2015 Fiscal Year Research-status Report
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15K05816
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| Research Institution | Oita National College of Technology |
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Principal Investigator |
尾形 公一郎 大分工業高等専門学校, 機械工学科, 准教授 (50370028)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
佐野 博昭 大分工業高等専門学校, 都市・環境工学科, 教授 (50187275)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 廃石膏ボード / 二水石膏 / 半水石膏 / 乾燥 / 粒子径 / 加熱空気流 / 粒子充てん層 / 有効熱伝導率 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は廃石膏ボードから生成される二水石膏の加熱脱水メカニズムを明らかにすることである．実験では粒子径を3種類に篩い分けした二水石膏を用い，二水石膏の充てん質量，加熱温度，加熱時間や加熱空気速度を変化させて，恒温乾燥炉と加熱透過試験装置を用いた実験を行った．さらに，赤外線サーモカメラを用いて熱流動測定が可能な可視化試験装置を製作して二水石膏加熱時の表面温度測定を行った．平成27年度は二水石膏が半水石膏へ変化する加熱脱水特性を調査，二水石膏の質量変化による評価方法の有効性の検証及び二水石膏から半水石膏への変化に対する熱流動の影響を分析した．本研究で得られた主な成果は以下の通りである．
1．同一の粒子径，充てん質量，加熱温度条件下で二水石膏を恒温乾燥炉と加熱透過試験装置で加熱した場合の半水化時間を比較すると，加熱試験装置による結果が最大で1/25に短縮することが明らかとなった．このことより，二水石膏を効率よく半水化させるためには加熱空気流が大きく影響することが分かった．
2．X線回折装置による定性分析結果から，二水石膏が半水石膏へ変化する評価方法として，石膏の質量変化による判定方法の有効性が確認された．加えて，矢木・国井の理論で粒子充てん層内の有効熱伝導率の推定を行った結果，有効熱伝導率は粒子径の増加とともに高くなることが明らかとなった．また，有効熱伝導率が高いものほど加熱透過試験の半水化時間が早くなり，粒子充てん層内の熱移動が乾燥特性に影響していると推測される．
3．二水石膏の表面温度の可視化結果から，加熱空気流によって粉体層全体に熱が伝わりながら乾燥することが確認された．
これらの成果は，廃石膏から生成された二水石膏の加熱脱水特性の知見として工業的に意義があり，重要であると考えられる．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本研究の目的は廃石膏ボードから生成される二水石膏の加熱脱水メカニズムの詳細を明らかにすることである．平成27年度当初の計画では，二水石膏の粒子径の決定，恒温加熱炉による半水石膏転換条件の調査と加熱透過試験装置の製作および予備試験を行う予定であった．現在までの進歩状況は以下の通りである．
1．大分県の廃石膏ボードリサイクルプラントから廃石膏ボード由来二水石膏を収集し，粒子径分布測定を実施した．さらに，粒子径をふるい機で調整し，小粒子（75～125μm），中粒子（250～425μm），大粒子（850～2000μm）の3種類に分類した．
2．粒子径の異なる3種類の二水石膏を恒温加熱炉内に静置して加熱温度（110℃，130℃，150℃）の条件で実験を行った．粒子の充てん質量も3種類に変化した．結果として，恒温乾燥炉による加熱試験では粒子径の大きさは半水化に関係していなことや，質量が増加すると二水石膏が半水石膏へ変化するために必要な時間も増加することが確認された．
3．二水石膏充てん部の温度，圧力や透過空気速度を測定するために，熱電対，圧力センサや流速計を設置した加熱透過試験装置の製作を行った．さらに，加熱時の熱流動測定が可能な装置も製作した．可視化面にパイレックス管，表面温度と内部温度の測定に赤外線サーモグラフィカメラと熱電対を用いた．恒温加熱炉と同一の粒子径，充てん質量，加熱温度で実験を行った．その結果，加熱空気流によって二水石膏が半水石膏へ変化する時間が短縮することや，粉体層全体に熱が伝わりながら乾燥することが確認された．さらに，温度や空気速度測定結果などを用いて粒子層の有効熱伝導率を求めて二水石膏の乾燥特性との影響を推定した．
4．当初予定に加えて，X線回折装置による定性分析を行い，二水石膏が半水石膏へ変化する評価方法として，石膏の質量変化による判定方法の有効性を確認した．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成27年度に得られた結果を基にした今後の研究の推進方策は以下の通りである．
1．二水石膏の粒子径の分類を2種類追加して，平成27年度と同一の充てん質量，加熱温度による恒温乾燥炉による加熱実験を行う．さらに，平成27年度と充てん質量や加熱温度を変化させた場合の粒子径の異なる5種類の二水石膏の恒温乾燥炉による加熱実験も行う．その結果，粒子径，充てん質量，加熱温度を変化させた条件での，二水石膏から半水石膏へ転換する条件を明らかにする．
2．平成27年度に製作した加熱透過試験装置を用いて加熱空気流中での二水石膏の半水石膏への転換特性の解明を行う．恒温乾燥炉と同一の粒子径，充てん質量，加熱温度条件で二水石膏の加熱透過試験を行い，恒温乾燥炉と同様に二水石膏から半水石膏への転換条件を明らかにする．
3．恒温加熱炉と加熱透過試験装置を用いた場合の二水石膏から半水石膏へ転換する最適加熱条件を明らかにし，従来の結果との差異を明確にする．さらに，恒温加熱炉と加熱透過試験による二水石膏の半水石膏転換条件を比較して二水石膏の加熱脱水特性に及ぼす加熱空気流や粒子充てん層内の熱流動の影響を明らかにする．熱流動の影響を理解するために，赤外線サーモカメラと熱電対による温度測定，透過空気速度や圧力測定結果の分析や，粒子充てん層内の有効熱伝導率の推定などを行う．
4．X線回折装置による定性分析も引き続き行うが，石膏の成分を明らかにするために定量分析も検討する．平成28年度の試験結果を分析して，平成27年度同様に，半水石膏へ変化する評価方法として，石膏の質量変化による判定方法の有効かどうかを検証する．
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