| 研究課題/領域番号 |
21K03912
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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 | 山形大学 |
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研究代表者 |
幕田 寿典 山形大学, 大学院理工学研究科, 教授 (40451661)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2024年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2023年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2022年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2021年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
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| キーワード | 蓄熱 / マイクロカプセル / 糖アルコール / スラリー / エナジーハーベスティング / シリカ |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究は、現在ほとんど有効活用されていない100～200℃の中低温排熱を有効活用すべく、熱エネルギーを蓄える媒体の開発と貯めた熱を利用する際の熱源としての特性を調べるものである。熱媒体としては、キシリトールをはじめとする糖アルコールを用い、その融解・凝固の際の吸熱・放熱を利用して熱を蓄え利用する。また、熱および形状保存安定化のためにカプセル化、流動性の付与のためにスラリー化を行い、汎用性の高い蓄熱媒体の創出を目指す。
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| 研究実績の概要 |
本研究では、有効活用されていない１００～２００℃の中低温排熱のエナジーハーベスティングに適した蓄熱マイクロカプセル及びそのスラリーの実用化に向け、コアとなる蓄熱カプセルの開発とスラリーとしての熱物性・蓄熱特性を明らかにして中低温排熱利用の画期的なプラットフォームとなりうる材料の創出を目指している。
2年目の研究では、初年度に引き続き、研究項目①「蓄熱マイクロカプセルの開発および最適化」の内容について研究を行った。初年度においてオルトケイ酸テトラエチルを膜物質の前駆体として用いてエリスリトールを内包したシリカ蓄熱マイクロカプセルの調整に成功しているため、2年目は作成時に溶融キシリトールを分散するオイル粘度や触媒添加などのパラメータを中心に条件最適化を行った。その結果平均30μm以下でシリカ膜による被覆率約90％でのカプセル生成が可能となった。
また、研究項目②「蓄熱カプセルの物理特性・耐久性評価」については、まだカプセル調整条件の最適化を続けている段階であるため本格的な計測は行っていないものの、試験の可否の検討のため微小圧縮試験機で測定したところ、平均24.5μmのカプセルで破壊強度3.3MPaで破損するという結果が得られた。
研究項目③「蓄熱マイクロカプセルの熱物性評価」については、DSCを用いた計測を行っており、ベストな条件において147J/gで蓄熱が可能であるという結果が出ている。
研究項目④「蓄熱スラリーを用いた蓄熱・放熱システムの検証」については断熱容器内にシリコンオイル中に蓄熱カプセルを分散させた蓄熱スラリーを封入し、マグネチックスターラーによる攪拌の物理刺激によって過冷却解除をさせることによってカプセル内包されているエリスリトールの潜熱に起因した温度上昇を確認した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
予定していた研究として蓄熱カプセルの生成・最適化については数値目標を達成しており、順調に研究が進展している。また、耐久性については、圧縮試験による破壊強度測定、熱物性についてはDSC測定、蓄熱特性については密封系での温度上昇についてデータの取得を開始することができている。
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| 今後の研究の推進方策 |
蓄熱カプセルの大きさや安定性を左右するパラメータについては、引き続き各パラメータおよびその組み合わせの最適値を探る。特に粒径の微細化および径の均一化はカプセル収率や耐久性の改善につながるため重点的にアプローチを行う。カプセル単体の力学特性や耐久性、カプセル自体の蓄熱特性、スラリーとしての蓄放熱特性についてもデータ取得ができるようになってきており、最適化の結果良好なカプセル得られた場合には随時測定を行う。
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