2017 Fiscal Year Research-status Report

未利用熱の有効利用へ－熱音響システム高効率化に向けた断面積スケーリング－

Research Project

Project/Area Number	17K06234
Research Institution	The University of Shiga Prefecture
Principal Investigator	坂本眞一滋賀県立大学, 工学部, 准教授 (40449509)
Project Period (FY)	2017-04-01 – 2020-03-31
Keywords	熱音響 / 未利用熱 / 断面積 / エネルギー変換効率
Outline of Annual Research Achievements	熱音響現象を応用すると，廃熱である，未利用熱エネルギーを有効利用して，冷却システム，エンジンや発電システムを構築することが可能となる．これまでに熱音響システムの基本原理，設計用数値計算や構成部品などについて多くの知見の集積がある．また，低温度廃熱の利用を目指した熱音響システムの低温度駆動や，音と熱のエネルギー変換の高効率化について多くの知見を蓄積している．これらのアドバンテージを生かして，未だ取り組まれていない，断面積スケーリングを明らかにし，未利用熱エネルギーの有効利用を目指している．強制駆動は簡便に実験条件を設定でき，直管形状は両端閉端であるため，境界条件の強固であることから，H29年度は強制駆動から直管形状のシステムで検討を進めた．熱から音への変換である熱音響プライムムーバーならびに音から熱の変換である熱音響ヒートポンプについても検討を進めた．熱音響システムの断面積を3パターン変更したシステムを構成した．システム内の音場分布，音圧分布，粒子速度分布，位相分布ならびに音響インテンシティ分布について，詳細な計測を実施した．その結果，音エネルギー並びに熱エネルギーについても，事前の予想通り，断面積に比例していないことが確認された．また，その要因についても検討を進めており，入力熱エネルギーの漏れや音エネルギーの漏れが大きく影響している可能性が示唆された．今後，このあたりにも，検討を進める予定である．
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 強制駆動は簡便に実験条件を設定でき，直管形状は両端閉端であるため，境界条件の強固であることから，H29年度は強制駆動で直管形状のシステムから検討を進めた．熱から音への変換である熱音響プライムムーバーならびに音から熱の変換である熱音響ヒートポンプについても検討を行った．実験において，断面積を3パターンのシステムを構成した．システム内の音場分布，音圧分布，粒子速度分布，位相分布ならびに音響インテンシティ分布について，詳細な計測を実施した．その結果，音エネルギー並びに熱エネルギーについても，事前の予想通り，断面積にしていないことが確認された．また，その要因についても検討を進めた．熱音響プライムムーバーにおける熱入力部分において，大きな熱漏れがあることが確認された．また，熱音響ヒートポンプにおいても，周囲の熱の影響を大きく受けていることが確認された．また，入力熱エネルギーの漏れだけでなく，音エネルギーの漏れが大きく影響している可能性が示唆された．今後，このあたりにも，検討を進める予定である．
Strategy for Future Research Activity	H29年度は強制駆動から直管形状のシステムで検討を進めて，熱から音への変換である熱音響プライムムーバーならびに音から熱の変換である熱音響ヒートポンプについても検討を行った．今後は，ここで確認された，大きな課題について取り組むとともに，当初の計画であげている，強制駆動ではなく，自励式の熱音響プライムムーバーを中心に進めていきたいと考えている．アコースティックドライバーを取り除いたものを利用する．測定条件や方法等はH29年度を参考に進める．自励方式で熱音響自励振動の発生がうまくいかない場合は，強制駆動に立ち返り，数値計算の取り込み方法を見直し，条件の再設定を実施する．ここでの測定結果についても数値計算に取り込み，さらなる発展を目指す．その後は，ループ管型熱音響システムについても検討を開始する予定なので，そこを見据えて検討を進める予定である．直管式とループ管式では，システムないに発生する音波の位相が大きく変わると予想されることから，それに伴う，熱の漏れ，音の漏れなども検討に入れて進める予定である．
Causes of Carryover	H29年度は，直管型強制駆動方式熱音響システムを構成し，手持ちのシステムで実験を進めました．システム設計や構築への知見を蓄積するため，一歩進んだ，熱音響プライムムーバーにも踏み込み，ある範囲において，先取り的に実験を進めた結果，使用計画が変わっております．引き続き，知見の蓄積と数値計算を併用して進め，H30,31に渡って，予算を執行していく予定である．