人工光型植物工場・植物工場 エネルギー

太陽光を使ったスターリングエンジンでの発電

スターリングエンジン

以下、wikiより

1816年、スコットランドの牧師であり、発明家であるロバート・スターリングが発明した[1]。それまでにもホットエアエンジンと称する機関を作ろうとする試みはあったが、スターリングが1818年に製作して採石場の排水ポンプとして使ったものが世界初の実働する機械である[2]。スターリングエンジンという呼称が当初から広く使われていたわけではない。スターリングの元々の特許の主題は、様々な用途で燃料消費を節約する"economiser"と当人が呼んだ熱交換装置であった。特許には、彼の独創的なクローズド・サイクルのエアエンジン設計[3]におけるeconomiserの一形式の詳細を描いており、それは今日「リジェネレータ」と呼ばれているものに他ならない。ロバート・スターリングと兄弟のジェームズはその後も開発を続け、様々な改良について特許を取得した。例えば、1843年には与圧式のものを完成し、スターリングの所有するダンディーの工場内の全ての機械を十分駆動できる出力が得られるようになった[4]。

異論はあるが[5]、スターリングエンジンは燃費向上と同時に、当時の蒸気機関のボイラーが頻繁に爆発を起こし、死傷者をだしていたため、より安全な動力源を作るという意図があったと一般に言われている。

20世紀初め、スターリングエンジンは家庭用発動機として使われており[15]、徐々に電動機や小型内燃機関に取って代わられつつあった。1930年代末には忘れられた存在となり、玩具や小型換気扇用に細々と製造されていただけだった[16]。そのころ、フィリップスはラジオを拡販するため、電力網が届いておらず、電池も入手が難しい場所で使えるラジオを作れないか考えていた。フィリップス経営陣は携帯可能な小型発電機の開発を決め、アイントホーフェンの研究所の技術者らに実用化の検討を命じた。

各種動力源を体系的に比較し、静か（音も静かなうえ、電波ノイズ源となるスパークプラグがない）で様々な熱源（ランプ用オイルなど、安価でどこでも入手できるもの）を使えるということで、スターリングエンジンが選ばれた[17]。彼らはまた、蒸気機関や内燃機関とは異なり、スターリングエンジンは何年も改良されていないため、最新の素材とノウハウを応用すれば劇的に改良できると考えた[18]。

最初に製作した実験用エンジンは、口径とストロークは30mm×25mmで、エンジンとしての出力は16ワットだった[19]。これに気をよくして、フィリップスはさらに開発を進めた。第二次世界大戦中も開発は続き、1940年代末ごろType 10がフィリップスから子会社のJohan de Wittに渡され、発電機に組み込まれた。それが口径とストロークが55mm×27mmで出力200Wの MP1002CAである。フィリップス社では当初、製品であるMP1002CAの取り扱い説明書では空気機関と称している。1951年に生産開始となったが、価格面で同様のスペックの発電機に太刀打ちできないことが明らかで、しかも当初の目的だったラジオもトランジスタ化によって消費電力がずっと低くなっていた（つまり、電池で十分になっていた）。結局150台だけ生産され[20]、一部は世界各地の大学が購入し、学生にスターリングエンジンを教えるための教材となった。

その後、オイルショックの 時や1970年代に自動車の排ガス規制が強化された時やそれ以降も自動車用エンジンとして開発されたが、実用化はされなかった。20世紀末にかけて、いく つかの企業が中出力のプロトタイプを開発し、中には少量ながら販売されたものもあった。しかし、高価であることと未解決の技術的問題が存在することから、 大量に出回ることはなかった。21世紀に入ってエコロジーの観点からコジェネレーション用として実用化の検討が始まっている[22]。

小型のスターリングエンジン動作モデル

低出力エンジンの分野では、キットや組み立て済みのものも含めて様々なものが入手可能である。従来型の小型機種や実用に耐える大型機種以外に、1980年代には低温で動作する平板型が登場した。

高温側の温度が高く、低温側の温度が低いほど熱効率が高くなる。外燃機関であるために熱源を選ばないという特長があるが、同時に外燃機関であるため に高温側の温度を高くしにくく、低温側の温度に熱効率が大きな影響を受ける。そのために低温側の冷熱源に無尽蔵の海水を用いることが出来る船舶用として開 発が進められた。

潜水艦ではスウェーデンのゴトランド級潜水艦に最初に搭載。現在日本のはるしお型の練習艦あさしおに搭載し試験が行われた。その結果、最新の潜水艦そうりゅう型に搭載されることとなり、2009年3月から海上自衛隊で運用されている。

国内の船舶ディーゼル機関の排熱回収システムとしてはeスター(パナソニックの社内ベンチャー会社)と海技研が共同で開発しており、内航船にて実運航が行われている[23]。

熱源として、太陽熱や地熱、放射性同位体の放射性壊変により発生する熱や内燃機関等の廃熱等も利用できる。体温程度の低温度差でも作動する。

温度差から運動エネルギーを取り出すだけでなく、運動エネルギーから温度差を作り出すことも出来るという性質を持ち、その性質を利用した冷凍機がある。極低温の用途で使用されており、液体窒素冷却や、赤外線設備や超伝導磁石の冷却などに利用されている。

日本においても、電力会社やベンチャー企業によって、主に小型発電（バイオマス発電）としてその研究・開発が進められている。

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1万円以下ということで耐久性はどうか興味あります。

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