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2018年6月19日 (火)

3465 目からうろこ 

イギリスで発明された、新エンジンに注目しました。これは、従来の内燃機関では、クランク軸からギヤやチェンを介して吸排気弁を駆動するカムシャフトを動かしていたものを、サーボモーターで適正なタイミングで直接駆動するという考え方のメカニズムです(IVAエンジンと呼ばれます)。燃料の供給に関しては、既に電子制御化され、燃費の低減に大いに寄与しましたが、吸排気のタイミングも負荷や回転数に応じて制御できれば、更に2-3割の燃費低減も視野に入ってくるでしょう。この例の様に内燃機関は、過去の「枯れた技術」だと考えられていて、既に多くのメーカーはEVにシフトしている中、古い技術だという思い込みが強すぎた、と元技術屋としては反省しきりです。

「目からうろこ」で連想した事に、乱流害悪論があります。航空機の世界では、翼面の乱流は揚力を消し去る害悪であり、失速の原因となるので忌避されてきました。確かに、翼型における揚力は、翼面の上下に流れる層流の速度差によって生ずるものであり、結果としての上下の圧力差によって機体の高度を維持させる揚力が発生するのです。

しかし、流体力学の世界では、これは正しい常識のですが、一方で熱力学の世界を振り返れば、これは非常識になってしまうのです。熱力学における多くの理論式は、理想的な乱流状態を前提に作られています。これが、もし層流の流体を扱う事になると、例えば熱交換器は殆ど役に立たないシロモノとなるかも知れません。エアコンの室外機を考えた場合、熱交換器のフィンを通過する空気流が層流である場合、高い温度になっているフィン表面から熱が殆ど放散出来ないのです。層流では、フィンの表面から空気の激しく流れる場所まで、空気流が層状になっているため、温度の分布も同じように層状になってしまう結果、相間の熱交換が上手行かないからです。

一方乱流に保てれば、フィン表面の高温は上手く空気に取り込まれて持ち去られるでしょう。つまり、熱交換器のキモは乱流を如何に上手く起こさせるかにある訳です。もし、この考え方を全ての熱交換に適用できれば、多くの熱を扱う機器、暖房機や冷房機や風呂や温水器や加熱器などなどの熱効率は、たぶん2-3割は向上すると見ています。人間の目は、幾重にも「ウロコ」で覆われてしまっている様です。特に、投稿者の様に技術者としてもバックグラウンドがあると、特に頭が凝り固まっている傾向がある様です。反省・・・。

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