自民党のガンダムより現実的な日本の波動エンジン

　東海大学工学部動力機械工学科助教の長谷川真也氏を中心とするグループが車載を見据えた波動エンジン（熱音響機関）を開発している。これは廃熱300度で18％のエネルギー回生を実現し、廃熱から発電や冷却が可能になる。

　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しようとする技術である。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1999年である。

　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。

　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おり、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。

　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で、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が、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％。長谷川真也氏を中心とするグループの開発した試作品でも、すでに2倍以上となる18％の効率を実現している。

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　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、関連特許も出願済みである。

　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」と語っている。

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