スターリング エンジン 仕組み。 スターリングエンジン（潜水艦）の仕組み

スターリングエンジンて何？

先行するビジネス 懐石料理や和食は、「目で食べる」料理と言われます。 繊細な味はもちろんのこと、盛り付けや彩りから四季を表現したり、器で料理を引き立てたりと、その見た目を楽しむことができます。 料理を引き立たせるものとして、「つまもの」があります。 お刺身に添えてある大根の千切りや大葉などがつまものの代表です。 秋を表す落ち葉や春を表す桜も、立派なつまものと呼ばれる種類になります。 この葉っぱに着目し、きれいな葉っぱをお金に変えた町が徳島県上勝町にあります。 株式会社いろどり 落ち葉や葉っぱは、ある人から見れば掃除をしなければいけない煩わしいものです。 ですが、料理人のように、つまものを必要としている人から見れば、貴重な宝ものです。 ビジネスにおいて、いち早くその価値に気づき、マネタイズ化することが重要ですよね。 しかも、この落ち葉ビジネスは、元手がほぼゼロ円です。 ゼロから価値をうむことができるモデルケースとして、注目をされています。 物理の学習でも、同じようなケースの技術がありました。 廃熱や工場熱などの熱を回収し、エネルギーに変える「スターリングエンジン」です。 今回はこのエンジンについて取り上げてみます。 スターリングエンジンの原理 スターリングエンジンとは ヘリウムガスなどの作動ガスをシリンダー内に充填し、外部からの加熱でガスを膨張させ、仕事をさせる機関。 ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関とは異なり、シリンダー外で燃料を燃焼させるので外燃機関の一種である。 どのようにして熱をエネルギーに変えるのか、その仕組みについて考えてみます。 仕切りの両端は少しだけ隙間ができています。 １、熱源によって熱を加えていきます。 内部の気体が加熱され、内部の温度が上昇し、熱量が与えられます。 ２、気体は膨脹して、仕切りが上に押し上げられます。 仕切りが動くと、ピストンも円盤を回転させながら、上に上がっていきます。 ３、円盤が回転し、仕切りがいったん底まで下がることによって、加熱部分を塞ぎ、内部の温度はいったん低下します。 内部の温度が下がると、膨脹していた気体は、次に収縮をします。 つまり圧縮状態になります。 4、仕切りは再び加熱され、気体が膨脹し、仕切りが押し上げられていきます。 熱を加え続ける限り、1～4を繰り返すことになります。 このサイクルがスターリングエンジンの原理です。 熱を仕事のエネルギーに変えていく仕組みです。 こんな楽しそうなキットもありました スターリングエンジンと特許 【公開番号】特開2019-74073 P2019-74073A 【公開日】令和1年5月16日 2019. 16 【発明の名称】スターリングエンジンを用いた小型発電装置 【出願人】 【氏名又は名称】株式会社エスコアドバンス 【氏名又は名称】株式会社エコステージ スターリングエンジンが注目される理由のひとつは、二酸化炭素を排出している化石燃料の代用エネルギーとして期待されているからです。 【発明の詳細な説明】 【技術分野】 【０００１】 本発明はバイオマスなどの有機物を燃料として高温気流を発生させスターリングエンジンを作動する 小型発電装置に関する。 【０００４】 畜産廃棄物は再生可能な有効なエネルギー利用としてメタン発行発電（特許第５６３６３１１・特許第５７６４３５１号）がある。 糞尿を発酵し発生したメタンガスでガスエンジン発電機によるエネルギー化する技術が確立されているが、発酵槽、ガス処理施設、発電施設、水処理施設など大がかりなプラントとなり経費が大きく液肥が利用できず排水処理に多大な費用を用し、全国において北海道以外は赤字稼働となり中止が相次いでいる。 【発明の開示】 【発明が解決しようとする課題】 【００１０】 本発明の目的は、バイオマスなど有機廃棄物の利活用ためまた、畜産事業発展のため畜産廃棄物を燃料として燃焼させ高温気流を生成し、スターリングエンジン発電機で発電する小型発電装置を提供することにある。 【課題を解決するための手段】 【００１１】 本発明はバイオマスなど有機廃棄物の利活用ため、 畜産廃棄物を燃料として燃焼させガス熱の高温気流によりスターリングエンジン発電機により電力を得ることができ、かつ畜産廃棄物をエネルギー原料にすることで畜産廃棄物の減容できる スターリングエンジンを用いた小型発電装置に関する。 家庭や工場から排出される汚泥、畜産廃棄物などのバイオマスは豊富に存在して、その処分についても課題になっています。 バイオマス燃料として再利用することも可能ですが、設備などのコストが大幅にかかるうえに、装置も大型になるため、畜産業者などにとっても負担となっています。 この特許では、費用やスペースの課題を解消するために、小型の発電装置としています。 【実施例１】 【００２８】 本発明にかかるスターリングエンジン発電機２を用いた小型発電装置は目的とするバイオマスを燃料として発電し、有機廃棄物を減容する小型発電装置についての実施例を説明する。 【００２９】 本発明は外部から遮断された耐熱容器１の上部にスターリングエンジン発電機２の吸熱部分４が耐熱容器１内に吐出装着しており、下部には耐熱容器１内に高温旋回気流を送り込むバーナーが装着されており、最下部には排気口８を備えている。 耐熱容器１は鉄性で内面は金属製に沿わせた約５センチメートル厚さのキャスタブル３を施す。 バーナー部分５は燃焼ガスと空気と反応する高温気流発生部分と旋回高温気流発生翼部分、上昇高温気流に向きを変える上昇気流方向変更ベント部分７で構成している。 バーナー１は２５％含水率量のバイオマス原料で５０ｋＷ出力バーナーを使用する。 この時のバイオマス燃料の使用量は畜産廃棄物で時間あたり約１３ｋｇ使用することになる。 これは７ｋＷ発電仕様のスターリングエンジン発電機１機の場合である。 複数台設置の場合は台数分を乗じた値となる。 【００３０】 バーナー部１と接続する旋回高温気流発生翼部分６はバーナーから出てきた高温気流を旋回気流にするための翼を設ける、翼は金属製もしくはバーナー部分を耐熱にするキャスタブルの整形で翼にすることができる。 旋回気流発生翼６を通過後上部に備えたスターリングエンジン発電機２の吸熱部分４に旋回気流を滞留させるため上昇気流に向かわせるベント構造とする。 バーナーからベント構造までは金属もしくは金属に覆われたキャスタブルを３センチメートル施す。 【００３１】 バーナー５に送るガスはガス化燃焼室１１で直接燃焼用バーナー１２によりバイオマス燃料を燃焼させガス熱を発生させる流動床ガス化燃焼室である。 発生したガス熱は燃焼室上部のフィルター９を通してバーナー５に送られバーナーに吹き込まれた送風機１０による空気と反応し高温気流として耐熱容器１に送り込む。 【００３２】 本発明は耐熱容器１内に備えたスターリングエンジン発電機２に耐熱容器１内の下部に備えたバーナー５から出る高温気流を旋回気流に変え上昇旋回高温気流をスターリングエンジン発電機２の吸熱部分４で高温気流の滞留時間を長くし発電効率を高めることを特徴としている。 従ってバーナー５からでる高温気流発生については前記術の方法でもよいが、ガス発生方法では間接燃焼でもよく、また固定床ガス化方式、噴流床ガス化方式、ロータリーキルンガス化方式でもバーナーから先は同等の効果が発揮できるものである。 バイオマスを燃焼して発生したガス熱を使って、小型のスターリングエンジンを発動させ、エネルギーをつくりだす仕組みです。 発生したガス熱は、送風機をつかって、鉄製またはステンレスの耐熱容器内に送られ、そのガス熱で加熱されたスターリングエンジンが稼働します。 今回の特許は、スターリングエンジンの構造には触れていない特許でした。 ただし、特許の全体像を理解するためには、エンジンの仕組みが分かっていることが前提になっています。 化石燃料の枯渇や環境問題を考えると、バイオマス燃料を熱源として、その熱源からエネルギーをつくりだすシステムはとても有効です。 aist. html a1.

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スターリングエンジンとは？そうりゅう型潜水艦のAIP推進機関は何故燃料電池ではないのか？

スターリングエンジンは1816年にロバート・スターリングにより実用化されました。 当時は蒸気機関に代わる画期的なエンジンとして注目されたものの、その後発明された、パワフルで扱いやすいガソリン・ディーゼルエンジンなどの内燃機関が主力となり、長い間忘れ去られた存在となっていました。 その忘れ去られていたスターリングエンジンが、昨今、再注目されるようになってきたキッカケの一つとなったのが 低温度差スターリングエンジンの出現だと言えます。 低温度差スターリングエンジンの開発の歴史はクロアチアのザグレフ大学のコリン教授が1983年に行ったデモンストレーションから始まりました。 この画期的なデモンストレーションにより、スターリングエンジンの持つ可能性が多くの研究者に再認識され、その後も世界各国の研究者により、さらに低い温度差で動くスターリングエンジンの研究開発が進められていったのです。 この超・低温度差スターリングエンジン模型は｢体温で動くスターリングエンジンが作れないか？｣という NASAの難問に、ウイスコンシン大学のセンフ教授が応え、それを実現させたモデルの原理・構造を応用しています。 ともいえるのがこのエンジン模型なのです。 身近な放熱、ごく僅かな温度差を利用して動、ご自身の手のひら（体温）で動くスターリングエンジンを体験されたをいただいております。 従来の超・低温度差スターリングエンジンと同様に僅かな温度差でも回りますが、さらに太陽光でも動作するように改良を加えたモデルになります。 透明なチャンバー部の上面を透過した太陽光が黒く塗られたディスプレーサーで吸収され、それが熱源となり動くスターリングエンジンです。 エネルギー問題が問いただされている今日、無限ともいえる太陽エネルギーの有効利用にも大きな関心が寄せられています。 その一つとしてスターリングエンジンの秘められた可能性も注目されています。 太陽エネルギ-を運動エネルギーに変換するディバイスの説明にも最適で、デモンストレーションも容易に行えます。

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スターリングエンジン（潜水艦）の仕組み

日本の自動車には 燃料電池を搭載している車が既に存在し、 ドイツの潜水艦でも燃料電池が採用されています。 日本の潜水艦にも搭載できそうなものですが、では何故そうりゅう型には燃料電池ではなくスターリングエンジンが搭載されたのでしょうか？ 関連記事 ・・・ ・・ スターリングエンジンとは？ スターリングエンジンがそうりゅう型に搭載されていると聞いて、「最新の潜水艦に搭載されているのだから、きっとスターリングエンジンと言うのは新しいエンジンに違いない」と思われるかも知れません。 しかし、このスターリングエンジンは新しく発明されたエンジンというわけではなく、原案はディーゼルエンジンなどの内燃機関よりも早い1816年には既に存在していました。 何故、古くに発明されたエンジンを今になって使うのかというと・・・スターリングエンジンは理論的には非常に優れたエンジンであったにも関わらず、技術が追いつかずになかなか陽の目を見ることがなかった悲運のエンジンで、現代になって何とか使えるようになったエンジンだからなのです。 まず、 スターリングエンジンはディーゼルエンジンなどとは違った 外燃機関です。 エンジンと言うのは何らかの方法でピストンなどを動かして運動エネルギーを得る機関ですが、殆どのエンジンにおいて、熱を加えると気体が膨張することを利用してピストンなどを動かし、運動エネルギーを得ています。 内燃機関が外燃機関かの違いはどうやって気体を膨張させるかの違いにあり、 シリンダーの中で燃料を燃やして直接気体を膨張させるディーゼルエンジンは 内燃機関で、 ボイラーを温めて蒸気を発生させることで間接的に気体を膨張させる蒸気機関は 外燃機関となります。 ちなみに、内燃機関は燃料を直接膨張させてパワーが高いもののガンガン燃やすので燃費が悪く、外燃機関はわざわざ別の気体を温めているのでパワーが低いものの熱が排気などで逃げずに無駄にならないので燃費が良い傾向にあります。 そして、スターリングエンジンと言うのは、その外燃機関の中でも特に燃料効率の良いエンジンなのです。 スターリングエンジンの原理 スターリングエンジンでは、シリンダー内部の気体を温めると同時に冷やしているというのが一番の特徴だと言えます。 Astatine211[] 上の図はスターリングエンジンの機構の一例ですが、基本的には温かい空気と冷たい空気を交互に入れ替えるような構造になっているのが特徴です。 赤い部分が暖められている空気で青い部分が冷やされている空気です。 かなり面白い動き方をしているのがわかりますね。 これには二つのモノの動きが相互に作用しあっています。 ピストンが動くと空気が入れ替わり、空気が入れ替わって膨張するとピストンの動きが入れ替わります。 一方、 冷たい空気は縮こまろうとすることでシリンダーを下方向に引っ張り、加熱シリンダーを左方向に引っ張って 冷たい空気を加熱シリンダーに送り返します。 これがうまく順番に作用する様になっていて、スターリングエンジン内部の空気は「 ある程度温まったら冷やし、ある程度冷やしたら温める」の繰り返しになっています。 その度にピストンが上下され、運動エネルギーが得られると言う仕組みです。 実はこのスターリングエンジンの仕組み、カルノーサイクルと呼ばれる「 熱と仕事を交互にやりとりしたら理論上はこうなる」と言う理論でしかなかった効率動作に近い働きをするため、 現在考案されているエンジンの中で最も無駄のないエンジンだという事が出来るのです。 近年、フランス製潜水艦の情報漏洩に留まらず、日本の潜水艦に対する他国のスパイ活動も話題に上るようになりました。 潜水艦は既存兵器の中で最も隠密性の高い兵器であり、その隠密性をなによりの武器として戦います。 そのため、潜水艦はその居場所や任務を含めたあらゆる情報が極秘とされており、中でも技術情報は特に重要です。 居場所や任務のような時間が経てば価値を失うような一時的な情報とは違い、技術情報はその艦型が退役しない限り有益な情報となります。 場合によっては、新型潜水艦にも同じ技術が用いられることもあり、そうなればその情報は新しい艦型に対しても価値を持ちます。 そこで、潜水艦に関する情報の中で「どの情報がどれくらい重要なのか」について、全３回に渡って考察していきたいと思います。

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