新たな低温潜熱蓄冷媒体としてのW/O型・O/W型エマルションの生成と熱伝達の解明
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22K03945
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 19020:Thermal engineering-related
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| Research Institution | Okayama University |
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Principal Investigator |
堀部 明彦 岡山大学, 自然科学学域, 教授 (50229241)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2024: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
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| Keywords | エマルション / W/O型 / O/W型 / 潜熱蓄熱 / 低温 / 蓄冷熱 / 潜熱 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では，低温度域の新たな蓄熱・熱輸送に対する知見を得るために，下記の2種類のエマルションを試作し特性および熱的性質を検討する。
(1)O/W型エマルション：連続相に水溶液（凝固点0℃から-30℃想定），分散相（潜熱蓄熱材粒子）に低凝固点オイル
(2)W/O型エマルション：連続相に低凝固点オイル（凝固点0℃から-30℃想定），分散相に水溶液（濃度によって凝固点を制御）
潜熱エマルションの対象を0℃から-30℃までの温度範囲としており，0℃以上の場合と異なると思われる挙動を明らかにし，また，そのために，ほとんど蓄冷材として研究がされていないW/O（Water-in-Oil）型エマルションを候補の一つとする.
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年の冷凍食品の増加やワクチンなどの低温保存の必要性により，冷凍効率の良い低温蓄冷媒体（蓄冷材）の開発や冷凍機器の効率向上などが求められているため，本研究は，0～-30℃程度を対象とした低温潜熱蓄冷媒体としてのW/O型（連続相：油系，分散相：水系）およびO/W型（連続相：水系，分散相：油系）潜熱利用エマルションの新規開発および熱移動特性を解明するものである。
2022年度の研究では，まず，種々の条件にてエマルションの生成試行を行い，最適な生成方法または構成する物質の種類・含有量について検討した。生成したエマルションは，分散安定性等を確認し，粒子の凝固・過冷却挙動の検討を行った。
エマルションの生成方法としては，種々検討し現時点では超音波撹拌による生成法を採用している。超音波撹拌ホモジナイザーの撹拌力や物質の割合など様々な条件においてエマルションの生成を行い，エマルションの安定性に重要な分散粒子の粒径分布を測定し、さらに静置実験により安定性を評価した。
W/O型エマルションとしては，検討の結果，10 mass%の塩化カルシウム水溶液をPCMとして用い，分散媒には，低温度帯においても流動性を保つことができ，様々な動粘度の製品が販売されているジメチルシリコーンオイル(KF-96)を用い，動粘係数が，10 mm2/sのものを採用した．界面活性剤には，ポリエーテル変性シリコーン界面活性剤であるPEG-10ジメチコン(KF-6017)を使用して，界面活性剤添加濃度の影響について検討し，エマルションの粒子径が小さくなる添加割合の最適値を把握した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究は，まず，種々の条件にてエマルションの生成試行を行い，最適な生成方法または構成する物質の種類・含有量について検討する。生成したエマルションは，分散安定性等を確認し，粒子の凝固・過冷却挙動の解明や熱物性，粘性係数などの性能を把握した後，熱伝達特性と流動挙動について検討を行うものである。2022年度は，生成試行と最適化について検討をしており、おおむね順調に進展していると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
W/O型（連続相：油系，分散相：水系）およびO/W型（連続相：水系，分散相：油系）エマルションの生成条件や性能の最適化に向けて試行を行うとともに，生成したエマルションにおいて，温度や冷却速度など種々の条件にて過冷却現象・凝固挙動を観察し，必要に応じて添加剤等や機械的刺激などの過冷却防止措置を検討する。
また，せん断速度を変化させ測定することが可能な回転粘度計と恒温槽を使用して動粘性係数を測定する。加えて、他の物性値についても検討し，エマルションの評価を行う。
最終的には，新しいエマルションの熱伝達挙動を把握するために槽内の熱伝達に関する実験と測定を行う予定である。
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Report
(1 results)
Research Products
(1 results)
