2023 Fiscal Year Annual Research Report
スターリングエンジンイノベーション：キネマティック型進行波音波エンジンの開発
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22K19861
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
琵琶 哲志 東北大学, 工学研究科, 教授 (50314034)
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| Project Period (FY) |
2022-06-30 – 2024-03-31
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| Keywords | 熱音響デバイス / スターリングエンジン / エネルギー変換 / 低動作温度差 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
test キネマティック型スターリングエンジンは往復動ピストンがフライホイールに接続された構造を持ち，軸出力の形で動力を発生する．このタイプのエンジンの必須の機械要素は，出力ピストンとディスプレーサーを接続するリンク機構であった．これまでもそのリンク機構に関してさまざまな改良が行われてきた結果，アルファ型，ベータ型，ガンマ型などの多様なスターリングエンジンが提案されてきたが，いずれも機械的なリンク機構を有する点では同じであった．本研究ではディスプレーサーを取り除くことで性能を維持したまま装置構造を大幅に簡略化することを目指した．これまでに熱音響エンジンの仕組みを利用することでディスプレーサーを持たずにフライホイールを回転動作可能なプロトタイプ装置の動作確認を終えた．また，動作機構の物理的メカニズムを明らかにするために，フライホイールの回転数の時間的平均値と加熱温度の関係，および回転数の時間的なゆらぎを，フライホイールの回転軸周りの運動方程式をもとに検討した．結果的に，ピストン接続部から見た熱音響エンジンの接続点音響インピーダンスの温度依存性が時間平均回転数を決定する役割を持っていることを明らかにした．最終年度においては，熱音響エンジンの接続点音響インピーダンスを望みの値に調整するために，ループ管型熱音響エンジンの設計方法について検討した．ループを比較的少数の音響配管部品でモデル化し，接続点音響インピーダンスを各部品の形状および作動流体の物性値を用いて定式化した．その合理性を検証するために流体力学方程式に基づく数値シミュレーションと実験的検証を行った．現在までの結果によれば，同じ出力ピストンを仮定した場合，従来型のキネマティック型スターリングエンジンに比出力の面ではやや劣ることが示されている．
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