2022 Fiscal Year Research-status Report
超低温廃熱回収を可能とする気液相変化型の新しい熱・音波エネルギー変換手法の確立
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20K04339
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| Research Institution | Kitakyushu National College of Technology |
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Principal Investigator |
小清水 孝夫 北九州工業高等専門学校, 生産デザイン工学科, 准教授 (00390534)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 熱・音波エネルギー変換 / 蒸気発生 / 音波発生 / 蓄熱器 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
令和4年度は，前年度生じた蓄熱器の補助加熱による発振停止の問題を解消するため，蓄熱器の補助加熱をせずに蒸気発生のための入熱のみを行い，再度，入熱量（蒸気発生量）に対する音波発生の影響について調査をやり直した．結果として，蒸気発生量が多いほど，蓄熱器下端の温度が早く発振開始温度に到達することが明らかになった．なお，発振開始温度に対する蒸気発生量の影響はほとんどなく，今回条件として設定した100Wから150Wのどの入熱量の条件においても発振開始温度はほぼ同じ温度となった．また，発振後においては，蓄熱器両端の温度差および発振音波の音圧に対する蒸気発生量の影響はほとんどないことが明らかになった．
上記の実験と並行して，蓄熱器内の可視化についての研究も実施した．前年度，蓄熱器内の蒸気の挙動を観察する場合にその内部を物理的に観察することができないハニカムセラミックスからそれぞれの隙間の様子を確認することができる球状のもの（プラスチック球など）を積層したものに変更したが，上記の蒸気発生量の影響調査用の装置のサイズでは，発振に必要な蓄熱器の伝熱面積を確保できず発振に至らなかったため，今年度は蓄熱器の伝熱面積をより大きく取ることが可能な可視化に特化した実験装置を新たに製作した．蒸気の凝縮の様子などの撮影はできているが，より多くの場所での様子や鮮明な映像を得るために，現在，データ収集を進めているところである．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
蓄熱器の可視化に関する研究において，本年度，新たに可視化に特化した装置を製作する必要が生じたため，実験自体に遅れが生じた．初年度のコロナウイルス感染症対応のための遅れおよび蒸気発生量の実験における補助加熱による発振停止の問題に加え，上記の蓄熱器の可視化実験の問題により，研究全体にやや遅れが生じている状況である．
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度は，まず，前年度から継続して進めている蓄熱器内の可視化実験を継続して進める予定である．すでに撮影自体は成功しているため，蓄熱器内のどの部分での蒸発もしくは凝縮現象が本質的に重要なのかを明確にし，蒸気振動流の低温駆動に対するメカニズム解明のための手掛かりとするため，蓄熱器内の多くの場所での液滴の挙動を観察する．
蒸気発生量の実験においては，上述したように，発振開始温度に対する蒸気発生量の影響および発振音波の音圧に対する蒸気発生量の影響はほとんどなく，飽和温度に依存することがわかったため，装置内圧力を変化させる実験までは実施せず，低温駆動のメカニズムにより本質的に関係する可視化実験に多くの時間を費やす予定である．
また，可視化実験の際に，プラスチック球などの球状のものを積層した蓄熱器では発振に至らなかったため，現状では，通常のガスを作動流体とした場合と同様にハニカムセラミックスが蒸気を作動流体とした場合においても最も最適な蓄熱器となる可能性が高くなったが，再度，プラスチック球や金属球の他の直径のものでも発振に対する性能調査を実施する予定である．
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| Causes of Carryover |
今年度の主な支出は，可視化実験に特化した装置製作のための物品購入の費用であった．比較的，安価に装置を製作することができたため余剰分が発生しているが，可視化実験用の装置が比較的大型となったため，発振が停止する問題が発生している．また，蓄熱器内の多くの場所で撮影をすることを予定しているが，撮影機材への蒸気の付着や撮影機材と蓄熱器の接触の問題などにより，より精度のいい映像の撮影やより効率的に撮影を進めるための装置自体の改良が必要となってきた．この装置改良のための物品購入の費用として，この余剰分を使用することを計画している．
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