| 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 | 太陽光照明 / エレクトロウェッティング / 光ファイバー照明 / 太陽光利用 |
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| 研究実績の概要 |
エレクトロウェッティング(EW)効果を用いて太陽光を光ファイバーに導入する採光部開発が本研究の目的である．初年次に続き，実験ならびに計算による研究実施を実施した．
実験による研究成果は，①低電圧作動電極・誘電薄膜構造の作製 初年次の四角柱容器側壁に電極を設けるEW容器によるメニスカス形状変化は理論計算値の約1/2であった．膜作製方法の検討により50％メニスカス形状変化が改善され，理論計算値の2/3程度が得られる成果が得られた．②レンズ体移動方式の検討 メニスカス変化により容器内のレンズ体傾斜を変化させる実験を実施した．水ならびにイオン液体を作動液体とした．レンズ密度が大きく十分な移動は期待できない結果となり，メニスカス屈折方式の優位性を確認した． ③光透過光エネルギー量の測定 光量計による透過光の強度測定装置を作製し実験を実施した．散乱光と液吸収割合が比較的大きく，液層厚さを小さくする設計がポイントであることが理解された．
数値解析モデルによる研究成果は，①メニスカス形状計算と光路計算ソフトの結合 EW効果による静止メニスカス形状は界面エネルギー差分法により計算され，その計算ソフトは自作した．その計算結果を光路レイトレース計算ソフトと結合させることで，光ファイバーへの有効入射量を求めることを可能とした．本年度は，四角柱容器側壁に電極を設ける形状に関して解析結果を得た．②６角錐台形状・円錐台形状容器の設計 角柱容器は作製容易の点が特徴である．一方，メニスカス角度と光軸の変化幅が比較的小さく，また側壁の影の影響が大きい．容器を６角錐台形状，円錐台形状とする検討を計算上で行う計算ソフトの改良を行った．接続する光ファイバー入射許容角に合わせる設計により，角柱容器より大幅な改善が期待できる結果が得られている．今後，実際の日射条件を考慮した解析へと進展予定である．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
太陽光を光ファイバーに導入するため，±20°以上の屈折角がを研究目標としている．現状の四角柱内メニスカスによる移動で得られた成果は半分以下である．レンズ移動体を用いる方法は解決策の1つである．しかし得られた実験結果より，期待できる光軸変化は大きくいはない結果であった．メニスカス屈折方式で，６角錐台形状と円錐台形状容器が有望であることを見出した成果を得た．その作製方法について現在検討中である．当初は単セル実験評価を２年目研究目標とし，屋外実験を含めた多数セル実験が３年目研究目標である．特に，実験手法による研究の方が予定より遅れている．
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| 今後の研究の推進方策 |
今後の研究推進方策は，６角錐台形状と円錐台形状容器の作製方法面の早期な検討を進めることが重要なポイントである．ガラス加工，接続，電極膜・誘電膜作製それぞれについて作製の検討を進め，最終年度には単セルを光ファイバーに接続し，実験的成果を得る計画である．形状に関しては3Dプリンター利用，薄膜はスパッタ装置使用による高性能化を対応方策とする．解析手法に関する研究推進方策は，実際の日照条件等を入力とする一連の解析手法を確立して，今後の受光器の最適化設計ができる手法を確立することに集中する方策をとる．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
本年度は実験的研究の実施が遅れ，セル作製費用の執行が遅れたため次年度使用が生じた．本年度の解析的な研究成果により，６角錐台，円錐台形状セルが有望であることを明らかにしている．その成果により，次年度のセル作製に本年度未使用金額を執行予定である．
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