| 研究課題/領域番号 |
20K04313
|
|---|
| 研究機関 | 佐賀大学 |
|---|
研究代表者 |
安永 健 佐賀大学, 海洋エネルギー研究所, 助教 (50758076)
|
|---|
| 研究分担者 |
足立 高弘 秋田大学, 理工学研究科, 教授 (60344769)
松田 吉隆 佐賀大学, 海洋エネルギー研究センター, 准教授 (00578429)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
|
| キーワード | 低エンタルピー熱 / 有限時間の熱力学 / コンストラクタル法則 / 低熱源間温度差発電 / 海洋温度差発電 / エントロピー生成最小化 / プレート式熱交換器 / 伝熱面 形状最適化 |
|---|
| 研究実績の概要 |
本研究では、150℃以下の温度で、未利用のままである低熱源間温度差を利用した発電システムの新たな基礎理論を確立し、その活用にて発電システムを高効率化かつ最適化を行うことを目指した基礎研究である。
従来の熱力学に時間などの有限性を考慮したFinite-time Thermodynamics(FTT)を基礎に、低熱源間温度差発電システムの蒸気動力の熱力学的検証をさらに発展させ、低熱源間温度差の発電システム特有の熱機関内・外の不可逆損失を考慮し、新たな熱力学的基礎モデルを構築することを第一の研究目的としている。さらに同モデルを駆使し、物体形状と熱・流動抵抗の原理を示すコンストラクタル法則に基づき、発電システム内の熱源の最適流量制御および熱交換器の伝熱面形状の最適化を目指した基盤を確立することを第二の研究目的としている。
2020年度および2021年度は、（１）熱機関内のFTTモデルを実験的に検証、(２)FTTモデルを用いてシステム全体の性能と構成機器の不可逆損失の関係を定式化、（３）FTTモデルから得られた熱交換器単体の評価関数を目的関数としたヘリンボーン型プレート式熱交換器の形状最適化手法を確立した。
2022年度は、（１）プレート式熱交換器の最適化結果の検証（FTTモデルを基にした熱交換器の性能評価関数を用いたヘリンボーン型プレート式熱交換器の形状最適化を実施し、最適化された熱交換器を用いた発電システムの最適化）を実施し、発電システムの正味出力が性能が他のプレートに比べて向上することを確認した。また、（２）FTTモデルを用いて、実験結果から得られたFTTモデル内の不可逆損失の近似式を用いて、正味出力が最大となる熱源流量、作動流体流量のシステム制御モデルを構築した。本制御モデルのシミュレーションによって、最大正味出力となる熱源と作動流体の流量で制御できることを示した。
|
