自動車排熱利用技術動向調査 -蓄熱・エネルギー変換技術-

欧州では2025年までの削減目標を68-75g/kmにするとの提案が、EU評議会(2013年5月末)において可決。今後、正式に採用されるかどうかはEU議会に委ねられている。今後益々強化される燃費規制/CO2排出規制に対応可能な内燃機関自動車を実現するため、自動車の「排熱」利用開発を本格的に開始する段階に入った。自動車の燃料エネルギーの60~80%のエネルギーが未利用のまま主に熱損失として排出されている。捨てられている熱を有効活用できれば、内燃機関の負荷を低減でき、エネルギー変換効率(燃費)を高められる。自動車の排熱には、発生時間と利用時間のギャップがある。これらギャップを埋める技術として蓄熱、エネルギー変換技術(熱電発電、ランキンサイクル等)の開発が進展している。本調査レポートでは、国内外の自動車排熱利用技術の動向を調査するとともに、技術導入にかかわる課題を抽出し、今後の導入を展望する。これにより、各所で継続的な技術開発が推進され、実用化・普及が開始することを期待し、業界発展の一助となることを願う。

発刊日: 2015/05/29 体裁: A4 / 59頁
資料コード: C57106120 PDFサイズ: 1.7MB
カテゴリ: マテリアル / 環境・エネルギー、自動車、機械、エレクトロニクス

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調査資料詳細データ

調査概要
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調査対象:自動車排熱利用技術(排気熱利用、蓄熱、熱電発電等)
調査方法:文献調査及びヒアリング
調査期間:2015年3月~2015年5月

調査結果サマリー
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自動車排熱利用技術動向に関する調査結果2015 
 ~燃費改善の次の一手、「排熱」を「エネルギー」に~
・2015年時点で排気熱回収器が実用化
・化学蓄熱が有望視
・熱電発電は早ければ2023年の採用に期待

資料ポイント
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  • 化学蓄熱、熱電発電は最短で2023年の自動車搭載
    素材・要素技術開発からシステム開発へ
  • 化学蓄熱(ケミカルヒートポンプ)、1万円/kWhは実現可能か?
    固体充填層の設計の最適化、繰り返し反応耐久性の向上も必須
  • 熱電素子、平均ZT値向上(0.5~1)、安価な材料・システム化・量産化
    目指せ100-200円/Wの世界
  • EGR+熱電発電、排気熱回収器+熱電発電、熱電発電+触媒活性、化学蓄熱+熱電発電など
    組み合わせ利用の検討も需要に

資料概要
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1章 総論
2章 自動車の排熱利用への期待
3章 自動車での排熱利用技術
4章 自動車での熱利用技術採用・開発動向

リサーチ内容

■掲載内容

調査のポイント

1章 総論

表1-1 世界自動車販売台数と排熱利用技術採用タイミング
表1-2 排熱利用技術の効果と課題、今後の展望

2章 自動車の排熱利用への期待

2-1 環境規制の強化
  図2-1 日本、米国、欧州の燃費基準値・燃費規制値
  図2-2 日本、米国、欧州のCO2排出基準値・規制値
  表2-1 日本、米国、欧州の燃費基準値・燃費規制値とその詳細
  表2-2 米国オフサイクルクレジット対象品目
2-2 自動車排熱の現状
  (1)自動車燃費と熱効率
  表2-3 燃費改善ポテンシャル
  図2-3 車種別小型乗用車の販売予測
  (2)自動車種別の現状と課題
  図2-4 自動車のエネルギー使用状況と排熱温度(GE)
  図2-5 GEにおける燃料エネルギー内訳
  表2-4 車種別排熱温度と熱量ポテンシャルの目安
  (3)熱効率改善のロードマップと排熱利用技術の説明
  図2-6 熱効率向上のロードマップ
  表2-5 自動車における熱需要低減技術(一例)と当該レポートの対象熱利用技術(赤点線内)

3章 自動車での排熱利用技術

実用化に向けた世界の取り組み
3-1 日本・米国・欧州プロジェクト一覧
  表3-1 日本、米国、欧州での自動車向け熱利用技術プロジェクト一例
3-2 日本プロジェクト
  表3-2 未利用熱エネルギー革新的活用技術研究開発の自動車関連プロジェクト概要
  表3-3 日本における自動車向け排熱利用技術プロジェクト一例①
  表3-4 日本における自動車向け排熱利用技術プロジェクト一例②
3-3 米国プロジェクト
  表3-5 ADVANCED COMBUSTION ENGINES(次世代エンジン)研究目標
  図3-1 ADVANCED COMBUSTION ENGINES(次世代エンジン)開発体制
  表3-6 米国における自動車向け排熱利用技術プロジェクト一例①
  表3-7 米国における自動車向け排熱利用技術プロジェクト一例②
  表3-8 米国における自動車向け排熱利用技術プロジェクト一例③
3-4 欧州プロジェクト
  表3-9 欧州における自動車向け排熱利用技術プロジェクト一例①
  表3-10 欧州における自動車向け排熱利用技術プロジェクト一例②
  表3-11 欧州における自動車向け排熱利用技術プロジェクト一例③

4章 自動車での熱利用技術採用・開発動向

4-1 排気熱回収器
    【概要】【採用実績】【市場規模】
    図4-1 フタバ産業のPOWEREV®(パワレヴ・排気熱回収器)
    表4-1 三五のヒートコレクタ(排気熱回収器)システムの効果
    表4-2 主な排気熱回収器搭載車種
    図4-2 三五のヒートコレクタ(排気熱回収器)
4-2 蓄熱技術
    表4-3 各種蓄熱材料一例
    図4-3 各種蓄熱材料の蓄熱量と蓄熱操作温度
  (1)顕熱蓄熱
    【概要】【採用実績】【課題】
    図4-4 エンジン暖機用蓄熱システム
  (2)潜熱蓄熱
    【概要】【採用実績】【市場規模】
    図4-5 パラフィン系潜熱蓄熱材
    図4-6 愛三工業のキャニスタとJXホールディングス
    (旧ジャパンエナジー)のパラフィン系潜熱蓄熱材「エコジュール®」
    図4-7 蓄冷機能付きエバポレーター
  (3)化学蓄熱
    表4-4 主な化学蓄熱材
    表4-5 主な無機系化学蓄熱材
    図4-8 自動車でのケミカルヒートポンプシステム概念図と必要材料量
    【ケミカルヒートポンプ 開発例:千葉大学 大学院工学研究科・工学部 小倉裕直教授】
    【採用実績】【課題】
    表4-6 蓄熱技術別、自動車での今後の採用
    表4-7 EV用暖房に対するLIBと化学蓄熱材の経済性比較
4-3 エネルギー変換技術
  (1)間接方式
    図4-9 ランキンサイクルシステムの概念図
    【BMWのランキンサイクルシステム(第二世代:2005年)】
    図4-10 BMWのTurbosteamerシステム
    【ホンダのランキンサイクルシステム実証実験(2006年)】
    図4-11 ホンダのランキンサイクルシステム
  (2)直接方式
    図4-12 熱電発電モジュールにおける発電のメカニズムと熱電発電素子
    【熱電発電材料】
    表4-8 様々な材料のZT値
    図4-13 様々な材料のZT値
    【2000年-2004年:三五の排気系+熱電発電システム】
    図4-14 熱電変換スタック試作品
    【自動車用排熱変換プログラム:2004年-2011年】
    図4-15 FordのLincoln MKT及びBMW X6と円筒形TEG(Amerigon TEG)
    【自動車排熱技術の開発:2005年-2011年】
    図4-16 GM suburbanと長方形の熱電発電
    【2009年 BMW EGR+熱電発電システム】
    図4-17 エンジン排気排熱から電気を生成する
    熱電発電装置イメージ図、EGR-TEGシステム及びEGR部
    【KELK EGR+熱電発電システム】
    図4-18 熱電変換システム概念図
    【2009年-2012年:HeatReCar 等】
    図4-19 HeatReCarの熱電発電システム
    【乗用車用熱電排熱回収プログラム:2011年-2011年、2011年-2015年】
    図4-20 スクッテルダイト系材料(CoSb3)の熱電発電カートリッジ
    図4-20 初期の熱電発電組立コンセプト
    図4-20 熱電発電システムのコスト構造
    【効率的な自動車用排熱回収のためのナノ構造高温対応熱電発電バルク:2011年-2015年】
    図4-21 熱電発電デザイン
    表4-9 HH系材料の性能と価格及び(右)200W出力をターゲットとした実験結果
    【2013年度-2023年度:未利用熱エネルギー革新的活用技術研究開発プロジェクト】
    表4-10 未利用熱エネルギー革新的活用技術研究開発プロジェクトの熱電変換技術詳細
    図4-22 未利用熱エネルギー革新的活用技術研究開発プロジェクトロードマップ
    【2014年:ホンダ熱電発電ユニット】
    【ランキンサイクルシステム、熱電発電システムの比較】
    【熱電発電実用化に向けた課題】
    図4-23 熱電システムのコスト構造
    図4-24 熱電モジュールの大量生産効果

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