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2013 年度 研究成果報告書

水レンズによる太陽光の集熱型熱電変換

研究課題

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研究課題/領域番号 24656574
研究種目

挑戦的萌芽研究

配分区分補助金
研究分野 エネルギー学
研究機関北海道大学

研究代表者

鈴木 亮輔  北海道大学, 工学研究院, 教授 (80179275)

研究分担者 木下 博嗣  福島工業高等専門学校, 機械工学科, 教授 (40177895)
連携研究者 夏井 俊悟  北海道大学, 工学研究院材料科学部門, 助教 (70706879)
河本 邦仁  名古屋大学, 工学部応用化学科, 教授 (30133094)
舟橋 良次  独立行政法人産業総合研究所, 関西センター, 主任研究員 (60344107)
阿武 宏明  山口東京理科大学, 工学部電気工学科, 教授 (60279106)
研究協力者 藤坂 岳之  北大, 工学院, 大学院生
SUI Hongtao  北大, 工学院, 大学院生
中川 淳史  北大, 工学部, 学生
伊藤 圭太  北大, 工学部, 学生
箱崎 英俊  福島高専, 専修科, 学生
石井 俊夫  北大, 工学研究院材料科学部門, 客員教授
MENG Xiangning  北大, 工学研究院材料科学部門, JSPS外国人特別研究員
LERTSATITTHANAKORN Charanporan  King Mongkut University of Technology, 教授
研究期間 (年度) 2012-04-01 – 2014-03-31
キーワード熱電変換 / 水レンズ / エネルギー変換 / 屈折 / 集光 / 計算機実験 / 微分方程式 / 光学
研究概要

透明シートに水を溜めただけで作成できる水レンズを太陽光の集光集熱に用いる新しい提案を行った。半円筒形のレンズについて計算と実験で集光を確認した。理論的に水レンズの形状を計算する方程式を提示し、これを解いてレンズ形状を示した後、垂直入射光と斜め入射光についてその屈折を正確にトレースする数値解を示した。シートに入れた水量に応じて最適な張力が存在し、そのときに集光が最大になることを予言した。たとえば水面幅を1mと固定したときに得られる最大集光率は75を越す。斜め入射光に対する集光が効果的になる条件を計算で示した。これらにより太陽光の日周運動に対応する可変レンズの動作条件の設定が可能となった。

  • 研究成果

    (23件)

すべて 2014 2013 2012

すべて 雑誌論文 (9件) (うち査読あり 8件) 学会発表 (14件)

  • [雑誌論文] Using a Water Lens for Light Concentration in Thermoelectric Generation2014

    • 著者名/発表者名
      Keita O. Ito, Hongtao Sui, Hidetoshi Hakozaki, Hiroshi Kinoshita, Ryosuke O. Suzuki
    • 雑誌名

      Journal of Electronic Materials

      巻: 43 ページ: 2086-2093

    • DOI

      10.10.1007/s11664-013-2965-5

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Light-Concentration Characteristic of Water Lens and its Application to Thermoelectric Generation2014

    • 著者名/発表者名
      Keita O. Ito, Hongtao Sui, Hidetoshi Hakozaki, Hiroshi Kinoshita R. O. Suzuki
    • 雑誌名

      Key Eng.Mater.

      巻: 617 ページ: 247-250

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Simulation of a thermoelectric module having parallelogram elements2014

    • 著者名/発表者名
      Xiangning Meng, Takeyuki Fujisaka, Keita O. Ito, Ryosuke O. Suzuki
    • 雑誌名

      Materials Transaction

      巻: (印刷前公開中)

    • DOI

      10.2320/matertrans.E-M2014822

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Thermoelectric Analysis for Pai-type Thermoelectric Module with Tilted Element?2014

    • 著者名/発表者名
      Xiangning Meng, Takeyuki Fujisaka, Keita O. Ito, R. O. Suzuki
    • 雑誌名

      Materials Research Innovations

      巻: 18 Suppl, 4(in press)

  • [雑誌論文] Thermoelectric Analysis for Helical Power Generation Systems2014

    • 著者名/発表者名
      Xiangning Meng, Takeyuki Fujisaka, R. O. Suzuki
    • 雑誌名

      J.Electron.Mater.

      巻: 43 ページ: 1509-1520

    • DOI

      10.1007/s11664013-2768-8

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Thermoelectric Generation Using Water Lenses2013

    • 著者名/発表者名
      R. O. Suzuki Atsushi Nakagawa, Hongtao Sui, Takeyuki Fujisaka
    • 雑誌名

      J.Electron.Mater.

      巻: 42(7) ページ: 1960-1965

    • DOI

      10.1007/s11664013-2483-5

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Design and Numerical Evaluation of Cascade-Type Thermoelectric Modules2013

    • 著者名/発表者名
      Takeyuki Fujisaka, Hongtao Sui, R. O. Suzuki
    • 雑誌名

      J.Electron.Mater.

      巻: 42(7) ページ: 1688-1696

    • DOI

      10.1007/s11664-012-2400-3

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Thermoelectric properties of n-type Mns.CrxSiiAle in air2013

    • 著者名/発表者名
      R. Funahashi Y. Matsumura, H. Tanaka, T. Takeuchi, W. Norimatsu, E. Combe, R. O. Suzuki, Y Wang, C. Wan, S. Katsuyama, M. Kusunoki, K. Koumoto
    • 雑誌名

      J. of Applied Physics

      巻: 112 ページ: 073713

    • DOI

      10.1063/1.4755793

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Dimensional Optimization of Thermoelectric Modules for Solar Power Generation2012

    • 著者名/発表者名
      Takeyuki Fujisaka, R. O. Suzuki
    • 雑誌名

      IECON 2012 38th Annual Conf. on IEEE Industrial Electronics Society. 25.28 Oct., 2012, Ecole de Technologie Superieure de Montreal, Universite du Quebec, Canada, The Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE)

      ページ: 5868-5872

    • DOI

      10.1109/IECON.2012.6389124

    • 査読あり
  • [学会発表] A light-concentration characteristic of the water lens and its application to the thermoelectric generation2013

    • 著者名/発表者名
      Keita Ito, Hongtao Sui, Xiangning Meng, Ryosuke O. Suzuki
    • 学会等名
      2nd International Symposium onI norganic and Environmental Materials
    • 発表場所
      Universite de Rennes 1, Rennes, France
    • 年月日
      20131027-31
  • [学会発表] 太陽熱電発電への適用に向けた水レンズの検討2013

    • 著者名/発表者名
      伊藤 圭太, 箱崎 英俊, 木下 博嗣, 鈴木 亮輔
    • 学会等名
      第十回日本熱電学会学術講演会
    • 発表場所
      名古屋大学
    • 年月日
      20130908-09
  • [学会発表] Design of TE Generation under a Constant Heat Flux2013

    • 著者名/発表者名
      Ryosuke O. Suzuki, Hong Tao Sui, Takeyuki Fujisaka, Keita O. Ito, Xiangning Meng
    • 学会等名
      JST-EPSRC&CREST 4th Int. Workshop on Thermoelectrics
    • 発表場所
      The Westin Resort & Conf. Center Awaji Island
    • 年月日
      20130704-06
  • [学会発表] Simulation of Water Lens to Use for Thermoelectric Generation2013

    • 著者名/発表者名
      Keita O. Ito, Hidetoshi Hakozaki, Hiroshi Kinoshita, Ryosuke O. Suzuki
    • 学会等名
      JST-EPSRC&CREST 4th Int. Workshop on Thermoelectrics
    • 発表場所
      The Westin Resort & Conf. Center Awaji Island
    • 年月日
      20130704-06
  • [学会発表] Optimal Design of Thermoelectric Modules under Solar Radiation2013

    • 著者名/発表者名
      Ryosuke O. Suzuki, Takeyuki Fujisaka, Keita O. Ito, Xiangning Meng, Hongtao Sui
    • 学会等名
      The 32nd Int. Conf. on Thermoelectrics
    • 発表場所
      Kobe Int. Conf. Center, Kobe Japan
    • 年月日
      20130630-0704
  • [学会発表] Light Concentration by Water Lens for Thermoelectric Generation2013

    • 著者名/発表者名
      Keita O. Ito, Hongtao Sui, Ryosuke O. Suzuki
    • 学会等名
      The 32nd Int. Conf. on Thermoelectrics
    • 発表場所
      Kobe Int. Conf.Center, Kobe Japan
    • 年月日
      20130630-0704
  • [学会発表] 太陽熱利用型熱電発電の特性評価2013

    • 著者名/発表者名
      伊藤 圭太、藤坂 岳之、鈴木 亮輔
    • 学会等名
      日本金属学会・日本鉄鋼協会両北海道支部合同冬季講演大会
    • 発表場所
      室蘭工業大学
    • 年月日
      20130124-25
  • [学会発表] 水レンズの集光を利用した熱電発電2013

    • 著者名/発表者名
      伊藤 圭太, 箱崎英俊, 木下 博嗣, 鈴木亮輔
    • 学会等名
      平成25年度日本金属学会・日本鉄鋼協会両北海道支部合同サマーセッション
    • 発表場所
      室蘭工業大学
    • 年月日
      2013-07-26
  • [学会発表] 太陽熱利用熱電発電用水レンズの試作と特性評価2013

    • 著者名/発表者名
      箱崎 英俊、木下博嗣、鈴木 亮輔
    • 学会等名
      機械学会東北支部学生会
    • 発表場所
      一関高専
    • 年月日
      2013-03-11
  • [学会発表] Dimensional Optimization of Thermoelectric Modules for Solar Power Generation2012

    • 著者名/発表者名
      Takeyuki Fujisaka, Ryosuke O. Suzuki
    • 学会等名
      The 38th Annual Conf. of the IEEE Industrial Electronics Soc., IEEEIECON2012
    • 発表場所
      ÉTS, Montreal, Canada
    • 年月日
      20121025-28
  • [学会発表] Thermoelectric Generation Using Water Lens Concentrating Solar Heat2012

    • 著者名/発表者名
      R. O. Suzuki
    • 学会等名
      JST-EPSRC, JST-MOST & CREST Joint Workshop on Thermoeletcrics
    • 発表場所
      Nagoya Univ.
    • 年月日
      20121002-03
  • [学会発表] 水レンズを用いる熱電発電シミュレーション2012

    • 著者名/発表者名
      隋洪涛、藤坂 岳之、鈴木 亮輔
    • 学会等名
      第九回日本熱電学会学術講演会
    • 発表場所
      東京工業大学
    • 年月日
      20120827-28
  • [学会発表] ThermoelectricGeneration Using Water Lens2012

    • 著者名/発表者名
      Ryosuke O.Suzuki, Atsushi Nakagawa, Hongtao Sui,Takeyuki Fujisaka
    • 学会等名
      Int. Conf. on Thermoelectrics
    • 発表場所
      Aalborg Denmark
    • 年月日
      20120709-12
  • [学会発表] Using water lens for thermoelectric generation2012

    • 著者名/発表者名
      HongtaoSui, Takeyuki Fujisaka, Ryosuke O.Suzuki
    • 学会等名
      Int. Conf. on Thermoelectrics
    • 発表場所
      Aalborg Denmark
    • 年月日
      20120709-12

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公開日: 2015-06-25  

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