2019 Fiscal Year Research-status Report
電磁スピニング粘性測定システムによる超臨界流体のレオロジー計測法開発
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18K03569
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| Research Institution | Tokyo Denki University |
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Principal Investigator |
細田 真妃子 東京電機大学, 理工学部, 准教授 (40366406)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 粘性 / ソフトマテリアル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では独自に開発した粘性測定法である電磁駆動回転（Electro Magnetically Spinning: 以下EMS）システムを、通常の粘度測定手法を用いることができない特殊環境下にある超臨界状態の流体の粘性計測に適用する。超臨界状態の流体、例えば超臨界二酸化炭素はすでに物質の高効率の抽出技術などに応用されているが、その状態のモニタリング技術、特にレオロジー計測技術は現在も限定的である。こ申請者を含む研究グループは最近、磁気浮上型EMSシステムを開発し、水の粘性の1/1000程度の気体の粘性を精度よく計測することに成功した。本研究ではこれを超臨界状態の流体に適用し、超臨界状態にある物質のレオロジー特性を明らかにするとともに、将来的に超臨界状態を利用した工学プロセスに提供するため物質の抽出状態のモニタリングなどの応用を行う。本年度は実際に超臨界条件での抽出現象といった実際に高圧容器内での工業プロセスを想定して、粘性プローブなどの材料選定、ならびに新たな形状を有する回転子の設計により低粘性域での測定精度の向上を行った。回転子については様々な金属材料について円イオンによる影響を実験的に検証して材料を選定した。また100mmを超える圧力容器の壁を介して、有効に回転トルクを粘性プローブに伝達する新しい機構の開発に成功した。この新しい機構により回転プローブに加わるトルクを測定した結果、厚さ100mmのステンレス板を介した場所において直径20mm、厚さ0.3mmのアルミ円板の回転プローブに対し、10μNmの大きさのトルクを印加することに成功した。このトルクは超臨界状態における二酸化炭素の粘性を測定する目的のために十分な大きさである。さらにこのシステムは、パイプライン中における粘性のインライン測定などに広く応用が可能である。
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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
上記の通り、粘性の遠隔測定に必要なトルク印加については新しい発想に基づくトルクの到達距離拡張機構の開発、設計製作してその能力を検証することができた。これと併せて高温・高圧における粘性測定プローブに関する耐環境性の知見を得ることができた。以上の通り本研究は当初の計画通りに進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究ではまず比較的に低圧・低温域に気液臨界点を有し、かつ工業的に最も応用が進んでいる二酸化炭素を念頭に、トルクの遠隔到達機構を併用した磁気浮上EMS粘性測定システムによる低粘性の精密測定を行う。これまでに想定していた高圧環境下におかれる回転子の構成要素は直径1cm、厚み1mmのグラファイトとほぼ同直径で厚み5mmの円筒型磁石であり、これにより磁気浮上型の精密測定を行う予定であった。その後の研究により、さらに簡便な操作が可能な回転子形状に関する着想を得て、現在その実証を行っている。
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| Causes of Carryover |
当初の計画を進める過程で、これまでの非接触でのトルクの遠隔到達距離を大きく拡張する新しい機構の着想を得た。これが実現すれば、厚い壁を介しての特殊環境下での粘性計測一般に広く応用が可能である他、パイプライン中での粘性の常時モニタリングなどの幅広い活用が期待できる。このためこのトルク拡張システムの作製を優先するために消耗品材料の購入に予算を使用し、さらなる高性能化のための形状の最適化設計を計画後半に行うこととした。今後の計画では将来的に超臨界状態の利用が工業的に強く期待されている二酸化炭素を念頭に置き、耐高圧力・高温セルの設計を進める。この方法で試料セルならびに粘性プローブを各種加工・製作するために120万円使用し、残りを国内外研究者と討論を行うための旅費とする。
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