JPH0253633B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、スターリング機関を用いたソーラエ
ネルギー変換装置に関する。

（従来の技術） 従来より、スターリング機関を用いたソーラエ
ネルギー変換装置が潅漑などに利用されている。
このソーラエネルギー変換装置は、第５図に示す
ように、集光部であるソーラデイツシユ１０１を
主体とする太陽追尾装置１００と、スターリング
エンジン１０２と、太陽追尾装置１００のソーラ
デイシユ１０１の焦点に設けられた伝熱部１０３
と、からなる。そして、スターリングエンジン１
０２を発電機１０４に連結している。ここで伝熱
部１０３は、第６図に示すように、セラミツクス
部１０３ａと、セラミツクス部１０３ａに埋設さ
れた加熱パイプ１０３ｂと、で形成されている。

このソーラエネルギー変換装置では、太陽追尾
装置１００のソーラデイシユ１０１によつて、太
陽光線をうけて焦点に集め、焦点に設けられた伝
熱部１０３を高熱とし、熱によつてスターリング
エンジン１０２の加熱部を加熱してスターリング
エンジン１０２の作動ガスを加熱し、これにより
スターリングエンジン１０２を駆動させ、以上発
電機１０４を駆動させて電力を発生し、発生した
電力で水ポンプなどを運転し、潅漑に利用してい
る。

このソーラエネルギー変換装置では、太陽追尾
装置１００が太陽の動きに追随して動くため、太
陽エネルギーをスターリングエンジン１０２の駆
動力に有効に利用することができる。

（発明が解決しようとする問題点） 上記した従来のソーラエネルギー変換装置で
は、第５図に示すように、太陽追尾装置１００の
一部を構成する基体１０５の揺動部１０６にスタ
ーリングエンジン１０２が保持されている。その
ため、太陽の動きに伴つて太陽追尾装置１００の
ソーラデイシユ１０１、揺動部１０６が様々な向
きに揺動すると、揺動部１０６に保持されたスタ
ーリングエンジン１０２も同様に様々な向きに、
例えば、水平、斜め、垂直の向きに揺動する。そ
の結果、スターリングエンジン１０２の駆動部や
シール部に供給されているグリースや潤滑油が流
下する。よつて、駆動部やシール部にグリースや
潤滑油が適切に供給されず、スターリングエンジ
ン１０２の駆動部やシール部に潤滑不良が生ず
る。このように潤滑不良が生じると、スターリン
グエンジン１０２の駆動部の焼付、スターリング
エンジン１０２のシリンダ内の作動ガスのガス漏
れなどの不具合が生じ易い。

本発明は上記した問題点を解決するために成さ
れたものであり、その目的は、スターリングエン
ジンの駆動部やシール部の潤滑不良を抑え、これ
によりスターリングエンジンの駆動部の焼付、作
動ガスのガス漏れなどの問題の発生を抑える、ス
ターリング機関を用いたソーラエネルギー変換装
置を提供するにある。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明に係るスターリング機関を用いたソーラ
エネルギー変換装置は、 集光部を有する太陽追尾装置と、 一定方向に保持されたスターリングエンジン
と、 該太陽追尾装置の該集光部の焦点に設けられた
蒸発部、該スターリングエンジンの加熱部を構成
する凝縮部、該蒸発部と該凝縮部とを気密的に連
通するフレキシブルチユーブおよび熱媒体として
のナトリウムよりなるヒートパイプと、 からなり、該太陽追尾装置の動きに伴う揺動を該
ヒートパイプの該フレキシブルチユーブで吸収
し、該スターリングエンジンを常に一定方向に保
持できる構成としたことを特徴とするものであ
る。

以下構成要素にわけて説明する。

太陽追尾装置は、太陽の動きに追随して向きを
変える装置であり、太陽光線をうける集光部と、
集光部を保持する基体と、からなる。集光部は、
ソーラデイシユを主体とする構成とすることがで
きる。基体は、地盤に固定された固定部と、固定
部に揺動自在に設けられ太陽の動きに追随して揺
動する揺動部と、で構成することができる。

スターリングエンジンは、シリンダ内に封入し
たヘリウムガスなどの作動ガスを外部から加熱し
たり、冷却したりすることにより、シリンダ内の
ピストンを往復動させるという機関である。スタ
ーリングエンジンは、シリンダと、シリンダ内に
配設されシリンダ内を熱膨張スペースと冷圧縮ス
ペースとに区画するピストンと、シリンダ内に供
給される作動ガスを加熱する加熱部と、作動ガス
を冷却する冷却部とを主構成要素とする。スター
リングエンジンは、従来と同様のもの、例えば、
デイスペーサ型、ダブルアクテイング型などを用
いることができる。

ヒートパイプは、チユーブに熱媒体を入れ一端
部たる蒸発部を加熱すると熱媒体が蒸発して蒸気
となり、他端部たる凝縮部に流れ、凝縮部で放熱
して凝縮し液体となる部材をいう。ヒートパイプ
では、蒸発部で蒸発した熱媒体の熱を凝縮部に効
率よく伝達することができる。本発明で用いるヒ
ートパイプでは、熱媒体を入れたチユーブはフレ
キシブルチユーブであり、熱媒体はナトリウムで
ある。フレキシブルチユーブは少なくとも一部が
フレキシブルであれば足りるが、チユーブ全体が
フレキシブルなものを用いることが好ましい。熱
媒体をナトリウムとした主な理由は、熱伝導性が
非常に高く、又熱移送量も大きいため太陽熱を伝
達し易いからである。ここでヒートパイプの蒸発
部は、太陽追尾装置の集光部の焦点に設けられて
いる。よつてヒートパイプの蒸発部は、該集光部
によつて集められた太陽光線の太陽熱により加熱
される。ヒートパイプの凝縮部は、スターリング
エンジンの加熱部を構成する。よつてヒートパイ
プの凝縮部は、通常、スターリングエンジンのシ
リンダまで延設される。ヒートパイプの蒸発部か
ら凝縮部に熱が伝えられると、凝縮部がスターリ
ングエンジンの加熱部として作用することから、
スターリングエンジンのシリンダ内に供給される
作動ガスは加熱され、よつてスターリングエンジ
ンを駆動することができる。

（作用） 太陽の動きに追随して太陽追尾装置は向きを変
える。従つて、太陽が動いても、太陽追尾装置の
集光部によつて太陽熱は該集光部の焦点に集めら
れる。ここで本発明では集光部の焦点にヒートパ
イプの蒸発部が設けられているので、ヒートパイ
プの蒸発部は太陽熱によつて加熱され高温とな
る。するとヒートパイプの熱媒体であるナトリウ
ムは、蒸発して蒸気となり、ヒートパイプの凝縮
部に流れ、凝縮部で放熱して凝縮し液体となり、
放熱された熱はスターリングエンジンの作動ガス
に伝えられる。その結果、スターリングエンジン
の作動ガスが膨張し、これによりスターリングエ
ンジンが駆動する。

ところで、太陽の動きに追随して太陽追尾装置
は揺動して向きを変える。ここでヒートパイプが
剛体であるならば、太陽追尾装置の動きに伴う揺
動を吸収することができない。この点本発明で
は、ヒートパイプのチユーブはフレキシブルチユ
ーブであるため、このフレキシブルチユーブで上
記太陽追尾装置の動きに伴う揺動を吸収すること
ができる。

（実施例） 第１図〜第４図は本発明の一実施例を示す。本
実施例に係るソーラエネルギー変換装置は、第４
図に示すように、基体４を有する太陽追尾装置１
と、スターリングエンジン２と、ヒートパイプ３
と、からなる。

基体４は、地盤に固定された固定部４０と、固
定部４０に配設され太陽の動きに追随して揺動す
る揺動部４１と、からなる。

太陽追尾装置１は、集光部としてのソーラデイ
ツシユ１０を有する。ソーラデイツシユ１０は、
揺動部４１に保持されており、フレーム部１１
と、フレーム部１１に設けられたミラー部１２
と、で形成されている。ミラー部１２は、太陽光
線を受け、ソーラデイツシユ１０の焦点に太陽光
線を集める機能をもつ。そのためミラー部１２は
第４図に示すように円弧凹面状に配設されてい
る。

スターリングエンジン２は、第３図に示すよう
に、シリンダ２０と、シリンダ２０内に配設され
たピストン２１と、シリンダ２０内の作動ガスを
加熱する加熱部２３と、加熱部２３とシリンダ２
０とを連通するパイプ２４と、加熱部２３に設け
られた蓄熱器２５と、を有する。スターリングエ
ンジン２は、第１図に示すように、基体４の揺動
部４１に設けた固定フレーム４００にヒンジ部２
３により回転自在に保持されている。ここで、ヒ
ンジ部２３は、スターリングエンジン２の重心よ
りも若干ずれている。よつて、スターリングエン
ジン２は、地盤の地面Ｇに対して一定角度θ傾斜
するように回動自在に保持されている。従つて、
太陽の動きに追随して揺動部４１、ソーラデイツ
シユ１０が揺動しても、常時スターリングエンジ
ン２は回動し、これによりスターリングエンジン
２は常時、地盤の地面Ｇおよび水平線Ｈに対して
一定角度θ傾斜するように保持されている。

ヒートパイプ３は、ステンレス製のフレキシブ
ルチユーブ３２内に熱媒体としてのナトリウム３
３とを封入してなる。ここで、ヒートパイプ３の
一端部は蒸発部３０とされ、他端部は凝縮部３１
とされている。蒸発部３０は、第１図に示すよう
に、揺動部４１に固定された保持枠４１１に装填
したセラミツクス部４１２に保持されている。セ
ラミツクス部４１２は、蒸発部３０の加熱効率を
向上させるための斜面４１２ａもをつ。セラミツ
クス部４１２に保持された蒸発部３０は、ソーラ
デイツシユ１０のほぼ焦点に位置しており、ソー
ラデイツシユ１０で集めた太陽光線による太陽熱
で蒸発部３０は高温に加熱されるようになつてい
る。凝縮部３１は、第３図に示すように、スター
リングエンジン２の加熱部２３を構成するように
なつている。即ち、加熱部２３を形成する筒体２
３ａの空間部は、ヒートパイプ３の凝縮部３１に
連通していると共に、筒体２３ａ内には、スター
リングエンジン２の作動ガスが流通する複数本の
パイプ２４ａが配置されており、ヒートパイプ３
の凝縮部３１で凝縮して放熱したナトリウムは、
パイプ２４ａ内の作動ガスを加熱する構成となつ
ている。なお前記ヒートパイプ３は第２図に示す
ように合計４本併設されている。

さて、太陽の動きに追随して太陽追尾装置１の
ソーラデイツシユ１０、揺動部４１は向きを変え
る。太陽追尾装置１のソーラデイツシユ１０によ
つて太陽光線は、ソーラデイツシユ１０の焦点に
集められる。すると、太陽光線による太陽熱は、
焦点に位置するヒートパイプ３の蒸発部３０に集
められる。その結果、ヒートパイプ３の蒸発部３
０は太陽熱によつて高温に加熱される。すると、
ヒートパイプ３の熱媒体であるナトリウム３３
は、蒸発して蒸気となり、ヒートパイプ３の凝縮
部３１に流れる。そして、蒸気となつたナトリウ
ム３３は、凝縮部３１で放熱して凝縮し液体とな
る。この結果、加熱部２３に内設されたパイプ２
４ａ内の作動ガスが加熱される。加熱された作動
ガスは、パイプ２４を介してシリンダ２０の膨脹
スペース２０ａに供給され、これによりピストン
２１が動き、スターリングエンジン２が駆動す
る。その結果、スターリングエンジン２に連結さ
れた発電機６が従来と同様に電力を生じる。

このとき本実施例では、ヒートパイプ３の蒸発
部３０は凝縮部３１よりも低い位置にあるため、
凝縮部３１で液体となつたナトリウム３３は、凝
縮部３よりも低位置にある蒸発部３０に向けて効
率よく流れ、よつてヒートパイプ３の電熱効率を
向上しうる。

ところで、太陽の動きに追随して太陽追尾装置
１のソーラデイツシユ１０、揺動部４１は動いて
向きを変える。ここでヒートパイプ３のチユーブ
がフレキシブルチユーブ３２で形成されているた
め、太陽の動きに伴つて太陽追尾装置１のソーラ
デイツシユ１０、揺動部４１が揺動したときであ
つても、フレキシブルチユーブ３２が変形し、こ
れにより揺動部４１、ソーラデイツシユ１０の揺
動を吸収することができる。

従つて、ソーラデイツシユ１０、揺動部４１が
どのような向きに変わろうとも、スターリングエ
ンジン２は一定方向に保持され、即ち、揺動部４
１の揺動に関係なく、一定角度θ傾斜した状態で
保持される。そのためスターリングエンジン２の
駆動部やシール部等の油膜が良好に保持され、ス
ターリングエンジン２の駆動部やシール部などに
潤滑不良が生ずることを抑えることができる。よ
つて駆動部の焼付防止、作動ガスの漏れ防止に極
めて有効である。

又熱媒体としてナトリウム３３を封入したヒー
トパイプ３を用いている本実施例では、熱伝導性
が非常に高く、又熱移送量も大きいので、太陽熱
をスターリングエンジン２の動力に効率よく変換
することができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明に係るソーラエネル
ギー変換装置では、フレキシブルチユーブで形成
したヒートパイプを用いている。そのため、太陽
追尾装置の向きが変つた場合であつても、その太
陽追尾装置の動きに伴う揺動をヒートパイプのフ
レキシブルチユーブで吸収することができ、スタ
ーリングエンジンを常に一定方向に保持すること
ができる。そのためスターリングエンジンの駆動
部、シール部に潤滑不良が生ずることを抑えるこ
とができる。よつてスターリングエンジンの焼
付、作動ガス漏れなどを防止するのに効果的であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は本発明の１実施例を示し、第
１図は本実施例に係るソーラエネルギー変換装置
の要部の側面図であり、第２図はヒートパイプの
蒸発部を異なる方向から見た状態の側面図であ
り、第３図はソーラエネルギー変換装置の主要部
の断面図であり、第４図はソーラエネルギー変換
装置の全体の側面図である。第５図および第６図
は従来の技術を示し、第５図は従来のソーラエネ
ルギー変換装置の全体の側面図であり、第６図は
要部の断面図である。 図中、１は太陽追尾装置、１０はソーラデイツ
シユ、１１はフレーム部、１２はミラー部、２は
スターリングエンジン、２３はヒンジ部、３はヒ
ートパイプ、３０は蒸発部、３１は凝縮部、３２
はフレキシブルチユーブ、３３はナトリウムをそ
れぞれ示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 集光部を有する太陽追尾装置と、 一定方向に保持されたスターリングエンジン
   と、該太陽追尾装置の該集光部の焦点に設けられ
   た蒸発部、該スターリングエンジンの加熱部を構
   成する凝縮部、該蒸発部と該凝縮部とを気密的に
   連通するフレキシブルチユーブおよび熱媒体とし
   てのナトリウムよりなるヒートパイプと、 からなり、 該太陽追尾装置の動きに伴う揺動を該ヒートパ
   イプの該フレキシブルチユーブで吸収し、該スタ
   ーリングエンジンを常に一定方向に保持できる構
   成としたことを特徴とするスターリング機関を用
   いたソーラエネルギー変換装置。 ２ ヒートパイプの蒸発部は該ヒートパイプの凝
   縮部よりも低い位置にある特許請求の範囲第１項
   記載のスターリング機関を用いたソーラエネルギ
   ー変換装置。 ３ 太陽追尾装置は、集光部と、該集光部を保持
   する基体と、からなり、該基体は、地盤に固定さ
   れた固定部と、該固定部に揺動自在に保持され太
   陽の動きに追随して揺動する揺動部と、で構成さ
   れ、 該スターリングエンジンは、該揺動部に枢着さ
   れ、該揺動部の揺動に関係なく一定方向に保持さ
   れている特許請求の範囲第１項記載のスターリン
   グ機関を用いたソーラエネルギー変換装置。