廃熱の回収と熱マネジメント技術の開発

第1部 低温廃熱を利用可能な熱輸送デシカント蓄熱システムの開発

(2021年9月24日 10:30〜12:00)

　2050年カーボンニュートラルの実現に向けては、省エネの促進が重要になる中、排熱利用、特に100℃以下の低温廃熱の利用が重要になっています。本講座では、低温排熱が利用可能なシステムの紹介とともに、各システムにおいて重要な役割を果たす、吸着材について紹介します。また農業分野での施設園芸栽培における省エネ技術や二酸化炭素回収利用についても紹介します。

1. はじめに
2. デシカント式蓄熱システム
   1. 吸着式冷凍機 (吸着式ヒートポンプ)
   2. デシカント空調システム
   3. デシカント式蓄熱システム
3. コンパクト型熱輸送システム
   1. 研究開発の背景
   2. 課題・目的
   3. 研究開発内容
   4. 省エネ効果
4. 多孔質材料の特性
   1. 細孔と発熱量の関係
   2. 吸着材の特性
   3. 粘土系吸着材「ハスクレイ」
5. 農業分野での熱利用と除湿
   1. 施設園芸栽培用除湿装置
   2. 施設園芸における実証試験
   3. 施設園芸栽培における二酸化炭素回収施用装置
• 質疑応答

第2部 界面エンジニアリングを用いた薄膜透明熱電材料の開発

(2021年9月24日 13:00〜14:30)

　廃熱を電気として再利用可能にする熱電発電は、非常に興味深いものです。その中で、我々は窓ガラスなどへの応用を期待して、透明な薄膜熱電材料に注目しました。 　本講座では、ナノ構造やドメインを導入した際に生じる“界面”を制御することで、熱電性能を増大させる方法論についてお話しします。また、制御性の高いナノ形成技術を用いてよく定義された界面構造を作製することで、性能が上がる物理現象を実験的に調べた結果をご紹介いたします。最終的に、こうした物理に基づいて、高性能化した薄膜透明熱電材料の開発についてお話しします。根底にある学術から応用への展開について網羅する内容となっています。

1. 熱電発電
   1. 未利用熱と熱電変換
   2. 低温の未利用熱
   3. 薄膜熱電デバイス
   4. 透明なバルク熱電材料
2. 高性能熱電材料の開発
   1. 熱電性能向上の方法論
   2. ナノ構造を用いた熱伝導率低減
   3. 出力因子向上の方法論
3. 透明熱電材料開発
   1. 薄膜透明熱電材料
   2. ナノワイヤーを用いた薄膜透明熱電材料の性能向上
   3. ドメインエンジニアリングを用いた性能向上
4. 今後の展望
5. まとめ
• 質疑応答

第3部 高伝熱SiCハニカムを用いた排熱回収システムの開発

(2021年9月24日 14:45〜16:15)

　世界的な「脱炭素化」の流れを背景に、従来エンジン車の廃止とEVシフトの動きが加速している。一方で当面のCO2削減の現実解として、エンジン付き電動車 (ハイブリッド車) が大幅に増加する見込みである。ハイブリッド車の燃費性能を更に改善するには、エンジン稼働時に消費する燃料のエネルギーを最大限に利用し尽くすことが必要であり、排熱回収システムが重要な役割を果たす。 　本講座では、まず実車条件において高い燃費効果を発揮するために必要な排熱回収器の特性と、回収した熱の使い方のポイントについて述べる。また新たに開発した、既存の排熱回収器とは全く異なるコンセプトの新型排熱回収器について、その構造や特徴を詳しく解説する。既存排熱回収器と新型熱交換器を用いて実施した車両試験結果をもとに、排熱回収による燃費改善のメカニズムを検証、考察するともに、今後の排熱回収システムの開発方向性を述べる。

1. 次世代パワートレイン、電動化の動向
   1. 次世代自動車 (特にハイブリッド車) における熱マネジメントの重要性
   2. 車両各部の熱需要および排熱回収器の役割
      • エンジン
      • トランスミッション
      • 暖房
2. 排熱回収器 (EHRS) とは
   1. 排ガス用熱交換器の材料と構造
   2. 既存EHRSのタイプ、特徴、課題
   3. 車載システムとして重要な熱回収特性と効果的な熱の使い方
3. 高伝熱SiCを用いた新型排熱回収器 (SiC-EHRS)
   1. 同軸バイパス型SiC-EHRS
   2. バイパスレス型SiC-EHRS (常時回収タイプ)
   3. バイパスレス型SiCEHRS (パッシブ熱遮断タイプ)
4. 実車条件におけるEHRSの効果と燃費改善メカニズム
   1. 実用燃費効果
      • 低外気温時
      • 暖房使用時
   2. モード燃費効果
      • 常温時
      • 空調オフ
5. 将来展開
   1. 排熱発電システムへの展開
   2. その他応用システム
• 質疑応答