溝カム式スチームエンジンの開発

溝カムを用いた新しいスチームエンジンの開発
小松原研究室
研究背景
スチームエンジンの設計・製作
大型船舶ではディーゼル主機関の排気ガスを利
用する排気ガスエコノマイザにより低圧の蒸気を生
成している．しかし，生成された蒸気のうち，余剰と
なった低圧の蒸気は捨てられている．
余剰の低圧蒸気からエネルギー回収が行えれば，
船舶の省エネルギー化に貢献できる．そこで，溝カ
ムを用いた新しいスチームエンジンが栗林氏によっ
て考案された（図1）．
スチームエンジンの性能評価を行うため，試作
機を設計・製作する．設計仕様を表1に示す．製
作したスチームエンジンの外観を図4に示す．
本試作機の全長は560[mm]，出力軸を中心と
した直径は300[mm]，全高は約270[mm]である．
Table 1 Design specification
of prototype steam engine
Cylinder bore [mm]
Stroke [mm]
Stroke volume [cm3]
Cylinder
Cylinder
50
70
120
3
Piston rod
Fig.1 Prototype steam engine and roll-on/roll-off ship
スチームエンジンの基本構造
このスチームエンジンは，シリンダが往復直進運
動を行う．シリンダの往復直進運動は，出力軸の中
央に設けた溝カムを介して出力軸の回転運動に変
換される（図2）．
蒸気の供給は，スチームエンジン内部に設けた内
部配管により行う．また，出力軸に設けられた給気
バルブと排気バルブが出力軸の回転と共に開閉す
ることにより，適切なタイミングで供給する．（図3）．
Output shaft
Piston
Grooved cam
Cylinder
Piston rod
Grooved cam
Output shaft
560 [mm]
Fig.4 Appearance of prototype steam engine
スチームエンジンの性能試験結果
供給圧力が約0.7[MPa]，温度が約166[℃]の
飽和蒸気を作動流体として試験を行った．図5に
出力と回転速度の関係を示す．
図5から今回の飽和蒸気による試験で得られた
最高出力は，回転速度が約73[min-1]のとき，図
示出力が約370[W]で軸出力が約60[W]であった．
機械効率は約16[％]であった．
Fig.2 Mechanism of prototype steam engine
Exhaust valve
Exhaust
Charging valve
Output shaft
Charging
Internal piping
Charging valve
Exhaust valve
Fig.3 Sectional view of prototype steam engine
Fig.5 Speed/power characteristic curve

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