スターリングエンジンイノベーション：キネマティック型進行波音波エンジンの開発

キネマティック型スターリングエンジンは往復動ピストンがフライホイールに接続された構造を持ち，軸出力の形で動力を発生する．このタイプのエンジンではリンク機構で接続された出力ピストンとディスプレーサーが必須の機械要素であるために，多様な機構が提案されてきた．本研究ではディスプレーサーを取り除くことで性能を維持したまま装置構造を大幅に簡略化することを目指している．昨年度までに熱音響エンジンの仕組みを利用することですでにディスプレーサーなしのプロトタイプ装置の動作確認を終えた．また，動作機構の物理的メカニズムの基本的理解について実験的解析を行った．プロトタイプ装置は内径40mmと内径12mmのパイプで構成されるループ管とピストン・シリンダ・クランク・コネクティングロッド・フライホイールで構成される機械出力部からなる．ループ管には高温及び低温の熱交換器で挟み込んだ蓄熱器が備え付けられている．作動気体は大気圧空気である．このプロトタイプ装置において低温部温度を室温に保ったまま高温部温度を150度まで加熱すると安定的に回転動作する．この回転数の時間的平均値と加熱温度の関係，および回転数の時間的なゆらぎについて，フライホイールの回転軸周りの運動方程式をもとに検討し，ループ部分全体の音響インピーダンスが時間平均回転数を決定する役割を持っていることを実験的に明らかにした．また回転数のゆらぎはループの音響インピーダンスのほかに機械出力部の特性が反映されることを示した．

キネマティック型スターリングエンジンは往復動ピストンがフライホイールに接続された構造を持ち，軸出力の形で動力を発生する．このタイプのエンジンではリンク機構で接続された出力ピストンとディスプレーサーが必須の機械要素であるために，多様な機構が提案されてきた．本研究ではディスプレーサーを取り除くことで性能を維持したまま装置構造を大幅に簡略化することを目指している．昨年度までに熱音響エンジンの仕組みを利用することですでにディスプレーサーなしのプロトタイプ装置の動作確認を終えた．また，動作機構の物理的メカニズムの基本的理解について実験的解析を行った．プロトタイプ装置は内径40mmと内径12mmのパイプで構成されるループ管とピストン・シリンダ・クランク・コネクティングロッド・フライホイールで構成される機械出力部からなる．ループ管には高温及び低温の熱交換器で挟み込んだ蓄熱器が備え付けられている．作動気体は大気圧空気である．このプロトタイプ装置において低温部温度を室温に保ったまま高温部温度を150度まで加熱すると安定的に回転動作する．この回転数の時間的平均値と加熱温度の関係，および回転数の時間的なゆらぎについて，フライホイールの回転軸周りの運動方程式をもとに検討し，ループ部分全体の音響インピーダンスが時間平均回転数を決定する役割を持っていることを実験的に明らかにした．また回転数のゆらぎはループの音響インピーダンスのほかに機械出力部の特性が反映されることを示した．