Development of heat storage particle circulation type heat exchange system with heat storage tank for BD solar concentrator

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宮崎大学に設置されているビームダウン式太陽集光装置によって集光した太陽光エネルギーを蓄熱粒子に熱（太陽熱）として蓄え，太陽熱を使って熱機関を動かすため，蓄熱粒子と熱機関の作動流体の間で熱交換を行う蓄熱粒子型熱交換システムを開発することを目的として，実験的研究を行っている．2022年度は，集光した太陽光を蓄熱粒子に照射し，加熱された蓄熱粒子を熱交換へ送り出すための粒子流動型レシーバとスクリューフィーダの設計・製作，ならびに熱交換器の基本構造と熱伝達の解析に使用するモデル実験装置の検討を行った．製作した粒子流動型レシーバについては，非加熱の蓄熱粒子を使って流動実験を行い，想定通りの動きを確認した．すなわち，レシーバ容器の下中央に取り付けた粒子排出口からスクリューフィーダを使って粒子を少しずつ排出することで，粒子は太陽光を照射されながら，排出口に向かって順序よく流れていき，それを補うように容器外にある粒子のバッファから，粒子が補給されるという動きである．容器内の粒子の動きは重力によるものあるが，流動層は均一な厚さであった．流動層の一番下の粒子層を固定し，その上を加熱された粒子が移動することで，加熱された蓄熱粒子から容器に伝わる熱損失の低減を図った．また，製作したスクリューフィーダについても，加熱した粒子を排出できることを確認した．さらに，設計・製作した粒子流動型レシーバの特許を出願した．熱交換器の設計において，シェルアンドチューブ型を採用し，シェル内を滞りなく粒子が移動するためにはチューブ間隔は蓄熱粒子の6倍程度をとればよいことを，モデル実験装置により実験的に確認した．高温の蓄熱粒子から熱機関の作動流体への伝熱現象を解析するために，熱交換器を単純化した二重円管モデルを製作し，スクリューフィーダによって外円管と内円管の間を粒子が移動することの動作確認を行った．