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2014 年度 実施状況報告書

第三世代「ガラス化利用型」潜熱蓄熱技術の創成

研究課題

研究課題/領域番号 26630491
研究機関北海道大学

研究代表者

能村 貴宏  北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), その他 (50714523)

研究分担者 秋山 友宏  北海道大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (50175808)
研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2016-03-31
キーワード省エネルギー / 蓄熱 / ガラス化 / 潜熱蓄熱
研究実績の概要

潜熱蓄熱は相変化物質(Phase Change Material: PCM)の固液相変化潜熱を利用し、高密度蓄熱、変動熱源の恒温熱源化が可能な蓄熱法で未利用熱利用に最適である。しかし、既往の潜熱蓄熱法は長期間の熱貯蔵・輸送が不可能かつ液体状態のPCMで熱貯蔵するため、液体PCM漏出防止のためのカプセル化技術が必要である。そこで本研究では、ガラス化現象を潜熱蓄熱に応用し、カプセルレス熱輸送を実現する第三世代「ガラス化利用型」潜熱蓄熱技術の創成を目的とした。H26年度は特に未利用熱の5割以上を占める150度以下の熱源の回収を目的として糖アルコール類系第三世代ガラス化PCMの開発を実施した。
単体糖アルコールの熱分析の結果、マンニトール、ズルシトール、イノシトール、マルチトール、キシリトール、アラビトール等の糖アルコール単体は容易にガラス化するが、そのガラス転移温度は極めて低い(マルチトールは除く)ことが分かった。
一方、ガラス化温度向上のため上記糖アルコール単体の共晶化合物を調整したところ、マンニトール、ズルシトール、イノシトール三元系共晶化合物は15度以上にガラス転移温度を持ち、かつ容易に冷結晶化して潜熱を放熱可能であることを発見した。またこの三元系共晶化合物の蓄熱放熱サイクル試験を実施したところ、昇温速度、冷却速度の一定の条件下では融点、ガラス転移点、冷結晶化温度、融解潜熱、結晶化潜熱の全てが各サイクルでほぼ一致し、本研究で提唱しているガラス化利用型潜熱蓄熱システムに適用可能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

H26年度予定していた新規ガラス化潜熱蓄熱材の開発に成功したため。

今後の研究の推進方策

H26年度は共晶化することで、ガラス転移温度の高い糖アルコール系潜熱蓄熱材の開発に成功した。今後はガラス化温度が室温以上のガラス化潜熱蓄熱材開発のため、メソポーラス材料と蓄熱材の複合化や、糖アルコール以外の有機化合物の添加などを試行する。また、本年度得られたデータをもとにシステム設計を実施する予定である。

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2015 2014

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (2件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Microencapsulation of Metal-based Phase Change Material for High-temperature Thermal Energy Storage2015

    • 著者名/発表者名
      T. Nomura, Chunyu Zhu, Nan Sheng, Genki Saito, Tomohiro Akiyama
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 5 ページ: 9117

    • DOI

      10.1038/srep09117

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Estimation of Thermal Endurance of Multicomponent Sugar Alcohols as Phase Change Materials2015

    • 著者名/発表者名
      T. Nomura, Chunyu Zhu, A. Sagara, N. Okinaka, T. Akiyama
    • 雑誌名

      Applied Thermal Engineering

      巻: 75 ページ: 481-486

    • DOI

      10.1016/j.applthermaleng.2014.09.032

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Ironmaking System Including Coproduction of Carbon-Loaded Iron Oxide and Reformed Coke Oven Gas by Chemical Vapor Infiltration Process2015

    • 著者名/発表者名
      Takahiro Nomura, Rochim B. Cahyono, Tomohiro Akiyama
    • 雑誌名

      Journal of sustainable metallurgy

      巻: 1 ページ: 1-11

    • DOI

      10.1007/s40831-015-0012-x

    • 査読あり
  • [学会発表] 糖アルコール系相変化物質のガラス転移現象を応用した潜熱蓄熱法2015

    • 著者名/発表者名
      能村貴宏、田渕一希、朱春宇、沖中憲之、秋山友宏
    • 学会等名
      第52回日本伝熱シンポジウム
    • 発表場所
      福岡市
    • 年月日
      2015-06-03 – 2015-06-05
  • [学会発表] Al基合金系相変化物質の蓄熱性能2014

    • 著者名/発表者名
      能村貴宏、相良昭人、朱春宇、沖中憲之、秋山友宏
    • 学会等名
      第51回日本伝熱シンポジウム
    • 発表場所
      浜松市
    • 年月日
      2014-05-21 – 2014-05-23
  • [図書] 熱エネルギー高度有効利用と省エネルギー技術2015

    • 著者名/発表者名
      能村貴宏、秋山友宏、堤敦司(監修)
    • 総ページ数
      370
    • 出版者
      フロンティア出版

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公開日: 2016-05-27  

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