2020 Fiscal Year Research-status Report
未利用熱駆動ケミカルヒートポンプ実用化のための溶液開発に着目した高効率化の検討
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20K04302
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| Research Institution | Chiba University |
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Principal Investigator |
小倉 裕直 千葉大学, 大学院工学研究院, 教授 (40253554)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
廣瀬 裕二 千葉大学, 大学院工学研究院, 助教 (60400991)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | ケミカルヒートポンプ / 蒸発溶液 / 熱媒体 / 潜熱輸送 / 凝固点降下 / 圧力損失 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
資源・エネルギー問題ならびに環境問題の観点から、化石燃料や電力等のエネルギーをほとんど用いない各種未利用熱駆動ケミカルヒートポンプを年中駆動可能にして普及実用化を目指すため、１．反応溶液の蒸発/凝縮速度や蒸発/凝縮平衡圧力特性が化学蓄・放熱速度にうまく適合していないことや、２．装置内外での熱交換媒体循環時のエネルギーロス等、反応材に比べて後回しにされてきた溶液に着目した性能向上を検討した。
研究初年度の2020年度は、以下の研究を行った。
１．蒸発/凝縮溶液の課題に対しては、反応・蒸発/凝縮挙動に応じたさらに低温低圧で作動する気液相変化媒体を得る新規反応溶液の開発・最適化を、特に低圧となるマイナス20℃レベル以下の冷凍モードで検討した。本研究初年度ではさらに低温低圧で作動する気液相変化媒体を得るために、吸着した水への凝固点降下作用を持つ高分子であるポリエチレングリコール(PEG)等をEG水溶液に入れた溶液の飽和蒸気圧を測定し、より低温における蒸発促進が行えるか検討した。その結果、PEGには低分子物質とは異なる機構で凝固を妨げる作用があり、凝固点の低いEG水溶液に加えることによってその凝固点は降下した。一方でPEGによる水蒸気圧の低下はわずかに留まり、値を維持した。
２．熱交換媒体溶液の課題に対しては、広い温度・流速範囲で流動・伝熱コントロール可能な新規分散系熱交換媒を開発し、ケミカルヒートポンプ装置に適用する。本研究初年度は、100℃以上で使用できる熱交換媒体として融解潜熱が大きく、融点も高い蓄熱材であるエリスリトールをシリコンオイルに加えたものの熱・流動特性を調べた。その結果、オイルにエリスリトール10 wt%、オレイルアルコール5 wt%を加えることで何も添加しなかったオイルと比べて圧力損失をほとんど増やすことなく熱輸送量を約2倍に増やすことが可能になることが示唆された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
１．蒸発/凝縮溶液の課題に対しては、反応・蒸発/凝縮挙動に応じたさらに低温低圧で作動する気液相変化媒体を得る新規反応溶液の開発・最適化を、特に低圧となるマイナス20℃レベル以下の冷凍モードで検討したが、より多くの種類の試料を検討する予定であったところCOVID-19の影響等でややペースがダウンした。2021年度にてペースアップして当初の計画通りとする予定である。
２．熱交換媒体溶液の課題に対しては、広い温度・流速範囲で流動・伝熱コントロール可能な新規分散系熱交換媒を開発し、ケミカルヒートポンプ装置に適用する。本研究初年度は、100℃以上で使用できる熱交換媒体として融解潜熱が大きく、融点も高い蓄熱材であるエリスリトールをシリコンオイルに加えたものの熱・流動特性を調べたが、こちらもより多くの種類の試料を検討する予定であったところCOVID-19の影響等でややペースがダウンした。2021年度にてペースアップして当初の計画通りとする予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
１．蒸発/凝縮溶液の課題に対しては、さらに低温低圧で作動する気液相変化媒体を得るために、魚などに含まれる「不凍タンパク質」を加えることにより、さらに凝固点の低下を図った新規作動媒体の開発を、研究分担者と進める。不凍タンパク質は水の結晶生成を抑制する作用があるとされ、蒸気圧を維持したまま凝固点を下げることが期待される。
研究代表者、研究分担者の具体的な役割としては、研究分担者が各種反応溶液の調整検討を行い、研究代表者はそれらをケミカルヒートポンプ作動媒体としての性能評価を行うために各種ケミカルヒートポンプ模擬装置に組み込みながら検討する。
２．熱交換媒体溶液の課題に対しては、広い温度・流速範囲で流動・伝熱コントロール可能な新規分散系熱交換媒を開発し、ケミカルヒートポンプ装置に適用する。さらに今後は高温で使用することを想定し、オイル中にセラミックスや耐熱性樹脂の粒子を加えた系をケミカルヒートポンプ用熱交換器に導入した際の性能の変化を調べる。また粒径の異なるシリカを利用し、粒子サイズと放熱ロスの相関を明らかにすることを目指す。
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| Causes of Carryover |
初年度により多くの種類の試料を検討する予定であったところ、COVID-19の影響等実験ペースがダウンした。次年度にてペースアップして当初の計画通りとする予定である。
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