成果報告書詳細
管理番号20110000001046
タイトル平成21年度成果報告書 エコイノベーション推進事業(実証研究)「工場向け排熱回収スターリングエンジンの実証研究」
公開日2011/7/2
報告書年度2009 - 2009
委託先名株式会社eスター
プロジェクト番号P07026
部署名研究開発推進部
和文要約1. 実証研究目的
スターリングエンジンはこれまで、効率、作動ガスの漏れ、コスト、信頼性が問題となり、事業化できずにきた。地球環境保護の中で、産業界のCO2排出量削減に、これまで利用されていない排熱からのエネルギー回収にスターリングエンジンが注目されている。そこで、効率、漏れ、複雑構成、信頼性をクリアする排熱回収エンジンのプロト機を開発した。スターリングエンジン発電システムは単一機器を排熱源に取付けるだけで小型の発電装置としては蒸気タービン発電設備よりは熱効率もよく、中小規模の排熱源設備にも簡単に導入できると考えている。したがって、本スターリングエンジンが効率・耐久性・コストといった課題をクリアし、定期的なメンテナンスについても簡便になることで、事業化が大きく前進する。そこで、耐久課題を抽出できるスターリングエンジンを工場の排熱設備に試験導入し、実証試験によって、先の性能を確保するための知見を収集する。
2. 実証研究の成果
これまで、独立行政法人 鉄道建設・運輸施設整備支援機構の運輸分野における基礎的研究推進制度 「港湾内の環境保全を目指した内航船船舶用排熱回収システムの開発」において、船舶ディーゼルエンジンからの排気ガス(350~400℃)からの排熱回収を目的として、(独)海上技術安全研究所と実験用スターリングエンジン1~3号機を開発し、陸上用ディ~ゼル発電装置の排気ガス及び船舶搭載のディーゼルエンジンの排気ガスを回収してスターリングエンジンを駆動する実証実験を行った(1)。その後、この3号機を船舶から取外し陸揚げし、本開発研究の実証試験1号機として述べ、3010時間の耐久性能の評価運転を行った(2)。運転の最終段階でさまざまな耐久性に関する課題抽出を行った。
上記実証試験1号機のエンジンの内部の機構はほぼ同じ構造を踏襲し、コスト低減を狙ってエンジンのクランクケースの構成を変更するとともにエンジンのヒータを銅製からステンレス製に変更して、本開発の実証試験2号機として製作し、工場の実際のガスエンジンの排熱源(排気ガス温度=450℃~500℃)を用いての約800時間の等価耐久試験を行い、運転後のエンジンを分解して、エンジンの運転後の状況を確認し、異常のないことを確認した。
さらに、上記実証試験1号機の耐久性課題に対し、軸受摺動部の8000時間以上の長寿命化検討を行う設計変更を行って、実証試験3号機として、200℃~600℃の広範囲な排気ガス温度域に対応できるように高信頼度を持つエンジンを開発した。本プロト機についても、スターリングエンジンを試験設置して、実証検証を行い、オイルレス運転で信頼性課題となる摺動箇所の接触プレート及び転がり軸受、リニア軸受等の長寿命化への知見を得た。
英文要約Title of the project: Corroboratory Test and Research of Wast Exhaus Heat Recovery Stirling Engine from Factory
1. The object of the research and development
 The stirling engine has not been utilized due to reason of efficiency, leakage of functioning gas, product cost and liability.
For the global environment protection, it is noted that the exhaust heat recovery type strirling engine is contributed to reduce CO2 emissions. We have developed the proto type of stirling engine satisfied with high efficiency,
low leakage and simple construction. This exhaust type recovery system with proto type of stirling engine is very simple system so as to install just the engine to exhaust pipe, compared with steam turbine system which are consist with plural major machinery.
Exhaust heat recovery system with stirling engine is simple system such that just install to exhaust pipe and just higher efficiency compared with steam turbine system shall be expected.
THis system with stirling engine is simply applied to small and middle facilities. The stirling engine is installed to the exhaust heat source of factory.
We have executed to proven test in order to confirm the durability and reliability.
2. The result of the research and development
e-Stir and National Maritime Research Institute have been developed 3 sets of exhaust heat recovery engine with exhaust gas of marine diesel engine in theme of” Development of Heat Recovery System with Stirling Engine Generator System”. Proven test of these engines have been carried out with exhaust gas heat sources from diesel generating set for land use and marine diesel engine.
No.3 stirlimg engine has been landing from the ship and this engine called to be “No.1 proven test engine. No.1 proven test engine has been run during 3010 hrs for durability performance with heat source.
The liner bearing of this engine has been broken just after 3000 hors running.
No.2 proven engine has been designed and manufactured. The main mechanism of engine followed to same construction of No.1 proven engine. Crankcase of engine has been manufactured by simply struction for cost reduction. Heater of this type engine has been made by stainless steel pipe from cupper pipe. Durability test of No.2 proven engine has been run during 870 hours using heat source of exhaust gas from gas engine driving compressor for factory facility (exhaust gas temperature =450 ℃) and any trouble has not been recognized.
In view of past trouble of No.1 proven engine, No.3 proven engine has been designed so as to long life time more than 8000 hours. No.3 proven engine has been run during 530 hrs with heat source covered from 350℃ to 650 ℃. After 530 hrs durability tests, any abnormal condition such as wear tear, crank and broken part is observed. Due to above mention proven test, it is confirmed that oilless sliding mechanism which is most important reliability of engine such as constructed sliding plate, liner bearing and ball bearing have been to be satisfactory durability.
Above-mentioned “Corroboratory Test and Research of Exhaust Heat Recovery Stirling Engine from Factory” should be to contribute to reduce CO2 emission for exhaust gas of factory with wide temperature range.
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