300W級低温度差スターリングエンジンはディスプレーサピストン、パワーピストン及び熱交換器等により構成されるγ形スターリングエンジンです。ディスプレーサピストンは軽量化のためにウレタンフォーム製とし、パワーピストンはアルミニウム合金製としています。パワーピストンの駆動にはスコッチヨーク機構を用い、ピストンリングに掛かるサイドスラストを低減するとともに、エンジンの小型化に貢献しています。熱交換器に関しては、上から、加熱器、再生器、冷却器をディスプレーサシリンダの周囲を囲むように配置しています。加熱器及び冷却器は熱源として、温泉、プラント等の温排水等を想定しているため、フィンチューブを用いた直交流形の熱交換器を用い、再生器には金網積層式となっています。エンジン内とバッファ空間のシールには一方向性ピストンリング及び一方向性軸シールが用いられ、エンジン内の最低圧力をバッファ圧力付近まで高めることができ、これによりエンジンの出力を向上させることが可能になっています。またこのエンジンでは、駆動機構部にシェルをかぶせ密閉し、バッファ圧力を付加することが可能となっています。
Engine type | Gamma type | |
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Power piston | Bore | 400mm |
Stroke | 100, 150, 200mm | |
Material | Alminium | |
Drive Mechanism | Sckoch Yoke | |
Displacer Piston | Bore | 800mm |
Stroke | 80mm | |
Material | Urethane Form | |
Drive Mechanism | Simple Crank | |
Compression Ratio | 1.271 |
300W級低温度差スターリングエンジンは熱源として、温泉、プラント等の温排水等を想定しているため、加熱器及び冷却器はフィンチューブを用いた直交流形の熱交換器を用い、再生器は金網積層式となっています。これらの熱交換器は、下から、加熱器、再生器、冷却器と、ディスプレーサシリンダの周囲を囲むように配置されています。各熱交換器の仕様は以下のようになっています。
Heater | Volume | 14866.3 cc |
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Type | Fin Tube | |
Material | Copper | |
Number of Tubes | 8 | |
Pitch of Fin | 3.2 mm | |
Cooler | Volume | 14866.3 cc |
Type | Fin Tube | |
Material | Copper | |
Number of Tubes | 8 | |
Pitch of Fin | 3.2 mm | |
Regenerator | Volume | 2424.6 cc |
Type | Wire Matrix Laminated | |
Material | Brass Wire Cloth | |
Mesh | 50 |
300W級低温度差スターリングエンジンでは、このピストンリングの摩擦を減らすために、パワーピストンの駆動に独自のスコッチヨーク機構を用いています。この機構はL形のヨークに直角にスライドベアリングを配置する構造となっています。この機構を用いることでパワーピストンの動きは正弦的な直線運動となり、サイドスラストが大きく低減され、エンジンの機械損失を大幅に減少させています。
ディスプレーサピストンの重要な役割は、エンジンの高温空間と低温空間を断熱し、熱交換器に作動ガスを効率よく通過させることです。このため300W級低温度差スターリングエンジンのディスプレーサピストンには簡易的なピストンリングが設置され、熱交換器を通過せずに一方の空間から一方の空間へと漏れる作動ガスを減少させています。また材質のウレタンフォームも両空間の断熱に大きく貢献しています。