パラボラ鏡+スターリングエンジンで太陽光発電

で、現実のスターリン機関の効率があまり良くない（良く出来ない)
原因は何？

　
さまざまな理由は考えられますが、極基本的な問題を、一つだけ挙げるとすれば、
現在の「スターリングエンジン」は、ガソリンエンジンのような【 内燃機関 】ではなく、
【 外燃機関 】と言われる種類の形式で、作られているからでしょう。
　
ではなぜ、【 外燃機関 】の効率を上げることが難しいのかと言えば、金属などの、
「圧力容器の外側から内部の作動流体に熱を伝える構造」なので、その部分に、
効率の低下する要因が、内在していると言うことではないでしょうか。

容器の一部を暖めつつ、一部は冷やさないといけない。
この境界部分でロスがあると思う。
あとはピストンの回転が早くなると、
気体がじゅうぶん冷やされないうちに暖められて効率が悪くなるとか。
他には、もとになる熱エネルギーが完全に容器内に伝わらずに、
どこかに放射で逃げているとか。

>>79　＞　もとになる熱エネルギーが完全に容器内に伝わらずに、

以前、>>73 のどこかのスレッドにも書いた記憶は有りますが、「外側から暖める方式」の、
これらの【 外燃機関 】を、内側から暖める方式の、【 内燃機関 】に設計変更することは、
「太陽熱利用スターリング機関」に限っては、実は、比較的簡単なことだと考えています。

これは、「太陽熱を、反射鏡やレンズで集光する部分までは、従来と同じ」ですが、但し、
集光した熱線は、【 エンジンの気筒内部に直接照射してしまおう 】と言うアイディアです。

その方法として、エンジンのシリンダーヘッド部に【 透明のガラスを嵌め込み 】、熱線は、
「内部のディスプレーサーピストン頭部に、直接照射され、発熱する」、と言う原理です。

熱吸収のための内部は、「表面積を増やす小さな凹凸加工」や、「色を真っ黒にしておく」、
などの方法で、「熱線の吸収を良くする工夫を行っておく」のは、言うまでもないでしょう。

【 内燃機関 】や【 外燃機関 】と言う呼び方は、「燃料を燃やすことによって動くエンジン」、
であることから出てきた言葉で、太陽熱を使う機関なら元々燃える部分は存在しないので、
このエンジンの場合は、正確には【 内（熱）機関 】と呼ぶべきなのかも知れませんですね。

スターリング機関は、一般に普及している【 内燃機関 】に比べ、研究している会社の数や、
その規模もはるかに小さいため、まだまだ、「未知の部分や、工夫すべき部分」も多く有り、
アマチュア研究家の活躍できる余地も、残されていそうに思いました。

スターリングエンジンて、完全に止まった状態から
熱を与えるだけで回りはじめるの？
最初だけ外力で回してやらないとダメとかない？

ガスの潜熱を利用するガス冷蔵庫があるが、その原理を利用してクーラーを作れば、
真夏の電力消費のピークを低く出来るのではないかな？

スターリングエンジンで、電力を作りそれを冷房に使うより安く出来そう。

スターリングエンジンの中に封入する気体って何がいいのかな

>>54
っ中華鍋

スターリンＧＵ〜

>>81　＞　熱を与えるだけで回りはじめるの？

スターリングエンジン・Q＆A Q151-Q200
http://www.bekkoame.ne.jp/~khirata/japanese/qanda200.htm
http://www.bekkoame.ne.jp/~khirata/index.htm

　　Q199: G. Walker氏は、スターリングエンジンは自己始動（セルフスタート）しないと言っています。
　　　　　　しかし、私は、多気筒エンジン（３気筒以上の単動あるいはダブルアクティング形）は
　　　　　　蒸気エンジンのように自己始動するはずだと思います。どちらが正しいのでしょうか。

　　A199: G. Walker氏が正しいと思います。多気筒エンジンに温度差をつけたとしても、
　　　　　　ピストンによって作動ガスが圧縮あるいは膨張する要因はありません。
　　　　　　自己始動をさせるには、何らかの別の装置を取り付ける必要があると思います。

上の引用は、「スターリングの専門家の解答」と言うところですが、私個人の考え、
として言うと、【論理だけ考えれば自己起動するはず】と、言うようなところでしょうか。

しかし実際的に作った場合に、「自己起動が難しい」とすれば、その辺のところが、
このエンジンの難しさを表している、象徴的な部分と、言えるのかも知れないですね。

仮に自己起動は不可能としても、一般の「内燃機関」もセルモーターは必要としますし、
それが特別に、大きな欠点だとは言えないように思います。

個人的には、セルフスタート（自己起動）容易な、蒸気機関の方が好きなんですけど。ｗ

>>75　＞　今の内燃機関の方が熱効率いいんじゃない？

こう言う種類の、原動機（エンジン）の場合は、熱効率だけで、評価は出来ないものなのですね。
一般のエンジンは、石油（主にガソリン）などの燃料を必要としますが、「太陽熱利用の場合」は、
そもそも、「燃料代はタダ同然」ですからね。。

　　スターリングサイクル・オンライン　　スターリングエンジンと各種原動機の比較
　　http://www.isec-info.org/jp/edu/tsukahara/tsukahara02/index.html
　　http://www.isec-info.org/jp/edu/

　　　　(1) 熱効率　　　←　（ このページの図表を見てください ）

上の図の、「左側縦軸目盛りの単位」を見れば、燃料消費率（ｇ／ｋｗ／ｈ）と成っていますから、
上側に行くほど、燃料の消費は多くなることが分かります。

燃料消費的には、この図から、バイクなどに使われる「２サイクルのガソリンエンジン」の性能が、
一番悪く、「４サイクルガソリンエンジン」と、「４サイクルディーゼルエンジン」の、丁度間の辺りが、
スターリングエンジンの、燃料消費的な性能と言えるのでしょうか。

超ロングストロークの、「ユニフロー（一方向流れ）２サイクルディーゼルエンジン」は、舶用機関の、
主流となっていて、この図の右下近くにプロットされている如くに、ピストンエンジンとしては、最も、
燃料消費率の小さいエンジン、と言うことが良く分かります。

右側目盛りは、「熱効率」と書かれており、この値からすると、「スターリングエンジンの熱効率」は、
【 ３５％前後 】と言うことに、なるのでしょうか。

＞　【 ３５％前後 】と言うことに、

この値は、「スターリングエンジンのみの効率」ですから、発電する場合は、当然、
発電機の効率を加味する必要があって、「発電効率」は、この値より下がります。

しかし「発電効率」を比較する意味って、一体何の価値があると言うのでしょうか。

太陽エネルギーを反射鏡で受け、そのエネルギーが、どの程度電気に変わるか、
と言う意味だとすれば、単に【 反射鏡の受光面積 】との比較でしか有りません。

だとすれば、設置場所さえ広く取れるなら、効率が例え半分でも、「受光面積」を、
２倍にしてしまえば、同じ発電量が確保できるはずですよね。

結局、「受光面積と比較したような効率」と言う概念は余り意味が無く、受光部の、
【 単位面積あたりの製造コストや維持費と発電量を比較すべき 】、かも知れない、
と考えるのですが、どうでしょうかね。

いまのところエンジンの容積と重さを考えると、乗り物には化石燃料の内燃機関を載せたほうが効率がいい。
しかし砂漠に鏡と一緒に設置するぶんには、容積や重さはあまり重要じゃないから
スターリングエンジンが活躍できる。

>>87-88
熱力学の第二法則(エントロピー関連)によれば、熱機関の中の二つの
温度漕の温度差が大きくなるほど効率が良くなることが知られている。
なので、鏡やレンズなどで太陽の光を出来るだけ集約して温度を上げれ
ば効率は上がる。

この意味で見積もってみると、限界の効率は、熱力学的には、99%以上という
数値になる。

>>89　＞　スターリングエンジンが活躍

「動く機械類」は、どうしても寿命が有るし、故障も起こりがち。
なので、発電を目的とするなら、動くところの無い、最初から電気を出す、
「太陽電池」のほうが、何かと安く付くのでは。

太陽光を集めても光源の温度以上にはならんから、
99％は無理じゃないかと。
太陽表面の温度は6000℃と言われているし、色温度はもう少し高いらしいけど、
7000度には届かない。

光源の温度をそのまま生かせるという意味でも太陽電池に分がある。

>>92
輻射光による温度は蓄積すれば、溜まるのね。
溜まった熱が逃げない限りいくらででも上がるわけだ。

君は物理以前の理科の問題で間違っている。

太陽だと表面は不確定なんだけど、
6000℃ではなく5780Kで数値的に勘違いしているね。摂氏表現しか理解できない？
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%A4%AA%E9%99%BD

でもさ、太陽光で作った熱源を効率よく冷やさないといけないから
砂漠に作るより、もっと寒冷な地方に作った方がいいんじゃない？

>>51　＞　パラボラ鏡を簡単に

パラボラ鏡とは言っても、天体望遠鏡の鏡とは、三桁も４桁も精度的にはラフで良く、
ダンボールにアルミ箔を貼ったようなものでも、実用的には問題ないはず。

大量生産となれば、レンズや鏡は、金属でもプラでも「型を使った製造」になるので、
コスト的な問題は、あまり考えなくても良さそう。

放物線の作図は、中学か高校の教科書にも、載っているのではないかな。

Ｇｏｏｇｌｅ　　放物線 作図
http://www.google.co.jp/search?num=50&hl=ja&rls=GGGL%2CGGGL%3A2006-19%2CGGGL%3Aja&q=%E6%94%BE%E7%89%A9%E7%B7%9A+%E4%BD%9C%E5%9B%B3&btnG=%E6%A4%9C%E7%B4%A2&lr=

>>92
絶対温度T2=5780Kとして、空気の温度をT1=25℃=(25+273)K=298Kと
する。最高効率の時、ΔS=ΔQ1/T1=ΔQ2/T2 だから、
取り出せる仕事量=ΔW=ΔQ2-ΔQ1=(1-T1/T2)ΔQ2
効率=η=ΔW/ΔQ2=1-T1/T2=(T2-T1)/T2=(5780-298)/5780=0.948
となり、効率は、94.8%となる。99%は間違い。

概ね95%が正しい。

>>94
両方を加味して最良の場所を探さないと行けないことは確か。
しかし、広大な面積を考えると砂漠はよいはず。
他の場所では自然破壊を伴うが、砂漠ではそれがないし。

>>93
>輻射光による温度は蓄積すれば、溜まるのね。
>溜まった熱が逃げない限りいくらででも上がるわけだ。

蓄積しても、そこからの放射と太陽からの入力とが釣り合うまで
が限界になる。その結果、太陽用面温度か、コロナ温度かどちらか
が限界。

説明が足りなくて申し訳ない。

>>98が指摘してるように、高温源の温度の限界が太陽用面温度か、コロナ温度ってのは自明じゃないし、
太陽の内部からいろんな層をすり抜けて半ば直接輻射された光子の影響も気になった。
そこで、色温度を考慮すればいいと考えたのだがどうだろうか。と言うのが一番の趣旨。

確かに値は精度悪いけど、太陽の温度が6000度ってのは普段からよく耳にする値だし、
気温300Kで95%位しか効率でないよってことを主張したかっただけなんで、この程度の精度で十分かと思った。

太陽電池のほうがって下りも、数千度をキープするなんていうのは技術的に易しくないが、
数千度に相当する電子のエネルギーならどうってことないと言いたくて書いた。

太陽電池を否定したいわけではないが、
量子的な電子/光子あたりのエネルギーとマクロな全体のエネルギーを
ごっちゃにしている気持ち悪い説明ではだめだ。

>>92
>光源の温度をそのまま生かせるという意味でも太陽電池に分がある。

温度の定義は、その場所に物体を置いた時に物体の温度が平衡に達して
一定になった時の温度。

太陽光の場合、地球上の空気中で直射が当たるように物体を置いても、
せいぜい60℃(=333K)程度にしかならない。ということは、太陽光の
温度は地球上ではそのままでは333Kだと言うことになる。
それに対して、レンズで集光すると鉄が溶ける温度(1300℃程度)にまで
なる事が知られている。

太陽光は、地球に来るまでに距離の逆二乗則で密度が下がっている。
このせいで「温度」が太陽表面で測ったときは5800℃程度だったものが
地球上では60℃程度になると考えられる。

光の波長分布とは、空洞の中で電磁波が壁とのエネルギー交換が平衡に達
した時の物。平衡になるためには、波長分布だけでなく、単位面積あたり
の強度も重要。これはレンズの考察からも分かる。

衛星軌道で太陽光＋スターリングエンジンのシステム稼働させれば、
廃熱先が3Kだからかなり効率よさそうだな。

>>101
媒体の平均エネルギーだと思ってたよ。

約1.5eVの光子を大量に照射したら、物質の温度はどこまで上がるかって問題ですね。
これが1.5eVのイオンビームだったら、平均エネルギーが1.5eVを超えることがないだろうと思うけど、
光子だったらいくらでもあったまっちゃうのかな。
光子は運動する粒子とは別だしどうなんだろう？コンプトン散乱でエネルギー吐いちゃうのかな？
電子ビームの場合は？

どうなんでしょう。

>>104
いくらでも暖まると言うことはない。
物体の温度が上がると、物体表面からの電磁輻射が大きくなり、
単位時間あたりの外部からのエネルギー供給と釣り合うようになる。
ここで温度変化が止まるので、平衡状態に達する。

この時の物体表面の温度が、外部から供給された光子なり、粒子ビーム
なりの「温度」と定義されている。

>>84
　　　…
　　∧∧
　 (´･ω)
　_｜⊃／(＿＿＿
／ ヽ_(＿＿＿_／
￣￣￣￣￣￣￣

　

>>102
放射冷却では放熱に苦労する。実際にスペースシャトルでは廃熱処理に
苦労している。

>80
そんな工夫してもﾋﾟｽﾄﾝﾍｯﾄﾞ表面→気体の熱移動が必要なのは変わらないし、
窓の内壁側表面を熱移動に使えなくなるし。
普通に熱交換器・熱再生器の性能をあげる工夫に注力した方が益があるとおもう。

それにしても今までのスターリングエンジン発電のニュースって、エンジンおもちゃを売るための宣伝程度にしか思えない。
あるいは、新しくいい技術ができるまで生き延びるための話題作りとか。

不足なので書き足し。
つまり、運転プラントの計画があるにしては平均運転実績が上がったというニュースがないんだな。
一時間だけの最高データなんて学術レベルだよ

>>110
おれは>>44がある程度説得力あるような気がしてます
陰謀論とか興味ないけど、それが全部作り話とも言い切れないと思います

石油がないとか値段が今の1000倍とかならともかく、
枯渇するかもしれないとか程度ではだれもお金を出さない、というか出せないだけの話だろう。
スターリングエンジンなんて設備規模当たりの出力が小さいプラントに投資できる金があれば
もっと儲る話がいくらでもある。

うん、ゆっくり高効率で回して、普段捨ててるようなエネルギーを
細々と掻き集めて利用できるというのがスターリングの利点だな。
パワーウェイトレシオを上げたい乗り物の動力等には向かない。

いかに安く、しかも一度作ったら壊れないように作るか
メンテナンスも安くできるかがキモだな。

>>81
>>86
　　　　スターリングエンジンて、完全に止まった状態から　 熱を与えるだけで回りはじめるの？
　　　　最初だけ外力で回してやらないとダメとかない？

下のスターリングエンジンなどは、一応、セルフスタート（自己起動）しているようですよね。
「単気筒」なので最初ギクシャクしていますが、これが「多気筒」なら、もっと上手く起動すると思いました。


　　Ｙｏｕ Ｔｕｂｅ　　"crazy engine" stirling Low Temperature Difference Engine
　　http://www.youtube.com/watch?v=4sV_0xKX4II&feature=fvsr

　　Ｙｏｕ Ｔｕｂｅ　　"ringbom stirling ltd nr03"
　　http://www.youtube.com/watch?v=YrYvXpAlldw


自己起動させたい場合は、徐々に熱するのではなく、「急に熱を加える仕組み」に作れば、恐らくですが、
毎回確実に起動する筈だと、私は信じているのですけれどね。。

>>115　＞　セルフスタート（自己起動）

に、関する詳しい解説は、↓　下のスレッドに書かれています。

機械・工学＠2ch掲示板　　≡≡　面白いエンジンの話−５　≡≡
http://science6.2ch.net/test/read.cgi/kikai/1227798793/774-

そもそも熱交換率が高いから廃熱にはこまんないと思う

スターリングエンジンを使う場合、光を集めなくても熱を集めれば良いだけなので
低温度差でまわる奴なら単純に光を当てる部分を大きくしてはだめか？

パラボラ集光って時間で出力変わりすぎじゃね？
ひまわりみたく太陽に向かって回すのかね？

＞　太陽に向かって回すのかね？

それが面倒なのですね。

ツルメコ教+ストリーキングメコスジンで大陰唇発電

≡≡　面白いエンジンの話−６　≡≡
http://science6.2ch.net/test/read.cgi/kikai/1252107552/l50

今日ＴＢＳのニュースでやっていた興味深い技術

熱音響技術研究センター
http://ctt.doshisha.ac.jp/index.html
廃熱を音に変えてモノを冷やす、不思議な熱音響冷却　1_2 WIRED VISION
http://wiredvision.jp/blog/yamaji/200802/200802151144.html
坂本：廃熱を太陽光に置き換え、冷却に使う研究を行っています。元々は、
砂漠に設置する薬品用冷蔵庫を作ろうと考えたのです。これまでの冷蔵庫を
動かすには、電気が必要で、その電気を作る発電機には何らかの回転体が
必要になります。ところが、砂漠だと回転体はすぐに故障して止まって
しまうんですね。そこで、熱音響現象を利用し、回転体なしで冷却できる装置を
作りました。気温が30度の時に、マイナス4.5度まで冷やすことができています。
簡単な仕組みですが、2年くらいかかりようやくここまで来ました。

熱音響冷却 - Google 検索
http://www.google.co.jp/search?hl=ja&source=hp&q=熱音響冷却&lr=&aq=1&oq=熱音響

これはこのあいだの日曜にやっていたもの、ペルチェ素子とヒートパイプを
使った高効率な「温度差発電」

TBS「夢の扉〜NEXT DOOR〜」
http://www.tbs.co.jp/yumetobi/backnumber/20090920.html
手のひらサイズのスゴいヤツ“温度差発電”の正体 R25
http://r25.jp/b/honshi/a/ranking_review_details/id/110000005094
慶大、温度差利用した高効率発電装置を試作日刊工業新聞
http://www.nikkan.co.jp/news/nkx0720090903eaaj.html
「温度差発電」手応え　奥州の千田精密工業
http://www.iwate-np.co.jp/cgi-bin/topnews.cgi?20090813_9

このペルチェ素子は温度差が大きければ大きいほど発電圧が高いとのこと。
これを使って太陽電池が設置された場所の高温と地面の低温の温度差を利用
して発電も可能、かつ>>122の熱音響冷却を使ってさらに発電圧を昇圧可能
になるかもしれない。砂漠で冷蔵庫ができるなら太陽電池とこれらを組み合わせ、
電池が改良されれば砂漠でも良好なエネルギー自給が可能になるのでは？

変換効率29％の大規模太陽光発電
http://dnjapan.rbi-j.com/magazine/2006/04cover.html

宇宙に巨大なレンズをおけばもっと効率があがるんじゃね?

世界中につくり電線で繋げば電力供給にかんしては解決するはずだ。