| Project/Area Number |
23K03720
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 19020:Thermal engineering-related
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| Research Institution | Meiji University |
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Principal Investigator |
川南 剛 明治大学, 理工学部, 専任教授 (20281793)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2025: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000)
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| Keywords | ヒートポンプ / 磁気冷凍法 / 液化 / ガス液化 / 磁気冷凍 / 再液化 |
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| Outline of Research at the Start |
本申請課題は，液化天然ガスLNG船や液化水素LH2船による液化ガスの搬送時および貯蔵時において発生するボイルオフガス（Boil Off Gas; BOG）の再液化プロセスの効率化およびエネルギー供給システムとしての高エクセルギー化を目指し，これまでにない磁気冷凍技術による液化用冷凍装置を実現させるため，磁気冷凍要素技術の評価，冷熱生成挙動の解明，およびシステム予測を目的として研究を行うものである．本研究期間内における具体的な検討事項は，（1）磁気冷凍装置の製作および基本特性の実験，（2）磁気熱量効果材料の探索および成型技術の確立，（3）多段構造AMR磁気冷凍装置のシステム予測，である．
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| Outline of Annual Research Achievements |
本申請課題は，液化天然ガスLNG船や液化水素LH2船による液化ガスの搬送時および貯蔵時において発生するボイルオフガス（Boil Off Gas; BOG）の再液化プロセスの効率化およびエネルギー供給システムとしての高エクセルギー化を目指し，これまでにない磁気冷凍技術による液化用冷凍装置を実現させるため，磁気冷凍要素技術の評価，冷熱生成挙動の解明，およびシステム予測を目的として研究を行うものである．2024年度の研究内容および実績の概要を以下に述べる.
（1）磁気冷凍装置の製作および基本特性の実験
前年度に製作したラボラトリーレベルの装置を用いて，蓄熱型磁気再生器（Active Magnetic Regenerator; AMR，以後AMRと表記）を用いた基本的な蓄熱・再生冷凍サイクルの特性解明を行った．本年度は前年度製作した装置に液化量を測定するための改良を施した．また，より高い磁束密度が得られる磁気回路を製作し実験装置に設置した．これらの改良した実験装置を用い，前年度に引き続き温度差生成挙動に関する実験に加え，飽和蒸気の液化挙動および液化量の測定を行った．液化量測定の実験では，飽和蒸気にイソブタン（沸点－11.7℃）を用い，それに合わせ－12℃にキュリー点を持つLa系磁気熱量効果材料を準備し，供試磁気冷媒として用いた．本実験の結果，AMRサイクルは想定通り機能し，イソブタン飽和蒸気の液化を確認することができた．
（2）磁気熱量効果材料の探索
本課題では，稼働させる温度域が常温に比べかなり低くなるため，その温度域で磁気熱量効果を発現する磁気熱量効果材料の探索が必要となる．本年度では，前年度に引き続き材料探索を行い，幅広い温度域に対応可能なLa系磁気熱量効果材料を液化用AMRの候補とし，低温から高温までの広い温度帯の材料製作を実際に行った．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本研究は，当初の計画どおりおおむね順調に進んでいる部分と，当初の計画より遅れている部分がある．順調に進んでいる部分は，実験装置の構築およびその特性評価であり，液化用磁気冷凍装装置における液化量の評価が可能となった．また前年度では空間的な制約から磁気回路を大きくすることができず，磁気熱量効果材料に付与する磁束密度の大きさが想定より小さくならざるを得なかったが，磁気回路を再設計，再構成することにより解決を図ることできた．
一方，前年度の研究実施で課題となっていた装置全体の低温環境維持については，－40℃まで設定可能な環境試験装置を用いることによりある程度低温環境を実現することができたがLNGやLH2の液化温度までシステム全体を維持するには，追加の低温維持機構が必要であることが今後解決すべき課題として残されている．これらの残さされた課題を解決するために，AMR磁気冷凍装置のシステム予測を行うための数値解析を前倒しで進めている．この数値解析により，液化温度域におけるAMRの稼働とその液化量の予測が可能となり，現段階ではモデルの精度向上を進めているところである．
稼働温度範囲に適した磁気熱量効果材料の探索については，現時点において任意のキュリー点の材料設計およびその製作は精度良く実現されており，この点においては当初計画通りに進んでいるといえる．
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| Strategy for Future Research Activity |
現状で当初の予定から遅れている項目については，早急に対処計画の策定，実験装置の改良，および確認実験を行い，当初の研究計画および目的を達成するための作業を進める予定である．研究計画そのものに変更はないが，改良した実験装置の稼働およびその特性を詳細に確認するために，低温環境を必要としない温度領域におけるガス液化の検証実験を実験い，低温環境への展開の課題抽出を行う予定である．さらに，大きな温度差を得るために複数の磁気熱量効果材料を階層構造化する，カスケード型AMRについて実験を計画し，本年度中に実施する予定である．加えて，特性評価のための数値解析も引き続き前倒しで進める予定である．
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