| 研究課題/領域番号 |
18H01375
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| 研究機関 | 関西大学 |
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研究代表者 |
杉本 信正 関西大学, システム理工学部, 教授 (20116049)
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| 研究分担者 |
清水 大 福井工業大学, 工学部, 教授 (40448048)
板野 智昭 関西大学, システム理工学部, 教授 (30335187)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | 熱音響 / 熱流の不安定化 / 臨界条件 / 自励振動 / 振動発電 / エネルギーハーベスティング |
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| 研究実績の概要 |
熱音響自励振動によるエネルギー・ハーベスティングの実験を直管とループ管路を用いて継続した．昨年度は適切なリニア発電機が入手できなかっため，リニアモータを逆に駆動させ
振動発電を試みた．電圧は20V近く発生するものの出力は1W程度であった．そこで今回リニア発電機をリース契約で入手した．しかし，発電機の可動部の質量が大きいために，自励振動の振動数に近い共振系を構築するには強いばねが必要になり，またばねの減衰も大きくなり共振系のQ値が低い値に留まった．発電機は最適ではないものの，大気圧の空気を用いた直管では出力は2,3W程度，ループ管路では5W程度の電力を得た．気圧を高くすると出力は比例して大きくなると期待される．
エネルギーを取り出すもう一つの方法としてウエルズ・タービンを用いた発電を試みた．タービン翼をアクリルで製作したため，高温の気体が触れると変形する恐れから，上記のリニア発電機をリニアモータとして使用しベローズをを介して直管内に気柱振動を発生させ，発電機が回転することを確認した．熱音響自励振動を用いる実験は行っていない．
２つのエネルギー・ハーベスティングの方法を試した結果，リニア発電機による方法は自励振動の振動数に共振系の振動数をマッチングさせることが微妙で難しいことが判明した．これに対し，タービンによる発電ではこの制約はないため，有利であることが分かった．
上記のエネルギー利用とは別に，自励振動が発生する臨界条件を昨年度に発表した理論結果と比較検討したところ，臨界温度比や不安定化の増幅率が理論と一致しないことが明らかになった．この結果はドイツで開催された国際音響学会議(ICA)で発表した．不一致の原因の一つが使用した高圧用センサーの感度による可能性が考えられるので，微小圧力測定用のマイクロフォンを購入し，臨界温度比と増幅率を計測する実験を再度実施した．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
熱音響自励振動を利用してリニア発電機による発電と，ウエルズタービンにより発電機を回転させ発電を行う２つの方法を試み，共に発電できることを確認した．大気を用いた管路内の振動では，出力は現時点では小さいけれども，封入する気体の圧力を高くすることにより振動振幅を大きくすることができる．その際高圧化による技術的な問題が発生するが克服は可能である．
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| 今後の研究の推進方策 |
リニア発電機を用いた場合の振動系の応答について解析を行い，最適なリニア発電機と共振系の設計方針を明らかにする．
ウエルズタービンを用いた発電では，早急に実際の熱音響自励振動を用いた実験を行う．
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