27 熱音響システムにおける管内圧力測定の低コスト化と定在波抑制制御 機械創造工学課程 11104889 新保尚敬 1. 研究背景 （ 指導教員：小林泰秀 准教授 ) 3. 熱音響システムを用いた実験 [ 実験目的 ] 実験装置が出力できる音波の圧力、周波数を計測するために、現在使 用している圧力センサを用いて実験を行う。 計測された値から今後用いる安価な圧力センサの選定条件を決める。 音波と熱が関わりあう現象を熱音 響現象という。 スタックに温度勾配を与えることで 自励発振し、音波が発生する。 この現象を利用すること工場の廃 熱から冷却を行うことができる。 図1 ループ管熱音響システム 管内の圧力分布を計測するために圧力センサを用いる。 一度の計測で管内の圧力変化を計測したいため、圧力センサ は複数個必要となる。 [ 実験内容 ] スタックに温度勾配をつけ音波を発生させる。 圧力センサが出力した信号をオシロスコープを用いて表示する。 この実験により音波の圧力、周波数が測定できる。 [ 実験結果 ] これまでの実験結果を以下に示す。 TC :329 K TH :477 K 温度勾配 TH/TC :1.45 圧力 :2.89 kPa 周波数 :118 Hz 問題点 現在使っている圧力センサは性能が良すぎるため 高価である。そのため複数個設置が困難である。 図5 実験結果 熱交換器の冷却器には278Kの水を循環させているが、 実験時には冷却器は329Kまで上昇している。 現在使っている圧力センサより 安価な圧力センサを選定する。 温度勾配が小さくなってしまい、圧力も小さく なってしまう 圧力センサの選定条件のうち、圧力の計測範囲を決めるためには 実験装置が出力できる最大の圧力を計測する必要がある。 圧力の大きさは温度勾配の大きさによって変動する。 現在使用している熱交換器の冷却器は性能が低いため 温度勾配が低くなってしまう。 ・温度勾配の値が小さいので冷却器の性能を上げて 温度勾配を値を大きくする。 ・圧力センサの選定条件を決める実験を行う。 [ 冷却器の加工 ] 熱交換器の冷却器には恒温水を循環させるためのパイプを冷却部に 巻きつけることで冷却を行っている。このパイプの巻数が1周半だったも のを2周半に変更して、冷却性能を上げる加工を行った。 TH 477 473 加工前 加工後 TC 329 302 温度勾配 1.45 1.57 冷却性能は向上し、温度勾 配は大きくなった。 図5 熱交換器の冷却器 [ 再実験 ] 加工した冷却器を使い、圧力センサの選定条件を決める再実験を行っ た。 2. 実験装置 自励発振がおきなかった。 [ 原因 ] ・管全体の気密は保てているか 熱交換器 加熱器 ・スタックの一部破損が影響しているのではないか スタック 冷却器 図3 スタック 図4 圧力センサ 図2 実験装置(ループ管) [ 解決策 ] ・管内に息を入れて、空気が漏れていないか 確かめる ・同じ値の新品のスタックに交換する 解決次第、圧力センサの選定条件を決める再実験を行う。 4. まとめ ○ ループ管(サニタリー管 2S) 材質 全長[mm] 2900 ステンレス製 内径[mm] 47.8 実験装置の熱交換器の冷却器の性能を上げる加工ができ、温度勾配 を1.45から1.57に上昇させることができた。 厚み[mm] 1.5 圧力センサの選定条件を決める実験を行ったが自励発振が起きな かった。原因を解決し、再実験を行う。 ○ スタック(ハニカムセラミクス) 全長[mm] 50 cpi値 600 直径[mm] 4.7 5. 今後の課題 ○ 圧力センサ(高感度圧力センサ「106B51」) メーカ名 PCB PIEZOTRONICS社 測定範囲 [kPa] 分解能 [kPa] 感度 [mv/kPa] 金額[円] 35 0.00034 152.0 320’000 1.圧力センサの選定条件を決める実験 2.圧力センサの選定、発注 3.圧力センサ取付け部の設計、加工
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