多孔体表面の微細構造制御による超高温水蒸気生成の物理機構

• 研究課題/領域番号: 18K03944
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分19010:流体工学関連
• 研究機関: 横浜国立大学
• 研究代表者: 田中 美香子 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 助手 (00467060)
• 研究分担者: 森 昌司 九州大学, 工学研究院, 教授 (10377088)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2020年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2019年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2018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: 多孔質 / 毛管力 / 界面反応 / 水素 / ２相流 / 流体 / 熱工学

研究成果の概要

多孔体表面の微細構造制御による超高温エタノール蒸気からの水素生成の物理機構を調べるために，空隙率や熱伝導率を変化させた耐熱煉瓦ブロックで多孔質試験体を構成することにより，本研究を遂行した．それぞれの無触媒の耐熱煉瓦ブロック試 体の中心に孔を設け，中心部を強加熱すると加熱開始後 秒で高温エタノール水蒸気と水素を生成することができた。多孔質体中央に設けた孔の加熱によって多孔質体試験部では，①界面付近のメニスカス部におけるエタノール水溶液の蒸発と過熱エタノール蒸気の生成，②供給エタノール水溶液の予熱，③毛管力による液の吸入，の3つの過程が同時に進行することを確認した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究結果により、液供給機器を必要とせず安定したポンプ能力が常に維持できた。更に多孔質内に拡散した熱は毛管力で表面まで吸引される液の予熱に利用され、エネルギー利用効率の極めて高い水素生成装置が構成できる。孔内面付近の微少かつ多数のメニスカス部におけるエタノール水溶液の蒸発と過熱エタノール蒸気の生成に熱が使用されるのではなく，供給エタノール水溶液の予熱にばかり熱が使用されているため，水の割合が少ない方が水素生成効率が高いことが判明した．水素生成効率を上げるためには，耐熱煉瓦ブロックのアルミナ組成の比と，エタノール水溶液濃度の両方が重要であることが判明した。