研究課題/領域番号 |
20K04339
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研究種目 |
基盤研究(C)
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配分区分 | 基金 |
応募区分 | 一般 |
審査区分 |
小区分19020:熱工学関連
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研究機関 | 北九州工業高等専門学校 |
研究代表者 |
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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研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2022年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2021年度: 260千円 (直接経費: 200千円、間接経費: 60千円)
2020年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
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キーワード | 熱・音波エネルギー変換 / 蒸気発生 / 音波発生 / 蓄熱器 / 熱交換器 / 熱音響現象 / 廃熱回収 |
研究開始時の研究の概要 |
本研究では,現在深刻となっているエネルギー問題を解決するために,エネルギー変換効率が非常に高い熱・音波エネルギー変換技術を提案する.この技術は廃熱を発電や冷却に利用し易い音波に変換する技術であり,このシステムが実用化されれば,現在,未利用廃熱として地球上に捨てられている莫大な量の低温廃熱を有効利用することができる.このエネルギー回収率を飛躍的に上げるためには,現状よりもさらに低温度の廃熱の有効利用が求められる.蒸気による気液相変化を利用することで大幅な低温度化が実現できる可能性があるため,蒸気を使用した熱・音波エネルギー変換技術により,超低温度の100℃以下の廃熱回収システムを提案する.
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研究実績の概要 |
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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現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
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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今後の研究の推進方策 |
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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