スターリングエンジンイノベーション：キネマティック型進行波音波エンジンの開発

斯特林发动机创新：运动行波声波发动机的开发

基本信息

批准号：
22K19861
负责人：
琵琶哲志
金额：
$ 3.74万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-06-30 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

キネマティック型スターリングエンジンは往復動ピストンがフライホイールに接続された構造を持ち，軸出力の形で動力を発生する．このタイプのエンジンではリンク機構で接続された出力ピストンとディスプレーサーが必須の機械要素であるために，多様な機構が提案されてきた．本研究ではディスプレーサーを取り除くことで性能を維持したまま装置構造を大幅に簡略化することを目指している．昨年度までに熱音響エンジンの仕組みを利用することですでにディスプレーサーなしのプロトタイプ装置の動作確認を終えた．また，動作機構の物理的メカニズムの基本的理解について実験的解析を行った．プロトタイプ装置は内径40mmと内径12mmのパイプで構成されるループ管とピストン・シリンダ・クランク・コネクティングロッド・フライホイールで構成される機械出力部からなる．ループ管には高温及び低温の熱交換器で挟み込んだ蓄熱器が備え付けられている．作動気体は大気圧空気である．このプロトタイプ装置において低温部温度を室温に保ったまま高温部温度を150度まで加熱すると安定的に回転動作する．この回転数の時間的平均値と加熱温度の関係，および回転数の時間的なゆらぎについて，フライホイールの回転軸周りの運動方程式をもとに検討し，ループ部分全体の音響インピーダンスが時間平均回転数を決定する役割を持っていることを実験的に明らかにした．また回転数のゆらぎはループの音響インピーダンスのほかに機械出力部の特性が反映されることを示した．

运动斯特林发动机具有往复活塞与飞轮连接的结构，并以轴输出的形式产生动力。由于通过连杆机构连接的输出活塞和置换器是此类发动机中必不可少的机械元件，因此已经提出了各种机构。在这项研究中，我们的目标是通过去除置换器来显着简化设备结构，同时保持性能。到去年，我们已经通过使用热声发动机机构确认了不带置换器的原型装置的运行。我们还进行了实验分析，以对运动机构的物理机制有基本的了解。原型装置由内径为40毫米和内径为12毫米的管道组成的环形管和由活塞、气缸、曲柄、连杆和飞轮组成的机械输出部分组成。环管内装有夹在高低温换热器之间的蓄热装置。工作气体为常压空气。在这个原型装置中，如果将高温部分的温度加热到150度，同时将低温部分的温度保持在室温，就会发生稳定的旋转操作。基于飞轮绕旋转轴的运动方程，研究了转速的时间平均值与加热温度之间的关系以及转速的时间波动，并通过实验证明了其作用。决定数量的作用还表明，转速的波动不仅反映在环路的声阻抗上，还反映在机械输出部分的特性上。