30
20
10
0
-10
Te m p er at u re [ d eg re es C ]
4000 3000
2000 1000
0
Time [sec]
実験結果：クーリングポイント温度変化
33 ℃の
フレネルレンズ
□400 mm 0.148 m
2レンズ & フレーム
モータ台
今後の検討
・ 長時間駆動試験
・ 駆動温度検討
・ 熱損失改善
・ 集熱方法改善
薪窯の排気温度調査
■ 太陽熱利用の検討
40cm角フレネルレンズを用いた 集光加熱実験 (1軸追尾式)
■ 燃焼炉排気熱の検討
低温度駆動
・断面積拡大したプライムムーバーを直列多段に設置
・プライムムーバーの設置位置による影響の確認 実験 発振開始温度
安定性解析 臨界温度
・実験値と解析値の定性的な一致を確認
・発振開始温度67℃を記録
プライムムーバー
実験装置写真
1100 mm
300 250 200 150 100 50 0
Tem per atur e[ °C]
Analytical Experimental
・臨界温度 66 ℃および発振開始温度 67 ℃を記録
・実験値と解析値の傾向が一致している
太陽光＋低温度駆動
熱媒加熱
高温 低温
断熱 保冷 不凍液
高温熱媒 真空管式太陽集熱器
保冷庫 低温駆動可能な
熱音響冷却システム
熱媒駆動用 熱交換器
音響パ ワー
音響パワー
排熱
大型化，小型化
250mm
1655mm
20 15 10 5 0 -5
Temperature [℃]
1000 800
600 400
200 0
Time [sec]
摂氏 0 ℃以下を実現！！
音エネルギーの減衰（騒音消去）
音エネルギー 音エネルギー
音エネルギーの減衰（騒音消去）
音エネルギー 音エネルギー
熱エネルギー
音エネルギー
音エネルギーの増幅
音エネルギー 音エネルギー
熱エネルギー
音エネルギー
ループ管を用いた温度上昇（暖房）
Heat Exchanger A (TH:Heater) Stack 1
Stack 2 Heat Exchanger B
(TR:Circulating Water)
Cooling point
Heat Exchanger A (TH:Heater) Stack 1
Stack 2 Heat Exchanger B (TR:Circulating Water)
Heating point
ループ管を用いた温度上昇（暖房）
約 45 度の温度上昇に成功
70 60 50 40 30 20 10
T em p er at u re [ ℃ ]
熱音響発電システム
-20 -10 0 10 20
V [V]
スピーカー両端の電圧
実用化に向けて
未利用 エネルギー
現状のコンセプトは，
廃熱の有効利用
• もともと捨てていた熱エネルギーで冷却する
• 高効率： 100% ？
• 温暖化防止
一般的な冷却システム 冷房，冷蔵庫など
競争
未利用エネルギー ： Unutilized Energy
河川水・下水等の温度差エネルギー，工場等の排熱といった，今まで利 用されていなかった以下のようなエネルギーを総称して，「未利用エネ ルギー」と呼ぶ． 資源エネルギー庁 HP より
①生活排水や中・下水の熱
②清掃工事の排熱
③超高圧地中送電線からの排熱
④変電所の排熱
⑤河川水・海水の熱
⑥工場の排熱
⑦地下鉄や地下街の冷暖房排熱
⑧雪氷熱等
熱音響システムの今後
未利用熱エネルギー→冷却，発電
太陽熱エネルギー
廃熱
フロンを使わない冷却システム
小型冷却システム
今後の展開
小型化／大型化
太陽熱エネルギー
発電：マイクロ発電，分散電源
効率 UP
低温度発振
形状
熱交換
技術的な課題
熱と音の変換効率向上
熱交換器：熱の入出力方法 スタック：エネルギー変換
駆動温度帯：低温度化，高温度化
システムの形状：大型化，小型化
専用部品の開発
スタック：温度勾配
熱交換器：振動流に対する吸放熱メカニズム
位相調整器： PA など
技術以外の課題
適用場所 規制？？
他分野との融合
新たな視点
謝辞
本研究の一部は，
地域イノベーション戦略支援プログラム，
サテライトクラスタープログラム
日本学術振興会科研費若手研究 (A)(B) ， 日本学術振興会科研費挑戦的萌芽研究，
文科省知的クラスター創成事業，
科学技術振興機構シーズ発掘試験，
村田学術振興財団，
小野音響学研究助成基金，
立石科学技術振興財団，
関西エネルギー・リサイクル科学研究振興財団 の補助を受けた．ここに謝意を表する．
研究を進めるに当たり，多くのご指導をいただきました
「振動流エネルギー変換・輸送現象研究会」，
「熱音響デバイス研究会」，「応用熱音響デバイス研究会」
の皆様に感謝申し上げます．
参考文献など
熱音響関係の主要論文（順不同），例えば，，，
T. Yazaki, A. Iwata, T. Maekawa, and A. Tominaga, “Traveling Wave Thermoacoustic Engine in a Looped Tube,” Phys.
Rev. Lett. , vol. 81, No. 15, pp. 3128-3131, Oct. 1998
T. Yazaki, and A. Tominaga, “Measurement of sound generation in thermoacoustic oscillations,” Proc. R. Soc. Lond. A., vol. 454, pp. 2113-2122, 1998
T. Biwa, Y. Ueda, T. Yazaki, and U. Mizutani: “Work flow measurements in a thermoacoustic engine” Cryogenics 41, 305-310 (2001).
Y. Ueda, T. Biwa, U. Mizutani, and T. Yazaki, “Acoustic field in a thermoacoustic Stirling engine having a looped tube and resonator,” Appl. Phys. Lett., vol. 81, No. 27, pp. 5252-5254, Dec. 2002
T. Yazaki, T. Biwa, and A. Tominaga, “A pistonless Stirling cooler,” Appl. Phys. Lett. , vol. 80, No. 1, pp. 157-159, Jan.
2002
T. Biwa, Y. Tashiro, M. Ishigaki, Y. Ueda, and T. Yazaki: “Measurements of acoustic streaming in a looped-tube thermoacoustic engine with a jet pump”J. Appl. Phys. 101, 064914_1-5 (2007)
T. Biwa, Y. Tashiro, H. Nomura, Y. Ueda and T. Yazaki “Experimental verification of a two-sensor acoustic intensity measurement in lossy ducts” J. Acoust. Soc. Am. 124, 1584-1590 (2008)
Y. Ueda, T. Kato, and C. Kato: “Experimental evaluation of the acoustic properties of stacked-screen regenerators” J.
Acoust. Soc. Am. 125, 780-786 (2009)
富永昭，熱音響工学の基礎，株式会社内田老鶴圃，東京，1998
富永昭，“スターリングエンジンの革命が始まった，” パリティ，vol. 14，No. 12，pp. 26-28，1999
G. W. Swift, “Thermoacoustic Engines and Refrigerators,” Physics Today, pp. 22-28, July 1995
G. W. Swift, “Thermoacoustic engines,” J. Acoust. Soc. Am., vol. 84, No. 4, pp. 1145-1180, Oct. 1988
S. Backhaus, and G. Swift, “A thermoacoustic Stirling heat engine,” Nature, Vol. 399, pp. 335-338, May, 1999
S. L. Garrett and S. Backhaus, “The Power of Sound,” American Scientist, Vol. 88, 2000
S. Backhaus and G. W. Swift, “A thermoacoustic-Stirling heat engine: Detailed study,” J. Acoust. Soc. Am. , vol. 107,
論文
坂本ら
S. Sakamoto and Y. Watanabe, “The experimental studies of thermoacoustic cooler,” Ultrasonics, Vol. 42, pp. 53-56, 2004.
Sakamoto, T. Tsujimoto and Y. Watanabe, “Generation Mechanism of Heat Flows near the Stack as a Prime Mover in a Thermoacoustic Cooling System,” Jpn. J. Appl. Phys., Vol. 43 No. 5A, pp. 2751-2753, 2004.
S. Sakamoto and Y. Watanabe, “Experimental study on resonance frequency of loop-tube-type thermoacoustic cooling system,” Acoust. Sci. & Tech., Vol. 27 No. 6, pp. 361-365, 2006.
S. Sakamoto and Y. Watanabe, “Improvement in Performance of Stack as Heat Pump of Thermoacoustic Cooling System: Effect of Thickness of Heat Boundary Layer upon Cooling Effect,” Jpn. J. Appl. Phys., Vol. 45 No. 12, pp.
9257-9258, 2006.
S. Sakamoto, Y. Imamura and Y. Watanabe, “Improvement of Cooling Effect of Loop-Tube-Type Thermoacoustic Cooling System Applying Phase Adjuster,” Jpn. J. Appl. Phys., Vol. 46, No. 7B, pp. 4951-4955, 2007.
坂本 眞一，渡辺 好章，“音と熱のコラボレーション －熱音響冷凍機実現に向けて－，” 電子情報通信学会誌，Vol. 90, No. 11, pp.
993-997, 2007.
坂本 眞一，渡辺 好章，“音で冷やす，音で暖める －熱音響技術－，” 日本機械学会誌，Vol. 111, No. 1074, pp. 60-63, 2008.
坂本 眞一，小宮 慎太郎，渡辺 好章，“熱音響原動機における非線形現象とその影響について，” 電子情報通信学会論文誌 A，Vol.
J91-A, No. 12, pp. 1161-1165, 2008.
S. Sakamoto, H. Yoshida, A. Sakaguchi, and Y. Watanabe “Heat Pump Placed in the Resonance Tube Connected to the Loop-Tube-Type Thermoacoustic Cooling System Improves the Cooling Effect,” Jpn. J. Appl. Phys., 07GM01-1-4, 2009.
Y. Orino, S. Sakamoto, Y. Inui, T. Ikenoue and Y. Watanabe, "Numerical analysis of the effect of local diameter reduction on the critical temperature of thermoacoustic oscillations in a looped tube," Jpn. J. Appl. Phys. 53 07KE13 (2014).