2017 Fiscal Year Research-status Report
冷凍サイクルにおけるナノオイルの適用に関する基礎研究
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16K06116
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| Research Institution | Shizuoka University |
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Principal Investigator |
福田 充宏 静岡大学, 工学部, 教授 (70199222)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
本澤 政明 静岡大学, 工学部, 准教授 (50516185)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 冷凍サイクル / 潤滑油 / ナノ粒子 / ナノオイル / 磁性流体 / 分散 / 凝集 / 閉塞 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
冷凍空調サイクルにおいて，ナノ粒子を混入することにより性能が向上するといった報告がなされているが，実際の冷凍サイクルにおけるナノ粒子の添加の影響と効果については不明な点も多い．本研究では，ナノ粒子を含んだ冷凍機油（以下，ナノオイル）におけるナノ粒子の分散や物性値について検討し，また，ナノオイルの微小な隙間における流動状態や潤滑状態を調査することにより，冷凍空調サイクルにおけるナノオイルの実用化に向けた基礎データの蓄積を目的としている．
冷凍機油中のナノ粒子の分散状態については平成28年度に検討を行い，R410A冷媒に対して良く用いられるPVE油とCuOまたはAlO3の組合せでは長期にわたって安定した分散を得ることは困難であったが，凝集したナノ粒子の平均粒子径は約200nmであり，機械的な撹拌を行うことで安定した物性値が得られた．ナノオイルの物性値に関しては，熱伝導率，粘度，比誘電率いずれの物性もナノ粒子の体積濃度が大きいほど増加した．粒子の混合により，冷媒溶解度の減少が見られたため，冷媒溶解度に対する粒子混合の影響については平成30年度に詳細に調査する予定である．
冷凍サイクルにおいてナノオイルを適用する場合には，微小な隙間を流れる場合の流動特性を把握しておく必要がある．隙間高さが10～100umの微小隙間にナノオイルを流し，その流動特性を調査したところ，粒子の質量流束がある特定の範囲において流路入口部で閉塞が生じた．一方，平成29年度において，ナノ粒子が安定して分散している流体として磁性流体を用いて同様の試験を行ったところ，公称10nmのナノ粒子が安定して分散しているコロイド溶液であっても隙間高さが10umでは閉塞が生じた．凝集体が生じるナノオイルの場合とはやや異なる結果が得られたため，微小隙間における流動特性に関しては，平成30年度も継続して調査する．
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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
ナノ粒子を冷凍機油中に分散させる処理方法と分散に対する添加剤の影響については平成28年度に検討を行い，ナノ粒子が安定して分散できたとは言いがたいが，結果としてはナノ粒子が潤滑油中で凝集している状態であってもその凝集径200nm程度であり，冷凍サイクル内での潤滑油としての使用に対しては問題がないと考えられる．ナノオイルの物性値の測定はおよそ計画通りに進んでいるが，ナノ粒子の混合によって冷媒溶解度の減少が見られたため，冷媒溶解度に対する粒子混合の影響については平成30年度に詳細に調査する予定である．一方，平成29年度に検討する予定であった微小隙間におけるナノオイルの流動状態に関しては，平成28年度に前倒しにして検討することができたが，隙間が10umの場合に，粒子の体積濃度が小さいほど流動抵抗が大きくなるという特徴的な結果等については，その原因およびそれを支配するパラメータなどが未解明であった．そこで，平成29年度は，ナノ粒子が安定して分散している流体として磁性流体を用いて同様の試験を行ったところ，公称10nmのナノ粒子が安定して分散しているコロイド溶液であっても隙間高さが10umで閉塞が生じ，凝集体が生じるナノオイルの場合とはやや異なる結果が得られたため，平成30年度も継続して調査する必要が生じた．
ナノオイルを用いた場合の潤滑状態に対する影響は，平成29年度，30年度で調査する予定であった．平成29年度は，接触面における漏れと摩擦の同時評価試験装置を開発し，ナノ粒子を含まない油について評価ができたため，平成30年度はこの装置を用いて，ナノオイルの潤滑特性を評価していく．
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| Strategy for Future Research Activity |
ナノ粒子の凝集が微小な隙間における流動に与える影響については，平成29年度に引き続き，ナノ粒子が安定して分散したコロイド溶液である磁性流体を用いた場合の結果と比較しながら検討を進める．磁性流体または磁性粒子を潤滑油に混入したナノオイルは，その流動を磁場の印加によって制御することができ，磁性粒子を混合したナノオイルの微小隙間における流動制御とそのシール効果の圧縮機への応用に関しても検討をしていく．
一方，冷媒が冷凍機油に溶解する場合の飽和溶解度に対して，ナノ粒子の混入が影響を与えることが分かったため，平成30年度にナノオイル／冷媒混合物の飽和溶解度の測定を詳細に行い，ナノオイルを用いる場合の基礎データを蓄積する．
また，ナノオイルの特徴である潤滑性能の向上に関しては，平成29年度において開発した実際の圧縮機内のしゅう動状態を模擬したモデル実験装置を用いて，しゅう動部におけるナノ粒子のベアリング効果を検証する予定である．
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| Causes of Carryover |
金属顕微鏡は別予算で購入したため，その分を卓上恒温槽の購入に充てたが，差額分がやや未使用となった．当該予算によって平成29年度にシリンジポンプを購入したが，シリンジポンプのシリンダは，ナノオイルと磁性流体で使い回しがきかないため，それぞれの流体用に新たなシリンダを購入予定である．
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Research Products
(1 results)
