スターリングサイクル|外燃式ピストンエンジンのガスサイクル

スターリングサイクル

スターリングサイクルは、外燃式ピストンエンジンに適用されるガスサイクルである。シリンダ内の作動ガスを外部から加熱・冷却することで圧縮させ、仕事を得ているサイクルモデルである。外燃機関であることから熱源の多様性、排気ガスがクリーンであること、複雑な弁機構などがなく静寂性が高い。

P‐V線図

スターリングサイクルのP-V線図は次のようになる。

T‐S線図

スターリングサイクルのT-S線図は次のようになる。

A→B 等容加熱過程

A→Bは等容加熱過程で、圧縮側ピストンは上に、膨張側ピストンは下に移動する。エンジン内の作動ガスが加熱器(ヒーター)を通過し、高温となり膨張空間へ流れ込む。容積一定で加熱され、エンジン内のガス圧力が高まる。

B→C 等温膨張過程

B→Cとは、等温膨張過程で、両方のピストンは下向きに移動し、温度を一定に保ちながら作動ガスは膨張する。エンジンは外部に仕事を行う。

C→D 等容冷却過程

C→Dは等容冷却過程で圧縮側ピストンは下に、膨張側ピストンは上に移動する。エンジン内の作動ガスが冷却器(クーラー)を通過し、低温となり圧縮空間へ流れ込む。エンジン内のガス圧力が容積一定で低下する。

D→A 等温圧縮過程

D→Aは等温圧縮過程で、次の過程では両ピストンは上に移動し、作動ガスは温度を一定に保ちながら圧縮される。エンジンは外部より仕事がされ、外部に熱を捨てる。

理論熱効率

理論熱効率は次式となる。カルノーサイクルの熱効率と同じである。