エネルギー変換工学

科目名
Course Title
授業コード 単位数 配当年次 開講期間
Term
科目分類 ナンバリング
コード
曜日
コマ
教室 担当教員氏名
Instructor
エネルギー変換工学
Energy Conversion
B200790001 2 4 前期授業 専門科目 BMMEE3B02-J1 水4 B4-東K-204 金田 昌之・他

オフィスアワー

大久保雅章:任意(メールで連絡のこと)
中嶋智也:任意(メールで連絡のこと)
金田昌之:任意(メールで連絡のこと)

授業目標

種々のエネルギー変換機器における変換プロセスおよびエネルギー伝達過程の基礎理論について理解する。燃料電池などの新しいエネルギーシステム、電気機器、エネルギー資源事情、環境問題も織り交ぜて講義することで、エネルギー変換機器の基礎原理ならびに工学上の役割について習得できる。

熱エネルギー変換では、エンジンサイクル(ガソリン、ディーゼル、サバテ)の原理と特徴を理解できる。その際に必要となる単位変換についても理解できる。さらに、熱交換器や燃料電池の原理を理解できる。

流体エネルギー変換では、幅広く自ら開発できる基礎を身につけることを目標に、力学的エネルギー変換機械の一例となる流体機械の羽根車を、その礎とするニュートン力学との関連を確認しながらその応用手順について理解する。
より具体的には、以下の能力を身につけることが達成目標である.
1.流体エネルギー変換では、力学的エネルギー変換においては力による作用が関与することを認知できること。
2.流体エネルギー変換では、回転機械である羽根車は、流体の角運動量変化による反作用が主要原理であることを理解できること。
3.流体エネルギー変換では、作用に係る原理の理解によって機械を形式へと分類すること。
4.流体エネルギー変換では、現象を考慮することで理論の有用性を増加させること。

電気エネルギー変換では、交流電気回路、交流機器へのエネルギー伝達、インピーダンス整合などの基本的解析手法が習得できる

教科書

指定しない.適宜資料を配布する

参考書

ターボ機械 (入門編),ターボ機械協会,出版社:日本工業出版; 新改訂版 (2005/10), ISBN-10: 481901711X,ISBN-13: 978-4819017114

エッセンス電気・電子回路 単行本 佐々木 浩一 (著), 富岡 智 (著)
出版社: 共立出版 ISBN-10: 4320086422 ISBN-13: 978-4320086425

関連科目

熱力学入門、伝熱工学、燃焼工学、熱力学B、流体力学IB、流体力学IIB

授業時間外の学習(準備学習等について)

熱エネルギー変換では、熱力学で習得した知識が前提となります。これまでの講義で習った内容や配付された資料を事前にチェックしておいてください。伝熱工学も含まれますが,受講生の履修状況に応じて指示します.

(中嶋智也)流体のエネルギー変換では、配付された資料を熟読し、既知、未知に関わらず用語やその意味を自ら文章で表現できない曖昧な用語については意味調べを行っておくことが重要です。特に、ニュートン力学を基にしている流体エネルギー変換では、ニュートンの三法則を起点にすべてを説明できます。高校時代の力学について十分に基礎から応用まできちんと自ら説明できるかを確認し、十分な説明ができない場合は、説明ができるように復習しながら学習を行って下さい。理解については、Wikipediaの力学の項目を足がかりに、ネット情報を効果的に利用する方法などが効率的です。その上で、高校や大学で使用した力学の教科書の記述を参考に、各自のノートに100字から200字程度にまとめる練習も行ってください。得た知識を放置風化させるのではなく、再理解、応用の空想、現実の機械の調査などを行うことなどにより、知識の定着を行ってください。

電気エネルギー変換では、高校物理で習得した直流および交流回路の知識が前提となります。これまでの習った内容や資料を事前にチェックしておいてください。

授業の概要

本授業は3人の教員によるオムニバス形式です。各担当回の最後に試験を実施する予定です。
(金田昌之/6回)熱エネルギー変換(各種内燃機関、熱交換器など)、燃料電池ならびに核エネルギー変換について講義します。
(中嶋智也/5回)教育支援システムに於いて,流体エネルギー変換(水力、空力機械の羽根車など)について自己啓発活動のの補助として練習課題も含む資料提供します。遠隔非同期、対面授業の選択を可能とします。対面授業では、配付資料に沿った説明と質疑を進めます。
(大久保雅章/5回)電気エネルギー変換(交流電気回路、交流機器、インピーダンス整合、電気-機械変換)について講義します。

授業計画

第1回 エネルギー変換の概要(金田昌之)
エネルギー形態とその変換デバイスについて理解できる。また、熱エネルギー変換に必須の知識について復習する。
準備学習等 配布資料をダウンロードし,予習しておくこと.
第2回 単位の変換,熱機関によるエネルギー変換(1)ガソリンエンジン(金田昌之)
海外と日本で異なる単位系を使用したり、国内では旧来の単位系とSI系が混在するという事例を理解し、単位変換ができるようになる。さらに、身近な熱エネルギー変換デバイスであるガソリンエンジンについてその原理を理解できる。ガソリンエンジンの問題点や近年のガソリンエンジンの技術発展についても理解できる。
準備学習等 配布資料をダウンロードし,予習しておくこと.
第3回 熱機関によるエネルギー変換(2)ディーゼルエンジン、ガスタービン(金田昌之)
ガソリンエンジンとの対比を交えながら、ディーゼルエンジンの動作原理や特徴を理解できる。特に、燃料・圧縮比・効率が異なる理由が理解できる。ここでも,近年のディーゼルエンジンの技術発展について説明する。その後、連続燃焼機関であるガスタービンの原理についても説明することで、その概要を理解できる。
準備学習等 配布資料をダウンロードし,予習しておくこと.
第4回 熱エネルギー変換(熱交換器)(金田昌之)
熱エネルギーを移動するためのデバイスとして熱交換器をとりあげる。その原理(並流・向流)と効率や伝熱面積について理解できる。
準備学習等 配布資料をダウンロードし,予習しておくこと.
第5回 核エネルギー変換,燃料電池の種類、概要(金田昌之)
核エネルギーから熱エネルギーへの変換について概要を理解できる。化学エネルギーから電気エネルギーの直接変換装置である燃料電池の原理を理解できる。
準備学習等 配布資料をダウンロードし,予習しておくこと.
第6回 試験(金田昌之) 準備学習等 第1回目から5回目までの内容の試験です.
第7回 流体エネルギー変換(1)流体機械の作動原理,特性(中嶋智
也)
 以降計4回にわたる授業の内容を含め、機械工学技術者に必要な流体機械の基礎の全貌の紹介。また、積極的に機械に接する機会を得ない学生に、自ら機械の存在を認知できるように、力学的エネルギー変換を担う流体機械の要素がどのようなところにあるのかを紹介する。また、ニュートン力学との関連や、流体工学の教育に用いられた水力学の、各人の習得状況を再認識してもらいます。
(目標)
社会人で必要とされる知識とこの授業で行う内容の位置づけが理解できる。また、ニュートン力学と機械工学の関係を再認識できる。
準備学習等 配付資料および関連事項を調査、予習しておくこと。
第8回 流体エネルギー変換(2)水力機械,ポンプとオイラーの式(中嶋智也)
 前回に引き続き、流体機械の説明を行う。その後、近世に開発された、流体機械の性能予測に有用なオイラーのポンプの式を紹介し、その式から得られる情報の代表である理論揚程について説明し、ニュートン力学を基に羽根車の基本特性が導出できることを説明する。
(目標)
既知の知識を利用することで、原理のわかっている機械の基本特性を自らの知識だけで予測できることを理解できる。
準備学習等 配付資料および関連事項を調査、予習しておくこと。
第9回 流体エネルギー変換(3)理論揚程と機械としての羽根車(中嶋智也)
 前回に引き続き、オイラーの式の各項や変形されたベルヌーイの式について説明する。各項と流体の現象との関連や、機械工学の視点から、それらと流体機械の形状との関連性について説明する。理論特性曲線の形状と実際の特性の比較を行う。
(目標)
提示された式を利用して、機械の原理やその効果、あるいは機械の形状までもが自らの知識だけで予測、決定でき、機械設計作業が成立することを理解できる。
準備学習等 配付資料および関連事項を調査、予習しておくこと。
第10回 流体エネルギー変換(4)羽根車と機械工学的現象(中嶋智也)
 前回に引き続き、具体的な羽根車の中で生じる現象について、ニュートン力学との関連を確認しながら、流体力学で習った知識を基にその効果を説明する。衝突損失、摩擦損失、すべり損失を理解することで、8回で求めた特性が、有効に修正され、機械工学の中でより有効性が増すことを説明する。また、総括として応用と実用に向けての観点と試験の評価基準を補足説明する。
(目標)
既知の知識を有効に利用することで、機械の基本特性をより現実的に自らの知識だけで予測できることを理解できる。これによって、機械工学の有用性の一端を理解できる。
準備学習等 配付資料および関連事項を調査、予習しておくこと。
第11回 試験(中嶋智也) 準備学習等 第7回目から10回目までの内容の試験です.
第12回 電気エネルギー変換: 交流電気回路、交流機器の基礎(1)電気機械系の複素表示、複素数表現(大久保雅章) 準備学習等 参考書および配布資料を予習しておくこと
第13回 交流電気回路、交流機器の基礎(2)LCR回路,共振回路1(大久保雅章) 準備学習等 参考書および配布資料を予習しておくこと
第14回 インピーダンス整合とエネルギー変換(1)電力の表示,共振回路2(大久保雅章) 準備学習等 参考書および配布資料を予習しておくこと
第15回 インピーダンス整合とエネルギー変換(2)整合(大久保雅章) 準備学習等 参考書および配布資料を予習しておくこと
第16回 試験(大久保雅章) 準備学習等 第12回目から15回目までの内容の試験です.

成績評価

種々のエネルギー機器のエネルギー変換原理についての理解の達成度で成績評価を行う.
C(合格)となるためには,講義で説明するエネルギー変換機器の基本的な変換原理について答えられることが必要である.
成績は授業中に実施する各担当教員の試験等で評価する.
(中嶋智也)流体エネルギー変換では、習得した知識とそれを活用し説明する技能について、試験(法人の指示あるときは代替手段)のみで評価する。