2020 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
| Project/Area Number |
18K03569
|
|---|
| Research Institution | Tokyo Denki University |
|---|
Principal Investigator |
細田 真妃子 東京電機大学, 理工学部, 准教授 (40366406)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
|
| Keywords | 粘性 / 遠隔計測 / 粘度測定 |
|---|
| 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。本年度は密閉された特殊環境領域からパイプラインを介して液体試料をEMS測定システムの計測部に導入し、粘性の計測後これを再び還流させながら長時間にわたって連続モニタリングするシステムの開発を行った。この目的のために上部支点型の回転粘性プローブを新たに開発した。この回転子は、回転子を支持する回転中心が回転子の重心の鉛直上方に位置するように設計されており、その力学構造はいわゆるやじろべえの構成となっている。これにより、例えばポリマーなどの部材が使用できない高温などの環境下でも、チタンなどの耐環境性・耐薬品性の優れた金属部材のみで回転子を構成できるようななった。さらに強い溶媒中にポリマーが分散した塗料などの試料について、実際に貯蔵槽から耐腐食性チューブを介してケミカルポンプにより粘性測定部に試料を導入・循環させながら、24時間以上にわたる長時間の連続粘性のモニタリングを行い、回転の安定性などの検証を行った。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。
|
| 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、耐薬品性・耐環境性に優れた回転子の作製を可能にする上支点型構造の粘性プローブを設計・試作し、その能力を検証することができた。これとあわせて昨年度までに開発した回転駆動トルクの遠隔到達システムを併用することで、ざまざまな環境におけるレオロジーの連続計測が可能になる。以上の通り本研究は当初の計画通りに進展している。
|
| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究ではまず工業的に溶媒としての利用が期待される二酸化炭素を想定し、臨界条件下での回転子の耐環境性の検証を進める。回転子の材質としてチタンを採用し、マイクロ放電加工により必要な部材の作製を行う。これと並行して数100時間から数か月にわたる貯蔵・熟成などの工業プロセスを想定して、その期間にわたって連続的にレオロジー計測を行えるソフトウエアなどの整備を進める。
|
| Causes of Carryover |
当初の計画を進める過程で、これまでの完全に試料中に没した構成の回転子に加え、回転子の支持点であり回転中心となる回転子と試料容器の接触部を上方に配置する上部支点型回転子の着想を得た。これにより、測定の支障となる接触部における摩擦トルクに対する、試料の影響を排除することができる。実際の検証によりこれまで測定に支障が生じるおそれのあったコロイド系などにも問題なく適用することが確認できた。この回転子は塗料や食品など不均一な液体を扱う分野においても幅広い活用が期待できる。このためこの上支点型回転プローブの最適化設計ならびに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、実際にこの回転子を用いての物性の連続測定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、耐薬品性・耐高温高圧の回転子の設計を進める。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100万円使用し、残りを国内外研究者と討論を行うための旅費とする。
|
