2016 Fiscal Year Annual Research Report
Development of next-generation latent heat stoarge and transportation technology for high temperature applications
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15H05567
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
能村 貴宏 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (50714523)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 省エネルギー / 蓄熱 / セラミックス / エクセルギー / 熱輸送 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
エネルギー利用システム高効率化のためには高温蓄熱・熱輸送システムの導入が不可欠である。しかし、既往の顕熱蓄熱秘術は低蓄熱密度のため、新たな技術基盤の確立が切望されている。そこで本研究では、相変化物質（PCM：Phase Change Material）の固液相変化潜熱を利用して、高密度蓄熱・一定温度熱供給が可能な潜熱蓄熱を基盤とした、高温蓄熱・熱輸送技術の確立を目指す。具体的には「高蓄熱密度・迅速熱応答性・高温潜熱蓄熱熱輸送粒子＝PCMマイクロカプセル」の開発を主目的とした。
平成28年度は以下二項目を重点的に実施した。
(1)PCMマイクロカプセルの材料設計及び製造条件の最適化
PCMマイクロカプセルのシェル強度とPCM相変態温度制御両立のため、PCMマイクロカプセルの材料設計及び製造条件の最適化を実施した。具体的にはPCMサイズ、化成処理、熱/酸化処理条件等がMEPCMの最終組成、蓄放熱性能、シェル構造、強度及び繰り返し耐久性に及ぼす影響を調査した。その結果、従来比5倍の蓄熱密度を維持しつつ、300cycle以上の繰り返し耐久性を持つPCMマイクロカプセルの製造に成功した。
(2)熱・酸化処理工程用PCMマイクロカプセル製造装置の設計、開発
前年度までの知見を基に、熱・酸化処理工程用PCMマイクロカプセル製造装置を設計、開発した。その結果、回転式熱処理炉、および充填層型熱処理炉を設計し、いずれにおいても20g/バッチ程度のPCMマイクロカプセル合成に成功した。この製造量は使用する電気炉の大きさに依存するため、容易にスケールアップが可能であると考えている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当初予定していた研究開発項目を達成し、なおかつナノ・マイクロスケールの相変態において新たな現象を見出しつつあるため。
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| Strategy for Future Research Activity |
基礎研究とともに応用研究への展開が今後の研究の推進に寄与すると考えられる。以下、両観点から推進方策を記述する。
(1)基礎
Al-Si系合金を原料としたマイクロカプセルPCMにおいては材料開発的には目標を達成することができた。今までの知見より、化成皮膜処理時の条件が最終製品の機械的、および熱的性能に大きな影響を及ぼすことが明らかとなった。そこで、今後は既に材料開発的には成功したAl-Si系合金を原料としたマイクロカプセルPCM製造の化成皮膜処理工程における成膜メカニズムをより詳細に検討する。これにより、様々な合金系への本マイクロカプセル化法の適用範囲の拡大が期待できる。
(2)応用
学会などでの情報交換の結果、マイクロカプセルだけではなく、ある程度の大きさに成型された蓄熱構造体が求められていることがわかった。今後はマイクロカプセルPCMを原料とした蓄熱構造体の成型に焦点を当てることで、応用用途展開を拡大することを予定している。さらなる応用用途の展開には、本技術と産業側からのニーズとの融合が必須であると認識している。また、平成28年度の研究において、マイクロカプセルPCM製造のスケールアップには成功しているため、ある程度の試料を先方に供給できる体制ができつつある。今後は、大学側での基礎研究のみならず、本研究を基盤とした産学連携による高温蓄熱技術への応用展開を促進していく。
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