動力回収システム
【課題】動力回収率を安定させることが可能な動力回収システムを提供する。
【解決手段】この動力回収システム１は、シリンダ１６の上部１６ａに冷熱が供給されることで動力を生成するスターリングエンジン１０と、液体をシリンダ１６の上部１６ａに接触させた状態で収容し、その液体の冷熱をシリンダ１６の上部１６ａに供給することで当該液体を気化させる気化装置２０とを備えている。気化装置２０は、液体をシリンダ１６の上部１６ａに接触させた状態で貯留する液体容器２１と、この液体容器２１を包むように設けられ、液体容器２１の周囲に空間部３０を形成する外側容器２２とを含んでいる。空間部３０は、液体容器２１と排気口２２ａとに連通し、液体容器２１で気化した気体が当該空間部３０を通して液体容器２１から排気口２２ａに至るまでの間に液体容器２１と断熱材２３の外壁面２３ａとの間を通過する形状を有する。
【解決手段】この動力回収システム１は、シリンダ１６の上部１６ａに冷熱が供給されることで動力を生成するスターリングエンジン１０と、液体をシリンダ１６の上部１６ａに接触させた状態で収容し、その液体の冷熱をシリンダ１６の上部１６ａに供給することで当該液体を気化させる気化装置２０とを備えている。気化装置２０は、液体をシリンダ１６の上部１６ａに接触させた状態で貯留する液体容器２１と、この液体容器２１を包むように設けられ、液体容器２１の周囲に空間部３０を形成する外側容器２２とを含んでいる。空間部３０は、液体容器２１と排気口２２ａとに連通し、液体容器２１で気化した気体が当該空間部３０を通して液体容器２１から排気口２２ａに至るまでの間に液体容器２１と断熱材２３の外壁面２３ａとの間を通過する形状を有する。
【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と、液体を気化させるための気化装置とを備えた動力回収システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、スターリングエンジンと気化装置とを備えた動力回収システムがある（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
この動力回収システムは、スターリングエンジンと気化装置とを組み合わせることで構成されており、液体の気化処理に伴って動力を回収しようとするものである。
【０００４】
スターリングエンジンは、温熱用熱交換部および冷熱用熱交換部を有しており、温熱用熱交換部に温熱が供給されるとともに冷熱用熱交換部に冷熱が供給されることで動力を生成するように構成されたエンジンである。
【０００５】
例えば、スターリングエンジンは、ピストンを収容したシリンダを有しており、そのシリンダの一端部（冷熱用熱交換部）に冷熱が供給されるとともに他端部（温熱用熱交換部）に温熱が供給されることで、ピストンが作動して動力を発生するように構成されている。
【０００６】
また、気化装置は、ＬＮＧ等の低温の液体を収容し、その液体のもつ冷熱（潜熱）を奪う、すなわち液体を温めることで当該液体を気化するものである。
【０００７】
具体的に、気化装置の液体貯留部には、スターリングエンジンのシリンダの一端部に接触した状態で液体が貯留されており、当該液体のもつ冷熱（潜熱）がシリンダに供給されることにより、スターリングエンジンで動力が発生し当該動力が回収される。一方、上記動力回収の過程で、気化装置では、冷熱を奪われた液体が気化して気体となり、その気体が回収される。
【０００８】
ところで、このような動力回収システムでは、液体貯留部に外部から熱（以下、外熱という）が伝達されると、液体貯留部の液体では、この外熱に奪われた冷熱の分だけ、スターリングエンジンに供給する冷熱の量が少なくなる。これは、動力発生に使用される冷熱の量が少なくなることを意味し、当該システムの動力回収率の低下に繋がるため、液体貯留部への外熱の伝達は好ましくない。
【０００９】
これに対しては、ウレタン等の断熱材を液体貯留部の周囲に設けることで液体貯留部に対する断熱を図る方法が考えられる。この方法によれば、液体貯留部に伝達される熱量を減らし、液体の冷熱の損失を防ぐことが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平１１−２２５５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、上記断熱方法では、ある程度の断熱効果は期待できるものの、外熱により断熱材の温度が上昇すると、断熱材による断熱効果が低下する。このため、動力回収率が時間の経過とともに低下するという問題がある。
【００１２】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、動力回収率を安定させることが可能な動力回収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】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１に記載の動力回収システムは、温熱用熱交換部および冷熱用熱交換部を有し、温熱用熱交換部に温熱が供給されるとともに冷熱用熱交換部に冷熱が供給されることで動力を生成するスターリングエンジンと、冷熱をもつ液体を前記冷熱用熱交換部に接触させた状態で収容し、その液体の冷熱を前記冷熱用熱交換部に供給することで当該液体を気化させる気化装置とを備えた動力回収システムであって、前記気化装置は、液体を前記冷熱用熱交換部に接触させた状態で貯留する液体貯留部と、この液体貯留部を包むように設けられ、前記液体貯留部の周囲に空間部を形成する外側部材とを含み、前記空間部は、前記液体貯留部とこの液体貯留部から離れた位置にあって液体貯留部で気化した気体を排出する排出部とに連通し、前記液体貯留部で気化した気体が当該空間部を通して前記液体貯留部から前記排出部に至るまでの間に前記液体貯留部と前記外側部材の外壁面との間を通過する形状を有することを特徴とする。
【００１４】
請求項１に記載動力回収システムでは、液体貯留部で気化した低温の気体が空間部を通して排出部に至るまでの間に液体貯留部と外側部材の外壁面との間を通過するので、外側部材の外壁面からの侵入熱が、液体貯留部に到達する前に前記空間部内を流れる上記気体に次々と吸収される。従って、液体貯留部の液体の冷熱が上記侵入熱によって消費されるのが継続して抑えられ、液体貯留部に対する断熱性が維持される。これにより、冷熱用熱交換部に供給される液体の冷熱量が安定し、スターリングエンジンの駆動効率、および、動力回収率が安定する。
【００１５】
また、液体貯留部で気化した気体が空間部を通ることによって当該液体貯留部に対する断熱が図られる構成であるので、空間部を通る低温の気体を別途用意する必要がなく、経済的である。
【００１６】
なお、冷熱（潜熱）を失って気化した気体の温度は、気化前の液体の温度とほぼ同じである。従って、そのような低温の気体が空間部に送り込まれても、液体貯留部の液体の冷熱が空間部の気体によって消費されることはほとんどなく、これによって断熱性が損なわれることはない。
【００１７】
請求項２に記載の動力回収システムは、上記請求項１に記載の動力回収システムにおいて、前記外側部材は、前記液体貯留部と間隔を置いて設けられて液体貯留部との間に第１空間部を形成する内壁面を有し、前記排出部が、前記外側部材に設けられた排気口を含むことを特徴とする。この構成によると、液体貯留部で気化した気体が、当該液体貯留部を囲むように配される第１空間部に自然に流れ込むため、第１空間部への気体の供給が容易になる。また、外側部材の内壁面の設置位置を工夫するだけで、当該第１空間部を簡単に形成することができる。
【００１８】
請求項３に記載の動力回収システムは、上記請求項２に記載の動力回収システムにおいて、前記排気口が、前記外側部材の上壁部に設けられ、昇温により上昇した気体を排出することを特徴とする。このように構成すれば、侵入熱を吸収して昇温した気体が第１空間部内から速やかに排出されるため、第１空間部の温度上昇が抑えられる。
【００１９】
請求項４に記載の動力回収システムは、上記請求項３に記載の動力回収システムにおいて、前記気化装置は、前記第１空間部に設けられて、前記液体貯留部で気化した気体を前記外側部材の側壁部の内壁面に沿って上昇させて前記排気口へと誘導する誘導部を含むことを特徴とする。このような誘導部を設けることによって、第１空間部内に、外側部材の側壁部に沿う上昇気流が積極的に形成されるので、第１空間部内を流れる気体による侵入熱の吸収が効率良く行われる。
【００２０】
請求項５に記載の動力回収システムは、上記請求項４に記載の動力回収システムにおいて、前記誘導部は、前記液体貯留部と前記排気口との間に設けられ、気体の液体貯留部から排気口への上昇を阻んで当該気体を側方に誘導する第１誘導壁を有することを特徴とする。このように第１誘導壁を設けることによって、気化した気体が侵入熱を吸収することなく排気口から排出されるのを抑えることができるので、気体による侵入熱の吸収がより効率良く行われる。
【００２１】
請求項６に記載の動力回収システムは、上記請求項５に記載の動力回収システムにおいて、前記誘導部は、前記第１誘導壁の周縁から下方に延在して、前記液体貯留部との間に、気体を当該液体貯留部の外面に沿って下降させるための下降流路を形成するとともに、前記外側部材との間に、気体を当該外側部材の側壁部の内壁面に沿って上昇させるための上昇流路を形成する第２誘導壁をさらに有することを特徴とする。このように第２誘導壁を設けることによって、第１空間部内に、液体貯留部の外面に沿う下降気流と外側部材の側壁部に沿う上昇気流とが積極的に形成される。従って、第１空間部内を流れる気体による侵入熱の吸収がさらに効率良く行われる。
【００２２】
請求項７に記載の動力回収システムは、上記請求項１〜６のいずれか一項に記載の動力回収システムにおいて、前記外側部材の内部に、前記液体貯留部および前記排出部に連通する第２空間部が設けられていることを特徴とする。このように構成すると、液体貯留部で気化した気体が、外側部材の内部の第２空間部を通して液体貯留部から排出部に至るまでの間に、液体貯留部と外側部材の外壁面との間を通過するようになる。これにより、外側部材の外壁面からの侵入熱が、液体貯留部に到達する前に第２空間部内を流れる気体に次々と吸収され、液体貯留部の液体の冷熱が上記侵入熱によって消費されるのが継続して抑えられる。
【００２３】
請求項８に記載の動力回収システムは、上記請求項１〜７のいずれか一項に記載の動力回収システムにおいて、前記気化装置は、前記液体貯留部に接続されて、当該液体貯留部に液体を連続的に供給する液体供給装置をさらに備えることを特徴とする。このように、気化装置が液体供給装置を備えていれば、液体を気体に順次変換する連続気化システムとして機能させることができる。そして、そのシステムにおいて動力回収率を維持することが可能になる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の動力回収システムによれば、液体貯留部で気化した低温の気体が空間部を通して排出部に至るまでの間に液体貯留部と外側部材の外壁面との間を通過するので、外側部材の外壁面からの侵入熱が、液体貯留部に到達する前に前記空間部内を流れる上記気体に次々と吸収される。従って、液体貯留部の液体の冷熱が上記侵入熱によって消費されるのが継続して抑えられ、液体貯留部に対する断熱性が維持される。これにより、冷熱用熱交換部に供給される液体の冷熱量が安定し、スターリングエンジンの駆動効率、および、動力回収率が安定する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１実施形態による動力回収システムの断面図である。
【図２】第１実施形態の変形例１による動力回収システムの断面図である。
【図３】第１実施形態の変形例２による動力回収システムの断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態による動力回収システムの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２７】
（第１実施形態）
図１に示す動力回収システム１は、液体の気化処理に伴って動力を回収するように構成されており、スターリングエンジン１０と、液体を気化させるための気化装置２０とを備えている。
【００２８】
スターリングエンジン１０は、熱差（温度差）によって動力を発生することが可能なエンジンである。
【００２９】
スターリングエンジン１０は、ディスプレーサピストン１１と、パワーピストン１２と、クランク機構１３と、フライホイール１４と、駆動軸１５とを含んでいる。
【００３０】
ディスプレーサピストン１１およびパワーピストン１２は、密閉された筒状のシリンダ１６内に高圧のヘリウムガスとともに収容されている。これらのピストン１１，１２は、上下に並んで配設されており、シリンダ１６内を上下動する。
【００３１】
ディスプレーサピストン１１の外径は、パワーピストン１２の外径よりも小さく設定されている。従って、シリンダ１６内のヘリウムガスは、ディスプレーサピストン１１とシリンダ１６との間を通過して当該シリンダ１６内を移動する。
【００３２】
また、両ピストン１１，１２は、それぞれ、ピストンロッド１１ａ，１２ａを有している。各ピストンロッド１１ａ，１２ａは、クランク機構１３の相異なる箇所にそれぞれ連結されている。なお、ディスプレーサピストン１１のピストンロッド１１ａは、パワーピストン１２を貫通するように設けられている。
【００３３】
クランク機構１３は、両ピストン１１，１２の上下動を回転動に変換するためのものである。このクランク機構１３の中心部には、駆動軸１５が配設されている。
【００３４】
フライホイール１４は、駆動軸１５に取り付けられている。このフライホイール１４は、惰性を利用することで駆動軸１５の回転を安定させるために設けられている。
【００３５】
駆動軸１５は、ピストン１１，１２の上下動がクランク機構１３で回転動に変換されることで回転するようになっている。この駆動軸１５は図略の発電機に接続されており、当該駆動軸１５の回転によって発電機で電力が発生する。
【００３６】
シリンダ１６は、その上部１６ａが冷熱を供給される冷却部位として機能し、その下部１６ｂが温熱を供給される加熱部位として機能する。つまり、当該シリンダ１６の上部１６ａが本発明の「冷熱用熱交換部」に相当し、シリンダ１６の下部１６ｂが本発明の「温熱用熱交換部」に相当している。
【００３７】
本実施形態では、シリンダ１６の上部１６ａには、気化装置２０の後述の液体容器２１に貯留された低温の液体が接触しており、液体のもつ冷熱（潜熱）が当該上部１６ａに供給されるようになっている。
【００３８】
また、シリンダ１６の下部１６ｂには、ヒータ１７が当該下部１６ｂを取り囲むように隣接配置されている。このヒータ１７で発生した温熱がシリンダ１６の下部１６ｂに供給される。
【００３９】
このようにシリンダ１６の上部１６ａが冷却されるとともに下部１６ｂが加熱されると、シリンダ１６内のヘリウムガスの気圧が変動する。これにより、両ピストン１１，１２が上下動し、クランク機構１３を介して駆動軸１５が回転する。このとき、フライホイール１４の惰性によって、ピストン１１，１２の上下動が維持されるとともに、駆動軸１５が回転し続ける。その結果、電力という形で動力が回収される。
【００４０】
上記気化装置２０は、低温の液体（例えばＬＮＧ：液化天然ガス）を収容して、その液体のもつ冷熱を上記スターリングエンジン１０のシリンダ１６の上部１６ａに供給することで、当該液体を気化させるものである。また、この気化装置２０は、液体を連続的に気化可能なように構成されている。
【００４１】
詳細には、気化装置２０は、液体容器２１と、外側容器２２と、断熱材２３と、誘導部２４と、図略の液体供給装置と、空温式気化器５０とを含んでいる。なお、液体容器２１は本発明の「液体貯留部」に相当する。また、外側容器２２と断熱材２３とで本発明の「外側部材」が構成されている。
【００４２】
液体容器２１は、液体をシリンダ１６の上部１６ａの上方に当該上部１６ａに接触させた状態で貯留することが可能な形状に形成されている。本実施形態の液体容器２１は筒状に形成されている。この液体容器２１の上部は、気化した気体を通過させるための開口２１ａとなっている。
【００４３】
外側容器２２は、液体容器２１を包むように配されている。また、断熱材２３は、その外側容器２２をさらに包むように配されている。この断熱材２３の外壁面２３ａは大気等に曝される部位となっている。なお、断熱材２３は例えばウレタン製である。
【００４４】
ここで、本実施形態では、外側容器２２の内壁面２２ｅが液体容器２１と間隔を置いて設けられており、液体容器２１と外側容器２２との間に空間部３０が形成されている。なお、空間部３０は本発明の「第１空間部」に相当している。
【００４５】
この空間部３０は、液体容器２１の開口２１ａおよび後述の外側容器２２の排気口２２ａの双方に連通している。このため、液体容器２１で気化した気体は、空間部３０を通して液体容器２１から排気口２２ａに至るようになっている。具体的には、当該気体は、空間部３０に流れ込んだ後に排気口２２ａから排出される。
【００４６】
また、空間部３０は、液体容器２１を囲むように形成されており、液体容器２１と断熱材２３の外壁面２３ａとの間に介在している。従って、液体容器２１で気化した気体は、空間部３０を通して排気口２２ａに至るまでの間に、液体容器２１と断熱材２３の外壁面２３ａとの間を通過する。
【００４７】
このように、本実施形態では、液体容器２１で気化した気体が空間部３０内を流れることで、その流動する気体（気流）からなる断熱層（ガスシールド層）が液体容器２１と断熱材２３の外壁面２３ａとの間に配された状態が形成される。そして、この断熱層によって断熱材２３の外壁面２３ａからの侵入熱が吸収される。なお、冷熱を失って気化した気体の温度は、気化前の液体の温度とほぼ同じである。
【００４８】
外側容器２２の上壁部２２ｃには、当該外側容器２２の内部、つまり空間部３０の気体を排出するための排気口２２ａが設けられている。この排気口２２ａは、液体容器２１の開口２１ａの上方の当該開口２１ａから離れた位置に配されている。このように排気口２２ａを空間部３０の上部に臨むように設けることで、昇温により上昇した空間部３０内の気体が効率良く排出される。また、排気口２２ａには排気管２５が挿入されることで接続されている。
【００４９】
外側容器２２の側壁部２２ｄの下端には排液口２２ｂが設けられている。この排液口２２ｂには排液管２６が挿入されることで接続されている。排液管２６は、外側容器２２の底に溜まった液体（液体容器２１から飛び出た液体や、ＬＮＧ等に含まれる高沸点で気体になりにくい液体）を外側容器２２から排出するためのものである。この排液管２６から排出された液体は、図略の気化器によって別途気化されて回収される。また、排液管２６には、液体の排出量を調整するためのバルブ２６ａが設けられている。
【００５０】
なお、液体として噴霧流（気体中に液体が霧状に散在する状態の流体）を用いることも可能で、その場合には、上記排液口２２ｂおよび排液管２６を省略することができる。
【００５１】
外側容器２２の下壁部２２ｆには開口２２ｇが形成されており、その開口２２ｇにはスターリングエンジン１０のシリンダ１６が嵌入されている。
【００５２】
また、誘導部２４は、空間部３０に設けられており、液体容器２１で気化した気体を外側容器２２の側壁部２２ｄの内壁面２２ｅに沿って上昇させて排気口２２ａへと誘導するためのものである。この誘導部２４は、第１誘導壁２４ａと、第２誘導壁２４ｂと、取付け部２４ｃとで構成されている。
【００５３】
第１誘導壁２４ａは、液体容器２１の開口２１ａと外側容器２２の排気口２２ａとの間に設けられている。この第１誘導壁２４ａは、気体の液体容器２１から排気口２２ａへの上昇を阻んで当該気体を側方に誘導するためのものである。
【００５４】
第２誘導壁２４ｂは、第１誘導壁２４ａの周縁から下方に延在しており、液体容器２１と外側容器２２の側壁部２２ｄとの間に配設されている。この第２誘導壁２４ｂは、当該第２誘導壁２４ｂと液体容器２１との間に、気体を液体容器２１の外面２１ｂに沿って下降させるための下降流路２４ｃを形成するとともに、当該第２誘導壁２４ｂと外側容器２２との間に、気体を外側容器２２の側壁部２２ｄの内壁面２２ｅに沿って上昇させるための上昇流路２４ｄを形成している。
【００５５】
また、第２誘導壁２４ｂと外側容器２２の下壁部２２ｆの上面との間には、下降流路２４ｃと上昇流路２４ｄとを連通する間隙が設けられている。
【００５６】
この第２誘導壁２４ｂによって、空間部３０内には、液体容器２１の外面２１ｂに沿う下降気流と外側容器２２の側壁部２２ｄに沿う上昇気流とが積極的に形成される。
【００５７】
取付け部２４ｃは、第１誘導壁２４ａと外側容器２２の上壁部２２ｃとを連結している。この取付け部２４ｃには、気体を通過させるための図略の通気部が設けられている。
【００５８】
上記液体供給装置（図示せず）には、供給パイプ４１の一端が接続されている。この供給パイプ４１の他端は液体容器２１内に位置しており、当該パイプ４１を通して液体が液体容器２１に供給される。また、供給パイプ４１には、液体の供給量を調整するためのバルブ４１ａが設けられている。
【００５９】
空温式気化器５０は、排気管２５に取り付けられている。この空温式気化器５０は、排気管２５内を通過する気体を所定温度まで温めるためのものである。
【００６０】
上記のように構成された気化装置２０では、供給パイプ４１を通って液体容器２１に供給された液体は、当該液体容器２１においてその冷熱をシリンダ１６の上部１６ａに供給することで気化される。そして、液体容器２１で気化した気体は、空間部３０を経由して排気口２２ａから排出される。詳細には、上記液体容器２１で気化した気体は、図１中に矢印で示すように、第１誘導壁２４ａによって側方へ誘導された後、液体容器２１と第２誘導壁２４ｂとの間の下降流路２４ｃを下降し、第２誘導壁２４ｂの下端の下を通って、第２誘導壁２４ｂと外側容器２２の側壁部２２ｄとの間の上昇流路２４ｄを上昇し、排気口２２ａに到達する。その後、当該気体は排気管２５を通って所定温度まで温められながら排出される。
【００６１】
従って、液体容器２１で気化した低温の気体は、空間部３０を通して排気口２２ａに至るまでの間に液体容器２１と断熱材２３の外壁面２３ａとの間を通過する際、断熱材２３の外壁面２３ａからの侵入熱を次々と吸収する。すなわち、液体容器２１で気化して当該液体容器２１から流出する気体を熱吸収媒体として有効利用することにより、液体容器２１の液体の冷熱が上記侵入熱によって消費されるのが継続して抑えられ、液体容器２１に対する断熱性が維持される。これにより、シリンダ１６の上部１６ａに供給される液体の冷熱量が安定し、スターリングエンジン１０の駆動効率、および、動力回収率が安定する。
【００６２】
また、液体容器２１で気化した気体が空間部３０を通ることによって当該液体容器２１に対する断熱が図られる構成であるので、空間部３０を通る低温の気体を別途用意する必要がなく、経済的である。
【００６３】
なお、冷熱（潜熱）を失って気化した気体の温度は、気化前の液体の温度とほぼ同じである。従って、そのような低温の気体が空間部３０に送り込まれても、液体容器２１の液体の冷熱が空間部３０の気体によって消費されることはほとんどなく、これによって断熱性が損なわれることはない。
【００６４】
また、外側容器２２の内壁面２２ｅを液体容器２１と間隔を置いて設けることにより外側容器２２と液体容器２１との間に空間部３０を形成するとともに、当該外側容器２２に排気口２２ａを設けることによって、液体容器２１で気化した気体が、当該液体容器２１を囲むように配される空間部３０に自然に流れ込むため、空間部３０への気体の供給が容易になる。また、外側容器２２の内壁面２２ｅの設置位置を工夫するだけで、当該空間部３０を簡単に形成することができる。
【００６５】
また、排気口２２ａを外側容器２２の上壁部２２ｃに設けることによって、侵入熱を吸収して昇温した気体が空間部３０内から速やかに排出されるため、空間部３０の温度上昇が抑えられる。
【００６６】
また、空間部３０に、液体容器２１で気化した気体を外側容器２２の側壁部２２ｄの内壁面２２ｅに沿って上昇させて排気口２２ａへと誘導する誘導部２４を設けることによって、空間部３０内に、外側容器２２の側壁部２２ｄに沿う上昇気流が積極的に形成されるので、空間部３０内を流れる気体による侵入熱の吸収が効率良く行われる。
【００６７】
また、第１誘導壁２４ａを設けることによって、気化した気体が侵入熱を吸収することなく排気口２２ａから排出されるのを抑えることができるので、気体による侵入熱の吸収がより効率良く行われる。
【００６８】
また、第２誘導壁２４ｂを設けて下降流路２４ｃおよび上昇流路２４ｄを形成することによって、空間部３０内に、液体容器２１の外面２１ａに沿う下降気流と外側容器２２の側壁部２２ｄの内壁面２２ｅに沿う上昇気流とが積極的に形成される。従って、空間部３０内を流れる気体による侵入熱の吸収がさらに効率良く行われる。
【００６９】
また、液体容器２１に液体を連続的に供給するための図略の液体供給装置を設けることによって、液体を気体に順次変換する連続気化システムとして機能させることができる。
【００７０】
なお、上記第１実施形態の変形例１として、図２に示すような液体容器２１への液体の供給経路を異ならせた構成の気化装置１２０を備えた動力回収システム１０１がある。この気化装置１２０では、供給パイプ１４１が、第１実施形態と異なり、排気管２５の壁面および第１誘導壁２４ａを貫通して液体容器２１まで延びている。このような構成であれば、外側容器２２および断熱材２３に、供給パイプを通すための孔を設ける必要がないので、断熱性の低下が抑えられる。
【００７１】
また、第１実施形態の変形例２として、図３に示すように、誘導部２４を省略した構成の気化装置２２０を備えた動力回収システム２０１であってもよい。この気化装置２２０においても、液体容器２１で気化した気体が、空間部３０に流れ込んで液体容器２１と断熱材２３の外壁面２３ａとの間を通過した後に排気口２２ａから排出されるようになる。なお、空間部３０に流れ込んだ気体は、断熱材２３の外壁面２３ａからの侵入熱を吸収することで昇温し、外側容器２２の側壁部２２ｄの内壁面２２ｅに沿って上昇する。このため、空間部３０内には、液体容器２１の外面２１ｂに沿う低温気体の下降気流と、外側容器２２の側壁部２２ｄに沿う高温気体の上昇気流とが自発的に形成される。このように、誘導部２４を省略して気化装置２２０の構成を簡略化しても、液体容器２１に対する断熱性をある程度維持可能である。
【００７２】
なお、変形例２のように誘導部２４を全て省略するのではなく、誘導部２４の第２誘導壁２４ｂのみを省略するようにしてもよい。この場合、第１誘導壁２４ａによって、液体容器２１で気化した気体の上昇が阻まれて当該気体が積極的に側方に誘導されるため、空間部３０内の気流形成がより積極的に行われるようになり、上記変形例２に比べて断熱性維持の効果がより得られる。
【００７３】
しかし、第１実施形態の気化装置２０のように、第２誘導壁２４ｂを備えることで、気体が空間部３０内で循環するのを防止することができるので、より好ましい。
【００７４】
（第２実施形態）
第２実施形態の動力回収システム３０１では、気化装置３２０が、図４に示すように、上記第１実施形態の空間部３０に加え、断熱材２３の内部に設けられた空間部３１をさらに備えている。なお、空間部３１は本発明の「第２空間部」に相当している。この空間部３１は、外側容器２２を囲むように外側容器２２と断熱材２３の外壁面２３ａとの間に形成されており、誘導パイプ３２を介して排気管２５と連通している。また、空間部３１には、当該空間部３１内の気体を排出するための排気パイプ３３が接続されている。
【００７５】
この第２実施形態の動力回収システム３０１によれば、液体容器２１で気化した気体を排気口２２ａに至るまでの間に液体容器２１と断熱材２３の外壁面２３ａとの間を通過させる空間部３０に加えて、排気口２２ａから排出された気体の一部を、誘導パイプ３２を通して液体容器２１と断熱材２３の外壁面２３ａとの間を通過させる空間部３１を設けたので、断熱材２３の外壁面２３ａからの侵入熱が、液体容器２１に到達する前に２つの空間部３０，３１で気体に次々と吸収される。従って、液体容器２１の液体の冷熱が侵入熱によって消費されるのがさらに抑えられる。
【００７６】
また、第２実施形態の変形例として、外側容器２２の排気口２２ａを塞ぐとともに、外側容器２２と空間部３１とを連通させ、さらに空間部３１を排気パイプ３３を介して図外の排出部に接続するように構成された動力回収システムであってもよい。
【００７７】
また、この変形例において、液体容器２１を省略して、液体を外側容器２２に直接貯留するように構成してもよい。この場合、空間部３０が省略され、空間部３１のみの構成となる。また、外側容器２２が本発明の「液体貯留部」に相当し、断熱材２３が単体で本発明の「外側部材」を構成する。
【００７８】
また、上記実施形態および変形例で示したスターリングエンジンは一例であり、その構成に限定されるものではない。従って、上記エンジンと異なる機構で動作する他のスターリングエンジンと気化装置とを組み合わせた動力回収システムに対しても本発明を適用可能である。
【００７９】
また、上記実施形態および変形例では、液体を液体容器２１の上方から注ぎ込むように供給したが、液体容器２１の側壁部を貫通するように供給パイプを配設し、その供給パイプを通して液体を容器２１内に供給する構成であってもよい。
【符号の説明】
【００８０】
１、１０１、２０１、３０１ 動力回収システム
１０ スターリングエンジン
１６ シリンダ
１６ａ 上部（冷熱用熱交換部）
１６ｂ 下部（温熱用熱交換部）
２０、１２０、２２０、３２０ 気化装置
２１ 液体容器（液体貯留部）
２１ｂ 外面
２２ 外側容器（外側部材）
２２ａ 排気口（排出部）
２２ｃ 上壁部
２２ｄ 側壁部
２２ｅ 内壁面
２３ 断熱材（外側部材）
２３ａ 外壁面
２４ 誘導部
２４ａ 第１誘導壁
２４ｂ 第２誘導壁
２４ｃ 下降流路
２４ｄ 上昇流路
３０ 空間部（第１空間部）
３１ 空間部（第２空間部）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スターリングエンジンと、液体を気化させるための気化装置とを備えた動力回収システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、スターリングエンジンと気化装置とを備えた動力回収システムがある（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
この動力回収システムは、スターリングエンジンと気化装置とを組み合わせることで構成されており、液体の気化処理に伴って動力を回収しようとするものである。
【０００４】
スターリングエンジンは、温熱用熱交換部および冷熱用熱交換部を有しており、温熱用熱交換部に温熱が供給されるとともに冷熱用熱交換部に冷熱が供給されることで動力を生成するように構成されたエンジンである。
【０００５】
例えば、スターリングエンジンは、ピストンを収容したシリンダを有しており、そのシリンダの一端部（冷熱用熱交換部）に冷熱が供給されるとともに他端部（温熱用熱交換部）に温熱が供給されることで、ピストンが作動して動力を発生するように構成されている。
【０００６】
また、気化装置は、ＬＮＧ等の低温の液体を収容し、その液体のもつ冷熱（潜熱）を奪う、すなわち液体を温めることで当該液体を気化するものである。
【０００７】
具体的に、気化装置の液体貯留部には、スターリングエンジンのシリンダの一端部に接触した状態で液体が貯留されており、当該液体のもつ冷熱（潜熱）がシリンダに供給されることにより、スターリングエンジンで動力が発生し当該動力が回収される。一方、上記動力回収の過程で、気化装置では、冷熱を奪われた液体が気化して気体となり、その気体が回収される。
【０００８】
ところで、このような動力回収システムでは、液体貯留部に外部から熱（以下、外熱という）が伝達されると、液体貯留部の液体では、この外熱に奪われた冷熱の分だけ、スターリングエンジンに供給する冷熱の量が少なくなる。これは、動力発生に使用される冷熱の量が少なくなることを意味し、当該システムの動力回収率の低下に繋がるため、液体貯留部への外熱の伝達は好ましくない。
【０００９】
これに対しては、ウレタン等の断熱材を液体貯留部の周囲に設けることで液体貯留部に対する断熱を図る方法が考えられる。この方法によれば、液体貯留部に伝達される熱量を減らし、液体の冷熱の損失を防ぐことが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平１１−２２５５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、上記断熱方法では、ある程度の断熱効果は期待できるものの、外熱により断熱材の温度が上昇すると、断熱材による断熱効果が低下する。このため、動力回収率が時間の経過とともに低下するという問題がある。
【００１２】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、動力回収率を安定させることが可能な動力回収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】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１に記載の動力回収システムは、温熱用熱交換部および冷熱用熱交換部を有し、温熱用熱交換部に温熱が供給されるとともに冷熱用熱交換部に冷熱が供給されることで動力を生成するスターリングエンジンと、冷熱をもつ液体を前記冷熱用熱交換部に接触させた状態で収容し、その液体の冷熱を前記冷熱用熱交換部に供給することで当該液体を気化させる気化装置とを備えた動力回収システムであって、前記気化装置は、液体を前記冷熱用熱交換部に接触させた状態で貯留する液体貯留部と、この液体貯留部を包むように設けられ、前記液体貯留部の周囲に空間部を形成する外側部材とを含み、前記空間部は、前記液体貯留部とこの液体貯留部から離れた位置にあって液体貯留部で気化した気体を排出する排出部とに連通し、前記液体貯留部で気化した気体が当該空間部を通して前記液体貯留部から前記排出部に至るまでの間に前記液体貯留部と前記外側部材の外壁面との間を通過する形状を有することを特徴とする。
【００１４】
請求項１に記載動力回収システムでは、液体貯留部で気化した低温の気体が空間部を通して排出部に至るまでの間に液体貯留部と外側部材の外壁面との間を通過するので、外側部材の外壁面からの侵入熱が、液体貯留部に到達する前に前記空間部内を流れる上記気体に次々と吸収される。従って、液体貯留部の液体の冷熱が上記侵入熱によって消費されるのが継続して抑えられ、液体貯留部に対する断熱性が維持される。これにより、冷熱用熱交換部に供給される液体の冷熱量が安定し、スターリングエンジンの駆動効率、および、動力回収率が安定する。
【００１５】
また、液体貯留部で気化した気体が空間部を通ることによって当該液体貯留部に対する断熱が図られる構成であるので、空間部を通る低温の気体を別途用意する必要がなく、経済的である。
【００１６】
なお、冷熱（潜熱）を失って気化した気体の温度は、気化前の液体の温度とほぼ同じである。従って、そのような低温の気体が空間部に送り込まれても、液体貯留部の液体の冷熱が空間部の気体によって消費されることはほとんどなく、これによって断熱性が損なわれることはない。
【００１７】
請求項２に記載の動力回収システムは、上記請求項１に記載の動力回収システムにおいて、前記外側部材は、前記液体貯留部と間隔を置いて設けられて液体貯留部との間に第１空間部を形成する内壁面を有し、前記排出部が、前記外側部材に設けられた排気口を含むことを特徴とする。この構成によると、液体貯留部で気化した気体が、当該液体貯留部を囲むように配される第１空間部に自然に流れ込むため、第１空間部への気体の供給が容易になる。また、外側部材の内壁面の設置位置を工夫するだけで、当該第１空間部を簡単に形成することができる。
【００１８】
請求項３に記載の動力回収システムは、上記請求項２に記載の動力回収システムにおいて、前記排気口が、前記外側部材の上壁部に設けられ、昇温により上昇した気体を排出することを特徴とする。このように構成すれば、侵入熱を吸収して昇温した気体が第１空間部内から速やかに排出されるため、第１空間部の温度上昇が抑えられる。
【００１９】
請求項４に記載の動力回収システムは、上記請求項３に記載の動力回収システムにおいて、前記気化装置は、前記第１空間部に設けられて、前記液体貯留部で気化した気体を前記外側部材の側壁部の内壁面に沿って上昇させて前記排気口へと誘導する誘導部を含むことを特徴とする。このような誘導部を設けることによって、第１空間部内に、外側部材の側壁部に沿う上昇気流が積極的に形成されるので、第１空間部内を流れる気体による侵入熱の吸収が効率良く行われる。
【００２０】
請求項５に記載の動力回収システムは、上記請求項４に記載の動力回収システムにおいて、前記誘導部は、前記液体貯留部と前記排気口との間に設けられ、気体の液体貯留部から排気口への上昇を阻んで当該気体を側方に誘導する第１誘導壁を有することを特徴とする。このように第１誘導壁を設けることによって、気化した気体が侵入熱を吸収することなく排気口から排出されるのを抑えることができるので、気体による侵入熱の吸収がより効率良く行われる。
【００２１】
請求項６に記載の動力回収システムは、上記請求項５に記載の動力回収システムにおいて、前記誘導部は、前記第１誘導壁の周縁から下方に延在して、前記液体貯留部との間に、気体を当該液体貯留部の外面に沿って下降させるための下降流路を形成するとともに、前記外側部材との間に、気体を当該外側部材の側壁部の内壁面に沿って上昇させるための上昇流路を形成する第２誘導壁をさらに有することを特徴とする。このように第２誘導壁を設けることによって、第１空間部内に、液体貯留部の外面に沿う下降気流と外側部材の側壁部に沿う上昇気流とが積極的に形成される。従って、第１空間部内を流れる気体による侵入熱の吸収がさらに効率良く行われる。
【００２２】
請求項７に記載の動力回収システムは、上記請求項１〜６のいずれか一項に記載の動力回収システムにおいて、前記外側部材の内部に、前記液体貯留部および前記排出部に連通する第２空間部が設けられていることを特徴とする。このように構成すると、液体貯留部で気化した気体が、外側部材の内部の第２空間部を通して液体貯留部から排出部に至るまでの間に、液体貯留部と外側部材の外壁面との間を通過するようになる。これにより、外側部材の外壁面からの侵入熱が、液体貯留部に到達する前に第２空間部内を流れる気体に次々と吸収され、液体貯留部の液体の冷熱が上記侵入熱によって消費されるのが継続して抑えられる。
【００２３】
請求項８に記載の動力回収システムは、上記請求項１〜７のいずれか一項に記載の動力回収システムにおいて、前記気化装置は、前記液体貯留部に接続されて、当該液体貯留部に液体を連続的に供給する液体供給装置をさらに備えることを特徴とする。このように、気化装置が液体供給装置を備えていれば、液体を気体に順次変換する連続気化システムとして機能させることができる。そして、そのシステムにおいて動力回収率を維持することが可能になる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の動力回収システムによれば、液体貯留部で気化した低温の気体が空間部を通して排出部に至るまでの間に液体貯留部と外側部材の外壁面との間を通過するので、外側部材の外壁面からの侵入熱が、液体貯留部に到達する前に前記空間部内を流れる上記気体に次々と吸収される。従って、液体貯留部の液体の冷熱が上記侵入熱によって消費されるのが継続して抑えられ、液体貯留部に対する断熱性が維持される。これにより、冷熱用熱交換部に供給される液体の冷熱量が安定し、スターリングエンジンの駆動効率、および、動力回収率が安定する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１実施形態による動力回収システムの断面図である。
【図２】第１実施形態の変形例１による動力回収システムの断面図である。
【図３】第１実施形態の変形例２による動力回収システムの断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態による動力回収システムの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２７】
（第１実施形態）
図１に示す動力回収システム１は、液体の気化処理に伴って動力を回収するように構成されており、スターリングエンジン１０と、液体を気化させるための気化装置２０とを備えている。
【００２８】
スターリングエンジン１０は、熱差（温度差）によって動力を発生することが可能なエンジンである。
【００２９】
スターリングエンジン１０は、ディスプレーサピストン１１と、パワーピストン１２と、クランク機構１３と、フライホイール１４と、駆動軸１５とを含んでいる。
【００３０】
ディスプレーサピストン１１およびパワーピストン１２は、密閉された筒状のシリンダ１６内に高圧のヘリウムガスとともに収容されている。これらのピストン１１，１２は、上下に並んで配設されており、シリンダ１６内を上下動する。
【００３１】
ディスプレーサピストン１１の外径は、パワーピストン１２の外径よりも小さく設定されている。従って、シリンダ１６内のヘリウムガスは、ディスプレーサピストン１１とシリンダ１６との間を通過して当該シリンダ１６内を移動する。
【００３２】
また、両ピストン１１，１２は、それぞれ、ピストンロッド１１ａ，１２ａを有している。各ピストンロッド１１ａ，１２ａは、クランク機構１３の相異なる箇所にそれぞれ連結されている。なお、ディスプレーサピストン１１のピストンロッド１１ａは、パワーピストン１２を貫通するように設けられている。
【００３３】
クランク機構１３は、両ピストン１１，１２の上下動を回転動に変換するためのものである。このクランク機構１３の中心部には、駆動軸１５が配設されている。
【００３４】
フライホイール１４は、駆動軸１５に取り付けられている。このフライホイール１４は、惰性を利用することで駆動軸１５の回転を安定させるために設けられている。
【００３５】
駆動軸１５は、ピストン１１，１２の上下動がクランク機構１３で回転動に変換されることで回転するようになっている。この駆動軸１５は図略の発電機に接続されており、当該駆動軸１５の回転によって発電機で電力が発生する。
【００３６】
シリンダ１６は、その上部１６ａが冷熱を供給される冷却部位として機能し、その下部１６ｂが温熱を供給される加熱部位として機能する。つまり、当該シリンダ１６の上部１６ａが本発明の「冷熱用熱交換部」に相当し、シリンダ１６の下部１６ｂが本発明の「温熱用熱交換部」に相当している。
【００３７】
本実施形態では、シリンダ１６の上部１６ａには、気化装置２０の後述の液体容器２１に貯留された低温の液体が接触しており、液体のもつ冷熱（潜熱）が当該上部１６ａに供給されるようになっている。
【００３８】
また、シリンダ１６の下部１６ｂには、ヒータ１７が当該下部１６ｂを取り囲むように隣接配置されている。このヒータ１７で発生した温熱がシリンダ１６の下部１６ｂに供給される。
【００３９】
このようにシリンダ１６の上部１６ａが冷却されるとともに下部１６ｂが加熱されると、シリンダ１６内のヘリウムガスの気圧が変動する。これにより、両ピストン１１，１２が上下動し、クランク機構１３を介して駆動軸１５が回転する。このとき、フライホイール１４の惰性によって、ピストン１１，１２の上下動が維持されるとともに、駆動軸１５が回転し続ける。その結果、電力という形で動力が回収される。
【００４０】
上記気化装置２０は、低温の液体（例えばＬＮＧ：液化天然ガス）を収容して、その液体のもつ冷熱を上記スターリングエンジン１０のシリンダ１６の上部１６ａに供給することで、当該液体を気化させるものである。また、この気化装置２０は、液体を連続的に気化可能なように構成されている。
【００４１】
詳細には、気化装置２０は、液体容器２１と、外側容器２２と、断熱材２３と、誘導部２４と、図略の液体供給装置と、空温式気化器５０とを含んでいる。なお、液体容器２１は本発明の「液体貯留部」に相当する。また、外側容器２２と断熱材２３とで本発明の「外側部材」が構成されている。
【００４２】
液体容器２１は、液体をシリンダ１６の上部１６ａの上方に当該上部１６ａに接触させた状態で貯留することが可能な形状に形成されている。本実施形態の液体容器２１は筒状に形成されている。この液体容器２１の上部は、気化した気体を通過させるための開口２１ａとなっている。
【００４３】
外側容器２２は、液体容器２１を包むように配されている。また、断熱材２３は、その外側容器２２をさらに包むように配されている。この断熱材２３の外壁面２３ａは大気等に曝される部位となっている。なお、断熱材２３は例えばウレタン製である。
【００４４】
ここで、本実施形態では、外側容器２２の内壁面２２ｅが液体容器２１と間隔を置いて設けられており、液体容器２１と外側容器２２との間に空間部３０が形成されている。なお、空間部３０は本発明の「第１空間部」に相当している。
【００４５】
この空間部３０は、液体容器２１の開口２１ａおよび後述の外側容器２２の排気口２２ａの双方に連通している。このため、液体容器２１で気化した気体は、空間部３０を通して液体容器２１から排気口２２ａに至るようになっている。具体的には、当該気体は、空間部３０に流れ込んだ後に排気口２２ａから排出される。
【００４６】
また、空間部３０は、液体容器２１を囲むように形成されており、液体容器２１と断熱材２３の外壁面２３ａとの間に介在している。従って、液体容器２１で気化した気体は、空間部３０を通して排気口２２ａに至るまでの間に、液体容器２１と断熱材２３の外壁面２３ａとの間を通過する。
【００４７】
このように、本実施形態では、液体容器２１で気化した気体が空間部３０内を流れることで、その流動する気体（気流）からなる断熱層（ガスシールド層）が液体容器２１と断熱材２３の外壁面２３ａとの間に配された状態が形成される。そして、この断熱層によって断熱材２３の外壁面２３ａからの侵入熱が吸収される。なお、冷熱を失って気化した気体の温度は、気化前の液体の温度とほぼ同じである。
【００４８】
外側容器２２の上壁部２２ｃには、当該外側容器２２の内部、つまり空間部３０の気体を排出するための排気口２２ａが設けられている。この排気口２２ａは、液体容器２１の開口２１ａの上方の当該開口２１ａから離れた位置に配されている。このように排気口２２ａを空間部３０の上部に臨むように設けることで、昇温により上昇した空間部３０内の気体が効率良く排出される。また、排気口２２ａには排気管２５が挿入されることで接続されている。
【００４９】
外側容器２２の側壁部２２ｄの下端には排液口２２ｂが設けられている。この排液口２２ｂには排液管２６が挿入されることで接続されている。排液管２６は、外側容器２２の底に溜まった液体（液体容器２１から飛び出た液体や、ＬＮＧ等に含まれる高沸点で気体になりにくい液体）を外側容器２２から排出するためのものである。この排液管２６から排出された液体は、図略の気化器によって別途気化されて回収される。また、排液管２６には、液体の排出量を調整するためのバルブ２６ａが設けられている。
【００５０】
なお、液体として噴霧流（気体中に液体が霧状に散在する状態の流体）を用いることも可能で、その場合には、上記排液口２２ｂおよび排液管２６を省略することができる。
【００５１】
外側容器２２の下壁部２２ｆには開口２２ｇが形成されており、その開口２２ｇにはスターリングエンジン１０のシリンダ１６が嵌入されている。
【００５２】
また、誘導部２４は、空間部３０に設けられており、液体容器２１で気化した気体を外側容器２２の側壁部２２ｄの内壁面２２ｅに沿って上昇させて排気口２２ａへと誘導するためのものである。この誘導部２４は、第１誘導壁２４ａと、第２誘導壁２４ｂと、取付け部２４ｃとで構成されている。
【００５３】
第１誘導壁２４ａは、液体容器２１の開口２１ａと外側容器２２の排気口２２ａとの間に設けられている。この第１誘導壁２４ａは、気体の液体容器２１から排気口２２ａへの上昇を阻んで当該気体を側方に誘導するためのものである。
【００５４】
第２誘導壁２４ｂは、第１誘導壁２４ａの周縁から下方に延在しており、液体容器２１と外側容器２２の側壁部２２ｄとの間に配設されている。この第２誘導壁２４ｂは、当該第２誘導壁２４ｂと液体容器２１との間に、気体を液体容器２１の外面２１ｂに沿って下降させるための下降流路２４ｃを形成するとともに、当該第２誘導壁２４ｂと外側容器２２との間に、気体を外側容器２２の側壁部２２ｄの内壁面２２ｅに沿って上昇させるための上昇流路２４ｄを形成している。
【００５５】
また、第２誘導壁２４ｂと外側容器２２の下壁部２２ｆの上面との間には、下降流路２４ｃと上昇流路２４ｄとを連通する間隙が設けられている。
【００５６】
この第２誘導壁２４ｂによって、空間部３０内には、液体容器２１の外面２１ｂに沿う下降気流と外側容器２２の側壁部２２ｄに沿う上昇気流とが積極的に形成される。
【００５７】
取付け部２４ｃは、第１誘導壁２４ａと外側容器２２の上壁部２２ｃとを連結している。この取付け部２４ｃには、気体を通過させるための図略の通気部が設けられている。
【００５８】
上記液体供給装置（図示せず）には、供給パイプ４１の一端が接続されている。この供給パイプ４１の他端は液体容器２１内に位置しており、当該パイプ４１を通して液体が液体容器２１に供給される。また、供給パイプ４１には、液体の供給量を調整するためのバルブ４１ａが設けられている。
【００５９】
空温式気化器５０は、排気管２５に取り付けられている。この空温式気化器５０は、排気管２５内を通過する気体を所定温度まで温めるためのものである。
【００６０】
上記のように構成された気化装置２０では、供給パイプ４１を通って液体容器２１に供給された液体は、当該液体容器２１においてその冷熱をシリンダ１６の上部１６ａに供給することで気化される。そして、液体容器２１で気化した気体は、空間部３０を経由して排気口２２ａから排出される。詳細には、上記液体容器２１で気化した気体は、図１中に矢印で示すように、第１誘導壁２４ａによって側方へ誘導された後、液体容器２１と第２誘導壁２４ｂとの間の下降流路２４ｃを下降し、第２誘導壁２４ｂの下端の下を通って、第２誘導壁２４ｂと外側容器２２の側壁部２２ｄとの間の上昇流路２４ｄを上昇し、排気口２２ａに到達する。その後、当該気体は排気管２５を通って所定温度まで温められながら排出される。
【００６１】
従って、液体容器２１で気化した低温の気体は、空間部３０を通して排気口２２ａに至るまでの間に液体容器２１と断熱材２３の外壁面２３ａとの間を通過する際、断熱材２３の外壁面２３ａからの侵入熱を次々と吸収する。すなわち、液体容器２１で気化して当該液体容器２１から流出する気体を熱吸収媒体として有効利用することにより、液体容器２１の液体の冷熱が上記侵入熱によって消費されるのが継続して抑えられ、液体容器２１に対する断熱性が維持される。これにより、シリンダ１６の上部１６ａに供給される液体の冷熱量が安定し、スターリングエンジン１０の駆動効率、および、動力回収率が安定する。
【００６２】
また、液体容器２１で気化した気体が空間部３０を通ることによって当該液体容器２１に対する断熱が図られる構成であるので、空間部３０を通る低温の気体を別途用意する必要がなく、経済的である。
【００６３】
なお、冷熱（潜熱）を失って気化した気体の温度は、気化前の液体の温度とほぼ同じである。従って、そのような低温の気体が空間部３０に送り込まれても、液体容器２１の液体の冷熱が空間部３０の気体によって消費されることはほとんどなく、これによって断熱性が損なわれることはない。
【００６４】
また、外側容器２２の内壁面２２ｅを液体容器２１と間隔を置いて設けることにより外側容器２２と液体容器２１との間に空間部３０を形成するとともに、当該外側容器２２に排気口２２ａを設けることによって、液体容器２１で気化した気体が、当該液体容器２１を囲むように配される空間部３０に自然に流れ込むため、空間部３０への気体の供給が容易になる。また、外側容器２２の内壁面２２ｅの設置位置を工夫するだけで、当該空間部３０を簡単に形成することができる。
【００６５】
また、排気口２２ａを外側容器２２の上壁部２２ｃに設けることによって、侵入熱を吸収して昇温した気体が空間部３０内から速やかに排出されるため、空間部３０の温度上昇が抑えられる。
【００６６】
また、空間部３０に、液体容器２１で気化した気体を外側容器２２の側壁部２２ｄの内壁面２２ｅに沿って上昇させて排気口２２ａへと誘導する誘導部２４を設けることによって、空間部３０内に、外側容器２２の側壁部２２ｄに沿う上昇気流が積極的に形成されるので、空間部３０内を流れる気体による侵入熱の吸収が効率良く行われる。
【００６７】
また、第１誘導壁２４ａを設けることによって、気化した気体が侵入熱を吸収することなく排気口２２ａから排出されるのを抑えることができるので、気体による侵入熱の吸収がより効率良く行われる。
【００６８】
また、第２誘導壁２４ｂを設けて下降流路２４ｃおよび上昇流路２４ｄを形成することによって、空間部３０内に、液体容器２１の外面２１ａに沿う下降気流と外側容器２２の側壁部２２ｄの内壁面２２ｅに沿う上昇気流とが積極的に形成される。従って、空間部３０内を流れる気体による侵入熱の吸収がさらに効率良く行われる。
【００６９】
また、液体容器２１に液体を連続的に供給するための図略の液体供給装置を設けることによって、液体を気体に順次変換する連続気化システムとして機能させることができる。
【００７０】
なお、上記第１実施形態の変形例１として、図２に示すような液体容器２１への液体の供給経路を異ならせた構成の気化装置１２０を備えた動力回収システム１０１がある。この気化装置１２０では、供給パイプ１４１が、第１実施形態と異なり、排気管２５の壁面および第１誘導壁２４ａを貫通して液体容器２１まで延びている。このような構成であれば、外側容器２２および断熱材２３に、供給パイプを通すための孔を設ける必要がないので、断熱性の低下が抑えられる。
【００７１】
また、第１実施形態の変形例２として、図３に示すように、誘導部２４を省略した構成の気化装置２２０を備えた動力回収システム２０１であってもよい。この気化装置２２０においても、液体容器２１で気化した気体が、空間部３０に流れ込んで液体容器２１と断熱材２３の外壁面２３ａとの間を通過した後に排気口２２ａから排出されるようになる。なお、空間部３０に流れ込んだ気体は、断熱材２３の外壁面２３ａからの侵入熱を吸収することで昇温し、外側容器２２の側壁部２２ｄの内壁面２２ｅに沿って上昇する。このため、空間部３０内には、液体容器２１の外面２１ｂに沿う低温気体の下降気流と、外側容器２２の側壁部２２ｄに沿う高温気体の上昇気流とが自発的に形成される。このように、誘導部２４を省略して気化装置２２０の構成を簡略化しても、液体容器２１に対する断熱性をある程度維持可能である。
【００７２】
なお、変形例２のように誘導部２４を全て省略するのではなく、誘導部２４の第２誘導壁２４ｂのみを省略するようにしてもよい。この場合、第１誘導壁２４ａによって、液体容器２１で気化した気体の上昇が阻まれて当該気体が積極的に側方に誘導されるため、空間部３０内の気流形成がより積極的に行われるようになり、上記変形例２に比べて断熱性維持の効果がより得られる。
【００７３】
しかし、第１実施形態の気化装置２０のように、第２誘導壁２４ｂを備えることで、気体が空間部３０内で循環するのを防止することができるので、より好ましい。
【００７４】
（第２実施形態）
第２実施形態の動力回収システム３０１では、気化装置３２０が、図４に示すように、上記第１実施形態の空間部３０に加え、断熱材２３の内部に設けられた空間部３１をさらに備えている。なお、空間部３１は本発明の「第２空間部」に相当している。この空間部３１は、外側容器２２を囲むように外側容器２２と断熱材２３の外壁面２３ａとの間に形成されており、誘導パイプ３２を介して排気管２５と連通している。また、空間部３１には、当該空間部３１内の気体を排出するための排気パイプ３３が接続されている。
【００７５】
この第２実施形態の動力回収システム３０１によれば、液体容器２１で気化した気体を排気口２２ａに至るまでの間に液体容器２１と断熱材２３の外壁面２３ａとの間を通過させる空間部３０に加えて、排気口２２ａから排出された気体の一部を、誘導パイプ３２を通して液体容器２１と断熱材２３の外壁面２３ａとの間を通過させる空間部３１を設けたので、断熱材２３の外壁面２３ａからの侵入熱が、液体容器２１に到達する前に２つの空間部３０，３１で気体に次々と吸収される。従って、液体容器２１の液体の冷熱が侵入熱によって消費されるのがさらに抑えられる。
【００７６】
また、第２実施形態の変形例として、外側容器２２の排気口２２ａを塞ぐとともに、外側容器２２と空間部３１とを連通させ、さらに空間部３１を排気パイプ３３を介して図外の排出部に接続するように構成された動力回収システムであってもよい。
【００７７】
また、この変形例において、液体容器２１を省略して、液体を外側容器２２に直接貯留するように構成してもよい。この場合、空間部３０が省略され、空間部３１のみの構成となる。また、外側容器２２が本発明の「液体貯留部」に相当し、断熱材２３が単体で本発明の「外側部材」を構成する。
【００７８】
また、上記実施形態および変形例で示したスターリングエンジンは一例であり、その構成に限定されるものではない。従って、上記エンジンと異なる機構で動作する他のスターリングエンジンと気化装置とを組み合わせた動力回収システムに対しても本発明を適用可能である。
【００７９】
また、上記実施形態および変形例では、液体を液体容器２１の上方から注ぎ込むように供給したが、液体容器２１の側壁部を貫通するように供給パイプを配設し、その供給パイプを通して液体を容器２１内に供給する構成であってもよい。
【符号の説明】
【００８０】
１、１０１、２０１、３０１ 動力回収システム
１０ スターリングエンジン
１６ シリンダ
１６ａ 上部（冷熱用熱交換部）
１６ｂ 下部（温熱用熱交換部）
２０、１２０、２２０、３２０ 気化装置
２１ 液体容器（液体貯留部）
２１ｂ 外面
２２ 外側容器（外側部材）
２２ａ 排気口（排出部）
２２ｃ 上壁部
２２ｄ 側壁部
２２ｅ 内壁面
２３ 断熱材（外側部材）
２３ａ 外壁面
２４ 誘導部
２４ａ 第１誘導壁
２４ｂ 第２誘導壁
２４ｃ 下降流路
２４ｄ 上昇流路
３０ 空間部（第１空間部）
３１ 空間部（第２空間部）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
温熱用熱交換部および冷熱用熱交換部を有し、温熱用熱交換部に温熱が供給されるとともに冷熱用熱交換部に冷熱が供給されることで動力を生成するスターリングエンジンと、冷熱をもつ液体を前記冷熱用熱交換部に接触させた状態で収容し、その液体の冷熱を前記冷熱用熱交換部に供給することで当該液体を気化させる気化装置とを備えた動力回収システムであって、
前記気化装置は、液体を前記冷熱用熱交換部に接触させた状態で貯留する液体貯留部と、この液体貯留部を包むように設けられ、前記液体貯留部の周囲に空間部を形成する外側部材とを含み、
前記空間部は、前記液体貯留部とこの液体貯留部から離れた位置にあって液体貯留部で気化した気体を排出する排出部とに連通し、前記液体貯留部で気化した気体が当該空間部を通して前記液体貯留部から前記排出部に至るまでの間に前記液体貯留部と前記外側部材の外壁面との間を通過する形状を有することを特徴とする動力回収システム。
【請求項２】
前記外側部材は、前記液体貯留部と間隔を置いて設けられて液体貯留部との間に第１空間部を形成する内壁面を有し、
前記排出部が、前記外側部材に設けられた排気口を含むことを特徴とする請求項１に記載の動力回収システム。
【請求項３】
前記排気口が、前記外側部材の上壁部に設けられ、昇温により上昇した気体を排出することを特徴とする請求項２に記載の動力回収システム。
【請求項４】
前記気化装置は、前記第１空間部に設けられて、前記液体貯留部で気化した気体を前記外側部材の側壁部の内壁面に沿って上昇させて前記排気口へと誘導する誘導部を含むことを特徴とする請求項３に記載の動力回収システム。
【請求項５】
前記誘導部は、前記液体貯留部と前記排気口との間に設けられ、気体の液体貯留部から排気口への上昇を阻んで当該気体を側方に誘導する第１誘導壁を有することを特徴とする請求項４に記載の動力回収システム。
【請求項６】
前記誘導部は、前記第１誘導壁の周縁から下方に延在して、前記液体貯留部との間に、気体を当該液体貯留部の外面に沿って下降させるための下降流路を形成するとともに、前記外側部材との間に、気体を当該外側部材の側壁部の内壁面に沿って上昇させるための上昇流路を形成する第２誘導壁をさらに有することを特徴とする請求項５に記載の動力回収システム。
【請求項７】
前記外側部材の内部に、前記液体貯留部および前記排出部に連通する第２空間部が設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の動力回収システム。
【請求項８】
前記気化装置は、前記液体貯留部に接続されて、当該液体貯留部に液体を連続的に供給する液体供給装置をさらに備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の動力回収システム。
【請求項１】
温熱用熱交換部および冷熱用熱交換部を有し、温熱用熱交換部に温熱が供給されるとともに冷熱用熱交換部に冷熱が供給されることで動力を生成するスターリングエンジンと、冷熱をもつ液体を前記冷熱用熱交換部に接触させた状態で収容し、その液体の冷熱を前記冷熱用熱交換部に供給することで当該液体を気化させる気化装置とを備えた動力回収システムであって、
前記気化装置は、液体を前記冷熱用熱交換部に接触させた状態で貯留する液体貯留部と、この液体貯留部を包むように設けられ、前記液体貯留部の周囲に空間部を形成する外側部材とを含み、
前記空間部は、前記液体貯留部とこの液体貯留部から離れた位置にあって液体貯留部で気化した気体を排出する排出部とに連通し、前記液体貯留部で気化した気体が当該空間部を通して前記液体貯留部から前記排出部に至るまでの間に前記液体貯留部と前記外側部材の外壁面との間を通過する形状を有することを特徴とする動力回収システム。
【請求項２】
前記外側部材は、前記液体貯留部と間隔を置いて設けられて液体貯留部との間に第１空間部を形成する内壁面を有し、
前記排出部が、前記外側部材に設けられた排気口を含むことを特徴とする請求項１に記載の動力回収システム。
【請求項３】
前記排気口が、前記外側部材の上壁部に設けられ、昇温により上昇した気体を排出することを特徴とする請求項２に記載の動力回収システム。
【請求項４】
前記気化装置は、前記第１空間部に設けられて、前記液体貯留部で気化した気体を前記外側部材の側壁部の内壁面に沿って上昇させて前記排気口へと誘導する誘導部を含むことを特徴とする請求項３に記載の動力回収システム。
【請求項５】
前記誘導部は、前記液体貯留部と前記排気口との間に設けられ、気体の液体貯留部から排気口への上昇を阻んで当該気体を側方に誘導する第１誘導壁を有することを特徴とする請求項４に記載の動力回収システム。
【請求項６】
前記誘導部は、前記第１誘導壁の周縁から下方に延在して、前記液体貯留部との間に、気体を当該液体貯留部の外面に沿って下降させるための下降流路を形成するとともに、前記外側部材との間に、気体を当該外側部材の側壁部の内壁面に沿って上昇させるための上昇流路を形成する第２誘導壁をさらに有することを特徴とする請求項５に記載の動力回収システム。
【請求項７】
前記外側部材の内部に、前記液体貯留部および前記排出部に連通する第２空間部が設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の動力回収システム。
【請求項８】
前記気化装置は、前記液体貯留部に接続されて、当該液体貯留部に液体を連続的に供給する液体供給装置をさらに備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の動力回収システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−２５６７７５（Ｐ２０１１−２５６７７５Ａ）
【公開日】平成２３年１２月２２日（２０１１．１２．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１３１６４９（Ｐ２０１０−１３１６４９）
【出願日】平成２２年６月９日（２０１０．６．９）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【出願人】（０００２１３２９７）中部電力株式会社 (811)
【公開日】平成２３年１２月２２日（２０１１．１２．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月９日（２０１０．６．９）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【出願人】（０００２１３２９７）中部電力株式会社 (811)
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