エネルギーを余すことなく利用する技術

熱エネルギー変換システム学研究室 宮崎隆彦 教授

Takahiko Miyazaki

エネルギーは,消えて無くなることはありません.動力,電力,熱など,有効に利用できる形に姿を変えてゆき,最終的には大気の温度の熱となり拡散します.変化の過程でエネルギーの量は変わりませんが,エネルギーの質が変わります.例えば,石炭,石油,天然ガスに代表される化石燃料を燃焼して得られる1,000℃以上の熱と,温泉の源泉のような100℃前後の熱とを比べると,同じ熱量から理論的に取り出し得る仕事の量は,化石燃料の燃焼熱のほうが4倍程度大きいのです.これは,温度の高い熱のほうがエネルギーとしての質が高いことを表しています.

私の研究では,大気の温度に近い熱,すなわち,質の低いエネルギーを如何に利用するか,が重要なテーマです.効率的に仕事を取り出すのが難しい100℃未満の熱を冷房に利用する技術の一つが“吸着式冷凍機”です.除湿に使われるシリカゲルやゼオライト,脱臭剤などに利用される活性炭などの吸着剤が水蒸気やガスを吸着する性質を利用して,エアコンの冷房運転と同じ作用を得る仕組みです.普通のエアコンは,電気でコンプレッサを駆動して動かしますが,吸着式冷凍機の駆動に必要なのは,吸着剤が吸着している水蒸気やガスを放出させるための加熱です.したがって,

吸着式冷凍機は,熱を加えることで“冷やす”効果を得る,とても不思議な装置なのです.

この仕組みを,より効率的に,また,より低い温度で利用するためには,優れた吸着剤の開発とともに,その材料に適合した工学的な技術開発が重要です.私は機械系の出身なので材料の特性を最大限に発揮するための熱交換器技術やシステム技術を研究していますが,吸着式冷凍機のように,吸着剤を利用したエネルギー機器の研究では,材料科学,機械工学,システム工学など,幅広い分野に渡る学際的な取り組みが技術の高度化につながります.そのため,他分野の先生方とうまく連携しながら,低温熱利用技術のブレークスルーを目指しています.