http://car.watch.impress.co.jp/img/car/docs/536/075/01.jpg
波動エンジン（熱音響機関）
東海大学は5月28日、工学部動力機械工学科 助教 長谷川真也氏を中心とするグループが開発した波動エンジン
（熱音響機関）の報道陣向け説明会を開催した。この波動エンジンは、従来よりも高効率なものとなっており、数値
計算を基に長谷川助教らが装置を構築した．
http://car.watch.impress.co.jp/img/car/docs/536/075/02.jpg 波動エンジン（熱音響機関）。左が廃熱部で、右が冷凍部。左の熱で波動が発生し、右の冷凍部で波動が冷熱（発熱も可能）となる
http://car.watch.impress.co.jp/img/car/docs/536/075/03.jpg 廃熱部。フランジの位置から、3ユニットの波動発生用のフィルターが組み込まれているのが見て取れる。
http://car.watch.impress.co.jp/img/car/docs/536/075/04.jpg 廃熱部から伸びるパイプは、熱の差を大きくするための冷却用パイプ
http://car.watch.impress.co.jp/img/car/docs/536/075/05.jpg 廃熱部で発生した波動は、このパイプを通って冷凍部へと伝わる
http://car.watch.impress.co.jp/img/car/docs/536/075/06.jpg パイプには、10気圧のヘリウムガスが入っている。ジェット機10機分くらいの音が伝わっている
http://car.watch.impress.co.jp/img/car/docs/536/075/07.jpg 冷凍部
http://car.watch.impress.co.jp/img/car/docs/536/075/08.jpg 冷凍部も廃熱部と同様の構造になっている。廃熱部とは逆現象が起きている。室温との差で、結露している
http://car.watch.impress.co.jp/img/car/docs/536/075/09.jpg 冷凍部の温度。熱電対温度計の表示は摂氏−38.4度
http://car.watch.impress.co.jp/img/car/docs/536/075/10.jpg 説明会において発表を行った、東海大学 副学長（研究担当） 教授 橋本巨氏（中央）、工学部動力機械工学科 主任教授 円能寺久行氏（右）、工学部動力機械工学科 助教 長谷川真也氏（左）
説明会では、冒頭に東海大学 副学長（研究担当） 教授 橋本巨氏が挨拶。「東海大学は生徒数3万人ほどとなる
大規模私立大学ではあるが、文系よりも理系の色が濃い」とし、長距離電話などに使われている無装荷ケーブルの発明
者でもある松前重義が同大学の創設者でもあることから、社会に役に立つ実用的な研究が特徴であると言う。「本学で
話題となったソーラーカーも応用研究。応用研究をしながら基礎研究につなげ、最終的には役に立つものであることを目
指している」と語り、この波動エンジンも「利活用の実現性の極めて高いものだと思っている」と、実用化への期待を述べた。
波動エンジンそのものについては、長谷川助教が解説。波動エンジンは、現在、産業界で捨てられている65％の廃熱を
高効率に回収できるものであり、「実現すれば産業界、経済界に大きなインパクトがある」ものであると言う。
波動エンジンの仕組みは、自然界にもあり、雷の「バリバリッ」という雷鳴がその現れで、大きな温度差が音（波）になる
現象を利用している。高効率なエンジンとして成立したのは近年のことであり、米国のロスアラモス研究所が1999年に
発表した論文によるものと言う。
波動エンジンは、熱による気体の膨張・収縮が波動として現れる現象を利用しており、気体の共振を利用するため
「可動部分がない」こと、熱力学の上限となる理論上カルノーサイクルで動作するために「高効率」なこと、パイプを使った
簡単な構造から「ローコスト」であることを特徴としている。
http://car.watch.impress.co.jp/img/car/docs/536/075/11.jpg 詳細な説明を行う長谷川助教
http://car.watch.impress.co.jp/img/car/docs/536/075/19.jpg 波動エンジン開発の背景
http://car.watch.impress.co.jp/img/car/docs/536/075/20.jpg 社会で出る、廃熱の温度域
http://car.watch.impress.co.jp/img/car/docs/536/075/21.jpg いずれ、資源枯渇によるエネルギー関連の値上げがあるとする
http://car.watch.impress.co.jp/img/car/docs/536/075/22.jpg その解決策として、廃熱を高効率で回収する仕組みが必要だと言う
http://car.watch.impress.co.jp/img/car/docs/536/075/23.jpg 波動エンジンの仕組み
http://car.watch.impress.co.jp/img/car/docs/536/075/24.jpg 雷の雷鳴は、熱が音に変換された結果
http://car.watch.impress.co.jp/img/car/docs/536/075/25.jpg 波動エンジンの特徴
>>2辺りに続く
谷川 潔/Car Watch 2012年 5月 28日
http://car.watch.impress.co.jp/docs/news/20120528_536075.html
http://car.watch.impress.co.jp/img/car/docs/536/075/27.jpg 熱を加えることで、気体が振動し、波動が発生する
http://car.watch.impress.co.jp/img/car/docs/536/075/28.jpg 逆現象もあり、波動が伝わることで、気体が振動し、放熱・吸熱が行われる
波動の発生にはフィルター使用。材質としては0.2mm程度の小さな穴の空いた金属製のステンレスフィルターや、セラミック
フィルターを使うことで、急激な温度差を波動に変換する。このフィルターによって発生した波動はパイプを伝わり、逆現象を
使用して熱音響冷却や加熱ができたり、発電ができたりすると言う。
http://car.watch.impress.co.jp/img/car/docs/536/075/15.jpg パイプ内に設置されたセラミックフィルター。右上は、フィルターに熱を伝えるユニット
http://car.watch.impress.co.jp/img/car/docs/536/075/18.jpg セラミックフィルター単体
http://car.watch.impress.co.jp/img/car/docs/536/075/14.jpg ステンレス製のフィルター。どちらも0.2mm程度のメッシュを持つことで、波動を発生させている
http://www.youtube.com/watch?v=IcGsjC-aFE0&feature=player_embedded#! 東海大 波動エンジン（熱音響機関）実験 その1
http://car.watch.impress.co.jp/img/car/docs/536/075/12.jpg アクリルパイプをバーナーで熱する。すると途中に設置したフィルターの働きで波動（音）が発生する
http://car.watch.impress.co.jp/img/car/docs/536/075/13.jpg 波動（音）の発生源であるフィルター。ただの金網だが、パイプの長さとの位置関係が重要。少しでもずれると、音が発生しない
発電は、スピーカーの逆現象を使用する。スピーカーは電気エネルギーを空気の振動（音、波動）に変換するものだが、
空気の振動を与えることで電気が発生するのはよく知られているところ。この原理を利用した製品としてマイクがあるが、
「永久磁石式のモーターを展開したようなものを使えば、90％程度の（エネルギー）変換効率が可能」（長谷川助教）と言う。
今回展示されたシステムは、摂氏300度の熱で18％の変換効率が可能なもの。300度の以下の熱源温度で−106度の
冷熱発生を実現している。中に入っている気体はヘリウムガスで気圧は10気圧。ヘリウムガスを利用した理由としては
「伝熱特性がよいため」で、10気圧であるのは「大学では10気圧以上の実験ができないため」と言う。理論上、気圧が
高ければ高いほど効率は上昇するそうだ。
廃熱を利用するシステムは、一般的に多く用いられているが、そのほとんどは熱を熱として利用するもの。クルマで言えば、
エンジンの熱を利用したヒーターなどが代表的な例だろう。熱を電気エネルギーに変換できるシステムは少なく、長谷川
助教はその代表的な例としてゼーベック効果を利用した「熱電変換素子」を挙げた。この熱電変換素子の効率は、
280度で最大7.2％。今回展示した試作品でも、2倍以上となる18％の効率を実現している。
http://car.watch.impress.co.jp/img/car/docs/536/075/29.jpg 波動エンジンの応用事例。廃熱を利用して冷却（加熱）したり、発電したりできる
http://car.watch.impress.co.jp/img/car/docs/536/075/30.jpg ほかの技術との比較。熱電変換素子よりも高効率
長谷川助教は、この高効率なエネルギー変換を波動エンジンで達成するには、これまで2つの問題点があったと言う。
その1つは、高効率な波動を発生させるためには300度〜600度温度が必要であること、もう1つは可動部分がないため
「作ってみないと分からない」ことだ。
これを解決するために、数値計算の可能性を模索。一般的に物理現象の数値シミュレーション方法としては有限
要素法があるが、「フィルター部にある0.2mm以下の流路に対して計算メッシュを作成することは現実的に困難。たとえ
可能だとしても膨大な計算量になり、極めて多大な計算時間が必要」と言う。そのため、熱力学、流体力学、非平衡
物理などを利用して、数値計算モデルを構築し、計算した結果と実験した結果が、「ほぼ合致することができた」と言う。
これにより、コンピューター上でトライ＆エラーが可能な波動エンジンの設計が可能となり、現実的な予算と時間で
装置を最適化することが可能になった。最適化ポイントとしては、蓄熱機の流路や配置、装置形状、動作温度、
周波数、効率などを挙げており、関連特許も出願しているとのことだ。
>>3辺りに続く
http://car.watch.impress.co.jp/img/car/docs/536/075/32.jpg オランダは、工場の廃熱を利用した100kW級の発電機を2012年中に動作予定
http://car.watch.impress.co.jp/img/car/docs/536/075/33.jpg 現状の波動エンジンの問題点。動作条件が不明なため、実用機の製作に資金や時間がかかりすぎる
http://car.watch.impress.co.jp/img/car/docs/536/075/34.jpg 解決の可能性として、数値計算を挙げる
http://car.watch.impress.co.jp/img/car/docs/536/075/35.jpg 物理シミュレーションの代表的な例である有限要素法は現実的な解ではないと言う
http://car.watch.impress.co.jp/img/car/docs/536/075/36.jpg 長谷川助教は数値計算モデルを構築した
http://car.watch.impress.co.jp/img/car/docs/536/075/37.jpg 数値計算モデルの構築しに使用した、さまざまな物理法則
http://car.watch.impress.co.jp/img/car/docs/536/075/38.jpg 理論モデルによる結果と、実際の結果を比較した
http://car.watch.impress.co.jp/img/car/docs/536/075/39.jpg 比較結果。破線が理論モデルによるシミュレーション結果、実線が実験結果。よく一致している
http://car.watch.impress.co.jp/img/car/docs/536/075/40.jpg この計算モデルの構築により、最適設計が可能になった
http://car.watch.impress.co.jp/img/car/docs/536/075/42.jpg 廃熱温度と、冷凍温度
http://car.watch.impress.co.jp/img/car/docs/536/075/43.jpg 動作温度と、変換効率
http://car.watch.impress.co.jp/img/car/docs/536/075/44.jpg 計算モデルの構築で、18％の効率を実現する実機を作成できた
http://www.youtube.com/watch?v=jhKDDD08kls&feature=player_embedded 東海大 波動エンジン（熱音響機関）実験 その2
http://car.watch.impress.co.jp/img/car/docs/536/075/47.jpg 波動（音）で、熱の変化を発生させる実験。中央のアクリルパイプの下部にスピーカーが、パイプ内部にフィルターが設置されている
http://car.watch.impress.co.jp/img/car/docs/536/075/48.jpg パイプ内部にあるフィルター。複数のフィルターがまとめられている。フィルターに延びるワイヤーは温度計の熱電対
http://car.watch.impress.co.jp/img/car/docs/536/075/49.jpg アクリルパイプ下部のスピーカー。ここから波動（音）をパイプ内部に送り込む
http://car.watch.impress.co.jp/img/car/docs/536/075/50.jpg フィルター部分の温度。温度差が発生しているのが分かる
数値計算上ではあるが波動エンジンは、9度ほどの温度差があれば作動し、装置のサイズも波動の伝達パイプを
スパイラル化することで小型化が可能。応用範囲としては、自動車の廃熱を利用しての発電や冷却、電気がなくても
太陽の集熱で冷却可能なことからモバイル冷蔵庫などを挙げており、大型プラントから小型の装置まで可能とのこと。
長谷川助教は、「今後は産学連携による開発を進め、5年後の実用化を目指す」と語った。
【お詫びと訂正】記事初出時、「理論モデルを構築」としておりましたが、正しくは「数値計算モデルを構築」となります。
お詫びして訂正いたします。
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【材料/エネルギー】張って発電 人体・廃熱配管の温度差を活用できる柔らかい新材料フィルムを開発 産総研
http://toki.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1317531926/-100
【省エネ】サーバーからの廃熱で温室栽培…ITと農業の融合を実証 IDCフロンティア
http://anchorage.2ch.net/test/read.cgi/bizplus/1269864197/-100
【エネルギー】化石燃料や電気エネルギーが消耗される過程で発生する廃熱を、電気に変換する熱電素子を開発 サムスン電子 画像あり
http://gimpo.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1245715306/-100
…おもろい。
エネルギー取り出しになってるんだろうな。すると、その振幅の大きなところ＝エネルギーを取り出すところ
で非線形計算が必要なるわけか。
…とはいえ、今の計算機パワーで計算できないとは思えない。変な線形化とかして、有限要素法で計算でき
なくなっているだけじゃねぇの？
ついに、波動砲の実現へ踏み出したか…
カルノー言うなら、300度でせめて40%くらいの効率出せよ
＞カルノー言うなら、300度でせめて40%くらいの効率出せよ
どういうこと？
温度差を利用したものは宇宙空間だと効率よさそう
低音側が300Kとして、カルノー理論効率がいくらかって話だよ
なんで。動作流体がヘリウムでこのスケールならばせいぜいR〜10でしょう。
open boundaryがあるわけでもなし、FEMでなくても普通に差分でメッシュ切っても収束するでしょ。
まさか市販の数値計算アプリケーション使ってるとか言わないよね？
うむ、名前ナイスだ。
火力の方が圧倒的に高効率と聞いた。
もちろん高効率＝温度差大のため高温となる。
ただ共振があるから摩耗や劣化がどれだけ進むか
退職・対先公防禦
ただし、考え得る限り、最も低い出力のエンジンの一つです。ｗ
車重のアップ分と発電分と
.／｀ ｀ﾞ''ｰ､、
,i´ _.. ﾞi､
lﾞ .‐[♀`!―-､,,, 、 ﾞi､
│ : ,i´`'"'＿;;;;;;;;;;"'ヽ、 ﾞl, ヤマト発進！
│ ||.,z=''"ﾞ;;;;;;;;;;;;;;ﾉﾙヾﾞl,,、｀'i
ヽ／,,--;''~/'--‐ ﾞ ）ｖ-、 !
‘'ﾞﾞ|i''''r＿,--┴z,,_ノ ﾉj.}'-'ﾞ--z,,_
_.,,ﾉ ［ ._,,,,,,--,,,ゝ ｀ゞ)ﾉ ﾆェ 、">---,,、
.,／ﾞﾞ"ン:lﾞ `゛ー- _,////:::::::＼,/"''''''''!┴-
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ｨ'ﾞン'ﾞ,.〈〈〈／r-ﾆﾆﾆ===="''''''~~／ﾆ i---―一='''"
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" "
なにもかも懐かしい
熱音響機関の効率が18％だと
スターリング機関の方が効率良くないか？
理論上カルノーサイクル持ち出す割には低い印象しかないな・・・
効率より経済効率だな
捨てる熱を対象にしてんだから
スターリングも排熱利用できるのですが
熱音響機関のだとどんな経済効率があるのですか？
ちょっと自分素人なのでどういう利点があるのかイメージできないのですが・・・・
大丈夫なのか？
これ、もしかすると良いよね？
少しでいいから人を入れて、まずはちゃんと守るべきではないか。
素晴らしい出来だからおっさんも若造も見とけ
「波動エンジン」という名前だけで胸がワクワクしてくるなｗｗｗ
この↑原理実験を見て思ったが、
発電に使うより先に楽器を作ってみたらいいんじゃないか。
管楽器なんか作ってる職人と協力したら、職人の勘（無意識的な計算）で
シミュレーションの限界を超える効率の解を見つけてくれるような気がする。
http://www.youtube.com/watch?v=IcGsjC-aFE0
ジェットエンジン系メーカーの新しい戦場か、楽しみだ
冷却利用のスパコンファーム併設の時代になるかも
これができるってことは
おとからねつへのへんかんもできるの？
http://ctt.doshisha.ac.jp/contents.html
掘った
奪った
逃げた
理論限界は超えられない（越えたら新理論、稀にあるが今の基礎物理だと難しい）
職人芸の見せ所は実装時に理論限界に近付けるところ
内燃機関の技術開発が終わり、例のものが出撃可能になりました
ttp://www.cyberfront.co.jp/title/civ_revo/manga03.html
・可動部がないこと
・構造が単純でローコスト
例の駅の改札とかハチ公前に設置されてたやつ
後々までネタにされるのわかりきってただろうが
だが、その決断に俺は敬意を表するぞ
安易な記事書くなよ
300〜600度って言ってるし無理じゃね？
といって実現できたものって飛行機くらいだよな
次元波動エンジンになるのか
ターボみたいなタービンでもいいんだけど
ターボは排気抵抗が大きいし温度が高くないと意味ないかも
それより効率いいの？
お湯を沸騰させなくても良い訳だよ
飛行機は理論上飛べないらしいぜ
あれさえ覚えておけば、熱力学レベルの式は全て導出できる優れものの思考実験だから、
再度勉強したらいいぞ。
勉強したころは、まさか実用エンジンが出てくるとは思わなかったなぁ。（何度も失敗してるから）
戦艦やら潜水艦やらに搭載されてるらしいし
こんな感じの機関なのかな？
多少効率が悪くても色々と使えそうだな
振動発電って、JRが試していた奴でしょ？あれは圧電素子か何かじゃなかった？
最後に電力にする部分に「振動→電力変換」を使ってるけど、上の説明だとスピーカーの原理って
書いてるから、電磁誘導で交流にしてるって事かなと。
ま、やり方は何通りかあるでしょ。
それより、気になるのが、ここで言う「効率」ってのは、熱→音波（振動）の変換効率であって、
振動→電力の効率を含めて無さそうだって点だな。
またどこかのトンデモ似非化学系ネタにはまってるアホがいるな。
科学ってのは、「観測された事実」を法則として認めるところからスタートして、
そこから演繹的に導き出される理論体系を指しているわけで、ベルヌーイの
法則は、「観測された事実」として存在しているわけで、そこを認めれば飛行機
のシミュレーションなんていくらでもできる。
ベルヌーイの法則を生じさせる更に深い法則と理論体系を作り出せていない
だけだよ。
観測事実からスタートしてるからな。なぜ一定なのかについては何も言ってない。
「光速度一定は理論的に説明できない！ｷﾘｯ」
そうですがなにか？ってなもんだｗ
異論は受け付けない
そりゃかっこいいのは認めるけど、胡散臭さ100倍だろ
＞光速度一定は理論的に説明できない
できるよ
光速度＝光の進む距離／時間
時間∝光の進む距離
よって光速度一定
で、コレと古典力学との兼ね合いが問題になって、それを解消するために特殊相対論がでてくるわけだ
でも写真の装置は大学で作った低圧の装置だし、外部放熱とかもありそうだから、18%は凄いだろ。
稼動部がないから動力にどうやって変換するの？
音が鳴れば電気が発生するの？
３００℃差て、どこが効率高いの？
他の低温差デバイスのように３０℃差で動力か電気を作ってくれ。
なるほど騒音発生器として恐ろしく一品だってことか、
それは考えなかった。迷惑な音を作るのに素晴らしい効率だってことね。
潜水艦とか船からでないの
海水で冷やせばええんでないかと
>音が鳴れば電気が発生するの？
音を電気に変換することは可能。だから
熱→音→電気 ということだろう。
今の
熱→タービン駆動→電気
よりエネルギー効率が高く出来る可能性があるって話なんだろ。
しかもタービンみたいに駆動部分が無くてとっても便利
冷凍部が外力で冷却されているなら意味無くねーか？
意味が無いもんが記事になるわけないってことに思い至らないところが非常に残念すぎるが・・・・
これは、冷凍サイクルの冷媒の代わりに音波をつかうってもんだから
いくら他人の成果を貶めたところで自分の値うちが上がるわけもないのにね
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