Electrical energy conversion of the low-temperature exhaust heat by CO2 hydrate heat cycle

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20H02675
• Research Institution: Kitami Institute of Technology
• Principal Investigator: 小原 伸哉 北見工業大学, 工学部, 教授 (10342437)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: ガスハイドレート / 生成効率 / 熱・物質移動 / エネルギー変換 / 熱サイクル / ガスハイドレートサイクル

Outline of Annual Research Achievements

国内の1次エネルギー消費の大きな課題である、200℃以下の低温排熱の回収・利用について、国内外で例のないガスハイドレートの特異な解離膨張特性を用いた熱サイクルによるエネルギー変換を利用して、効率20%以上で高品位エネルギーである電力に変換して利用することが本研究の最終的な目的である。しかしながら、CO2ハイドレートの生成条件と解離条件の詳細は実験から得られているものの、解離時のCO2の膨張仕事を電力に変換する際の適切な条件が未知である。
CO2ハイドレートの状態（温度、圧力）と生成効率の関係を調査した。CO2ハイドレートの状態変化に関する詳細な実験から、ガスハイドレートの状態と生成効率の関係をモデル化した。このモデルから、ガスハイドレート熱サイクルの適切な動作点を検討した。さらに、ガスハイドレート生成・解離用熱交換器について、熱交換器内の3相界面（水（液体）、CO2（ガス）、ハイドレート（固体）・伝熱面（固体）・カーボン繊維担持触媒（固体））での熱・物質移動の構造の観察及び試験データの解析を行った。これにより、CO2ハイドレートの生成・解離に適切な熱交換器の構造を調査した。
以上の研究から、ガスハイドレート生成効率を54%以上にすることができた。これにより、本研究の核心をなす学術的な問いである、クリーンなガスハイドレート熱サイクルから実用的な電力変換の効率が得られるかどうかということが、やや現実的となってきた。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

新型コロナウィルスによる研究室の利用制限と、実験を担当する学生のウィルス予防から、大幅に実験室にいる時間を縮減したため、当初予定からやや遅れている。

Strategy for Future Research Activity

新型コロナウィルス対策をしっかりと行いつつ、実験や解析を効率よく進めることで、研究を大きく推進する予定である。