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JP2009115065A - Energy conversion system - Google Patents

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JP2009115065A
JP2009115065A JP2007292448A JP2007292448A JP2009115065A JP 2009115065 A JP2009115065 A JP 2009115065A JP 2007292448 A JP2007292448 A JP 2007292448A JP 2007292448 A JP2007292448 A JP 2007292448A JP 2009115065 A JP2009115065 A JP 2009115065A
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Japan
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cooling medium
working medium
heat exchanger
stirling engine
heat
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JP2007292448A
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Inventor
Hideo Kashima
秀雄 加島
Kitayoshi Suzuki
北吉 鈴木
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Sanden Corp
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Sanden Corp
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an energy conversion system having simple structure and high exhaust heat recovery efficiency and capable of obtaining high energy conversion efficiency. <P>SOLUTION: The energy conversion system 1A has a Rankine cycle circuit 11 and a Stirling engine 12, and a working medium of the Rankine cycle circuit 11 and a high temperature side piston of the Stirling engine 12 are heated by a heater 13. Generators 20, 22 are connected to an expansion device 15 of the Rankine cycle circuit 11 and the Stirling engine 12, respectively. A cooling medium of the Stirling engine 12 flowing out of a cooling medium storage tank 34 performs heat exchange with the working medium of the Rankine cycle circuit 11 by a heat exchanger 16 and absorbs the heat of the working medium. In addition, the cooling medium absorbs the heat of a low temperature part of the Stirling engine by a water jacket 33 and exhaust the heat of the heater 13 by an exhaust heat recovery part 37h of an exhaust heat recovery device 14, and then is stored in the cooling medium storage tank 34. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、ランキンサイクル回路とスターリングエンジンとを複合したエネルギー変換システムに関する。   The present invention relates to an energy conversion system that combines a Rankine cycle circuit and a Stirling engine.

近年、資源問題や環境問題が重視され、熱機関等のエネルギー変換効率の向上や廃棄エネルギーの有効活用が重要課題となっている。このため、従来、ランキンサイクル回路とスターリングエンジンとを複合させたエネルギー変換システムが提案されている。例えば特許文献1には、図19に示す模式図のように、ランキンサイクル回路100とスターリングエンジン200とを複合させて発電を行うエネルギー変換システム(複合冷熱発電装置)300が記載されている。   In recent years, resource issues and environmental issues have been emphasized, and improvement of energy conversion efficiency of heat engines and the like and effective utilization of waste energy have become important issues. For this reason, conventionally, an energy conversion system in which a Rankine cycle circuit and a Stirling engine are combined has been proposed. For example, Patent Document 1 describes an energy conversion system (composite cooling power generation apparatus) 300 that generates power by combining a Rankine cycle circuit 100 and a Stirling engine 200 as shown in a schematic diagram of FIG.

このエネルギー変換システム300はランキンサイクル回路100内にエバポレータ(蒸発器)101で蒸発させられた作動媒体により駆動される膨張機(膨張タービン)102と膨張後の作動媒体を凝縮させるコンデンサ(凝縮器)103を備え、膨張機102には膨張機102の駆動によって発電するジェネレータ(発電機)104が取り付けられている。   The energy conversion system 300 includes an expander (expansion turbine) 102 driven by a working medium evaporated by an evaporator (evaporator) 101 in the Rankine cycle circuit 100 and a condenser (condenser) that condenses the expanded working medium. 103, and a generator (generator) 104 that generates power by driving the expander 102 is attached to the expander 102.

一方、スターリングエンジン200は、高温側シリンダ(図示せず)を設けた高温部202と低温側シリンダ(図示せず)を設けた低温部204との間で作動ガスを往復させ、作動ガスが膨張と収縮とを繰り返すことで駆動される。スターリングエンジン200にもジェネレータ(発電機)201が取り付けられている。スターリングエンジン200の高温部202が加熱された際の排熱は回収されて、ランキンサイクル回路100内のエバポレータ101に供給される。ランキンサイクル回路100の作動媒体は膨張機102で膨張したのちコンデンサ103において第二の冷却媒体としての液化天然ガスと熱交換が行われて凝縮し、一方、スターリングエンジン200の冷却媒体(冷却用熱媒体)は、スターリングエンジン200と気化器203との間で循環し、スターリングエンジン200の低温部204で熱交換を行い温度上昇したのち、気化器203において、コンデンサ103を通過した第二の冷却媒体と熱交換が行われて冷却される。
特開2006−329059号公報
On the other hand, the Stirling engine 200 reciprocates the working gas between a high temperature part 202 provided with a high temperature side cylinder (not shown) and a low temperature part 204 provided with a low temperature side cylinder (not shown), and the working gas expands. It is driven by repeating and contracting. A generator (generator) 201 is also attached to the Stirling engine 200. Waste heat generated when the high temperature section 202 of the Stirling engine 200 is heated is recovered and supplied to the evaporator 101 in the Rankine cycle circuit 100. The working medium of the Rankine cycle circuit 100 is expanded by the expander 102 and then condensed in the condenser 103 through heat exchange with the liquefied natural gas as the second cooling medium, while the cooling medium (cooling heat) of the Stirling engine 200 is condensed. The medium) circulates between the Stirling engine 200 and the vaporizer 203, heat-exchanges in the low-temperature part 204 of the Stirling engine 200, rises in temperature, and then passes through the condenser 103 in the vaporizer 203. And heat exchange is performed and cooled.
JP 2006-329059 A

しかし、上記特許文献1に記載の発明は、ランキンサイクル回路の作動媒体とスターリングエンジンの冷却媒体とを、排熱を吸収し廃棄するための第二の冷却媒体によってそれぞれ凝縮・冷却するため、コンデンサと気化器とを別途設けなければならず、又、作動媒体の導通管と冷却媒体の導通管との他に第二の冷却媒体の導通管を設けなければならないため、構造が複雑化するという問題がある。また、上記特許文献1に記載の発明は、作動媒体をコンデンサで、冷却媒体を気化器でそれぞれ別個に熱交換するため、総合的な熱交換効率が低くなり、熱交換後の排熱を再利用するような場合のエネルギー利用効率が低下するという問題がある。   However, the invention described in Patent Document 1 condenses and cools the working medium of the Rankine cycle circuit and the cooling medium of the Stirling engine by the second cooling medium for absorbing and discarding the exhaust heat. And a vaporizer must be provided separately, and in addition to the working medium conduction pipe and the cooling medium conduction pipe, a second cooling medium conduction pipe must be provided, which complicates the structure. There's a problem. In the invention described in Patent Document 1, since the working medium is separately exchanged with the condenser and the cooling medium is separately exchanged with the vaporizer, the overall heat exchange efficiency is lowered, and the exhaust heat after the heat exchange is restored. There is a problem that the energy utilization efficiency in the case of using it decreases.

本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、簡易な構造で排熱回収効率が高く、高いエネルギー変換効率を得ることができるエネルギー変換システムを提供することを課題としている。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an energy conversion system that has a simple structure, high exhaust heat recovery efficiency, and high energy conversion efficiency.

かかる課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、作動媒体の膨張エネルギーを運動エネルギーに変換する膨張機を備えたランキンサイクル回路と、膨張室内の作動ガスを加熱膨張させる高温部及び前記作動ガスを冷却収縮させる低温部を備え熱エネルギーを運動エネルギーに変換するスターリングエンジンとを備えたエネルギー変換システムにおいて、前記スターリングエンジンの前記低温部を冷却する冷却媒体と前記作動媒体との間で熱交換を行う熱交換器を備えたことを特徴とする。   In order to solve this problem, the invention described in claim 1 includes a Rankine cycle circuit including an expander that converts expansion energy of a working medium into kinetic energy, a high-temperature unit that heats and expands the working gas in the expansion chamber, and An energy conversion system comprising a low temperature part for cooling and shrinking the working gas and a Stirling engine for converting thermal energy into kinetic energy, between the cooling medium for cooling the low temperature part of the Stirling engine and the working medium A heat exchanger for performing heat exchange is provided.

請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の構成に加え、前記熱交換器には、前記膨張機を通過して膨張エネルギーが運動エネルギーに変換された前記作動媒体と前記スターリングエンジンの前記低温部に供給される前の前記冷却媒体とが供給されることを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in addition to the configuration of the first aspect, the heat exchanger includes the working medium in which expansion energy is converted into kinetic energy through the expander and the Stirling engine. The cooling medium before being supplied to the low temperature part is supplied.

請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の構成に加え、前記ランキンサイクル回路に設けられた前記作動媒体に膨張エネルギーを与えるために熱を吸収する加熱部及び前記スターリングエンジンの高温部のうち少なくとも何れか一方を加熱する加熱器と、該加熱器から発生された熱を通過させる排熱回収器とが設けられ、該排熱回収器に前記冷却媒体を通過させ該冷却媒体と前記排熱回収器内部の空気とを熱交換する排熱回収部が配設されたことを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in addition to the configuration of the first or second aspect, a heating unit that absorbs heat to give expansion energy to the working medium provided in the Rankine cycle circuit and the Stirling engine A heater for heating at least one of the high-temperature parts and an exhaust heat recovery unit for passing the heat generated from the heater are provided, and the cooling medium is passed through the exhaust heat recovery unit. And an exhaust heat recovery section for exchanging heat with the air inside the exhaust heat recovery unit.

請求項4に記載の発明は、請求項1乃至3の何れか一つに記載の構成に加え、ジェネレータ、モータ等の回転機を備え、該回転機が前記スターリングエンジンの出力軸及び前記ランキンサイクル回路の膨張機の出力軸のそれぞれに、又は、何れか一方のみに接続されて、前記回転機に回転運動エネルギーが供給されて駆動されるようにしたことを特徴とする。   The invention according to claim 4 is provided with a rotating machine such as a generator or a motor in addition to the configuration according to any one of claims 1 to 3, and the rotating machine includes the output shaft of the Stirling engine and the Rankine cycle. It is connected to each of the output shafts of the expander of the circuit, or only one of them, and rotational kinetic energy is supplied to the rotating machine so as to be driven.

請求項5に記載の発明は、請求項1乃至4の何れか一つに記載の構成に加え、前記スターリングエンジンの出力軸と前記膨張機の出力軸とが連結されたことを特徴とする。   The invention according to claim 5 is characterized in that, in addition to the structure according to any one of claims 1 to 4, an output shaft of the Stirling engine and an output shaft of the expander are connected.

請求項6に記載の発明は、請求項5に記載の構成に加え、前記スターリングエンジンの出力軸と前記膨張機の出力軸との連結部分には、それぞれの前記出力軸の回転数を機構、流体等によって調節することでそれぞれの前記出力軸を所定の回転比で回転させる回転調節部が設けられたことを特徴とする。   In addition to the structure of Claim 5, the invention of Claim 6 is a mechanism for controlling the rotational speed of each of the output shafts at a connection portion between the output shaft of the Stirling engine and the output shaft of the expander, The present invention is characterized in that a rotation adjusting unit is provided that rotates each output shaft at a predetermined rotation ratio by adjusting with a fluid or the like.

請求項7に記載の発明は、請求項6に記載の構成に加え、前記回転調節部は遊星歯車機構等のギア機構、トルクコンバータ、無段変速機等の変速手段によって形成されたことを特徴とする。   According to a seventh aspect of the invention, in addition to the configuration of the sixth aspect, the rotation adjusting portion is formed by a speed change means such as a gear mechanism such as a planetary gear mechanism, a torque converter, or a continuously variable transmission. And

請求項8に記載の発明は、請求項1乃至7の何れか一つに記載の構成に加え、前記低温部を通過した前記冷却媒体を貯蔵する冷却媒体貯蔵槽を備えたことを特徴とする。   The invention according to claim 8 is characterized in that, in addition to the configuration according to any one of claims 1 to 7, a cooling medium storage tank for storing the cooling medium that has passed through the low temperature part is provided. .

請求項9に記載の発明は、請求項8に記載の構成に加え、前記冷却媒体貯蔵槽に貯蔵された前記冷却媒体を前記低温部に供給し前記冷却媒体貯蔵槽と前記低温部との間で前記冷却媒体を循環させる冷却媒体導通管が設けられたことを特徴とする。   According to a ninth aspect of the present invention, in addition to the configuration of the eighth aspect, the cooling medium stored in the cooling medium storage tank is supplied to the low temperature part, and the cooling medium storage tank and the low temperature part are provided. And a cooling medium conducting tube for circulating the cooling medium is provided.

請求項10に記載の発明は、請求項8又は9に記載の構成に加え、前記冷却媒体の流路として、前記冷却媒体貯蔵槽から流出した前記冷却媒体を前記熱交換器に流入させる第一の冷却媒体流路と、前記冷却媒体貯蔵槽から流出した前記冷却媒体を前記低温部に流入させる第二の冷却媒体流路とが設けられ、前記第一の冷却媒体流路及び前記第二の冷却媒体流路に対する前記冷却媒体の流量を調節する冷却媒体流量調節弁が設けられたことを特徴とする。   According to a tenth aspect of the present invention, in addition to the configuration according to the eighth or ninth aspect, the cooling medium flowing out from the cooling medium storage tank is allowed to flow into the heat exchanger as a flow path for the cooling medium. Cooling medium flow path and a second cooling medium flow path for allowing the cooling medium flowing out from the cooling medium storage tank to flow into the low temperature portion, the first cooling medium flow path and the second cooling medium flow path are provided. A cooling medium flow rate adjustment valve is provided for adjusting the flow rate of the cooling medium with respect to the cooling medium flow path.

請求項11に記載の発明は、請求項8乃至10の何れか一つに記載の構成に加え、前記低温部を通過した前記冷却媒体が導通する前記冷却媒体導通管又は前記冷却媒体貯蔵槽のうち少なくとも何れか一方に連結されて、前記冷却媒体及び前記冷却媒体貯蔵層に貯蔵された前記冷却媒体のうち少なくとも何れか一方を外部に流出させる外部流路と、前記外部流路の前記冷却媒体の流量を調節する流出量調節弁とが設けられたことを特徴とする。   The invention according to claim 11 is the configuration according to any one of claims 8 to 10, in addition to the cooling medium conducting pipe or the cooling medium storage tank through which the cooling medium that has passed through the low temperature portion is conducted. An external channel connected to at least one of the cooling medium and the cooling medium and the cooling medium stored in the cooling medium storage layer to flow out to the outside, and the cooling medium of the external channel And an outflow amount adjusting valve for adjusting the flow rate of the gas.

請求項12に記載の発明は、請求項1乃至11の何れか一つに記載の構成に加え、第二作動媒体を圧縮するコンプレッサと、屋内の空気と前記第二作動媒体との間で熱交換を行う第二熱交換器とを備えた冷凍空調サイクル回路が設けられ、   According to a twelfth aspect of the present invention, in addition to the structure according to any one of the first to eleventh aspects, a compressor that compresses the second working medium, heat between indoor air and the second working medium. A refrigerating and air-conditioning cycle circuit provided with a second heat exchanger for performing exchange,

前記コンプレッサが前記スターリングエンジンの出力軸及び前記膨張機の出力軸のうち少なくとも何れか一方に接続されたことを特徴とする。   The compressor is connected to at least one of an output shaft of the Stirling engine and an output shaft of the expander.

請求項13に記載の発明は、請求項12に記載の構成に加え、前記冷凍空調サイクル回路の前記第二作動媒体と前記スターリングエンジンの冷却媒体との間で熱交換を行う第三熱交換器を備えたことを特徴とする。   According to a thirteenth aspect of the present invention, in addition to the configuration of the twelfth aspect, a third heat exchanger that exchanges heat between the second working medium of the refrigeration air-conditioning cycle circuit and the cooling medium of the Stirling engine. It is provided with.

請求項14に記載の発明は、請求項13に記載の構成に加え、前記第三熱交換器と、前記ランキンサイクル回路の作動媒体と前記スターリングエンジンの冷却媒体との間で熱交換を行う前記熱交換器とがそれぞれ設けられ、前記冷却媒体の流路として、前記冷却媒体貯蔵槽から流出した前記冷却媒体を前記熱交換器に流入させる第三の冷却媒体流路と、前記冷却媒体貯蔵槽から流出した前記冷却媒体を前記第三熱交換器に流入させる第四の冷却媒体流路とが設けられ、前記第三の冷却媒体流路及び前記第四の冷却媒体流路に対する前記冷却媒体の流量を調節する第二の冷却媒体流量調節弁が設けられたことを特徴とする。   According to a fourteenth aspect of the present invention, in addition to the configuration according to the thirteenth aspect, the third heat exchanger, the working medium of the Rankine cycle circuit, and the cooling medium of the Stirling engine perform heat exchange. A heat exchanger and a third cooling medium flow path for allowing the cooling medium flowing out from the cooling medium storage tank to flow into the heat exchanger as the cooling medium flow path; and the cooling medium storage tank A fourth cooling medium flow path for allowing the cooling medium flowing out from the third heat exchanger to flow into the third heat exchanger, and the cooling medium flow path with respect to the third cooling medium flow path and the fourth cooling medium flow path. A second coolant flow rate adjustment valve for adjusting the flow rate is provided.

請求項15に記載の発明は、請求項12乃至14の何れか一つに記載の構成に加え、前記冷凍空調サイクル回路は、前記第二作動媒体と屋外の空気とを強制的に熱交換させる第四熱交換器を備えたことを特徴とする。   According to a fifteenth aspect of the present invention, in addition to the configuration according to any one of the twelfth to fourteenth aspects, the refrigeration air conditioning cycle circuit forcibly exchanges heat between the second working medium and outdoor air. A fourth heat exchanger is provided.

請求項16に記載の発明は、請求項12乃至15の何れか一つに記載の構成に加え、前記スターリングエンジンの出力軸及び前記膨張機の出力軸のうち少なくとも何れか一方には前記コンプレッサと前記回転機とが接続され、前記出力軸と前記コンプレッサ及び前記回転機との接続部分には、前記スターリングエンジン及び前記膨張機のうち少なくとも何れか一方から出力される駆動力の、前記コンプレッサ及び前記回転機のうちの一方又は双方に対する伝達状態を調節する回転調節部が設けられたことを特徴とする。   According to a sixteenth aspect of the present invention, in addition to the configuration according to any one of the twelfth to fifteenth aspects, at least one of the output shaft of the Stirling engine and the output shaft of the expander includes the compressor. The rotating machine is connected, and a connecting portion between the output shaft, the compressor, and the rotating machine has a driving force output from at least one of the Stirling engine and the expander, and the compressor and the A rotation adjusting unit for adjusting a transmission state to one or both of the rotating machines is provided.

請求項17に記載の発明は、請求項12乃至16の何れか一つに記載の構成に加え、前記冷凍空調サイクル回路において、前記第二作動媒体の流路を切り替えて、前記第二熱交換器をエバポレータとして使用するための第一循環路及び前記第二熱交換器をコンデンサとして使用するための第二循環路の何れかを形成する四方弁を備えたことを特徴とする。   According to a seventeenth aspect of the present invention, in addition to the configuration according to any one of the twelfth to sixteenth aspects, in the refrigeration air-conditioning cycle circuit, the flow path of the second working medium is switched, and the second heat exchange And a four-way valve forming either a first circuit for using the condenser as an evaporator or a second circuit for using the second heat exchanger as a condenser.

請求項18に記載の発明は、請求項1乃至17の何れか一つに記載の構成に加え、前記ランキンサイクル回路の作動媒体と周囲の空気とを強制的に熱交換させて前記作動媒体を冷却する第五熱交換器が設けられ、前記作動媒体の流路として、前記膨張機から流出した前記作動媒体を前記熱交換器に通過させる第一の作動媒体流路と、前記膨張機から流出した前記作動媒体を前記第五熱交換器に通過させる第二の作動媒体流路とが設けられ、前記第一の作動媒体流路及び前記第二の作動媒体流路に対する前記作動媒体の流量を調節する作動媒体流量調節弁が設けられたことを特徴とする。   According to an eighteenth aspect of the present invention, in addition to the configuration according to any one of the first to seventeenth aspects, the working medium of the Rankine cycle circuit and the surrounding air are forcibly exchanged with heat to cause the working medium to be exchanged. A fifth heat exchanger for cooling is provided, and as the working medium flow path, a first working medium flow path for allowing the working medium flowing out from the expander to pass through the heat exchanger, and an outflow from the expander A second working medium flow path for passing the working medium through the fifth heat exchanger is provided, and the flow rate of the working medium with respect to the first working medium flow path and the second working medium flow path is set. A working medium flow control valve for adjusting is provided.

請求項1に記載の発明によれば、ランキンサイクル回路とスターリングエンジンとを備えたエネルギー変換システムにおいて、スターリングエンジンの低温部を冷却する冷却媒体とスターリングエンジンの作動媒体との間で熱交換を行う熱交換器を備えたことにより、冷却媒体と作動媒体との間で直接熱交換を行うことが可能となる。これにより、ランキンサイクル回路の排熱を、排熱を回収するための第二の冷却媒体を介在させることなく、冷却媒体のみによって回収することが可能になり、排熱を再利用する場合のエネルギー変換効率を向上させることができる。   According to the first aspect of the present invention, in the energy conversion system including the Rankine cycle circuit and the Stirling engine, heat exchange is performed between the cooling medium that cools the low temperature portion of the Stirling engine and the working medium of the Stirling engine. By including the heat exchanger, it is possible to directly exchange heat between the cooling medium and the working medium. As a result, the exhaust heat of the Rankine cycle circuit can be recovered only by the cooling medium without interposing the second cooling medium for recovering the exhaust heat, and the energy when the exhaust heat is reused. Conversion efficiency can be improved.

また、請求項1に記載の発明によれば、第二の冷却媒体を導通させるための導通管を設けたり、第二の冷却媒体と作動媒体とを熱交換させるコンデンサ及び第二の作動媒体と冷却媒体とを熱交換させる気化器を別個に設けたりする必要がなく、システム全体の構成を簡素化することができる。これにより、簡易な構造で排熱回収効率が高く、高いエネルギー変換効率を得ることができるエネルギー変換システムを構築できる。   According to the first aspect of the present invention, there is provided a conducting pipe for conducting the second cooling medium, a capacitor for exchanging heat between the second cooling medium and the working medium, and the second working medium; It is not necessary to separately provide a vaporizer that exchanges heat with the cooling medium, and the configuration of the entire system can be simplified. Thereby, it is possible to construct an energy conversion system that has a simple structure, high exhaust heat recovery efficiency, and high energy conversion efficiency.

請求項2に記載の発明によれば、熱交換器には、膨張機を通過して膨張エネルギーが運動エネルギーに変換された作動媒体とスターリングエンジンの低温部に供給される前の冷却媒体とが供給されることにより、膨張機を通過した後の比較的低温の作動媒体と作動媒体よりも低温の冷却媒体との熱交換を行って作動媒体を冷却媒体で冷却した後に、この冷却媒体を比較的高温であるスターリングエンジンの低温部に供給できる。これにより、熱交換の効率を低下させることなく、また、作動媒体の膨張後に残っている排熱を余すところなく回収できると共に、冷却媒体によって作動媒体と低温部を冷却できて、一層高いエネルギー変換効率を得ることができる。   According to the second aspect of the present invention, the heat exchanger includes the working medium in which the expansion energy is converted into kinetic energy through the expander and the cooling medium before being supplied to the low temperature portion of the Stirling engine. After being passed through the expander, the heat exchange between the relatively low temperature working medium and the cooling medium cooler than the working medium is performed to cool the working medium with the cooling medium, and then the cooling medium is compared. It can be supplied to the low temperature part of the Stirling engine, which is a high temperature. This makes it possible to recover the exhaust heat remaining after expansion of the working medium without reducing the efficiency of heat exchange, and to cool the working medium and the low-temperature part with the cooling medium, thereby further increasing energy conversion. Efficiency can be obtained.

請求項3に記載の発明によれば、ランキンサイクル回路に設けられた作動媒体に膨張エネルギーを与えるために熱を吸収する加熱部及びスターリングエンジンの高温部のうち少なくとも何れか一方を加熱する加熱器と、加熱器から発生された熱を通過させる排熱回収器とが設けられ、排熱回収器に冷却媒体を通過させ冷却媒体と排熱回収器内部の空気とを熱交換する排熱回収部が配設されたことにより、加熱器が発生した熱のうち作動媒体やスターリングエンジンの高温部の加熱時に用いられなかった排熱を排熱回収部を通過する冷却媒体によって回収できるので、熱の廃棄量を減少させることができる。   According to the third aspect of the present invention, a heater that heats at least one of a heating unit that absorbs heat to give expansion energy to a working medium provided in the Rankine cycle circuit and a high-temperature unit of a Stirling engine. And an exhaust heat recovery unit that passes heat generated from the heater, and passes the cooling medium through the exhaust heat recovery unit to exchange heat between the cooling medium and the air inside the exhaust heat recovery unit Since the exhaust heat generated by the heater can be recovered by the cooling medium that passes through the exhaust heat recovery unit, the exhaust heat that is not used when heating the working medium and the high temperature part of the Stirling engine can be recovered. The amount of waste can be reduced.

請求項4に記載の発明によれば、ジェネレータ、モータ等の回転機を備え、回転機がスターリングエンジンの出力軸及びランキンサイクル回路の膨張機の出力軸のそれぞれに、又は、何れか一方のみに接続されて、回転機に回転運動エネルギーが供給されて駆動されるようにしたことにより、スターリングエンジン及びランキンサイクル回路のうち少なくとも何れか一方から出力されたエネルギーによって、回転機を駆動させることができる。これにより、出力軸の回転運動のエネルギーから多様な運動エネルギーや電力エネルギーを効率よく取得することができる。   According to the fourth aspect of the present invention, a rotating machine such as a generator or a motor is provided, and the rotating machine is provided on each of the output shaft of the Stirling engine and the output shaft of the expander of the Rankine cycle circuit, or on only one of them. By being connected and driven by supplying rotational kinetic energy to the rotating machine, the rotating machine can be driven by the energy output from at least one of the Stirling engine and the Rankine cycle circuit. . Thereby, various kinetic energy and electric power energy can be efficiently acquired from the energy of the rotational motion of an output shaft.

請求項5に記載の発明によれば、スターリングエンジンの出力軸と膨張機の出力軸とが連結されたことにより、連結された出力軸をスターリングエンジンから出力されるエネルギーとランキンサイクル回路から出力されるエネルギーとによって駆動し、連結された出力軸に接続された一の回転機から大きな出力を得ることができる。   According to the fifth aspect of the present invention, the output shaft of the Stirling engine and the output shaft of the expander are connected to each other, so that the connected output shaft is output from the Stirling engine and the Rankine cycle circuit. It is possible to obtain a large output from a single rotating machine connected to an output shaft connected to the output shaft.

請求項6に記載の発明によれば、スターリングエンジンの出力軸と膨張機の出力軸との連結部分には、それぞれの出力軸の回転数を機構、流体等によって調節することでそれぞれの出力軸を所定の回転比で回転させる回転調節部が設けられたことにより、スターリングエンジンとランキンサイクル回路との駆動状態の相違等によりそれぞれの出力軸の回転数が相違しても回転調節部によって回転数の相違を調節して回転数の同期をとりスターリングエンジンと膨張機の合力を得ることができ、回転機へのエネルギーの伝達ロスの発生を抑止できる。   According to the sixth aspect of the present invention, the output shaft of the connecting portion between the output shaft of the Stirling engine and the output shaft of the expander is adjusted by adjusting the rotational speed of each output shaft by a mechanism, fluid, or the like. Is provided with a rotation adjustment unit that rotates the engine at a predetermined rotation ratio, so that even if the rotation speed of each output shaft is different due to a difference in driving state between the Stirling engine and the Rankine cycle circuit, the rotation adjustment unit rotates the rotation speed. By adjusting the difference between them, the rotational speed can be synchronized to obtain the resultant force of the Stirling engine and the expander, and the transmission loss of energy to the rotary machine can be suppressed.

請求項7に記載の発明によれば、回転調節部は遊星歯車機構等のギア機構、トルクコンバータ、無段変速機等の変速手段によって形成されたことにより、連結された複数の出力軸の回転数の調節を機構や流体を用いた具体的な装置によって実現できる。   According to the seventh aspect of the present invention, the rotation adjusting portion is formed by a gear mechanism such as a planetary gear mechanism, a speed change means such as a torque converter, a continuously variable transmission, etc. The number can be adjusted by a specific device using a mechanism or a fluid.

請求項8に記載の発明によれば、低温部を通過した冷却媒体を貯蔵する冷却媒体貯蔵槽を備えたことにより、冷却媒体によって回収した排熱を媒体貯蔵槽に保存することができる。また、貯蔵した冷却媒体を取り出して、冷却媒体及び冷却媒体が回収した排熱を多目的に利用することが可能になる。これにより、システムの利用者が使用可能なエネルギー量を増大させることができる。   According to the eighth aspect of the invention, since the cooling medium storage tank that stores the cooling medium that has passed through the low temperature portion is provided, the exhaust heat recovered by the cooling medium can be stored in the medium storage tank. Further, the stored cooling medium can be taken out, and the exhaust heat recovered by the cooling medium and the cooling medium can be used for multiple purposes. Thereby, the energy amount which can be used by the user of the system can be increased.

請求項9に記載の発明によれば、冷却媒体貯蔵槽に貯蔵された冷却媒体を低温部に供給し前記冷却媒体貯蔵槽と前記低温部との間で前記冷却媒体を循環させる冷却媒体導通管が設けられたことにより、冷却媒体貯蔵槽に貯蔵された冷却媒体でスターリングエンジンを冷却でき、スターリングエンジンと冷却媒体貯蔵槽との間で冷却媒体を循環させることができて、冷却媒体の利用効率を高めることができる。また、継続して循環する冷却媒体を冷却媒体貯蔵槽に貯蔵することで、冷却媒体貯蔵槽に大きな熱量を貯蔵でき、冷却媒体を取り出して熱を使用する際の利便性が高められる。これにより、冷却媒体の使用量の増大を抑止し、熱利用の利便性を向上させることができる。   According to the ninth aspect of the present invention, the cooling medium conducting pipe that supplies the cooling medium stored in the cooling medium storage tank to the low temperature part and circulates the cooling medium between the cooling medium storage tank and the low temperature part. The Stirling engine can be cooled with the cooling medium stored in the cooling medium storage tank, and the cooling medium can be circulated between the Stirling engine and the cooling medium storage tank. Can be increased. Further, by storing the continuously circulating cooling medium in the cooling medium storage tank, a large amount of heat can be stored in the cooling medium storage tank, and convenience when taking out the cooling medium and using the heat is enhanced. Thereby, the increase in the usage-amount of a cooling medium can be suppressed and the convenience of heat utilization can be improved.

請求項10に記載の発明によれば、冷却媒体の流路として、冷却媒体貯蔵槽から流出した冷却媒体を熱交換器に流入させる第一の冷却媒体流路と、冷却媒体貯蔵槽から流出した冷却媒体を低温部に流入させる第二の冷却媒体流路とが設けられたことにより、冷却媒体貯蔵槽から流出した冷却媒体を低温部に直接供給することができ、スターリングエンジンの熱効率を向上させることができる。また、第一の冷却媒体流路及び第二の冷却媒体流路に対する冷却媒体の流量を調節する冷却媒体流量調節弁が設けられたことにより、ランキンサイクル回路やスターリングエンジンの作動状態に基づいてランキンサイクル回路の作動媒体の冷却に用いる冷却媒体の流量及びスターリングエンジンの冷却効率を高めるために用いる冷却媒体の流量を制御することができる。   According to the invention described in claim 10, as the cooling medium flow path, the cooling medium flowing out from the cooling medium storage tank flows into the heat exchanger, and the first cooling medium flow path flows out from the cooling medium storage tank. By providing the second cooling medium flow path for allowing the cooling medium to flow into the low temperature part, the cooling medium flowing out from the cooling medium storage tank can be directly supplied to the low temperature part, and the thermal efficiency of the Stirling engine is improved. be able to. Further, a cooling medium flow rate adjusting valve for adjusting the flow rate of the cooling medium with respect to the first cooling medium flow path and the second cooling medium flow path is provided. The flow rate of the cooling medium used for cooling the working medium of the cycle circuit and the flow rate of the cooling medium used for increasing the cooling efficiency of the Stirling engine can be controlled.

請求項11に記載の発明によれば、低温部を通過した冷却媒体が導通する冷却媒体導通管及び冷却媒体貯蔵槽のうち少なくとも何れか一方に連結されて、冷却媒体及び冷却媒体貯蔵層に貯蔵された冷却媒体のうち少なくとも何れか一方を外部に流出させる外部流路が設けられたことにより、排熱を回収した冷却媒体を容易に外部に取り出すことが可能になる。また、外部流路の冷却媒体の流量を調節する流出量調節弁が設けられたことにより、冷却媒体を外部に取り出すとき外部流路からの吐水量を制御することができる。これにより、冷却媒体及び冷却媒体が回収した排熱を利用する際の利便性を向上させることができる。   According to the eleventh aspect of the present invention, the cooling medium that has passed through the low temperature portion is connected to at least one of the cooling medium conduction pipe and the cooling medium storage tank, and is stored in the cooling medium and the cooling medium storage layer. By providing the external flow path for allowing at least one of the cooled cooling medium to flow out, the cooling medium from which the exhaust heat has been recovered can be easily taken out. In addition, since the outflow amount adjusting valve for adjusting the flow rate of the cooling medium in the external flow path is provided, the amount of water discharged from the external flow path can be controlled when the cooling medium is taken out. Thereby, the convenience at the time of utilizing the cooling medium and the exhaust heat recovered by the cooling medium can be improved.

請求項12に記載の発明によれば、第二作動媒体を圧縮するコンプレッサと、屋内の空気と第二作動媒体との間で熱交換を行う第二熱交換器とを備えた冷凍空調サイクル回路が設けられ、コンプレッサがスターリングエンジンの出力軸及び膨張機の出力軸のうち少なくとも何れか一方に接続されたことにより、スターリングエンジン及び膨張機のうち少なくとも何れか一つの出力で冷凍空調サイクル回路に駆動力を供給して、第二熱交換器によって屋内の空気の暖房や冷房などを行う空気調和装置を実現できる。これにより、システムをより多目的に利用できる。   According to invention of Claim 12, the refrigerating air-conditioning cycle circuit provided with the compressor which compresses a 2nd working medium, and the 2nd heat exchanger which performs heat exchange between indoor air and a 2nd working medium The compressor is connected to at least one of the output shaft of the Stirling engine and the output shaft of the expander, so that the refrigeration and air conditioning cycle circuit is driven by the output of at least one of the Stirling engine and the expander. An air conditioner that supplies power and heats or cools indoor air by the second heat exchanger can be realized. As a result, the system can be used more versatilely.

請求項13に記載の発明によれば、冷凍空調サイクル回路の第二作動媒体とスターリングエンジンの冷却媒体との間で熱交換を行う第三熱交換器を備えたことにより、第二作動媒体を冷却媒体で冷却することを可能にする。これにより、冷凍空調サイクル回路を含むシステム構成要素相互間で熱交換を行い、一層高いエネルギー変換効率を得ることができる。   According to the invention described in claim 13, by providing the third heat exchanger that performs heat exchange between the second working medium of the refrigeration air-conditioning cycle circuit and the cooling medium of the Stirling engine, the second working medium is obtained. Allows cooling with a cooling medium. Thereby, heat exchange can be performed between the system components including the refrigeration air conditioning cycle circuit, and higher energy conversion efficiency can be obtained.

請求項14に記載の発明によれば、第三熱交換器と熱交換器とがそれぞれ設けられ、冷却媒体の流路として、冷却媒体貯蔵槽から流出した冷却媒体を熱交換器に流入させる第三の冷却媒体流路と、冷却媒体貯蔵槽から流出した冷却媒体を第三熱交換器に流入させる第四の冷却媒体流路とが設けられたことにより、冷却媒体を第二作動媒体の冷却と作動媒体の冷却とに併用することができる。また、第三の冷却媒体流路及び第四の冷却媒体流路に対する冷却媒体の流量を調節する第二の冷却媒体流量調節弁が設けられたことにより、冷凍空調サイクル回路及びランキンサイクル回路の作動状態に基づいて冷凍空調サイクル回路の冷却に用いる冷却媒体の流量及びランキンサイクル回路の冷却に用いる冷却媒体の流量を制御することができる。   According to the fourteenth aspect of the present invention, the third heat exchanger and the heat exchanger are provided, respectively, and the cooling medium flowing out from the cooling medium storage tank flows into the heat exchanger as the cooling medium flow path. The third cooling medium flow path and the fourth cooling medium flow path for allowing the cooling medium flowing out from the cooling medium storage tank to flow into the third heat exchanger are provided, so that the cooling medium is cooled by the second working medium. And cooling of the working medium. In addition, the operation of the refrigeration air-conditioning cycle circuit and the Rankine cycle circuit is provided by the provision of the second cooling medium flow rate adjustment valve for adjusting the flow rate of the cooling medium with respect to the third cooling medium flow channel and the fourth cooling medium flow channel. The flow rate of the cooling medium used for cooling the refrigeration air conditioning cycle circuit and the flow rate of the cooling medium used for cooling the Rankine cycle circuit can be controlled based on the state.

請求項15に記載の発明によれば、冷凍空調サイクル回路は、第二作動媒体と屋外の空気とを強制的に熱交換させる第四熱交換器を備えたことにより、冷凍空調サイクル回路における第二作動媒体の冷却又は加熱を冷却媒体や作動媒体との熱交換によらずに行なうことができる。   According to the invention described in claim 15, the refrigeration air conditioning cycle circuit includes the fourth heat exchanger that forcibly exchanges heat between the second working medium and outdoor air, so that the The two working media can be cooled or heated without heat exchange with the cooling medium or the working medium.

請求項16に記載の発明によれば、スターリングエンジンの出力軸及び膨張機の出力軸のうち少なくとも何れか一方にはコンプレッサと回転機とが接続され、出力軸とコンプレッサ及び回転機との接続部分には、スターリングエンジン及び膨張機のうち少なくとも何れか一方から出力される駆動力の、コンプレッサ及び回転機のうちの一方又は双方に対する伝達状態を調節する回転調節部が設けられたことにより、一の出力軸に接続されているコンプレッサと回転機とについて、駆動対象の選択や駆動状態の制御を行うことができる。   According to the invention described in claim 16, the compressor and the rotating machine are connected to at least one of the output shaft of the Stirling engine and the output shaft of the expander, and the connecting portion between the output shaft and the compressor and the rotating machine. Is provided with a rotation adjusting unit that adjusts the transmission state of the driving force output from at least one of the Stirling engine and the expander to one or both of the compressor and the rotating machine. With respect to the compressor and the rotating machine connected to the output shaft, it is possible to select a driving target and control a driving state.

請求項17に記載の発明によれば、冷凍空調サイクル回路において、第二作動媒体の流路を切り替えて、第二熱交換器をエバポレータとして使用するための第一循環路又は第二熱交換器をコンデンサとして使用するための第二循環路の何れかを形成する四方弁を備えたことにより、第二熱交換器を冷房用屋内機、暖房用屋内機の何れにも使用可能となって、システムをより多様に運用することができる。   According to the invention described in claim 17, in the refrigeration air-conditioning cycle circuit, the first circulation path or the second heat exchanger for switching the flow path of the second working medium and using the second heat exchanger as an evaporator. By providing a four-way valve that forms any of the second circulation path for use as a condenser, the second heat exchanger can be used for both indoor units for cooling and indoor units, The system can be operated more diversely.

請求項18に記載の発明によれば、ランキンサイクル回路の作動媒体と周囲の空気とを強制的に熱交換させて作動媒体を冷却する第五熱交換器が設けられたことにより、ランキンサイクル回路における作動媒体の冷却を冷却媒体との熱交換によらずに行なうことができる。また、作動媒体の流路として、膨張機から流出した作動媒体を熱交換器に通過させる第一の作動媒体流路と、膨張機から流出した作動媒体を第五熱交換器に通過させる第二の作動媒体流路とが設けられ、第一の作動媒体流路及び第二の作動媒体流路に対する作動媒体の流量を調節する作動媒体流量調節弁が設けられたことにより、ランキンサイクル回路から排出される熱エネルギーを冷却媒体によって回収することも、周囲の空気と強制的に熱交換し放熱することもでき、スターリングエンジンの作動状態や気温の状態等に基づいて熱交換器及び第五熱交換器に対する作動媒体の流量を調節し、常時良好な状態でランキンサイクル回路を駆動させることが可能になり、システム運用の利便性を向上させることができる。   According to the invention described in claim 18, the Rankine cycle circuit is provided with the fifth heat exchanger for forcibly exchanging heat between the working medium of the Rankine cycle circuit and the surrounding air to cool the working medium. The working medium can be cooled without heat exchange with the cooling medium. In addition, as the working medium flow path, a first working medium flow path that allows the working medium flowing out from the expander to pass through the heat exchanger, and a second that allows the working medium flowing out from the expander to pass through the fifth heat exchanger. And a working medium flow rate adjusting valve for adjusting the flow rate of the working medium with respect to the first working medium flow path and the second working medium flow path is provided. Heat energy can be recovered by the cooling medium, or heat can be forcibly exchanged with the surrounding air to dissipate heat, and the heat exchanger and the fifth heat exchange can be performed based on the operating state of the Stirling engine, the temperature, etc. It is possible to drive the Rankine cycle circuit in a good state at all times by adjusting the flow rate of the working medium with respect to the vessel, and to improve the convenience of system operation.

以下、この発明の実施の形態について説明する。
〔発明の実施の形態1〕
図1乃至図4には、この発明の実施の形態を示す。
Embodiments of the present invention will be described below.
Embodiment 1 of the Invention
1 to 4 show an embodiment of the present invention.

まず構成を説明すると、この実施の形態のエネルギー変換システム1Aは、家庭用コジェネレーションシステムであって、数百W程度(より具体的には300W〜700W程度)の出力を有するランキンサイクル回路11と、数kW(より具体的には1kW〜3kW程度)の出力を有するスターリングエンジン12と、スターリングエンジン12を冷却する冷却媒体を循環させる冷却媒体循環回路35とを備えている。   First, the configuration will be described. An energy conversion system 1A of this embodiment is a household cogeneration system, and has a Rankine cycle circuit 11 having an output of about several hundred W (more specifically, about 300 W to 700 W). , A Stirling engine 12 having an output of several kW (more specifically, about 1 kW to 3 kW), and a cooling medium circulation circuit 35 that circulates a cooling medium for cooling the Stirling engine 12.

ランキンサイクル回路11は、加熱部18dと、膨張機15と、熱交換器16と、第1ポンプ17とを備えている。加熱部18d、膨張機15、熱交換器16、第1ポンプ17は作動媒体の導通路である作動媒体導通管18a,18b,18cによってそれぞれ連結されて作動媒体の循環路が形成されている。   The Rankine cycle circuit 11 includes a heating unit 18d, an expander 15, a heat exchanger 16, and a first pump 17. The heating unit 18d, the expander 15, the heat exchanger 16, and the first pump 17 are respectively connected by working medium conduction pipes 18a, 18b, and 18c that are working medium conduction paths to form a working medium circulation path.

作動媒体は、例えばR245faやR245ca等のフロン類を用いるが、ブタン、ペンタンや二酸化炭素等、圧縮により容易に液化し、気化熱が大きい他の物質を作動媒体に用いてもよい。   As the working medium, for example, chlorofluorocarbons such as R245fa and R245ca are used, but other substances such as butane, pentane, and carbon dioxide that are easily liquefied by compression and have large heat of vaporization may be used as the working medium.

加熱器13はガスの燃焼によって放熱するバーナであり、排熱回収器14の内部にスターリングエンジン12の高温部に臨むように設けられている。加熱器13はスターリングエンジン12(外燃機関)の熱源として使用できるものであればどのようなものでもよく、例えば化石燃料を直接燃焼させるものや、工場の排熱、自動車の排熱、焼却炉の排熱等を利用するものであってもよい。   The heater 13 is a burner that dissipates heat by gas combustion, and is provided inside the exhaust heat recovery device 14 so as to face the high temperature portion of the Stirling engine 12. The heater 13 may be anything as long as it can be used as a heat source for the Stirling engine 12 (external combustion engine), such as one that directly burns fossil fuel, factory exhaust heat, automobile exhaust heat, or incinerator. It is also possible to use the exhaust heat of the.

排熱回収器14は耐熱性及び断熱性の高い部材によって略筒状に形成され、一方側(図2の右側)が空気を吸入する吸気側、他方側(図2の左側)が空気を排出する排気側に形成されている。図2に示す通り、加熱器13は排熱回収器14の吸気側に設けられ、加熱器13から発生された熱は排熱回収器14の内部を通過して排気側に放出される。   The exhaust heat recovery unit 14 is formed in a substantially cylindrical shape by a member having high heat resistance and heat insulation, and one side (the right side in FIG. 2) sucks air and the other side (the left side in FIG. 2) discharges air. It is formed on the exhaust side. As shown in FIG. 2, the heater 13 is provided on the intake side of the exhaust heat recovery unit 14, and the heat generated from the heater 13 passes through the exhaust heat recovery unit 14 and is released to the exhaust side.

膨張機15はスクロール型の膨張機であって、作動媒体の膨張エネルギーを回転運動エネルギーに変換する。膨張機15には出力軸19が設けられ、この出力軸19には、「回転機」としてのジェネレータ20が接続されており、このジェネレータ20は膨張機15の回転運動エネルギーにより駆動される。   The expander 15 is a scroll type expander, and converts the expansion energy of the working medium into rotational kinetic energy. The expander 15 is provided with an output shaft 19, and a generator 20 as a “rotator” is connected to the output shaft 19, and the generator 20 is driven by the rotational kinetic energy of the expander 15.

第1ポンプ17は低温高圧用ポンプであり、熱交換器16を通過した作動媒体を排熱回収器14に送り出し、ランキンサイクル回路11内において作動媒体を循環させるように構成されている。   The first pump 17 is a low-temperature and high-pressure pump, and is configured to send the working medium that has passed through the heat exchanger 16 to the exhaust heat recovery unit 14 and circulate the working medium in the Rankine cycle circuit 11.

作動媒体導通管18aの途中には、加熱部18dが設けられている。この加熱部18dは作動媒体を導通させることのできる管状の部材によって螺旋状に形成され、排熱回収器14の内部の加熱器13よりも排気側に配設されている。この実施の形態における加熱部18dは排熱回収器14の内周面に沿って配設されているが、例えば排熱回収器14の周囲に配設される等、加熱部18d内部を導通する作動媒体と排熱回収器14内部の空気(即ち加熱器13の燃焼排気)との熱交換を効率良く行えればどのような配設態様でよい。   A heating unit 18d is provided in the middle of the working medium conducting tube 18a. The heating portion 18d is formed in a spiral shape by a tubular member capable of conducting the working medium, and is disposed closer to the exhaust side than the heater 13 inside the exhaust heat recovery device 14. Although the heating part 18d in this embodiment is disposed along the inner peripheral surface of the exhaust heat recovery unit 14, the inside of the heating unit 18d is conducted, for example, disposed around the exhaust heat recovery unit 14. Any arrangement may be employed as long as heat exchange between the working medium and the air inside the exhaust heat recovery device 14 (that is, combustion exhaust of the heater 13) can be performed efficiently.

一方、スターリングエンジン12は図2に示す通り2ピストン形スターリングエンジンであり、鋳造等により形成されたハウジング21にクランク室12aとジェネレータ室23とが連通して設けられ、クランク室12aの上側には「高温部」の高温側シリンダ24及び「低温部」としての低温側シリンダ25を備えている。   On the other hand, the Stirling engine 12 is a two-piston type Stirling engine as shown in FIG. 2, and a crank chamber 12a and a generator chamber 23 are provided in communication with a housing 21 formed by casting or the like, and above the crank chamber 12a. A high temperature side cylinder 24 of “high temperature part” and a low temperature side cylinder 25 as “low temperature part” are provided.

高温側シリンダ24の内部には高温側ピストン27、低温側シリンダ25の内部には低温側ピストン28がそれぞれ設けられており、高温側シリンダ24の内部と高温側ピストン27との間に形成された空間は膨張室31に、低温側シリンダ25と低温側ピストン28との間に形成された空間は収縮室32に形成され、膨張室31と収縮室32とは連通管26によって連通されている。膨張室31及び収縮室32には作動ガスが封入されている。作動ガスは連通管26を介して膨張室31と収縮室32とを移動し、膨張室31において加熱膨張し、収縮室32において冷却収縮する。作動ガスはヘリウムや水素、二酸化炭素、窒素、空気等の非凝縮性ガスが用いられる。   A high temperature side piston 27 is provided inside the high temperature side cylinder 24, and a low temperature side piston 28 is provided inside the low temperature side cylinder 25, and is formed between the inside of the high temperature side cylinder 24 and the high temperature side piston 27. The space is formed in the expansion chamber 31, and the space formed between the low temperature side cylinder 25 and the low temperature side piston 28 is formed in the contraction chamber 32, and the expansion chamber 31 and the contraction chamber 32 are communicated with each other by the communication pipe 26. A working gas is enclosed in the expansion chamber 31 and the contraction chamber 32. The working gas moves through the expansion chamber 31 and the contraction chamber 32 via the communication pipe 26, is heated and expanded in the expansion chamber 31, and is cooled and contracted in the contraction chamber 32. As the working gas, non-condensable gas such as helium, hydrogen, carbon dioxide, nitrogen and air is used.

高温側ピストン27と低温側ピストン28とはクランク室12aに配設された一の出力軸29に連結されている。出力軸29はクランク軸であって、各ピストン27,28の上下運動を回転運動に変換する。高温側ピストン27が連結された第一クランク部29aと低温側ピストン28が連結された第二クランク部29bとは所定角度(例えば約90度)の位相差が設けられている。出力軸29の一端側はジェネレータ室23の内部に延設されて「回転機」としてのジェネレータ22が接続されており、出力軸29の他端部はハウジング21の他側部から外部に突出してフライホイール30が接続されている。ジェネレータ22は、スターリングエンジン12から駆動力の供給を受けて発電を行うが、スターリングエンジン12を始動させる際のスタータモータとしても機能する。但し、ジェネレータ22とは別にスタータモータを設け、ジェネレータ22に発電のみを行わせる構成としてもよい。   The high temperature side piston 27 and the low temperature side piston 28 are coupled to one output shaft 29 disposed in the crank chamber 12a. The output shaft 29 is a crankshaft, and converts the vertical motion of the pistons 27 and 28 into rotational motion. The first crank portion 29a to which the high temperature side piston 27 is connected and the second crank portion 29b to which the low temperature side piston 28 are connected have a phase difference of a predetermined angle (for example, about 90 degrees). One end side of the output shaft 29 extends inside the generator chamber 23 and is connected to a generator 22 as a “rotating machine”. The other end portion of the output shaft 29 protrudes from the other side portion of the housing 21 to the outside. A flywheel 30 is connected. The generator 22 receives power from the Stirling engine 12 to generate electric power, but also functions as a starter motor when starting the Stirling engine 12. However, a starter motor may be provided separately from the generator 22 so that the generator 22 only generates power.

高温側シリンダ24は、排熱回収器14の内部における加熱器13よりも排気側に収容されており、加熱器13が発生した熱によって加熱される。   The high temperature side cylinder 24 is accommodated on the exhaust side of the heater 13 inside the exhaust heat recovery device 14 and is heated by the heat generated by the heater 13.

低温側シリンダ25の周囲には、冷却媒体循環回路35を形成するウォータージャケット33が設けられており、低温側シリンダ25はウォータージャケット33を流通する冷却媒体によって冷却される。この実施の形態における冷却媒体は水である。   A water jacket 33 forming a cooling medium circulation circuit 35 is provided around the low temperature side cylinder 25, and the low temperature side cylinder 25 is cooled by a cooling medium flowing through the water jacket 33. The cooling medium in this embodiment is water.

冷却媒体循環回路35は、冷却媒体貯蔵槽34から供給された冷却媒体を熱交換器16に送り出す第2ポンプ36と、熱交換器16と、ウォータージャケット33と、排熱回収部37hとを備えている。冷却媒体貯蔵槽34、第2ポンプ36、熱交換器16、ウォータージャケット33は、冷却媒体の導通路として設けられた冷却媒体導通管37a,37b,37c,37dによってそれぞれ連結され、また排熱回収部37hは冷却媒体導通管37dの途中に設けられて、冷却媒体の循環路が形成されている。   The cooling medium circulation circuit 35 includes a second pump 36 that sends the cooling medium supplied from the cooling medium storage tank 34 to the heat exchanger 16, the heat exchanger 16, a water jacket 33, and an exhaust heat recovery unit 37h. ing. The cooling medium storage tank 34, the second pump 36, the heat exchanger 16, and the water jacket 33 are respectively connected by cooling medium conduction pipes 37 a, 37 b, 37 c, and 37 d provided as a cooling medium conduction path, and exhaust heat recovery is performed. The part 37h is provided in the middle of the cooling medium conducting pipe 37d to form a cooling medium circulation path.

第2ポンプ36は低温低圧用ポンプであり、冷却媒体貯蔵槽34から供給された冷却媒体を熱交換器16に送り出す。冷却媒体貯蔵槽34は数十リットル〜数百リットル程度の貯湯能力のある貯湯槽である。   The second pump 36 is a low-temperature and low-pressure pump, and sends the cooling medium supplied from the cooling medium storage tank 34 to the heat exchanger 16. The cooling medium storage tank 34 is a hot water storage tank having a hot water storage capacity of several tens to several hundreds of liters.

冷却媒体貯蔵槽34には、流出管34aと流入管34bとが設けられている。流出管34aは冷却媒体貯蔵槽34の上側に設けられ、冷却媒体貯蔵槽34内に貯蔵された冷却媒体を外部に流出させることができるように構成されており、冷却媒体の流出の如何及び流出量を調節するバルブ34cが設けられている。流入管34bは冷却媒体貯蔵槽34の下側に設けられ、外部から冷却媒体貯蔵槽34内に冷却媒体を注入できるように構成されている。   The cooling medium storage tank 34 is provided with an outflow pipe 34a and an inflow pipe 34b. The outflow pipe 34a is provided on the upper side of the cooling medium storage tank 34, and is configured to allow the cooling medium stored in the cooling medium storage tank 34 to flow out to the outside. A valve 34c for adjusting the amount is provided. The inflow pipe 34b is provided below the cooling medium storage tank 34, and is configured so that the cooling medium can be injected into the cooling medium storage tank 34 from the outside.

熱交換器16には、膨張機15を通過して膨張エネルギーが運動エネルギーに変換された作動媒体とスターリングエンジン12のウォータージャケット33に供給される前の冷却媒体とが供給される。熱交換器16の内部には作動媒体の流路と冷却媒体の流路とがそれぞれ設けられ、作動媒体と冷却媒体との熱交換が行われるように構成されている。   The heat exchanger 16 is supplied with the working medium in which the expansion energy is converted into kinetic energy through the expander 15 and the cooling medium before being supplied to the water jacket 33 of the Stirling engine 12. The heat exchanger 16 is provided with a working medium flow path and a cooling medium flow path, respectively, so that heat exchange between the working medium and the cooling medium is performed.

排熱回収部37hは冷却媒体を導通させることのできる管状の部材によって螺旋状に形成され、図2に示す通り、排熱回収器14の内部の加熱器13よりも排気側に配設されている。この実施の形態における排熱回収部37hは排熱回収器14の内周面に沿って配設されているが、例えば排熱回収器14の周囲に配設される等、排熱回収部37h内部を導通する冷却媒体と排熱回収器14内部の空気(即ち加熱器13の燃焼排気)との熱交換を効率良く行えればどのような配設態様でよい。   The exhaust heat recovery part 37h is formed in a spiral shape by a tubular member through which a cooling medium can be conducted, and is disposed on the exhaust side of the heater 13 inside the exhaust heat recovery unit 14 as shown in FIG. Yes. The exhaust heat recovery unit 37h in this embodiment is disposed along the inner peripheral surface of the exhaust heat recovery unit 14, but the exhaust heat recovery unit 37h is disposed around the exhaust heat recovery unit 14, for example. Any arrangement may be employed as long as heat exchange between the cooling medium that is conducted through the inside and the air inside the exhaust heat recovery device 14 (that is, combustion exhaust of the heater 13) can be performed efficiently.

次に、この実施の形態の作用について説明する。   Next, the operation of this embodiment will be described.

ランキンサイクル回路11において第1ポンプ17が作動すると作動媒体を加圧し、加圧された作動媒体は作動媒体導通管18aに送り出され、加熱部18dにおいて加熱器13が発生した熱で加熱される。加熱部18dで加熱された作動媒体は作動媒体導通管18aを経て膨張機15に供給され、膨張機15にて膨張する。作動媒体の膨張による膨張エネルギーは膨張機15を回転駆動する運動エネルギーに変換され、この運動エネルギーにより出力軸19が回転し、ジェネレータ20が駆動される。膨張後の作動媒体は膨張機15から作動媒体導通管18bを経て熱交換器16に供給され、冷却媒体との熱交換により冷却される。冷却された作動媒体は熱交換器16から作動媒体導通管18cを経て再び第1ポンプ17に供給されて加圧され、以下同様の作動媒体の循環が繰り返される。   When the first pump 17 is operated in the Rankine cycle circuit 11, the working medium is pressurized, the pressurized working medium is sent to the working medium conducting pipe 18a, and is heated by the heat generated by the heater 13 in the heating unit 18d. The working medium heated by the heating unit 18d is supplied to the expander 15 through the working medium conducting pipe 18a and is expanded by the expander 15. The expansion energy due to the expansion of the working medium is converted into kinetic energy for rotationally driving the expander 15, and the output shaft 19 is rotated by this kinetic energy to drive the generator 20. The expanded working medium is supplied from the expander 15 to the heat exchanger 16 through the working medium conducting pipe 18b, and is cooled by heat exchange with the cooling medium. The cooled working medium is supplied again to the first pump 17 through the working medium conducting pipe 18c from the heat exchanger 16 and pressurized, and thereafter the circulation of the working medium is repeated.

一方、スターリングエンジン12においては、高温側シリンダ24が加熱器13が発生した熱で加熱されると膨張室31内の作動ガスが加熱されて膨張し、連通管26を経て収縮室32に送られる。収縮室32においては低温側シリンダ25の壁面を介して作動ガスとウォータージャケット33内部の冷却媒体との熱交換が行われ、作動ガスは冷却されて収縮し、連通管26を経て膨張室31に送られ、以下同様の工程が繰り返される。この作動ガスの膨張と収縮によって、高温側シリンダ24内と低温側シリンダ25内とにおいて高温側ピストン27と低温側ピストン28とをそれぞれ上下方向に往復動させる運動エネルギーが発生し、この運動エネルギーにより出力軸29が回転し、ジェネレータ22が駆動される。   On the other hand, in the Stirling engine 12, when the high temperature side cylinder 24 is heated by the heat generated by the heater 13, the working gas in the expansion chamber 31 is heated and expands, and is sent to the contraction chamber 32 through the communication pipe 26. . In the contraction chamber 32, the heat exchange between the working gas and the cooling medium in the water jacket 33 is performed via the wall surface of the low temperature side cylinder 25, the working gas is cooled and contracted, and the expansion gas passes through the communication pipe 26 to the expansion chamber 31. The same process is repeated thereafter. The expansion and contraction of the working gas generates kinetic energy for reciprocating the high temperature side piston 27 and the low temperature side piston 28 in the high temperature side cylinder 24 and the low temperature side cylinder 25, respectively. The output shaft 29 rotates and the generator 22 is driven.

ここで、冷却媒体は冷却媒体循環回路35における循環によってウォータージャケット33に供給される。具体的には、冷却媒体貯蔵槽34に貯蔵された冷却媒体は第2ポンプ36により冷却媒体導通管37aに導出され、第2ポンプ36の加圧により冷却媒体導通管37bを経て熱交換器16に供給される。熱交換器16においては冷却媒体と作動媒体との熱交換が行なわれる。作動媒体との熱交換が行われた冷却媒体は冷却媒体導通管37cに送り出されてウォータージャケット33に供給され、冷却媒体と作動ガスとの熱交換が行われる。   Here, the cooling medium is supplied to the water jacket 33 by circulation in the cooling medium circulation circuit 35. Specifically, the cooling medium stored in the cooling medium storage tank 34 is led out to the cooling medium conduction pipe 37 a by the second pump 36, and the heat exchanger 16 passes through the cooling medium conduction pipe 37 b by pressurization of the second pump 36. To be supplied. In the heat exchanger 16, heat exchange between the cooling medium and the working medium is performed. The cooling medium that has exchanged heat with the working medium is sent out to the cooling medium conducting pipe 37c and supplied to the water jacket 33, and heat exchange between the cooling medium and the working gas is performed.

作動ガスとの熱交換が行われた冷却媒体はウォータージャケット33から冷却媒体導通管37dに送り出されて排熱回収部37hに供給される。そして、排熱回収部37hを通過する際、冷却媒体と排熱回収器14内部の(加熱器13が発生した)燃焼排気との熱交換が行われる。排熱回収器14内部の(加熱器13が発生した)燃焼排気との熱交換が行われた冷却媒体は、排熱回収部37hから冷却媒体貯蔵槽34に送られ、冷却媒体貯蔵槽34に再び貯蔵される。この冷却媒体の循環が継続されると冷却媒体貯蔵槽34内の冷却媒体の温度は次第に上昇し、熱エネルギーが冷却媒体貯蔵槽34内に蓄積されていく。   The cooling medium subjected to heat exchange with the working gas is sent from the water jacket 33 to the cooling medium conducting pipe 37d and supplied to the exhaust heat recovery unit 37h. When passing through the exhaust heat recovery section 37h, heat exchange between the cooling medium and the combustion exhaust (generated by the heater 13) inside the exhaust heat recovery device 14 is performed. The cooling medium that has exchanged heat with the combustion exhaust (generated by the heater 13) inside the exhaust heat recovery unit 14 is sent from the exhaust heat recovery unit 37h to the cooling medium storage tank 34, and is sent to the cooling medium storage tank 34. Stored again. When the circulation of the cooling medium is continued, the temperature of the cooling medium in the cooling medium storage tank 34 gradually increases, and thermal energy is accumulated in the cooling medium storage tank 34.

エネルギー変換システム1Aの利用者がこの冷却媒体貯蔵槽34内の熱エネルギーを利用する場合、流出管34aのバルブ34cを開いて冷却媒体貯蔵槽34内の冷却媒体を外部に流出させる。一方、冷却媒体貯蔵槽34内に冷却媒体を補充する場合、流入管34bから冷却媒体貯蔵槽34内に冷却媒体を注入する。尚、冷却媒体貯蔵槽34は、常に満水になるように冷却媒体が補充(注入)される。   When the user of the energy conversion system 1A uses the thermal energy in the cooling medium storage tank 34, the valve 34c of the outflow pipe 34a is opened to allow the cooling medium in the cooling medium storage tank 34 to flow out. On the other hand, when replenishing the cooling medium in the cooling medium storage tank 34, the cooling medium is injected into the cooling medium storage tank 34 from the inflow pipe 34b. In addition, the cooling medium storage tank 34 is replenished (injected) with a cooling medium so as to be always full.

以上示した通り、この実施の形態によれば、ランキンサイクル回路11とスターリングエンジン12とを備えたエネルギー変換システム1Aにおいて、スターリングエンジン12の低温側シリンダ25を冷却する冷却媒体とランキンサイクル回路11の作動媒体との間で熱交換を行う熱交換器16を備えたことにより、冷却媒体と作動媒体との間で直接熱交換を行うことが可能となる。これにより、ランキンサイクル回路11の排熱とスターリングエンジン12の排熱とを、排熱を回収するための第二の冷却媒体を介在させることなく、冷却媒体のみによって回収することが可能になる。また、第二の冷却媒体を導通させるための導通管を設けたり、第二の冷却媒体と作動媒体とを熱交換させるコンデンサ及び第二の作動媒体と冷却媒体とを熱交換させる気化器を別個に設けたりする必要がなく、システム全体の構成を簡素化することができる。   As described above, according to this embodiment, in the energy conversion system 1A including the Rankine cycle circuit 11 and the Stirling engine 12, the cooling medium for cooling the low temperature side cylinder 25 of the Stirling engine 12 and the Rankine cycle circuit 11 By including the heat exchanger 16 that exchanges heat with the working medium, it is possible to directly exchange heat between the cooling medium and the working medium. As a result, the exhaust heat of the Rankine cycle circuit 11 and the exhaust heat of the Stirling engine 12 can be recovered only by the cooling medium without interposing a second cooling medium for recovering the exhaust heat. Also, a conduction pipe for conducting the second cooling medium is provided, a condenser for exchanging heat between the second cooling medium and the working medium, and a vaporizer for exchanging heat between the second working medium and the cooling medium are separately provided. The configuration of the entire system can be simplified.

この実施の形態においては、冷却媒体貯蔵槽34から導出された冷却媒体は、熱交換器16にて作動媒体と熱交換が行われた後にウォータージャケット33にて低温側シリンダ25の壁面を介して作動ガスとの熱交換が行われる。ここで、膨張機15において膨張した後の作動媒体の温度は、スターリングエンジン12の膨張室31で加熱され、膨張した後に収縮室32に送られた作動ガスの温度や低温側シリンダ25の壁面の温度よりも低くなっている。一方、通常使用時において、熱交換器16を通過する冷却媒体の温度は、膨張機15において膨張した後の作動媒体の温度よりも低くなっている。   In this embodiment, the cooling medium led out from the cooling medium storage tank 34 is subjected to heat exchange with the working medium in the heat exchanger 16 and then through the wall surface of the low temperature side cylinder 25 in the water jacket 33. Heat exchange with the working gas takes place. Here, the temperature of the working medium after being expanded in the expander 15 is heated in the expansion chamber 31 of the Stirling engine 12 and expanded, and then the temperature of the working gas sent to the contraction chamber 32 and the wall surface of the low temperature side cylinder 25 is increased. It is lower than the temperature. On the other hand, during normal use, the temperature of the cooling medium passing through the heat exchanger 16 is lower than the temperature of the working medium after being expanded in the expander 15.

即ち、この実施の形態において、熱交換器16には、膨張機15を通過して膨張エネルギーが運動エネルギーに変換された作動媒体とウォータージャケット33に供給される前の冷却媒体とが供給されることにより、膨張機15を通過した後の比較的低温の作動媒体と作動媒体よりも低温の冷却媒体との熱交換を行って作動媒体を冷却媒体で冷却した後に、この冷却媒体を比較的高温である低温側シリンダ25の周囲のウォータージャケット33に供給できる。これにより、熱交換の効率を低下させることなく、また、作動媒体の膨張後に残っている排熱を余すところなく回収できると共に、冷却媒体によって作動媒体と低温側シリンダ25及び作動ガスを冷却できる。   That is, in this embodiment, the heat exchanger 16 is supplied with the working medium that has passed through the expander 15 and converted into kinetic energy and the cooling medium before being supplied to the water jacket 33. Thus, after the heat exchange between the relatively low temperature working medium after passing through the expander 15 and the cooling medium lower in temperature than the working medium is performed to cool the working medium with the cooling medium, the cooling medium is heated to a relatively high temperature. Can be supplied to the water jacket 33 around the low temperature side cylinder 25. As a result, exhaust heat remaining after expansion of the working medium can be recovered without reducing the efficiency of heat exchange, and the working medium, the low temperature side cylinder 25 and the working gas can be cooled by the cooling medium.

この実施の形態によれば、ランキンサイクル回路11の加熱部18d及びスターリングエンジン12の高温側シリンダ24を加熱する加熱器13と、加熱器13から発生された熱を通過させる排熱回収器14とが設けられ、排熱回収器14に冷却媒体を通過させる排熱回収部37hが配設されたことにより、加熱器13が発生した熱のうち作動媒体や高温側シリンダ24の加熱時に用いられなかった排熱を排熱回収部37hを通過する冷却媒体によって回収できるので、熱の廃棄量を減少させることができる。   According to this embodiment, the heater 13 that heats the heating unit 18 d of the Rankine cycle circuit 11 and the high temperature side cylinder 24 of the Stirling engine 12, and the exhaust heat recovery device 14 that passes the heat generated from the heater 13, Is provided, and the exhaust heat recovery part 37h for allowing the coolant to pass through is disposed in the exhaust heat recovery unit 14, so that it is not used when heating the working medium or the high temperature side cylinder 24 out of the heat generated by the heater 13. Since the exhausted heat can be recovered by the cooling medium passing through the exhaust heat recovery unit 37h, the amount of heat discarded can be reduced.

また、この実施の形態においては、冷却媒体はウォータージャケット33にて熱交換が行われたのちに排熱回収部37hに供給されて排熱回収器14の内部の(加熱器13の)燃焼排気との熱交換が行われる。ここで、排熱回収器14の内部の燃焼排気の温度は、膨張室31から収縮室32に送られた作動ガスの温度や低温側シリンダ25の壁面の温度よりも高くなっている。   In this embodiment, after the heat exchange is performed in the water jacket 33, the cooling medium is supplied to the exhaust heat recovery unit 37h and is combusted and exhausted inside the exhaust heat recovery unit 14 (of the heater 13). The heat exchange with is performed. Here, the temperature of the combustion exhaust inside the exhaust heat recovery device 14 is higher than the temperature of the working gas sent from the expansion chamber 31 to the contraction chamber 32 and the temperature of the wall surface of the low temperature side cylinder 25.

即ち、この実施の形態においては、ウォータージャケット33に連結された冷却媒体導通管37dの途中に排熱回収部37hが設けられ、冷却媒体は、収縮室32の壁面や作動ガスと熱交換を行った後に排熱回収器14の(加熱器13の)燃焼排気と熱交換を行うことにより、熱交換の効率を低下させることなく、冷却媒体によって加熱器13の排熱を回収できる。   That is, in this embodiment, the exhaust heat recovery part 37h is provided in the middle of the cooling medium conducting pipe 37d connected to the water jacket 33, and the cooling medium exchanges heat with the wall surface of the contraction chamber 32 and the working gas. After that, by performing heat exchange with the combustion exhaust (of the heater 13) of the exhaust heat recovery device 14, the exhaust heat of the heater 13 can be recovered by the cooling medium without reducing the efficiency of heat exchange.

この実施の形態においては、ウォータージャケット33を通過した冷却媒体を貯蔵する冷却媒体貯蔵槽34を備えたことにより、冷却媒体によって回収した排熱を冷却媒体貯蔵槽34に保存することができる。また、貯蔵した冷却媒体を取り出して、冷却媒体及び冷却媒体が回収した排熱を多目的に利用することが可能になる。   In this embodiment, by providing the cooling medium storage tank 34 that stores the cooling medium that has passed through the water jacket 33, the exhaust heat recovered by the cooling medium can be stored in the cooling medium storage tank 34. Further, the stored cooling medium can be taken out, and the exhaust heat recovered by the cooling medium and the cooling medium can be used for multiple purposes.

この実施の形態においては、冷却媒体貯蔵槽34に貯蔵された冷却媒体をウォータージャケット33に供給し冷却媒体貯蔵槽34とウォータージャケット33との間で冷却媒体を循環させる冷却媒体導通管37a,37b,37cが設けられたことにより、冷却媒体貯蔵槽34に貯蔵された冷却媒体でスターリングエンジン12を冷却でき、スターリングエンジン12と冷却媒体貯蔵槽34との間で冷却媒体を循環させることができて、冷却媒体の利用効率を高めることができる。また、継続して循環する冷却媒体を冷却媒体貯蔵槽34に貯蔵することで、冷却媒体貯蔵槽34に大きな熱量を貯蔵でき、冷却媒体を取り出して熱を使用する際の利便性が高められる。   In this embodiment, the coolant stored in the coolant storage tank 34 is supplied to the water jacket 33, and the coolant is circulated between the coolant storage tank 34 and the water jacket 33. 37c, the Stirling engine 12 can be cooled with the cooling medium stored in the cooling medium storage tank 34, and the cooling medium can be circulated between the Stirling engine 12 and the cooling medium storage tank 34. Further, the utilization efficiency of the cooling medium can be increased. Further, by storing the continuously circulating cooling medium in the cooling medium storage tank 34, a large amount of heat can be stored in the cooling medium storage tank 34, and convenience when taking out the cooling medium and using the heat is enhanced.

この実施の形態によれば、ジェネレータ20,22を備え、ジェネレータ20,22がスターリングエンジン12の出力軸29及びランキンサイクル回路11の膨張機15の出力軸19のそれぞれに接続されて、ジェネレータ20,22に回転運動エネルギーが供給されて駆動されるようにしたことにより、スターリングエンジン12及びランキンサイクル回路11から出力されたエネルギーによってジェネレータ20,22が駆動されるようにすることができる。   According to this embodiment, the generators 20 and 22 are provided, and the generators 20 and 22 are connected to the output shaft 29 of the Stirling engine 12 and the output shaft 19 of the expander 15 of the Rankine cycle circuit 11, respectively. Since the rotational kinetic energy is supplied to and driven by the generator 22, the generators 20 and 22 can be driven by the energy output from the Stirling engine 12 and the Rankine cycle circuit 11.

ここで、本発明の計算の一例として示す、この実施の形態におけるエネルギー効率について考える。図3はこの実施の形態に係るエネルギー変換システム1Aにおける発電時のエネルギーフロー図であり、図4はこの実施の形態のエネルギー変換システム1Aにおけるランキンサイクル回路11を駆動させた場合のモリエル線図である。   Here, the energy efficiency in this embodiment shown as an example of the calculation of the present invention will be considered. FIG. 3 is an energy flow diagram during power generation in the energy conversion system 1A according to this embodiment, and FIG. 4 is a Mollier diagram when the Rankine cycle circuit 11 is driven in the energy conversion system 1A of this embodiment. is there.

例えばエネルギー変換システム1Aにおいて、加熱器13の加熱によって加熱部18dを流れる作動媒体が約175℃に加熱され(図4,図1のh1)、膨張室31内部の作動ガスが約800℃に加熱される場合を考える。この作動媒体が膨張機15において膨張すると、膨張機15から送り出されるときの作動媒体の温度は約60℃になって(図4,図1のh2)熱交換器16に供給される。熱交換器16に供給される冷却媒体の温度が約15℃とすると、熱交換器16から送り出されるときの作動媒体の温度は約30℃となり(図4,図1のh3)、第1ポンプ17に供給される(図4,図1のh4)。この結果、図4に示す通り、膨張機の理論軸出力は22.5%となり、更にランキン効率を70%とすると、膨張機15の軸出力(即ちランキンサイクル回路11の出力)は16%となる。   For example, in the energy conversion system 1A, the working medium flowing through the heating unit 18d is heated to about 175 ° C. by the heating of the heater 13 (h1 in FIGS. 4 and 1), and the working gas inside the expansion chamber 31 is heated to about 800 ° C. Consider the case. When this working medium expands in the expander 15, the temperature of the working medium when it is sent out from the expander 15 becomes about 60 ° C. (h2 in FIGS. 4 and 1) and is supplied to the heat exchanger 16. If the temperature of the cooling medium supplied to the heat exchanger 16 is about 15 ° C., the temperature of the working medium when being sent out from the heat exchanger 16 is about 30 ° C. (h3 in FIGS. 4 and 1), and the first pump 17 (h4 in FIGS. 4 and 1). As a result, as shown in FIG. 4, when the theoretical shaft output of the expander is 22.5% and the Rankine efficiency is 70%, the shaft output of the expander 15 (that is, the output of the Rankine cycle circuit 11) is 16%. Become.

一方、ウォータージャケット33に供給される冷却媒体の温度が約30℃とすると、スターリングエンジン12の膨張室31で膨張した作動ガスが収縮室32に送られたとき、作動ガスは約70℃まで冷却される。ここで、スターリングエンジン12がカルノーサイクルとして駆動している場合、スターリングエンジン12の出力軸29からは
ηTH=1−T/T・・・(式A)
但しηTH:カルノー効率、T:低温側ガス温度、T:高温側ガス温度である。
そして上記(式A)においてT=70+273.15(K)、T=800+273.15(K)とすると、ηTH≒68%となる。更に再生器効率を61%、熱伝達効率を72%とすると、このスターリングエンジン12の効率は約30%(0.68×0.61×0.72≒0.30)となる。
On the other hand, when the temperature of the cooling medium supplied to the water jacket 33 is about 30 ° C., when the working gas expanded in the expansion chamber 31 of the Stirling engine 12 is sent to the contraction chamber 32, the working gas is cooled to about 70 ° C. Is done. Here, if the Stirling engine 12 is driven as a Carnot cycle, from the output shaft 29 of Stirling engine 12 η TH = 1-T C / T H ··· ( wherein A)
However, η TH : Carnot efficiency, T C : low temperature side gas temperature, T H : high temperature side gas temperature.
In the above (Formula A), if T C = 70 + 273.15 (K) and T H = 800 + 273.15 (K), η TH ≈68%. Further, assuming that the regenerator efficiency is 61% and the heat transfer efficiency is 72%, the efficiency of the Stirling engine 12 is about 30% (0.68 × 0.61 × 0.72≈0.30).

そして、図3に示す通り、この実施の形態のエネルギー変換システム1Aの加熱器13が4kWの発熱量で加熱した場合を考えると、上記により、スターリングエンジン12の出力軸29が0.73kW(即ち、スターリングエンジン12の高温側シリンダ24に入熱された熱エネルギー(2.42kW)のうちの30%)の出力で駆動され、ランキンサイクル回路11の膨張機15の出力軸19が0.15kW(即ち、ランキンサイクル回路11の加熱部18dに入熱された熱エネルギー(1.38kW)の16%(0.22kW)からランキンサイクル回路11の出力ロス32%(0.22kW×0.32=0.07(kW))を引いた値)の出力で駆動される。ここで、ジェネレータ22,20の発電効率を80%とすると、ジェネレータ22の発電端出力は0.58kW(0.73(kW)×0.8≒0.66(kW))、ジェネレータ20の発電端出力は0.12kW(0.15(kW)×0.8=0.12(kW))となり、合計約0.7kWの発電が行われる。更に、このエネルギー変換システム1Aにおいて、スターリングエンジン12と膨張機15の駆動に使用されなかったエネルギーのうち90%が冷却媒体によって回収され、冷却媒体貯蔵槽34に蓄積されるとすると、2.1kWの熱エネルギーが冷却媒体貯蔵槽34に蓄積される。ゆえに、エネルギー変換システム1Aにて取得される総エネルギー量は2.8kW(0.7(kW)+2.1(kW)=2.8(kW))となり、このエネルギー変換システム1Aの総合効率(加熱器13にて使用された燃料(又は「エネルギー」)に対する取得されたエネルギーの比率のこと。本明細書において同じ。)は70.0%となる。   Then, as shown in FIG. 3, considering the case where the heater 13 of the energy conversion system 1A of this embodiment is heated at a calorific value of 4 kW, the output shaft 29 of the Stirling engine 12 is 0.73 kW (ie, The output shaft 19 of the expander 15 of the Rankine cycle circuit 11 is driven by 0.15 kW (30% of the thermal energy (2.42 kW) input to the high temperature side cylinder 24 of the Stirling engine 12). That is, from 16% (0.22 kW) of the heat energy (1.38 kW) input to the heating unit 18d of the Rankine cycle circuit 11, the output loss of the Rankine cycle circuit 11 is 32% (0.22 kW × 0.32 = 0). .0 (kW)) minus the output). Here, if the power generation efficiency of the generators 22 and 20 is 80%, the power generation end output of the generator 22 is 0.58 kW (0.73 (kW) × 0.8≈0.66 (kW)). The end output is 0.12 kW (0.15 (kW) × 0.8 = 0.12 (kW)), and a total of about 0.7 kW is generated. Furthermore, in this energy conversion system 1A, if 90% of the energy not used to drive the Stirling engine 12 and the expander 15 is recovered by the cooling medium and accumulated in the cooling medium storage tank 34, 2.1 kW. Is stored in the cooling medium storage tank 34. Therefore, the total energy amount acquired by the energy conversion system 1A is 2.8 kW (0.7 (kW) +2.1 (kW) = 2.8 (kW)), and the total efficiency ( The ratio of the acquired energy to the fuel (or “energy”) used in the heater 13 (same in this specification) is 70.0%.

即ち、この実施の形態においては、一の加熱器13でランキンサイクル回路11とスターリングエンジン12を駆動させてジェネレータ22,20が駆動されるようにし、ランキンサイクル回路11の作動媒体やスターリングエンジン12の作動ガスの冷却、排熱回収器14内部の排熱をスターリングエンジン12の冷却媒体で回収し冷却媒体貯蔵槽34に蓄積することにより、高いエネルギー変換効率を得ることができる。更に、この実施の形態においては、熱交換器16において冷却媒体と作動媒体との間で直接熱交換を行うこと等により、図3に示すスターリングエンジン12におけるエネルギーロス(a)とランキンサイクル回路11におけるエネルギーロス(b)とを更に小さくすることができ、一層高いエネルギー変換効率を得ることができる。   That is, in this embodiment, the Rankine cycle circuit 11 and the Stirling engine 12 are driven by one heater 13 so that the generators 22 and 20 are driven, and the working medium of the Rankine cycle circuit 11 and the Stirling engine 12 are driven. By cooling the working gas and recovering the exhaust heat inside the exhaust heat recovery unit 14 with the cooling medium of the Stirling engine 12 and accumulating it in the cooling medium storage tank 34, high energy conversion efficiency can be obtained. Furthermore, in this embodiment, the heat loss (a) in the Stirling engine 12 shown in FIG. 3 and the Rankine cycle circuit 11 are performed by directly exchanging heat between the cooling medium and the working medium in the heat exchanger 16. Energy loss (b) can be further reduced, and higher energy conversion efficiency can be obtained.

〔発明の実施の形態2〕
図5及び図6は、第2の実施の形態を示す。
[Embodiment 2 of the Invention]
5 and 6 show a second embodiment.

この実施の形態のエネルギー変換システム1Bは、スターリングエンジン12の出力軸29と膨張機15の出力軸19とが連結されて、スターリングエンジン12の出力軸29にのみジェネレータ22が接続されてジェネレータ22に回転運動エネルギーが供給されるようにした構成を有している。   In the energy conversion system 1B of this embodiment, the output shaft 29 of the Stirling engine 12 and the output shaft 19 of the expander 15 are connected, and the generator 22 is connected only to the output shaft 29 of the Stirling engine 12, and the generator 22 is connected. It has a configuration in which rotational kinetic energy is supplied.

図6に示す通り、スターリングエンジン12は、ジェネレータ22と膨張機15とが一体構造に形成されている。具体的には、ハウジング38のクランク室12aの一側側(図6の右側)にジェネレータ室23が形成され、他側側に膨張機15が設けられている。クランク室12aと膨張機15との間は隔壁部39によって区画されている。   As shown in FIG. 6, the Stirling engine 12 includes a generator 22 and an expander 15 that are integrally formed. Specifically, the generator chamber 23 is formed on one side (right side in FIG. 6) of the crank chamber 12a of the housing 38, and the expander 15 is provided on the other side. A partition wall 39 separates the crank chamber 12a and the expander 15 from each other.

スターリングエンジン12の出力軸29の他端部は膨張機15の出力軸19に連結されている。スターリングエンジン12の出力軸29と膨張機15の出力軸19との連結部分には、図6に示す通り、それぞれの出力軸29,19の回転数を機構的に調節する回転調節部40が設けられている。この回転調節部40は例えば遊星歯車機構等の変速機構によって形成されており、隔壁部39に設けられている。その他の構成は実施の形態1と同じである。   The other end of the output shaft 29 of the Stirling engine 12 is connected to the output shaft 19 of the expander 15. As shown in FIG. 6, a rotation adjusting unit 40 that mechanically adjusts the rotation speed of each of the output shafts 29 and 19 is provided at a connecting portion between the output shaft 29 of the Stirling engine 12 and the output shaft 19 of the expander 15. It has been. The rotation adjusting unit 40 is formed by a speed change mechanism such as a planetary gear mechanism, and is provided in the partition wall 39. Other configurations are the same as those of the first embodiment.

次に、この実施の形態の作用について説明する。   Next, the operation of this embodiment will be described.

スターリングエンジン12が作動すると出力軸29が回転し、また、作動媒体がランキンサイクル回路11を循環して膨張機15が駆動されると出力軸19が回転する。両出力軸29,19は連結しているので、出力軸29、出力軸19のうち一方又は双方の運動エネルギーがジェネレータ22に伝達し、ジェネレータ22に回転運動エネルギーが供給されて駆動される。   When the Stirling engine 12 operates, the output shaft 29 rotates. When the working medium circulates through the Rankine cycle circuit 11 and the expander 15 is driven, the output shaft 19 rotates. Since the output shafts 29 and 19 are connected, the kinetic energy of one or both of the output shaft 29 and the output shaft 19 is transmitted to the generator 22, and rotational kinetic energy is supplied to the generator 22 to be driven.

スターリングエンジン12と膨張機15の双方が駆動している場合は、両出力軸29,19の回転運動エネルギーがジェネレータ22に供給され、この運動エネルギーによってジェネレータ22が駆動される。両出力軸29,19の連結部分には回転調節部40が設けられているので、両出力軸29,19が異なる回転数で回転している場合、回転調節部40が両出力軸29,19の回転数の相違を調節し回転数の同期をとり、両出力軸29,19がそれぞれ所定の回転比で回転する状態になるように調節する。そして、ジェネレータ22には、両出力軸29,19の回転数が同期した状態で、両出力軸29,19の合力としての運動エネルギーが伝達される。   When both the Stirling engine 12 and the expander 15 are driven, the rotational kinetic energy of the output shafts 29 and 19 is supplied to the generator 22, and the generator 22 is driven by this kinetic energy. Since the rotation adjusting portion 40 is provided at the connecting portion of the output shafts 29 and 19, when the output shafts 29 and 19 are rotating at different rotational speeds, the rotation adjusting portion 40 is connected to the output shafts 29 and 19 respectively. Is adjusted so that both output shafts 29 and 19 are rotated at a predetermined rotation ratio. Then, kinetic energy as a resultant force of the output shafts 29 and 19 is transmitted to the generator 22 in a state where the rotation speeds of the output shafts 29 and 19 are synchronized.

即ち、この実施の形態によれば、スターリングエンジン12の出力軸29と膨張機15の出力軸19とが接続されて、ジェネレータ22にスターリングエンジン12と膨張機15との回転運動エネルギーが供給されて駆動されるようにしたことにより、連結された出力軸29,19をスターリングエンジン12の駆動力とランキンサイクル回路11の膨張器15の駆動力とによって作動させてトルクを大きくし、連結された出力軸29,19に接続された一のジェネレータ22から大きな出力を得ることができる。   That is, according to this embodiment, the output shaft 29 of the Stirling engine 12 and the output shaft 19 of the expander 15 are connected, and the rotational kinetic energy of the Stirling engine 12 and the expander 15 is supplied to the generator 22. By being driven, the coupled output shafts 29 and 19 are operated by the driving force of the Stirling engine 12 and the driving force of the expander 15 of the Rankine cycle circuit 11 to increase the torque, and the coupled output. A large output can be obtained from one generator 22 connected to the shafts 29 and 19.

また、この実施の形態によれば、スターリングエンジン12の出力軸29と膨張機15の出力軸19との連結部分には、それぞれの出力軸29,19の回転数を機構によって調節することでそれぞれの出力軸29,19を所定の回転比で回転させる回転調節部40が設けられたことにより、スターリングエンジン12とランキンサイクル回路11との駆動状態の相違等によりそれぞれの出力軸29,19の回転数が相違しても回転調節部40によって回転数の相違を調節して回転数の同期をとりスターリングエンジン12と膨張機15の合力を得ることができ、ジェネレータ22へのエネルギーの伝達ロスの発生を抑止できる。   Further, according to this embodiment, the connecting portion between the output shaft 29 of the Stirling engine 12 and the output shaft 19 of the expander 15 is adjusted by adjusting the rotational speeds of the output shafts 29 and 19 by a mechanism. The rotation adjusting unit 40 that rotates the output shafts 29 and 19 at a predetermined rotation ratio is provided, so that the rotation of the output shafts 29 and 19 depends on the drive state of the Stirling engine 12 and the Rankine cycle circuit 11. Even if the numbers are different, the rotation adjusting unit 40 adjusts the difference in the rotation number to synchronize the rotation number, and the resultant force of the Stirling engine 12 and the expander 15 can be obtained, and the transmission loss of energy to the generator 22 occurs. Can be suppressed.

この実施の形態によれば、回転調節部40は遊星歯車機構等のギア機構によって形成されたことにより、連結されたそれぞれの出力軸29,19の回転数の調節を、機構を用いた具体的な装置によって実現できる。   According to this embodiment, since the rotation adjusting unit 40 is formed by a gear mechanism such as a planetary gear mechanism, the rotation speed of each of the coupled output shafts 29 and 19 is adjusted using a mechanism. It can be realized by a simple device.

なお、この実施の形態においては、スターリングエンジン12の出力軸29にジェネレータ22が接続された構成としたが、これに代えて膨張機15の出力軸19にジェネレータ22が接続された構成としてもよい。   In this embodiment, the generator 22 is connected to the output shaft 29 of the Stirling engine 12. However, the generator 22 may be connected to the output shaft 19 of the expander 15 instead. .

また、この実施の形態においては、回転調節部40は遊星歯車機構として形成したが、これに限定されず、遊星歯車機構以外のギア機構、トルクコンバータ、無段変速機等によって形成してもよく、また、ギア機構、トルクコンバータ、無段変速機等の一部又は全部を組み合わせて形成してもよい。   In this embodiment, the rotation adjusting unit 40 is formed as a planetary gear mechanism, but is not limited thereto, and may be formed by a gear mechanism other than the planetary gear mechanism, a torque converter, a continuously variable transmission, or the like. Moreover, you may form combining some or all, such as a gear mechanism, a torque converter, a continuously variable transmission.

〔発明の実施の形態3〕
図7に、この発明の実施の形態を示す。
Embodiment 3 of the Invention
FIG. 7 shows an embodiment of the present invention.

この実施の形態のエネルギー変換システム1Cにおいては、ハウジング49のクランク室12aの一側部(図7の右側)にジェネレータ室23が設けられ、ジェネレータ室23の一側部に膨張機15が設けられた構成であり、ジェネレータ室23と膨張機15との間は貫通しており、スターリングエンジン12とジェネレータ室23との間は隔壁部41によって区画されている。   In the energy conversion system 1C of this embodiment, the generator chamber 23 is provided on one side (right side in FIG. 7) of the crank chamber 12a of the housing 49, and the expander 15 is provided on one side of the generator chamber 23. The generator chamber 23 and the expander 15 are penetrated, and the Stirling engine 12 and the generator chamber 23 are partitioned by a partition wall 41.

スターリングエンジン12の出力軸29の一端部は膨張機15の出力軸19に連結されている。スターリングエンジン12の出力軸29と膨張機15の出力軸19との連結部分には回転調節部40が設けられ、この回転調節部40はジェネレータ室23の一側部に接続されている。   One end of the output shaft 29 of the Stirling engine 12 is connected to the output shaft 19 of the expander 15. A rotation adjusting unit 40 is provided at a connecting portion between the output shaft 29 of the Stirling engine 12 and the output shaft 19 of the expander 15, and the rotation adjusting unit 40 is connected to one side of the generator chamber 23.

また、膨張後の作動媒体が導通する作動媒体導通管18bは、一端がジェネレータ室23に連結され、他端が熱交換器16に連結されている。その他の構成は実施の形態2と同じである。   Further, one end of the working medium conducting pipe 18 b through which the working medium after expansion is connected is connected to the generator chamber 23 and the other end is connected to the heat exchanger 16. Other configurations are the same as those of the second embodiment.

この実施の形態においては、膨張機15において膨張した作動媒体がジェネレータ室23の内部に放出されたのち、作動媒体導通管18bを経て熱交換器16に供給される。そして、ジェネレータ室23に供給される作動媒体の温度はジェネレータ22よりも十分に温度が低く、従ってジェネレータ室23を作動媒体が通過する際にジェネレータ22を冷却するので、ジェネレータ22の過熱を抑止できる。   In this embodiment, the working medium expanded in the expander 15 is discharged into the generator chamber 23 and then supplied to the heat exchanger 16 through the working medium conducting pipe 18b. The temperature of the working medium supplied to the generator chamber 23 is sufficiently lower than that of the generator 22. Therefore, the generator 22 is cooled when the working medium passes through the generator chamber 23, so that overheating of the generator 22 can be suppressed. .

〔発明の実施の形態4〕
図8に、この発明の実施の形態を示す。
[Embodiment 4 of the Invention]
FIG. 8 shows an embodiment of the present invention.

この実施の形態のエネルギー変換システム1Dは、冷却媒体の流路として、冷却媒体貯蔵槽34から流出し、第2ポンプ36から冷却媒体導通管37bに送り出された冷却媒体を熱交換器16に流入させる「第一の冷却媒体流路」としての冷却媒体導通管42と、同じく第2ポンプ36から冷却媒体導通管37bに送り出された冷却媒体をウォータージャケット33に流入させる「第二の冷却媒体流路」としての冷却媒体導通管43とが設けられている。   In the energy conversion system 1D of this embodiment, the cooling medium flowing out from the cooling medium storage tank 34 as the cooling medium flow path and flowing into the heat exchanger 16 flows from the second pump 36 to the cooling medium conducting pipe 37b. The cooling medium conducting pipe 42 as the “first cooling medium flow path” and the “second cooling medium flow for allowing the cooling medium sent from the second pump 36 to the cooling medium conducting pipe 37 b to flow into the water jacket 33. A cooling medium conducting tube 43 as a “path” is provided.

冷却媒体導通管37b,42,43の一端部は、冷却媒体流量調節弁44に連結され、冷却媒体導通管42の他端部は熱交換器16に連結され、冷却媒体導通管43の他端部はウォータージャケット33に連結されている。一端部が熱交換器16の冷却媒体が流出する側に連結された冷却媒体導通管37cの他端部は、一端部がウォータージャケット33の冷却媒体が流出する側に連結された冷却媒体導通管37dの途中に連結されて冷却媒体の流路が合流している。   One end of the coolant supply pipes 37 b, 42, 43 is connected to the coolant flow rate adjustment valve 44, the other end of the coolant supply pipe 42 is connected to the heat exchanger 16, and the other end of the coolant supply pipe 43. The part is connected to the water jacket 33. The other end of the cooling medium conducting pipe 37c whose one end is connected to the cooling medium outflow side of the heat exchanger 16 is the cooling medium conducting pipe whose one end is connected to the cooling medium outflow side of the water jacket 33. The cooling medium flow path is joined in the middle of 37d.

冷却媒体流量調節弁44は三方弁であり、冷却媒体導通管42,43にそれぞれ送り出される冷却媒体の量を調節する。その他の構成は実施の形態2と同じである。   The cooling medium flow rate adjustment valve 44 is a three-way valve, and adjusts the amount of the cooling medium sent to the cooling medium conducting pipes 42 and 43, respectively. Other configurations are the same as those of the second embodiment.

次に、この実施の形態の作用について説明する。   Next, the operation of this embodiment will be described.

冷却媒体貯蔵槽34から流出した冷却媒体は第2ポンプ36から冷却媒体導通管37bに送り出されて冷却媒体流量調節弁44に供給され、冷却媒体流量調節弁44の調節の度合いに基づいてそれぞれの冷却媒体導通管42,43に流出する。冷却媒体導通管42に流出した冷却媒体は熱交換器16に供給されて作動媒体との熱交換を行う。冷却媒体導通管43に流出した冷却媒体はウォータージャケット33に供給されて低温側シリンダ25及び作動ガスとの熱交換を行う。熱交換器16から冷却媒体導通管37cに流出した冷却媒体及びウォータージャケット33から冷却媒体導通管37dに流出した冷却媒体は合流したのち排熱回収部37hにおいて排熱回収器14内部の(加熱器13の)燃焼排気と熱交換を行い、冷却媒体貯蔵槽34に再び貯蔵される。   The cooling medium flowing out from the cooling medium storage tank 34 is sent out from the second pump 36 to the cooling medium conducting pipe 37b and supplied to the cooling medium flow rate adjustment valve 44. It flows out to the cooling medium conducting pipes 42 and 43. The cooling medium flowing out to the cooling medium conducting pipe 42 is supplied to the heat exchanger 16 and performs heat exchange with the working medium. The cooling medium flowing out to the cooling medium conducting pipe 43 is supplied to the water jacket 33 and performs heat exchange with the low temperature side cylinder 25 and the working gas. The cooling medium flowing out from the heat exchanger 16 to the cooling medium conduction pipe 37c and the cooling medium flowing out from the water jacket 33 to the cooling medium conduction pipe 37d merge, and then in the exhaust heat recovery section 37h, the (heater 13) is exchanged with the combustion exhaust gas, and is stored again in the cooling medium storage tank 34.

以上、この実施の形態においては、冷却媒体の流路として、冷却媒体貯蔵槽34から流出した冷却媒体を熱交換器16に流入させる冷却媒体導通管42と、冷却媒体貯蔵槽34から流出した冷却媒体をウォータージャケット33に流入させる冷却媒体導通管43とが設けられたことにより、冷却媒体貯蔵槽34から流出した冷却媒体をウォータージャケット33に直接供給することができ、スターリングエンジン12の熱効率を向上させることができる。また、それぞれの冷却媒体導通管42,43に対する冷却媒体の流量を調節する冷却媒体流量調節弁44が設けられたことにより、ランキンサイクル回路11やスターリングエンジン12の作動状態に基づいてランキンサイクル回路11の作動媒体の冷却に用いる冷却媒体の流量及びスターリングエンジン12の冷却効率を高めるために用いる冷却媒体の流量を制御することができる。   As described above, in this embodiment, the cooling medium flow pipe 42 that allows the cooling medium flowing out from the cooling medium storage tank 34 to flow into the heat exchanger 16 and the cooling medium that flows out from the cooling medium storage tank 34 are used as the cooling medium flow path. By providing the cooling medium conducting pipe 43 for allowing the medium to flow into the water jacket 33, the cooling medium flowing out from the cooling medium storage tank 34 can be directly supplied to the water jacket 33, and the thermal efficiency of the Stirling engine 12 is improved. Can be made. Further, by providing the cooling medium flow rate adjusting valve 44 for adjusting the flow rate of the cooling medium to each of the cooling medium conducting pipes 42 and 43, the Rankine cycle circuit 11 is based on the operating state of the Rankine cycle circuit 11 or the Stirling engine 12. The flow rate of the cooling medium used for cooling the working medium and the flow rate of the cooling medium used to increase the cooling efficiency of the Stirling engine 12 can be controlled.

〔発明の実施の形態5〕
図9に、この発明の実施の形態を示す。
[Embodiment 5 of the Invention]
FIG. 9 shows an embodiment of the present invention.

この実施の形態のエネルギー変換システム1Eにおいては、外部から冷却媒体循環回路35に冷却媒体を流入させるための冷却媒体導通管45と、冷却媒体循環回路35から冷却媒体を外部に流出させるための「外部流路」としての冷却媒体導通管46a,46b,46cとが設けられている。   In the energy conversion system 1E of this embodiment, the cooling medium conducting tube 45 for allowing the cooling medium to flow into the cooling medium circulation circuit 35 from the outside, and the “for cooling medium flowing out from the cooling medium circulation circuit 35” to the outside. Cooling medium conducting pipes 46a, 46b, 46c as "external flow paths" are provided.

冷却媒体導通管37cの一端部は、ウォータージャケット33の冷却媒体が流出する側に連結された冷却媒体導通管37dに途中に連結されており、この連結された部分と排熱回収部37hとの間において、冷却媒体導通管37dの途中には流入量調節弁47が設けられている。冷却媒体導通管46aは、排熱回収部37h(及びウォータージャケット33)を通過した冷却媒体が導通する冷却媒体導通管37dの途中に一端部が連結され、冷却媒体導通管46bは一端部が冷却媒体貯蔵層34に連結されている。冷却媒体導通管46a,46bの他端部と、冷却媒体導通管46cの一端部とは流出量調節弁48に連結されている。   One end of the cooling medium conduction pipe 37c is connected to the cooling medium conduction pipe 37d connected to the cooling medium outflow side of the water jacket 33, and the connected portion and the exhaust heat recovery section 37h are connected to each other. In the middle of the cooling medium conducting pipe 37d, an inflow amount adjusting valve 47 is provided. One end of the cooling medium conduction pipe 46a is connected to the middle of the cooling medium conduction pipe 37d through which the cooling medium that has passed through the exhaust heat recovery section 37h (and the water jacket 33) conducts, and one end of the cooling medium conduction pipe 46b is cooled. The medium storage layer 34 is connected. The other end portions of the coolant supply pipes 46 a and 46 b and the one end portion of the coolant supply pipe 46 c are connected to the outflow amount adjusting valve 48.

流入量調節弁47及び流出量調節弁48は三方弁であり、外部から冷却媒体導通管37dに流入する冷却媒体の量及び冷却媒体導通管37dや冷却媒体貯蔵槽34から外部に流出する冷却媒体の量を調節する。その他の構成は実施の形態4と同じである。   The inflow amount adjusting valve 47 and the outflow amount adjusting valve 48 are three-way valves, and the amount of the cooling medium flowing into the cooling medium conduction pipe 37d from the outside and the cooling medium flowing out from the cooling medium conduction pipe 37d and the cooling medium storage tank 34. Adjust the amount. Other configurations are the same as those of the fourth embodiment.

次に、この実施の形態の作用について説明する。   Next, the operation of this embodiment will be described.

冷却媒体循環回路35を循環する冷却媒体を外部に取り出すときは、流出量調節弁48を開き、冷却媒体導通管46a又は冷却媒体導通管46bから流出した冷却媒体を冷却媒体導通管46cから外部に流出させる。一方、冷却媒体を外部から冷却媒体循環回路35に追加するときは、流入量調節弁47を開き、冷却媒体導通管45から流入した冷却媒体を冷却媒体導通管37dに流入させる。   When taking out the cooling medium circulating through the cooling medium circulation circuit 35 to the outside, the outflow amount adjusting valve 48 is opened, and the cooling medium flowing out from the cooling medium conduction pipe 46a or the cooling medium conduction pipe 46b is discharged from the cooling medium conduction pipe 46c to the outside. Spill. On the other hand, when adding the cooling medium from the outside to the cooling medium circulation circuit 35, the inflow amount adjusting valve 47 is opened, and the cooling medium flowing in from the cooling medium conduction pipe 45 is caused to flow into the cooling medium conduction pipe 37d.

以上、この実施の形態においては、ウォータージャケット33及び排熱回収部37hを通過した冷却媒体を外部に流出させる冷却媒体導通管46a,46c、及び冷却媒体貯蔵層34に貯蔵された冷却媒体を外部に流出させる冷却媒体導通管46b,46cが設けられたことにより、排熱を回収した冷却媒体を容易に外部に取り出すことが可能になる。また、冷却媒体の流量、即ち冷却媒体導通管46a又は/及び冷却媒体導通管46bから冷却媒体導通管46cへの冷却媒体の流出量や冷却媒体導通管46cからの吐出量を調節する流出量調節弁48が設けられたことにより、冷却媒体を外部に取り出すときの冷却媒体導通管46a,46bからの流出量や冷却媒体導通管46cからの吐水量を制御することができる。   As described above, in this embodiment, the cooling medium conducting pipes 46a and 46c for letting out the cooling medium that has passed through the water jacket 33 and the exhaust heat recovery unit 37h to the outside, and the cooling medium stored in the cooling medium storage layer 34 are externally supplied. By providing the cooling medium conducting pipes 46b and 46c that flow out into the cooling medium, the cooling medium from which the exhaust heat has been recovered can be easily taken out. Further, the flow rate of the cooling medium, that is, the outflow amount adjustment for adjusting the outflow amount of the cooling medium from the cooling medium conduction pipe 46a and / or the cooling medium conduction pipe 46b to the cooling medium conduction pipe 46c and the discharge amount from the cooling medium conduction pipe 46c. By providing the valve 48, it is possible to control the amount of outflow from the cooling medium conducting pipes 46a and 46b and the amount of water discharged from the cooling medium conducting pipe 46c when the cooling medium is taken out.

また、この実施の形態においては、冷却媒体導通管46a,46b,46cと流入量調節弁47とが設けられたことにより、ランキンサイクル回路11やスターリングエンジン12が稼動していない場合であっても冷却媒体を加熱して利用することができる。例えば、何らかの理由により冷却媒体循環回路35における冷却媒体の循環が停止してしまった場合(例えば、第2ポンプ36の停止、冷却媒体流量調節弁44の不調、冷却媒体導通管37a,37b,37cの破損や詰まり、等が考えられる。)、また、意図的な理由で冷却媒体循環回路35における冷却媒体の循環を停止させた場合(例えば、冷却媒体貯蔵層34内に満水状態に貯蔵された冷却媒体が貯蔵したばかりで熱源として利用できない場合(つまり、冷却媒体が冷水の状態であって温水として利用できない場合)、等が考えられる。)において、流入量調節弁47の調節により、冷却媒体導通管37aから流出する冷却媒体の流路を閉じると共に冷却媒体導通管45,37d,排熱回収部37h,冷却媒体導通管37d,46a,46cの順に冷却媒体を導通させる流路を形成することで、冷却媒体導通管45から流入させた低温の冷却媒体(冷水)を排熱回収部37hにおいて加熱し、高温の冷却媒体(熱湯)を冷却媒体導通管46cから取り出すことが可能になる。   Further, in this embodiment, even if the Rankine cycle circuit 11 and the Stirling engine 12 are not in operation due to the provision of the cooling medium conduction pipes 46a, 46b, 46c and the inflow amount adjusting valve 47. The cooling medium can be used by heating. For example, when the circulation of the cooling medium in the cooling medium circulation circuit 35 is stopped for some reason (for example, the second pump 36 is stopped, the cooling medium flow rate adjustment valve 44 is malfunctioning, the cooling medium conduction pipes 37a, 37b, 37c). If the circulation of the cooling medium in the cooling medium circulation circuit 35 is stopped for an intentional reason (for example, it is stored in the cooling medium storage layer 34 in a full state). When the cooling medium has just been stored and cannot be used as a heat source (that is, when the cooling medium is in the state of cold water and cannot be used as hot water, etc.), the cooling medium is adjusted by adjusting the inflow rate adjusting valve 47. The flow path of the cooling medium flowing out from the conduction pipe 37a is closed and the cooling medium conduction pipes 45 and 37d, the exhaust heat recovery part 37h, and the cooling medium conduction pipes 37d and 46a. By forming a flow path for conducting the cooling medium in the order of 46c, the low-temperature cooling medium (cold water) introduced from the cooling medium conduction pipe 45 is heated in the exhaust heat recovery unit 37h, and the high-temperature cooling medium (hot water) is supplied. It becomes possible to take out from the cooling medium conducting tube 46c.

〔発明の実施の形態6〕
図10及び図11に、この発明の実施の形態を示す。
Embodiment 6 of the Invention
10 and 11 show an embodiment of the present invention.

この実施の形態のエネルギー変換システム1Fにおいては、ランキンサイクル回路11とスターリングエンジン12とに加え、第二作動媒体を循環させる冷凍空調サイクル回路50を備えている。この冷凍空調サイクル回路50は、コンプレッサ51、第三熱交換器52、膨張弁53、「第二熱交換器」としての屋内用熱交換器54を備え、それらは第二作動媒体導通管55a,55b,55c,55dによって連結されて第二作動媒体の循環路を形成している。第二作動媒体は、例えばR134a、R407C、R410Aや二酸化炭素を用いるが、圧縮により容易に液化し、気化熱が大きい他の物質を作動媒体に用いてもよい。   In the energy conversion system 1F of this embodiment, in addition to the Rankine cycle circuit 11 and the Stirling engine 12, a refrigeration air conditioning cycle circuit 50 that circulates the second working medium is provided. This refrigerating and air-conditioning cycle circuit 50 includes a compressor 51, a third heat exchanger 52, an expansion valve 53, and an indoor heat exchanger 54 as a “second heat exchanger”, and these include a second working medium conduction pipe 55a, The second working medium circulation path is formed by being connected by 55b, 55c, and 55d. For example, R134a, R407C, R410A, or carbon dioxide is used as the second working medium, but other substances that are easily liquefied by compression and have large heat of vaporization may be used as the working medium.

コンプレッサ51は、例えばスクロールコンプレッサであり、回転運動エネルギーに基づいて第二作動媒体を圧縮する。   The compressor 51 is, for example, a scroll compressor, and compresses the second working medium based on rotational kinetic energy.

第三熱交換器52はコンデンサであり、第二作動媒体とスターリングエンジン12の冷却媒体との間で熱交換を行う。第三熱交換器52は、冷却媒体の流入側に冷却媒体導通管37bが連結され、冷却媒体の流出側には一端部が熱交換器16の流入側に連結された冷却媒体導通管37eの他端部が連結されている。   The third heat exchanger 52 is a condenser, and performs heat exchange between the second working medium and the cooling medium of the Stirling engine 12. The third heat exchanger 52 has a cooling medium conduction pipe 37b connected to the cooling medium inflow side, and one end of the cooling medium conduction pipe 37e connected to the inflow side of the heat exchanger 16 on the cooling medium outflow side. The other end is connected.

膨張弁53は、液状態の第二作動媒体を膨張させて気液混合状態の第二作動媒体を放出する。但し、同様の機能を奏するものであれば、膨張弁53に代えてキャピラリ(毛細管)等を用いてもよい。   The expansion valve 53 expands the second working medium in the liquid state and releases the second working medium in the gas-liquid mixed state. However, a capillary (capillary tube) or the like may be used instead of the expansion valve 53 as long as it has the same function.

屋内用熱交換器54はエバポレータであり、送風用ファンを備え、通過する第二作動媒体と屋内の空気とを強制的に熱交換させる。   The indoor heat exchanger 54 is an evaporator, and includes an air blowing fan, forcibly exchanging heat between the second working medium passing through and the indoor air.

この実施の形態においては、実施の形態2におけるジェネレータ22に代えてコンプレッサ51がスターリングエンジン12の出力軸29に接続されている。   In this embodiment, a compressor 51 is connected to the output shaft 29 of the Stirling engine 12 instead of the generator 22 in the second embodiment.

その他の構成は実施の形態2と同じである。   Other configurations are the same as those of the second embodiment.

次に、この実施の形態の作用について説明する。   Next, the operation of this embodiment will be described.

スターリングエンジン12や膨張機15が作動すると、出力軸29の運動エネルギーによりコンプレッサ51が駆動され、第二作動媒体を圧縮する。コンプレッサ51で圧縮された高温高圧の第二作動媒体は第二作動媒体導通管55bを経て第三熱交換器52に供給され、冷却媒体との熱交換により凝縮される。熱交換によって凝縮された液状態の第二作動媒体は第二作動媒体導通管55cを経て膨張弁53に供給されて膨張する。膨張した低温低圧の第二作動媒体は気液混合の状態で第二作動媒体導通管55dを経て屋内用熱交換器54に供給され蒸発しその気化潜熱により屋内の空気と熱交換が行われる。これにより屋内に冷気が供給されると共に第二作動媒体は気化が進行し温度が上昇する。屋内の空気と熱交換を行った第二作動媒体は屋内用熱交換器54から第二作動媒体導通管55aを経て再びコンプレッサ51に供給されて圧縮され、以下同様の第二作動媒体の循環が行なわれる。   When the Stirling engine 12 or the expander 15 is operated, the compressor 51 is driven by the kinetic energy of the output shaft 29 to compress the second working medium. The high-temperature and high-pressure second working medium compressed by the compressor 51 is supplied to the third heat exchanger 52 through the second working medium conducting pipe 55b and condensed by heat exchange with the cooling medium. The liquid second working medium condensed by heat exchange is supplied to the expansion valve 53 via the second working medium conducting pipe 55c and expands. The expanded low-temperature and low-pressure second working medium is supplied to the indoor heat exchanger 54 via the second working medium conducting pipe 55d in a gas-liquid mixed state, and evaporated to exchange heat with indoor air by the latent heat of vaporization. As a result, cold air is supplied indoors, and the second working medium is vaporized and the temperature rises. The second working medium that has exchanged heat with the indoor air is supplied from the indoor heat exchanger 54 through the second working medium conducting pipe 55a to the compressor 51 and compressed again, and the same circulation of the second working medium is performed thereafter. Done.

この実施の形態においては、第二作動媒体を圧縮するコンプレッサ51と、屋内の空気と第二作動媒体との間で熱交換を行う屋内用熱交換器54とを備えた冷凍空調サイクル回路50が設けられ、コンプレッサ51がスターリングエンジン12の出力軸29に接続されたことにより、スターリングエンジン12及び膨張機15のうち少なくとも何れか一つの出力で冷凍空調サイクル回路50に駆動力を供給して、屋内用熱交換器54によって屋内の空気の暖房や冷房などを行う空気調和装置を実現できる。   In this embodiment, a refrigerating and air-conditioning cycle circuit 50 including a compressor 51 that compresses a second working medium and an indoor heat exchanger 54 that performs heat exchange between indoor air and the second working medium is provided. Provided, the compressor 51 is connected to the output shaft 29 of the Stirling engine 12 to supply a driving force to the refrigerating and air-conditioning cycle circuit 50 with at least one of the outputs of the Stirling engine 12 and the expander 15. An air conditioner that heats or cools indoor air by the heat exchanger 54 can be realized.

また、この実施の形態においては、冷凍空調サイクル回路50の第二作動媒体とスターリングエンジン12の冷却媒体との間で熱交換を行う第三熱交換器52を備えたことにより、第二作動媒体を冷却媒体で冷却することを可能にする。これにより、冷凍空調サイクル回路50を含むシステム構成要素相互間で熱交換を行い、高いエネルギー変換効率を得ることができる。   In this embodiment, the second working medium is provided with the third heat exchanger 52 that exchanges heat between the second working medium of the refrigeration air-conditioning cycle circuit 50 and the cooling medium of the Stirling engine 12. Can be cooled with a cooling medium. Thereby, heat exchange can be performed between system components including the refrigeration air conditioning cycle circuit 50, and high energy conversion efficiency can be obtained.

なお、この実施の形態ではスターリングエンジン12の出力軸29にコンプレッサ51を接続したが、これに代えて、膨張機15の出力軸19にコンプレッサ51を接続してもよい。また、この実施の形態における第二作動媒体の循環を逆にして、第三熱交換器52をエバポレータとして、屋内用熱交換器54をコンデンサとしてそれぞれ用い、屋内を暖房させる構成とすることもできる。   In this embodiment, the compressor 51 is connected to the output shaft 29 of the Stirling engine 12, but the compressor 51 may be connected to the output shaft 19 of the expander 15 instead. Further, the circulation of the second working medium in this embodiment can be reversed, and the third heat exchanger 52 can be used as an evaporator and the indoor heat exchanger 54 can be used as a condenser to heat the room indoors. .

ここで、本発明の計算の一例として示す、この実施の形態における冷房時のエネルギー効率について考える。図11はこの実施の形態に係るエネルギー変換システム1Fにおける冷房時のエネルギーフロー図である。同図は、図3の場合と同様に加熱器13において4kWの発熱量で加熱してスターリングエンジン12の出力軸29が0.73kW、ランキンサイクル回路11の膨張機15の出力軸19が0.15kWの出力で駆動し、コンプレッサ51が駆動された場合が示している。この場合、ジェネレータ22,20の伝達効率をそれぞれ90%とすると、ジェネレータ22側の軸出力は0.66kW(0.73(kW)×0.9≒0.66(kW))、ジェネレータ20側の軸出力は0.13kW(0.15(kW)×0.9=0.13(kW))となり、COP(Coefficient of Performance)=3とした場合、合計約2.37kW({0.66(kW)+0.13(kW)}×3.0≒2.37(kW)となる。更に、図3の場合と同様に2.1kWの熱エネルギーが冷却媒体貯蔵槽34に蓄積される。ゆえに、このエネルギー変換システム1Fにて取得される総エネルギー量は4.47kW(2.37(kW)+2.1(kW)=4.47(kW))となり、このエネルギー変換システム1Fの総合効率は112%となる。   Here, the energy efficiency at the time of cooling in this embodiment shown as an example of the calculation of the present invention will be considered. FIG. 11 is an energy flow diagram during cooling in the energy conversion system 1F according to this embodiment. As in the case of FIG. 3, the heater 13 is heated with a heating value of 4 kW in the heater 13, the output shaft 29 of the Stirling engine 12 is 0.73 kW, the output shaft 19 of the expander 15 of the Rankine cycle circuit 11 is 0. A case where the compressor 51 is driven by driving with an output of 15 kW is shown. In this case, if the transmission efficiency of the generators 22 and 20 is 90%, the shaft output on the generator 22 side is 0.66 kW (0.73 (kW) × 0.9≈0.66 (kW)), and the generator 20 side The output of the shaft is 0.13 kW (0.15 (kW) × 0.9 = 0.13 (kW)). When COP (Coefficient of Performance) = 3, the total output is about 2.37 kW ({0.66 (KW) +0.13 (kW)} × 3.0≈2.37 (kW) Further, 2.1 kW of thermal energy is accumulated in the cooling medium storage tank 34 as in the case of FIG. Therefore, the total energy amount acquired by this energy conversion system 1F is 4.47 kW (2.37 (kW) +2.1 (kW) = 4.47 (kW)), and the total efficiency of this energy conversion system 1F Is 112%.

即ち、この実施の形態においても、実施の形態1の場合と同様に高いエネルギー変換効率を得ることができる。更に、この実施の形態においても、熱交換器16において冷却媒体と作動媒体との間で直接熱交換を行うこと等により、図10に示すスターリングエンジン12におけるエネルギーロス(c)とランキンサイクル回路11におけるエネルギーロス(d)とを更に小さくすることができ、一層高いエネルギー変換効率を得ることができる。   That is, also in this embodiment, high energy conversion efficiency can be obtained as in the case of the first embodiment. Furthermore, also in this embodiment, the heat loss in the Stirling engine 12 shown in FIG. 10 and the Rankine cycle circuit 11 are performed by directly exchanging heat between the cooling medium and the working medium in the heat exchanger 16. Energy loss (d) can be further reduced, and higher energy conversion efficiency can be obtained.

〔発明の実施の形態7〕
図12に、この発明の実施の形態を示す。
Embodiment 7 of the Invention
FIG. 12 shows an embodiment of the present invention.

この実施の形態のエネルギー変換システム1Gにおいては、冷却媒体の流路として、冷却媒体貯蔵槽34から流出した冷却媒体を熱交換器16に流入させる「第三の冷却媒体流路」としての冷却媒体導通管56aと、冷却媒体貯蔵槽34から流出した冷却媒体を第三熱交換器52に流入させる「第四の冷却媒体流路」としての冷却媒体導通管56bとが設けられている。冷却媒体導通管56aの一端部は熱交換器16の流入側に連結され、冷却媒体導通管56bの一端部は第三熱交換器52の流入側に連結されている。それら冷却媒体導通管56a,56bの他端部は、冷却媒体導通管37bに連結された「第二の冷却媒体流量調節弁」としての冷却媒体流量調節弁57に連結されている。この冷却媒体流量調節弁57は三方弁であり、冷却媒体導通管56a,56bに対する冷却媒体の流量を調節する。熱交換器16とウォータージャケット33とに連結された冷却媒体導通管37cは途中で分岐し、分岐した冷却媒体導通管37fは第三熱交換器52の流出側に連結されている。その他の構成は実施の形態6と同じである。   In the energy conversion system 1G of this embodiment, as the cooling medium flow path, the cooling medium as the “third cooling medium flow path” for flowing the cooling medium flowing out from the cooling medium storage tank 34 into the heat exchanger 16. A conduction pipe 56 a and a cooling medium conduction pipe 56 b as a “fourth cooling medium flow path” through which the cooling medium flowing out from the cooling medium storage tank 34 flows into the third heat exchanger 52 are provided. One end of the cooling medium conduction pipe 56 a is connected to the inflow side of the heat exchanger 16, and one end of the cooling medium conduction pipe 56 b is connected to the inflow side of the third heat exchanger 52. The other ends of the cooling medium conduction pipes 56a and 56b are connected to a cooling medium flow rate adjustment valve 57 as a “second cooling medium flow rate adjustment valve” connected to the cooling medium conduction pipe 37b. The cooling medium flow rate adjustment valve 57 is a three-way valve, and adjusts the flow rate of the cooling medium with respect to the cooling medium conduction pipes 56a and 56b. The cooling medium conduction pipe 37 c connected to the heat exchanger 16 and the water jacket 33 branches in the middle, and the branched cooling medium conduction pipe 37 f is connected to the outflow side of the third heat exchanger 52. Other configurations are the same as those of the sixth embodiment.

次に、この実施の形態の作用について説明する。   Next, the operation of this embodiment will be described.

冷却媒体貯蔵槽34から流出した冷却媒体は第2ポンプ36から送り出されて冷却媒体流量調節弁57に供給され、冷却媒体流量調節弁57の調節の度合いに基づいてそれぞれの冷却媒体導通管56a,56bに流出する。冷却媒体導通管56aに流出した冷却媒体は熱交換器16に供給されて作動媒体との熱交換を行う。冷却媒体導通管56bに流出した冷却媒体は第三熱交換器52に供給されて第二作動媒体との熱交換を行う。熱交換器16から冷却媒体導通管37cに流出した冷却媒体及び第三熱交換器52から冷却媒体導通管37fに流出した冷却媒体は合流したのちウォータージャケット33に供給される。   The cooling medium that has flowed out of the cooling medium storage tank 34 is sent out from the second pump 36 and supplied to the cooling medium flow rate adjustment valve 57, and the respective cooling medium conduction pipes 56 a, 56 a, It flows out to 56b. The cooling medium flowing out to the cooling medium conducting pipe 56a is supplied to the heat exchanger 16 and performs heat exchange with the working medium. The cooling medium flowing out to the cooling medium conducting pipe 56b is supplied to the third heat exchanger 52 and performs heat exchange with the second working medium. The cooling medium flowing out from the heat exchanger 16 to the cooling medium conduction pipe 37 c and the cooling medium flowing out from the third heat exchanger 52 to the cooling medium conduction pipe 37 f merge and are supplied to the water jacket 33.

この実施の形態においては、第三熱交換器52と熱交換器16とがそれぞれ設けられ、冷却媒体の流路として、冷却媒体貯蔵槽34から流出した冷却媒体を熱交換器16に流入させる冷却媒体導通管56aと、冷却媒体貯蔵槽34から流出した冷却媒体を第三熱交換器52に流入させる冷却媒体導通管56bとが設けられたことにより、冷却媒体を第二作動媒体の冷却と作動媒体の冷却とに併用することができる。また、それぞれの冷却媒体導通管56a,56bに対する冷却媒体の流量を調節する冷却媒体流量調節弁57が設けられたことにより、冷凍空調サイクル回路50及びランキンサイクル回路11の作動状態に基づいて冷凍空調サイクル回路50の冷却に用いる冷却媒体の流量及びランキンサイクル回路11の冷却に用いる冷却媒体の流量を制御することができる。   In this embodiment, the third heat exchanger 52 and the heat exchanger 16 are provided, respectively, and the cooling medium flowing out from the cooling medium storage tank 34 is flown into the heat exchanger 16 as a cooling medium flow path. By providing the medium conduction pipe 56a and the cooling medium conduction pipe 56b for allowing the cooling medium flowing out from the cooling medium storage tank 34 to flow into the third heat exchanger 52, the cooling medium is cooled and operated. It can be used together with the cooling of the medium. Further, by providing a cooling medium flow rate adjusting valve 57 for adjusting the flow rate of the cooling medium to the respective cooling medium conducting pipes 56a and 56b, the refrigerating and air conditioning based on the operating states of the refrigerating and air conditioning cycle circuit 50 and Rankine cycle circuit 11 is provided. The flow rate of the cooling medium used for cooling the cycle circuit 50 and the flow rate of the cooling medium used for cooling the Rankine cycle circuit 11 can be controlled.

〔発明の実施の形態8〕
図13に、この発明の実施の形態を示す。
[Embodiment 8 of the Invention]
FIG. 13 shows an embodiment of the present invention.

この実施の形態のエネルギー変換システム1Hにおいては、冷凍空調サイクル回路50は、実施の形態6における第三熱交換器52に代えて、第四熱交換器58を備えている。第四熱交換器58は送風用ファンを備えたコンデンサであり、通過する第二作動媒体と屋外の空気とを強制的に熱交換させる。熱交換器16とウォータージャケット33とは冷却媒体導通管37cによって連結されている。その他の構成は実施の形態6と同じである。   In the energy conversion system 1H of this embodiment, the refrigeration air conditioning cycle circuit 50 includes a fourth heat exchanger 58 instead of the third heat exchanger 52 in the sixth embodiment. The fourth heat exchanger 58 is a condenser having a blower fan, and forcibly exchanges heat between the second working medium passing therethrough and outdoor air. The heat exchanger 16 and the water jacket 33 are connected by a cooling medium conducting tube 37c. Other configurations are the same as those of the sixth embodiment.

次に、この実施の形態の作用について説明する。   Next, the operation of this embodiment will be described.

冷凍空調サイクル回路50においては、コンプレッサ51で圧縮された第二作動媒体は第二作動媒体導通管55bを介して第四熱交換器58に供給される。第四熱交換器58は第二作動媒体と周囲の空気とを強制的に熱交換し、第二作動媒体を冷却する。冷却された第二作動媒体は第二作動媒体導通管55cを介して膨張弁53に供給される。   In the refrigeration air conditioning cycle circuit 50, the second working medium compressed by the compressor 51 is supplied to the fourth heat exchanger 58 via the second working medium conducting pipe 55b. The fourth heat exchanger 58 forcibly exchanges heat between the second working medium and the surrounding air, thereby cooling the second working medium. The cooled second working medium is supplied to the expansion valve 53 via the second working medium conducting pipe 55c.

この実施の形態においては、冷凍空調サイクル回路50は、第二作動媒体と屋外の空気とを強制的に熱交換させる第四熱交換器58を備えたことにより、冷凍空調サイクル回路50における第二作動媒体の冷却を冷却媒体や作動媒体との熱交換によらずに行なうことができる。   In this embodiment, the refrigeration air-conditioning cycle circuit 50 includes the fourth heat exchanger 58 that forcibly exchanges heat between the second working medium and outdoor air. The working medium can be cooled without relying on heat exchange with the cooling medium or the working medium.

なお、この実施の形態における第二作動媒体の循環を逆にして、第四熱交換器58をエバポレータとして、屋内用熱交換器54をコンデンサとしてそれぞれ用い、屋内を暖房させる構成とすることもできる。   It should be noted that the circulation of the second working medium in this embodiment can be reversed, and the fourth heat exchanger 58 can be used as an evaporator and the indoor heat exchanger 54 can be used as a condenser to heat the room indoors. .

〔発明の実施の形態9〕
図14に、この発明の実施の形態を示す。
Embodiment 9 of the Invention
FIG. 14 shows an embodiment of the present invention.

この実施の形態のエネルギー変換システム1Iにおいては、スターリングエンジン12の出力軸29にコンプレッサ51とジェネレータ22とが接続されている。そして、出力軸29とコンプレッサ51及びジェネレータ22との接続部分には、スターリングエンジン12及び膨張機14から出力される駆動力の、コンプレッサ51及びジェネレータ22に対する伝達状態を調節する回転調節部59が設けられている。この回転調節部59は変速及び動力分配機構であって例えばクラッチ機構とギア機構とによって形成されている。その他の構成は実施の形態6と同じである。   In the energy conversion system 1 </ b> I of this embodiment, a compressor 51 and a generator 22 are connected to the output shaft 29 of the Stirling engine 12. A rotation adjusting unit 59 for adjusting the transmission state of the driving force output from the Stirling engine 12 and the expander 14 to the compressor 51 and the generator 22 is provided at a connection portion between the output shaft 29 and the compressor 51 and the generator 22. It has been. The rotation adjusting unit 59 is a speed change and power distribution mechanism, and is formed by, for example, a clutch mechanism and a gear mechanism. Other configurations are the same as those of the sixth embodiment.

次に、この実施の形態の作用について説明する。   Next, the operation of this embodiment will be described.

スターリングエンジン12及び膨張機15のうち少なくとも何れか一方が作動すると出力軸29が回転する。出力軸29の運動エネルギーは回転調節部59の制御により、コンプレッサ51及びジェネレータ22のうち少なくとも何れか一方に伝達し、運動エネルギーの伝達を受けたコンプレッサ51及びジェネレータ22のうち少なくとも何れか一方は回転する。また、このときの回転数等の回転状態は回転調節部59の制御によって調節される。即ち、出力軸29とコンプレッサ51又はジェネレータ22の出力軸とをそれぞれ所定の回転比で回転させることもできる。   When at least one of the Stirling engine 12 and the expander 15 operates, the output shaft 29 rotates. The kinetic energy of the output shaft 29 is transmitted to at least one of the compressor 51 and the generator 22 under the control of the rotation adjusting unit 59, and at least one of the compressor 51 and the generator 22 that receives the kinetic energy is rotated. To do. Further, the rotational state such as the rotational speed at this time is adjusted by the control of the rotation adjusting unit 59. That is, the output shaft 29 and the output shaft of the compressor 51 or the generator 22 can be rotated at a predetermined rotation ratio.

この実施の形態においては、スターリングエンジン12の出力軸29にコンプレッサ51とジェネレータ22とが接続され、出力軸29とコンプレッサ51及びジェネレータ22との接続部分には、スターリングエンジン12及び膨張機15のうち少なくとも何れか一方から出力される駆動力の、コンプレッサ51及びジェネレータ22のうちの一方又は双方に対する伝達状態を調節する回転調節部59が設けられたことにより、一の出力軸29に接続されているコンプレッサ51とジェネレータ22とについて、駆動対象の選択や駆動状態の制御を行うことができる。   In this embodiment, the compressor 51 and the generator 22 are connected to the output shaft 29 of the Stirling engine 12, and the connecting portion between the output shaft 29, the compressor 51 and the generator 22 includes the Stirling engine 12 and the expander 15. A rotation adjusting unit 59 that adjusts the transmission state of the driving force output from at least one of the compressor 51 and the generator 22 to one or both of them is connected to one output shaft 29. With respect to the compressor 51 and the generator 22, it is possible to select a driving target and control a driving state.

これにより、例えば、冷凍空調サイクル回路50を駆動させていない場合は出力軸29の運動エネルギーをジェネレータ22に伝達させるように回転調節部59を切り替え、冷凍空調サイクル回路50を駆動させている場合は出力軸29の運動エネルギーをコンプレッサ51に伝達させるように回転調節部59を切り替える制御が可能になる。   Thereby, for example, when the refrigerating and air conditioning cycle circuit 50 is not driven, the rotation adjusting unit 59 is switched so that the kinetic energy of the output shaft 29 is transmitted to the generator 22 and the refrigerating and air conditioning cycle circuit 50 is driven. Control to switch the rotation adjusting unit 59 so that the kinetic energy of the output shaft 29 is transmitted to the compressor 51 becomes possible.

なお、この実施の形態においては、スターリングエンジン12の出力軸29にコンプレッサ51、ジェネレータ22、回転調節部59が接続された構成としたが、これに代えて膨張機15の出力軸19にコンプレッサ51、ジェネレータ22、回転調節部59が接続された構成としてもよい。   In this embodiment, the compressor 51, the generator 22, and the rotation adjusting unit 59 are connected to the output shaft 29 of the Stirling engine 12. However, instead of this, the compressor 51 is connected to the output shaft 19 of the expander 15. The generator 22 and the rotation adjusting unit 59 may be connected.

また、この実施の形態においては、回転調節部59はクラッチ機構とギア機構とで形成したが、これに限定されず、遊星歯車機構、トルクコンバータ、無段変速機等によって形成してもよく、また、クラッチ機構、ギア機構、トルクコンバータ、無段変速機等の一部又は全部を組み合わせて形成してもよい。   Further, in this embodiment, the rotation adjusting unit 59 is formed by a clutch mechanism and a gear mechanism, but is not limited to this, and may be formed by a planetary gear mechanism, a torque converter, a continuously variable transmission, etc. Moreover, you may form combining some or all, such as a clutch mechanism, a gear mechanism, a torque converter, a continuously variable transmission.

〔発明の実施の形態10〕
図15乃至図17に、この発明の実施の形態を示す。
[Embodiment 10 of the invention]
15 to 17 show an embodiment of the present invention.

この実施の形態のエネルギー変換システム1Jにおいては、実施の形態8に示す冷凍空調サイクル回路50において四方弁61が設けられて、この四方弁61に、一端部が屋内用熱交換器54に連結された第二作動媒体導通管55aの他端部と、一端部がコンプレッサ51の流入側に連結された第二作動媒体導通管55iの他端部と、一端部がコンプレッサ51の流出側に連結された第二作動媒体導通管55jの他端部と、一端部が第四熱交換器58に連結された第二作動媒体導通管55bの他端部とが連結されている。屋内用熱交換器54も第四熱交換器58も、エバポレータとしてもコンデンサとしても使用可能に構成されている。   In the energy conversion system 1J of this embodiment, a four-way valve 61 is provided in the refrigerating and air-conditioning cycle circuit 50 shown in the eighth embodiment, and one end of the four-way valve 61 is connected to the indoor heat exchanger 54. The other end of the second working medium conduction pipe 55a, the other end of the second working medium conduction pipe 55i, one end of which is connected to the inflow side of the compressor 51, and one end of the second working medium conduction pipe 55a are connected to the outflow side of the compressor 51. The other end of the second working medium conducting tube 55j is connected to the other end of the second working medium conducting tube 55b having one end connected to the fourth heat exchanger 58. Both the indoor heat exchanger 54 and the fourth heat exchanger 58 are configured to be usable both as an evaporator and a condenser.

四方弁61は、冷凍空調サイクル回路50における第二作動媒体の流路を切り替える。即ち、四方弁61は、冷凍空調サイクル回路50は、図15に示す第一位置においては、屋内用熱交換器54をエバポレータとして使用するための第一循環路50aを形成し、図16に示す第二位置においては、屋内用熱交換器54をコンデンサとして使用するための第二循環路50bを形成する。その他の構成は実施の形態8と同じである。   The four-way valve 61 switches the flow path of the second working medium in the refrigeration air conditioning cycle circuit 50. That is, the four-way valve 61 forms a first circulation path 50a for using the indoor heat exchanger 54 as an evaporator at the first position shown in FIG. In the second position, a second circulation path 50b for using the indoor heat exchanger 54 as a condenser is formed. Other configurations are the same as those of the eighth embodiment.

次に、この実施の形態の作用について説明する。   Next, the operation of this embodiment will be described.

四方弁61が図15に示す第一位置にある場合、第四熱交換器58はコンデンサとして、屋内用熱交換器54はエバポレータとして機能する。この場合、図15に示す通り、コンプレッサ51が駆動されると、第二作動媒体は第二作動媒体導通管55iを介してコンプレッサ51に供給されて圧縮され、圧縮された後第二作動媒体導通管55j,55bを介して第四熱交換器58に供給されて凝縮され、凝縮された後第二作動媒体導通管55cを介して膨張弁53に供給されて膨張し、膨張した後第二作動媒体導通管55dを介して屋内用熱交換器54に供給されて屋内の空気と熱交換され、これにより、屋内に冷気が供給されると共に第二作動媒体が吸熱する。屋内の空気と熱交換を行った第二作動媒体は屋内用熱交換器54から第二作動媒体導通管55a,55iを介して再びコンプレッサ51に供給されて圧縮され、以下同様の第二作動媒体の循環が行なわれる。   When the four-way valve 61 is in the first position shown in FIG. 15, the fourth heat exchanger 58 functions as a condenser and the indoor heat exchanger 54 functions as an evaporator. In this case, as shown in FIG. 15, when the compressor 51 is driven, the second working medium is supplied to the compressor 51 via the second working medium conducting pipe 55i and compressed, and after being compressed, the second working medium is conducted. It is supplied to the fourth heat exchanger 58 through the pipes 55j and 55b, condensed, condensed, supplied to the expansion valve 53 through the second working medium conducting pipe 55c, expanded, and then expanded. The air is supplied to the indoor heat exchanger 54 through the medium conducting pipe 55d and exchanges heat with the indoor air, whereby cold air is supplied indoors and the second working medium absorbs heat. The second working medium that has exchanged heat with the indoor air is again supplied from the indoor heat exchanger 54 to the compressor 51 via the second working medium conducting pipes 55a and 55i, and is compressed. Circulation is performed.

一方、四方弁61が図16に示す第二位置にある場合、第四熱交換器58はエバポレータとして、屋内用熱交換器54はコンデンサとして機能する。この場合、図16に示す通り、コンプレッサ51が駆動されると、第二作動媒体は第二作動媒体導通管55dを介して膨張弁53に供給されて膨張し、膨張した後第二作動媒体導通管55cを介して第四熱交換器58に供給されて吸熱し、吸熱した後第二作動媒体導通管55b,55iを介してコンプレッサ51に供給されて圧縮され、圧縮された後第二作動媒体導通管55j,55aを介して屋内用熱交換器54に供給されて屋内の空気と熱交換され、これにより屋内に暖気が供給されると共に第二作動媒体が放熱する。屋内の空気と熱交換を行った第二作動媒体は屋内用熱交換器54から第二作動媒体導通管55dを介して再び膨張弁53に供給されて膨張し、以下同様の第二作動媒体の循環が行なわれる。   On the other hand, when the four-way valve 61 is in the second position shown in FIG. 16, the fourth heat exchanger 58 functions as an evaporator and the indoor heat exchanger 54 functions as a condenser. In this case, as shown in FIG. 16, when the compressor 51 is driven, the second working medium is supplied to the expansion valve 53 via the second working medium conducting pipe 55d to expand and expand, and then the second working medium is conducted. It is supplied to the fourth heat exchanger 58 via the pipe 55c to absorb heat, absorbs heat, is then supplied to the compressor 51 via the second working medium conducting pipes 55b and 55i, is compressed, and is compressed and then the second working medium. It is supplied to the indoor heat exchanger 54 through the conduction pipes 55j and 55a and exchanges heat with indoor air, whereby warm air is supplied indoors and the second working medium dissipates heat. The second working medium that has exchanged heat with the indoor air is supplied again to the expansion valve 53 from the indoor heat exchanger 54 via the second working medium conducting pipe 55d, and then expands. Circulation takes place.

この実施の形態においては、冷凍空調サイクル回路50において、第二作動媒体の流路を切り替えて、屋内用熱交換器54をエバポレータとして使用するための第一循環路50a及び屋内用熱交換器54をコンデンサとして使用するための第二循環路50bの何れかを形成する四方弁61を備えたことにより、屋内用熱交換器54を冷房用屋内機、暖房用屋内機の何れにも使用可能となる。   In this embodiment, in the refrigeration air conditioning cycle circuit 50, the flow path of the second working medium is switched, and the first circulation path 50a and the indoor heat exchanger 54 for using the indoor heat exchanger 54 as an evaporator. By using the four-way valve 61 that forms any one of the second circulation paths 50b for use as a condenser, the indoor heat exchanger 54 can be used for both an indoor unit for cooling and an indoor unit for heating. Become.

ここで、本発明の計算の一例として示す、この実施の形態における暖房時のエネルギー効率について考える。図17はこの実施の形態に係るエネルギー変換システム1Jにおける暖房時のエネルギーフロー図である。同図は、図3,図11の場合と同様に加熱器13において4kWの発熱量で加熱してスターリングエンジン12の出力軸29が0.73kW、ランキンサイクル回路11の膨張機15の出力軸19が0.15kWの出力で駆動し、コンプレッサ51を駆動させた場合を示している。この場合、ジェネレータ22,20の伝達効率をそれぞれ90%とすると、ジェネレータ22側の軸出力は0.66kW、ジェネレータ20側の軸出力は0.13kWとなり、COP=4.3とした場合、合計約3.4kW({0.66(kW)+0.13(kW)}×4.3≒3.4(kW)となる。更に、図3,図11の場合と同様に2.1kWの熱エネルギーが冷却媒体貯蔵槽34に蓄積される。ゆえに、このエネルギー変換システム1Jにて取得される総エネルギー量は5.5kW(3.4(kW)+2.1(kW)=5.5(kW))となり、このエネルギー変換システム1Fの総合効率は137.5%となる。   Here, the energy efficiency at the time of heating in this embodiment shown as an example of the calculation of the present invention will be considered. FIG. 17 is an energy flow diagram during heating in the energy conversion system 1J according to this embodiment. In the same figure as in FIGS. 3 and 11, the heater 13 is heated with a heating value of 4 kW, the output shaft 29 of the Stirling engine 12 is 0.73 kW, and the output shaft 19 of the expander 15 of the Rankine cycle circuit 11. Is driven with an output of 0.15 kW, and the compressor 51 is driven. In this case, assuming that the transmission efficiency of the generators 22 and 20 is 90%, the shaft output on the generator 22 side is 0.66 kW, the shaft output on the generator 20 side is 0.13 kW, and when COP = 4.3, the total About 3.4 kW ({0.66 (kW) +0.13 (kW)) × 4.3≈3.4 (kW) Further, 2.1 kW heat as in the case of FIGS. Energy is accumulated in the cooling medium storage tank 34. Therefore, the total amount of energy acquired by the energy conversion system 1J is 5.5 kW (3.4 (kW) +2.1 (kW) = 5.5 (kW) )), And the overall efficiency of the energy conversion system 1F is 137.5%.

即ち、この実施の形態においても、実施の形態1,6の場合と同様に高いエネルギー変換効率を得ることができる。更に、この実施の形態においても、熱交換器16において冷却媒体と作動媒体との間で直接熱交換を行うこと等により、図15,図16に示すスターリングエンジン12におけるエネルギーロス(e)とランキンサイクル回路11におけるエネルギーロス(f)とを更に小さくすることができ、一層高いエネルギー変換効率を得ることができる。   That is, also in this embodiment, high energy conversion efficiency can be obtained as in the first and sixth embodiments. Furthermore, also in this embodiment, by performing heat exchange directly between the cooling medium and the working medium in the heat exchanger 16, the energy loss (e) and Rankine in the Stirling engine 12 shown in FIGS. The energy loss (f) in the cycle circuit 11 can be further reduced, and higher energy conversion efficiency can be obtained.

〔発明の実施の形態11〕
図18に、この発明の実施の形態を示す。
[Embodiment 11 of the Invention]
FIG. 18 shows an embodiment of the present invention.

この実施の形態のエネルギー変換システム1Kにおいては、ランキンサイクル回路11において第五熱交換器62が熱交換器16と並列に設けられている。即ち、一端部が膨張機15に連結された作動媒体導通管18bの他端部側が分岐し、分岐した一方側の「第一の作動媒体流路」としての作動媒体導通管63aは熱交換器16の流入側に連結されて、膨張機15から流出した作動媒体を熱交換器16に流入させる。一方、分岐した他方側の「第二の作動媒体流路」としての作動媒体導通管64aは第五熱交換器62の流入側に連結されて、膨張機15から流出した作動媒体を第五熱交換器62に流入させる。更に、一端部が第1ポンプ17に連結された作動媒体導通管18cの他端部側が分岐し、分岐した一方側の「第一の作動媒体流路」としての作動媒体導通管63bは熱交換器16の流出側に連結され、分岐した他方側の「第二の作動媒体流路」としての作動媒体導通管64bは第五熱交換器62の流出側に連結されている。   In the energy conversion system 1 </ b> K of this embodiment, a fifth heat exchanger 62 is provided in parallel with the heat exchanger 16 in the Rankine cycle circuit 11. That is, the other end portion side of the working medium conducting pipe 18b whose one end is connected to the expander 15 is branched, and the working medium conducting pipe 63a as the “first working medium flow path” on one side of the branch is a heat exchanger. The working medium that has flowed out of the expander 15 is caused to flow into the heat exchanger 16. On the other hand, the working medium conducting pipe 64a as the “second working medium flow path” on the other side of the branch is connected to the inflow side of the fifth heat exchanger 62, and the working medium flowing out of the expander 15 is supplied to the fifth heat. It flows into the exchanger 62. Furthermore, the other end side of the working medium conduction pipe 18c whose one end is connected to the first pump 17 is branched, and the working medium conduction pipe 63b as the “first working medium flow path” on one side of the branch is heat exchanged. The working medium conducting pipe 64 b connected to the outflow side of the vessel 16 and serving as the “second working medium flow path” on the other side branched is connected to the outflow side of the fifth heat exchanger 62.

第五熱交換器62はコンデンサであり、送風用ファンを備え、通過する作動媒体と周囲の空気とを強制的に熱交換させる。熱交換器16の流出側に連結された作動媒体導通管63bと第五熱交換器62の流出側に連結された作動媒体導通管64bとが分岐する部分には、作動媒体流量調節弁65が設けられている。この作動媒体流量調節弁65は三方弁であり、熱交換器16を通過する作動媒体の流量及び第五熱交換器62を通過する作動媒体の流量を調節する。なお、作動媒体流量調節弁65は作動媒体導通管63aと作動媒体導通管64aとが分岐する部分に設けてもよい。その他の構成は実施の形態10と同じである。   The fifth heat exchanger 62 is a condenser and includes a fan for blowing air, and forcibly exchanges heat between the working medium passing therethrough and ambient air. A working medium flow rate adjustment valve 65 is provided at a portion where the working medium conduction pipe 63b connected to the outflow side of the heat exchanger 16 and the working medium conduction pipe 64b connected to the outflow side of the fifth heat exchanger 62 branch. Is provided. The working medium flow rate adjustment valve 65 is a three-way valve, and adjusts the flow rate of the working medium passing through the heat exchanger 16 and the flow rate of the working medium passing through the fifth heat exchanger 62. The working medium flow rate adjustment valve 65 may be provided at a portion where the working medium conduction pipe 63a and the working medium conduction pipe 64a branch. Other configurations are the same as those of the tenth embodiment.

次に、この実施の形態の作用について説明する。   Next, the operation of this embodiment will be described.

ランキンサイクル回路11の作動媒体を熱交換器16において熱交換する場合、熱交換器16側から第1ポンプ17側への流路が形成されるように作動媒体流量調節弁65を調整する。これにより、作動媒体は膨張機15から作動媒体導通管63aを経て熱交換器16に供給され、冷却媒体との熱交換により冷却される。一方、作動媒体を第五熱交換器62において熱交換する場合、第五熱交換器62側から第1ポンプ17側への流路が形成されるように作動媒体流量調節弁65を調整する。これにより、作動媒体は膨張機15から作動媒体導通管64aを経て第五熱交換器62に供給され、周囲の空気との熱交換により冷却される。   When heat exchange is performed on the working medium of the Rankine cycle circuit 11 in the heat exchanger 16, the working medium flow rate adjustment valve 65 is adjusted so that a flow path from the heat exchanger 16 side to the first pump 17 side is formed. Accordingly, the working medium is supplied from the expander 15 to the heat exchanger 16 through the working medium conducting pipe 63a, and is cooled by heat exchange with the cooling medium. On the other hand, when exchanging heat in the fifth heat exchanger 62, the working medium flow rate adjustment valve 65 is adjusted so that a flow path from the fifth heat exchanger 62 side to the first pump 17 side is formed. Thereby, the working medium is supplied from the expander 15 to the fifth heat exchanger 62 through the working medium conducting pipe 64a and cooled by heat exchange with the surrounding air.

この実施の形態においては、ランキンサイクル回路11の作動媒体と周囲の空気とを強制的に熱交換させて作動媒体を冷却する第五熱交換器62が設けられたことにより、ランキンサイクル回路11における作動媒体の冷却を冷却媒体との熱交換によらずに行なうことができる。また、作動媒体の流路として、膨張機15から流出した作動媒体を熱交換器16に通過させる作動媒体導通管63a,63bと、膨張機15から流出した作動媒体を第五熱交換器62に通過させる作動媒体導通管64a,64bとが設けられ、作動媒体導通管63a,63b及び作動媒体導通管64a,64bに対する作動媒体の流量を調節する作動媒体流量調節弁65が設けられたことにより、ランキンサイクル回路11から排出される熱エネルギーを冷却媒体によって回収することも、周囲の空気と強制的に熱交換し放熱することもでき、スターリングエンジン12の作動状態や気温の状態等に基づいて熱交換器16及び第五熱交換器62に対する作動媒体の流量を調節し、常時良好な状態でランキンサイクル回路11を駆動させることが可能になる。   In this embodiment, the fifth heat exchanger 62 that cools the working medium by forcibly exchanging heat between the working medium of the Rankine cycle circuit 11 and the surrounding air is provided. The working medium can be cooled without heat exchange with the cooling medium. In addition, working medium flow pipes 63a and 63b for passing the working medium flowing out from the expander 15 to the heat exchanger 16 and the working medium flowing out from the expander 15 to the fifth heat exchanger 62 as a working medium flow path. The working medium conducting pipes 64a and 64b to be passed are provided, and the working medium conducting pipes 63a and 63b and the working medium conducting pipes 64a and 64b are provided with the working medium flow adjusting valve 65 for adjusting the flow rate of the working medium. The heat energy discharged from the Rankine cycle circuit 11 can be recovered by the cooling medium, or can be forcibly exchanged with the surrounding air to dissipate heat, and heat can be generated based on the operating state of the Stirling engine 12 or the temperature state. Adjusting the flow rate of the working medium for the exchanger 16 and the fifth heat exchanger 62 and driving the Rankine cycle circuit 11 in a good state at all times. Possible to become.

これにより、例えば冷却媒体の温度が十分に低く熱交換によって作動媒体を冷却可能な場合には作動媒体が熱交換器16を通過するように作動媒体流量調節弁65を調節し、冷却媒体の温度が作動媒体の冷却が困難なところまで上昇してしまった場合や冷却媒体の温度よりも気温の方が低い場合には作動媒体が第五熱交換器62を通過するように作動媒体流量調節弁65を調節する制御が可能になる。   Accordingly, for example, when the temperature of the cooling medium is sufficiently low and the working medium can be cooled by heat exchange, the working medium flow rate adjustment valve 65 is adjusted so that the working medium passes through the heat exchanger 16, and the temperature of the cooling medium is thereby adjusted. Is increased to a point where it is difficult to cool the working medium, or when the temperature is lower than the temperature of the cooling medium, the working medium flow control valve is set so that the working medium passes through the fifth heat exchanger 62. Control to adjust 65 is possible.

上記各実施の形態のエネルギー変換システム1A〜1Kは家庭用コジェネレーションシステムとして形成したが、これに限定されず、工場用や発電所用のコジェネレーションシステムにも適用できる。また、上記各実施の形態における「回転機」はコジェネレーションシステムのジェネレータ20,22として形成したが、これに限定されず、例えばモータやファン等、出力軸19,29の回転エネルギーによって回転駆動されるものであればどのようなものを「回転機」として適用してもよい。   The energy conversion systems 1A to 1K of the above-described embodiments are formed as home cogeneration systems, but are not limited to this, and can be applied to cogeneration systems for factories and power plants. In addition, the “rotary machine” in each of the above embodiments is formed as the generators 20 and 22 of the cogeneration system, but is not limited to this, and is rotated by the rotational energy of the output shafts 19 and 29 such as a motor and a fan. Any device may be used as the “rotating machine”.

上記各実施の形態は例示であり、本発明が上記実施の形態のみに限定されることを意味するものではないことは、いうまでもない。   It is needless to say that each of the above embodiments is an exemplification, and does not mean that the present invention is limited to the above embodiment.

この発明の実施の形態1に係るエネルギー変換システムのシステム構成図である。1 is a system configuration diagram of an energy conversion system according to Embodiment 1 of the present invention. 同実施の形態に係るエネルギー変換システムの概念図である。It is a conceptual diagram of the energy conversion system which concerns on the same embodiment. 同実施の形態に係るエネルギー変換システムにおける発電時のエネルギーフロー図である。It is an energy flow figure at the time of the electric power generation in the energy conversion system concerning the embodiment. 同実施の形態に係るエネルギー変換システムにおけるランキンサイクル回路が作動した場合のモリエル線図である。It is a Mollier diagram in case the Rankine cycle circuit in the energy conversion system concerning the embodiment operates. この発明の実施の形態2に係るエネルギー変換システムのシステム構成図である。It is a system block diagram of the energy conversion system which concerns on Embodiment 2 of this invention. 同実施の形態に係るエネルギー変換システムの概念図である。It is a conceptual diagram of the energy conversion system which concerns on the same embodiment. この発明の実施の形態3に係るエネルギー変換システムのシステム構成図である。It is a system block diagram of the energy conversion system which concerns on Embodiment 3 of this invention. この発明の実施の形態4に係るエネルギー変換システムのシステム構成図である。It is a system configuration | structure figure of the energy conversion system which concerns on Embodiment 4 of this invention. この発明の実施の形態5に係るエネルギー変換システムのシステム構成図である。It is a system block diagram of the energy conversion system which concerns on Embodiment 5 of this invention. この発明の実施の形態6に係るエネルギー変換システムのシステム構成図である。It is a system block diagram of the energy conversion system which concerns on Embodiment 6 of this invention. 同実施の形態に係るエネルギー変換システムにおける冷房時のエネルギーフロー図である。It is an energy flow figure at the time of cooling in the energy conversion system concerning the embodiment. この発明の実施の形態7に係るエネルギー変換システムのシステム構成図である。It is a system configuration | structure figure of the energy conversion system which concerns on Embodiment 7 of this invention. この発明の実施の形態8に係るエネルギー変換システムのシステム構成図である。It is a system configuration | structure figure of the energy conversion system which concerns on Embodiment 8 of this invention. この発明の実施の形態9に係るエネルギー変換システムのシステム構成図である。It is a system configuration | structure figure of the energy conversion system which concerns on Embodiment 9 of this invention. この発明の実施の形態10に係るエネルギー変換システムのシステム構成図である。It is a system configuration | structure figure of the energy conversion system which concerns on Embodiment 10 of this invention. 同実施の形態に係るエネルギー変換システムのシステム構成図である。It is a system configuration figure of the energy conversion system concerning the embodiment. 同実施の形態に係るエネルギー変換システムにおける暖房時のエネルギーフロー図である。It is an energy flow figure at the time of heating in the energy conversion system concerning the embodiment. この発明の実施の形態11に係るエネルギー変換システムのシステム構成図である。It is a system configuration | structure figure of the energy conversion system which concerns on Embodiment 11 of this invention. 従来例に係るエネルギー変換システムのシステム構成図である。It is a system configuration | structure figure of the energy conversion system which concerns on a prior art example.

符号の説明Explanation of symbols

1A,1B,1C,1D,1E,1F,1G,1H,1I,1J,1K エネルギー変換システム
11 ランキンサイクル回路
12 スターリングエンジン
13 加熱器
14 排熱回収器
15 膨張機
16 熱交換器
18d 加熱部
19,29 出力軸
20,22 ジェネレータ(回転機)
24 高温側シリンダ(高温部)
25 低温側シリンダ(低温部)
34 冷却媒体貯蔵槽
37a,37b,37c,37d,37e,37f,37g 冷却媒体導通管
37h 排熱回収部
40,59 回転調節部
42 冷却媒体導通管(第一の冷却媒体流路)
43 冷却媒体導通管(第二の冷却媒体流路)
44 冷却媒体流量調節弁
46a,46b,46c 冷却媒体導通管(外部流路)
48 流出量調節弁
50 冷凍空調サイクル回路
50a 第一循環路
50b 第二循環路
51 コンプレッサ
52 第三熱交換器
54 屋内用熱交換器(第二熱交換器)
56a 冷却媒体導通管(第三の冷却媒体流路)
56b 冷却媒体導通管(第四の冷却媒体流路)
57 冷却媒体流量調節弁(第二の冷却媒体流量調節弁)
58 第四熱交換器
61 四方弁
62 第五熱交換器
63a,63b 作動媒体導通管(第一の作動媒体流路)
64a,64b 作動媒体導通管(第二の作動媒体流路)
65 作動媒体流量調節弁
1A, 1B, 1C, 1D, 1E, 1F, 1G, 1H, 1I, 1J, 1K Energy conversion system
11 Rankine cycle circuit
12 Stirling engine
13 Heater
14 Waste heat recovery unit
15 Expander
16 Heat exchanger
18d heating section
19,29 Output shaft
20,22 Generator (Rotating machine)
24 High temperature side cylinder (High temperature part)
25 Low temperature side cylinder (low temperature part)
34 Cooling medium storage tank
37a, 37b, 37c, 37d, 37e, 37f, 37g Cooling medium conduit
37h Waste heat recovery section
40,59 Rotation adjuster
42 Cooling medium conduit (first cooling medium flow path)
43 Cooling medium conduit (second cooling medium flow path)
44 Coolant flow control valve
46a, 46b, 46c Cooling medium conduit (external flow path)
48 Outflow control valve
50 Refrigeration and air conditioning cycle circuit
50a First circuit
50b Second circuit
51 Compressor
52 3rd heat exchanger
54 Indoor heat exchanger (second heat exchanger)
56a Cooling medium conduit (third cooling medium flow path)
56b Cooling medium conduit (fourth cooling medium flow path)
57 Coolant flow control valve (second coolant flow control valve)
58 Fourth heat exchanger
61 Four-way valve
62 Fifth heat exchanger
63a, 63b Working medium conducting tube (first working medium flow path)
64a, 64b Working medium conducting pipe (second working medium flow path)
65 Working medium flow control valve

Claims (18)

作動媒体の膨張エネルギーを運動エネルギーに変換する膨張機を備えたランキンサイクル回路と、膨張室内の作動ガスを加熱膨張させる高温部及び前記作動ガスを冷却収縮させる低温部を備え熱エネルギーを運動エネルギーに変換するスターリングエンジンとを備えたエネルギー変換システムにおいて、
前記スターリングエンジンの前記低温部を冷却する冷却媒体と前記作動媒体との間で熱交換を行う熱交換器を備えたことを特徴とするエネルギー変換システム。
A Rankine cycle circuit having an expander that converts expansion energy of the working medium into kinetic energy, a high-temperature portion that heats and expands the working gas in the expansion chamber, and a low-temperature portion that cools and contracts the working gas are used to convert the heat energy into kinetic energy. In an energy conversion system with a Stirling engine for conversion,
An energy conversion system comprising: a heat exchanger that exchanges heat between a cooling medium that cools the low temperature portion of the Stirling engine and the working medium.
前記熱交換器には、前記膨張機を通過して膨張エネルギーが運動エネルギーに変換された前記作動媒体と前記スターリングエンジンの前記低温部に供給される前の前記冷却媒体とが供給されることを特徴とする請求項1に記載のエネルギー変換システム。   The heat exchanger is supplied with the working medium in which the expansion energy is converted into kinetic energy through the expander and the cooling medium before being supplied to the low temperature part of the Stirling engine. The energy conversion system according to claim 1, wherein 前記ランキンサイクル回路に設けられた前記作動媒体に膨張エネルギーを与えるために熱を吸収する加熱部及び前記スターリングエンジンの高温部のうち少なくとも何れか一方を加熱する加熱器と、該加熱器から発生された熱を通過させる排熱回収器とが設けられ、該排熱回収器に前記冷却媒体を通過させ該冷却媒体と前記排熱回収器内部の空気とを熱交換する排熱回収部が配設されたことを特徴とする請求項1又は2に記載のエネルギー変換システム。   A heating unit that absorbs heat to give expansion energy to the working medium provided in the Rankine cycle circuit, and a heater that heats at least one of the high-temperature unit of the Stirling engine, and the heater And a waste heat recovery unit that passes the cooling medium through the exhaust heat recovery unit and exchanges heat between the cooling medium and the air inside the exhaust heat recovery unit. The energy conversion system according to claim 1 or 2, wherein ジェネレータ、モータ等の回転機を備え、該回転機が前記スターリングエンジンの出力軸及び前記ランキンサイクル回路の膨張機の出力軸のそれぞれに、又は、何れか一方のみに接続されて、前記回転機に回転運動エネルギーが供給されて駆動されるようにしたことを特徴とする請求項1乃至3の何れか一つに記載のエネルギー変換システム。   A rotating machine such as a generator and a motor is provided, and the rotating machine is connected to each of the output shaft of the Stirling engine and the output shaft of the expander of the Rankine cycle circuit, or only one of them. The energy conversion system according to any one of claims 1 to 3, wherein the kinetic energy is supplied and driven. 前記スターリングエンジンの出力軸と前記膨張機の出力軸とが連結されたことを特徴とする請求項1乃至4の何れか一つに記載のエネルギー変換システム。   The energy conversion system according to any one of claims 1 to 4, wherein an output shaft of the Stirling engine and an output shaft of the expander are connected. 前記スターリングエンジンの出力軸と前記膨張機の出力軸との連結部分には、それぞれの前記出力軸の回転数を機構、流体等によって調節することでそれぞれの前記出力軸を所定の回転比で回転させる回転調節部が設けられたことを特徴とする請求項5に記載のエネルギー変換システム。   At the connecting portion between the output shaft of the Stirling engine and the output shaft of the expander, the output shaft is rotated at a predetermined rotation ratio by adjusting the rotational speed of the output shaft with a mechanism, fluid, or the like. The energy conversion system according to claim 5, further comprising a rotation adjusting unit to be operated. 前記回転調節部は遊星歯車機構等のギア機構、トルクコンバータ、無段変速機等を有する変速手段によって形成されたことを特徴とする請求項6に記載のエネルギー変換システム。   The energy conversion system according to claim 6, wherein the rotation adjusting unit is formed by a transmission unit having a gear mechanism such as a planetary gear mechanism, a torque converter, a continuously variable transmission, or the like. 前記低温部を通過した前記冷却媒体を貯蔵する冷却媒体貯蔵槽を備えたことを特徴とする請求項1乃至7の何れか一つに記載のエネルギー変換システム。   The energy conversion system according to any one of claims 1 to 7, further comprising a cooling medium storage tank that stores the cooling medium that has passed through the low temperature portion. 前記冷却媒体貯蔵槽に貯蔵された前記冷却媒体を前記低温部に供給し前記冷却媒体貯蔵槽と前記低温部との間で前記冷却媒体を循環させる冷却媒体導通管が設けられたことを特徴とする請求項8に記載のエネルギー変換システム。   A cooling medium conducting pipe is provided for supplying the cooling medium stored in the cooling medium storage tank to the low temperature part and circulating the cooling medium between the cooling medium storage tank and the low temperature part. The energy conversion system according to claim 8. 前記冷却媒体の流路として、前記冷却媒体貯蔵槽から流出した前記冷却媒体を前記熱交換器に流入させる第一の冷却媒体流路と、前記冷却媒体貯蔵槽から流出した前記冷却媒体を前記低温部に流入させる第二の冷却媒体流路とが設けられ、
前記第一の冷却媒体流路及び前記第二の冷却媒体流路に対する前記冷却媒体の流量を調節する冷却媒体流量調節弁が設けられたことを特徴とする請求項8又は9に記載のエネルギー変換システム。
As the cooling medium flow path, a first cooling medium flow path for allowing the cooling medium flowing out from the cooling medium storage tank to flow into the heat exchanger, and the cooling medium flowing out from the cooling medium storage tank as the low temperature A second cooling medium flow path for flowing into the part,
The energy conversion according to claim 8 or 9, further comprising a cooling medium flow rate adjusting valve for adjusting a flow rate of the cooling medium with respect to the first cooling medium flow path and the second cooling medium flow path. system.
前記低温部を通過した前記冷却媒体が導通する前記冷却媒体導通管及び前記冷却媒体貯蔵槽のうち少なくとも何れか一方に連結されて、前記冷却媒体及び前記冷却媒体貯蔵層に貯蔵された前記冷却媒体のうち少なくとも何れか一方を外部に流出させる外部流路と、
前記外部流路の前記冷却媒体の流量を調節する流出量調節弁とが設けられたことを特徴とする請求項8乃至10の何れか一つに記載のエネルギー変換システム。
The cooling medium stored in the cooling medium and the cooling medium storage layer, connected to at least one of the cooling medium conducting tube and the cooling medium storage tank through which the cooling medium that has passed through the low temperature portion is conducted. An external flow path for causing at least one of the flow out to the outside,
The energy conversion system according to any one of claims 8 to 10, further comprising an outflow amount adjustment valve that adjusts a flow rate of the cooling medium in the external flow path.
第二作動媒体を圧縮するコンプレッサと、屋内の空気と前記第二作動媒体との間で熱交換を行う第二熱交換器とを備えた冷凍空調サイクル回路が設けられ、
前記コンプレッサが前記スターリングエンジンの出力軸及び前記膨張機の出力軸のうち少なくとも何れか一方に接続されたことを特徴とする請求項1乃至11の何れか一つに記載のエネルギー変換システム。
A refrigeration air conditioning cycle circuit comprising a compressor for compressing the second working medium, and a second heat exchanger for exchanging heat between indoor air and the second working medium;
The energy conversion system according to any one of claims 1 to 11, wherein the compressor is connected to at least one of an output shaft of the Stirling engine and an output shaft of the expander.
前記冷凍空調サイクル回路の前記第二作動媒体と前記スターリングエンジンの冷却媒体との間で熱交換を行う第三熱交換器を備えたことを特徴とする請求項12に記載のエネルギー変換システム。   The energy conversion system according to claim 12, further comprising a third heat exchanger that exchanges heat between the second working medium of the refrigeration air-conditioning cycle circuit and a cooling medium of the Stirling engine. 前記第三熱交換器と、前記ランキンサイクル回路の作動媒体と前記スターリングエンジンの冷却媒体との間で熱交換を行う前記熱交換器とがそれぞれ設けられ、
前記冷却媒体の流路として、前記冷却媒体貯蔵槽から流出した前記冷却媒体を前記熱交換器に流入させる第三の冷却媒体流路と、前記冷却媒体貯蔵槽から流出した前記冷却媒体を前記第三熱交換器に流入させる第四の冷却媒体流路とが設けられ、
前記第三の冷却媒体流路及び前記第四の冷却媒体流路に対する前記冷却媒体の流量を調節する冷却媒体流量調節弁が設けられたことを特徴とする請求項13に記載のエネルギー変換システム。
The third heat exchanger and the heat exchanger for exchanging heat between the working medium of the Rankine cycle circuit and the cooling medium of the Stirling engine are provided, respectively.
As the cooling medium flow path, a third cooling medium flow path for allowing the cooling medium flowing out from the cooling medium storage tank to flow into the heat exchanger, and the cooling medium flowing out from the cooling medium storage tank as the first cooling medium. A fourth coolant flow path for flowing into the three heat exchangers,
The energy conversion system according to claim 13, further comprising a cooling medium flow rate adjustment valve that adjusts a flow rate of the cooling medium with respect to the third cooling medium flow path and the fourth cooling medium flow path.
前記冷凍空調サイクル回路は、前記第二作動媒体と屋外の空気とを強制的に熱交換させる第四熱交換器を備えたことを特徴とする請求項12乃至14の何れか一つに記載のエネルギー変換システム。   The said refrigeration air-conditioning cycle circuit is provided with the 4th heat exchanger which forcibly heat-exchanges said 2nd working medium and outdoor air, The one of Claim 12 thru | or 14 characterized by the above-mentioned. Energy conversion system. 前記スターリングエンジンの出力軸及び前記膨張機の出力軸のうち少なくとも何れか一方には前記コンプレッサと前記回転機とが接続され、
前記出力軸と前記コンプレッサ及び前記回転機との接続部分には、前記スターリングエンジン及び前記膨張機のうち少なくとも何れか一方から出力される駆動力の、前記コンプレッサ及び前記回転機のうちの一方又は双方に対する伝達状態を調節する回転調節部が設けられたことを特徴とする請求項12乃至15の何れか一つに記載のエネルギー変換システム。
The compressor and the rotating machine are connected to at least one of the output shaft of the Stirling engine and the output shaft of the expander,
One or both of the compressor and the rotating machine having a driving force output from at least one of the Stirling engine and the expander is connected to the output shaft, the compressor, and the rotating machine. The energy conversion system according to any one of claims 12 to 15, further comprising a rotation adjustment unit that adjusts a transmission state with respect to the energy.
前記冷凍空調サイクル回路において、前記第二作動媒体の流路を切り替えて、前記第二熱交換器をエバポレータとして使用するための第一循環路及び前記第二熱交換器をコンデンサとして使用するための第二循環路の何れかを形成する四方弁を備えたことを特徴とする請求項12乃至16の何れか一つに記載のエネルギー変換システム。   In the refrigeration air-conditioning cycle circuit, the flow path of the second working medium is switched, and the first circulation path for using the second heat exchanger as an evaporator and the second heat exchanger as a condenser are used. The energy conversion system according to any one of claims 12 to 16, further comprising a four-way valve forming any one of the second circulation paths. 前記ランキンサイクル回路の作動媒体と周囲の空気とを強制的に熱交換させて前記作動媒体を冷却する第五熱交換器が設けられ、
前記作動媒体の流路として、前記膨張機から流出した前記作動媒体を前記熱交換器に通過させる第一の作動媒体流路と、前記膨張機から流出した前記作動媒体を前記第五熱交換器に通過させる第二の作動媒体流路とが設けられ、
前記第一の作動媒体流路及び前記第二の作動媒体流路に対する前記作動媒体の流量を調節する作動媒体流量調節弁が設けられたことを特徴とする請求項1乃至17の何れか一つに記載のエネルギー変換システム。
A fifth heat exchanger for cooling the working medium by forcibly exchanging heat between the working medium of the Rankine cycle circuit and ambient air;
As the working medium flow path, a first working medium flow path for allowing the working medium flowing out from the expander to pass through the heat exchanger, and the working medium flowing out from the expander as the fifth heat exchanger. A second working medium flow path that is passed through,
18. A working medium flow rate adjusting valve for adjusting a flow rate of the working medium with respect to the first working medium flow path and the second working medium flow path is provided. Energy conversion system as described in.
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