JP7257472B2 - 設計支援システム、設計支援方法及び設計支援プログラム - Google Patents
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Description
図1に示すように、本実施形態では、設計支援システム20を用いる。
図2は、設計支援システム20等として機能する情報処理装置H10のハードウェア構成例である。
図1に示す設計支援システム20は、燃料電池の設計を支援するためのコンピュータシステムである。この設計支援システム20は、制御部21、設計情報記憶部22、3次元情報記憶部23を備えている。
流路平面図生成部213は、流路ネットワークのスケッチに基づいて、流路形状を2次元の多角形として表現した流路平面図を生成する処理を実行する。
発電特性計算部215は、上述した非特許文献1と同様に、発電特性を計算する処理を実行する。
ノード識別子データ領域には、各ノードを特定するための識別子に関するデータが記録される。
座標データ領域には、このノードの位置に関するデータが記録される。なお、ノードの位置(座標)は数値ではなく、ノードが配置される領域の長さを変数として定義することも可能である。例えば、各ノードの座標を算出するために、MEA幅と拡散部幅を変数とする関数を記録してもよい。
リンクデータ領域には、リンクされている2つのノードのノード識別子、リンクの太さ(流路幅に相当)、リンクの厚み(流路深さに相当)に関するデータが記録される。
次に、図3を用いて、設計支援処理を説明する。
まず、設計支援システム20の制御部21は、流路ネットワークのスケッチ支援処理(ステップS101)を実行する。具体的には、制御部21のスケッチ部211は、表示装置H13に設計入力画面を出力する。
流路ネットワーク属性欄540では、選択したノードのXY座標やリンクの流路幅や流路深さを設定するための領域である。
例えば、図7に示すように、MEA幅610と拡散部幅611の長さを表す2つの変数MEA_widthとdiff_widthを定義し、ノード612やノード613のX座標をこれらの変数の関数として与えることができる。これにより、これらの変数の値を変えることで、MEA幅と拡散部幅の異なる流路ネットワーク614を得ることができる。その他、流路ネットワークの部分形状の繰り返し数やレイヤの厚みなど各種属性を、ユーザが定義した変数の関数として与えることができるものとする。
そして、操作ボタン欄560においていずれかのボタンの押下を検知した場合、スケッチ部211は、設計入力画面において入力された設計値データ、スケッチデータを設計情報記憶部22に記録する。
等価直径は、例えば、(数2)に示すように、流路の断面積S、濡れぶち長さLから近似的に求めるものとする。
そして、流体特性計算部212は、表示装置H13に計算結果画面を出力する。
図8に示すように、計算結果画面において、流路ネットワーク620を表示させるようにしてもよい。この流路ネットワーク620では、圧力分布に応じて表示色を変更して表示する。また、流路ネットワーク620において、任意の切断線A-A’が指定された場合、この切断線と交差する各リンクの流量をグラフ621に表示してもよい。
なお、プレス加工の特性を忠実に再現するために、3次元形状の角を指定した曲率半径を持つように丸めてもよい。ただし、一般的に曲面を持つ3次元CADデータでは、後述するメッシュ生成の難易度が上がるため、本実施形態では角はあえて丸めないものとする。
この場合、図14に示すように、高分子形燃料電池のセル全体の3次元形状810を生成する。なお、図14では、3次元形状810ではZ軸方向に積層した各レイヤを、Z軸方向にばらして表示している。また、図15は、3次元形状810を、セルの中心をYZ平面で切断した際の断面拡大図810bである。
図16に示すように、本実施形態では、流路ネットワークのリンクの法線ベクトルを用いることで、流路の流れ方向に対して垂直な線で流路900を分割する。
(1)本実施形態では、設計支援システム20の制御部21は、流路ネットワークのスケッチ支援処理(ステップS101)を実行する。これにより、流路を点と線で表現した流路ネットワークにより、流路及び隣接する部品(プレス加工のための金型を含む)について、2次元図面及び3次元CADデータを自動で生成することができる。従って、2次元図面及び3次元CADデータの作成に要していた時間を大幅に短縮できる。例えば、従来の方法では、数週間かかる複雑な3次元CAD作業を1日程度で作成することができる。また、3次元CADソフトウェアの操作は複雑で時間がかかるため、開発現場では設計者とCADオペレータに担当者を分けている場合が多いが、本実施形態では、簡易なスケッチの操作で済むため設計者で作業を完結することが容易となる。また、2次元図面は、流路切削やプレス金型作成などの外注に用いることができる。
・上記実施形態では、設計入力画面において、加工方法に応じたボス押し角度等を設定する。これに代えて、加工方法の指定に応じて、設計支援システム20の制御部21が、形状を決定するようにしてもよい。この場合、設計支援システム20に、2次元形状を3次元化するための3次元化情報が記録された立体化情報記憶部を設ける。ここで、記録された3次元化情報には、製造方法識別子及び生成モデルに関するデータが含まれる。製造方法識別子データ領域には、流路を製造する場合の製造方法を特定するための識別子が記録される。製造方法としては、例えば、金型を用いたプレス加工、カーボンの切削加工等を用いることができる。生成モデルデータ領域には、入力された2次元形状を、3次元形状に変換するためのモデルが記録される。
Claims (11)
- 入力部に接続された制御部を備えた設計支援システムであって、
前記制御部が、
前記入力部から、ノードとリンクとにより構成されたスケッチにより、流路形状を模擬した流路ネットワークを取得し、
前記流路ネットワークのリンクの流路幅及び流路深さ、加工法により決まる加工変数に応じて流路の等価直径を決定し、流量と圧力差の関係を与える圧力損失式を適用して前記流路ネットワークにおける各ノード間の圧力差に対する流量の関係式を解くことにより、前記流路ネットワークにおける流体特性情報を算出して出力することを特徴とする設計支援システム。 - 前記制御部が、前記流体特性情報として、前記流路ネットワークにおける各ノードの圧力を算出することを特徴とする請求項1に記載の設計支援システム。
- 前記制御部が、前記流体特性情報として、前記流路ネットワークにおける各リンクの流量を算出することを特徴とする請求項1又は2に記載の設計支援システム。
- 前記制御部が、前記加工法として、プレス加工を特定した場合、前記取得した流路ネットワークに対して、薄板のプレス加工の凹凸によって、前記流路ネットワークに対応して形成される第2の流路ネットワークの流体特性情報を算出することを特徴とする請求項1~3の何れか一項に記載の設計支援システム。
- 前記制御部が、
前記流路ネットワークの寸法を定義する変数の変数値を取得し、
前記変数値に応じて、前記流路ネットワークの寸法を算出することを特徴とする請求項1~4の何れか一項に記載の設計支援システム。 - 前記制御部が、
前記流路ネットワークの流路幅及び流路深さを用いて、3次元化した3次元流路の設計データを生成し、
先行して生成した流路形状の3次元流路の設計データに応じて、隣接する後続の流路形状の3次元流路の設計データを生成することを特徴とする請求項1~5の何れか一項に記載の設計支援システム。 - 前記制御部が、前記流路ネットワークの配置に基づいて、前記3次元流路のメッシュを生成することを特徴とする請求項6に記載の設計支援システム。
- 前記制御部が、前記3次元流路に流体を流した場合に、前記流体による現象の状態分布を予測して出力することを特徴とする請求項6又は7に記載の設計支援システム。
- 前記制御部が、前記予測した状態分布に応じて、前記流路ネットワークの寸法を調整することを特徴とする請求項8に記載の設計支援システム。
- 入力部に接続された制御部を備えた設計支援システムを用いて、設計支援を行なう方法であって、
前記制御部が、
前記入力部から、ノードとリンクとにより構成されたスケッチにより、流路形状を模擬した流路ネットワークを取得し、
前記流路ネットワークのリンクの流路幅及び流路深さ、加工法により決まる加工変数に応じて流路の等価直径を決定し、流量と圧力差の関係を与える圧力損失式を適用して前記流路ネットワークにおける各ノード間の圧力差に対する流量の関係式を解くことにより、前記流路ネットワークにおける流体特性情報を算出して出力することを特徴とする設計支援方法。 - 入力部に接続された制御部を備えた設計支援システムを用いて、設計支援を行なうプログラムであって、
前記制御部を、
前記入力部から、ノードとリンクとにより構成されたスケッチにより、流路形状を模擬した流路ネットワークを取得し、
前記流路ネットワークのリンクの流路幅及び流路深さ、加工法により決まる加工変数に応じて流路の等価直径を決定し、流量と圧力差の関係を与える圧力損失式を適用して前記流路ネットワークにおける各ノード間の圧力差に対する流量の関係式を解くことにより、前記流路ネットワークにおける流体特性情報を算出して出力する手段として機能させることを特徴とする設計支援プログラム。
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高山務 外5名,固体高分子形燃料電池シミュレータ「P-Stack4.0」フルスタック性能解析を実現する専用ソフトウェ,クリーンエネルギー,日本工業出版株式会社,2017年01月10日,第26巻,第1号,pp.1-8 |
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