排熱エナジーハーベスティングに向けた蓄熱マイクロカプセルおよび蓄熱スラリーの開発

用于余热能量收集的蓄热微胶囊和蓄热浆料的开发

基本信息

批准号：
21K03912
负责人：
幕田寿典
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Yamagata University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究では、有効活用されていない１００～２００℃の中低温排熱のエナジーハーベスティングに適した蓄熱マイクロカプセル及びそのスラリーの実用化に向け、コアとなる蓄熱カプセルの開発とスラリーとしての熱物性・蓄熱特性を明らかにして中低温排熱利用の画期的なプラットフォームとなりうる材料の創出を目指している。2年目の研究では、初年度に引き続き、研究項目①「蓄熱マイクロカプセルの開発および最適化」の内容について研究を行った。初年度においてオルトケイ酸テトラエチルを膜物質の前駆体として用いてエリスリトールを内包したシリカ蓄熱マイクロカプセルの調整に成功しているため、2年目は作成時に溶融キシリトールを分散するオイル粘度や触媒添加などのパラメータを中心に条件最適化を行った。その結果平均30μm以下でシリカ膜による被覆率約90％でのカプセル生成が可能となった。また、研究項目②「蓄熱カプセルの物理特性・耐久性評価」については、まだカプセル調整条件の最適化を続けている段階であるため本格的な計測は行っていないものの、試験の可否の検討のため微小圧縮試験機で測定したところ、平均24.5μmのカプセルで破壊強度3.3MPaで破損するという結果が得られた。研究項目③「蓄熱マイクロカプセルの熱物性評価」については、DSCを用いた計測を行っており、ベストな条件において147J/gで蓄熱が可能であるという結果が出ている。研究項目④「蓄熱スラリーを用いた蓄熱・放熱システムの検証」については断熱容器内にシリコンオイル中に蓄熱カプセルを分散させた蓄熱スラリーを封入し、マグネチックスターラーによる攪拌の物理刺激によって過冷却解除をさせることによってカプセル内包されているエリスリトールの潜熱に起因した温度上昇を確認した。

本研究旨在开发适用于尚未有效利用的100~200摄氏度中低温余热能量收集的蓄热微胶囊及其浆料，并开发核心蓄热胶囊并提高其作为浆料的热性能。・我们的目标是阐明蓄热性能并创造可作为中低温废热利用创新平台的材料。第二年的研究，延续第一年，我们对研究项目一：“蓄热微胶囊的开发与优化”进行了研究。第一年我们以原硅酸四乙酯为膜材料前驱体成功制备了包裹赤藓糖醇的二氧化硅蓄热微胶囊，因此第二年我们将继续提高分散熔融木糖醇用油的粘度以及催化剂的添加。以参数为重点对条件进行了优化。结果，可以生产平均直径小于30μm且二氧化硅膜覆盖率约为90%的胶囊。关于研究项目2“蓄热胶囊的物理性能和耐久性的评估”，我们仍处于优化胶囊调整条件的阶段，因此尚未进行全面的测量，但我们目前正在考虑可能性因此，使用微压缩测试仪进行的测量表明，平均直径为24.5μm的胶囊在3.3MPa的断裂强度下会破裂。关于研究项目3“蓄热微胶囊的热性能评价”，我们使用DSC进行了测量，结果表明在最佳条件下可以在147 J/g下蓄热。研究项目④“利用蓄热浆料的蓄热散热系统验证”，将蓄热胶囊分散在硅油中的蓄热浆料密封在隔热容器中，通过磁力搅拌器搅拌的物理刺激来释放过冷度通过这样做，我们确认了胶囊中所含赤藓糖醇的潜热引起的温度升高。