JP7257472B2 - Design support system, design support method and design support program - Google Patents

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Description

本発明は、流路を設計するための設計支援システム、設計支援方法及び設計支援プログラムに関する。 The present invention relates to a design support system, a design support method, and a design support program for designing flow paths.

構造体の設計のために3次元CAD(Computer-Aided Design)が利用されている。また、CAD情報の生成の効率化のための技術も検討されている(例えば、特許文献1を参照。)。特許文献1に記載された技術では、手書きの図面の間取りを認識するため、サーバは、受信した撮影データの調査用シートの縦線及び横線で区分されたマスを移動しながら画像認識処理を行なって、閉鎖された矩形を認識して間取りと判定する。そして、間取りとされた閉鎖された矩形内にある建具情報を読み取り、間取り種類を認識し、間取りに基づいてCAD情報を生成する。 Three-dimensional CAD (Computer-Aided Design) is used for structural design. Techniques for improving the efficiency of generating CAD information are also being studied (see Patent Document 1, for example). In the technique described in Patent Document 1, in order to recognize the floor plan of the handwritten drawing, the server performs image recognition processing while moving the squares divided by the vertical and horizontal lines on the survey sheet of the received imaging data. Then, a closed rectangle is recognized and determined as a floor plan. Then, the fitting information within the closed rectangle defined as the floor plan is read, the type of the floor plan is recognized, and CAD information is generated based on the floor plan.

また、流路の構造体の設計にも3次元CADが利用される。例えば、固体高分子形燃料電池は、水素ガスを流すアノード流路と空気を流すカソード流路、水素分子と酸素分子が電気化学反応する膜-電極接合体(MEA:Membrane Electrode Assembly)等から構成される。これらの構造体をシミュレーションにより性能を評価する技術も検討されている(例えば、特許文献2、非特許文献1を参照。)。特許文献2に記載された技術では、所定の流路形状を有する燃料電池について、流路形状と物理特性を関連付けて発電量を計算する。また、非特許文献1に記載された技術では、固体高分子形燃料電池の3次元CADを読み込み、様々な運転条件下における発電特性を計算する。 Three-dimensional CAD is also used for designing the structure of the channel. For example, a polymer electrolyte fuel cell consists of an anode channel for hydrogen gas flow, a cathode channel for air flow, a membrane electrode assembly (MEA) in which hydrogen molecules and oxygen molecules undergo an electrochemical reaction, etc. be done. Techniques for evaluating the performance of these structures through simulation are also under study (see, for example, Patent Document 2 and Non-Patent Document 1). In the technique described in Patent Document 2, for a fuel cell having a predetermined channel shape, the power generation amount is calculated by associating the channel shape with the physical characteristics. Also, in the technique described in Non-Patent Document 1, the three-dimensional CAD of the polymer electrolyte fuel cell is read and the power generation characteristics under various operating conditions are calculated.

特開2020-38582号公報JP 2020-38582 A 特開2005-347016号公報JP-A-2005-347016

みずほ情報総研、2017年、「みずほ情報総研技報,Vol.8,No.1/固体高分子形燃料電池シミュレータP-Stack 4.0:フルスタック性能解析を実現する専用ソフトウェアの紹介」、[online]、みずほ情報総研サイト、[令和2年10月5日検索]、インターネット<https://www.mizuho-ir.co.jp/publication/giho/pdf/008_03.pdf>Mizuho Information & Research Institute, 2017, "Mizuho Information & Research Institute Technical Report, Vol.8, No.1/Polymer Electrolyte Fuel Cell Simulator P-Stack 4.0: Introduction of Dedicated Software for Realizing Full Stack Performance Analysis", [online] , Mizuho Information & Research Institute site, [Searched on October 5, 2020], Internet <https://www.mizuho-ir.co.jp/publication/giho/pdf/008_03.pdf>

流路の良し悪しを評価するためには、流路形状について2次元の図面による構造ではなく、3次元構造を考慮する必要がある。ここで、2次元の図面の作成に比べ、3次元CADを用いた図面の作成は作業負荷が大きい。また、適切な流路を設計するためには、流路形状の変更と評価を繰り返す試行錯誤が必要となり、3次元CADを用いた図面の作成に多大な時間と人的コストがかかっている。 In order to evaluate whether the channel is good or bad, it is necessary to consider the three-dimensional structure of the channel shape, not the structure based on a two-dimensional drawing. Here, compared to creating a two-dimensional drawing, creating a drawing using a three-dimensional CAD has a greater workload. Moreover, in order to design an appropriate flow path, it is necessary to repeatedly change and evaluate the flow path shape by trial and error.

上記課題を解決する設計支援システムは、入力部に接続された制御部を備える。そして、前記制御部が、前記入力部から、流路を点と線で表現した流路ネットワークのスケッチを取得し、2次元の流路図面を生成し、前記流路形状の流路幅と流路深さを用いて、3次元化した3次元流路の設計データを生成する。 A design support system that solves the above problems includes a control unit connected to an input unit. Then, the control unit obtains from the input unit a sketch of a channel network that expresses the channel with points and lines, generates a two-dimensional channel drawing, and calculates the channel width and the flow rate of the channel shape. The channel depth is used to generate design data for a three-dimensional channel.

本発明によれば、適切な流路を効率的に設計することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, an appropriate flow path can be designed efficiently.

実施形態の設計支援システムの説明図。Explanatory drawing of the design support system of embodiment. 実施形態のハードウェア構成の説明図。Explanatory drawing of the hardware constitutions of embodiment. 実施形態の処理手順の説明図。Explanatory drawing of the processing procedure of embodiment. 実施形態の設計入力画面の説明図。Explanatory drawing of the design input screen of embodiment. 実施形態の流路ネットワークの説明図。Explanatory drawing of the channel network of embodiment. 実施形態の流路ネットワークの説明図。Explanatory drawing of the channel network of embodiment. 実施形態の流路ネットワークの可変部の説明図。Explanatory drawing of the variable part of the channel network of embodiment. 実施形態の流路ネットワークの流体特性の説明図。Explanatory drawing of the fluid characteristic of the channel network of embodiment. 実施形態の流路平面図の作成手順の説明図。Explanatory drawing of the preparation procedure of the flow-path top view of embodiment. 実施形態の流路平面図の説明図。Explanatory drawing of the flow-path top view of embodiment. 実施形態の流路平面図の説明図。Explanatory drawing of the flow-path top view of embodiment. 実施形態の流路の2次元図面の説明図。Explanatory drawing of the two-dimensional drawing of the flow path of embodiment. 実施形態の流路の3次元形状の説明図。Explanatory drawing of the three-dimensional shape of the flow path of embodiment. 実施形態の固体高分子形燃料電池のセル形状の説明図。FIG. 4 is an explanatory diagram of the cell shape of the polymer electrolyte fuel cell of the embodiment; 実施形態の固体高分子形燃料電池のセル形状の断面図。FIG. 2 is a sectional view of the cell shape of the polymer electrolyte fuel cell of the embodiment; 実施形態の流路のメッシュの説明図。Explanatory drawing of the mesh of the flow path of embodiment. 従来の流路のメッシュの説明図。Explanatory drawing of the mesh of the conventional flow path.

以下、図1~図17に従って、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を具体化した一実施形態を説明する。本実施形態では、流路を点と線で表現した流路ネットワークのスケッチを用いて、固体高分子形燃料電池の流路を設計する場合を説明する。本実施形態の固体高分子形燃料電池には、プレス加工で凹凸を付けた金属セパレータが用いられる。凹凸パターンの異なる2つ金属セパレータ(アノードセパレータ及びカソードセパレータ)でMEAを挟み、燃料電池の基本単位であるセルとなる。セルは所定の出力を得られるよう何層にも積み重ねられスタックとなる。アノードセパレータとMEAの間に生じる空間に水素ガスを流し、カソードセパレータとMEAの間に生じる空間に空気を流す。MEAでは水素分子と酸素分子との電気化学反応により発電する。アノードセパレータとカソードセパレータの間に冷却水を流し、発電によって生じる熱を冷却する。
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。
An embodiment embodying a design support system, a design support method, and a design support program will be described below with reference to FIGS. 1 to 17. FIG. In this embodiment, a case of designing the flow paths of a polymer electrolyte fuel cell using a sketch of a flow path network in which the flow paths are represented by points and lines will be described. The polymer electrolyte fuel cell of the present embodiment uses a metal separator having unevenness formed by pressing. An MEA is sandwiched between two metal separators (an anode separator and a cathode separator) having different uneven patterns to form a cell, which is the basic unit of a fuel cell. Cells are stacked in layers to obtain a desired output. Hydrogen gas is flowed into the space created between the anode separator and the MEA, and air is flowed into the space created between the cathode separator and the MEA. The MEA generates electricity through an electrochemical reaction between hydrogen molecules and oxygen molecules. Cooling water is passed between the anode separator and the cathode separator to cool the heat generated by power generation.
As shown in FIG. 1, a design support system 20 is used in this embodiment.

(ハードウェア構成例)
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。
(Hardware configuration example)
FIG. 2 is a hardware configuration example of the information processing apparatus H10 functioning as the design support system 20 and the like.

情報処理装置H10は、通信装置H11、入力装置H12、表示装置H13、記憶装置H14、プロセッサH15を有する。なお、このハードウェア構成は一例であり、他のハードウェアを有していてもよい。 The information processing device H10 has a communication device H11, an input device H12, a display device H13, a storage device H14, and a processor H15. Note that this hardware configuration is an example, and other hardware may be included.

通信装置H11は、他の装置との間で通信経路を確立して、データの送受信を実行するインタフェースであり、例えばネットワークインタフェースや無線インタフェース等である。 The communication device H11 is an interface that establishes a communication path with another device and executes data transmission/reception, such as a network interface or a wireless interface.

入力装置H12は、利用者等からの入力を受け付ける装置であり、例えばマウスやキーボード等である。表示装置H13は、各種情報を表示するディスプレイやタッチパネル等である。 The input device H12 is a device that receives input from a user or the like, such as a mouse or a keyboard. The display device H13 is a display, a touch panel, or the like that displays various information.

記憶装置H14は、設計支援システム20の各種機能を実行するためのデータや各種プログラムを格納する記憶装置(例えば、後述する設計情報記憶部22、3次元情報記憶部23)である。記憶装置H14の一例としては、ROM、RAM、ハードディスク等がある。 The storage device H14 is a storage device (for example, a design information storage unit 22 and a three-dimensional information storage unit 23, which will be described later) that stores data and various programs for executing various functions of the design support system 20. FIG. Examples of the storage device H14 include ROM, RAM, hard disk, and the like.

プロセッサH15は、記憶装置H14に記憶されるプログラムやデータを用いて、設計支援システム20における各処理(例えば、後述する制御部21における処理)を制御する。プロセッサH15の一例としては、例えばCPUやMPU等がある。このプロセッサH15は、ROM等に記憶されるプログラムをRAMに展開して、各種処理に対応する各種プロセスを実行する。例えば、プロセッサH15は、設計支援システム20のアプリケーションプログラムが起動された場合、後述する各処理を実行するプロセスを動作させる。 The processor H15 uses the programs and data stored in the storage device H14 to control each process in the design support system 20 (for example, the process in the controller 21, which will be described later). Examples of the processor H15 include, for example, a CPU and an MPU. The processor H15 develops a program stored in a ROM or the like into a RAM and executes various processes corresponding to various processes. For example, when the application program of the design support system 20 is activated, the processor H15 operates a process for executing each process described later.

プロセッサH15は、自身が実行するすべての処理についてソフトウェア処理を行なうものに限られない。例えば、プロセッサH15は、自身が実行する処理の少なくとも一部についてハードウェア処理を行なう専用のハードウェア回路(例えば、特定用途向け集積回路:ASIC)を備えてもよい。すなわち、プロセッサH15は、(1)コンピュータプログラム(ソフトウェア)に従って動作する1つ以上のプロセッサ、(2)各種処理のうち少なくとも一部の処理を実行する1つ以上の専用のハードウェア回路、或いは(3)それらの組み合わせ、を含む回路(circuitry)として構成し得る。プロセッサは、CPU並びに、RAM及びROM等のメモリを含み、メモリは、処理をCPUに実行させるように構成されたプログラムコード又は指令を格納している。メモリすなわちコンピュータ可読媒体は、汎用又は専用のコンピュータでアクセスできるあらゆる利用可能な媒体を含む。 Processor H15 is not limited to performing software processing for all the processing that it itself executes. For example, the processor H15 may include a dedicated hardware circuit (for example, an application specific integrated circuit: ASIC) that performs hardware processing for at least part of the processing performed by the processor H15. That is, the processor H15 is composed of (1) one or more processors that operate according to a computer program (software), (2) one or more dedicated hardware circuits that execute at least part of various processes, or ( and 3) any combination thereof. A processor includes a CPU and memory, such as RAM and ROM, which stores program code or instructions configured to cause the CPU to perform processes. Memory or computer-readable media includes any available media that can be accessed by a general purpose or special purpose computer.

(各情報処理装置の機能)
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。
(Functions of each information processing device)
A design support system 20 shown in FIG. 1 is a computer system for supporting the design of a fuel cell. This design support system 20 comprises a control section 21 , a design information storage section 22 and a three-dimensional information storage section 23 .

制御部21は、後述する処理(スケッチ、流体特性計算、流路平面図生成、3次元形状生成、発電特性計算等の各処理)を行なう。そのための設計支援プログラムを実行することにより、制御部21は、スケッチ部211、流体特性計算部212、流路平面図生成部213、3次元形状生成部214、発電特性計算部215として機能する。 The control unit 21 performs processing (such as sketching, calculation of fluid characteristics, generation of a flow path plan view, generation of a three-dimensional shape, and calculation of power generation characteristics), which will be described later. The control unit 21 functions as a sketching unit 211 , a fluid characteristics calculation unit 212 , a flow path plan drawing generation unit 213 , a three-dimensional shape generation unit 214 and a power generation characteristics calculation unit 215 by executing a design support program therefor.

スケッチ部211は、設計者によるスケッチの作成を支援する処理を実行する。本実施形態では、流路を点と線で表現した流路ネットワークのスケッチの作成を支援する。流路ネットワークは、例えば点(ノード)、線(リンク)、閉ループから構成される。 The sketching unit 211 executes a process of assisting the designer in creating a sketch. In this embodiment, creation of a sketch of a channel network in which channels are represented by points and lines is supported. The channel network is composed of, for example, points (nodes), lines (links), and closed loops.

流体特性計算部212は、流路に流体を流した場合の流体特性(例えば、圧力分布や流量分配等)について計算する処理を実行する。
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。
The fluid characteristic calculation unit 212 executes processing for calculating fluid characteristics (for example, pressure distribution, flow rate distribution, etc.) when the fluid is caused to flow through the channel.
The channel plan view generation unit 213 executes a process of generating a channel plan view representing the channel shape as a two-dimensional polygon based on the sketch of the channel network.

3次元形状生成部214は、流路平面図に厚みや角度を付け、流路の3次元形状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。
The three-dimensional shape generation unit 214 adds thickness and angles to the plan view of the flow channel, and executes processing for generating the three-dimensional shape of the flow channel.
The power generation characteristic calculation unit 215 executes processing for calculating the power generation characteristic, as in Non-Patent Document 1 described above.

設計情報記憶部22には、設計に用いる構造に関する設計管理データが記録される。設計管理データは、設計者によって設計が行なわれた場合に記録される。設計管理データは、レイヤ(レイヤ識別子)毎に、設計値データ、スケッチデータを含んで構成される。 The design information storage unit 22 stores design management data relating to structures used for design. Design control data is recorded when the design is done by the designer. The design management data includes design value data and sketch data for each layer (layer identifier).

レイヤ識別子は、各レイヤを特定するための識別子である。本実施形態では、アノード流路、カソード流路、MEA、外枠、冷却水シール、アノード入口・出口、カソード入口・出口、冷却水入口・出口の各レイヤを特定するための識別子である。 A layer identifier is an identifier for specifying each layer. In this embodiment, it is an identifier for specifying each layer of the anode channel, cathode channel, MEA, outer frame, cooling water seal, anode inlet/outlet, cathode inlet/outlet, and cooling water inlet/outlet.

設計値データには、レイヤ厚み、加工変数等に関する情報が記録される。加工変数は、加工種別(プレス加工または切削加工等)、プレス工程におけるプレス角度、曲がり角度(曲率半径)、切削加工における加工形状等、加工法により特定されて決まる変数値である。 Information about layer thickness, processing variables, and the like is recorded in the design value data. The processing variable is a variable value determined by a processing method, such as a processing type (pressing or cutting), a pressing angle, a bending angle (curvature radius) in a pressing process, and a processing shape in cutting.

スケッチデータには、XY平面に配置されたノードのノード識別子及び座標に関するデータが記録される。
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。
The sketch data records data on node identifiers and coordinates of nodes arranged on the XY plane.
In the node identifier data area, data regarding an identifier for specifying each node is recorded.
Data relating to the position of this node is recorded in the coordinate data area. It is also possible to define the length of the area in which the node is arranged as a variable instead of the position (coordinates) of the node. For example, in order to calculate the coordinates of each node, a function with the MEA width and the diffusion width as variables may be recorded.

更に、スケッチデータには、ノード間を接続するリンクに関するデータが記録される。
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。
Further, the sketch data records data relating to links connecting nodes.
In the link data area, data relating to node identifiers of two linked nodes, link thickness (corresponding to channel width), and link thickness (corresponding to channel depth) are recorded.

3次元情報記憶部23には、設計者が作成したスケッチに基づいて生成された3次元CADデータが記録される。この3次元CADデータは、スケッチを3次元化した場合に記録される。 The three-dimensional information storage unit 23 records three-dimensional CAD data generated based on sketches created by the designer. This three-dimensional CAD data is recorded when the sketch is three-dimensionalized.

(設計支援処理)
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。
(Design support processing)
Next, the design support processing will be described with reference to FIG.
First, the control unit 21 of the design support system 20 executes flow path network sketch support processing (step S101). Specifically, the sketch section 211 of the control section 21 outputs the design input screen to the display device H13.

図4に示すように、この設計入力画面500には、スケッチ領域510、レイヤ指定欄520、レイヤ属性欄530、流路ネットワーク属性欄540、変数リスト欄550、操作ボタン欄560等が含まれる。 As shown in FIG. 4, the design input screen 500 includes a sketch area 510, a layer designation field 520, a layer attribute field 530, a channel network attribute field 540, a variable list field 550, an operation button field 560, and the like.

スケッチ領域510は、流路を点と線で表現した流路ネットワークをスケッチするための領域である。このスケッチ領域には、筆記具アイコンや消去アイコン、選択アイコン、複製アイコンなどが表示される。 A sketch area 510 is an area for sketching a channel network in which channels are represented by points and lines. A writing implement icon, an erase icon, a select icon, a copy icon, and the like are displayed in this sketch area.

レイヤ指定欄520は、スケッチ領域510に表示させるレイヤを選択するためのボタンが表示される。ここでは、1又は複数のレイヤを指定することができる。本実施形態の固体高分子形燃料電池の場合には、アノード流路、カソード流路、MEA、外枠、冷却水シール、アノード入口・出口、カソード入口・出口、冷却水入口・出口に対応するレイヤが存在する。 A layer designation field 520 displays buttons for selecting a layer to be displayed in the sketch area 510 . One or more layers can be specified here. In the case of the polymer electrolyte fuel cell of this embodiment, it corresponds to the anode channel, cathode channel, MEA, outer frame, cooling water seal, anode inlet/outlet, cathode inlet/outlet, and cooling water inlet/outlet. There are layers.

例えば、図5に示すように、筆記具アイコンを用いて、アノード流路及びアノード入口・出口の流路ネットワーク600をスケッチする場合を想定する。また、図6に示すように、カソード流路及びカソード入口・出口の流路ネットワーク601をスケッチする場合を想定する。これらの流路ネットワーク600及び601は、点で表示されるノード602及び線で表示されるリンク603から構成される。アノード入口604、アノード出口605、カソード入口606、カソード出口607はノードとリンクで構成される閉ループによって表される。 For example, as shown in FIG. 5, assume that a writing instrument icon is used to sketch a channel network 600 of anode channels and anode inlets and outlets. Also, as shown in FIG. 6, it is assumed that a channel network 601 of cathode channels and cathode inlets/outlets is sketched. These channel networks 600 and 601 are composed of nodes 602 represented by dots and links 603 represented by lines. Anode inlet 604, anode outlet 605, cathode inlet 606, and cathode outlet 607 are represented by closed loops made up of nodes and links.

図4に示すレイヤ属性欄530は、各レイヤの厚み、加工種別(プレス加工または切削加工等)、プレス角度、曲率半径などを設定するための領域である。
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。
A layer attribute column 530 shown in FIG. 4 is an area for setting the thickness of each layer, the type of processing (such as press processing or cutting processing), press angle, radius of curvature, and the like.
The channel network attribute column 540 is an area for setting the XY coordinates of the selected node and the channel width and channel depth of the link.

変数リスト欄550は、ユーザが変数を定義するための領域である。スケッチ領域510で設定したノードのXY座標やリンクの幅を、変数を用いて表現することができる。
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。
A variable list column 550 is an area for the user to define variables. The XY coordinates of the node and the width of the link set in the sketch area 510 can be expressed using variables.
For example, as shown in FIG. 7, two variables, MEA_width and diff_width, representing the lengths of MEA width 610 and diffusion width 611 can be defined, and the X coordinates of nodes 612 and 613 can be given as functions of these variables. can. Accordingly, by changing the values of these variables, channel networks 614 with different MEA widths and diffusion widths can be obtained. In addition, various attributes such as the number of repetitions of the partial shape of the channel network and the thickness of the layer can be given as functions of variables defined by the user.

図4に示す操作ボタン欄560には、流体特性計算、流路平面図生成、3次元形状生成、発電特性計算を実行するためのボタン等が含まれる。
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。
The operation button column 560 shown in FIG. 4 includes buttons for executing fluid characteristic calculation, channel plan view generation, three-dimensional shape generation, power generation characteristic calculation, and the like.
When it is detected that any button in the operation button field 560 has been pressed, the sketch unit 211 records the design value data and sketch data input on the design input screen in the design information storage unit 22 .

次に、設計支援システム20の制御部21は、流体特性の計算処理(ステップS102)を実行する。具体的には、制御部21の流体特性計算部212は、流路ネットワークの流体特性として、例えば圧力分布及び流量分配を計算する。ここで、本実施形態における固体高分子形燃料電池の流路幅はミリメータースケールであること等から、流路内の流れは層流であると仮定でき、(数1)に示す流量Fが圧力差∇pに線形に比例するダルシー則が適用できるものとする。 Next, the control unit 21 of the design support system 20 executes fluid characteristic calculation processing (step S102). Specifically, the fluid characteristic calculation unit 212 of the control unit 21 calculates, for example, pressure distribution and flow rate distribution as fluid characteristics of the channel network. Here, since the channel width of the polymer electrolyte fuel cell in this embodiment is on the millimeter scale, it can be assumed that the flow in the channel is a laminar flow, and the flow rate F shown in (Equation 1) is Assume that Darcy's law, which is linearly proportional to the pressure difference ∇p, is applicable.

Figure 0007257472000001
Figure 0007257472000001

ここで、ρは流体の密度、μは流体の粘性、depは等価直径である。
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。
where ρ is the density of the fluid, μ is the viscosity of the fluid, and d ep is the equivalent diameter.
The equivalent diameter is approximately obtained from the cross-sectional area S of the flow path and the wetting edge length L, for example, as shown in (Equation 2).

Figure 0007257472000002
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(数1)を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として整理し、流量保存則に基づく連立方程式を構成して解くことにより、流路ネットワークにおける各ノードの圧力や各リンクの流量を算出することができる。
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。
(Formula 1) is arranged as a relational expression of the flow rate with respect to the pressure difference between each node in the channel network, and by constructing and solving simultaneous equations based on the law of conservation of flow rate, the pressure at each node and each link in the channel network can be calculated.
Then, the fluid characteristic calculator 212 outputs the calculation result screen to the display device H13.
As shown in FIG. 8, a channel network 620 may be displayed on the calculation result screen. In this channel network 620, the display color is changed and displayed according to the pressure distribution. In addition, when an arbitrary cutting line AA' is specified in the channel network 620, the flow rate of each link that intersects this cutting line may be displayed on the graph 621. FIG.

そして、設計者は、計算された流体特性を確認し、必要に応じてステップS101に戻り、流路ネットワークのスケッチを修正したり、変数の値を変えたりしてもよい。この場合、制御部21の流体特性計算部212は、修正や変更に応じて、流体特性を再計算し、計算結果画面に出力する。 The designer may then check the calculated fluid properties and, if necessary, return to step S101 to modify the channel network sketch or change the values of the variables. In this case, the fluid property calculation unit 212 of the control unit 21 recalculates the fluid property according to the correction or change, and outputs it to the calculation result screen.

次に、設計支援システム20の制御部21は、流路平面図の生成処理(ステップS103)を実行する。具体的には、制御部21の流路平面図生成部213は、設計情報記憶部22に記録された設計値データを用いて、流路ネットワークから流路平面図を生成する。 Next, the control unit 21 of the design support system 20 executes flow path plan view generation processing (step S103). Specifically, the flow path plan view generation unit 213 of the control unit 21 uses the design value data recorded in the design information storage unit 22 to generate a flow path plan view from the flow path network.

例えば、図9に示す流路ネットワーク650は、各リンクの流路幅を用いて生成された矩形の集合体651に変換される。続いて、矩形の集合体651は、各矩形の辺同士の交点を用いて多角形の集合体652に変換され、最終的に流路平面図653に変換される。 For example, the channel network 650 shown in FIG. 9 is converted into a rectangular aggregate 651 generated using the channel width of each link. Subsequently, the collection of rectangles 651 is converted into a collection of polygons 652 using the intersections of the sides of each rectangle, and finally into a channel plan view 653 .

例えば、図10に示すように、図5の流路ネットワーク600から流路平面図700が生成される。また、図11に示すように、図6の流路ネットワーク601から流路平面図701が生成される。 For example, as shown in FIG. 10, a channel plan view 700 is generated from the channel network 600 of FIG. Further, as shown in FIG. 11, a channel plan view 701 is generated from the channel network 601 in FIG.

ここで、図12に示すように、流路平面図生成部213は、流路形状の寸法を明記した2次元図面702を出力してもよい。また、流路形状の寸法とセパレータの厚みが決まれば、プレス加工のための金型の寸法を特定できるため、2次元図面として、プレス加工のための金型についての図面を出力してもよい。 Here, as shown in FIG. 12, the channel plan view generation unit 213 may output a two-dimensional drawing 702 specifying the dimensions of the channel shape. Also, if the dimensions of the flow path shape and the thickness of the separator are determined, the dimensions of the mold for press working can be specified. .

次に、設計支援システム20の制御部21は、3次元形状の生成処理(ステップS104)を実行する。具体的には、制御部21の3次元形状生成部214は、設計情報記憶部22に記録されたレイヤの厚み、加工種別、プレス角度などを用いて、流路平面図から流路の3次元形状を生成する。この場合、例えば、流路平面図を、指定したプレス角度で指定した流路深さまで持ち上げる。そして、3次元形状生成部214は、生成した3次元形状を、レイヤ識別子に関連付けて、3次元情報記憶部23に3次元CADデータとして記録する。 Next, the control unit 21 of the design support system 20 executes a three-dimensional shape generation process (step S104). Specifically, the three-dimensional shape generation unit 214 of the control unit 21 uses the layer thickness, processing type, press angle, etc. recorded in the design information storage unit 22 to convert the three-dimensional shape of the flow path from the flow path plan view. Generate shapes. In this case, for example, the plan view of the channel is lifted to a specified channel depth at a specified press angle. Then, the three-dimensional shape generation unit 214 records the generated three-dimensional shape in the three-dimensional information storage unit 23 as three-dimensional CAD data in association with the layer identifier.

例えば、図13に示すように、図11に示した流路平面図701から、3次元化した流路の3次元形状800を生成する。
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。
For example, as shown in FIG. 13, a three-dimensional flow channel shape 800 is generated from the flow channel plan view 701 shown in FIG.
In addition, in order to faithfully reproduce the characteristics of press working, the corners of the three-dimensional shape may be rounded so as to have a specified radius of curvature. However, in general, with three-dimensional CAD data having curved surfaces, the degree of difficulty in generating a mesh, which will be described later, increases, so in this embodiment the corners are intentionally not rounded.

3次元形状生成部214は、各流路平面図の3次元化を完了すると、隣接する部品の3次元化を行なう。
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。
The three-dimensional shape generator 214, after completing the three-dimensional rendering of each channel plan view, three-dimensionalizes adjacent parts.
In this case, as shown in FIG. 14, a three-dimensional shape 810 of the entire cell of the polymer fuel cell is generated. In addition, in FIG. 14 , each layer stacked in the Z-axis direction in the three-dimensional shape 810 is separated in the Z-axis direction and displayed. FIG. 15 is an enlarged cross-sectional view 810b of the three-dimensional shape 810 taken along the YZ plane at the center of the cell.

ここで、MEA及びガスケット811は、MEA及び外枠のレイヤで指定された閉ループで表される平面に、指定された厚みを付けて3次元化される。また、アノードセパレータ812及びカソードセパレータ813は、指定された肉厚で、アノード流路814及びカソード流路815の凹凸と反対の凹凸を持つ立体形状を、ブーリアン演算で抽出することで生成される。更に、冷却水流路816は、アノードセパレータ812及びカソードセパレータ813を互いに接するように合わせた際に生じる隙間をブーリアン演算で抽出することで生成される。 Here, the MEA and the gasket 811 are three-dimensionalized by adding a specified thickness to a plane represented by a closed loop specified by the layers of the MEA and the outer frame. Also, the anode separator 812 and the cathode separator 813 are generated by extracting a three-dimensional shape having a specified thickness and unevenness opposite to the unevenness of the anode channel 814 and cathode channel 815 by a Boolean operation. Furthermore, the cooling water flow path 816 is generated by extracting a gap generated when the anode separator 812 and the cathode separator 813 are brought into contact with each other using a Boolean operation.

次に、設計支援システム20の制御部21は、発電特性の計算処理(ステップS105)を実行する。具体的には、制御部21の発電特性計算部215が、固体高分子形燃料電池のセル全体の3次元CADデータを読み込み、様々な運転条件下における発電特性を計算する。この場合、非特許文献1に記載された方法を用いることができる。なお、発電特性計算では、固体部分の伝熱や電気伝導も考慮するため、流体部分に加え、セパレータやガスケットなどの固体部分の3次元CADデータを与える必要がある。 Next, the control unit 21 of the design support system 20 executes a power generation characteristic calculation process (step S105). Specifically, the power generation characteristic calculation unit 215 of the control unit 21 reads the three-dimensional CAD data of the entire cell of the polymer electrolyte fuel cell and calculates the power generation characteristic under various operating conditions. In this case, the method described in Non-Patent Document 1 can be used. In the power generation characteristic calculation, heat transfer and electric conduction of solid parts are also taken into account, so it is necessary to provide three-dimensional CAD data of solid parts such as separators and gaskets in addition to fluid parts.

ここで、発電特性を計算するために、3次元CADデータを任意の多面体から構成されるメッシュに分割する必要がある。
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。
Here, in order to calculate power generation characteristics, it is necessary to divide the three-dimensional CAD data into meshes composed of arbitrary polyhedrons.
As shown in FIG. 16, in this embodiment, the normal vectors of the links of the channel network are used to divide the channels 900 along lines perpendicular to the flow direction of the channels.

発電特性の計算が完了すると、発電特性計算部215は、表示装置H13に、計算結果画面を出力する。この計算結果画面には、固体高分子形燃料電池の電圧電流特性曲線やMEAにおける水素や酸素の濃度分布、電流密度分布、温度分布などが含まれる。 When the calculation of the power generation characteristics is completed, the power generation characteristics calculator 215 outputs a calculation result screen to the display device H13. This calculation result screen includes the voltage-current characteristic curve of the polymer electrolyte fuel cell, the concentration distribution of hydrogen and oxygen in the MEA, the current density distribution, the temperature distribution, and the like.

設計者は、発電特性が目標の基準を満たしているかどうかを評価し、必要に応じて、流路ネットワークのスケッチ支援処理(ステップS101)に戻ることができる。例えば、発電時にMEAの局所において許容範囲より高温になる領域があれば、この領域に冷却水が十分に行き渡るよう、流路形状を修正する。 The designer can evaluate whether the power generation characteristics meet the target criteria and, if necessary, return to the channel network sketch support process (step S101). For example, if there is a region in the MEA where the temperature is higher than the allowable range during power generation, the shape of the flow path is modified so that the cooling water is sufficiently distributed in this region.

以上、本実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
(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。
As described above, according to the present embodiment, the following effects can be obtained.
(1) In the present embodiment, the control unit 21 of the design support system 20 executes flow path network sketch support processing (step S101). As a result, it is possible to automatically generate two-dimensional drawings and three-dimensional CAD data for flow paths and adjacent parts (including molds for press working) using a flow path network that expresses flow paths with points and lines. can be done. Therefore, the time required for creating two-dimensional drawings and three-dimensional CAD data can be greatly reduced. For example, a complex three-dimensional CAD job that would take weeks with conventional methods can be created in a day or so. In addition, since the operation of three-dimensional CAD software is complicated and time-consuming, in many cases the person in charge is divided into a designer and a CAD operator at the development site. It becomes easier for a person to complete the work. In addition, the two-dimensional drawing can be used for outsourcing such as flow path cutting and press die production.

(2)本実施形態では、流路ネットワークのスケッチを作成する段階で、流路を表す各線分の位置や繰り返し数、流路幅、流路深さなどを固定の値ではなく、変数または数式で与える。これにより、定義した変数の値を変えるだけで、例えば流路長さ違い、流路ピッチ違い、アスペクト比違い等、様々な流路形状に変形させ、それに応じた2次元図面及び3次元CADデータを自動的に生成することができる。例えば、遺伝的アルゴリズムによる最適化と組み合わせてもよい。この場合、流体特性や発電特性が目的の値になるように、設計変数の変更と評価を繰り返し、自動で最適な流路形状を探索することができる。 (2) In this embodiment, at the stage of creating a sketch of the channel network, the position and number of repetitions of each line segment representing the channel, the channel width, the channel depth, etc. are not fixed values, but are variables or mathematical expressions. Give with As a result, by simply changing the values of the defined variables, it is possible to transform the flow path into various shapes, such as different flow path lengths, different flow path pitches, different aspect ratios, etc., and 2D drawings and 3D CAD data corresponding to this. can be automatically generated. For example, it may be combined with optimization by a genetic algorithm. In this case, it is possible to automatically search for the optimal flow channel shape by repeating the change and evaluation of the design variables so that the fluid characteristics and power generation characteristics have the desired values.

(3)本実施形態では、設計支援システム20の制御部21は、流体特性の計算処理(ステップS102)を実行する。ここで、流路ネットワークのスケッチを作成する段階で、流体の圧力分布や流量分配等の流体特性を、短時間(例えば数秒)で計算する。これにより、設計者は流体特性が適切になるように、スケッチを修正して良し悪しを評価するという試行錯誤を短時間の間に繰り返すことができる。従来、流体特性を計算するためには、3次元CADデータの作成、メッシュの作成、流体シミュレーションを行なう必要があり、例えば数時間から数週間かかっていたが、本実施形態では、数秒で表示できる。 (3) In the present embodiment, the control unit 21 of the design support system 20 executes fluid characteristic calculation processing (step S102). Here, at the stage of creating a sketch of the channel network, fluid characteristics such as pressure distribution and flow rate distribution of the fluid are calculated in a short time (for example, several seconds). This allows the designer to repeat trial and error in a short period of time by correcting the sketch and evaluating whether it is good or bad so that the fluid characteristics are appropriate. Conventionally, in order to calculate fluid characteristics, it was necessary to create three-dimensional CAD data, create a mesh, and perform fluid simulation, which took several hours to several weeks, but in this embodiment, it can be displayed in a few seconds. .

(4)本実施形態では、メッシュを生成する際、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。これにより、要素数が少なく、品質が良いメッシュを生成することができる。 (4) In this embodiment, when generating the mesh, the channel 900 is divided by lines perpendicular to the flow direction of the channel by using the normal vectors of the links of the channel network. As a result, a mesh with a small number of elements and good quality can be generated.

例えば、図17に示すように、従来のメッシュ生成では、X軸とY軸に並行に線で分割したメッシュを生成する。この場合、X軸またはY軸に対して斜めとなる流路901において、微小要素が生じる等の課題があった。一方、本実施形態では、3次元CADデータから流路形状を認識して自動で適切なメッシュを生成することができる。 For example, as shown in FIG. 17, in conventional mesh generation, meshes are generated by dividing by lines parallel to the X-axis and the Y-axis. In this case, there is a problem that minute elements are generated in the channel 901 oblique to the X-axis or the Y-axis. On the other hand, in this embodiment, it is possible to automatically generate an appropriate mesh by recognizing the shape of the flow path from the three-dimensional CAD data.

(5)本実施形態では、設計支援システム20の制御部21は、発電特性計算処理(ステップS105)を実行する。これにより、3次元CADデータからメッシュを生成し、発電計算を行なうことができる。流路及び隣接する部品の3次元形状を考慮した発電特性を予測でき、設計者は目標の基準を満たすように流路形状を変更することができる。 (5) In the present embodiment, the control unit 21 of the design support system 20 executes power generation characteristic calculation processing (step S105). Thereby, a mesh can be generated from three-dimensional CAD data, and power generation calculation can be performed. Power generation characteristics can be predicted considering the three-dimensional shape of the channel and adjacent components, and the designer can modify the channel shape to meet the target criteria.

本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・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。
This embodiment can be implemented with the following modifications. This embodiment and the following modified examples can be implemented in combination with each other within a technically consistent range.
- In the above embodiment, the boss pressing angle and the like are set in accordance with the machining method on the design input screen. Alternatively, the control unit 21 of the design support system 20 may determine the shape according to the specification of the processing method. In this case, the design support system 20 is provided with a three-dimensional information storage section in which three-dimensional information for three-dimensionalizing a two-dimensional shape is recorded. Here, the recorded three-dimensional information includes data on the manufacturing method identifier and the generative model. In the manufacturing method identifier data area, an identifier for specifying the manufacturing method for manufacturing the channel is recorded. As a manufacturing method, for example, press working using a mold, cutting of carbon, or the like can be used. The generated model data area records a model for converting the input two-dimensional shape into a three-dimensional shape.

・上記実施形態では、スケッチの段階で流体特性を計算する。ここでは、ユーザが指定した流路幅や流路深さから求まる流路断面積や流路濡れ縁長さ、流路長さなどから流路各点における圧力損失係数を簡易に求め、流路全体の圧力分布や流量分配などを計算する。これに対して、3次元CADを用いた流体シミュレーションでは、一般的な流体方程式を解くことで得られる流路各点における圧力差と流量などから、流路各点における圧力損失係数を高精度に計算できる。そこで、後者の方法で求まる圧力損失係数を教師データとし、機械学習を活用することで前者の方法で求まる圧力損失係数の予測精度を高めてもよい。具体的には、様々な流路形状のスケッチに対して3次元CADを用いた流体シミュレーションを行ない、各流路形状の各点における圧力損失係数を求める。次に、各流路形状の各点の流路幅、流路深さ、流路の接続角度、接続本数などを特徴量とし、圧力損失係数を予測する機械学習モデルを生成する。この機械学習モデルを用いることで、スケッチの段階で求まる圧力損失係数の精度を上げることができ、スケッチの段階で高速かつ高精度な流体特性の計算を実現できる。 - In the above embodiment, the fluid properties are calculated at the stage of sketching. Here, the pressure loss coefficient at each point of the channel can be easily obtained from the cross-sectional area of the channel, the length of the wet edge of the channel, the length of the channel, etc., which can be obtained from the channel width and channel depth specified by the user. Calculate the pressure distribution, flow distribution, etc. On the other hand, in fluid simulations using 3D CAD, the pressure loss coefficient at each point in the flow path can be calculated with high accuracy from the pressure difference and flow rate at each point in the flow path obtained by solving general fluid equations. can be calculated. Therefore, the pressure loss coefficient obtained by the latter method may be used as training data, and machine learning may be utilized to improve the prediction accuracy of the pressure loss coefficient obtained by the former method. Specifically, a fluid simulation using three-dimensional CAD is performed for sketches of various flow channel shapes, and the pressure loss coefficient at each point of each flow channel shape is obtained. Next, a machine learning model for predicting the pressure loss coefficient is generated using the channel width, channel depth, connection angle, number of connections, etc. at each point of each channel shape as feature quantities. By using this machine learning model, it is possible to improve the accuracy of the pressure loss coefficient obtained at the sketching stage, and to realize high-speed and highly accurate calculation of fluid properties at the sketching stage.

・上記実施形態では、設計支援システム20の制御部21は、加工方法に応じて、3次元形状の生成処理(ステップS104)を実行する。プレス加工の場合は、例えば金属の薄板をプレス加工にて凹凸をつけ、その表裏それぞれを流路として用いることが多い。このため、上記実施形態では、アノードセパレータ812及びカソードセパレータ813を互いに接するように合わせた際に生じる隙間を、ブーリアン演算で抽出して冷却水流路816を生成する。ここで、隣接するレイヤの流路形状の生成方法は、隙間を用いる場合に限定されるものではない。例えば、切削加工の場合には、薄板の表裏をそれぞれ異なるパターンで切削し、流路として用いてもよい。この場合、設計支援システム20の制御部21は、各レイヤの流路形状を互いの流路形状に依存せずに生成することができる。 - In the above-described embodiment, the control unit 21 of the design support system 20 executes the three-dimensional shape generation processing (step S104) according to the processing method. In the case of press working, for example, a thin metal plate is made uneven by press working, and its front and back sides are often used as channels. For this reason, in the above-described embodiment, the cooling water flow path 816 is generated by extracting the gap generated when the anode separator 812 and the cathode separator 813 are brought into contact with each other by Boolean operation. Here, the method of generating the channel shape of adjacent layers is not limited to the case of using gaps. For example, in the case of cutting, the front and back of a thin plate may be cut in different patterns and used as channels. In this case, the control unit 21 of the design support system 20 can generate the channel shape of each layer independently of each other's channel shape.

・上記実施形態では、燃料電池の設計に用いたが、本発明の適用対象は燃料電池に限定されるものではない。水電解装置、合成液体燃料(eFuel)製造装置、マイクロリアクター、その他の流路を備えた構造体を設計する場合に用いることができる。 - In the above embodiment, the present invention is used for designing fuel cells, but the application of the present invention is not limited to fuel cells. It can be used to design water electrolyzers, synthetic liquid fuel (eFuel) production devices, microreactors, and other structures with flow channels.

20…設計支援システム、21…制御部、211…スケッチ部、212…流体特性計算部、213…流路平面図生成部、214…3次元形状生成部、215…発電特性計算部、22…設計情報記憶部、23…3次元情報記憶部。 20... Design support system 21... Control unit 211... Sketch unit 212... Fluid property calculation unit 213... Flow path plan view generation unit 214... Three-dimensional shape generation unit 215... Power generation property calculation unit 22... Design information storage unit, 23... three-dimensional information storage unit;

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。
A design support system comprising a control unit connected to an input unit,
The control unit
Obtaining from the input unit a flow path network that simulates a flow path shape by a sketch composed of nodes and links ,
The equivalent diameter of the channel is determined according to the channel width and channel depth of the links of the channel network, and the processing variables determined by the processing method, and the pressure loss formula that gives the relationship between the flow rate and the pressure difference is applied. A design support system that calculates and outputs fluid characteristic information in a channel network by solving a relational expression of a flow rate to a pressure difference between nodes in the channel network.
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。 2. The design support system according to claim 1 , wherein the control unit calculates the pressure of each node in the channel network as the fluid characteristic information . 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。 3. The design support system according to claim 1, wherein the control unit calculates the flow rate of each link in the channel network as the fluid characteristic information . 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。 When the control unit specifies press working as the processing method, a second flow formed corresponding to the flow channel network by pressing a thin plate to the acquired flow channel network. 4. The design support system according to any one of claims 1 to 3, wherein the fluid characteristic information of the road network is calculated . 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。
The control unit
obtaining variable values of variables defining dimensions of the channel network;
5. The design support system according to any one of claims 1 to 4, wherein the dimension of said channel network is calculated according to said variable value.
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。
The control unit
generating three-dimensional design data of a three-dimensional channel using the channel width and channel depth of the channel network;
According to the design data of the three-dimensional flow path of the previously generated flow path shape, the design data of the three-dimensional flow path of the adjacent subsequent flow path shape is generated. 1. The design support system according to 1.
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に記載の設計支援システム。 7. The design support system according to claim 6 , wherein the control unit generates the mesh of the three-dimensional flow path based on the arrangement of the flow path network. 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。 8. The design support system according to claim 6, wherein the control unit predicts and outputs a state distribution of a phenomenon caused by the fluid when the fluid is caused to flow through the three-dimensional flow path. 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。 9. The design support system according to claim 8, wherein said control unit adjusts dimensions of said channel network according to said predicted state distribution. 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。
A method of providing design support using a design support system having a control unit connected to an input unit, comprising:
The control unit
Obtaining from the input unit a flow path network that simulates a flow path shape by a sketch composed of nodes and links ,
The equivalent diameter of the channel is determined according to the channel width and channel depth of the links of the channel network, and the processing variables determined by the processing method, and the pressure loss formula that gives the relationship between the flow rate and the pressure difference is applied. A design support method, comprising: calculating and outputting fluid characteristic information in a channel network by solving a relational expression of a flow rate with respect to a pressure difference between nodes in the channel network.
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。
A program for providing design support using a design support system having a control unit connected to an input unit,
the control unit,
Obtaining from the input unit a flow path network that simulates a flow path shape by a sketch composed of nodes and links ,
The equivalent diameter of the channel is determined according to the channel width and channel depth of the links of the channel network, and the processing variables determined by the processing method, and the pressure loss formula that gives the relationship between the flow rate and the pressure difference is applied. A design support program that functions as means for calculating and outputting fluid characteristic information in a channel network by solving a relational expression of flow rate with respect to pressure difference between nodes in the channel network.
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