2019 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－
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17K06234
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| Research Institution | The University of Shiga Prefecture |
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Principal Investigator |
坂本 眞一 滋賀県立大学, 工学部, 准教授 (40449509)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 熱音響 / 断面積 / 熱流 / 音響インテンシティ / 熱漏れ |
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| 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に利用することが可能となる．熱音響システムを応用するとこれまでにない冷却システムを作ることが可能となる．また，その廃熱をエンジンや発電機の入力エネルギーとすることが出来る可能性を持っている．
我々のチームは，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，廃熱を代表する，未利用熱エネルギーの有効利用を目指している．
これまでに直管形状の熱音響システムについて検討を行っている．また，ループ管形状の熱音響システムにも取り組んでいる．ループ菅管形状は，ループ状であることから，反射面がなく，境界条件の緩やかである．熱エネルギーを入力し，自励振動を発生させ，システム内でエネルギー変換を実施する熱音響プライムムーバーについての検討も実施している．
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，詳細な計測を継続した．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ている．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．その熱漏れやエネルギーのロスについての検討を進めている．直管形状ならびにループ管形状の熱音響システムについての大まかな実験を終了したが，もう少し追求すべき点も発見された．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
ループ管形状の熱音響システムを中心に検討を進めてきた．ループ菅形上は反射端がなく，システム内の音場分布において境界条件が緩やかである．直管形状での取り組みの活かし，実験などを進めた．熱エネルギーを入力し，自励振動を発生させ，システム内でエネルギー変換を実施する熱音響プライムムーバーについての検討も実施している． 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，ループ管形状についても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にむけて，システムから外への音の漏れ，熱漏れについても測定を実施した．しかしながら，熱漏れについては既存のシステム 形状の問題点から，継続が必要かと考えられる． システム内の音場や音の漏れ，熱漏れの測定と平行して，数値計算についても開始しており，実験状態の再現に向けて検討を継続している．
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| Strategy for Future Research Activity |
直管形状ならびにループ管形状の熱音響システムについての大まかな実験を終了したが，詳細な測定に向けての取り組みが必要であることが確認された．測定システムや熱音響システムの形状の問題から，必要な測定に至っていないポイントを検証し，進めていく予定である．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．これまでの実験で得られたシステム形状による測定の問題について検討を継続していく．この問題点と平行して，数値計算についても継続しており，実験状態の再現に向けて検討を目指す．
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| Causes of Carryover |
直管形状ならびにループ管形状の熱音響システムについての大まかな実験を終了したが，詳細な測定に向けての取り組みが必要であることが確認された．測定システムや熱音響システムの形状の問題から，必要な測定に至っていないポイントを検証し，進めていく予定である．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．これまでの実験で得られたシステム形状による測定の問題について検討を継続していく．この問題点と平行して，数値計算についても継続しており，実験状態の再現に向けて検討を目指す．
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