機械加工の模型スターリングエンジン
旋盤、フライス盤等の工作機械を用いて製作するα形模型スターリングエンジン。アルコールランプあるいはガストーチにより左上部筒状の加熱ヘッドを暖めますと数千回転の回転数で動きます。この教材は、設計教育、加工教育、設計/製作教育、動力測定実験教育に適しています。
機械加工の模型スターリングエンジン 部品構成
機械加工エンジンの動力測定実験 機械加工エンジンの性能曲線
空き缶エンジン
特殊な工作機械を使用することなく作れ、さらに加熱部には70℃〜100℃程度のお湯で動かすことの出来る、その名も「空き缶エンジン」。空き缶エンジンはγ形で、そのディスプレーサﾋﾟｽﾄﾝには発泡スチロール、そのピストンロッドとパワーピストンにはガラス製注射器が使われています。
お湯で動く空き缶エンジン 右の空き缶エンジンにおけるディスプレーサとパワーピストン 面熱源で動く空き缶エンジン
空き缶エンジンの動力測定実験 空き缶エンジンの性能曲線
ビー玉エンジン
試験管、ビー玉、注射器があればすぐ出来てしまう、シンプルな「ビー玉エンジン」。加熱にはアルコールランプで十分。まるで獅子おどしのような動きをする。本エンジンは空気の膨脹と収縮が実感できるエンジンです。
ビー玉エンジンの動作状況 機械加工のビ−玉エンジン
テイラーエンジン
スターリングエンジンと同じく、作動ガスを外部より加熱/冷却することにより動作する外燃機関ですが、1シリンダ1ピストンで動作する不思議なエンジンです。加熱部はシリンダの下部、冷却部は上部にあります。本エンジンの加熱冷却により、ピストンが上下する自励振動が発生します。このエンジンは熱遅れエンジンとも呼ばれ、ピストンの上下する途中のシリンダに穴を設け、バッファ空間との接続により膨張した作動ガスの圧力低下を促進しています。
模型テイラーエンジン
スターリングヒートポンプ
本機器はβ形エンジンと同じ構成です。この機器をエンジンの回転方向と同じ方向にモータにより回転させますと、この上部が冷えてきます。また、逆に回転させますと、上部が温まってきます。すなわち、本機器の利用によりヒートポンプの効果を実感できます。
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模型スターリングヒートポンプ シリンダとピストン
膨脹空間における温度降下の履歴 膨脹空間における温度上昇の履歴
パルス管冷凍機
本機器は、下部に圧縮ピストン、蓄冷材の上部に仮想の膨脹ピストン（気体）があります。作動ガスに大気圧空気が用いられていますが、蓄冷器の上部93mmの位置で室温（20℃）より10数℃の温度低下が得られました。
圧縮ピストンとシリンダにはガラス製注射器、パルス管部にはアクリル管を用いております。ピストンをモータにより駆動すると、パルス管内にある蓄冷器の上部が冷えてきます。蓄冷材には金網、ダンボールなど種々の材料が考えられますが、本機器ではティッシュが最も低い温度低下を示しました。本機器は簡単に製作でき、パルス管冷凍機の基礎を実感できます。
模型パルス管冷凍機 パルス管内温度分布
ヴィルミエヒートポンプ
簡単に言ってしまうと、スターリングエンジンとスターリングヒートポンプを組み合わせたものです。写真中の右側上部ｼﾘﾝﾀﾞが加熱部(エンジン)、左側上部ｼﾘﾝﾀﾞが吸熱部(ヒートポンプ)に相当します。残念ながら、それほどの温度低下と上昇が得られませんでした。
模型ヴィルミエヒートポンプ
熱音響オルガン？
パイプの中には下部(全長1/4)に10メッシュ程度の金網が入っており、その金網を下からアルコールランプにより加熱した後、アルコールランプを退けると、管長の基本周波数に相当する音を奏でます。1オクターブ分のパイプが用意されておりますので、ゆったりした曲であれば演奏することが可能です。
熱音響オルガン？
太陽熱駆動エンジン
太陽熱を集熱して試験管エンジンを動かす太陽熱駆動エンジン1並びに直達日光のみで空き缶エンジンを動かす太陽熱駆動エンジン2を作りました。
高温形太陽熱駆動エンジン1 低温度形太陽熱駆動エンジン2
