| 研究課題/領域番号 |
26420890
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| 研究機関 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 |
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研究代表者 |
沼澤 健則 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 環境･エネルギー材料部門, 主席研究員 (30354319)
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| 研究分担者 |
松本 宏一 金沢大学, 数物科学系, 教授 (10219496)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | エネルギー輸送 / エネルギー貯蔵 / 水素 / 磁気冷凍 |
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| 研究実績の概要 |
本研究は、これまでに不十分であった磁気冷凍の熱力学サイクルの解明に注力し、エネルギー効率のきわめて高い水素の液化や保持技術の確立を目的としている。50%を 超える冷凍効率の実現を目指し、新しい磁気冷凍サイクルを検討・提案するとともに、その実証を試みる。
平成26年度においては、磁性材料の磁気転移温度近傍における熱力学特性を解明するため、モンテカルロ法を用いた新しい計算手法を開発し、磁性材料の特性を従来よりも精度よく見積もることができるようになった。また、これによって冷凍サイクルのシミュレーション精度が高められるようになった。
平成27年度においては、高度化されたサイクルシミュレーションを用い、新しい冷凍サイクルについて検討を行った。特に、広い温度幅を実現するために使用されるAMR（能動的蓄冷器）サイクルについて、効率や冷凍能力の向上要因を探った。その結果、2つの対向するAMRによるサイクル駆動が有望であることがわかった。これについての検証を行うために、既存の装置の一部を流用、改良し、小型の実験装置を構築した。特に、極低温での実験は、温度環境の保持に困難をともなうため、室温で擬似的にサイクル検証を行うこととした。これには永久磁石を用い熱交換流体には水を使用したが、本質的なサイクル動作の実験条件は液体水素温度と同様である。実験の結果、きわめて安定なAMRサイクルを形成することが可能であり、また、その発生温度幅も大きく、％カルノー効率で40％以上を満足することがわかった。磁性材料の熱交換性能を向上させ、より高速な冷凍サイクルの構築を目指し、実験を継続中である。
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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
磁性材料の熱力学特性がより精度よく計算できるようになった結果、サイクルシミュレーション全体の精度が上がり、実験条件を絞り込むことが可能となった。特に、極低温である液体水素温度での実験は容易にできないため、サイクルシミュレーションによって最適なパラメータを特定することは必須である。このような手法を用い、新しい対向型AMRサイクルの開発が可能となった。このサイクルの検証は室温領域で行っているが、パラメータを適切に変化させることにより、水素温度での冷凍条件を予測できる。室温領域における冷凍サイクル性能は従来の結果を上回る可能性を示唆しており、大きな成果と考えられる。
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| 今後の研究の推進方策 |
平成28年度は、新開発冷凍サイクルの検証を進めるとともに、性能向上をはかる。さらに極低温領域への適用条件をサイクルシミュレーションによって求め、水素液化サイクルとしての性能を評価する。また、磁性材料については、新規材料の探索や既存材料の製造条件および加工条件を調べる。また、可能であれば、極低温領域での性能評価実験を試みる。
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