工学部 機械工学科
原村 嘉彦 教授
Haramura Yoshihiko

研究分野 熱力学、伝熱工学

出身地/熊本県
子供の頃の夢/発明家のような仕事に就きたいなぁと思っていた

工学部 機械工学科 原村嘉彦教授

環境にやさしいエンジンの開発を手掛けています。
いつの日か、家庭に1台このエンジンが使われるように。

廃熱を有効なエネルギーに変換するスターリングエンジン

私の研究は大きく二つ、どちらも熱に関する事柄で「沸騰限界熱流束機構の解明」と「スターリングエンジン」。後者は、主に地球温暖化問題からここ数年、再び注目されている分野です。それは、この開発が進めば石油の消費を大幅に減少させたり、さまざまなエネルギー資源を利用できるという利点があるからです。スターリングエンジンは、シリンダ内の作動ガスが高温空間と低温空間の間を行ったり来たりする際に発生する圧力の変化で出力を生み出す仕組みになっていて、作動ガスには通常、熱伝導率が良いヘリウムや水素が使われます。スターリングエンジンには二つの用途があります。一つはエンジンで電気を作りながら、排熱で湯沸かしや暖房をするシステム(コジェネレーションシステム)におけるエンジンです。このシステムは、温度の高低で異なる価値を持つという熱の特性を応用して省エネルギーを達成するもので、スターリングエンジンは、家庭など、小規模で低騒音が要求されるところに適しています。もう一つは、どんな熱でも利用できるという特長を生かし、今まで捨てられていた熱から電力を得るものです。ゴミ、落ち葉や農業廃棄物、また生物が出すメタンなどの発酵物質も、燃料として利用できます。その場合、金属の腐食を促す物質が燃焼の際に出てくるので、その影響をいかに抑えた吸熱部にするかが肝心です。

中国との共同研究で実用的なエンジン開発を目指す

スターリングエンジンは、もともとは19世紀初頭、スコットランドの機械好きなロバート・スターリングという牧師が開発したものです。当時、蒸気機関のボイラーが頻繁に爆発事故を起こし多くの死者を出していたことから、もっと安全なものをということから作られたといわれています。19世紀末にガソリンエンジンが登場するまでは家庭用電源などでそれなりのシェアを持っていたようです。

このエンジンに関する研究者は世界でも200人くらいの規模ですが、日本の場合特に、分野としてのマンパワー、資金力が欠けているように思います。なにしろこのエンジンに関する研究者は約30人ほどですから。けれど2011年頃から、中国がこのエンジンに興味を持つようになり、研究が進む可能性がでてきました。現在では北京の中国科学院(Chinese Academy of Sciences)と共同研究を行っています。メタンガスとソーラーパワーとをうまく組み合わせてエンジンを動かすというテーマで、実用的なエンジンの開発を目指しています。

せめぎあい、急がれる研究

実は今、スターリングエンジンは勝負の時期にさしかかっています。というのも現在、環境にやさしい燃料電池の開発も進められていて、十数年のうちには安定して使える製品として世の中に受け入れられると見込まれているからです。ただ、このスターリングエンジンは機械であって、何十年もの技術の積み重ねがあり、長寿命の製品を容易に作れます。一方、燃料電池は実用化されても、その後耐久性が問われていくもの。私も商品化できるエンジンの開発を、大学院生と学部生の協力のもとに進めています。

3.11以降、多様なエネルギーを使おうという意識は高まっていますので、ますます開発に力を注ぎたいですね。これからが正念場です。

※原村 嘉彦先生は〈工学部・総合工学プログラム〉にも掲載しております。

スターリングエンジン用の伝熱面
スターリングエンジン用の伝熱面。普通は細いパイプや狭い空間を流すことで空気を加熱/冷却しますが、その空間がないところではシリンダーのなかに流れを作って熱を伝えられないだろうか、という発想の違ったエンジンを作るための実験で使っています。将来はこれをもとにエンジンを作りたい

学生たち自作のスターリングエンジン
学生たち自作のスターリングエンジン。
これを自転車に載せ、原動機として動かす大会に出場を目指している