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界面活性剤による抵抗低減技術を利用した冷暖房システムにおける熱交換器の最適設計

研究課題

研究課題/領域番号 12555216
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分展開研究
研究分野 化学工学一般
研究機関神戸大学

研究代表者

薄井 洋基  神戸大学, 工学部, 教授 (20107725)

研究分担者 菅原 均  ライオン株式会社, 研究開発本部, 主任研究員
鈴木 洋  神戸大学, 自然科学研究科, 助教授 (90206524)
研究期間 (年度) 2000 – 2002
研究課題ステータス 完了 (2002年度)
配分額 *注記
13,100千円 (直接経費: 13,100千円)
2002年度: 2,800千円 (直接経費: 2,800千円)
2001年度: 2,900千円 (直接経費: 2,900千円)
2000年度: 7,400千円 (直接経費: 7,400千円)
キーワード省エネルギー / 抵抗低減効果 / 界面活性剤 / 地域冷暖房 / 空調設備 / 乱流制御 / 抵抗低減技術 / 空調 / 伝熱 / 流体輸送
研究概要

本研究では熱交換器における伝熱低減防止技術を検討し、界面活性剤を用いた省エネルギー型冷暖房システムの早期実用化に貢献することを研究目的とした。熱交換器の伝熱促進には界面活性剤の分子構造を種々変化させ、熱交換器入り口でミセルの高次構造を破壊し、熱交換器通過後は速やかにその高次構造を回復できるような分子設計を行なうことを検討し、本研究目的に合致する界面活性剤(塩化オレイルトリヒドロキシエチルアンモニウム)を提案できた。
また、ミセルの構造破壊は単に管径の小さい伝熱管に熱媒が流入しただけでは生じないので、機械的にアクティブなミセルの構造破壊を行なう必要がある。どのような破壊方式が最適なのかを探索することを目的として、実験的研究を行った結果、新たにミセルスクィーザーの挿入を提案し、その形状の最適化と実際の操作条件下における有効性を確認した。本ミセルスクィーザーは伝熱間入口部に急縮小、急拡大部を有するプラグを挿入するもので、管内流速が1m/s以上で実用上問題の無い伝熱減少の阻害を実現することが出来た。
本研究の抵抗低減系では陽イオン界面活性剤と対イオンの適当な組み合わせにより顕著な抵抗低減効果を発現することが知られている。実用上では界面活性剤と対イオンの劣化速度が異なるため最適濃度比が崩れることが報告されている。対イオンの濃度比が大きく変化した場合の、抵抗低減効果ついて、レオロジー的観点から検討し、対イオンの濃度比が大きい場合には従来知られている界面活性剤のミセル構造と異なる状態が出現し、良好な抵抗低減効果を発言することを明らかにした。

報告書

(4件)
  • 2002 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 2001 実績報告書
  • 2000 実績報告書
  • 研究成果

    (26件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (26件)

  • [文献書誌] Hiromoto Usui: "Optimization of Molecular Structure of Cationic Surfactants to Prevent the Heat Transfer Reduction"Proc.XIIIth Int.Congress on Rheology. Vol.2. 294-296 (2000)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 岸本章: "界面活性剤による抵抗低減系における伝熱特性に対する円管内部形状の影響"化学工学論文集. Vol.27. 347-351 (2001)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Hiromoto Usui: "Heat Transfer Augmentation by Micelle Squeezer in a Surfactant Drag-reducing Pipe Flow"Proc.6^<th> World Congress on Chemical Engineering. 4220-2 (2001)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Hiromoto Usui: "Effect of Counter-Ion on the Micelle Structure and Surfactant Drag Reduction"Proc.AIChE 2002 Annual Meeting. 95k (2002)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 岸本章: "ミセルスクィーザー挿入による界面活性剤溶液流の熱伝達促進"日本機械学会論文集,B編. Vol.68. 179-182 (2002)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Hitoshi Sugawara: "A Study on Cationic Surfactants as Drag-Reducing Additives"Chem.Eng.Comm.. Vol.189. 1671-1683 (2002)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Hiromoto Usui: "Optimization of Molecular Structure of Cationic Surfactants to Prevent the Heat Transfer Reduction"Proc. XIIIth Int. Congress on Rheology, August 20-25, Cambridge, UK. Vol. 2. 20-25 (2000)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Akira Kishimoto: "Influence of the Inner-Surface Conditions of Circular Tubes on the Heat transfer in a Surfactant Drag Reduction System"Kagakukogaku Ronbunshu. Vol. 27. 347-351 (2001)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Hiromoto Usui: "Heat Transfer Augmentation by Micelle Squeezer in a Surfactant Drag-reducing Pipe Flow"Proc. 6^<th> World Congress on Chemical Engineering, September 23-27, Melbourne. Paper No.4220-2. (2001)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Hiromoto Usui: "Effect of Counter-Ion on the Micelle Structure and Surfactant Drag Reduction"Proc. AIChE 2002 Annual Meeting, November 3-8, Indianapolis. Paper #95k. (2002)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Akira Kishimoto: "Heat Transfer Augmentation in a Surfactant Solution Flow with an Insertion of a Micelle Squeezer"Nihon Kikaigakkai Ronbunshu (J. Japan Soc. Mech. Eng.) Series B. Vol. 68. 179-182 (2002)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Hitoshi Sugawara: "A Study on Cationic Surfactants as Drag-Reducing Additives"Chem. Eng. Comm.. Vol. 189, No. 12. 1671-1683 (2002)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Hiromoto Usui: "Optimization of Molecular Structure of Cationic Surfactants to Prevent the Heat Transfer Reduction"Proc. XIIIth Int. Congress on Rheology. Vol.2. 294-296 (2000)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] 岸本章: "界面活性剤による抵抗低減系における伝熱特性に対する円管内部形状の影響"化学工学論文集. Vol.27. 347-351 (2001)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] Hiromoto Usui: "Heat Transfer Augmentation by Micelle Squeezer in a Surfactant Drag-reducing Pipe Flow"Proc. 6^<th> World Congress on Chemical Engineering. 4220-4222 (2001)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] Hiromoto Usui: "Effect of Counter-Ion on the Micelle Structure and Surfactant Drag Reduction"Proc. AIChE 2002 Annual Meeting. 95k (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] 岸本章: "ミセルスクィーザー挿入による界面活性剤溶液流の熱伝達促進"日本機械学会論文集,B編. Vol.68. 179-182 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] Hitoshi Sugawara: "A Study on Cationic Surfactants as Drag-Reducing Additives"Chem. Eng. Comm.. Vol.189. 1671-1683 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] 岸本 章: "界面活性剤による抵抗低減系における伝熱特性に対する円管内部形状の影響"化学工学論文集. Vol.27. 347-351 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] Hiroshi Suzuki: "Numerical Study on a Drag-reducing Flow with Surfactant Additives"Proc. 3rd Pacific Rim Conference on Rheology, Vancouver. Vol.1(Paper No.019). (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] Hiromoto Usui: "Heat Transfer Augmentation by Micelle Squeezer in a Surfactant Drag-reducing Pipe Flow"Proc. 6^<th> World Congress on Chemical Engineering, Melbourne. (PaperNo.4220-2). (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] H.Usui: "Optimization of Molecular Structure of Cationic Surfactants to Prevent the Heat Transfer Reduction"Proc.XIIIth Int.Congress on Rheology, Cambridge, UK. Vol.2. 294-296 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] A.Kishimoto: "Heat Transfer Augmentation in a Surfactant Solution Flow with an Insertion of a Micelle Squeezer"Proc.of 4^<th> JSME-KSME Thermal Engineering Conference, Kobe. Vol.3. 499-502 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] H.Suzuki: "Numerical Study on a Drag-Reducing Flow with Surfactant Additives"To be presented at 3^<rd> Pacific Rim Conference on Rheology, Vancouver, Canada, July(2001). (2001)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] H.Usui: "Heat Transfer Augmentation by Micelle Squeezer in a Surfactant Drag-reducing Pipe Flow"To be presented at 6^<th> World Congress of Chem.Eng., Melbourne, Australia, September(2001).

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] 中江利昭 監修: "レオロジー工学とその応用技術(第4章第1節及び第8章第7節を分担執筆)"(株)フジテクノシステム,発行者 小野介嗣. 891 (2001)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書

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公開日: 2000-04-01   更新日: 2016-04-21  

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