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ソーラーSOEC展開に向けた対流抑制型ソーラーレシーバ開発とシステム設計

Research Project

Project/Area Number 17J04749
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Energy engineering
Research InstitutionNiigata University

Principal Investigator

中倉 満帆  新潟大学, 自然科学研究科, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2017-04-26 – 2019-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2018)
Budget Amount *help
¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000)
Fiscal Year 2018: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2017: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Keywordsソーラーレシーバ / ハニカム体 / 太陽熱利用 / 数値シミュレーション / レシーバ効率 / ふく射 / 対流熱伝達 / 熱伝導 / 再生/持続可能エネルギー / 太陽熱 / 多孔質体 / 連成数値シミュレーション / 熱工学 / エネルギー学
Outline of Annual Research Achievements

昨年度、学術論文Energyへ投稿したデータから、ソーラーレシーバを垂直に配置し、下向き集光によって加熱することで、レシーバで発生する浮力の影響を抑制することが可能であり、結果として従来の方法より精度良く定量的な伝熱現象の評価が可能であることを示した。そこで、今年度は下向き集光(ビームダウン集光)を受けるソーラーレシーバに焦点を当てた。実験に使用したハニカム体が持つ1つの矩形流路について、実構造におけるふく射輸送と熱流体直接数値解析を連成した計算モデルを構築した。流れと熱輸送については、経験式や仮定を使わず、基礎方程式から熱伝達率と圧力損失を直接計算する。一方で、ふく射に関しては、離散方位法によって放射強度の輸送を計算し、壁面吸収/放射率から吸収・反射・再放射量を計算する。この計算手法については、ハニカムレシーバによる集光集熱実験の結果を用いて、計算の妥当性を検証した。また、矩形の単純流路の入り口付近の固体を一部除去したカットバック流路を考案し、数値解析によるレシーバ能力評価も行った。入り口形状によってふく射に対する見かけの光学特性が変わり、レシーバ効率(光熱変換効率)が上昇することを示した。流路におけるエネルギー収支から、この現象が主に反射損失の低下によることを明らかにした。また流路形状によらず、入射ふく射熱流束と空気質量流束の比であるPOM(Power over air mass)を固定した状態では、レシーバ効率が質量流束によって影響を受けることを示した。この条件下では、ある質量流束でレシーバ効率が最大値を取り、その流束よりも小さいまたは大きい条件ではレシーバ効率が悪化することを明らかにし、レシーバの最適な運転条件に関する知見を得た。2つの国際会議と5つの国内学会での発表を行い、1本の論文として学術雑誌Solar Energyに掲載された。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2018 Annual Research Report
  • 2017 Annual Research Report
  • Research Products

    (18 results)

All 2019 2018 2017 Other

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (15 results) (of which Int'l Joint Research: 6 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Conjugate radiation-convection-conduction simulation of volumetric solar receivers with cut-back inlets2018

    • Author(s)
      Nakakura Mitsuho、Bellan Selvan、Matsubara Koji、Kodama Tatsuya
    • Journal Title

      Solar Energy

      Volume: 170 Pages: 606-617

    • DOI

      10.1016/j.solener.2018.06.006

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Buoyancy-opposed volumetric solar receiver with beam-down optics irradiation2017

    • Author(s)
      Mitsuho Nakakura, Koji Matsubara, Hyun-Seok Cho, Tatsuya Kodama, Nobuyuki Gokon, Selvan Bellan, Kazuo Yoshida
    • Journal Title

      Energy

      Volume: 141 Pages: 2337-2350

    • DOI

      10.1016/j.energy.2017.11.147

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 集光照射を受けるボリュメトリックレシーバの数値シミュレーション2019

    • Author(s)
      川崎耕太,中倉満帆,松原幸治
    • Organizer
      日本機械学会 北陸信越学生会 第48回学生員卒業研究発表講演会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 高温ハニカムレシーバの連成熱伝達問題におけるセルサイズの影響2018

    • Author(s)
      中倉満帆, 松原幸治
    • Organizer
      平成30年度日本太陽エネルギー学会・日本風力エネルギー学会合同研究発表会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 集光照射を受けるハニカムレシーバに及ぼすセルサイズの影響2018

    • Author(s)
      中倉満帆, 松原幸治
    • Organizer
      日本伝熱学会北陸信越支部平成30年度秋季セミナー
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 多様な集光角での集光照射を受けるハニカムのふく射-対流-熱伝導連成解析2018

    • Author(s)
      中倉満帆, 松原幸治
    • Organizer
      日本機械学会 熱工学コンファレンス2018
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 集光照射を受けるハニカムレシーバの熱伝導-対流-ふく射連成数値解析2018

    • Author(s)
      中倉満帆, 松原幸治
    • Organizer
      第55回日本伝熱シンポジウム
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Optimization of Flow Rate and Irradiation for Honeycomb Receiver with Concentrated Radiation2018

    • Author(s)
      I. Tsuchida, M. Nakakura, K. Matsubara, T. Kodama, N. Gokon, S. Bellan
    • Organizer
      15th International Conference on Flow Dynamics (ICFD2018)
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Direct Simulation of Volumetric Solar Receiver with Highly Concentrated Radiation2018

    • Author(s)
      Mitsuho Nakakura, Koji Matsubara, Selvan Bellan, Tatsuya Kodama
    • Organizer
      SOLARIS Conference 2018
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Conjugated radiation-convection-conduction heat transfer analysis of volumetric receiver with highly concentrated radiation2018

    • Author(s)
      Mitsuho Nakakura, Selvan Bellan, Hyun-Seok Cho, Koji Matsubara, Nobuyuki Gokon, Tatsuya Kodama
    • Organizer
      16th International Heat Transfer Conference (IHTC-16)
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 集光照射を受けるボリュメトリックレシーバの実験的研究2018

    • Author(s)
      ○磯島匠, 中倉満帆, 田畑勝則, 松原幸治
    • Organizer
      日本機械学会北陸信越部第55期総会・講演会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] NUMERICAL SIMULATION OF ANNULUS THERMAL COLLECTOR FOR EXTERNAL FIRED GAS TURBINE2017

    • Author(s)
      Koji Matsubara, Yuji Yamada, ○Sho Isojima, Mitsuho Nakakura
    • Organizer
      6th Asian Symposium on Computational Heat Transfer and Fluid Flow (ASCHT2017)
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 集光照射を受けるハニカムレシーバのふく射・対流・熱伝導連成解析2017

    • Author(s)
      ○中倉満帆, 松原幸治
    • Organizer
      日本伝熱学会北陸信越支部平成29年度秋季セミナー
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] ビームダウン集光下における空気を熱媒としたセラミックハニカムレシーバの数値解析2017

    • Author(s)
      ○中倉満帆, 松原幸治, Hyun-Seok Cho, 児玉竜也, 郷右近展之, Selvan Bellan, 吉田一雄
    • Organizer
      平成29年度日本太陽エネルギー学会・日本風力エネルギー学会合同研究発表会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] Discrete ordinates simulation of volumetric solar receiver with beam-down irradiation and its verification using big sun simulator2017

    • Author(s)
      ○M. Nakakura, K. Matsubara, Y. Aoki, S. Bellan, H.S. Cho, N. Gokon, T. Kodama
    • Organizer
      SOLARIS Conference 2017
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Numerical Simulation of High Temperature Solar Receiver and Thermal Receiver for Solar Micro Gas Turbine2017

    • Author(s)
      ○Koji Matsubara, Sho Isojima, Mitsuho Nakakura, Yuji Yamada, Shota Kawagoe
    • Organizer
      17th International Conference on Power Engineering (ICOPE-17)
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 集光照射を受ける多孔質の流動・伝熱解析2017

    • Author(s)
      ○中倉満帆, 松原幸治
    • Organizer
      第54回日本伝熱シンポジウム
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Remarks] 新潟大学熱工学研究室ホームページ

    • URL

      http://mu-koba.eng.niigata-u.ac.jp/index.html

    • Related Report
      2018 Annual Research Report 2017 Annual Research Report

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Published: 2017-05-25   Modified: 2024-03-26  

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