スターリングエンジンとは何ですか？スターリングエンジンはどのように機能しますか？スターリングエンジンはどのようにして発見されましたか？どの分野で使用されていますか？熱エネルギーはどのように運動エネルギーに変換されますか？スターリングエンジンの詳細は、私たちの記事にあります。

スターリングエンジンとは何ですか？

スターリングエンジンは、密閉されたチャンバーの外部加熱によって生成されたエネルギーを機械的エネルギーに変換する機械です。熱空気エンジンとも呼ばれます。加熱された空気が膨張および圧縮すると、エンジンが動き始めます。 1816年にスコットランドの司祭であるロバートスターリング牧師によって発明されました。エンジンは彼の兄弟、ジェームズスターリングによって開発されました。発明者の時代には、蒸気動力の機械が使用されており、それらは非常に危険でした。彼らはより信頼できる代替案を見つけることに着手しました。彼らが望んでいたのは、熱エネルギーを直接運動エネルギーに変換することでした。

スターリングエンジンには何が入っていますか？

パワーピストン（ディスプレーサ）： これは、密閉されたチャンバー内のガスを移動させるのに役立ちます。通常、ベータタイプおよびアルファタイプのエンジンで使用されます。
ピストン： エンジンのシリンダー内を移動することにより、熱エネルギーを機械エネルギーに変換するのに役立ちます。
フライホイール： ピストンが取り付けられている構造です。この構造の役割は、生成された機械的エネルギーを可動部品に伝達することです。
クーラー： 密閉されたチャンバー内のガスを冷却するのに役立ちます。エンジンを長期間使用するのに役立ちます。
ヒータ： それはエンジンの最も重要な部分です。これは、密閉されたチャンバー内のガスを加熱して、熱エネルギーを運動エネルギーに変換するために使用されます。

さらに、一部のエンジンタイプでは、これら以外のさまざまなコンポーネントで使用できます。これは完全に開発者の裁量です。

スターリングエンジンの動作原理

スターリングエンジンは、断熱された量の作動ガス（通常は空気またはヘリウム、水素などのガス）の加熱と冷却を繰り返すことによって動作します。

ガスは、ガスの法則によって定義された動作を示します（圧力、温度、および体積に対して）。ガスが加熱されると、断熱された空間にあるため、ガスの圧力が上昇してパワーピストンに影響を与え、パワーストロークが発生します。ガスが冷却されると、圧力が低下し、その結果、ピストンは戻りストロークで行われた作業の一部を使用してガスを再圧縮します。結果として生じるネットワークは、スピンドルに力を発生させます。作動ガスは、高温熱交換器と低温熱交換器の間を定期的に流れます。作動ガスはピストンシリンダー内に密封されています。したがって、ここには排気ガスはありません。他のタイプのピストンエンジンとは異なり、バルブは必要ありません。

一部のスターリングエンジンは、スプリッターピストンを使用して、作動ガスをコールドタンクとホットタンクの間で前後に移動させます。複数のシリンダーのパワーピストンの相互接続のおかげで、作動ガスはシリンダーを異なる温度に保つことによって移動します。

実際のスターリングエンジンでは、再生器がタンクの間に配置されます。この熱は、高温側と低温側の間でガスサイクルが発生するときに再生器から伝達されます。一部の設計では、セパレーターピストンは再生器自体です。この再生器は、スターリングサイクルの効率に貢献します。ここで再生器として言及されている構造は、実際には、空気の通過を妨げない堅固な構造です。たとえば、この作業には鋼球を使用できます。空気が冷たい部屋と暖かい部屋の間を移動するとき、空気はこの再生器を通過します。熱気が冷たい部分に到達する前に、これらのボールにいくらかの熱エネルギーを残します。冷たい空気が熱い側に流れると、以前に放出された熱エネルギーで少し暖まります。つまり、高温部分に入る前に空気を予熱し、低温部分に入る前に予冷することで、エンジンの効率を高めます。

理想的なスターリングエンジンサイクルは、同じ入口温度と出口温度でカルノー熱機関と同じ理論効率を持ちます。その熱力学的効率は蒸気機関よりも高いです。（またはいくつかの単純な内燃機関とディーゼルエンジン）

どんな熱源でもスターリングエンジンに動力を供給することができます。外燃機関、表現の燃焼はしばしば誤解されます。熱源は燃焼によって生成することができますが、太陽エネルギー、地熱エネルギー、または原子力エネルギーにすることもできます。同様に、温度差を作成するために使用される冷熱源は、周囲温度より低い異なる材料である可能性があります。冷却は冷水または冷媒を使用して行うことができます。ただし、冷熱源から得られる温度差が小さいため、より大きな質量での作業が必要になり、ポンピングで発生する電力損失により、サイクルの効率が低下します。燃焼生成物が接触しません。エンジンの内部部品で。スターリングエンジンの潤滑油寿命は、内燃機関よりも長くなります。

スターリングエンジンの種類

スターリングエンジンには主に3つのタイプがあります。他のエンジンタイプは、3つのエンジンの改良版です。

アルファ型スターリングエンジン：

これは、XNUMXつのピストン、フライホイール、ピストンを備えた閉じたガス室、熱交換器、熱発生器、およびフライホイールで構成されています。上部に配置されたピストンの領域を熱源で加熱することにより、その中のガスを活性化することを目的としています。加熱されたガスがピストンを前後に押し始め、接続されている他のピストンが動き始め、その結果、高温ガスと低温ガスがチャンバー内で移動します。生成されたエネルギーは、これらXNUMXつのピストンが接続されているフライホイールの助けを借りて伝達されます。

ベータ型スターリングエンジン：

同じシャフトに2つのピストンがあります。これらのXNUMXつのピストンは互いに接続されています。ピストンを下にしてチャンバーを加熱することにより、密閉されたチャンバー内のガスが加熱され、活性化されます。このようにして、ピストンは上向きの動きを開始します。他の接続されたピストンも、低温ガスがチャンバー内を移動するのを助けます。ピストンが取り付けられているフライホイールは、生成されたエネルギーを伝達します。

ガンマ型スターリングエンジン：

XNUMXつの別々のピストンがあります。大きなピストンのあるチャンバーが加熱され、その中のガスが活性化されます。このようにして、フライホイールで相互に接続されたピストンが動き始めます。

スターリングエンジンの利点

熱は外部から加えられるため、燃料と空気の混合気を正確に制御できます。
熱を供給するために連続熱源が使用されるので、未燃燃料の量は非常に少ないです。
このタイプのエンジンは、出力レベルでのエンジンタイプよりもメンテナンスと潤滑が少なくて済みます。
それらは、内燃機関と比較して構造が非常に単純です。
それらは低圧でも働くことができ、蒸気源の機械より安全です。
低圧により、より軽量で耐久性のあるシリンダーを使用できます。

スターリングエンジンのデメリット

エンジンの初回始動時に必要な熱が必要となるため、燃費面でコストが高くなります。
彼の力を別のレベルに引き上げることは非常に困難です。
一部のスターリングエンジンはすぐに始動できません。彼らは十分な暖かさを必要とします。
一般的に、水素ガスは密閉されたチャンバー内で使用されます。ただし、このガスの分子が非常に小さい場合、チャンバー内に保持することは困難です。したがって、追加コストが発生します。
クーラー部分は十分な熱を吸収する必要があります。熱損失が多すぎると、エンジンの効率が低下します。

スターリングエンジンのアプリケーション分野

スターリングエンジンは、低出力の航空エンジン、船舶用エンジン、ヒートポンプ、熱電併給システムで使用されます。今日、それは主にソーラーパネル分野で発電するために使用されます。

スターリングエンジンとは何ですか？スターリングエンジンはどのように機能しますか？