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Novel electrothermodynamic power generation

自動車排ガスからの回生エクセルギー増大を目指した新規焦電発電システム

Kim, Y.*; Kim, J.*; 山中 暁*; 中島 啓*; 小川 孝*; 芹沢 毅*; 田中 裕久*; 馬場 将亮*; 福田 竜生; 吉井 賢資; 武田 雅敏*; 山田 昇*; 中山 忠親*; 新原 晧一*

Kim, Y.*; Kim, J.*; Yamanaka, Satoru*; Nakajima, Akira*; Ogawa, Takashi*; Serizawa, Takeshi*; Tanaka, Hirohisa*; Baba, Masaaki*; Fukuda, Tatsuo; Yoshii, Kenji; Takeda, Masatoshi*; Yamada, Noboru*; Nakayama, Tadachika*; Niihara, Koichi*

空中に廃棄されている自動車排ガスの廃熱の再利用は、現在社会のエネルギー問題の重要な位置を占めるが、その一つとして強誘電体(焦電体)の誘電・焦電効果を応用したエネルギー回生技術の研究が進められている。焦電体を自動車排ガス中に設置するとともに、エンジン運転に伴う熱振動に同期した電場を外部から加えることで、回生エネルギーは大幅に上昇する。本研究ではこの時用いる取り出し電気回路の改良を行うとともに、典型的な焦電体PbZr$$_x$$Ti$$_{1-x}$$O$$_3$$(PZT)を用いて実際に有効活用できる回生エネルギーが非常に小さいながらもプラスであることを初めて確認した。また回生運転と同時測定した時分割X線回折により、焦電体の結晶構造の変化やドメイン比といったミクロな機構に関する知見を得るとともに、さらに実機エンジンを用いた試験でも実際に有効活用できる回生エネルギーの取得を確認できた。

An innovative electro-thermodynamic cycle based on temporal temperature variations using pyroelectric effect has been presented. Practical energy is successfully generated in both $textit{in-situ}$ synchrotron X-ray diffraction measurements under controlled conditions and $textit{Operando}$ real engine dynamometer experiments. The main generating origin is revealed as a combination of a crystal structure change and dipole change phenomenon corresponds to the temperature variation. In particular, the electric field induced 180$$^circ$$ domain switching extremely improves generating power, and the true energy breakeven with temperature variation is firstly achieved.

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