2019 Fiscal Year Research-status Report
等温場蒸気吸着体の細孔内拡散抵抗測定と細孔特性を考慮した抵抗値理論予測手法の確立
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19K04239
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
濱本 芳徳 九州大学, 工学研究院, 准教授 (20334469)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 蒸気吸着 / 等温 / 物質移動抵抗 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、多孔質吸着材内の蒸気の吸着・脱着速度に影響を及ぼすと考えられる細孔内の拡散や圧力流れによる移動抵抗値について、その理論予測手法の確立を目的とする。研究期間中に、伝熱板に多孔質吸着材を塗布して一体化した伝熱促進型蒸気吸着体に等温で蒸気を吸着・脱着させて各反応速度を測定する。そして理論解析と組み合わせて、各抵抗を分離・同定する。各抵抗に及ぼす細孔特性の影響を定量化して関係を整理する。
具体的には次の3点を実施する計画である。(1) 試料作製と吸着速度（脱着速度）の測定装置の検討と製作。(2) 吸着速度と脱着速度の測定および各移動抵抗に分離するための解析。(3) 細孔特性の影響の定量化と理論モデルの構築。である。
令和元年度は、(1)の試料作製ならびに吸着速度（脱着速度）の測定装置検討と製作を行った。さらに、(2)の吸着速度の測定も行った。
(1)では、伝熱板に多孔質吸着材を塗布して一体化させた伝熱促進型蒸気吸着体を作製した。そして、種々の蒸気圧力（1kPa～10数kPa）と吸着体温度（10～70℃程度）の下で速度を測定するための吸着量測定装置を製作した。
(2)では、シリカゲルA型微粒子結合層を対象に、蒸気吸着量の測定に水晶振動子マイクロバランス(QCM)法を採用して、等温場での吸着速度を測定した。例えば、吸着材温度を27℃に保ち、蒸気圧を0 kPaから2.57 kPaにステップ状に変化させた場合、QCMの周波数は変化し、吸着材の質量増加量として測定することができた。また、このときの時定数は約2秒であった。次に蒸気圧のステップ量を変えて、時定数に及ぼす影響を検討した。その結果、ステップ量が小さいと時定数は大きくなることが分かった。これは、細孔内の蒸気移動に及ぼす圧力差の影響が大きいことを示唆している。また吸着材温度が低いと時定数は大きくなる傾向も分かった。
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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
当初計画で令和元年度には、試料作製ならびに吸着速度（脱着速度）の測定装置の製作までを行う予定であり、その目標はクリアできたので順調と判断した。
また、吸着測定実験も行い、反応速度に及ぼす蒸気圧の変化量の影響が大きいことが明らかになった。今後、その要因を追究するためには試料作製段階に立ち戻るなど、慎重に検討を重ねながら進める必要が生じたので、おおむね順調と判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
吸着速度と脱着速度の測定および細孔内の各移動抵抗に分離するための解析を行う。特に解析では、細孔内の局所平衡吸着量と、細孔内の物質移動抵抗を考慮した熱物質移動の方程式を連立し、細孔内の気相密度と吸着量の分布を解いて吸着（脱着）速度を求める。そして、測定値と比較して各移動抵抗を分離・同定する。
次に、細孔特性の影響の定量化と理論モデルの構築を行う。上記の検討で得られた移動抵抗に及ぼす細孔直径、構造、濡れ性の影響を、いくつかの吸着材で考察・定量化し、細孔特性パラメータとの関係を整理する。そして、理論モデルによる抵抗値を予測し、測定値との比較を行う。
令和2年度に上記の一部を、最終年度に残部を行い、結果をまとめる。
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| Remarks |
Advancces in Engineering社（カナダの調査会社）による注目論文 "a key scientific article contributing to research excellence" に当方のQCM法に関する論文が選ばれた。その紹介記事が上記webページで公開(2020年3月24日)されている。
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