| 研究課題/領域番号 |
20K04313
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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19020:熱工学関連
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| 研究機関 | 佐賀大学 |
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研究代表者 |
安永 健 佐賀大学, 海洋エネルギー研究所, 助教 (50758076)
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| 研究分担者 |
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)
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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 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2022年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
2021年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2020年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
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| キーワード | 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 / 低エンタルピー熱 / 有限時間の熱力学 / コンストラクタル法則 / 低熱源間温度差発電 / 海洋温度差発電 / エントロピー生成最小化 / プレート式熱交換器 / 伝熱面 形状最適化 / 伝熱面形状最適化 / 標準熱効 / エントロピー生成量最小化 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究は、Finite-time Thermodynamicsを基に、低熱源間温度差の発電システム特有の熱機関内・外の不可逆損失を考慮し、新たな熱力学的基礎モデルを構築することを第一の研究目的とする。さらに同モデルを駆使し、物体形状と熱・流動抵抗の原理を示すコンストラクタル法則に基づき、発電システム内の熱源の最適流量制御および熱交換器の伝熱面形状の最適化を目指した基盤を確立することを第二の研究目的とする。本研究は、低熱源間温度差発電システムの新たな基礎理論を確立し、その活用にて発電システムを高効率化かつ最適化を行うことを目指す。
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| 研究成果の概要 |
工場排熱、温泉水、海洋温度差等の熱エネルギーは、熱源間の温度差が極めて小さく、利用可能な流量が制約され、これまで十分に活用されていない。本研究では、熱源の温度、流量の有限性を考慮したFinite-time thermodynamics (FTT)モデルを構築し、新たな視点から発電システム内のエクセルギー解析を行う事で、発電システムの性能を予測し、より詳細なデータ解析によって構成機器が出力に与える影響を明確にした。更に、FTTモデルを発電装置の運転制御およびプレート式熱交換器の性能評価指標に展開した。この性能評価指数を伝熱面形状最適化の目的関数に用い、伝熱面形状を最適化する手法の基礎を構築した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
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。
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