2017 Fiscal Year Annual Research Report
Development of novel devices driven by molecular exchange through micro-channels
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15K05794
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
杉元 宏 京都大学, 工学研究科, 講師 (50222055)
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2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 分子流体力学 / 膜分離 / マイクロ流 / 省エネルギー / 廃熱利用 / 希薄気体力学 / 熱遷移流 / クヌーセンポンプ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
代表者は，以前の科研費(課題番号23560196)で，混合気体の異なる成分が多孔膜を通して逆方向に透過する「分子交換流」の実在を示した．本研究では，そこで開発した分子交換装置を基本パーツとし，それを複数個組み合わせると，混合気体を各成分に分離する装置が実現できることを実験により示した．この手法で得られる濃度変化は，分子量の比が十分大きい混合気体の場合，多孔膜の幅1 cmあたり1%程度に達する大きさである．生産流量は多孔膜の奥行き寸法に依存する．同位体ガスの分離にも取り組み，同位体ガスを卓上型装置で分離する十分な可能性を有することが示された．
平成27年度には，3 x 3 cm四方の汎用濾紙を電力で加熱・冷却した金属板に挟む構造のユニットを3個用いて，混合気体の軽い成分を抽出する実験を行なった．2ユニットはポンプ駆動に用い，1ユニットで分子交換流を発生させることで，材料気体から軽い成分気体を濃縮して取り出すことに成功した．平成28年度は，ポンプ部分を市販のダイヤフラムポンプに置き換え，1ユニットで軽い成分を濃縮すると同時に，別の1ユニットで重い成分気体を濃縮することに成功した．この結果は，本混合気体分離法が，与えられた材料気体を各成分に完全分離できることを示すものである．平成29年度は，装置構造を改善し，8 x 8 cmの汎用濾紙を用いた分子交換ユニットを自由に積層可能な装置を開発した．この装置はまた，電力を必要とせず，数十度の温度差を持つ温冷水だけをエネルギー源として稼働する装置である．研究期間中に8層の積層構造を持つ混合気体分離装置が初期稼働した．内部流量の制御が未完成であるが，その状態でもヘリウムーネオン混合気体の濃度を数十％変更できるだけではなく，純ネオンガスから，その同位体比率が1%以上異なる2種の気体を毎分1cc以上の速度で生産することが可能であった．
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| Remarks |
本研究の成果は，今後追加していく予定です．
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