琵琶 哲志

気柱管の一部に，ある臨界温度差以上の温度差を与えると，熱音響自励振動と呼ばれる気柱振動が自発的に生じる．この気柱振動の音響パワーを動力として利用する熱機関が自然エンジンである．このタイプの熱機関の利点は，固体ピストン等の可動部品を必要としない点である．本研究では，自然エンジンを設計するための基盤技術を構築することを目標とした．より具体的には，自然エンジンを基本的構成要素に分割し，そのそれぞれの性能を個別に評価することで，組み合わせた際の特性の理解と向上を実現することにした．自然エンジンは，動作状態をチューニングするための調整部品を持たず，装置を作成したあとでその形状などを最適化するのが困難であるためである．また性能評価に必要不可欠な音場計測技術の開発も実施した．従来型の手法では加圧気体を充填した管内の局所的な音場を決定するのが困難であったためである．

•進行波音波クーラーの開発計画を遂行中．

熱音響デバイスの基礎と応用

•熱音響効果を利用した進行波音波増幅において本質的な役割を満たす無次元数ωτ（ωは角振動数，τは流体の熱緩和時間）を実験的に見いだした． •多段蓄熱器を用いた進行波音波増幅を実証し，低温度差で高強度音波を実現する方法を提案した． •圧力・流速・温度を同時に計測する多元的熱流体振動計測法を確立した．

•音波クーラーの一つであるパルス管冷凍機において利用される可動部品を使わない流体制御機構を圧力と流速の同時計測により明らかにした．

熱音響エンジンを利用した新しい低温生成装置の開発

•気柱共鳴管内に生じる衝撃波音波に対して仕事流計測を行い，基本振動モードおよび２次振動モードのモード間相互作用を初めて観測した．

気柱共鳴管内に生じる定在波音波の特殊な場所（圧力の腹）に温度勾配のある蓄熱器を置くことで，音波増幅および減衰を実証した． 音波の定在波成分を利用することで，進行波のみに頼るよりもより大きな増幅率が得られることを実証した．

•直径100mmの配管を用いた大型の熱駆動型熱音響冷凍機を試作した．試作装置は可動部品のない冷凍機として，新聞やテレビ等で報道された．

大出力熱音響冷凍機の開発〜可動部のない新しい冷凍機の実用化を目指して〜

進行波音波エンジンの音場計測を行い，エネルギー変換メカニズムと音波冷凍に適した場所を特定した． 第2蓄熱器を音波エンジン内に挿入することで全く可動部のない冷凍機プロトタイプを開発した．

音波と熱の相互変換を利用した可動部のない熱音響デバイスの基礎的研究