| 研究課題/領域番号 |
22K05003
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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 | 名古屋大学 |
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研究代表者 |
窪田 光宏 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (60345931)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023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: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2023年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2022年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
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| キーワード | 化学蓄熱 / 熱輸送 / 中空多孔質微粒子 / 中空多孔質シリカ微粒子 / 中空多孔質アルミナ微粒子 / 化学蓄熱材 / 水和速度 / 吸熱量 / 蓄熱材微粒子 / 気流搬送 / 流動層型反応器 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では，化学蓄熱材を内包した多孔質微粒子を熱輸送媒体とし，これを熱発生源で排ガスと直接熱交換することで蓄熱し，気流搬送した上で，熱需要地で出熱反応により熱供給を行う新規熱回収・熱輸送システムの開発を目的とする．
このために，中空多孔質シリカ微粒子への化学蓄熱材の内包，蓄熱材微粒子の水和（=出熱）・脱水（＝蓄熱）速度の定量把握，流動層型反応器を用いた蓄熱材微粒子と水蒸気との直接接触による蓄・放熱システムの原理実証およびシステム性能の予測を，3年間の研究期間で実施予定である．
最終的には，提案システムにより，熱利用時の距離的ミスマッチを解消し，熱の徹底的な高度利用の実現を目指す．
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| 研究実績の概要 |
本研究では，高密度蓄熱，放熱ロスミニマムを可能とする化学蓄熱技術に着目し，蓄熱材微粒子と排ガスの直接接触熱交換および蓄熱材微粒子の気流搬送を組み合わせた新たな熱回収・熱輸送システムの構築を目指している。
令和5年度は，令和4年度に引き続き，化学蓄熱材内包中空多孔質微粒子の調製方法の確立に取り組んだ。昨年度の検討でシリカ微粒子の耐アルカリ性が想定以上に低いことが認められたため，今年度は耐アルカリ性が高いアルミナを素材とする中空多孔質微粒子の調製を中心に検討を進めた。調製方法として，シリカを原料とした場合の調製法が確立されているダブルエマルション法，均一な粒子径が得られやすいテンプレート法を採用した。それぞれの調製法において，アルミン酸ナトリウム，塩化アルミニウム，アルミニウムイソプロポキシドなどのさまざまなアルミナ源を用いるとともに，アルミナ源濃度，pHなどの調製条件をパラメータとして微粒子の調製を試みた。調製した微粒子に対しては走査型電子顕微鏡による形態観察とレーザー回折／散乱式粒子径分布測定装置による粒度分布測定を実施した。この結果，ダブルエマルション法ではアルミナ殻の球状粒子の生成を確認したものの，その存在割合が低く，生産性の向上が課題とされた。一方，テンプレート法の場合，焼結前にはコアであるメタクリル酸メチルエステル（PMMA）の周囲をアルミナ粒子が被覆していたものの被覆率が均一でなく，一部ではアルミナ被覆されずPMMAの表面が露出している粒子が見られた。この結果，焼結後に完全な球殻として存在する粒子が少なく，被覆率の向上ならびにその均一性の向上が課題とされた。以上のように，本研究のコアである中空多孔質微粒子の調製方法の確立に，今しばらく時間を要する状況である。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
4: 遅れている
理由
本年度は，昨年度の検討で課題とされたシリカ微粒子の耐アルカリ性の低さを克服するため，さまざまなアルミナ源を原料にダブルエマルション法，テンプレート法を用いて中空多孔質アルミナ微粒子の調製を試みた。この結果，目的微粒子の調製に一部成功したが，引き続き生産性の低さなどが課題として残った。このため，中空多孔質アルミナ微粒子に化学蓄熱材を内包した場合の蓄・放熱（＝脱水・水和）特性の評価にまで至っていない状況にある。
以上のように，物理的・化学的に安定した中空多孔質微粒子の調製には今しばらく時間を要すると考えられ，化学蓄熱材内包微粒子の調製方法を1年で確立するとした当初計画に対して，遅れている状況にある。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和6年度は，本研究の最終年度であることから，当初目的の達成に向けて最大限の検討を行う。
まず，令和5年度に実施した中空多孔質アルミナ微粒子の調製方法の確立に向けた検討を引き続き実施する。そして，高い生産性を持つアルミナ微粒子の調製に成功した時点で，水酸化リチウム，水酸化マグネシウムなどの化学蓄熱材を内包し，化学蓄熱材内包微粒子の蓄・放熱特性の評価を実施する。
これらの取り組みに並行して，令和4年度に検討を実施した硫酸マグネシウム内包中空多孔質シリカ微粒子を調製し，蓄熱材微粒子の流動特性の基本的な把握を行うことで，実施計画に対する遅れを取り戻し，完遂する予定である。
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