2014 Fiscal Year Research-status Report
共振駆動による進行波を利用した燃料電池用改質水ポンプの開発
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26420121
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| Research Institution | The University of Shiga Prefecture |
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Principal Investigator |
南川 久人 滋賀県立大学, 工学部, 教授 (60190691)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
安田 孝宏 滋賀県立大学, 工学部, 准教授 (60347432)
松村 雄一 岐阜大学, 工学部, 教授 (20315922)
堀井 宏祐 山梨大学, 総合研究部, 助教 (00447715)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 進行波ポンプ / 流体－構造連成解析 / 強制振動系 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
まず，「共振駆動による進行波ポンプ，進行波搬送装置」の原理に基づいた改質水ポンプの設計を行った。研究分担者の一人である松村は，これまで当該原理を用いた送風機を開発してきた。しかし，これまでとは流体も揚程も異なるので，設計ノウハウが存在しない。そこで，設計情報を得るために流体－構造連成解析によるポンプ内流動解析を行う必要がある。ただし，市販の流体－構造連成解析ソフトウェアは不完全であり，適用は難しい。このため，個別要素法による流体－構造連成解析の専門家であり，研究分担者の一人である山梨大学の堀井が，ポンプのシミュレーションを行った。
シミュレーション結果と，これまでの松村が持つノウハウと，研究代表者・南川および研究分担者の一人･安田が持つ流体工学のノウハウを結集して，この原理をポンプとして利用するための設計を行った。そして，この設計に基づいた実験装置の試作も行った。しかし，試作実験装置における実験結果等より，水を駆動流体とした場合，平板に共振を起こさせることが非常に難しいこと，共振駆動では必要な揚程を得ることが非常に困難であることが判明してきた。
そこで，駆動方式を共振にこだわらず，アクチュエータによる強制振動系で共振駆動と同等の進行波の動きを実現し，必要な揚程を得ることのほうが，より実現の可能性が高いと考え，次年度からの研究においては，強制振動系でポンプを開発することとした。
ポンプ性能試験の実験装置の製作も行った。キロ・ヘルツオーダーの応答性を持つ微小流量用の超音波微小流量計が必要となるが，これは，本予算で購入した。吐出圧力の変動も測定する必要がある。これには，既存の圧力センサーを使用している。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
初年度の目標であったポンプの設計は実現し、それに加えて試作１号機も製作できた。以上は非常に順調であるが、ポンプ駆動方式の欠点も見出されて駆動方針を変更することとなったので、計画以上に進展しているとは言えない状況である。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度はまず，ポンピング時の液体挙動，液体からの反力による構造側挙動などを可視化し，その輸送メカニズムを解明するための試作ポンプの内部流れの可視化を行うための実験手法を整備する。高速度ビデオシステムを購入し，既存のレーザー・シート光源で可視化し，既存のＰＩＶソフトウェアを用いた計測の準備を行う。可視化には誘起蛍光を発する特殊な可視化粒子も用いる。可視化実験で得られた結果は，流体－構造連成解析のパラメータ設定と精度検証に用いるだけでなく，解析だけでは不明確な輸送メカニズムの解明にも利用する。
また，前年度の設計に基づき，研究分担者の一人・松村が中心となって岐阜大学で強制振動系駆動によるのポンプの製作を行う。
もう一つの重要なポイントは，ポンプ性能に関する実験データの取得である。実験は，滋賀県立大学において，研究代表者・南川の研究室で実施する。平板の材質と厚さ，および幅を変更しながら，測定を行っていく。被測定パラメータは，流量（時間平均流量と，変動値），吐出圧力（時間平均値と変動値），そしてポンプ内部流れの流動状況である。
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| Causes of Carryover |
端数の関係で、268円余剰した。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
（B-A)は268円と、ほぼ影響しないため、特に変更の予定なし。
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