ループ管方式熱音響冷却システムの実用化に向けた研究-熱音響現象におけるスタックの温度勾配と音波発生の関係

摘要

近年，科学技術の発展により，エネルギー資源の枯渇や地球環境の悪化が問題となっている．我々は，これらの問題を改善する技術の一つに挙げられる熱音響現象を利用した冷却システムの実用化に向けて研究を行っている．熱音響冷却システムは熱エネルギーと音エネルギーの相互変換を実現する熱音響現象を利用した冷却システムである．熱音響冷却システムには様々な種類があるが，本研究グループでは，ループ管方式熱音響冷却システム(ループ管)を用いている．ループ管には熱から音へのエネルギー変換を実現するプライムムーバとその逆変換を実現するヒートポンプが設置されている．2 つのエネルギー変換部には熱と音のエネルギー変換を実現するために非常に細かい流路を有するスタックが設置されている．ループ管において，プライムムーバに熱を入力すると，熱から音へのエネルギー変換が行われ，管内に音波が発生する．発生した音波がヒートポンプに達すると音から熱へのエネルギー変換が行われ，ヒートポンプ下部が冷却される．ループ管は駆動エネルギーが熱エネルギーであるため，太陽熱や廃熱が利用可能となる．また，温室効果ガスを排出しないことから，地球環境保全につながる技術である．これらのことから，次世代の冷却システムとして注目されている．ループ管を実用化するにあたり，様々な課題が挙げられる．その中で，最も重要となるのはループ管におけるエネルギー変換効率の向上である．エネルギー変換効率の向上に向けて，エネルギー変換部について詳しく理解する必要がある．そこで，本報告では，特にプライムムーバに着目し，エネルギー変換が行われる時と行われない時において，プライムムーバのスタック内の温度勾配を測定した．結果より，比較し，検討を行った．