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循環流式スターリングエンジン
Circulating-Flow Stirling Engines

(1) 循環流式スターリングエンジンとは
(2) 熱交換器の対向流式化
(3) 再生器負荷の低減
(4) 水素内燃スターリングエンジンへの適用
(5) 問題点
(6) 製作例

(1) 循環流式スターリングエンジンとは

通常のスターリングエンジンでは，熱交換器（ヒータ，再生器，クーラ）が膨張空間と圧縮空間の間に設置されるため，熱交換器の中での作動ガスの流れは往復流である。この点が，同じクローズドサイクルであっても，作動流体が循環しながら一方向に流れる蒸気タービンやクローズドサイクル・ガスタービンと対照的である。
往復流であることは，再生器をコンパクトで高機能にすることに役立っている。しかし，作動ガスが再生器側から膨張（圧縮）空間へ向けヒータ（クーラ）中を流れる場合は，これと逆の方向に流れる場合に比べ，伝熱への寄与が小さい。また，後述のように，熱源温度に制約がある場合には，往復流式であることが問題になる。
これに対して，一方向弁を用いて熱交換器内の流れを一方向流にする循環流式スターリングエンジンが C.J.Rallisら(1977) により提案され，また，ほぼ同時期に，冷熱スターリングエンジンに関連して理論的な検討がなされた。
しかし，最近まで循環流式エンジンの具体的検討や製作が行われた例は無かった。
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(2) 熱交換器の対向流式化

加熱（冷却）が外部熱源流体によって行われる場合，循環流式スターリングエンジンでは，ヒータ（クーラ）を対向式熱交換器にすることができ，右図に例示したように，膨張（圧縮）空間に流入する作動ガスの温度を最大限に上昇（低下）させることができる。
すなわち，作動ガス温度を熱源温度により近付けることができ，エンジンの熱効率の向上につながる。この点は，工場廃熱やＬＮＧ冷熱を熱源として利用する場合，すなわち，熱源流体の温度に制約がある場合に特に有効に働く。（冷凍機として運転させる場合も有効）
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(3) 再生器負荷の低減

循環流式スターリングエンジンでは，再生器の高温（低温）端へは膨張（圧縮）空間で膨張し（圧縮され）て温度が低下（上昇）した作動ガスが流入する。
したがって，上図の往復流式に比べて，再生器両端間の温度差が小さくなり，その分だけ再生器の負担は低下する。圧縮比または圧力比を高めれば，この温度差が小さくなるため，場合によっては，再生器を省略しても熱効率はそれほど低下しないですむ。
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(4) 水素内燃スターリングエンジンへの
適用

高橋らによって提案されている水素内燃スターリングエンジン（上図）では，供給される水素，酸素および生成される水蒸気がエンジン内部で偏って滞留することを避ける必要がある。循環流式エンジンの採用（下図）がこれらの滞留の防止に有効なことは明らかである。

(5) 問題点は？

(6) 製作例

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