スターリングサイクルでは、等容加熱、等温膨張、等容冷却、等温圧縮の各過程を繰り返すことによって外部に仕事を行いますが、実際にこれを1つのピストンで行うことはできません。それゆえに実際のスターリングエンジンは、高温の空間と低温の空間を2つ用意し、これらの空間の間でガスを往復動させることによって、この過程を近似的に実現しています。また、高温空間や低温空間を直接加熱・冷却することは伝熱特性上好ましくないため、実際のエンジンでは、加熱器、冷却器を別に設置しています。さらに再生器を加熱器、冷却器の間に付加することにより高温空間と低温空間を作動ガスが往復する際に蓄熱が行われ、熱効率の向上が果たされます。
H:加熱器
膨張空間へと流入する作動ガスを加熱します。
K:冷却器
圧縮空間へと流入する作動ガスを冷却します。
C:圧縮空間
冷却器を通じて作動ガスが流入する空間をスターリングエンジンでは一般に圧縮空間と呼んでいます。この空間は膨張空間と同様に容積変化を行います。
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