スターリングサイクルとは

スターリングサイクルは、自己完結型の作動流体と内部熱交換コンポーネントを使用して、熱を機械的運動に変換する、またはその逆を行うことができる再生熱力学サイクルの一種です。 これにより、スターリングサイクルは、エンジン、ヒートポンプ、冷凍、およびその他多くのアプリケーションで役立ちます。 多くの異なるエンジン設計がスターリングサイクルを利用しており、そのほとんどに1つまたは2つのシリンダーが含まれています。 特定の設計に関係なく、このサイクルを使用するエンジンは、圧縮、熱の追加、膨張、および熱の除去の4つのステップを通過します。

さまざまな外部燃焼エンジンがあり、それぞれが異なるタイプの熱力学サイクルを使用しています。 蒸気エンジンは、液体状態と気体状態の両方で水などの作動流体を使用するランキンサイクルの原理の下で動作します。 追加の液体を時々追加する必要があり、これらのシステムの効率が低下します。 もともとランキンサイクルのライバルとして1816年に発明されたスターリングサイクルは、システム内に密閉された作動流体を利用します。 ほとんどの場合、スターリングエンジンで使用される作動流体は空気です。

スターリングサイクルの背後にある基本的な考え方は、単一体積の作動流体の加熱とその後の冷却を中心に展開しています。 それは、流体の熱膨張と収縮を引き起こし、これを使用して機械的作業を実行できます。 ほとんどの場合、これはピストンをフライホイールに取り付けることで実現されます。 システム内の流体が膨張および収縮すると、ピストンが上下に駆動され、フライホイールが回転します。 スターリングサイクルは、流体が自己完結型であり、圧縮室と膨張室の両方で同じ体積の流体が使用されるため、再生サイクルと呼ばれます。

スターリングサイクルの使用はエンジンにも限定されません。プロセスも可逆的だからです。 つまり、このサイクルを使用するデバイスは、機械的な動力が供給されるとヒートポンプとして機能する可能性があります。 この場合、ピストンを駆動するために外部機械力が使用され、ピストンは膨張室と圧縮室の間で作動流体を圧送します。 デバイスのセットアップ方法によっては、このサイクルの反転は、ヒートポンプ、冷凍デバイス、または熱エネルギーの伝達を必要とする他のアプリケーションで使用できます。