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研究開発の目的
スターリングエンジンは理論上、たった１℃の非常に小さい温度差であっても駆動することのできます。この特徴を生かして、自然エネルギ（地熱、温泉熱など）などを利用してエンジンを駆動することができます。ここで紹介する１０Ｗ級低温度差スターリングエンジンは、地熱などの比較的温度の低い熱源を利用することを目的として、設計・試作されました。
研究開発の経過１０Ｗ級低温度差スターリングエンジンは、主に低温度差スターリングエンジンの基本的な特性について研究開発を行いました。以下にその主な成果について示します。
１．温度比による影響
温度比を小さくすると出力が上がることを確認しました。
２．熱交換器（加熱器、再生器、冷却器）の形式がエンジン性能に及ぼす影響
加熱器：プレートフィン式、シェルアンドチューブ式、フィンチューブ式のそれぞれについてその特性を調べました。
再生器：金網の材質及びメッシュ数を変えてその特性を調べました。
冷却器：シェルアンドチューブ式、フィンチューブ式のそれぞれについてその特性を調べました。
３．バッファ圧力による影響
バッファ圧力を高くすると出力が上がることを確認しました。
４．平均圧力による影響
エンジン内平均圧力に最適値があることを確認しました。
５．位相角による影響
位相角に最適値があることを確認しました。
６．圧縮比による影響
ストロークを変化させて実験を行い、圧縮比に最適値があることを確認しました。
エンジンの構造
１０Ｗ級低温度差スターリングエンジンは、パワーピストンとディスプレーサピストンを持つγ形スターリングエンジンです。γ形スターリングエンジンは、その構造上加熱面を大きくとることができるので比較的温度の低い熱源を用いる場合に適しています。ディスプレーサピストンは長方形となっています。熱交換器は研究開発に伴って、プレートフィン式（加熱器のみ）、シェルアンドチューブ式、フィンチューブ式と、変更していきました。加熱源については、プレートフィン式では電熱線、またシェルアンドチューブ式及びフィンチューブ式では約100℃に加熱したエチレングリコールを用いています。冷却熱源には水道水を用いています。また圧縮比を変化させた場合の出力の変化を調べるために、パワーピストン径を100mmから200mmに、パワーピストンのストロークを無段階可変方式のクランク機構を用いて変化させています。
エンジン仕様| エンジン形式 | γ型 | |
|---|---|---|
| パワーピストン | ボア径 | 200(mm) |
| ストローク | 20〜70(mm) | |
| 行程容積 | 628.32〜2199.11(cc) | |
| ディスプレーサピストン | 縦*横 | 296(mm)*276(mm) |
| ストローク | 40(mm) | |
| 行程容積 | 3267.84(cc) | |
| 加熱器及び冷却器 | 形式 | シェルアンドチューブ式(フィン付き) |
| 管径 | 10(mm) | |
| 管長 | 276(mm) | |
| 管数 | 16*2 | |
| 再生器 | 形式 | 金網積層式(黄銅) |
| 縦*横 | 10(mm)*276(mm) | |
| 枚数 | 30*2 | |
エンジン性能
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