2023 Fiscal Year Annual Research Report
3次元構造フィルターによる新たな土粒子濾過技術の開発
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22H01591
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
米田 純 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エネルギー・環境領域, 主任研究員 (40760187)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
梶山 慎太郎 山梨大学, 大学院総合研究部, 助教 (50803532)
中田 幸男 山口大学, 大学院創成科学研究科, 教授 (90274183)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| Keywords | 3Dプリンター / フィルター / 透水 / 内部浸食 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
粒状材料を止めるフィルターが目詰まりを起こすと、本来の機能が発揮できず、場合によっては機能不全や災害を誘発し、大きな事故につながる。一方で、大きすぎるフィルターを選定すると、粒状材料を止めることができずフィルターとしての機能を果たさない。本研究は、種々の3次元構造を持つフィルターの開発を進め、それらの基礎的物理特性と目詰まりメカニズムを明らかにし、広範な粒度に対して長期的に濾過機能を発揮できる技術開発を進めている。昨年度、まずは２種類の3次元構造のデジタルデータを活用し、個別要素法を適用し、自由落下による粒子のトラップメカニズムを可視化した。一つは一般的な縦横の編み込み構造（２Dフィルター）を再現し、もう一つはダイヤモンドの格子構造（３Dフィルター）を再現し、２つのフィルターは、粒子をトラップまたは濾過するための最小目開きと粒子径の関係において、異なる閾値を持つことを明らかとしている。本年度は、線径が異なる３次元構造フィルターの目詰まり防止機能に及ぼす影響を検討するために、フィルターの開口幅は等しく、線径が異なるフィルターを、新たに導入した3Dプリンターによって作製し、ガラスビーズの通過率等の評価を進めた。その結果、フィルターの線径が、粒子の通過率に影響を与えることが明らかとなった。線径が増加すると単位面積当たりの流路面積が小さくなる。一方で、線径が大きくなると、単位面積当たりの流路の流速が早くなる。この二つのトレードオフの関係から、粒子を最も効率的に止めて、且つ流体の流量を最大化する線径が存在すると推察された。
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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
研究計画に従い、実験および解析ともに概ね順調に進展している。
本年度実施した模型実験からは、フィルターの最適な線径の存在が明らかとなり、対象となる粒状材料に合わせた最適なフィルターの提案に繋げられる。個別要素法を用いた解析についても、解析ケースを増やして、２次元と３次元の粒子の流出メカニズムの違いについて、考察を進めている。
次年度以降も実施計画通りに遂行していく。
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| Strategy for Future Research Activity |
導入した3Dプリンターを用いたフィルターの製作と評価を継続的に進める。模型実験の知見を基にしたフィルター線径の最適化を行う。同時に実証試験を進めるための装置開発を行う。過年度に開発した３次元フィルターを実スケールで実証し、種々の粒度に対して、設計→製造→試験を即座に実現するFast Manufacturingを実行し、研究開発を加速させる。
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