| 研究課題/領域番号 |
16K14549
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| 研究機関 | 芝浦工業大学 |
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研究代表者 |
田中 耕太郎 芝浦工業大学, 工学部, 教授 (60278215)
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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 | エレクトロウェッティング / 太陽光照明 / 光ファイバー照明 / 光ダクト |
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| 研究実績の概要 |
エレクトロウェッティング(EW)効果による液面形状変化を利用して太陽光軸を曲げて導く太陽光採光装置の研究・開発において、初年度(28年度)の研究計画は次の３項目である。①側壁EW容器作製と低電位化の検討、②光経路と透過光エネルギー量の測定実験実施、③数値解析モデルの制作、である。
①に関しては、四角容器内側壁を電極とするセル(一辺5～10mm)を作製し、容器内メニスカス変形形状の基本的特性の測定実験を実施した。溶液には、水ならびにイオン液体(ホスホニウム系)[3C6C14P][NTf2]を単相、複相として用いた。容器内で上昇側の液面と側面の接触角変化として、交流電位差60Vにおいて純水で15°、イオン液体で5°の変化を測定した。EW効果による液面形状変化は、ヘルムホルツ自由エネルギーを最小とするメニスカス形状が解析可能である。作成した液面形状解析により、純水45°、イオン液体15°の計算結果を得た。今回の実験による測定値は理論値の約1/3である。大きな角度変化を得るための改善策として、電極・誘電膜の薄膜化を検討した。特に誘電膜の検討が必要と考え、誘電膜材料選定と引上げ式ディップコート作製法を新たに導入し、耐電圧の高い均質膜の効果検討を準備した。
②の光透過量の測定は、光が散乱して広がるため測定方法の検討が必要である結果となった。光量測定部の角度を変える装置に改造が必要である結果を得た。現状のレーザー光用パワーメータによる透過光量の測定値は50％程度である。
③はヘルムホルツ自由エネルギーを最小とするメニスカス形状計算の差分法プログラムを作成し、側壁EW容器に対する数値シミュレーションが可能となった。実験結果と比較することで今後の研究に利用できる手法を整えた。
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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
研究計画項目は３項目で、各項目それぞれにおいて測定・計算結果の成果が得られている。しかし、得られた測定結果を数値的に検討すると、当初目標値に十分には達していない状況といえる。側壁EW容器内のメニスカス変化の測定結果は計算値の約1/3の15°程度であり、太陽光導入に最低必要な30°に達していない。光透過量の測定は光が広がる効果が大きく、測定法の改良の必要性で十分な測定値は得られていない。数値シミュレーション手法による解析は順調に進んでおり、レイトレース法との組合わせへと発展できる進捗状況である。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後の当初研究項目は、①六角形EW容器の検討、②屋外日射条件装置による光ファイバー導入実験の実施、③システム最適化のための設計手法の確立、である。各研究項目の実施は計画通り実施予定である。28年度の実施結果より生じた進捗状況の遅れを取り戻して研究遂行上の課題を解決するため、より大きな光角度変化を求める新たな方法を検討する。具体的には、当初方法に加え、変形しないレンズ形状物をエレクトロウェッティング効果により移動させる手法の検討を開始している。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
室内実験におけるメニスカス測定装置の準備は予定通り行われた。一方、光経路・透過光エネルギー量の測定実験に関しては改良が必要となり、当初計画の光学装置を変更するため使用計画が遅れている。
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| 次年度使用額の使用計画 |
当初予定の室内実験用の測定方法を次年度実施の屋外用にも応用できるように改善して、使用計画を立てている。
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