スタ－リングエンジンについて

質問

エネルギ－回収のひとつで、廃熱から動力を得る方法としてスタリ－ングエンジンが有効であると聞きました。
その原理、利用分野、実施例、今後の見込み等を教えてください。

回答No.2

siegmund · ベストアンサー

動作原理などはＨＰの方が詳しいと思いますので(大体，ここでは図が書けないし)，
背景や原理的なことだけちょっと書きます．

こういう話のときのエンジン(熱機関)とは，
高温熱源(絶対温度 TH)と低温熱源(絶対温度 TL)の間で動作し，
高温熱源から熱 QH をもらって，
その一部を電気その他のエネルギーＷ(熱エネルギー以外のもの)にし，
残りの QL を低温熱源(通常は環境の温度)に排出するものをいいます．
当然 QH = QL + W です．
QH を全部Ｗにできればいいんですが，理論的にカルノー(Carnot)の制限があって，
効率は W/QH ≦ (TH - TL)/TH であることが知られています．
熱の漏れや摩擦などのロスは全くないとしての話です．
(TH - TL)/TH をカルノー効率と呼んでいます．
これ以上の効率をもつエンジンがあると，
外から何もエネルギーを供給せずに熱を低温部から高温部に流せることになってしまう，
ということがわかっています．

で，出来るだけカルノーの制限値に効率を近づけたい．
ガソリンエンジンやディーゼルエンジンでは，
動作原理的にカルノーの効率まで行かないことが知られています．
その上に，まだ熱い燃焼ガスを排気したりしますから，なおさら効率が悪い．
その点，スターリングエンジンは原理的にカルノーの効率まで行けます．
もちろん，熱の漏れや摩擦などで実際の効率はもっと下がりますが，
原理的に効率が高いのは強みです．

他に，ガソリンエンジンなど(内燃機関)との大きな違いは，
スターリング機関が外燃機関だということです．
シリンダーの中でものを燃やすのではなくて，外から熱を加える．
例えば，蒸気機関は外燃機関です．
だから，燃料は何でも良いし，燃料がなくても温度差さえあれば動作します．
廃熱も使えますし，
日向と日陰でもいい(その程度の温度差で実際うまくいくかどうかは知りませんが)のです．

ガソリンなどの燃料を使って，という場合にはなかなか難しいかも知れません．
まず，外燃機関は内燃機関に比べてどうしても大型になります．
それから，外から熱を加えるとなると，
材料面からあまり温度を高くできない(7～800℃位？)．
一方，ガソリンエンジンの燃焼温度は 1800℃くらいですかね．
カルノーの効率の式からもわかりますように，
一般的に TH が高いほど効率がいいですから，
あまりスターリングエンジンは得にならないようです．
スターリングエンジン搭載の車を見ないのは，こういうことが原因でしょうか．

廃熱利用にはまさに適していそうですね．
特に，固定場所で使うなら可搬性の欠陥はあまり関係なさそうです．