含水多孔質体を用いた過熱水蒸気生成装置の製作ならびに高効率化に関する研究

• 研究課題/領域番号: 21H04085
• 研究種目: 奨励研究
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 2140:材料力学、生産工学、設計工学、流体工学、熱工学、機械力学、ロボティクスおよびその関連分野
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 江藤 淳朗 九州大学, 工学部, 技術専門職員
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 450千円 (直接経費: 450千円); 2021年度: 450千円 (直接経費: 450千円)
• キーワード: 多孔質体 / 過熱水蒸気

研究開始時の研究の概要

過熱水蒸気（100℃以上の水蒸気）は，水という汎用的な物質を利用していながら，殺菌や乾燥，調理などへの様々な応用が可能なことにより，昨今高い注目を得ている．しかしながら,過熱水蒸気を得るための装置は大型で，導入・設置が容易ではなく，また瞬時・効率的に過熱水蒸気を生成・停止する手法は知られていない．
そこで申請者は，含水多孔質体を利用して，過熱水蒸気を瞬時（数秒以内）に効率よく，生成・停止出来る小型かつ簡単な装置を考案した．
本研究は，考案した含水多孔質体を用いた過熱水蒸気生成システムの開発および高効率化を目指した，限界作動条件，ならびに多孔質体の寸法・構造が蒸気生成に与える影響の調査を目的とする．

研究成果の概要

本研究では、含水多孔質体を用いた過熱水蒸気発生のための実験装置を作成し、水とエタノールのそれぞれを蒸気にする実験を行った。実験ではヒーターを通電加熱した場合における、蒸気温度の時間変化を測定し応答性を確認した。その結果使用する多孔質体の構造の違いによる発生蒸気温度の違い、また水とエタノールどちらも加熱量が大きいほど蒸気温度が短時間で急上昇するがその応答速度と上昇温度に違いがあることが確認できた。これらの特性の差異が把握できたことで効率的な過熱蒸気利用装置製作のための条件について明らかにすることができた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

申請者は、含水多孔質体を利用して、過熱水蒸気を瞬時（数秒以内）に効率よく，生成・停止出来る小型かつ簡単な装置を製作して殺菌・洗浄などの用途に使用することを考案した。しかしながら、迅速・効率よく過熱水蒸気が生成できる寸法・構造や作動条件などに関しては明確ではなかった。そこで本研究では、考案した装置を実際に製作し、またその高効率化を目指して、使用する多孔質体の構造の違いによる蒸気生成の条件、ならびに使用する液体（水またはエタノール）の違いが蒸気生成に与える影響について明らかにすることができた。これにより、用途に応じて必要な温度の過熱蒸気を効率よく発生させられる装置を計画することが可能となった。