| 研究課題/領域番号 |
25630443
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| 研究種目 |
挑戦的萌芽研究
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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) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| キーワード | 電気化学ヒートポンプ / 濃度差電池 / ケミカルヒートポンプ / ケミカル冷凍装置 / 固体電解質 / ヒートポンプ |
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| 研究概要 |
本研究では、電気化学反応による吸･発熱反応を、冷凍装置やヒートポンプに応用する基礎技術開発を研究目標としている。通常の機械圧縮式と比較すると、圧縮･膨張部を電気化学的に行うことに注目している。これらにはいくつかの方式があるが、固体電解質を隔壁とする濃度(圧力)差利用方式が高性能となる研究成果を現在までの知見として得ている。中･高温度域である300℃以上においては、アルカリ金属Na利用の電気化学セル方式が有効である。一方、室温近傍では、固体電解質をイオンとして通過し，蒸発･凝縮器において相変化を行う，両過程を兼ね備える作動媒体のないことが課題である。
本研究では二方式の可能性を検討している。一つは、圧力伝達部を設け，作動媒体を２種類とする方式であり、他方は、電解質内に二種以上のイオン伝導効果を利用して、蒸発･凝縮する作動媒体を移動させる方式である。2013年度は、研究初年度として、①プロトン移動の固体電解質膜を用いて、水素圧縮に適した電極部の検討、②圧力伝達部構造の検討、③パーフルオロカーボンスルフォン酸膜系プロトン電解質膜による、水素以外の圧縮可能性の検討方法の準備、を行った。①の水素圧縮に関しては、膜内逆流が存在するが、10気圧以上に加圧できる構造を作製された。②の伝達部に関しては、死容積減少が課題であるが、作製ができることが理解された。③が未知の部分が多い課題であり、今後の研究の中心課題である。電気化学セル通過後の気体を分離し、その効果を測定する装置を作製中である。本申請研究において、初期は①②の課題を、その後に③への展開に重きを置くことに少しシフトさせる計画である。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
研究初年度の目標は、①固体電解質膜を用いた水素圧縮に適した電極部の検討、②圧力伝達部構造の検討、③プロトン電解質膜による、水素以外の圧縮可能性の検討方法の準備、である。①の水素圧縮は、10気圧以上に加圧構造を作製され、順調である。②の伝達部は、死容積減少が課題として残っているが、作製が可能である状況にある。③は、研究途中より構想された課題であり、現在進行中であるが、現在電気化学セル通過後の気体を分離し、その効果を測定する装置を作製中であり、おおむね順調に進展していると言える。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後の方策として、圧力伝達部を設けて作動媒体を２種類とする方式に関しては、電極部の分極抵抗が大きいため、その低減方法の検討が主課題である。その課題がクリアし、手のひらサイズの小型冷却セルを作製することを方向としている。第二の、電解質内に二種以上のイオン伝導効果を利用する方法は、そのイオン移動に関する伝導率を評価することが重要であると考えている。すなわちプロトン電解質膜では、その他のイオン移動も移動はするが、その抵抗値の桁が課題である。現有以外の材料の可能性を探す方向を含めて進めていく予定である。この課題は、初期計画には含まれていないが、より高性能が可能な方法の進展であり、より高い課題として含めていくことを予定している。
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| 次年度の研究費の使用計画 |
本年度結果において，電気化学セルへ送る気体量と液体量を測定するマスフローコントロール装置とポテンショ装置の性能設定(流量と電流値)に時間を要したため，その分予算が繰り越しとなった．
本年度では，昨年度購入分を加えて，新装置を作製するため加えて使用予定である．当初の予定よりセルを小さくして電源装置を低価格のものに変更し，また水素発生器は現有のものを使用することも考える
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