2022 Fiscal Year Final Research Report

Optimization of Low Enthalpy Power Generation System Based on Constructal Law

Research Project

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Project/Area Number	20K04313
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Allocation Type	Multi-year Fund
Section	一般
Review Section	Basic Section 19020:Thermal engineering-related
Research Institution	Saga University
Principal Investigator	YASUNAGA TAKESHI 佐賀大学, 海洋エネルギー研究所, 助教 (50758076)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	足立高弘秋田大学, 理工学研究科, 教授 (60344769) 松田吉隆佐賀大学, 海洋エネルギー研究センター, 准教授 (00578429)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2023-03-31
Keywords	低エンタルピー / 低温度差発電 / FTT / エクセルギー / コンストラクタル最適化
Outline of Final Research Achievements	For the thermal energy such as factory exhaust heat, hot spring water, the ocean thermal energy is not utilized enough until now because the temperature difference between the heat source and the sink is extremely small, and the available flow rate is limited. In this study, we built a finite-time thermodynamics (FTT) model in consideration of the low temperature of heat source, and finiteness of the heat capacity. And the exergy analysis using FTT predicts the net power output from the system, and gives the detail performance of components based on net power output. Furthermore, the operation control model and the novel performance evaluation index of the plate-type heat exchanger have proposed by extended the FTT model. In addition, the performance evaluation index of the plate-type heat exchanger was applied to the objective function for optimizing the surface geometry of the heat exchanger to be applied in the power generation system.
Free Research Field	熱工学
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	本研究は、低位で未利用な熱エネルギーを利活用して発電するシステムの研究である。低位の熱エネルギー利用では、従来の火力発電とは設計条件が大きく異なり、熱機関の出力は、熱交換時の温度ロス（非平衡）、熱機関が利用可能な温度差等のバランスが重要である。本研究は、熱源・冷却側が熱的平衡になる状態を基準とした熱効率やエクセルギーを算出するという、これまでに無い、独創的な考えを導入し、プロセス全体の視点から発電性能だけでなく構成機器個別の性能評価に発展させた。この熱力学モデルの基礎構築は、学術的および工業的に大きな意義が有り、発電装置の性能向上に必要なだけでなく、社会実装に重要な視点となり得ると考える。