2016 Fiscal Year Annual Research Report

吸着蓄熱による未利用熱の時空間濃縮とプラスチック射出成形金型温度制御への適用

Research Project

Project/Area Number	16H04275
Research Institution	Tokyo Institute of Technology
Principal Investigator	佐藤勲東京工業大学, 工学院, 教授 (10170721)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	齊藤卓志東京工業大学, 工学院, 准教授 (20302937) 川口達也東京工業大学, 工学院, 助教 (40376942)
Project Period (FY)	2016-04-01 – 2019-03-31
Keywords	エネルギー工学 / 吸着蓄熱
Outline of Annual Research Achievements	研究計画の第一年度では、本研究で提案するシステムの三要素のうち、交換可能なデシカントに吸湿させることで急速加熱する機構を内包した金型の試作を行い、その温度制御性を実験的に評価した。キャビティ表面に近い部分に設けたデシカント室、外部から再生したデシカントを投入し吸湿発熱後のデシカントを再生部へ排出するデシカント移動流路、デシカントを発熱させるための蒸気供給流路からなる金型構造を検討した結果、空気搬送により粒状のデシカントを直接投入・排出する方法では、キャビティ裏面ならびにデシカント室に内包するフィンにデシカントを密着させることが難しく、デシカントの発熱をキャビティ表面の温度制御に十分活用できないことが明らかとなった。そのため、高密度にデシカントを充填した発熱カセットを交換する方法を新たに考案し、それによる温度制御性を検討した。その結果、この方法で実用上十分な金型加熱ができること、この方法においてもデシカントの発熱を効率的に金型キャビティ温度制御に利用するためには、内包するフィン自体の熱容量を減じることが効果的であることなどが示された。さらに、蒸気供給によるデシカントの吸着発熱では、蒸気流による顕熱損失が無視し得ないことが明らかとなったため、液水による吸着発熱を検討し、この方法によれば、キャビティ表面温度を本実験条件下で最大27 K上昇させることができることを示した。新たな金型構造を検討したことから、当初の研究計画を前倒しして、新構造金型における未利用熱を利用したデシカントの再生・蓄熱の実現可能性についても検討を行った。その結果、再生温度をある程度高めればカセット内にデシカントを内包したままでも再生・蓄熱が可能であることが示された。次年度は、当初計画の粒状デシカントの流動層乾燥による再生に加えて、発熱カセット内のデシカント再生方法についても検討することとする。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 研究実績の欄でも述べた通り、本年度の目的である交換可能なデシカントに吸湿させることで急速加熱する機構を内包した金型の試作を行い、その温度制御性を実験的に評価することができた。その過程で、デシカントの発熱を効率的に金型温度制御に活用できる新たな金型構造を着想し、それによる効果を実験的に評価できた。また、蒸気供給によるデシカントの吸着発熱に伴う顕熱損失を抑止する方法についても、新たな知見を得ることができた。ただし、こうした新たな構造・方法と、次年度以降の計画にある粒状デシカントの流動層乾燥・再生や粉体空気搬送によるデシカント輸送との整合性については未知の部分があり、当初計画に加えて新たな検討課題が生じた。これについては、計画を前倒しして、新たな構造の金型構造のデシカント再生・蓄熱を実験的に検討し、実現可能性を明らかにしている。
Strategy for Future Research Activity	新たな構造の金型を含めて、第一年度の目標であった交換可能なデシカントに吸湿させることで急速加熱する機構を内包した金型の温度制御性を実験的に評価することができた。これを受けて、第二年度以降は、未利用熱エネルギーを用いてデシカントを再生するための蓄熱部とデシカントを金型と蓄熱部の間で輸送するシステムの構築、ならびにこれらのシステムの実成形プロセスの時間的制約の中での性能評価を行う。第一年度で新たな構造の金型と吸着発熱のための湿分供給方法を提案したことから、これらを踏まえたデシカント再生方法とデシカント輸送方法の検討を当初計画に加えて実施する。新たな金型構造であるデシカントを内包した発熱カセットは、金型からのデシカントの回収やデシカントの輸送と再生後の金型内充填を容易にするためのコンセプトであり、当初計画に加えてこの構造に合致した再生方法を検討することに特段の学術的・技術的制約はない。また、湿分供給方法として液水を用いることが再生プロセスに与える影響も小さいと想定されるため、当初計画に沿って研究が遂行できるものと考えている。