マイクロチャンネルの気体分子交換効果を利用した新しい工学デバイスの開発

• 研究課題/領域番号: 15K05794
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 流体工学
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 杉元 宏 京都大学, 工学研究科, 講師 (50222055)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円); 2017年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2016年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2015年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
• キーワード: 気体膜分離 / Knudsenポンプ / マイクロ流体 / 廃熱利用 / 分子気体力学 / 濾過 / 熱遷移流 / 省エネルギー / 分子流体力学 / 膜分離 / マイクロ流 / 希薄気体力学 / クヌーセンポンプ

研究成果の概要

前回の科研費(課題番号23560196)で発見した、混合気体の異なる成分が多孔膜を通して逆方向に透過する現象「分子交換流」を応用した混合気体分離装置の試作を行った。得られる濃度変化は、分子量の比が十分大きい混合気体の場合、多孔膜の幅1 cmあたり1%程度に達し、質量差があればどの気体成分にも作用する。これは、卓上サイズの小型装置で、同位体ガスを含む任意の混合ガスの分離が可能であることを意味する。生産流量は多孔膜幅に比例し、自由に増加させることができる。分離に用いるエネルギーは電力に限定されず、例えば、数十度の温度差を持つ温冷水だけをエネルギー源として稼働させることが可能である。

研究成果

• [雑誌論文] 温水駆動による積層式Knudsenポンプの試作 (2017)
  • 著者名/発表者名: 田村 翔太、杉元 宏
  • 雑誌名: Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ｖａｃｕｕｍ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ｊａｐａｎ 巻: 60 号: 12 ページ: 481-483
  • DOI: 10.3131/jvsj2.60.481
  • NAID: 130006252424
  • ISSN: 1882-2398, 1882-4749
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 分子交換流を用いた混合気体の分離実験 (2017)
  • 著者名/発表者名: 松本理彰，杉元宏
  • 雑誌名: Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ｖａｃｕｕｍ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ｊａｐａｎ 巻: 60 号: 4 ページ: 142-144
  • DOI: 10.3131/jvsj2.60.142
  • NAID: 130006900192
  • ISSN: 1882-2398, 1882-4749
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Gas separation by the molecular exchange flow through micropores of the membrane (2016)
  • 著者名/発表者名: Michiaki Matsumoto, Shoeji Nakaye, and Hiroshi Sugimoto
  • 雑誌名: AIP Conference Proceedings 1786 巻: 1-
  • DOI: 10.1063/1.4967604
  • 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Demonstration of a gas separator composed of Knudsen pumps (2016)
  • 著者名/発表者名: Shoeji Nakaye, Hiroshi Sugimoto
  • 雑誌名: Vacuum 巻: 125 ページ: 154-164
  • DOI: 10.1016/j.vacuum.2015.12.015
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] Desktop Gas Isotope Separation by Knudsen Pump (2018)
  • 著者名/発表者名: S. Tamura, H. Sugimoto, M. Yashima
  • 学会等名: 31st International Symposium on Rarefied Gas Dynamics
  • 国際学会
• [学会発表] 温水駆動による積層式Knudsenポンプの試作 (2017)
  • 著者名/発表者名: 田村 翔太、杉元 宏
  • 学会等名: 第58回真空に関する連合講演会
• [学会発表] Gas Separation by the Molecular Exchange Flow through Micropores of the Membrane (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Matsumoto, S. Nakaye, H. Sugimoto
  • 学会等名: 30th International Symposium on Rarefied Gas Dynamics
  • 発表場所: University of Victoria, Canada
  • 年月日: 2016-07-10
  • 国際学会
• [学会発表] 分子交換流を用いた混合気体の分離実験 (2016)
  • 著者名/発表者名: 松本理彰，杉元宏
  • 学会等名: 2016 年真空・表面科学合同講演会（第 57 回真空に関する連合講演会）
  • 発表場所: 名古屋国際会議場(愛知県・名古屋市)
• [備考] 混合気体分離法の研究
  • URL: http://fd.kuaero.kyoto-u.ac.jp/ja/research/rgd/separator
• [備考] Research Gate (著作権で許される限り研究成果を公開中)
  • URL: https://www.researchgate.net/profile/Hiroshi_Sugimoto2