低温スターリングエンジン補稿

抄録

　低温側熱源温度を5℃～20℃、高温側熱源温度を95℃、温度差を75℃～90℃とする低温スターリングエンジンの開発は例がなく、前報^*1では変数全てを対象に感度分析・最適化を進めたため、計算量は膨大になり一部は概数で対応し、また「仮定した諸定数・計算過程の精度から評価の厳密さは求められない、実験で確認する」とした。更に実験機は製作コストを抑えるため、普及機への段階性を保ちながらもサイズは小さくしたが、摩擦およびクランク室圧力では感度分析・最適化が不十分なことが危惧された。

　本報では、摩擦ロスや作動気体熱容量への影響が大きい連棹比、クランク室/作動気体圧力比、シリンダとPTFEの重なり厚、および位相差について精査し、感度分析不十分の危惧を解消することを目的とした。結果、連棹比は6.4（前設計3.84）、クランク室/作動気体圧力比は1.0（前設計では実験で最適化するとした）、シリンダとPTFEの重なり厚は高温側0.02mm・低温側0.10mm（前設計では共に0.05mm）、位相差は実験環境で6.0°、実用環境で8.7°（前設計では2°～3°、実験で感度を確認、最適化するとした）とし、摩擦ロスや1サイクルの仕事量を低減、回転数や作動気体熱容量を最大化することで、出力は283W（前設計237W，実験環境）、発電効率は8.9%W（前設計8%）、実用環境では出力3kWの発電効率は11.8％、10kWで12.1％とし、目標^*212%を達成した。