| 研究課題/領域番号 |
19K12432
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分64050:循環型社会システム関連
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| 研究機関 | 早稲田大学 |
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研究代表者 |
天野 嘉春 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (60267474)
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| 研究分担者 |
吉田 彬 早稲田大学, スマート社会技術融合研究機構, 次席研究員 (90707887)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2021年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2020年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2019年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
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| キーワード | 分散ヒートポンプ / CO2 / 最適化 / 再生可能エネルギー / エネルギー貯蔵 / 地域熱供給 / CO2ネットワーク / システム最適化 / ヒートポンプ / 最適設計 / 未利用エネルギー |
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| 研究開始時の研究の概要 |
熱と電力双方を面的に最適利用するシステムを提案する．これはCO2を採用することで常温近傍の潜熱輸送を実現し，熱損失を抑える利点をもつ．また，一組の輸送配管で温熱および冷熱双方に対応し，需要の局所的な不均一性の平準化が可能である．システム開発にはCO2給湯機などの開発で培った技術を利用可能である．
同時に，最小限の要素で最適なサイクルを構成する組み合わせ最適化理論を構築することで，地域で利用可能な再生可能エネルギー資源や，未利用熱源を最大限利用した発電・冷凍・冷温熱供給装置からなるシステムを最適化する設計・開発環境を構築し，熱力学的な最適性を担保した地域エネルギー供給システムの設計を可能とする．
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| 研究成果の概要 |
本研究では，フロア単位から，建物，そして地域全体に適用可能な，CO2を熱輸送媒体とする分散ヒートポンプシステムである第5世代地域熱供給システムの最適設計基盤を構築し，運用時CO2排出量を大幅に削減することを明らかにした．
すなわち，地域内の離れた場所で同時期に発生している冷・温熱需要地を熱輸送媒体で接続することで局所的な不均一性を平準化し，同時に熱輸送媒体を余剰エネルギーの蓄積に利用することで運用最適化へ大きく寄与することを明らかにした．熱需要特性と未利用エネルギーや再生可能エネルギーのポテンシャルを最大限利用する最適な組み合わせを見出すことで，運用時CO2排出量を最小化する設計指針を導出した．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
熱の面的利用の利点は認知されていたが，日本では特に高効率機器の開発に主眼が置かた．一方，常温近傍での熱利用にはヒートポンプが最適な選択であることは周知の事実であった．しかし．これらをネットワークとして接続することで分散システムを構成し，システム全体の最適化の筋道を明確にした研究はほとんどなかった．また，欧州で研究されていた動力サイクルの理論的最適化手法をヒートポンプサイクルに適用し，吸収式サイクルへと拡張することで，より一般性のある最適な熱力学サイクル群を導出する理論を構築したことは学術的価値が高い．また，地域で入手可能なエネルギー資源を有効に利用することの重要性を説いた点に社会的意義がある．
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