外燃機関

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外燃機関の応用の例:蒸気機関車の動作原理

外燃機関(がいねんきかん、英語:external combustion engine)は、機関内部にある気体を機関外部の熱源で加熱・冷却により膨張・収縮させることにより、熱エネルギー運動エネルギーに変換する機関のこと。原動機のうち、燃焼ガスを直接作動流体として用いない熱機関を指す。対して、作動流体として用いるものは内燃機関と呼ばれる。

代表的なものとして、蒸気機関蒸気タービンスターリングエンジンがある。また原子炉を使った原子力機関も外燃機関の一種である。

内燃機関との比較[編集]

外燃機関において、熱エネルギーから運動エネルギーに変換する過程で作用するものを動作気体動作ガス作動流体という。例えば蒸気タービンではを沸かしてその蒸気タービンを回して機械的エネルギー(動力)を得るから、蒸気が蒸気機関における動作気体である。

内燃機関と比較した場合、熱源が外部にあるため燃料の形態(気体液体固体)による選択肢が広く、最適な条件で燃焼させられるため、大気汚染物質の排出を抑えやすい。また、化石燃料石油天然ガスなど)だけでなく原子力・地熱太陽光など多種多様の熱源を利用できる(例えば蒸気機関車は石炭重油といった化石燃料の他にバガスも燃料にできる)。また、内燃機関に比べ作動音が比較的静かである。

産業革命を引き起こす原動力となった外燃機関であったが、やがて輸送機械を中心にガソリンエンジンなどの内燃機関に取って代わられた。外燃機関は小型化・軽量化が難しく、パワーウェイトレシオが大きい(重量がかさむ割に力が小さい)ため、輸送機械には向かないからである。ことレシプロ式の蒸気機関に限れば、蒸気機関車などにわずかに残るのみとなってしまった。

しかし、大型の蒸気機関については現代でも積極的に利用されている。たとえば火力発電所原子力発電所蒸気タービンで発電しており、高い熱効率を実現している。これらで用いられる蒸気タービンの熱効率は理論熱サイクルの限界に近い物がある。また外燃機関の一種であるスターリングエンジンカルノーサイクルに最も近い動作が可能で、その熱効率の高さから一部の通常動力型潜水艦非大気依存推進(AIP)に用いられている。
なお、コンバインドサイクル発電による効率化は、ガスタービン内燃機関であり、この節の説明にはそぐわないので省く。

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外部リンク[編集]