スターリングエンジンによって得られる出力を増加させるにはどんな方法があるでしょうか?(エンジンの機構、またサイクルなどの面をふまえ)

また、スターリングエンジンの応用についてどんなことが考えられるでしょうか?

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A 回答 (3件)

siegmund です.



> サイクルで囲まれる面積を大きくすると得られる仕事も大きくなるので

P-V線図で言えば確かにその通りですね.
ただし,作動流体の量も多くしてしまうのでは,あまり面白くありませんね.
もう一台エンジンを持ってくれば出力が2倍になる,と言っているようなものです.

蓄熱交換器の問題,圧縮と膨張ピストンの位相差の問題,などもありますね.

ところで,授業の話でしたらその先生に質問するのが最善でしょう.
ちゃんと勉強して熱心な質問なら,喜んで教えてくれると思いますよ.
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http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=41556
の私の回答にかなり詳細な説明があります.

> サイクルなどの面をふまえ
はどういう意味でしょうか?
スターリングエンジンはスターリングサイクルで稼働するとされていますが...

この回答への補足

分かりにくい表現で申し訳ありませんでした。

先日受けた授業で、スターリングエンジンの性能予測についてを勉強しました。

出力を上げるには、エンジンの構造上の問題(使用される材料や、機密性、ピストン内のガスの種類 etc...)以外に、スターリングサイクルのP-V線図、T-S線図の特徴から何か言えることはないだろうかという意味でした。 
サイクルで囲まれる面積を大きくすると得られる仕事も大きくなるので、例えば、行程容積を大きくとるよう工夫すると言ったようなことであってるのでしょうか?

また、もうひとつ質問よろしいでしょうか?
図示仕事、図示出力の言葉の意味がいまいちわかりません。
お時間があれば回答してくださると嬉しいです。

補足日時:2001/05/14 00:02
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この回答へのお礼

回答をいただきありがとうございました。
あまり文章表現がうまくないといったら言い訳になりますが…、補足になるようなことを書いてみました。(再度分かりにくかったら申し訳ありません。)
お答えいただけると助かります。

お礼日時:2001/05/14 00:41

以下の参考URLサイトに関連質問の回答があります。


この中で#1で紹介したサイトも参照してください。

ご参考まで。

参考URL:http://www.okweb.ne.jp/kotaeru.php3?q=41556
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エネルギ-回収のひとつで、廃熱から動力を得る方法としてスタリ-ングエンジンが有効であると聞きました。
その原理、利用分野、実施例、今後の見込み等を教えてください。

Aベストアンサー

動作原理などはHPの方が詳しいと思いますので(大体,ここでは図が書けないし),
背景や原理的なことだけちょっと書きます.

こういう話のときのエンジン(熱機関)とは,
高温熱源(絶対温度 TH)と低温熱源(絶対温度 TL)の間で動作し,
高温熱源から熱 QH をもらって,
その一部を電気その他のエネルギーW(熱エネルギー以外のもの)にし,
残りの QL を低温熱源(通常は環境の温度)に排出するものをいいます.
当然 QH = QL + W です.
QH を全部Wにできればいいんですが,理論的にカルノー(Carnot)の制限があって,
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熱の漏れや摩擦などのロスは全くないとしての話です.
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これ以上の効率をもつエンジンがあると,
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ということがわかっています.

で,出来るだけカルノーの制限値に効率を近づけたい.
ガソリンエンジンやディーゼルエンジンでは,
動作原理的にカルノーの効率まで行かないことが知られています.
その上に,まだ熱い燃焼ガスを排気したりしますから,なおさら効率が悪い.
その点,スターリングエンジンは原理的にカルノーの効率まで行けます.
もちろん,熱の漏れや摩擦などで実際の効率はもっと下がりますが,
原理的に効率が高いのは強みです.

他に,ガソリンエンジンなど(内燃機関)との大きな違いは,
スターリング機関が外燃機関だということです.
シリンダーの中でものを燃やすのではなくて,外から熱を加える.
例えば,蒸気機関は外燃機関です.
だから,燃料は何でも良いし,燃料がなくても温度差さえあれば動作します.
廃熱も使えますし,
日向と日陰でもいい(その程度の温度差で実際うまくいくかどうかは知りませんが)のです.

ガソリンなどの燃料を使って,という場合にはなかなか難しいかも知れません.
まず,外燃機関は内燃機関に比べてどうしても大型になります.
それから,外から熱を加えるとなると,
材料面からあまり温度を高くできない(7~800℃位?).
一方,ガソリンエンジンの燃焼温度は 1800℃くらいですかね.
カルノーの効率の式からもわかりますように,
一般的に TH が高いほど効率がいいですから,
あまりスターリングエンジンは得にならないようです.
スターリングエンジン搭載の車を見ないのは,こういうことが原因でしょうか.

廃熱利用にはまさに適していそうですね.
特に,固定場所で使うなら可搬性の欠陥はあまり関係なさそうです.

動作原理などはHPの方が詳しいと思いますので(大体,ここでは図が書けないし),
背景や原理的なことだけちょっと書きます.

こういう話のときのエンジン(熱機関)とは,
高温熱源(絶対温度 TH)と低温熱源(絶対温度 TL)の間で動作し,
高温熱源から熱 QH をもらって,
その一部を電気その他のエネルギーW(熱エネルギー以外のもの)にし,
残りの QL を低温熱源(通常は環境の温度)に排出するものをいいます.
当然 QH = QL + W です.
QH を全部Wにできればいいんですが,理論的にカルノー(Carnot)の制...続きを読む

Qスターリングサイクルの熱効率を求めたいですのですが分かりません。

スターリングサイクルの熱効率を求めたいですのですが分かりません。
状態A,B,C,Dの圧力、体積、温度はそれぞれ(Pa,Va,Ta)(Pb,Va,Tb)(Pc,Vc,Tc)(Pd,Vc,Td)。比熱Cp、Cvは一定とする。
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Q(1)=Cv(Th-Tl)
Q(2)=R×Th×log(Vc-Va)
Q(3)=Cv(Tl-Th)
Q(4)=R×Tl×log(Va-vc)

η=1-{Cv(Th-Tl)+R×Th×log(Vc-Va)}/{Cv(Tl-Th)+R×Tl×log(Va-vc)}

Aベストアンサー

理想的なカルノーサイクルでは,熱効率は一意的に
η= ΔT/Th = 1 - Tl/Th
というわけですね。

http://ja.wikipedia.org/wiki/カルノーサイクル

一般にスターリングエンジンでD→A,B→Cの定積過程における熱交換が無視できる場合に,
η = [ R(Th - Tl)log(Vc/Va) ] / [ Cv(Th - Tl) + RTh log(Vc/Va) ]
≒[ R(Th - Tl)log(Vc/Va) ] / [ RTh log(Vc/Va) ]
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ここではchaborinさんの「理論値」が、
(1)試料の変形は、1次元の単純なはり(梁)の曲げで表される
(2)試料を構成する材料は線形(弾性)材料
なる仮定に基づいて、2点で支持して中央に荷重を与えた場合のたわみを計算した数値のことに解釈するとします。

まず(1)ですがそのたわみ量の計算においては通常
(a)断面の形状・寸法は変形によっても変化しない
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(b)は言葉で読むと分かりにくいかも知れませんが、次のようなことです。
最初に下のように試料の側面に、鉛直な線を引いておきます。荷重をかけない状態では総ての線は平行です。

   荷重
   ↓
□□□□□□□
 ○   ○

これに荷重をかけると全体がしなり、側面に描いた線もすこし斜めに傾きます(試料の左側では右上がり、試料の右側では左上がり)。しかし一番簡単な近似ではこれを無視して解析します。(詳しくは材料力学の教科書の「はりの曲げ」辺りを読んでみて下さい)

さらに上記の解析では必ず「ヤング率」という数字を使うと思います。ご存じかと思いますがヤング率は材料によって決まる数値で、ひずみと応力の間の比例係数です。
この比例の様子を図に表すと下のようになります。

応力

│   *
│  *
│ *
│*
└─────→ひずみ

このようにひずみと応力が完全に比例する材料を「線形材料」や「(完全)弾性材料」などと呼びます。
しかし現実のの材料はひずみ-応力の関係がどこまでも比例するわけではありません。例えば下のように、ひずみが大きくなると応力とひずみが比例しなくなるのが一般的です。


応力

│      *
│   *
│ *
│*
└─────→ひずみ

このような挙動を「非線形挙動」「非弾性挙動」などと呼びます。こうなるともはや、ヤング率を定数と見なせなくなります。従って最初の仮定の(2)も怪しくなってきます。

まとめますと、単純なはり(梁)の曲げで求めた荷重-たわみの理論値は、現実の材料と
(1)はりの断面形状・寸法の変化を無視している
(2)解析の際に、はりの断面の変形に伴う傾きを無視している
(3)解析では材料を線形としているが、実際の材料は非線形の挙動を示す
という点で差異があり、その分が誤差になるということです。

chaborinさんのご質問の「理論値」の理論がどの範囲まで考えているか、によってお答えは変わってくると思います。(非弾性挙動や材料の履歴まで含めて精密に材料をモデル化すれば、理論値と測定値のずれは限り無く小さくなるのですから)

ここではchaborinさんの「理論値」が、
(1)試料の変形は、1次元の単純なはり(梁)の曲げで表される
(2)試料を構成する材料は線形(弾性)材料
なる仮定に基づいて、2点で支持して中央に荷重を与えた場合のたわみを計算した数値のことに解釈するとします。

まず(1)ですがそ...続きを読む

Q片持ち梁の固有振動数

片持ち梁の振動を利用した実験を行いたいのですが,固有振動数の計算方法に関して不明な点があります.

まず,単純な片持ち梁の固有振動数については下記の式で算出できると思います.

f=(λ/2πL)√(Eg/γ) [Hz]

ただし,
・λ:境界条件,振動モードによって決まる係数
・L:梁の長さ
・E:ヤング率
・γ:梁の単位体積あたりの重さ

さらにこの片持ち梁の先端に質量Wの物体を付加した場合の系の固有振動数の計算方法がわかりません.

実際に実験を行い,固有振動数は計測できているのですが,計算によって理論的に予測したいので,よろしくお願いします.

Aベストアンサー

 「梁の質量を考慮した」単純な片持ち梁の場合、レーリー法を使って「梁の質量を無視した」片持ち梁の先端に等価質量33/144m(m:梁全体の質量)が付加されている状態とみなせます(この計算は機械振動学の本に載っていると思います)。
 さらにこの片持ち梁の先端に質量Wの物体を付加した場合は等価質量にWを足して最終的な固有振動数は計算すればいいと思います。
 ちなみに「梁の質量を無視した」片持ち梁の先端に質量mを付加した系の固有振動数はf=(1/2π)√(3EI/ml^3)です(I:弾性二次モーメント,l:梁の長さ)。

Qエクセルで計算すると2.43E-19などと表示される。Eとは何ですか?

よろしくお願いします。
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また、回帰分析の数字の意味が良く分からないのですが、
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回帰分析でR2(決定係数)しかみていないのですが
どうすれば回帰分析が分かるようになるのでしょうか?
本を読んだのですがいまいち難しくて分かりません。
教えてください。
よろしくお願いします。

Aベストアンサー

★回答
・最初に『回帰分析』をここで説明するのは少し大変なので『E』のみ説明します。
・回答者 No.1 ~ No.3 さんと同じく『指数表記』の『Exponent』ですよ。
・『指数』って分かりますか?
・10→1.0E+1(1.0×10の1乗)→×10倍
・100→1.0E+2(1.0×10の2乗)→×100倍
・1000→1.0E+3(1.0×10の3乗)→×1000倍
・0.1→1.0E-1(1.0×1/10の1乗)→×1/10倍→÷10
・0.01→1.0E-2(1.0×1/10の2乗)→×1/100倍→÷100
・0.001→1.0E-3(1.0×1/10の3乗)→×1/1000倍→÷1000
・になります。ようするに 10 を n 乗すると元の数字になるための指数表記のことですよ。
・よって、『2.43E-19』とは?
 2.43×1/(10の19乗)で、
 2.43×1/10000000000000000000となり、
 2.43×0.0000000000000000001だから、
 0.000000000000000000243という数値を意味します。

補足:
・E+数値は 10、100、1000 という大きい数を表します。
・E-数値は 0.1、0.01、0.001 という小さい数を表します。
・数学では『2.43×10』の次に、小さい数字で上に『19』と表示します。→http://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%8C%87%E6%95%B0%E8%A1%A8%E8%A8%98
・最後に『回帰分析』とは何?下の『参考URL』をどうぞ。→『数学』カテゴリで質問してみては?

参考URL:http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%9B%9E%E5%B8%B0%E5%88%86%E6%9E%90

★回答
・最初に『回帰分析』をここで説明するのは少し大変なので『E』のみ説明します。
・回答者 No.1 ~ No.3 さんと同じく『指数表記』の『Exponent』ですよ。
・『指数』って分かりますか?
・10→1.0E+1(1.0×10の1乗)→×10倍
・100→1.0E+2(1.0×10の2乗)→×100倍
・1000→1.0E+3(1.0×10の3乗)→×1000倍
・0.1→1.0E-1(1.0×1/10の1乗)→×1/10倍→÷10
・0.01→1.0E-2(1.0×1/10の2乗)→×1/100倍→÷100
・0.001→1.0E-3(1.0×1/10の3乗)→×1/1000倍→÷1000
・になります。ようするに 10 を n 乗すると元の数字になるた...続きを読む

QBTUからkWの換算はできますか?

空調能力の計算で皆さんのお知恵をお貸しください。
新しくイギリスから機械を輸入することになったのですが熱量がBTU単位でしか定義されていません。
空調能力の計算をkWでしかやったことがないのでBTUからkWへ換算する式がありましたら教えてください。
そもそもこんな換算ができるものなのかもわかっておりませんので、勘違いがありましたら指摘いただけると幸いです。
今週中に工事の手配を掛けないといけないので大変困っています。よろしくお願いいたします。

Aベストアンサー

BTU/hに0.293をかければWになります

Q遊星歯車の計算

遊星歯車のトルク、回転数の計算にいつも苦労しています。フリーソフトを探していますが、どなたか知りませんか?

Aベストアンサー

申し訳ありませんが、質問者様が何をお知りになりたいのか未だ分かりません。例えば、入出力軸の回転数比は歯数で決まってしまいます。たった一つの算術式です。ソフトなど不要ですね。

色々な仕様の遊星歯車装置を使い分けておられるのですか。
それでも、歯数が分かれば、全て決まってしまいますね。

例を挙げます:入力軸を太陽歯車、出力軸を遊星保持輪。内歯歯車は固定とします。
太陽歯車の歯数を za 、遊星歯車の歯数を zb 、内歯歯車の歯数を zc とした場合、その速比(出力/入力)はza/(za + zc)なります。
トルク x 回転数は一定ですから、出力軸トルクは
Tout = Tin (za + zc)/za
となります。

あるいは、回転数比やトルク比が与えられた時に歯数を決めたいのでしょうか。

あるいは、このように幾何学的なことではなく、強度計算を含む、許容トルクが問題なのでしょうか。

もう少し具体的に悩みを書いていただけませんか。

Qべき級数の問題

べき級数の問題
c[0]=c[1]=1.フィボナッチ数列c[n]を係数とするべき級数
f(z)=Σ(n=0~∞){c[n]z^n} (z∈C)
に対して
(1) f(z)=1+zf(z)+z^2・f(z)であることを示せ。
(2) (1)を利用してf(z)をべき級数で表せ。
という問題で(1)はできたのですが,(2)ができません。
c[n]がフィボナッチ数列ということで,c[n]の一般項はわかるのですが,
(1)を利用しようとするとべき級数で表すことができません・・・。
どなたか解説お願いします。

Aベストアンサー

>c[n]がフィボナッチ数列ということで,c[n]の一般項はわかるのですが,

多分、f(z) の羃級数展開を求めることで、フィボナッチ数列の一般項を求めることができるよ。
という問題なんだよ。

(1) も漸化式を利用して解いたんだよね?

Q水の温度上昇の計算式

水の温度上昇の計算式

水をヒーターを使って温度を上昇させる時のヒーター容量の計算式を教えてもらえませんか。
例えば20度の水を90度に70度上げるといった様な。
宜しくお願いします。

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ジュールで計算するかカロリーで計算するかにもよりますし水の比熱は温度により多少異なるので近似値になりますが

温度差(Δt)×水の比熱(≒4180J/K・kg)×水の量(kg) で必要な熱量(ジュール数)がわかります
1Jは1W・s(ワット秒)なので
先に求めたジュール数を 「何秒かけて加熱すればいいか」の秒数で割るだけです

例 
30L、20度の水を3分で70度にしたい場合
(70-20)×4180×30=6270KJ
これを180秒で割ると 34.8kw


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