研究課題/領域番号 |
21K04483
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研究種目 |
基盤研究(C)
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配分区分 | 基金 |
応募区分 | 一般 |
審査区分 |
小区分24010:航空宇宙工学関連
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研究機関 | 千葉工業大学 |
研究代表者 |
和田 豊 千葉工業大学, 工学部, 教授 (20553374)
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研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2023年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2022年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
2021年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
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キーワード | 亜酸化窒素 / 自己発熱分解 / 熱分解 / 事故防止技術 |
研究開始時の研究の概要 |
亜酸化窒素(N2O)は毒性が低く笑気ガスなどとも呼ばれ,医療用の麻酔ガスやホイップクリームの泡立て等に利用されている.N2Oは炭酸ガスと同様に高い蒸気圧を持ち,ロケットエンジンの酸化剤としても優秀である.一方でN2Oの爆発事故も報告されている.事故原因は亜酸化窒素の突発的な自己発熱分解による温度・圧力の上昇であると考えられているが,突発的な自己発熱分解の開始条件は解明されていない.そこで本研究ではN2Oの突発的な連鎖反応の開始メカニズム解明を目的とする.本研究の成果はこれらN2Oを利用した工業活動や研究活動に対して安全な運用の指針を提供するものであり重大事故の未然防止に役立つと考えられる.
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研究実績の概要 |
今年度は高圧力環境下でN2Oの分解挙動を調査することを目的とし, 0.5 MPaと1 MPaの圧力条件下での分解挙動を調査した.先行研究よりN2Oの自己発熱分解の様子を調査する際に使用する分解器内の全長の違いが,N2Oの完全分解に影響を与えることが示唆されている.そこで本研究では,1 MPaの圧力条件下で,先行研究でN2Oの自己発熱分解がみられた分解器の全長を基本とし,全長を変化させた実験を行うことで,詳細なN2Oの自己発熱分解挙動のデータを取得することを目的とした.まず,0.5 MPaの圧力下において,500℃程度の温度領域においてもN2Oの発熱分解反応を確認した.1 MPaの圧力下では466℃にて約1.8倍の圧力比を伴う爆発的な発熱分解反応が観察された.高圧力下においては600℃以下の領域においてもN2O単体で爆発事故の危険性があることを示唆する結果を得た. 次に連鎖的な発熱分解の原因となるコンタミネーションについて,N2Oと接する材質や海上着水後の酸化剤タンク内壁の付着物の調査を実施した.さらに,海上着水後のタンクの再使用に向けた洗浄方法について,模擬試験片を用いた比較実験を通して検討を行った.その結果,以下の知見を得た. 1.タンク材質A6082では,海上着水済みタンク内の表面にはNa,Clを含む50um程度の結晶状の物質をはじめ,炭素成分が多く付着していることが分かった. 2.A6082の模擬試験片での洗浄結果より,アルミナビーズおよび洗剤水を用いて1分間洗浄後,熱湯で1分間×6回以上すすぐことにより,C,Na,Clなどの元素含有量を減少させて,使用前のアルミ表面と同レベルの洗浄度まで戻ることが確認できた.したがって,タンクの洗浄方法として,この方法が有効であると考えられる. 今後は海上着水した酸化剤タンクの再使用に向けた洗浄方法の確立を目指す予定である.
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現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
連鎖的な発熱分解にいたる温度条件の特定,さらにはコンタミネーションとなりえる物質の探索などを行い,定量的に示すことが出来た.これらの結果をまとめR5年度ではすでに国際会議での発表を予定している.以上の理由からおおむね順調に進展していると考えられる.
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今後の研究の推進方策 |
高圧力環境下に於いて,コンタミネーションとの反応性を実験的に調査していく.すでに単体での自己発熱分解温度とされている600℃以下の温度領域にて発熱分解が開始されていることを突き止めており,その際に発生する酸素とコンタミネーションの反応性について詳細に調査を進めていく.現在の仮説では,酸素とコンタミネーションとの燃焼反応がきっかけとなり,周囲の亜酸化窒素の連鎖的な自己発熱分解反応が発生するというものである.そこで,純酸素並びにN2Oの雰囲気下においてコンタミネーションを加熱し反応温度を調査し,N2Oの連鎖的な分解反応に至る酸素の役割について実験的に明らかにしていく予定である.また,Chemkinなどの総括反応をシミュレーションできるソフトウェアを利用し,酸素とコンタミネーションの燃焼反応を起点としたN2Oの連鎖的な反応の再現を目指していく.そして,N2Oを安全に取り扱うための指針として,低温でも発生しうるN2O由来の酸素とコンタミネーション間の反応を抑制することが大切であることを示すデータを体系的に取得し,突発的な爆発事故防止策を提案する.
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