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27 共鳴管付ループ管型熱音響冷凍機の製作と ナイキストの安定判別に基づく発振条件の解析
27 共鳴管付ループ管型熱音響冷凍機の製作と ナイキストの安定判別に基づく発振条件の解析 学籍番号 ： 氏名 ： 中田 匠 指導教員 : 小林泰秀 准教授 1.研究背景 2.研究目的 研究室の現状 ・ナイキストの安定判別に基づく解析手法を開発 ・冷却能力をもったループ管熱音響冷凍機の開発を行いたい ・熱音響現象とは 熱と音波の相互変換のこと。 Fig.1 スタック G K Fig.5 共鳴管付き熱音響冷凍機 スタック (冷却部) 共鳴管 (熱入力部) スタックに温度比TH/TC 管内の気体が自励発振 メリット ・これまで捨てられていた工場排熱を有効利用 ・可動部がなくメンテナンスフリー Fig.4 解析手法の概要図 ・ループ管型熱音響冷凍機に、共鳴管を取付 自励発振するか解析 ・冷凍機を構成 冷却能力を評価 目的 Fig.2 ループ管型熱音響エンジン Fig.3 定在波型熱音響エンジン 音波 スタック TC TH 1. ループ管熱音響エンジンを製作 2. 共鳴管を取り付ける 3.これまでに開発した解析手法をこの装置に応用 4.冷却部を追加することで、冷凍機を構成 シンプルな管 3.コアの改良 既存のコアの問題点 ・管が厚く、熱がTC側に逃げている ・セメントの劣化 アプローチ ・管の厚みを1mmから0.2mmに ・カードリッジヒーターを使用 冷凍機製作の第1段階として コアの改良に着手 目的：コアの効率向上 Fig.8 改良型のコア Fig.9 改良後の組み立て図 Fig.6 既存のコア セメント Fig.7 既存のフィン部品 コアとは 熱交換器（フィン）と スタックの組み合わせ コアの周波数応答実験 G A2 B1 B2 A1 Fig.11 入出力の関係 センサ スピーカ2 スピーカ1 600 700 コア TH TC Fig.10 実験装置 G コア部をシステムGとおく 4.結果 位相[deg] ,ゲイン[dB] (a) 改良前 (b) 改良後 周波数[Hz] 音響パワー増幅率[dB] 6dB 6dB -10 -10 -20 -20 位相[deg] ,ゲイン[dB] 90 90 -90 -90 理想的には300degで、 Fig.12 周波数応答実験結果 長いヒーターを使用して再実験 Fig.13 増幅率計算結果 期待した結果は得られなかった 原因：ヒーターの長さが短かく、加熱にムラがあったため 5.今後の予定 ・改良型コアを使用したループ管熱音響冷凍機を設計 冷凍機の製作と冷却能力の評価 ・定在波型熱音響エンジンの出力側の管の長さを変えて周波数応答実験 ナイキストの安定判別に基づく解析手法を適用 ナイキスト軌跡が原点を囲む際の距離が長いほど、発振時の圧力振幅が大きいことを実験的に示す
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