早稲田大学理工学部 コンピュータネットワーク工学科 山崎研B4 大野遙平 水素吸蔵合金を用いた スピーカーの提案 早稲田大学理工学部 コンピュータネットワーク工学科 山崎研B4 大野遙平
発表内容 研究背景・目的 呼吸球 水素吸蔵合金 水素吸蔵合金のスピーカーへの応用 まとめ
研究背景・目的① 音波の忠実な再現 マルチセル型スピーカやコンデンサスピーカにより、相当精度の平面波の実現が可能になった。しかし、対象球面波については球形に整形したコンデンサスピーカや相変化スピーカなどの研究も行われているが、研究途上にある。 早川「コンデンサスピーカー・ピエゾフィルム・圧電スピーカに関する研究」 柴田「相変化スピーカ」
研究背景・目的② 水素吸蔵合金とは 水素の安全な貯蔵・運搬を目的として研究開発 温度・圧力をコントロールすることによって多量の気体水素を吸蔵・放出する能力を持つ ケミカルエンジンやアクチュエーターにも応用 当研究室の増田は水素吸蔵合金を用いたスピーカの可能性を示唆
呼吸球 点音源の理想的モデル 音源より 1m の地点で1kHzの正弦波について60dB の音圧を得るためには 33.3cm^3/s なる呼吸球の体積速度が必要 33.3cm^3の水素は物質量にして 1.49x10^-3(mol)
水素吸蔵合金 水素吸蔵合金に要求される特性 活性化が容易 吸蔵・放出速度が速い 水素吸蔵量が多い 操作温度に適した生成熱を有する 熱に対する反応（熱伝達率）が良い サイクル数の増加に伴う劣化(微粉化)に対する強度に優れている ヒステリシスが小さい プラトー領域が広く、その傾斜が小さい
水素吸蔵合金 スピーカーに用いる場合、重要視される特性 活性化が容易 吸蔵・放出速度が速い 水素吸蔵量が多い 操作温度に適した生成熱を有する 熱に対する反応（熱伝達率）が良い サイクル数の増加に伴う劣化(微粉化)に対する強度に優れている ヒステリシスが小さい プラトー領域が広く、その傾斜が小さい
水素吸蔵合金 反応式 生成熱ΔＨ（kJ/molH2） 例：LaNi5･･･-30.1 TiFe･･･-23.0 上記の値を用いると、33.3cm^3(1.49x10^-3mol)の水素放出のためには、44.8[J](LaNi5)、34.3[J](TiFe)の熱のやりとりが必要となる。
水素吸蔵合金 スピーカーの駆動部として水素吸蔵合金を用いる場合、ＰＣＴ線図にみられるプラトー領域において熱のやりとりを行い、水素の吸排出を利用する。
動作原理 装置内水素雰囲気圧を初期状態の解離圧以上の水素で満たす ①合金を加熱 ②合金の温度が上昇すると解離圧が雰囲気圧を上回る 装置内水素雰囲気圧を初期状態の解離圧以上の水素で満たす ①合金を加熱 ②合金の温度が上昇すると解離圧が雰囲気圧を上回る ③吸熱反応により（１）式の反応が左向きに進み，水素を放出 ④バルーンが膨張し，バルーンの周囲に空気の密な部分が発生 ⑤合金を冷却 ⑥温度が下降すると雰囲気圧が吸蔵圧を上回る ⑦温度下降により（１）式の反応が右向きに進み水素を吸蔵 ⑧バルーンが収縮し，バルーンの周囲に空気の粗な部分が発生
スピーカーへの応用へ向けて 合金の制御方法 外部加熱 内部加熱 熱電変換素子（ペルチェ素子）等を用いて反応熱をコントロール 合金に直接電流を流し、被加熱体から発生するジュール熱を利用
スピーカーシステム概案
まとめ 原理的に水素吸蔵合金のスピーカへの応用は可能と考える 課題 水素吸蔵合金特有の問題 合金と水素の反応は、反応熱に依存し 伝熱律速となる。 熱伝導率に優れた合金の選定 効率の良い熱制御 水素雰囲気下での通電の安全性 水素吸蔵合金特有の問題 微粉化