Professor
千賀 麻利子
東海大学
総合科学技術研究所 特任助教
熱音響現象／次世代エネルギー
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総合科学技術研究所 特任助教
熱音響現象／次世代エネルギー
熱から音をつくりエネルギーに変換する。
理系科目が得意な人でも頭の中に「？？」が並びそうなフレーズだ。その研究者が手がけるのは「熱音響現象」。熱の温度差によって音波を発生させ、そこから電力を得る新しい技術なのだという。
「現在取り組んでいるのは、熱音響エンジンの開発です。エンジンといいながら、ピストンなどの機械的な部品は一切なくて、あるのはパイプと『コア』と呼ばれるフィルター状の細管の束だけ。コアを中心として、コアの片方の空気を高温に、もう片方の空気を低温にすると、温度差によって音波が発生します。これが熱音響現象です。この音波の波動を電力に変換する仕組みです」
そう語るのは東海大学総合科学技術研究所の千賀麻利子特任助教。指導教員である同大学工学部の長谷川真也准教授のもとで博士課程まで学び、今年（2020年）から研究者としての道を歩み始めた。
熱音響エンジンのメリットはなんといってもそのシンプルな構造にある。必要なのは熱のみで、石油も使わなければ、CO2も排出しない。地球温暖化など現代の多くの問題を解決する革新的なクリーンエネルギー技術として注目されている。
「私が問題視しているのは、工場などで利用された後の廃熱です。熱は他のエネルギーと比べて利用しにくく、なかでも300℃以下の熱はほとんどがそのまま捨てられています。この廃熱をエネルギー源として再利用できれば、コスト削減はもちろん、資源枯渇や環境負荷の問題も解決できると考えています」
「熱→音」による熱音響発電と「音→熱」による熱音響冷却によって、100年後の世界を変えるエコシステムを実現する
熱音響現象の本格的な応用研究が始まったのは2000年前後からで、まだ20年ほどしか経っていない。100年以上の研究開発の歴史を持つガソリンエンジンと比べると新しい分野だ。特に、300℃以下の産業界の視点では“低い”温度で動く熱音響エンジンの研究はまだまだ事例が少ないという。
熱を効率よく音に変換するには、熱力学、流体力学など幅広い分野の知識が求められる。さらにコンピュータを使った分析による細かい条件設定も必要になる。「単純だからこそ奥が深い」と千賀先生は微笑む。
もともとF1が好きで、物理学が得意だったことから、東海大学工学部動力機械工学科を進学先に選んだ。そして、入学後、長谷川准教授の研究室で「熱音響現象」に出合い、のめり込んでいく。
「物理が好きだったこともあって、熱と音がどうつながっているのかがとにかく気になって、気がついたら博士課程まで研究を続けていました（笑）。まだまだわからないことがたくさんあり、そこがこの研究の面白さでもあります。熱音響エンジンが実用化されれば、地球レベルの問題解決に貢献できる点にもモチベーションを感じています」
熱と音の関係は、聞けば聞くほど面白い。千賀先生が所属する長谷川准教授の研究室では、「熱から音」を発生させる現在の研究の真逆にあたる「音から熱」を起こすことで、マイナス100℃の冷却が可能になるシステムの開発にも成功し、こちらも実用化を目指しているという。これには多くの企業が関心をもっており、10社ほどのコンソーシアムで研究が進められている。
この熱音響発電および熱音響冷却システムの研究は、2013年から科学技術振興機構（JST）の実施する「先端的低炭素化技術開発事業（ALCA）」にも採択され、大きな期待が寄せられている。
「私の目標は、熱音響エンジンを未来もずっと使われるような基盤技術に育てることです。まだまだ課題はたくさんありますが、長谷川先生や研究室のメンバーと一緒に、夢を実現したいと思っています」
熱音響システムの概念図。パイプの中に設置した「コア」の両側に高温と低温の環境をつくり温度差で音波を発生させる
研究室に設置された「熱音響現象」の実験装置。手前が熱から動作するエンジン、奥は低温の冷却システム
熱音響エンジンに用いる「コア」のイメージ。パイプの中に細かい穴が空いた管の束を設置しているイメージだ
東海大学は、理工系だけでも理学部、情報理工学部、工学部、情報通信学部、基盤工学部の5学部に26学科・専攻がある総合大学です。学部・学科の選択に迷うほどですが、入学後は、自分が学びたい科目を学部・学科の枠にとらわれず選択できる、自由度の高いカリキュラムで学ぶことができます。
多様で複雑な現代社会に対応するため、東海大学では「文理融合」の精神を重視した教育を実施しています。2001年度に「東海大学型リベラルアーツ教育」として、いち早く「教養教育」や「リベラルアーツ」を導入。ほかにも文系・理系両方の思考を兼ね備え、総合的な思考力と多角的な視点からの洞察力を身に付けた人材が育つ、理想的な環境を整備しています。
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いすゞ自動車、ケーヒン、スズキエンジニアリング、日野自動車、SUBARU、本田技研工業、三菱自動車工業、日立オートモティブシステムズ、東海旅客鉄道、小松製作所、小田急電鉄、横浜ゴム、プレス工業、オーテックジャパン、三ツ矢、日産車体、ヤマハ発動機、トヨタ自動車東日本、テルモ、エージーピー、戸田建設、東芝エレベータ、日本製粉、日立建機、日産自動車、タカラトミー、東京電力ホールディングス、東日本旅客鉄道、三菱電機照明、三菱電機エンジニアリング、ANAベースメンテナンステクニクス、神奈川県警察本部 ほか
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