| 研究課題/領域番号 |
16H04643
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| 研究機関 | 東京農工大学 |
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研究代表者 |
秋澤 淳 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (10272634)
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| 研究分担者 |
大野 弘幸 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 学長 (00176968)
中山 政行 東京農工大学, 大学院生物システム応用科学府, 特任助教 (30772868)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | イオン液体 / 吸収冷凍サイクル / 逆浸透膜 / 低温熱源 |
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| 研究実績の概要 |
本研究は60℃程度で水と分離する性質を持つイオン液体を用いて，低温熱源を利用して冷熱を発生する吸収冷凍サイクルを実現することを目標としている．提案するサイクルの動作は次の通りである．蒸発器で蒸発した水は吸収器において塩化カルシウム水溶液に吸収される．ポンプで加圧されることにより吸収溶液中の水が逆浸透膜を通過し，吸収溶液は濃縮され，吸収器に戻る．通過した水は分離性イオン液体水溶液に取り込まれる．イオン液体水溶液を60℃程度の熱源で加熱し，水とイオン液体を分離させる．濃縮されたイオン液体は逆浸透膜に還流する．分離した水は蒸発器に移動し，再びサイクルを循環する．
H29年度はこのサイクルの各所の状態量を計算するためのシミュレーション手法を開発した．逆浸透プロセスは浸透膜を細分化し，ポンプ圧力と浸透圧に基づいて各微小区画における水の浸透量を計算している．また，COP（成績係数，エネルギー変換効率を表す）を向上させる手段として，加熱されたイオン液体からの熱回収に加え，逆浸透プロセスの高い圧力と吸収器の低い圧力の間にタービンを設置し，動力回収することを付加した．この手法により，一定の冷凍出力の下で各部の圧力，流量，濃度，温度を算出できるようになった．また，イオン液体の物性値として55℃で分離した後のイオン液体の水分含有量，分離した水のイオン液体含有量を実測し，シミュレーションに取り入れ，実際に合う計算ができるよう整備した．
予備的なシミュレーションとして，吸収溶液の循環流量を変化させてCOPに対する影響を解析した．その結果，循環流量を減少させることによってCOPが向上することが示された．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
逆浸透プロセスの計算には膜を通過する水の物質移動係数が必要である．現在のシミュレーションでは海水淡水化における物質移動係数を用いている．イオン液体水溶液と塩化カルシウム水溶液を用いて係数を測定する作業がまだできていない．
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| 今後の研究の推進方策 |
シミュレーションに必要なパラメータである逆浸透膜の物質移動係数を実験的に測定する．現在想定している吸収溶液である塩化カルシウム水溶液とイオン液体水溶液を対象に測定し，シミュレーション手法に取り入れる．なお，現状の逆浸透膜は50気圧程度までしか耐圧性能がない．本研究で必要とする圧力には届かないが，可能な圧力範囲で逆浸透のデータを収集する．
提案サイクルの理想的な性能を調べるため，ポンプや動力回収タービン，熱回収熱交換器の性能を理想的な設定とし，到達可能なCOPを算出する．その上で実際的な性能値に変化させることによってCOPに与える影響を調べる．また，逆浸透プロセスの加圧を50気圧とした場合にサイクルが成立する条件を導く．その状態を実験的に確認することによってサイクルの成立性を実証する．
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