熱輻射を対象としたトポロジー最適化
【研究分野】計算科学
【研究キーワード】
熱輻射 / トポロジー最適化 / 設計工学 / 熱光起電力発電 / 構造最適化 / 最適設計 / 最適化 / 設計
【研究成果の概要】
高温の物体から発せられる熱エネルギーである熱輻射は，一般には非常に幅広いスペクトル分布をもっている．そのスペクトルを自在に制御することができれば，熱エネルギーをより高効率に利用することが可能となる．本研究では，熱物体の表面に微細形状を設けることで，限定的なスペクトル分布をもった熱輻射を行うことのできるメタサーフェイスの設計の方法論を，構造最適化の考えに基づいて構築した．この設計手法を確立することで，数学的および力学的見地に基づき，極めて高性能な熱輻射デバイスの構造の自在な設計を可能にすることができるようになった．
【研究の社会的意義】
太陽電池で用いられる光起電力セルの感度は，波長依存性が高く，特定の波長の光のみに対して高い感度を示す．本研究の成果により，光起電力セルに応じた熱輻射の波長を放射するメタサーフェイスを設計することが可能とする高効率な熱光起電力発電システムの開発に応用できる期待が高まった，また，熱エネルギーの移動を対象とした構造最適化法として，これまで熱伝導と熱伝達を対象としてトポロジー最適化法の構築を行った例はこれまで幾つかの報告がなされていた．しかしながら，熱輻射を対象とした方法は世界的に見ても全く議論が行われておらず，全く未踏の領域となっていたため，本研究の成果は学術界へのインパクトが極めて大きい．
【研究代表者】