幻のスターリングエンジン

★スターリングエンジン（STIRLING ENGINE）

中部電力は５５ｋＷスターリングエンジンの運転開始した
http://www.chuden.co.jp/corpo/publicity/press2005/0920_1.html



一昨日、ＷＢＳで放送していたエンジンを見てびっくりでした。
熱膨張収縮だけの単純なメカニズムに感激！
これだったら燃料は何でもいいわけですね。
映画バックツザフューチャー２で未来カーの
燃料に生ごみを使っていたのを思い出しました。
これは早く実用化に向けて頑張って欲しいです。
いざこざの元となる化石燃料に頼らないようにしなければ。。。


ワールドビジネスサテライト
http://www.tv-tokyo.co.jp/wbs/
放送された動画：http://www.tv-tokyo.co.jp/wbs/2005/10/21/movie/n2.ram


スターリングエンジン(Stirling engine) は、シリンダー内のガス（もしくは空気等）を外部から加熱・冷却して仕事を得る外燃機関。スコットランドの牧師ロバート・スターリング（Robert Stirling） が1816年に発明した。カルノーサイクル（最高の熱効率を有する仮想の熱機関）に近い性質を持ち理論的熱効率が非常に高い。「幻のエンジン」とも評される。

潜水艦ではスウェーデンのゴトランドに最初に搭載。現在日本のはるしお型の練習艦あさしおに搭載し試験中。その運用結果をもって日本の次期型潜水艦に搭載予定であると発表されていた。

温度差から回転エネルギーを取り出すだけでなく、回転エネルギーから温度差を作り出すことも出来るという性質を持ち、その性質を利用した冷凍機が既に実用化されている。中には到達温度100Kを切るものもあり、液体窒素冷却や、赤外線設備の冷却などに利用されている。

近年 日本においても、電力会社や ベンチャー企業によって、その研究・開発が進められている。

*フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』より参照



1. スターリングエンジンはなぜ動く？

　1). 気体を加熱したり、冷却したり

　　　気体は温めれば膨張し、冷やせば収縮します。
　　　この膨張・収縮で物を動かすなどの仕事をさせれば熱機関になります。
　　　ところが、容器ごと素早く加熱したり冷却したりするのは、なかなか難しいことです。

　2). 素速く加熱・冷却する工夫

　　　そこで考え出されたのがディスプレーサです。
　　　容器の一端を熱し続け、反対側は冷やし続けることにします。
　　　容器の中には、ディスプレーサピストンというものを置きます。
　　　ピストンといっても容器とピストン壁の間には隙間があります。
　　　このピストンを右や左に動かすと、ピストンとケースとの隙間を通って気体は左や右に
　　　移動します。
　　　ディスプレーサピストンを右に動かした時、気体は左側の高温部に流れ込み、高温の壁で
　　　温められるので膨張。出力ピストンは伸びます。
　　　逆に、左に動かした時は、気体は右側の低温部に流れ込み、壁に冷やされて縮むわけです。
　　　このようにしてディスプレーサは、気体の素早い加熱・冷却によって、気体に膨張・収縮を
　　　素早く行わせます。

　3). 自力で動き続けるためのしくみ…スターリングエンジンの完成

　　　クランク機構を使って、出力ピストンの往復運動を、回転運動に変換しましょう。
　　　フライホィールとは「はずみ車」のことです。これがあると、回転の急な加速や減速を妨げ、
　　　回転をなめらかにします。
　　　手をタイミング良く動かすと、フライホィールは回りつづけます。
　　　ディスプレーサを手で動かすかわりに、フライホィールに取り付けたクランクで動かすように
　　　します。　そうすると、エンジンは自力で動き続けます。
　　　ディスプレーサと出力ピストンの動きにはタイミングのズレ（位相差）があります。

2. 古いけれど、未来のエンジン

　　１８１６年、スコットランドの牧師、ロバート・スターリングは当時、全盛であった蒸気機関に
　　対抗して、新しい熱機関を発明しました。
　　高圧の蒸気ボイラーが爆発する事故をしばしば引き起こしていた蒸気機関に対して、低圧空気を
　　使うスターリングエンジンは爆発の危険性がないことで、注目を集め、たくさん生産されました。
　　数十年後、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンが発明されてからは、スターリングエンジンは
　　動力の主流でなくなりました。しかし、その後も、研究は続けられ、原理的に高い熱効率も実証
　　されました。
　　近年、省エネルギー、石油以外のエネルギー利用を目的とした研究の中で、スターリングエンジンの
　　研究はさらに発展しました。

3. 未来のエンジンと言われるわけ

　　静かなエンジン
　　車やバイクのエンジンは爆発音のために騒音が発生します。そのため、消音マフラーや遮音材などの
　　工夫をしていますが、完全に消すことは出来ません。
　　スターリングエンジンは爆発音が発生しないので、きわめて静かです。

　　原理的に高効率
　　熱エネルギーの何％を仕事に変えられるか、という値が熱効率です。スターリングエンジンは爆発を
　　行わずスムーズに気体を変化させるので、原理的に非常に熱効率の高いエンジンです。
　　企業が実際に試作した際のデータでも、ディーゼルエンジン並みの熱効率がすでに得られています。

　　排気ガスがクリーン
　　ガソリンやディーゼルの内燃機関は燃料と空気を混ぜて、密室で爆発させるため、高温高圧下で様々
　　な化合物が生じてしまい、窒素酸化物をはじめ有害な成分が排気ガスに含まれてしまいます。
　　スターリングエンジンでは、燃料を使う場合でも爆発によって発生する有害成分は出ません。
　　静かに燃焼させクリーンな排ガスを得ることが可能です。

　　熱源を選ばない
　　スターリングエンジンは温度差を作り出せば動くので、バイオマスなどのあらゆる可燃物、地熱、
　　太陽熱など、色々な熱源の利用が可能です。
　　また、設計によって数十度、あるいは数度の温度差でも動く低温度差型のエンジンを製作することが
　　出来ます。　温排水などの現在捨てられている熱を利用する方法の一つになります。

4. スターリングエンジンの技術的課題

　　重さ大きさ（比出力）
　　気体の熱膨張・熱収縮を利用するのですから、たくさんの仕事をさせるために必要な気体の量は
　　多くなります。　したがって、どうしても出力の割に大型なエンジンになってしまいます。
　　このことは初期のスターリングエンジンがガソリンエンジンなどの手軽な内燃機関に押されて
　　しまった原因の一つです。
　　現在では、中身の作動気体として大気圧の空気ではなく、ヘリウムガス等を高圧で詰め込み、
　　この問題を解決できる事が知られています。しかし、それに伴って、気体漏れなどの新たな問題点も
　　生まれます。

　　シーリングの難しさ
　　ヘリウムガスなどを使用する理由は、軽い分子（小さな分子）の方が熱の伝わる速度が速いため
　　です。　また、ピストンの力は気体の圧力に比例して大きくなるので、気体をたくさん詰め込み、
　　高圧（１０気圧〜１００気圧程度）にしています。こうして、小型でも出力の大きなスターリング
　　エンジンを作ることが出来ます。
　　しかし、スターリングエンジンは気体を気密に保ったままで膨張・収縮を行なわなければなりま
　　せん。　小さな分子の気体はせまい隙間を通過して漏れやすいのです。そういう気体を高圧に詰め
　　込んで高レベルな気密を保ちながら、ピストンや出力軸を摩擦なく動かすようにすることは、非常に
　　難しい技術になります。

掲載元：http://members.jcom.home.ne.jp/kobysh/stirling/stirlingIntro.html



スターリングエンジンを研究している大学
埼玉大学：http://www.bekkoame.ne.jp/~khirata/academic/kiriki/home-j.html

ビー玉を使ったスターリングエンジン
http://www.nmri.go.jp/eng/khirata/stirling/testtube01/

スターリングエンジンの動作原理その１
http://www.takamatsu-nct.ac.jp/~kihara/522/genri.html

スターリングエンジンの動作原理その２
http://www.mech.ce.nihon-u.ac.jp/~hiroichi/kenkyu/se/se_01_01.htm

フリーピストン・スターリングエンジン
http://www.f-plan.co.jp/other-energy/stirling-engine-cp.html
マグカップ上でスターリングエンジンが駆動している動画
http://www.f-plan.co.jp/other-energy/images-cpse/stirlingengine.avi

[Nishimitsugu]

このスターリング・エンジン、すごいですね。太陽熱が使えれば、これで南北問題は解決！と行けばいいですが、熱源が問題になりますね。

人体の熱を利用して発電する腕時計があったような・・・。１００人くらい集まればバスなんか動かせたりして。太陽熱も集光すればすごい熱量だろうね。これを利用したコンロがあるくらいだから。