| 研究課題/領域番号 |
21K14214
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
小区分21060:電子デバイスおよび電子機器関連
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| 研究機関 | 日本大学 |
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研究代表者 |
金子 美泉 日本大学, 理工学部, 助教 (30755418)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2023年度: 390千円 (直接経費: 300千円、間接経費: 90千円)
2022年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2021年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
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| キーワード | 発電システム / 廃熱エネルギー / オーガニックランキンサイクル / MEMS / 冷媒 / タービン / 冷却 / タンク / 流路 / テスラバルブ / マイクロ流路 / 温度分布 / 一体化 / 発電機 / 低沸点冷媒 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
従来、IoT遠隔デバイスの電源にはリチウム二次電池などが用いられているが、交換が必要であり、普及に対して一つのボトルネックになっている。そこで、交換が不要な発電システムとして、出力が大きく、なおかつ普遍的な環境エネルギーから電力を得る電源が望まれている。本研究では低沸点媒体を用い，より普遍的に存在する100℃以下の廃熱を利用し、3mW 程度の出力を得られる超小型発電システムへの開発を目標にする。小型タービンのシステムを密閉型にし、低沸点媒体の蒸発、液化サイクルを利用して100℃以下の廃エネルギーの利用を可能とする。将来的にはボイラ、冷却器などを組み合わせて作動流体循環式発電機に発展させる。
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| 研究成果の概要 |
本研究の目的は「100℃以下の低品位な熱源で利用可能な循環型小型発電システムのための要素開発」であることから、小型化技術の一つである半導体製造技術を利用して発電システムを構成する機械部品の小型化を行った。また、低温排熱を利用するためにオーガニックランキンサイクルに利用される低沸点冷媒を作動流体に用いて発電システムにおけるタービンの回転実験や熱移動に関する解析を行った。この結果、タービン機構、流路、ボイラータンクにおいて1cm角程度のサイズを実現した。また、一つのシリコン構造体内部にこれらの要素を組み込んだモノリシック型発電システムについて設計と作製を行った。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究は交換作業が不要で持続的に利用可能な小型発電システムの開発を目的としている。これまでの環境発電の分野では主に振動エネルギーや太陽光エネルギーを利用した研究が多かったが、得られる電力や小型化における課題があった。このことから、従来の大規模発電に用いられる熱サイクルを1cm角程度の小型スケールで実現したことは今後の環境発電の発展に寄与できるといえる。また、狭小領域での流体の解析や熱解析については研究事例が少ないことから、シミュレーションと実現象の双方から解析を行う本研究の成果は学術的にも意義があるといえる。
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