小規模・自給自足を目指した 熱音響システム

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1 小規模・自給自足を目指した 熱音響システム
早稲田大学大学院 国際情報通信研究科修士課程2年 山崎研究室 松原博己

2 研究の概要 研究内容 研究成果 太陽熱を用いた熱音響システム構築を目指し、 簡便かつ余計なエネルギーを使用しないシステムの提案。
　 太陽熱を用いた熱音響システム構築を目指し、 　 簡便かつ余計なエネルギーを使用しないシステムの提案。 　 砂漠での水の生成、超伝導スピーカへの応用。 研究成果 　 パラボラを用いた太陽光の集光 　 3/4波長熱音響共鳴管の特徴を活かした熱音響冷却システムの提案と測定結果

3 熱音響システム 熱音響原動機 　 熱から音へのエネルギー変換 熱音響冷凍機 　 音から熱へのエネルギー変換

4 熱源に太陽熱を利用 太陽熱を利用した熱音響システムは特に赤道付近の国々に大きな価値をもたらす可能性が高い
集光パラボラを用い集光することにより太陽熱を利用 気温15.6℃の冬の野外で焦点温度は345℃を記録 集光パラボラを用い、太陽熱を熱源として利用できる可能性 集光パラボラ

5 １/４波長共鳴管と３/４波長共鳴管の音圧分布 流入する音波が管内で定在波を起こす。
スタック内の流体は圧縮・加熱・冷却・膨脹の順に変化（熱輸送が起きる） 流入する音響エネルギーを熱エネルギーに変換することで冷却を行う 1/4波長共鳴管と 3/4波長共鳴管の音圧分布 1/4波長共鳴に比べ3/4波長共鳴は冷却部が逆転する 3/4波長共鳴では冷熱が密閉され冷却能力が向上する可能性

6 試作した熱音響共鳴管 熱音響共鳴管 （3/4波長共鳴） 熱音響共鳴管 （1/4波長共鳴）

7 スタック近傍の温度勾配 1/4波長共鳴 3/4波長共鳴

8 原動機側で生じる熱の影響が軽減するので、1/4波長共鳴に比べ冷却能力が向上したと考えられる。
測定と結果 スタックを設置した状態での共鳴周波数である138Hzの正弦波音波を出力し、スタック上下での温度差を測定 最大で16.2℃の温度差 （気温12.0℃、冷却部7.3℃、閉口端23.5℃） 最大で17.2℃の温度差 （外気温度12.2℃、冷却部3.7℃、開口端部20.9℃） 1/4波長共鳴管 3/4波長共鳴管 原動機側で生じる熱の影響が軽減するので、1/4波長共鳴に比べ冷却能力が向上したと考えられる。

9 音圧分布の可視化 スタックなし 音圧最大の部分にスタックを設置 原動機側にスタックを150mm移動 閉口端側にスタックを150mm移動

10 むすび 3/4波長共鳴管の優れた冷却効果を確認 管内の音圧分布を可視化し、スタックの設置位置と冷却能力との関係性を確認
太陽光を熱源として利用した熱音響システム構築の可能性