スターリングエンジン説明用アニメーションgif

スターリングエンジン説明用アニメーションgif

はじめに「Ｂ２４．スターリングエンジン（３）」を題材にして、スターリングエンジンの仕組みを説明するためのアニメーションgifを作りました。
	↑ スターリングエンジン

作動部の名称

図１　横から見たところ
　

図１は、スターリングエンジンを横から見たところです。

下のディスプレーサーはピストンのように見えますが、周りに隙間があり、透明な円筒内の空気をなんとなく上下に隔てているものです。円筒内の空気は、ディスプレーサーの上下で移動可能です。材質はスポンジで、軽量にできています。
このスターリングエンジンはお湯を入れたカップに乗せて作動させます。ディスプレーサーの下部は暖かい空気の領域、ディスプレーサー上部は冷たい（常温の）空気の領域となります。

クランクシャフトを回す動力となるのは、写真の左側にある、パワーピストンになります。
写真の模型では、シリンダーとピストンではなく、軟質ビニール素材のダイアフラムとなっています。

図２は、作動部のイラストです。

ディスプレーサー下部の高温部を赤く、上部の低温部を青く表しています。装置下部の熱源は炎で表現していますが、実際は暖かい程度で大丈夫です。

図２　作動部のイラスト
　

作動の原理

図３　手で操作	図３のように、ディスプレーサーを手で操作した場合を考えます。ディスプレーサーを上に上げ、下の円筒内の空気の高温部の領域を大きくすると、円筒部内の空気が膨張して、パワーピストンを押し上げます。ディスプレーサーを下に下げ、下の円筒内の空気の低温部の領域を大きくすると、円筒部内の空気が収縮して、パワーピストンを引き下げます。
図４　連続して操作	図４のように、ディスプレーサーの上げ下げの操作をタイミングよく行うと、パワーピストンが連続的に上下して、クランクシャフトを回転させます。
図５　クランクシャフトを利用	図５のように、ディスプレーサーを手で上下させる代わりに、クランクシャフトの回転を上手く利用して、図４と同様に上下させることができます。ディスプレーサーの上下運動は、パワーピストンの上下運動に対して、位相が90°進んでいます。（ディスプレーサーを操作する回転運動は、パワーピストンの上下による回転運動より、角度の90°分だけ先に進んでいるということです）
	図６を、上の図５のアニメーションと比較すると、スターリングエンジンの作動の原理が理解できると思います。動画をスロー再生すると、上に述べた 90°の位相の違いがわかりやすいと思います。
図６　作動部動画

宮田佳則（新潟第一高校）