太陽熱水発電における低温スターリングエンジンの実現可能性に関するシナリオ分析による定量的評価

スターリングエンジンはカルノー効率に近い発電効率を発揮できる「夢のエンジン」と言われてきたが、200年間、実用化・普及に遅れていた。2015年、Jürgen Kleinwächter（ユルゲン・クラインヴェヒター）教授は長年の研究を経て低温スターリングエンジンSunpulse500（高温側熱源温度200℃・低温側熱源温度25℃で、出力500W、発電効率12%）を発表した。　筆者らはSunpulse500を参考に、低摩擦係数素材や高性能断熱材などの最先端技術を採用し、新たな低温スターリングエンジンを開発した（実験機の実施設計レベル）。著者らの試算では、高温側熱源温度95℃・低温側熱源温度5℃で、...

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Published inMACRO REVIEW Vol. 33; no. 1; pp. 1 - 39
Main Authors 八木田, 浩史, 角田, 晋也, 伊藤, 拓哉, 鈴木, 誠一, 小島, 紀徳, 迯目, 英正
Format Journal Article
LanguageJapanese
Published 日本マクロエンジニアリング学会 2021
Subjects
低温スターリングエンジン
太陽熱水発電
太陽熱湯沸装置
海洋深層水
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ISSN0915-0560
1884-2496
DOI10.11286/jmr.33.1

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Abstract スターリングエンジンはカルノー効率に近い発電効率を発揮できる「夢のエンジン」と言われてきたが、200年間、実用化・普及に遅れていた。2015年、Jürgen Kleinwächter（ユルゲン・クラインヴェヒター）教授は長年の研究を経て低温スターリングエンジンSunpulse500（高温側熱源温度200℃・低温側熱源温度25℃で、出力500W、発電効率12%）を発表した。　筆者らはSunpulse500を参考に、低摩擦係数素材や高性能断熱材などの最先端技術を採用し、新たな低温スターリングエンジンを開発した（実験機の実施設計レベル）。著者らの試算では、高温側熱源温度95℃・低温側熱源温度5℃で、出力308W、発電効率11.4%を達成できる。　低温スターリングエンジンは、エクセルギーが小さい低品位の熱源を利用でき、太陽熱湯沸装置を用いることでエネルギーロスや装置・運用・熱源コストを下げ、発電効率に優れるので発電コストを下げ、他の発電装置・発電方式に対し価格競争力をもつ。
AbstractList スターリングエンジンはカルノー効率に近い発電効率を発揮できる「夢のエンジン」と言われてきたが、200年間、実用化・普及に遅れていた。2015年、Jürgen Kleinwächter（ユルゲン・クラインヴェヒター）教授は長年の研究を経て低温スターリングエンジンSunpulse500（高温側熱源温度200℃・低温側熱源温度25℃で、出力500W、発電効率12%）を発表した。　筆者らはSunpulse500を参考に、低摩擦係数素材や高性能断熱材などの最先端技術を採用し、新たな低温スターリングエンジンを開発した（実験機の実施設計レベル）。著者らの試算では、高温側熱源温度95℃・低温側熱源温度5℃で、出力308W、発電効率11.4%を達成できる。　低温スターリングエンジンは、エクセルギーが小さい低品位の熱源を利用でき、太陽熱湯沸装置を用いることでエネルギーロスや装置・運用・熱源コストを下げ、発電効率に優れるので発電コストを下げ、他の発電装置・発電方式に対し価格競争力をもつ。
Author 八木田, 浩史
伊藤, 拓哉
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小島, 紀徳
迯目, 英正
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References 18 沖縄県久米島町、久米島海洋深層水複合利用基本調査報告書(2011.3)
2 迯目英正；小島紀徳；伊藤拓哉；鈴木誠一、非集光型太陽熱温度差発電の開発、日エネ誌、97、53-63 (2018)
6 Ecovillages: Social Innovations towards a Regenerative Culture : https://homedocbox.com/Landscaping/73129330-Ecovillages-social-innovations-towards-a-regenerative-culture.html
1 迯目英正；小島紀徳；伊藤拓哉；鈴木誠一、取水等設備を含む個別最適化による海洋温度差発電コストの低減と評価、日エネ誌、95、653-662 (2016)
17 ㈶エンジニアリング協会、地域開発に資する低温地熱発電の可能性調査研究報告書(2012.3)
10 迯目英正；八木田浩史；角田晋也；伊藤拓哉；鈴木誠一；小島紀徳、太陽熱湯沸装置を用いた熱水発電の優位性、Macro Review 2021年33巻1号
12 勝川熱工株式会社HP、プレートフィンヒーター、http://www.katsukawa.co.jp/010/post_1.html
3 Sun-Orbit社HP（現在閉鎖中）： www.sun-orbit.de/sunpulse-500/、www.sunorbit.de/sunpulseplus
5 Sunpulse 500: Why Low Temperature Stirling Engines: Theory and Possibilities by J. Kleinwächter：https://www.youtube.com/watch?v=CK1bYvhewQ4&list=PLTANLRFo7O7M0cx5WxKPQ9cUwvm79xEov
9 Jurgen KLEINWACHTER、MEMBRANE STIRLING ENGINE、USPTO 20180119638（出願2016、公開2018）
15 日本建築学会、建築設計資料集成2、1979、丸善
4 Sunpulse 500 What is necessary to Build Your Own Stirling Engine by Olivier Paccoud：https://www.youtube.com/watch?v=mpBa0ntXANI&list=PLTANLRFo7O7M0cx5WxKPQ9cUwvm79xEov&index=1
11 平田宏一、Stirling Engine Dictionary、https://www.nmri.go.jp/oldpages/eng/khirata/stirling/cycle/index.html
8 濱口和洋、スターリングエンジンによる排熱発電の将来、電気学会誌136巻9号 (2016)
13 熱研産業株式会社HP、プレートフィン式熱交換器、https://www.nekken-sangyo.co.jp/product/exchange/fin.html
16 NTN株式会社、精密樹脂 ベアリ、https://www.ntn.co.jp/japan/products/catalog/pdf/5100JE.pdf
14 すまいるクラブ、代表的な建材の熱伝導率、http://www.iny.jp/regulation/energy/seinou_hikaku/materials.html
7 迯目英正；小島紀徳他、100℃未満（太陽熱水・排熱で発電する）低温スターリングエンジンの開発、日本マクロエンジニアリング学会、東京大学ホームカミングディ最先端技術シンポジウム2018
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– reference: *13 熱研産業株式会社HP、プレートフィン式熱交換器、https://www.nekken-sangyo.co.jp/product/exchange/fin.html
– reference: *16 NTN株式会社、精密樹脂 ベアリ、https://www.ntn.co.jp/japan/products/catalog/pdf/5100JE.pdf
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– reference: *8 濱口和洋、スターリングエンジンによる排熱発電の将来、電気学会誌136巻9号 (2016)
– reference: *5 Sunpulse 500: Why Low Temperature Stirling Engines: Theory and Possibilities by J. Kleinwächter：https://www.youtube.com/watch?v=CK1bYvhewQ4&list=PLTANLRFo7O7M0cx5WxKPQ9cUwvm79xEov
– reference: *11 平田宏一、Stirling Engine Dictionary、https://www.nmri.go.jp/oldpages/eng/khirata/stirling/cycle/index.html
– reference: *4 Sunpulse 500 What is necessary to Build Your Own Stirling Engine by Olivier Paccoud：https://www.youtube.com/watch?v=mpBa0ntXANI&list=PLTANLRFo7O7M0cx5WxKPQ9cUwvm79xEov&index=1
– reference: *9 Jurgen KLEINWACHTER、MEMBRANE STIRLING ENGINE、USPTO 20180119638（出願2016、公開2018）
– reference: *3 Sun-Orbit社HP（現在閉鎖中）： www.sun-orbit.de/sunpulse-500/、www.sunorbit.de/sunpulseplus/
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– reference: *17 ㈶エンジニアリング協会、地域開発に資する低温地熱発電の可能性調査研究報告書(2012.3)
– reference: *1 迯目英正；小島紀徳；伊藤拓哉；鈴木誠一、取水等設備を含む個別最適化による海洋温度差発電コストの低減と評価、日エネ誌、95、653-662 (2016)
– reference: *18 沖縄県久米島町、久米島海洋深層水複合利用基本調査報告書(2011.3)
– reference: *12 勝川熱工株式会社HP、プレートフィンヒーター、http://www.katsukawa.co.jp/010/post_1.html
– reference: *14 すまいるクラブ、代表的な建材の熱伝導率、http://www.iny.jp/regulation/energy/seinou_hikaku/materials.html
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