| 研究課題/領域番号 |
17K07027
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| 研究機関 | 千葉大学 |
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研究代表者 |
小倉 裕直 千葉大学, 大学院工学研究院, 教授 (40253554)
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| 研究分担者 |
廣瀬 裕二 千葉大学, 大学院工学研究院, 助教 (60400991)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| キーワード | ソーラーケミカルヒートポンプ / 太陽熱 / 化学蓄熱 / 冷凍 / 熱媒 |
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| 研究実績の概要 |
平成２９年度は、研究代表者がこれまでに行ってきた各種熱駆動型ケミカルヒートポンプ研究開発の知見を基に、１．冷凍まで可能なソーラーケミカルヒートポンプとして太陽化学蓄熱に最適な集熱方式および制御方法について、新たな安全かつ高効率熱交換媒体の組み入れを検討した。
まず、本学敷地等における日射量の実測や理論値により日射量データベースを作成した。次に、申請者らがこれまでソーラーケミカルヒートポンプに適切とした反応材料を中心に、その稼働温度、入出力特性等を考慮して、化学蓄熱に必要な集熱器および熱交換媒体のデザインを行った。この場合、真空管型集熱器をベースに反射板等の組み込みを検討したが、実際に集熱性能を倍増した集熱器を製作して、設置場所、方位、角度等を変えながら集熱量を実測した。
さらに、実用化の際の安全性を考慮して、150℃レベルの集熱熱交換を行っても安全な高効率熱交換媒体を、毒性、蒸気圧、粘性、揮発物等を考慮して研究分担者と共に検討した。理論集熱量とも比較して、適宜デザイン変更を行い集熱効率の向上を図りながら、安全な最適集熱制御法を探った。
一方で、２．冷凍まで可能なソーラーケミカルヒートポンプにおける太陽化学蓄熱および冷凍冷熱生成に一部必要となる熱媒循環等の最適なサブエネルギー発電・蓄電方法について、研究代表者がこれまで取り扱ってきた発電パネル、バッテリ、制御器に加えて、より低日射量で作動するべく、これらの素材、設置方法、制御方法等を新たな各種材料を探索、試験、製作した。サブエネルギー使用量は、日射量変化はもちろんであるが、ケミカルヒートポンプ本体の蓄熱・放熱特性に応じて可変するため、太陽化学蓄熱および冷凍冷熱生成に最適な熱交換方式および制御方法への電力供給が十分に行えるように可変発電パネル等を採用した。
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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
デザイン変更と天候依存の試験の繰り返しのため、より進んだ部分とそうでない部分とある。
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| 今後の研究の推進方策 |
平成３０年度は、前年度得た知見を基に、まず３．冷凍まで可能なソーラーケミカルヒートポンプにおける太陽化学蓄熱および冷凍冷熱生成に最適な熱交換方式および制御方法を装置実験および理論解析により検討する。
１．で検討した化学蓄熱に向けた集熱効率の高い集熱方法および制御方法に連動して、研究分担者と共に熱交換媒体を開発して、熱交換方法を検討する。この場合、主として自然対流方式あるいはヒートパイプ方式が主として考えられるが、より安全かつ低粘性かつ高伝熱性の熱交換媒体の開発を行い、熱交換方式を検討する。その後熱交換器を製作して、適宜デザイン変更を行うと共に制御法も検討して熱交換効率の向上を図る。
一方で、４．冷凍まで可能なソーラーケミカルヒートポンプにおける太陽化学蓄熱および冷凍冷熱生成に最適な水溶液および調製方法についても、低温低圧で作動する気液相変化媒体として研究代表者は先の研究成果においてエチレングリコール水溶液の検討を行って-２０℃レベルまでの冷熱生成を実証した。本研究では、各種可視化蒸気圧測定装置を製作し、これを用いてより低温低圧で作動する気液相変化媒体として、エチレングリコール以外の水溶液も含めて、凝固点の低下を図った新規作動媒体の開発を研究分担者と進める。
さらに１－４を必要に応じてフィードバックをかけながら進めた後に、５．冷凍まで可能なソーラーケミカルヒートポンプにおける太陽化学蓄熱駆動に最適なケミカルヒートポンプデザインおよび運転方法の検討を平成３１年度へ向けて実験および理論解析により進める。
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