スターリングエンジン
カルノーサイクルに近い熱効率が実現できる。
冷凍サイクルとすれば、高い成績係数が実現できる。
多種多様な熱源を利用できる。
負荷追従性に劣る(これは、内燃機関のように、一サイクルだけシリンダ内に多くの燃料を送り込むといった操作ができないためである)。
内燃機関のような爆発がないので作動が静粛である。
機関の体積あたりの出力が低く、大出力を得ようとすると機関が大型化、大重量化する。 この欠点を補うために内部の気体に比熱容量の大きな物を使う、高圧ガスにして体積あたりの質量を増やすという対策が取られている。
高圧部が無いため爆発の危険性が低い(当初は蒸気機関と比べて最大のメリットであった)。 効率化のために内部の気体を高圧化するようになったためにメリットと言えなくなった。
配管に耐熱耐圧構造を必要としないため作成や保守が容易である。 このメリットは現代の実用装置では無くなってしまい、逆に耐圧シーリングや保守の煩雑を招いている。
スターリングエンジンの理想気体における熱効率はカルノーサイクルのそれと同じく
η t h = W Q H = Q H − Q L Q H = 1 − Q L Q H = 1 − T L T H {\displaystyle \eta _{\mathrm {th} }={\frac {W}{Q_{H}}}={\frac {Q_{H}-Q_{L}}{Q_{H}}}=1-{\frac {Q_{L}}{Q_{H}}}=1-{\frac {T_{L}}{T_{H}}}}
である。つまり、高温側の温度が高く、低温側の温度が低いほど熱効率が高くなる。外燃機関であるために熱源を選ばないという特長があるが、同時に外燃機関であるために高温側の温度を高くしにくく、低温側の温度に熱効率が大きな影響を受ける。そのために低温側の冷熱源に無尽蔵の海水を用いることが出来る船舶用として開発が進められた。
潜水艦では1995年、スウェーデンのゴトランド級潜水艦に最初に搭載された。日本では、はるしお型の練習艦あさしおにて試験され、その実用性が確認されたことから、そうりゅう型潜水艦に正式採用され、2009年3月から海上自衛隊で運用されている。
国内の船舶ディーゼル機関の排熱回収システムとしてはeスター(パナソニックの社内ベンチャー会社)と海技研が共同で開発しており、内航船にて実運航が行われている。
熱源として、太陽熱や地熱、放射性同位体の放射性壊変により発生する熱や内燃機関等の廃熱等も利用できる。体温程度の低温度差でも作動する。
↑ Stirling Cycle Engine: "The Stirling Engine: A Wave of the Future" 1992 NASA
↑ Stirling Engine description
↑ James D. Van de Ven; Paul B. Gaffuri; Ben J. Mies; Greg Cole (2008). Developments Towards a Liquid Piston Stirling Engine (PDF). International Energy Conversion Engineering Conference. 2015年8月12日閲覧。
↑ 「潜水艦、音なしで長時間/三菱重 リチウムイオン電池搭載」『日本経済新聞』朝刊2018年10月5日(企業1面)2018年10月7日閲覧。
↑ R. Sier 1999.
↑ T. Finkelstein & A.J. Organ 2001, Chapter 2.2