水素吸蔵合金を用いた スピーカーの提案 早稲田大学理工学部 コンピュータネットワーク工学科 山崎研B4 大野遙平 発表内容 • • • • • 研究背景・目的 呼吸球 水素吸蔵合金 水素吸蔵合金のスピーカーへの応用 まとめ 研究背景・目的① • 音波の忠実な再現 – マルチセル型スピーカやコンデンサスピーカによ り、相当精度の平面波の実現が可能になった。し かし、対象球面波については球形に整形したコン デンサスピーカや相変化スピーカなどの研究も行 われているが、研究途上にある。 • 早川「コンデンサスピーカー・ピエゾフィルム・圧電ス ピーカに関する研究」 • 柴田「相変化スピーカ」 研究背景・目的② • 水素吸蔵合金とは – 水素の安全な貯蔵・運搬を目的として研究開発 – 温度・圧力をコントロールすることによって多量の 気体水素を吸蔵・放出する能力を持つ – ケミカルエンジンやアクチュエーターにも応用 – 当研究室の増田は水素吸蔵合金を用いたスピー カの可能性を示唆 呼吸球 • 点音源の理想的モデル • 音源より 1m の地点で1kHzの正弦波につい て60dB の音圧を得るためには 33.3cm^3/s なる呼吸球の体積速度が必要 • 33.3cm^3の水素は物質量にして 1.49x10^-3(mol) 水素吸蔵合金 • 水素吸蔵合金に要求される特性 – 活性化が容易 – 吸蔵・放出速度が速い – 水素吸蔵量が多い – 操作温度に適した生成熱を有する – 熱に対する反応（熱伝達率）が良い – サイクル数の増加に伴う劣化(微粉化)に対する 強度に優れている – ヒステリシスが小さい – プラトー領域が広く、その傾斜が小さい 水素吸蔵合金 • スピーカーに用いる場合、重要視される特性 – 活性化が容易 – 吸蔵・放出速度が速い – 水素吸蔵量が多い – 操作温度に適した生成熱を有する – 熱に対する反応（熱伝達率）が良い – サイクル数の増加に伴う劣化(微粉化)に対する 強度に優れている – ヒステリシスが小さい – プラトー領域が広く、その傾斜が小さい 水素吸蔵合金 • 反応式 2 2 MH 2 MH n H n n • 生成熱ΔＨ（kJ/molH2） • 例：LaNi5･･･-30.1 TiFe･･･-23.0 • 上記の値を用いると、33.3cm^3(1.49x10^-3mol) の水素放出のためには、44.8[J](LaNi5)、 34.3[J](TiFe)の熱のやりとりが必要となる。 水素吸蔵合金 • スピーカーの駆動部 として水素吸蔵合金 を用いる場合、ＰＣＴ 線図にみられるプラ トー領域において熱 のやりとりを行い、水 素の吸排出を利用す る。 動作原理 装置内水素雰囲気圧を初期状態の解離圧以上の水素で満たす ①合金を加熱 ②合金の温度が上昇すると解離圧が雰囲気圧を上回る ③吸熱反応により（１）式の反応が左向きに進み，水素を放出 ④バルーンが膨張し，バルーンの周囲に空気の密な部分が発生 ⑤合金を冷却 ⑥温度が下降すると雰囲気圧が吸蔵圧を上回る ⑦温度下降により（１）式の反応が右向きに進み水素を吸蔵 ⑧バルーンが収縮し，バルーンの周囲に空気の粗な部分が発生 スピーカーへの応用へ向けて • 合金の制御方法 • 外部加熱 – 熱電変換素子（ペルチェ素子）等を用いて反応熱 をコントロール • 内部加熱 – 合金に直接電流を流し、被加熱体から発生する ジュール熱を利用 スピーカーシステム概案 まとめ • 原理的に水素吸蔵合金のスピーカへの応用 は可能と考える • 課題 – 合金と水素の反応は、反応熱に依存し 伝熱律速となる。 – 熱伝導率に優れた合金の選定 – 効率の良い熱制御 – 水素雰囲気下での通電の安全性 • 水素吸蔵合金特有の問題 – 微粉化
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