熱機関(エンジン)は17世紀に発明されて以来,現在まで300年近くもの間,私たちの生活の中で広く使われてきました。エンジンには多くの形式があり,様々な用途で実際に使われています。このページでは,各種エンジンの基本的な構造や特徴について説明します。
1769年:J. ワット,復水器を用いた往復動蒸気エンジンを発明
1816年:R. スターリング,熱を再利用する熱空気エンジン(スターリングエンジン)を発明
1839年:この頃J. エリクソンが様々な熱空気エンジン(エリクソンエンジン)を開発
1876年:N. オットーが火花点火エンジン(ガソリンエンジン)を開発
1883年:C. ラバル,蒸気タービンの開発
1892年:R. ディーゼル,ディーゼルエンジンの原理を発明
1930年:F. ホイットル,航空機用ガスタービンの発明
1944年:ドイツで実用ロケットの完成
1952年:F. ベーコン,現在の燃料電池の基礎となるベーコン電池を発明
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往復動蒸気エンジン
往復動蒸気エンジンは人類が最初に実用化したエンジンです。このエンジンは,蒸気が持っている静的な圧力を利用して有効な機械的エネルギを発生します。産業革命以後,産業用・輸送用の動力源として長らく使用されましたが,現在では蒸気タービンや内燃機関に取って代わられ,ほとんど使われることはありません。
一般的な往復動蒸気エンジンは,右図のようにボイラ,過熱器,ピストン,シリンダ,復水器,吸水ポンプから構成されていて,シリンダの上部には吸気バルブと排気バルブが取り付けられています。
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スターリングエンジン
スターリングエンジンは,右図に示すように2つのピストンで構成されており,バルブを設けずに作動ガスを繰り返して用いる密閉式の外燃機関です。熱エネルギを有効に利用し,高効率を達成するために蓄熱式熱交換器(再生器)が採用されているのが大きな特徴です。発明当時は作動ガスに空気を用いたもので,以下に説明するエリクソンエンジンとともに『熱空気エンジン』と呼ばれていました。その後,様々な開発がなされ,現在の高性能スターリングエンジンは,作動ガスに高圧のヘリウムや水素などを用いることで高出力化・高効率化がなされています。このエンジンは,エンジン重量が重いこと,製作コストが高いことなどの問題があるため,未だ民生レベルでの実用化には至っていません。
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エリクソンエンジン
J. エリクソンはスターリングエンジン(当時の熱空気エンジン)を改良して,様々なエンジンを開発しました。現在,エリクソンエンジンと呼ばれるエンジンもその一つです。右図に示すように,供給シリンダと作動シリンダの2つの空間にそれぞれ2つのバルブを用いた開放式の外燃機関です。また,エリクソンが発明したエンジンの多くは蓄熱式熱交換器(再生器)を使用しています。
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ガソリンエンジン
ガソリンエンジン(火花点火エンジン)は自動車などに幅広く使われています。このエンジンは燃料と空気の混合ガスをシリンダ内で圧縮して,それに点火プラグを用いて爆発させ,駆動力を発生します。このエンジンの特徴として,他のエンジンより小型,軽量で比較的出力が大きく高回転が可能であること,運転維持が容易であることなどがあげられます。
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熱交換器熱交換器(ねつこうかんき)は、温度の高い物体から低い物体へ効率的に熱を移動させる機器である。液体・気体などの流体を扱うものが多い。熱の段階的利用や回収による省エネルギーのため、積極的な導入が求められている。.wikilis{font-size:10px;color:#666666;}Q
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