熱機関

熱機関（ねつきかん、（英: heat engine）とは、熱をエネルギー源とした機関である。装置外から熱を取り込むものと、装置内で生成した熱エネルギーを使用するものとがある。

熱機関の種類

内燃機関

内燃機関は、燃焼ガスが膨張する圧力で直接ピストンを押す・タービンを回転させるなどの仕事をするものである。自動車用の高速機関でも20 %以上、大型船舶用のユニフロー掃気ディーゼルエンジンでは50 %もの熱効率を引き出すなど、熱効率が高い反面、燃料の性質に制約がある。火花点火式等の場合は、点火栓による火炎の伝播によらない異常燃焼（プレイグニッションとデトネーション）が問題であり、オクタン価が主な焦点である。また、火炎伝播速度には限界があり、闇雲にシリンダー容積を大きくすることはできない。一方、ディーゼル式では逆に着火しやすさが焦点であり、セタン価となる。

外燃機関

外燃機関は、熱交換器により熱源の熱を作動ガス（作動気体）に与え、この作動ガスがピストンを押す・タービンを回転させるなどの仕事をするものである。代表的な実用例である蒸気機関車では熱効率10 %程度と効率のよい物ではないが、発電所の汽力発電系では40 %弱の効率を引き出している。なお理論的には、スターリングエンジンはカルノーサイクルに最も近い効率を引き出すことができる。作動流体と熱源・燃料が分離されているという原理から、熱源・燃料については、液体（重油）・固体（石炭・薪など）・原子力・太陽熱・廃熱などなど、自由度がある。

動力変換の種類

また、作動ガスのエネルギーを仕事として取り出す際、主としてガスの流速による場合、速度形（ジェット、ガスタービン、蒸気タービン等）と呼び、容積変化によるものを容積形（レシプロ蒸気、ガソリン、ディーゼル等）と呼ぶ。

熱機関の特徴と主な用途

関連項目