熱音響システムにおけるアルミナボールスタックに関する検討

摘要

近年，地球環境保全技術として，熱音響現象を利用した冷却システムの研究が進められている．熱音響現象とは，熱と音との間で相互にエネルギー変換が行われる現象のことである．非常に狭い流路を多数有するスタックと呼ばれるデバイスを円筒管内に設置し，スタック両端に温度差を与えることで，音波の自励発振が生じる．発振した音波を用いて冷却や発電を行うことが出来る．本システムは外部からの熱エネルギーによって駆動する外燃機関であるため，駆動源として太陽熱や工場等の排熱を有効利用出来る．また，駆動中に有害物質や二酸化炭素を一切排出しないという利点を持つ．すなわち，熱音響システムが実用化されることで，地球環境保全に繋がると考えられる．しかしながら，いくつかの課題があるため実用例は非常に少ない現状にある．課題の一つとして，スタックの構造が挙げられる．現在使用しているスタックは円柱形でハニカム構造のセラミックスであるため，システムの直線部分にのみ設置可能である．また，もろくて壊れやすいこと等の欠点を有する．そこで，強度の高いアルミナボールを用いて，エルボ管やテーパー管等のあらゆる形状に対応出来る新たなスタックを提案する．システムを構成する管内にアルミナボールを敷き詰めることで，狭い流路が実現される．本報告では，アルミナボールスタックを作製し，熱音響システムへの適応を試みた．また，流路の大きさを表すアルミナボールの直径を変更した際のエネルギー生成量について，従来より使用しているハニカムセラミックスと比較を行った．