スターリングエンジンを作ろう


スターリングエンジンとは

 1816年,ロバート・スターリングが爆発事故の多い蒸気エンジンに対抗して発明したエンジン。実用エンジンとしてかなりの数が生産された。しかしその後,小型ですむガソリンエンジン,ディーゼルエンジンが発明され,実用エンジンとしては葬り去られた。

 ただ,環境問題から最近見直されてきたエンジンである。理由は・・
  @外燃機関なので燃料は何でもいい
  A熱効率も割といい
  B内燃機関と違い狭い場所で瞬間的な燃焼をさせないので,NOx,SOx がでない
  C内燃機関のように爆発をさせないのでエンジン音が静が


模型スターリングエンジン

 ネットで,自作できることを知り,ぜひ作りたいなぁと思っていた7月(2003年)。翼(の父は「ものつくり」は結構すき。わくわくして夏休みを待っていた。)
 生物室からガラス製注射器をもらい,物理室のジャンク箱からアルミ板を探し出し,ネット勧誘のCD−ROMを家電屋さんからもらい,準備万端で夏休みを迎えた。そして,事件は起こった。 

 ある日,さりげなく物理室で捜し物をしていたら・・・・棚の奥にビニールにくるまれた,きらりと光るあるものを発見。

 おぉ〜・・・なんと・・・・・これは・・・・・スターリングエンジン・・・だ。

 しかも,見れば見るほど,クランクの位相差やピストンの密閉度,どれをとっても完璧なものであった。素晴らしい技術である。いったい誰が作ったのだろう??
 ただ,ちょっと見た感じ,自分の知識と違った点があった。フライホイールが重すぎる。エンジンの上下は金属板と思っていたが,これは下だけが金属で,上は透明なアクリルだった。しかも,下の金属は円形ではなく正方形だった。

 まぁ,しかし,とりあえずやってみるか・・と思い,ビーカーにお湯を入れて,エンジンをのせてみた。

 残念。やはり,まわらなかった。
 フライホイールをはずして質量を測ったら 41.6g。
 重そうだった。
 さらに,4.1gのプロペラまでついていた。

 これを回すには,アルコールランプであぶるくらいの熱が必要かもしれない。(アクリルが解けそうだったのでやらなかったけど・・)
 ネットで調べて,最適とされた CD は15.3g・・・

 約3倍の質量・・・
 誰が作ったかは,書いてなかったので分からなかった。誰かが作ったものを勝手に改造していいものかとも思ったが,気がついたら,僕の手はラジオペンチとドライバーを握りしめていた。

 フライホイールとプロペラをはずして, CD に取り替えた。(作った人,ごめんなさい)
 お湯を入れたビーカーにのせた。

 まわった!! シュコシュコいいながらまわった。

 その日の課外(物理の課外は午後・・7/28 13:30)に持って行って,自慢げに見せたのはいうまでもない。

 課外のはじめにお湯を入れて,回しながら課外をした。なんと,次第にゆっくりになり,課外の後半に止まった。約1時間回り続けていた。すごい!!。
 課外から帰ってきて,試しに,コーヒーカップにお湯を入れてやってみた。やはりまわった。

 右に見えるのは,元々ついていたフライホイールとプロペラ。

 コーヒーカップの方が回転の速度が速い気がする。計測すると30回転で9.72秒。回転数は185RPMですね。それでは角速度は何〔rad/s〕でしょう?(おっと,問題を出している場合ではないか・・)
 ビーカーはトンガリ口の所から湯気が出ていた。コーヒーカップの方はお湯が密閉された。容積こそ少ないが保温性が高く,かつ熱伝導がスムーズらしい。
 その日,家に持って帰り,子供たちに見せた。結構喜んだ。
 とくに翼は気に入ったらしく(態度は,相変わらずそっぽを向いていたが・・・),回転が遅くなるとコーヒーカップのお湯を取り替えていたらしく,気がついたらポットのお湯がなくなっていた。ずっと回していたんだね。

 写真は,興味津々の希(今,とびひで顔がめちゃくちゃだけど・・・)

※このスターリングエンジンを作った方は,現在調査中です。知っていらっしゃる方,ご一報ください。水戸一高物理科の3人は,誰も分からなかった・・・いつからあったんだ・・・
 ちなみに,私(翼の父)がネットで調べた作り方は,そのうちのせます。現在作る気が若干失せている・・・。


ちなみに角速度は 19.4rad/s が正解(有効数字も3ケタが正しい)