2 0 0 0 OA 微細構造表面プラズモン共鳴による近接場光の波長制御とエネルギー変換
2 0 0 0 生活空間の温湿度・ふく射環境を自律制御する壁システムの開発
本研究は,熱工学の立場から人間の生活環境と地球の自然環境のほどよい共生を図ることをめざす萌芽的な研究である.人間の生活環境の改善はわれわれの当然の希望であり,とりわけ日本の蒸し暑い夏を快適に過ごすための努力はあってよい.ところが,その生活環境の快適さを実現するために空気調和機器(エアコン)をもってすれば,その使用電力分が地球大気に熱として放出され,さらにその電力生産にともなう熱が大気に放出されて,地球の温暖化を促進する.すなわち,エアコンに頼って快適さを追求しつづける限り,生活環境と地球環境との共生は難しい.本研究の要点は,(1)壁によるふく射冷却と(2)水蒸気を呼吸する壁である.電力よりは自然の自律制御機能に依存して人間の快適さを追及することである.本研究では,夏に涼しく冬に暖かい生活・暮らしの実現に貢献できる技術の開発のために,ふく射伝熱と水蒸気を呼吸する高熱伝導性の多孔質体に注目する.自律的な生活環境制御機能をもつ生活空間の壁をバイオマスの暖かさをもって実現することをめざす.このような人間生活と自然現象を見つめる熱工学研究の萌芽が育つことの社会的意義は大きいと考える.平成20年度は,まず,室温の表面の全半球放射率測定器の開発を行った.その結果,(壁システムを構成する)第一壁や人体・衣服の全半球放射率を正確かつ簡便に測定できるようになった.次いで,一定の温湿度に調整し準断熱・断物質の環境実験槽の密閉空間にその温湿度の壁システムを設置して,初期の定常状態を実現し,壁システムの水冷銅管に一定の温度の水を流して壁システムを始動し,次の定常状態に至るまでの非定常過程で,環境実験槽内の湿り空気の温度・湿度の変化・第一壁の表面温度・含水量の変化を測定した.その結果,本研究の要点の上記の(1)と(2)が構想どおり実現できることを実験的に示した.
熱ふく射(thermal radiation)は物質における荷電粒子の熱振動に起因する電磁波であり,工業的にも身近にも得やすいエネルギーであるが,そのままではPlanck分布の及ぶ広い波長域に分散し,また,指向性が弱いぼんやりしたふく射である.そのため,レーザーの場合のように特定の波長にそのエネルギーを集中して工学的な機能を発揮させるためには有効でないことが多かった.本研究は,この熱ふく射を特定の波長帯域のふく射が強調されるスペクトル機能性のふく射に変換し制御する技術の開発をめざすものである.電磁波動論・分光学・固体物性論・伝熱工学を基礎として分光熱工学の実験・理論研究を行い,エネルギー工学と生活環境工学のために有効なハードシステムの実現をめざす.牧野・若林・松本は,(1)薄膜系の放射ふく射の干渉と(2)薄膜系のふく射放射理論を検討し,(3)薄膜系エミッターの試作を行った.さらに,(4)表面の鏡面反射率・半球反射率・指向放射率のスペクトルの同時測定法を提案し,(5)熱ふく射に関するKirchhoffの法則を電磁波のレベルで実験的に検証した.また,牧野は,本研究を総括する視点に立ち国内の講演会や国際会議において本研究に関する多くのKeynote講演などを行った.吉田は,スペクトル機能性ふく射を用いる熱・光起電力発電システムを熱システム工学的に検討した.花村は,(1)矩形マイクロキャビティによる放射率の波長制御に関する分光実験・計算を行い,(2)近接場光によるナノギャップ発電に関する実験装置を設計し,(3)GaSb光電変換素子を自らの実験室において試作した.山田は,(1)薄膜系エミッターからの放射ふく射の計算と(2)人体の皮膚の反射に関する分光実験・計算を行い,(3)色素増感太陽電池の改良を検討した.
1 0 0 0 OA スペクトル機能性ふく射の制御技術開発をめざす熱工学の展開
1 0 0 0 IR 熱ふく射に関するKirchhoffの法則の実験的検証(熱工学,内燃機関,動力など)
- 著者
- 牧野 俊郎 若林 英信
- 出版者
- 一般社団法人日本機械学会
- 雑誌
- 日本機械学會論文集. B編 (ISSN:03875016)
- 巻号頁・発行日
- vol.76, no.769, pp.1406-1411, 2010-09-25
- 被引用文献数
- 2
This paper discusses the Kirchhoff's law on thermal radiation. The logic of derivation of the law is reconsidered, first. Then, spectra of normal emittance ε_N and normal incidence hemispherical reflectance R_<NH> are measured on surfaces whose microstructure changes in a non-equilibrium experimental system to examine the validity of the complementary relation between ε_N and R_<NH>, which is the suggestion of the Kirchhoff's law. As the results of the examination, it is illustrated experimentally on a variety of surfaces that the complementary relation is valid within an experimental uncertainty. Provided this conclusion is admitted, the followings are suggested. If a surface is designed so that it does not reflect a narrow spectral region of radiation to any direction and reflects the other spectral regions of radiation much over the hemisphere, then the surface can be a new spectrally-functional emitter of radiation. It is also suggested that thermal radiation emitted at a surface is considered as the emission of plane waves at the surface rather than as the emission of spherical waves by electric dipoles.
1 0 0 0 OA 生活空間の熱・ふく射環境の自律制御に関する研究
日本の夏の蒸し暑さや冬の温められた居住室内の乾きを抑えるには,湿気を呼吸する後づけ型の室内付設壁板を設けることが考えられてよい.そのような壁板に,人体や衣服と室内壁板の間のふく射伝熱を改善する機能を付与することができればさらによい.本研究では,そのような壁板の候補の1つとして,ハニカム的な構造をもつ多孔性の金属の板に大鋸屑を詰めた壁板を試作し,その平衡質量含水率を測定して吸放湿量の温湿度特性を推定し,湿気伝導率と熱伝導率,全半球放射率を測定する.その結果,この壁板は高い吸放湿性と高い熱伝導性をもつことが示される.
1 0 0 0 生活空間の温湿度・ふく射環境を自律制御する壁システムの開発
本研究は,熱工学の立場から人間の生活環境と地球の自然環境のほどよい共生を図ることをめざす萌芽的な研究である.人間の生活環境の改善はわれわれの当然の希望であり,とりわけ日本の蒸し暑い夏を快適に過ごすための努力はあってよい.ところが,その生活環境の快適さを実現するために空気調和機器(エアコン)をもってすれば,その使用電力分が地球大気に熱として放出され,さらにその電力生産にともなう熱が大気に放出されて,地球の温暖化を促進する.すなわち,エアコンに頼って快適さを追求しつづける限り,生活環境と地球環境との共生は難しい.本研究の要点は,(1)壁によるふく射冷却と(2)水蒸気を呼吸する壁である.電力よりは自然の自律制御機能に依存して人間の快適さを追及することである.本研究では,夏に涼しく冬に暖かい生活・暮らしの実現に貢献できる技術の開発のために,ふく射伝熱と水蒸気を呼吸する高熱伝導性の多孔質体に注目する.自律的な生活環境制御機能をもつ生活空間の壁をバイオマスの暖かさをもって実現することをめざす.このような人間生活と自然現象を見つめる熱工学研究の萌芽が育つことの社会的意義は大きいと考える.平成19年度(初年度)は,室内の生活空間における伝導伝熱・対流伝熱・ふく射伝熱・相変化をともなう熱・ふく射・物質輸送(heat, radiation and mass transfer)現象を考察し,その現象をよりよく制御するための生活環境自律制御型の高熱伝導性・高吸湿性の室内壁ユニット(第一壁)の開発を行った.すなわち,まず,計10種の第一壁の試料を作製した.次に,測定装置を作製し,第一壁の(有効)熱伝導率・(全垂直)放射率・平衡(質量)含水率を測定した.