| 研究課題/領域番号 |
22K19861
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| 研究種目 |
挑戦的研究(萌芽)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
中区分64:環境保全対策およびその関連分野
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
琵琶 哲志 東北大学, 工学研究科, 教授 (50314034)
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| 研究期間 (年度) |
2022-06-30 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円)
2023年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
2022年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
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| キーワード | 熱音響現象 / 音波エンジン / スターリングエンジン / エネルギー変換 / 外燃機関 / 熱音響デバイス / 低動作温度差 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
スターリングエンジンの特徴は高効率性と，多様な熱源が利用可能という高機能性である．エネルギー問題・環境問題に資する小規模エネルギーシステムの心臓部として世界各国で研究開発が行われているが，技術的ブレークスルーも待ち望まれている．本研究ではこのエンジンの基本構成を再検討し，進行波音波を使ってその構造を大幅に簡略化することにより，外燃機関のより一層の高効率化，高機能化，高信頼性化を目指す．
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| 研究成果の概要 |
ループ管型進行波音波エンジンにピストンークランクーフライホイールで構成される回転機構を組みつけたキネマティック型進行波音波エンジンを開発した．このエンジンはスターリングエンジンから固体ディスプレーサーを取り除いたエンジンと見ることができ，高効率で知られるスターリングエンジンの機械構造の簡単化に貢献する．本研究では，この装置の回転周波数を支配する重要な要因がループ管部分の音響インピーダンスの実部であることを見出した．またその音響インピーダンスの実部を増大する設計方法を等価回路に基づいて解析的に導出した．実験的検証によりその設計方針の妥当性も示された．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
エネルギー問題，環境問題に関連して，多様な熱源のもとで動作可能な，外燃機関に関心が寄せられるようになってきた．必ずしも高温の熱源が利用できない状況では，外燃機関はなるべく単純な構造であることが望ましい．ループ管型進行波音波エンジンは，従来型の機械式スターリングエンジンから固体ディスプレーサーを取り除いた簡単構造の熱機関であり，本質的な高効率と簡単構造を兼ね備えている．本研究では，その動作メカニズムを明らかにするとともに，性能向上に向けてループ管の音響インピーダンスの実部を増加させるための設計方法の指針を解析的に示した．
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