3Dプリンタとレーザー加工機を活用した教材用高出力スターリングエンジンの開発

利用3D打印机和激光加工机开发教材用大功率斯特林发动机

• 批准号: 25922006
• 负责人: 川合 政人
• 金额: $ 0.38万
• 依托单位: Hakodate National College of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Scientists
• 财政年份: 2013
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2013-04-01 至 2014-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-25922006/
• 关键词: スターリングエンジン; エネルギー教育

目的 : 本研究では、教材用小型スターリングエンジン(以下SEとする)と実用型SEの長所を最新の加工方法を駆使して両立した、教材用卓上高出力SEを開発した。本研究の独創性は、レーザー加工機と3Dプリンタを活用し、アクリル/ABS樹脂製気密クランク室を採用することで、実用型SEの長所(学生がSEを"エンジン"と認識できる数十ワット級の出力)と教材用小型SEの長所(卓上サイズ, 構造・機構が観察可能)を両立させることにある。これによって、非機械系学科の学生に対しても、本エンジンによる効果的なエネルギー教育を実施可能とすることを目的とした。実施内容 : エンジンの基本仕様を決定するため、①研究目的に最も適したエンジン形式と構造の検討、次いで②シュミット理論を用いた計算による主要寸法の決定を行った。本研究の申請時には、ピストンから出力軸までの、機構部分のみを可視化する予定であった。しかし、それでは研究目的に対して不十分であると考え、作〓ガスの流動部分までを含めた、全ての部分を可視化する構造とした。また、エンジンの作動原理が学生にとって理解しやすいことも重要であると考え、3種類あるSEの基本形式の中からγ形式を選択した。成果 : 上記の設計思想にもとづいてエンジンの設計・製作を行い、実際に動作することを確認した。シリンダは耐熱ガラス製とすることで、内部で往復運動を行うピストンが観察可能となっている。また、クランクケース正面は透明アクリル樹脂製板でカバーされており、ピストンの往復運動をクランク軸の回転運動に変換する機構をエンジンの運転中でも観察可能となっている。今後は本エンジンの性能測定を行い設計出力に到達していることを確認する。さらに、非機械系学科の学生実験に本エンジンを使用して、エネルギー教育教材としての有効性を検証する予定である。

Objective: To develop the newest processing method of practical SE for teaching materials with high output. The originality of this study is that the 3D processing machine can be used in the production of ABS resin, and the practical SE long station (students can understand the SE "") can be used in the production of small SE long station for teaching materials. The students of this subject are interested in the study of the subject matter and the possible implementation of the subject matter. The content of implementation: the determination of basic aspects of the study; the determination of main aspects of the study; the determination of optimal forms of the study; the determination of structural aspects; the determination of theoretical aspects of the study; and The application time of this study is determined by the visualization of the force axis and the mechanism part. The purpose of the study is to examine, to visualize and to evaluate the flow of information. Moreover, it is important for students to understand the operating principle of ENJIN. Among the three basic forms of ENJIN, one form is selected. Results: The design idea of the above mentioned project was confirmed in the process of design and production, and the actual operation was confirmed. It is possible to detect the heat resistance and internal reciprocating motion. The front surface of the glass is transparent and resin plate. The reciprocating motion of the glass shaft and the rotating mechanism of the glass shaft can be observed during operation. In the future, the performance of this project will be determined. The design output will be confirmed. For example, students in non-mechanical disciplines should use the teaching materials and evaluate the effectiveness of the teaching materials.