2021 Fiscal Year Research-status Report
Suggestion of the new visualization method of the plate-type heat exchanger and Elucidation of the ammonia boiling phenomenon of use the method
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20K05403
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| Research Institution | Saga University |
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Principal Investigator |
有馬 博史 佐賀大学, 海洋エネルギー研究所, 准教授 (90346875)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小山 幸平 東京工業高等専門学校, 機械工学科, 准教授 (40597845)
荒巻 森一朗 西日本工業大学, 工学部, 教授 (50274535)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | プレート式熱交換器 / 可視化 / 沸騰様相 / 沸騰熱伝達率 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究はオーガニックランキンサイクル (ORC) を用いた小温度差発電用のプレート式蒸発器における熱効率をさらに向上させることを主たる研究目的とし、核沸騰様相の詳細な解析を行うために最適かつ可視化可能な測定方法を新た考案し、作動流体の沸騰現象について解析すること、さらに直接的可視化で観察される沸騰様相は、非常に複雑な挙動を示すため、その画像解析に対してAI（機械学習）を導入し、気液領域を高速で判別可能な新規画像解析法の確立を目指したものである。
2021年度は、2020年度に引き続き直接式可視化用テストセクションを用いた実験を、FC-72を作動流体として行った。また、実験装置の作動流体の配管系をFC-72用の低圧対応からアンモニアの高圧対応に置き換える工事を行った。
実験では、テストセクションに、作動流体系と温水系の配管を接続して実験装置を構成した。テストセクションには作動流体としてFC-72、熱源として温水を流すことで熱交換を行い、FC-72を強制対流沸騰させる。この状態を可視化窓から高速度カメラで観察した。2020年度との相違点として、プレートの種類をチタンからアルミのプレートに置き換えた実験を行った。またプレート式熱交換器のプレート枚数を2枚から4枚に増加させた。これは、任意の伝熱量を与えるために温水流量を増やすための対策として行ったものである。
一方、2021年度計画として予定していた可視化画像のAIを用いた解析用プログラムの開発については、時間の制約から進めることが出来なかった。2022年度は引き続き精度の向上とプログラムの最適化を目標とする。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
今年度は、研究計画を概ね実行することができた。まず、「研究実績の概要」に前述したように、2021年度予定の可視化実験行い、複数の条件によるFC-72の沸騰様相について観察を行った。また、2022年度の研究に向けて作動流体としてアンモニアを使用するための配管の変更も同時進行して行った。しかし、AIを用いた解析用プログラムの開発が進んでおらず、「やや遅れている」と判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
2022年度は、直接式可視化用テストセクションを用いたアンモニア可視化実験を行い、2021年度に引き続き沸騰様相の観察および熱伝達率分布の測定を実施する。また、間接式可視化用テストセクションの設計、製作、試運転も同時並行して行う。
また、機械学習を導入した気泡解析プログラムの精度の向上を目指したプログラムの改良を引き続き行う。
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| Causes of Carryover |
2022年度に製作予定である間接式可視化用テストセクション製作の予算として保留した。
使用計画:
間接式可視化用テストセクション製作費の一部として使用する。
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