| 研究課題/領域番号 |
23KJ0050
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| 研究種目 |
特別研究員奨励費
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 国内 |
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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 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
清水 友斗 北海道大学, 工学院, 特別研究員(DC1)
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| 研究期間 (年度) |
2023-04-25 – 2026-03-31
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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 |
3,000千円 (直接経費: 3,000千円)
2025年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2024年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
2023年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
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| キーワード | 蓄熱 / エネルギー貯蔵 / 相変化材料 / マイクロカプセル |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究ではバルクと比較してマイクロ密閉空間中の合金の過冷度が増大する特異かつ未解明な現象の解明と、その現象を応用した主にAl基合金をコアとするガラス化利用型相変化マイクロカプセルの開発を目指す。ガラス化利用型相変化マイクロカプセルでは合金のガラス化現象を応用することで、貯蔵した熱を任意の時間と場所で放出可能な新たな潜熱蓄熱技術の実現が見込まれる。これらの技術開発の達成により、通常の固液相変化を利用する潜熱蓄熱技術よりも長期間の潜熱蓄熱・熱輸送が期待できる。
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| 研究実績の概要 |
本研究では、マイクロカプセル化した合金の過冷度が増大する特異な現象の解明と、その現象を応用したAl基合金をコアとするガラス化利用型相変化マイクロカプセルの開発を目指している。本年度は、新たな合金系相変化マイクロカプセルとそのコンポジット蓄熱材料の開発及び熱特性調査を実施した。その主な成果は以下の通りである。
①Al-Cu-Si三元系相変化マイクロカプセルの開発
Al-Cu-Si合金粉末への化成被膜処理と熱酸化処理により、Al-Cu-Si合金コアとAl酸化物シェルから成るコアシェル型マイクロカプセルを得た。得られたマイクロカプセルは約520℃に融点を有し、高い蓄熱密度を有した。本マイクロカプセルはコア合金の100回の融解凝固繰り返し試験後もほとんど元の形状と潜熱量を維持する高い熱サイクル耐久性を有した。本成果は査読付き学術論文にて発表した。
②Al-Cu-Si系コンポジット蓄熱材料の開発
Al-Cu-Si系相変化マイクロカプセルとアルミナ粉末を母材としたコンポジット蓄熱材料の開発を試みた。コンポジット試料はマイクロカプセルとアルミナの混合粉末を圧粉成型した後、熱処理することで作製した。得られた直径1cmの円筒形コンポジット試料はマイクロカプセルと同様に約520℃にて合金コアの融解による潜熱蓄熱挙動を示した。コンポジット試料は1000回の蓄放熱繰り返し試験後も元の構造を保持し、潜熱量の減少もほとんど無い高い耐久性を有した。本成果は2件の国内会議にて発表した。
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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
初年度に計画していた新規Al合金系相変化マイクロカプセルの開発に関して、Al-Cu-Si三元系合金にて実施し、その成果を国際学会誌にて発表した。本成果により、合金系相変化マイクロカプセルに生じる大きな過冷却現象の調査対象を今まで開発例の無い三元系合金相変化マイクロカプセルにまで拡大することができた。
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| 今後の研究の推進方策 |
初年度に開発に取り組んだAl-Cu-Si合金系相変化マイクロカプセルの凝固特性の調査を実施する。また、申請者達の今までの実験からマイクロカプセルの粒径や合金純度などが相変化マイクロカプセルにおける合金の過冷度に大きく影響することが判明しつつある。そこで、純AlやAl-Si系などの開発例のある相変化マイクロカプセルに関して、新たに高純度の金属原料を用いたマイクロカプセルの開発及び融解凝固特性の評価を実施する。
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