クヌッセンポンプを用いたPM2.5濃度計測装置の開発

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 26630048
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 新美 智秀 名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (70164522)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山口 浩樹 名古屋大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (50432240)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: 流体工学 / 熱遷移流 / クヌッセンポンプ / 環境計測

Outline of Annual Research Achievements

本研究では，温度差のみにより駆動されるクヌッセンポンプを構築し，基礎特性を調査した上で，多孔質膜における上・下流の圧力差から多孔質膜上に堆積した微粒子の量を計測するCAMM法を組み合わせることによって，小型で可搬かつ安価で操作性も良いPM2.5濃度計測手法及び装置の開発を行うことを目指している．
簡単な構造を利用することで汎用性を高めるため，超高真空部品による容器を製作し，ろ過に利用する多孔質膜を微細流路群として使用することにより，クヌッセンポンプを実現した．基礎特性調査において，多孔質膜を複数使用することが性能向上に有効であることが明らかになったが，一方で計測ごとに多孔質膜が破損することによって再利用できないという構造上の問題が判明したため，さらに汎用部品を組み合わせることで改善を行った．そして，製作したクヌッセンポンプを用い，多孔質膜の孔径や重ねる枚数に対するポンプとしての基礎的な特性である流量と差圧の関係性を調査した．その結果，多孔質膜の破損もなく，多孔質膜の配置を工夫することによって流量と差圧の性能が良くなる可能性があることが判明した．また，環境中の微粒子に対する捕捉性能も調査したが，こちらに対しては十分満足できる結果を得ることはできなかった．そのため，クヌッセンポンプと微粒子の捕捉部を分離し，それぞれで最適な多孔質膜を利用するなど，装置全体の再設計が必要なことが明らかとなった．