【研究分野】熱工学

【研究領域課題番号】24560242 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

エジェクター / 省エネルギー / ヒートポンプ / 数値解析 / 太陽熱

【研究成果の概要】

本研究では，エジェクターを利用することにより太陽熱で加熱された高圧の冷媒の力学的エネルギーを冷媒の圧縮に用いることが可能な太陽熱駆動エジェクター式ヒートポンプの設計手法を明確化した．
具体的には，可視化，モデリングによりエジェクターの詳細な特性を明らかにする．同時に太陽熱集熱器の基本特性を実験，解析から明らかにした．そして，エネルギーシステムの統一的解析論を適用してヒートポンプの解析モデルを構築し，その特性を明らかにした．本研究では，再生可能エネルギーを有効活用する新しいヒートポンプサイクルの確立とエネルギーシステム解析論の高度化，汎用化により省エネルギーに貢献する．

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2012-04-01 - 2015-03-31

【配分額】5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円)

【研究分野】エネルギー学

【研究領域課題番号】20360428 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

化学蓄熱 / ハイブリッド / 高温プロセス / 負荷平準化 / 排熱回収 / 酸化マグネシウム / 膨張化グラファイト / 高伝熱性 / 充填層 / 省エネルギー / ヒートポンプ / ケミカルヒートポンプ / 複合材料 / 伝熱性 / 水 / 中温域 / 脱水反応 / 水和反応

【研究成果の概要】

酸化マグネシウム/水系を基とした化学蓄熱装置検討し高温プロセスシステムへのハイブリッド(複合)化を検討した。膨張化グラファイトと酸化マグネシウムを複合した化学蓄熱材を開発し熱天秤にて速度論的評価を行い、調製方法の最適化を進めた。材料を実用的なペレットに成形し、これを充填した化学蓄熱装置の性能を評価した。開発した蓄熱材料を有する化学蓄熱装置と高温プロセスとをハイブリッド化することでシステムの負荷平準化、省エネルギー性が促進することを明らかにした。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2008 - 2011

【配分額】18,850千円 (直接経費: 14,500千円、間接経費: 4,350千円)

【研究分野】熱工学

【研究領域課題番号】20560179 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

「エネルギー効率化」 / 「省エネルギー」 / 「燃料電池」 / 「ヒートポンプ」 / 「廃熱利用」 / マイクロ管 / スラグ流 / 液膜厚さ / レーザー共焦点法 / キャピラリ数 / レイノルズ数 / 加速度 / 界面曲率 / エネルギー効率化 / 省エネルギー / 燃料電池 / ヒートポンプ / 廃熱利用

【研究成果の概要】

管径0.3～1.3mmの細径を用いて,液スラグ後方に生じるミクロンオーダーの非定常な薄液膜厚さをレーザー共焦点変位計を用いて測定した.液膜厚さに及ぼす断面形状,寸法,乾き度,慣性力,表面張力,粘性力等の影響を明らかにした.得られたデータを整理し,キャピラリー数Ca,ウェーバー数We,レイノルズ数等の無次元パラメータを用いた無次元液膜厚さの予測式を提案した.

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2008 - 2010

【配分額】4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)

【研究分野】熱工学

【研究領域課題番号】18560192 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

エネルギー効率化 / 省エネルギー / 燃料電池 / ヒートポンプ / マイクロリアクター

【研究成果の概要】

マイクロチャネルに大流量の気液二相流を流した場合の液滴飛散限界を評価するために,三角断面および台形断面形状のマイクロチャネルを用い,液滴飛散限界の実験測定を行なった.水-空気系の実験に加え,フロリナート(FC-3283)-空気系の実験を用いて,溝形状,流路長さ,流量,乾き度をパラメータとした実験を行った.評価方法は,出口部での可視化を行うとともに,飛散した液滴を下流の気液分離器で捕獲し,その重量を測定することで液滴飛散限界を求めた.ここで,液滴飛散限界は,液相の1%以上が気相にエントレインされる最大流量と定義した.その結果,水およびフロリナートのいずれにおいても,片側の壁面が急拡大するバックステップ流れにおける液滴飛散限界は,液膜レイノルズ数,気相見かけ速度とチャネル幅で定義したウェーバー数,およびチャネル幅および流路長さで定義される修正ボンド数の関数となることがわかった.即ち,液膜レイノルズ数が小さい場合は,液滴飛散限界は比較的大きいウェーバー数で観察されるが,液膜レイノルズ数が増加するとともに,液滴飛散限界を与えるウェーバー数は減少した.また,滴適飛散限界を与えるウェーバー数の液膜レイノルズ数依存性は,ボンド数によって影響を受けることも明らかとなった.最終的に,溝幅と気相見かけ速度で定義されるウェーバー数と,縮流部液膜レイノルズ数および修正ボンド数を用いて,水-空気,フロリナートー空気系二相流における液滴飛散限界を無次元整理した.

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2006 - 2007

【配分額】3,800千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 300千円)

【研究分野】エネルギー学一般・原子力学

【研究領域課題番号】06780404 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ヒートポンプ / 省エネルギー / 炭酸カルシウム / 炭酸マグネシウム / 二酸化炭素

【研究成果の概要】

本研究では二酸化炭素を反応媒体にしたケミカルヒートポンプの可能性を検討した。二酸化炭素は1000K以下の高温域で安定な物質であり、また地球環境に対しても優しく、社会受容性を備えた反応物である。そこで二酸化炭素を反応媒体にした反応系の検討を行った。その結果、無機酸化物系の炭酸化反応が有望であった。酸化カルシウム/二酸化炭素反応系は従来より、反応活性が高いことが知られており、ヒートポンプを完成するには対応するもう一つの二酸化炭素反応系を決定する必要があった。本研究では酸化カルシウム/酸化マグネシウム/二酸化炭素反応系を候補にあげ主に検討し、その実用性を検討した。一方で種々の二酸化炭素反応系に関しても検討を行いヒートポンプとしての可能性を速度論的に検討した。
実験では積分型反応器の設計条件を得るために、熱天秤を用いて微分反応速度を測定し、反応速度論的検討を行った。反応器は流通型であり、二酸化炭素と不活性ガス成分として窒素ガスを混合したガスを反応に用いた、各流量はマスフローメーターにより調節し、所定の反応分圧を実現した、反応温度は電気炉にて輻射加熱し所定温度を保った。反応物質としてはアルカリ土類金属酸化物および酸化銅、酸化コバルト、酸化亜鉛、酸化鉛に関してそれぞれ二酸化炭素反応特性を検討した。
その結果酸化マグネシウム/二酸化炭素系及び酸化鉛/炭酸化反応系が酸化カルシウム系に対する反応系として有望であった。これれらの系についてはさらに検討を進め反応動力学的検討を行った。また、繰り返し反応対する反応耐久性を検討した。繰り返し反応性に関しては酸化鉛が優れていることが明らかになった。次に積分反応器の制作を行い。反応時の反応度、熱出力の同時測定が可能とした。この反応器によりヒートポンプとしての基礎的な反応性能を検討することが可能となった。

【研究種目】奨励研究(A)

【研究期間】1994

【配分額】900千円 (直接経費: 900千円)

【研究分野】エネルギー学一般・原子力学

【研究領域課題番号】05558062 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ヒートポンプ / 省エネルギー / 水酸化マグネシウム / 酸化マグネシウム / 脱水反応 / 水和反応 / 省エネルギ / 気固反応

【研究成果の概要】

本年度は平成5、6年度の本研究で得た知見をもとに、本ヒートポンプ試験機の改良を行い連続運転試験を主に行った。
本研究は実用反応器を用いた試験機運転および微少量試料に関する熱天秤試験を並行して進めてきた。本ヒートポンプでは酸化マグネシウムの水和/脱水反応を繰り返すことで、連続運転が可能になる。これまで、この繰り返し反応に対する反応物の反応性劣化が問題となっていた。これに対しこの度、熱天秤試験において高耐久性の新しい反応材料を開発した。そこで、この試料を用いた実用反応器にてヒートポンプ試験機を連続運転させ、連続繰り返し運転に対する反応耐久性を試験した。実験では水蒸気温度80℃の熱源にて約110℃の出力運転を行い、10回の連続運転(水和/脱水反応-往復で1回)を行った。その結果初期3回までに反応量が第1回目の80%程度まで低下したがその後一定し、10回まで安定した反応量、熱出力を得た。このことから実用運転で想定される100回程度の繰り返し運転がこの新反応材により可能である見通しを得た。
次いで、実用反応器(50×240×360mm)内の反応および熱伝導に関する数値シミュレーションを行った。二次元非定常モデルを想定した計算コードを開発した。このコードは実験結果を良く再現した。このコードにより装置の制限から実験が行われなかった反応条件について検討を行った。その結果、温度70〜90℃の供給蒸気により約30℃以上の高温熱が約50W/kgの熱出力で約2時間取り出せることが明らかになった。則ち本システムにより100℃以上の高温蒸気の取り出しが可能であり、従来型の温水蓄熱器等に見られない新しい性能を有していることが示された。
以上より、本研究では本ヒートポンプの試験機を開発し、その実用耐久性および高熱出力性能を示し、本ヒートポンプの実用性を明らかにした。

【研究種目】試験研究(B)

【研究期間】1993 - 1995

【配分額】15,800千円 (直接経費: 15,800千円)