温度差だけで動く「スターリングエンジン」の組み立て

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　本日は、海外より取り寄せたスターリングエンジンという模型を組み立てます。英国製であります。

精度が高い物というのは、調整が難しいので色々と慎重に行きたいと思います。

これはイギリスのKontax社の製品であり、キットの重さは300ｇ、本を2冊重ねたぐらいの大きさです。

 

 

全ての部品を出してみました。

円形の物ばかりです。熱源を効率良く利用しようとすると、設計思想としては基本的に円形になるのでしょうか。

 

 

　スチロールは部品を内装しているだけでなく、この様に組み立てる際にも利用します。
又、組み立て後も分解、再調整の際に必要になるかもしれないので、暫く保管しておきます。

 

 

　青いスポンジ（ディスプレーサ）に金属の棒を1/4の深さだけ差し込みます。
この時、既に問題が発生していますが、気付く事無く作業はどんどん進みます。

 

 

　部品の種類は沢山ありますが、構造は簡素なので助かります。

この中の空気の温度差が動力源になります。又、一般的なエンジンと異なる点は、物理的に接する物が無い、密閉されない事です。動いているところを見ないと分かりづらいですね。(Twitter)
いづれにせよ、とても美しい鏡面です。

 

 

柱とOリングの高さを合わせますが、小さくて見えにくいので苦労しました。
何度もチャンバーを回しながら、柱とOリングの高さを微調整します。Oリングは変形するので、完成後も、都度調整し直す事を前提とし、目的の位置より一歩手前で止めておきます。

　　

（マニュアルから抜粋）

 

 

　徐々に様相が浮かび上がってきます。右にあるグラスは、組み立ての際使用します。

 

 

フライホイールという部品を回転させてみます。ここの精度は発注する時から、かなり気にしていましたが、見たところ良さそうでホットしました。

 

はい、問題発生。写真ではかなり見にくいのですが、青いスポンジ（ディスプレーサ）の取り付け位置が低すぎ、上にある黒い部品（トップ・プレート）との隙間が大きすぎます。部品を外し、調整を繰り返します。

 

 

　組み立ては終わりました。動作確認をしましたが、少し気になる異音と同時に振動も伝わって来ます。しかし、本来どの程度なのかが分からないので、不具合かどうかすら分かりません。プロが組み立てた実物を直接見る事が出来れば良いのですが。
とりあえず、温度差を得やすい夜に再度、動作確認をします。安定して動き続けないと、分からない部分もあるのです。

　両側から見た感じ。　

 

 

体温と気温の差が約17.5度の環境でテストを行いました。ご覧の様にどんどん加速していきます。
ただ、回転させ始める段階において、手のひらの広げ方次第では熱不足で回りません。温度の伝わりが顕著に表れます。

 

 

 

日光の当たる場所に暫く置き、上側のプレートを温めても回りません。おかしいな...　調査等、今後の課題です。

 

複数回の測定の結果、継続して稼働する最小温度差は4℃です。

一方、10℃以上の温度差があるにもかかわらず動作が遅い時もあり、見落としている条件がある様です。

又、現段階では、完成までの進捗は8割程度であり、微調整しなければならない箇所が見えてきました。

完成までには、もう少しかかりそうです。

 

（未推敲）

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・後日談

周辺の環境が良ければ、太陽光だけでなんっっっとか回ります。止まりそうになった時は息も止まりそうになりますが。

a Stirling engine runs that uses the heat of the sun's rays. #StirlingEngine #Kontax LTD engine. #MadeinBritainGB pic.twitter.com/1L5ZRoSM3N

— haru san (@Strings440) December 21, 2020

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そもそもスターリングエンジンって何？

 

スターリングエンジンというものは、19世紀初頭に発明された熱をエネルギー源とした機関です。

本稿では「熱効率」と「出力」のみに着目して簡潔に説明します。一言で言うと、熱効率はが高い一方、出力は低い特性を持った機関です。

この図を見ると、むしろガスタービンの汎用性の高さが目立ちます。しかし、何事も適材適所が必要ですし、複数の物を組み合わせる事により相乗効果が期待出来ます。

（出典 : 海洋政策研究所）