2015 Fiscal Year Annual Research Report
化学蓄熱を用いた太陽光熱利用高温蒸気生成システムの開発
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25420923
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
中曽 浩一 九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (40363379)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 再生可能エネルギー / 熱工学 / 化学蓄熱 / ヒートポンプ / 伝熱促進 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
太陽光熱利用に適した構造を有する新規化学蓄熱ユニットの開発を目的として，本年度は，①粒子充填層内のガス透過性を有する伝熱促進法の模索，②低通気動力型の吸着材再生法の検討，③蒸気生成量増大のための方策の検討，④蓄熱可能条件の検討，の4つを行った．
①では，粒子充填層内の伝熱促進のため，従来では，充填層内の空隙を熱伝導率の高い素材で埋める方法が用いられていたが，ガス透過性の低下が課題となっていた．そこで，粒子間の点接触部分のみに熱伝導率の高い素材を濃縮する方法を提案した．アルミナ粒子を用いた試験の結果，充填層有効熱伝導率を通常の約5倍に高めることに成功した．このときの通気時の圧力損失増加は16％程度に抑えることができた．
②では，従来の固定層ではなく，噴流層および流動層の適用可能性を模索した．ラボ試験結果より，固定層に比べて通気時の圧力損失を70％低下させることに成功した．本方法は連続的に粒子を処理できる可能性を秘めており，新しい化学蓄熱システムの可能性を示した．
③では，放熱時の蒸気生成量増加させる方策として，蒸気を用いた予熱の強化，および，必要最低限の給水方法を検討した．前者については，水よりも蒸気を吸着したときの発熱量が大きいことに着目して，給水前に，予熱として蒸気を導入して，そのときの熱を有効利用するため蓄熱材を併用する方法を提案し，実験でその効果を確認した．後者については，必要最低限の水を供給するために，微小液滴を空気もしくは蒸気で搬送するシステムを提案した．
④では，吸着材の平衡関係を整理して，蓄熱温度と水蒸気分圧の上限値の関係を示す図を作成し，約80℃～300℃と広い温度域で蓄熱可能であることを示した．さらに，蓄熱温度の違いによる蓄熱速度を求めたところ，200℃と80℃で6倍の差が生じることがわかった．この知見は，蓄熱条件を決定する上で極めて重要な情報である．
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