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Development of electricity-feedback traveling-wave thermoacoustic electric generator by using semi-active acoustic diode

Research Project

Project/Area Number 18K04193
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 21040:Control and system engineering-related
Research InstitutionNagaoka University of Technology

Principal Investigator

Kobayashi Yasuhide  長岡技術科学大学, 工学研究科, 准教授 (50272860)

Project Period (FY) 2018-04-01 – 2021-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Keywordsスイッチングによる電力フィードバック部の非対称化 / 熱音響発電機の発振余裕の拡大 / 定常発振制御に基づく熱音響自励発振の安定化 / コア部の周波数応答関数行列 / 発振周波数の決定要因 / 多段コアの段数削減 / 温度制御の高精度化 / 定在波型発振周波数の決定要因 / 定常発振制御系の熱音響振動計測への応用 / フォトスイッチの並列接続 / 電力フィードバック部の非対称化の効果 / 環送電力の逆流防止 / 電力フィードバック回路のスイッチング / 定常発振制御 / 極値探索制御 / 負荷のフィードバック制御 / 電力フィードバック進行波型熱音響発電機 / セミアクティブ音響ダイオード / 電力フィードバック部の非対称化
Outline of Final Research Achievements

For practical use of the traveling-wave electricity-feedback thermoacoustic generator, a switching mechanism by photo relays is introduced in the feedback circuit to experimentally investigate the effect of blocking the instantaneous backward power transmission by periodically opening the feedback circuit synchronizing with the generated voltage. Experimental results demonstrate that a traveling-wave mode appears when the switching is activated during the standing-wave mode self-excited oscillation, resulting a beat in the pressure amplitude and voltage as well as increase in the power and acoustic power,
which concludes the instantaneous backward power blocking has a effect to transfer the system from the standing-wave to traveling-wave mode self-excited oscillation.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

エネルギー問題に対処する有効な選択肢の一つとして熱音響システムは近年、一般にも認知されつつあるが、不安定な発振現象を安定化する機構の研究開発は進んでいない。本研究成果はスイッチングの機構により電力フィードバックの原理とこれを用いたシステムの実用性を高めるもので、熱音響システムの実用化に貢献する社会的意義がある。定常発振制御に関する成果は、従来の制御工学にはない、発振現象を安定化する制御手法としての学術的意義がある。

Report

(4 results)
  • 2020 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2019 Research-status Report
  • 2018 Research-status Report
  • Research Products

    (17 results)

All 2021 2020 2019 2018

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (14 results)

  • [Journal Article] 温度変動に対して熱音響システムの出力を制御する負荷のフィードバック制御系の構成2021

    • Author(s)
      井上陽仁、小林泰秀
    • Journal Title

      日本音響学会誌

      Volume: 77

    • NAID

      130008095419

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 振動体の振幅を目標値一定とする振動発電機負荷のフィードバック制御2019

    • Author(s)
      永井 和貴、齋藤 浄、稲田 千翔之、小林 泰秀
    • Journal Title

      システム制御情報学会論文誌

      Volume: 印刷中

    • NAID

      130007746034

    • Related Report
      2018 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 比例積分補償器の出力を時変係数とする定常発振制御系の安定性解析2018

    • Author(s)
      小林 泰秀
    • Journal Title

      システム制御情報学会論文誌

      Volume: 31

    • NAID

      130007594506

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      2018 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 管路長による共振を利用して発振周波数を自動決定する大振幅音響計測制御機構に基づく熱音響自励発振時圧力振幅の推定2020

    • Author(s)
      小林 諒也、廣川 楽、小林 泰秀
    • Organizer
      日本音響学会2020年秋季研究発表会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 振幅依存性を考慮した熱音響コアの周波数応答関数行列計測と自励発振時圧力振幅の推定2020

    • Author(s)
      竹村 元気、小林 諒也、小林 泰秀
    • Organizer
      日本音響学会2020年秋季研究発表会
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 電力フィードバック型熱音響発電機における電力フィードバック部の遮断時間が環送電力に与える効果2019

    • Author(s)
      萩原 佑斗、小林 泰秀
    • Organizer
      日本音響学会2019年秋季研究発表会
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      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 測定管路長による共振を利用した定常発振制御に基づく振幅依存の周波数応答計測と熱音響自励発振時圧力振幅の推定2019

    • Author(s)
      小林 諒也、小林 泰秀
    • Organizer
      日本音響学会2019年秋季研究発表会講演論文集
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      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 開ループ位相の動的な調整により振動振幅を目標値一定とする定常発振制御系の安定性解析"2019

    • Author(s)
      小林 泰秀
    • Organizer
      第62回自動制御連合講演会
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      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 振動発電機に接続されたコンデンサの充放電周期を動的に可変とする振動体振幅の定常発振制御2019

    • Author(s)
      柴崎 敬大、小林 泰秀
    • Organizer
      日本機械学会北陸信越支部第57期総会・講演会講演論文集
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      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 熱音響システムの周波数応答計測における定常発振制御を用いた発振周波数の決定2019

    • Author(s)
      小林 諒也、廣川 楽、小林 泰秀
    • Organizer
      日本機械学会北陸信越支部第57期総会・講演会講演論文集
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      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 定常発振制御に基づくループ管進行波型熱音響システムの臨界温度比推定における音源位置の効果2019

    • Author(s)
      馬場 一貴、小林 泰秀
    • Organizer
      日本機械学会北陸信越支部第57期総会・講演会講演論文集
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      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 定常発振制御を用いた周波数応答計測に基づく熱音響コアの振幅依存性と自励発振時圧力の推定2019

    • Author(s)
      廣本 太郎、小林 泰秀
    • Organizer
      日本音響学会2019年春季研究発表会
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      2018 Research-status Report
  • [Presentation] 電力フィードバック進行波型熱音響発電機における電力フィードバック部の非対称化が与える発振モードへの効果2019

    • Author(s)
      萩原 佑斗、小林 泰秀
    • Organizer
      日本音響学会2019年春季研究発表会
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      2018 Research-status Report
  • [Presentation] 周波数応答の出力振幅を目標値一定とするために入力振幅をフィードバック制御する定常発振制御系の安定性解析2018

    • Author(s)
      小林 泰秀
    • Organizer
      第61回自動制御連合講演会
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      2018 Research-status Report
  • [Presentation] 定常発振制御に基づく振幅依存性を考慮した周波数応答計測と熱音響自励発振時圧力の推定2018

    • Author(s)
      小林 泰秀、中田匠、廣本太郎
    • Organizer
      日本音響学会2018年秋季研究発表会
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      2018 Research-status Report
  • [Presentation] 定常発振制御に基づくループ管進行波型熱音響エンジンの臨界温度比推定2018

    • Author(s)
      馬場 一貴、小林 泰秀
    • Organizer
      日本音響学会2018年秋季研究発表会
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      2018 Research-status Report
  • [Presentation] 温度変動に対して熱音響システムの圧力振幅を一定とする負荷のフィードバック制御とエネルギー変換効率に与える効果2018

    • Author(s)
      井上 陽仁、小林 泰秀
    • Organizer
      日本音響学会2018年秋季研究発表会
    • Related Report
      2018 Research-status Report

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Published: 2018-04-23   Modified: 2022-01-27  

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