バルブレスバルブの試作研究～液体の相転移・粘度変化を利用して～

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上下水道はもとより様々な工場やプラントからフルードパワーシステムなどまでの配管系には、数多のバルブが使用されている。バルブの主な機能は、流量、方向、圧力の制御といえる。それを実現させるためには、流路の開閉や断面積の変化が求められる。基本的には固体弁体の動作を要することになり、接触を伴う摺動部において微少ながらも必然的に摩耗が発生する。また、液体の場合は流路の縮流部において、しばしばキャビテーションが惹き起こされる。前者に基因する摩耗粉ならびに後者に起因する壊食粉は、流体に混入する。これらは、高精度装置内における液体純度低下、隙間部への噛み込み、ひいては生産・製造ラインにおける漏れや故障をはじめとするトラブルの重大要因となる。ひとつの対応としては、摺動する可動部品を設けず、特殊な液体を用いない方法が思いつく。そこで、固体の弁体を持たない、新たな着想によるバルブを開発することを目的として本研究をスタートさせた。研究内容のコアは、液体用制御弁を摺動部を設けずに実現することにある。本取組みでは、流路を局部的に冷却・加熱することにより、条件によっては止水までをも含めて、流れを制御するバルブの開発研究を３年間で目指す計画を立案した。第１年度は、供試バルブの設計・製作、温度制御下の流量計測などをはじめ、現象確認と予備実験を計画した。試験装置を製作するに当たり、冷熱プレートとその制御装置およびセンサ類、ならびに各種部品の選定と手配等を行うこととした。第２年度は、流速や圧力、液温や液種などをパラメータとした試行実験を重ね、課題や問題点を洗い出しつつ検証を深めるとともに、理論的な検討を進める計画を組んだ。最終年度となる第３年度は、実験結果と理論計算との比較を行いつつ実験と理論の両面からこの仮説を実証することを目標として、当該年度の後半には全体を通した考察を行い、本研究を総括する予定とした。