| 研究課題/領域番号 |
20H02675
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分31020:地球資源工学およびエネルギー学関連
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| 研究機関 | 北見工業大学 |
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研究代表者 |
小原 伸哉 北見工業大学, 工学部, 教授 (10342437)
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| 研究分担者 |
村田 美樹 北見工業大学, 工学部, 教授 (40271754)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
17,680千円 (直接経費: 13,600千円、間接経費: 4,080千円)
2022年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
2021年度: 7,020千円 (直接経費: 5,400千円、間接経費: 1,620千円)
2020年度: 7,930千円 (直接経費: 6,100千円、間接経費: 1,830千円)
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| キーワード | ガスハイドレート / 蓄電池 / 物理電池 / 低温廃熱 / 小温度差発電 / 未利用エネルギー / 再生可能エネルギー / 廃熱回収 / 生成効率 / 熱・物質移動 / エネルギー変換 / 熱サイクル / ガスハイドレートサイクル / 低温廃熱利用 / ガスハイドレート熱サイクル / 解離膨張 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
国内の1次エネルギー消費量のおよそ7割が、低温排熱（概ね200℃以下）として最終的に放出されている。本研究は、高温側の熱源として低温排熱、低温側の熱源として外気を用いて、これら2つの熱源から実用的な効率で電力を得るものである。そこで、数十度の熱源の温度差でガスの解離とハイドレートの生成を繰返す独自のガスハイドレート熱サイクルを構成し、この熱サイクルから仕事を得て電力に変換する。ガス（CO2）ハイドレート熱サイクルのガス解離過程で生じる、数MPaの高圧CO2から高効率で仕事に変換するアクチュエータ（膨張機）の仕様を明らかにする。発電効率20%以上の電力変換を得る。
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| 研究成果の概要 |
(1)提案システムによるガスハイドレート生成過程と膨張機での損失を改善して、ガスハイドレート生成過程の効率を9%、膨張機での損失を9%低減させることができた。この結果、電力出力は9.2%から18.7%に増加させることができた。
(2)ガスハイドレートの生成と解離について、熱交換器の伝熱面上の3相界面（水（液体）、CO2（ガス）、ハイドレート（固体）・伝熱面（固体）・カーボン繊維担持触媒（固体））での、熱・物質移動の構造を、試験データに基づいて調査した。上の(1)と(2)に加えて、ガスハイドレートの生成・解離時の温度・圧力条件の最適化から、総合効率54%のシステムを開発できた。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
国内の1次エネルギー消費量のおよそ7割が、低温排熱（概ね200℃以下）として最終的に放出されている。この低温排熱を動力や電力に変換できたなら、温室効果ガス排出の大幅な抑制となる。本研究では高温側の熱源として上で述べた低温排熱、低温側の熱源として外気を用いて、これら2つの熱源の温度差から実用的な効率で電力を得られるかが社会的意義である。
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