KATO Yukitaka Laboratory 加藤之貴研究室
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研究の目指すもの

加藤之貴は東京工業大学大学院 理工学研究科 原子核工学専攻ならびに同総合理工学研究科 環境理工学創造専攻両方の教員です。加藤研究室には両専攻から所属でき、どちらの入試も受験できます。

(1) 研究の目指すもの
エネルギーの高度有効利用による人類への貢献が本研究室の研究主題です。
特に、熱エネルギーの変換技術に注目しています。
例えばエンジンを考えます。エンジン内で発生する熱エネルギー(燃焼熱)を巧みに変換することで仕事(走行エネルギー)が得られます。 エネルギー有効利用技術の分野においては、様々な形態から発生する熱エネルギーをいかに有用なエネルギー形体に変換するが重要になります。
大きく以下のエネルギー変換の形態が考えられます。
(a) 熱から熱への高効率変換
(b) 熱から物質への高効率変換
(c) 熱から電気への高効率変換
本研究室では従来にない新しい視点からこれらの高効率変換実現に取り組んでいます。
熱源は様々ですが地球環境持続性の観点から二酸化炭素発生に関わらないものに注目しています。すなわち、エンジン・燃料電池・生活熱など市民の社会・産業活動から排出する排気熱、同様に地域・産業から発生する未利用熱、自然系では再生可能エネルギー、そして原子力エネルギーが対象です。
これらは二酸化炭素を直接排出しないゆえに、技術困難があったとしても実現した装置は環境性が本質的に高く、新しい市場を開くと予測できます。
(2) 高度エネルギー変換実現にむけて、ではどうする?
本研究室ではこの変換技術実現に向けて主に化学反応の利用を検討しております。
例えば現在の発電は熱源が火力、地熱、原子力であっても蒸気機関で行われています。すなわち水の蒸気−液体間の変化(相変化)にともなう熱吸収・放出(潜熱変化)の利用が原理となっています。
化学反応にも熱の出入りがあり、発熱反応(蒸気機関の凝縮に対応)の逆は吸熱反応(同蒸発)であり、それぞれ熱の移動がともないます。
化学反応による熱移動現象の利用がこれから大きな可能性を持っています。化学反応は単位重量、体積あたりの熱(化学熱)移動が蒸気などの潜熱変化、または温度変化にともなう熱移動(顕熱変化)に比べ大きいという特質を持っております。
よって、化学反応をエネルギー変換技術に利用すると高密度な熱利用が可能となります。また反応物の保存という方法でエネルギー貯蔵(蓄熱など)が可能であり、さらには高効率かつ広い温度域でのエネルギー変換が可能になります。
(3) 本研究室で行われている研究テーマ
本研究室では上述の研究背景をもとに、下記のテーマを展開しております。
(a) 熱から熱への高効率変換
  ケミカルヒートポンプの開発
(c) 熱から電気への高効率変換
詳細は研究活動をご覧ください。
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(4) どのような学生が活躍してきたか
本研究に関わって10数年がたちます。これらの研究に主に機械工学、化学工学、物理、化学系の学生の方々が関わり研究成果を残しております。
研究のプロセスはアイデアの醸成から装置(主に化学反応器が基本)の製作、実験、分析、実験の評価です。さらに実験装置内の物質・エネルギー輸送現象の数値解析評価、エネルギーシステムとしての経済性評価で一段落となります。
次いで反応材料・反応触媒の高度化のための検討、実験装置の熱システムとしての伝熱・反応構造の改良が続きます。互いの結果のフィードバックが装置デザインの改良そして新規アイデアを生みます。
このように、研究は一つの専門だけではカバーはできません。これは他の研究にもいえることです。装置の実用化、ひいては人類への貢献をゴールに自分の専門を大いに延ばすと共に、必要な技術は必要に応じて身につける心構えが必要です。
その気持ちがあれば化学、化学工学、機械工学、物理などの素養は大いに生かされ、かつての専門にかかわらず活躍できます。
(5) 進学をお考えの方に
未知の分野や、かつて苦手としていた分野にかかわることは負担になるかと思います。
しかしその壁に少し勇気を出して臨めば、乗り越えることができます。また乗り越えることで、開発ストーリーのある世界唯一の研究成果が得られます。
それは自分にとっての一生の宝物になると思います。そのようなストーリーのある研究経験を是非皆に経験して頂きたいと思います。またそれが実現できるようサポートしたいと思います。
ご質問、ご意見は加藤までメールをお送り下さい。
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