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2022 年度 実施状況報告書

排熱ハ―べスティング過冷却型潜熱蓄熱マイクロカプセルスラリーの熱流動特性の解明

研究課題

研究課題/領域番号 21K03892
研究機関山形大学

研究代表者

赤松 正人  山形大学, 大学院理工学研究科, 教授 (40315320)

研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2024-03-31
キーワード蓄熱マイクロカプセル / エリスリトール / 過冷却 / 放熱特性 / 有効粘度特性
研究実績の概要

Makuta et al.(Honda, A. et al., Fabrication of Silica-Covered Erythritol Microcapsules for Thermal Storage, Experimental Mechanics, 21, 150 (2021).)は,シリカ膜に覆われたエリスリトール蓄熱マイクロカプセルを開発した.本研究では,幕田らの研究グループが開発したエリスリトール蓄熱マイクロカプセルをシリコーンオイル(KF-96-100cs, 信越化学工業)に分散させた分散液の放熱特性と有効粘度特性について実験的に検討した.
放熱特性に関しては,KF-96-100csシリコーンオイルに分散させたエリスリトール蓄熱マイクロカプセル分散液の過冷却解除による放熱に基づいた分散液の温度上昇が水熱量計を用いた実験において観察された.本測定(質量分率15%,過冷却解除条件 スターラー回転数900 rpm)において見積もられたコア材であるエリスリトールの放熱量は,130℃で10分間蓄熱したとき124 J/g,130℃で20分間蓄熱したとき128 J/gであることがわかった.
有効粘度特性に関しては,質量分率15%のエリスリトール蓄熱マイクロカプセル分散液(分散媒 KF-96-100cs, 信越化学工業)の有効粘度を音叉振動式粘度計により測定した結果,室温において161.2 mPa・sであることがわかった.
一方,質量分率15%のエリスリトール蓄熱マイクロカプセル分散液(分散媒 KF-96-100cs, 信越化学工業)の有効粘度を回転粘度計により測定した結果,室温において214.1 mPa・sであることがわかった.

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

放熱特性に関しては,KF-96-100csシリコーンオイルに分散させたエリスリトール蓄熱マイクロカプセル分散液の過冷却解除による放熱に基づいた分散液の温度上昇が水熱量計を用いた実験において観察されたこと.また,本測定(質量分率15%,過冷却解除条件 スターラー回転数 900 rpm)において見積もられたコア材であるエリスリトールの放熱量が,130℃で10分間蓄熱したとき124 J/g,130℃で20分間蓄熱したとき128 J/gであることがわかったこと.このように,独自に開発した放熱量測定システムにより放熱量が定量的に示されたことがその理由である.
有効粘度特性に関しては,質量分率15%のエリスリトール蓄熱マイクロカプセル分散液の有効粘度を音叉振動式粘度計と回転粘度計を用いて測定した結果,室温において161.2 mPa・sと214.1 mPa・sであることがわかったこと.このように,測定方法の異なる粘度計を用いて有効粘度を測定した結果,ある測定精度の範囲内で定量的に有効粘度が示されたことがその理由である.

今後の研究の推進方策

水熱量計を用いて,KF-96-100csシリコーンオイルに分散されたエリスリトール蓄熱マイクロカプセルの放熱特性を定量的に解明するために,質量分率の差異による蓄熱量,放熱量および熱損失量の時間依存性を定量的に把握すること,溶媒の差異による蓄熱量,放熱量および熱損失量の時間依存性を定量的に把握すること,そして,過冷却解除の差異による蓄熱量,放熱量および熱損失量の時間依存性を定量的に把握すること,これらが今後の研究の推進方策である.
音叉振動式粘度計および回転粘度計を用いて,シリコーンオイルに分散されたエリスリトール蓄熱マイクロカプセルの有効粘度特性を定量的に解明するために,質量分率の差異による粘度の温度依存性を定量的に把握すること,溶媒の差異による粘度の温度依存性を定量的に把握すること,過冷却解除の差異による粘度の温度依存性を定量的に把握すること,これらが今後の研究の推進方策である.
以上の放熱特性と有効粘度特性の実験より,質量分率に関しての最適条件,溶媒に関しての最適条件,過冷却解除に関しての最適条件を見出す.
また,低温未利用熱エネルギーの回収と有効利用により温室効果ガスの排出を大幅に削減し,本スラリーを熱供給網の熱輸送媒体とする新しい熱インフラともいえる「熱のスマートグリッド」の実現を目指す.

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2023 2022

すべて 学会発表 (5件) (うち国際学会 3件)

  • [学会発表] 音叉型振動式粘度計による蓄熱マイクロカプセル分散液の有効粘度測定2023

    • 著者名/発表者名
      大屋大樹・石橋知津・佐久間恵夢・幕田寿典・赤松正人
    • 学会等名
      第25回化学工学会学生発表会
  • [学会発表] 回転粘度計による蓄熱マイクロカプセル分散液の有効粘度測定2023

    • 著者名/発表者名
      佐粧祐介・菊地大気・幕田寿典・赤松正人
    • 学会等名
      第25回化学工学会学生発表会
  • [学会発表] Heat release characteristics of silica-covered erythritol microcapsule dispersion2022

    • 著者名/発表者名
      Yusaku Kaito, Koki Yoshikawa, Toshinori Makuta, Masato Akamatsu
    • 学会等名
      The 10th International Conference on Smart Systems Engineering 2022(SmaSys2022)
    • 国際学会
  • [学会発表] Effective viscosity measurements of erythritol microcapsule dispersion with a rotational viscometer2022

    • 著者名/発表者名
      Taiki Kikuchi, Yusuke Sasho, Toshinori Makuta, Masato Akamatsu
    • 学会等名
      The 10th International Conference on Smart Systems Engineering 2022(SmaSys2022)
    • 国際学会
  • [学会発表] Effective viscosity measurements of erythritol microcapsule dispersion with a tuning fork vibro viscometer2022

    • 著者名/発表者名
      Megumu Sakuma, Chizu Ishibashi, Toshinori Makuta, Masato Akamatsu
    • 学会等名
      The 10th International Conference on Smart Systems Engineering 2022(SmaSys2022)
    • 国際学会

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公開日: 2023-12-25  

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