Loading article…
ハーウェルTMG スターリングエンジンは、「Thermo-Mechanical Generator」の略称で、1967年に英国原子力庁のハーウェル研究所のEH Cooke-Yarboroughによって発明されました。[1] [2] [3] [4]これは、効率を多少犠牲にしても、低コストで非常に長寿命の遠隔電源 となることを目的としていました。TMG（モデルTMG120）は、かつて英国のHoMach Systems Ltd.というメーカーが販売した唯一のスターリングエンジンでした。[5]
説明
このエンジンのシリンダーはほぼ等温 です。その理由は、1) ヒーター領域がシリンダー端全体を覆っている、2) ストロークが短い装置で、シリンダーが広く浅いため、表面積と体積の比が高い、3) ガス空間の平均厚さが約 0.1 cm である、4) 作動流体がスターリング エンジンに適した熱特性を持つヘリウムである、という理由からです。
このエンジンのディスプレーサーも損失が非常に低い。この低損失の動作特性により、従来のスターリングエンジンに比べてエンジンの解析が簡素化される。[5] : 113
この設計は、従来のスターリングエンジンに比べて多くの利点がある。ヒーターがシンプルなため、TMG では従来のスターリングエンジンのコストの 40% を占めるろう付けされた管状またはフィン付きヒーターが不要になり、コストが大幅に削減される。[ 6] ヒーターとクーラーの熱交換器は機械的に簡単なものである。再生器は「平板」と呼ばれる単純な環状体である。シリンダー壁とディスプレーサーとともに、再生面は合計 4 つある。TMG はフリーピストンエンジンである。転がり軸受やスライドシールがないため、摩擦や摩耗はほとんどない。作業空間は密閉されており、加圧されたヘリウムガスを何千時間も封じ込めることができる。
ディスプレーサーは直径 27 cm のステンレス製缶です。直径 27.4 cm のシリンダーの中心にある低損失の平面金属スプリングによって吊り下げられています。2 mm の半径クリアランスは、エンジンのシリンダーに固定された薄い開放型シリンダーによって2 つの同心 環状ギャップに分割されています。この環状部は再生器として機能し、金網タイプよりもはるかに安価です。
このエンジンは「フリーシリンダー」設計で、エンジン全体がスプリングに取り付けられ、わずかに振動します。これにより、パワーピストンとリニアオルタネーターの磁石（合計重量 10 kg）の動きからの正のフィードバックによってディスプレーサーを駆動できます。
[5] : 109
ユニークなパワーピストンは Cooke-Yarborough によって発明され、「関節式ダイヤフラム」と呼ばれています。これは、外径 35 cm、内径 26 cm のステンレス鋼の環状部で構成されています。この環状部は、外側の縁で 2 つの柔軟なゴム製 O リングによってエンジンに固定され、内側の縁でも同様に固定されています。この場合、ピストンの中心を構成する剛性のあるセンターハブに固定されています。O リングは曲がりますが、スライドしないため、潤滑剤は必要なく、機械全体の摩耗はごくわずかです。
圧縮空間はパワーピストンハブとディスプレーサーの間にあり、この空間はパワーピストンを介した直接伝導によって冷却されます。TMG の開発モデルには、冷却水を含む二重関節ダイアフラムが含まれ、サーモサイフォンによってポンプで送られます。圧縮空間の深さは、2 mm のディスプレーサーストロークと、90 度位相がずれて動く 1.5 mm のパワーピストンストロークによって決まり、0.2 ～ 2.7 mm の範囲で変化します。
TMGエンジンは、従来のスターリングエンジンに共通する経済的および機械的な問題の多くをうまく克服しています。ただし、この設計にはいくつかの制限があります。シンプルで低コストの環状再生器は、他のタイプに比べて効率が低く（これが、このエンジンの熱効率がわずか10%とやや低い原因となっています）、関節式ダイヤフラムの機械的な制限により、最大ストロークは推定3 mmしかありません。これらの特性により、この設計のエンジンから得られる最大電力は約500～1000ワットに制限されます。[5] : 195 ただし、低コストのスターリングエンジンがこれほど高いレベルの信頼性と動作寿命を実現することはまれであり、これは設計の独創性によるものとしか言えません。