| 研究課題/領域番号 |
21J14183
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| 研究種目 |
特別研究員奨励費
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 国内 |
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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 | 一般財団法人電力中央研究所 (2022)
東京工業大学 (2021) |
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研究代表者 |
池田 寛 一般財団法人電力中央研究所, エネルギートランスフォーメーション研究本部, 研究員
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-28 – 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 |
1,500千円 (直接経費: 1,500千円)
2022年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
2021年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
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| キーワード | エネルギーハーベスティング / 熱電気化学発電 / 強制対流冷却 / 低温排熱 / 熱電変換 / 電気化学 / 熱流体シミュレーション / コバルト錯体 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
現代文明において冷却は本質的に重要である一方，大温度差間での多量の熱移動が，熱エネルギーの自由仕事への可換分を散逸させている問題があった．この問題解決のため，申請者らは，従来は冷却と無関係に発展してきた液体中での熱電発電技術を，強制対流冷却に統合する「フロー熱電発電」のコンセプトを創出することで，冷却に伴って散逸する熱エネルギーの一部を電力として回収する方法を示してきた．
本研究では，本技術の発電性能向上を目的として，作動流体の低粘度化や新規な溶液系の探索，発電セル形状の設計指針の構築を進める．
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| 研究実績の概要 |
申請者はこれまでに，フロー熱電発電の性能向上には物質輸送の促進が重要であることを明らかにし，作動流体の溶媒に低粘度高沸点溶媒γ-ブチロラクトン（沸点204 ℃，粘度1.7 mPa・s@25 ℃），溶質にコバルトビピリジン錯体を用いた電解液によって実用上有意な発電のデモンストレーションに成功してきた．
令和４年度は，本技術の実社会応用を想定したスケールアップセルの設計指針を探索した．具体的には，実社会で使用され，200 ℃程度の積極冷却の要求とセンシング等小規模電力の需要が共存するシステムへの応用を想定し，除熱性能と発電性能とを共に最大化する流路形状を熱流体シミュレーションにより探索した．また，これまでに得られた一連の成果を学会発表し，本技術のアピールに努めた．
シミュレーションでは令和３年度の成果で得られた電解液の物性を使用した．流路形状の探索方針として，１．高い熱伝達率を有する，２．電極間温度差が大きい（＝電圧の増大），３．電極表面積が大きい（＝除熱量と電流量の増大），４．電極間距離が短い（＝電流の増大），とした．
結果，冷却促進のために一般的に使用されるピンフィン形状は，被冷却物である高温側電極内部の不均一な温度分布が顕著であり，電圧低下による発電性能の低下が懸念されるため，本技術には不適当と判断した．次に，電極間距離を縮小しつつ電極表面積の増大と電極間温度差の増大の全てを実現する形状として，平行平板形状について解析した．しかし，実社会応用を想定した除熱量に必要な流路長では電極間温度差の低下や圧力損失の増大が課題となった．そこで，高温側電極に対する衝突噴流冷却，かつ単一の流路入口に対して複数の流路出口が対応する形状とすることで電極間温度差，電極間距離，圧力損失の課題が改善されることを確認し，設計指針の一つとして得た．
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| 現在までの達成度 (段落) |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
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