【研究分野】機械力学・制御

【研究領域課題番号】12F02361 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

軸受 / フォイル軸受 / スラスト軸受 / 動特性 / 静特性 / 設計 / シミュレーション / 省エネルギー / 軸 / 無潤滑 / 振動 / 弁 / フォイル / スラスト / 動設計

【研究成果の概要】

省エネルギー化をかなえるポテンシャルを有する動圧型気体フォイル軸受は、ターボ機械の小型化とオイルフリー（無潤滑油化）技術を実現するための鍵を握る要素である。近年、ラジアル軸受については、研究が盛んに行われ、動圧型気体フォイル軸受の設計と開発を支援できる性能予測ツールがフェン・金子によって提案されているが、スラスト軸受については検討されておらず、信頼できる設計ツールは提案されていない。そこで、本研究では、金子研究室から提案しているラジアルフォイル軸受の性能予測のための数値解析手法を発展させて、スラストフォイル軸受の設計と開発を支援できる性能予測ツールを構築することを目的として研究を行った。
その結果、申請者らの研究室で開発が進められてきた構造（フォイル）と流体（空気）および熱を連成させた数学モデルを基に基本的なダイナミクスを把握するとともに、最適なフォイル形状設計を提案することに成功した。さらに、フォイル部材の精密塑性加工を実現するために薄板の塑性加工で用いられるシミュレーションによる解析技術を用いたフォイルの加工法と設計法を組み合わせることによって、フォイルの加工装置とシームレスにつながったフォイルベアリング生産手法を確立するための手法の提案を行い、成果を纏めて国内外の雑誌論文や講演論文として発表した。

【研究種目】特別研究員奨励費

【研究期間】2012-04-01 - 2015-03-31

【配分額】2,400千円 (直接経費: 2,400千円)

【研究分野】建築環境・設備

【研究領域課題番号】10450212 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

蓄熱式空調システム / 設計ツール / 評価手法 / シミュレーション / 大温度差蓄熱 / 躯体蓄熱 / 潜熱蓄熱式床暖房 / 省エネルギー / 経済性 / エネルギーシミュレーション / 動特性 / 水蓄熱槽 / 潜熱蓄熱

【研究成果の概要】

本研究は,蓄熱式空調システムの設計指針および最適運転手法の確立を目的として,各種蓄熱式空調システムの実測調査とその解析・評価を行うとともに、信頼性の高いエネルギーシミュレーションおよび蓄熱式空調システム設計支援ツール開発のための基礎研究を行うものである。得られた研究成果は以下の通りである。
1.大温度差水蓄熱式空調システムを採用した事務所ビルにおける夏季実測により、地下二重スラブを利用した連通管方式の水蓄熱槽において、利用温度差10℃での蓄熱空調運転が計画通り行われ、水蓄熱槽のコンパクト化が可能であることを明らかにした。また、当初懸念した除湿能力にも問題は生じていない。
2.天井プレナム内空調ユニットからの温冷風を夜間に床スラブ下側に吹きつけて蓄熱する躯体蓄熱システムを採用したRC造実験棟において、夏季の躯体蓄熱(5時間蓄熱)により、昼間のピーク負荷は15%、電気料金は14%低減できた。また、中間季のプレナム内夜間外気導入による省エネルギー効果を定量化した。
3.潜熱蓄熱式床暖房システムを導入した老人保健施設での実測調査により、本方式の温熱環境的な利点と運転管理上の課題について明らかにした。また、シミュレーションにより、運転指針(通電時間及び制御用設定温度)を提案した。さらに強制対流暖房システムとの比較により、本システムのランニングコスト削減効果を確認した。
4.温度成層型水蓄熱、潜熱蓄熱式水蓄熱、氷蓄熱のシミュレーションモデルを作成し、エネルギー消費量や経済性を比較評価した。また、設計支援ツールへの組み込みを前提として汎用性を高めた水蓄熱システムおよび躯体蓄熱システムの評価プログラムを用い、システムの設計段階において、どのような要素が蓄熱システムの選択に影響するのかを明らかにした。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】1998 - 1999

【配分額】5,100千円 (直接経費: 5,100千円)

【研究分野】機械力学・制御

【研究領域課題番号】05650245 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

吸収式冷凍機 / 制御工学 / 動特性 / 熱交換器 / シミュレーション / 温度制御 / 燃料電池 / 容量制御

【研究成果の概要】

脱フロンをはじめとする地球環境保護の視点から、吸収式冷凍機の高性能化がますます大きな課題となってきている.本研究は,これから実用化が期待されている燃料電池の排熱を熱源とする,呼吸式冷凍機の動特性を解明することを目的として展開中のものである.この研究期間において,従来ほとんど研究が行われていない吸収式冷凍機の動特性を,筆者が今までに進めてきた熱交換器の動特性に関する研究成果をベースに動特性モデルを提案し,さらに実験的な検証を行うべく研究を展開した.
吸収式冷凍機は,蒸発器,吸収器,再生器,凝縮器および溶液熱交換器が接続された一つの熱システムとしてみることができる.そこで,まず個々の要素の動特性を明らかにし,次にそれらが接続したシステムとしての動特性を明らかにすることについて,検討を進めた.そして,具体的には,単効用および2重効用吸収式冷凍機を対象に各構成要素の動特性を計算し,おくれが無視できる程度の要素についてはその動特性を簡略モデルを用いるか無視し、おくれの大きな要素についてはその動特性を詳細に考慮することによって吸収式冷凍機の動特性モデルを提案することができた.さらに,単効用および2重効用吸収式冷凍機の動特性実験の結果と比較することによって、本研究で得た動特性モデルの妥当性を確認することができた.以上の研究の結果、吸収式冷凍機の動特性を解明し、さらにこの結果をもとに吸収式冷凍機の起動特性等に関する有益な知見を得ることができた。

【研究種目】一般研究(C)

【研究期間】1993 - 1995

【配分額】2,200千円 (直接経費: 2,200千円)

【研究分野】海洋工学

【研究領域課題番号】05452311 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

システム同定 / 海中ロボット / ニューラルネット / 海中航走体 / 適応制御 / 無索無人潜水機 / 学習 / ニューラルネットワーク / 動特性 / シミュレーション / 運動体 / 潜水機

【研究成果の概要】

海洋構造物や船舶、あるいは潜水船などの海中ビ-クルの運動を考えるとき、低速域での非線形性や相互干渉やダイナミクスの変化など、古典的な運動理論では極めて取扱いにくい状況がある。学習機能を持つシステムであるニューラルネットワークは、不特定多数の入力に対して、ある出力を表すモデルを表現することができる。本研究ではコントローラをニューラルネットワークで構成し、同定モデルも同じくニューラルネットワークで構成して、その出力を利用してコントローラを適応的に調整しようとするものである。
本年度の研究では、海中ロボットのコンピュータの並列処理機能を利用して、実ロボットを制御する実世界と、ロボットの動特性すなわちニューラルネットで同定された同定モデルを制御する仮想世界とを分離し、仮想世界では、数値シミュレーションにより仮想訓練を繰り返してコントローラを調整させ、ある程度調整が進んだ状況で実世界のコントローラを置き換えるシステムを構築した。この目的の為には、シミュレーションが仮想世界で閉じた形でおこなわれなくてはならない。そこで、差分型の3層のニューラルネットワークの降段に2層の積分層を設け、その出力を入力にもどす、という新しい同定モデルを構築し、その有用性を示した。これを海中ロボットのテストベッド「Twin-Burger」の回頭運動に適用して良好な結果を得た。そこに於いては、同定ネットワークの入力を回頭角速度と制御入力とし、制御出力は、左右のスラスタにより発生する回転モーメントとした。
実ロボットを使った実験において、構築したシステムは良好なコントローラを実時間で作り出すことに成功しており、提案したシステムの有用性を示した。

【研究種目】一般研究(B)

【研究期間】1993 - 1994

【配分額】7,000千円 (直接経費: 7,000千円)