池（ 48V,110Ah ）に蓄え ることが可能
・コ ンバータ、インバータを採用し、安定で効率的な電力供給が可能【 運用例（イメージ ）】たと えば被災地の避難所で ．．．

天気の良い日中はソーラーパネルで発電し、食事など生活に必要な電力を供給します。余
剰電力はバッテリーに蓄電して、 夜間や雨天そし て急な大電力消費を必要とする ときに備えます 。 夕食の準備どきや雨天時は木質ペレット を燃やして スターリングエンジ ンを運転し、必要な電力を得ます。特に、夕食時には 1時間程度の運転で45℃・200Lの温水も同時に得られます ので、 夕食後の食器の洗浄やお風呂・シ ャワー などに使用できます。
また、 被災現場ではガレキの撤去のため の電動ノコや救命機器などの非常用電源としても使用可能です 。

操作パネル（上），スターリングエンジン（中央），燃焼制御用操作パネルと表示器（右下）

燃料ﾌｨｰﾀﾞ（右下から ｺﾝﾊﾞｰﾀ（上段），ﾊﾟﾜｰﾒｰﾀ左上へ） ，燃焼炉（中 とﾉｰﾄPC（中段），ﾊﾞｯﾃﾘと央） ，ｲﾝﾊﾞｰﾀ（右上） ｿｰﾗｰ発電ｺﾝﾄﾛｰﾗ（下段）３．木質バイオマス燃料スターリングエンジンとソーラー発電のハイブリッドシステム
ソー ラ ー 発電は，太陽が出ていれば発電できるので一度設置してしまえば非常に手軽に発電す る ことができます。 一方，スターリ ン グエンジ ンは，一定の発電量を得る ため に一定の温度差をスターリ
ン グエ ンジ ンの高温部と低温部に与える 必要があり，燃焼と冷却を制御しなけ ればなりません。
し か し ， ソーラー発電は太陽まかせなので 安定した電力を得るこ とは期待でき ません。スタ ーリングエンジン
は燃焼と冷却を一定の状態に維持
す る こ とで安定かつ必要な電力を得る こ と ができます。そこで，お互いの短所を補い長所を活かしたハイブリッド運転を行えば，非常に優れた電力の供給を実現できます。

（ 放電）

４．今後
木質チ ップ、薪、廃材、ゴミ焼却炉への対応、災害ガレキの有効活用などを検討 し ています。熱源を選ばないので、用途は 無限に広がります。

５．代表的な発表論文・紹介など(1) 高見 他：「プロト タイプ1kWスターリ
ン グエ ンジン発電システム」，日本機械学会 第17回スタ ーリングサイクルシ ンポ
ジ ウム 講演論文集，pp.53-56 (2014)(2) 高見 ・鈴木:「直列共振型フリーピス
ト ン スタ ーリングエンジ ン 発電の基本的な電 気 特性と 最大出力条件」，電気学会
論文 誌 D，V ol.136, No.8 (2 016)
(3)一色尚次賞 奨励賞受賞 2016年10月27日，スターリングエンジン 普及協会

６．フリーピストンスターリングエンジン発電の原理

７．開発者の専門分野の紹介「木質バイオマス燃料スターリングエンジンとソーラー発電のハイブリッド電源車」の開発者の専門はパワーエレクトロニクスです。パワーエレクトロニクスはソーラー発電からハイブリッドカーや電気自動車の動力用モータ、そしてエアコンやＩＨなどの家電製品まで性能を著しく向上させる基盤技術です。開発者の研究室では、これらの性能を最大限に引き出す逆LQ最適制御の応用研究を行っています。さらに、この技術をベースに産業用モータやスターリングエンジン発電の安定・高効率運転にも発展させて、その実現に向けて日々研鑽を積んでいます。

８．連絡先
芝浦工業大学 工学部 教授
高見 弘〒
東京都江東区豊洲
芝浦工業大学 工学部 電気工学科，，

フリーピストンスターリングエンジンの原理＜法律の改正＞【スターリングエンジンとは】• スコットランドの牧師，ロバート・スターリングが 2014年10月に「電気事業法施行規則」の一部が改正されて，2014年11月5日から，10kW未満のスターリングエンジ
1816年に発明した熱機関で外燃機関の一種です。
ン発電装置は売電できるようになりました。
• 当時，高圧のガスを利用する蒸気機関は爆発事故が多発していました。スターリングエンジンは低圧空気を利用するため危険性が少なく安全なエンジンとして 【動作原理】
注目されましたが，ガソリンエンジンやディーゼルエ温度による風船の大きさの変化
ンジンが発明されてからはパワーで劣るため表舞台から姿を消して行きました。

• 近年，二酸化炭素などの温室効果ガスによる地球の温度上昇が世界規模で問題になっています。

暖かい冷たい• スターリングエンジンは，熱を出すものはなんでも燃料になり，ガソリンエンジンのような爆発力を利用しないので，とても静かなエンジンです。バイオマスや太陽熱などのエコ燃料を用いれば，地球温暖化の抑制力となり，未来のエンジンとして期待が高まってきています。

膨張収縮

＜特 長＞
①熱があればなんでも使える温度差があれば発電でき，太陽熱やバイオマス資源の利用に適しています。
②排ガスがクリーンである
自然界で燃やせる燃料を使うので有害なガスが発生しません。
③静かなエンジンである爆発燃焼を行わないので，騒音が出ません。
④効率が高い内部ガスの膨張圧縮で動くので最も効率が高いエンジンです。
⑤長寿命である構造が簡単で部品点数が少ないので長寿命です。

応用
基本原理

空気

空気

加熱

低温

高温

冷却
熱エネルギー （加える）

ピストンが下がる

ピストンが上がる
動力が出てくる実現
1kWフリーピスト
ン形スターリングエンジンのカットモデル

注射器からスターリングエンジンへ
内部ガス

ヘリウム
ガス

燃料 加熱
冷却水冷却

ピストン
シリシリンダシリン

加熱と冷却をくり返すためのピストン

フリーピストン形
スターリングエンジンの基本構造

徳山高校スーパーサイエンスハイスクールにて実演（2017年10月27日）