| 研究課題/領域番号 |
22K03946
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分19020:熱工学関連
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| 研究機関 | 長崎大学 |
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研究代表者 |
近藤 智恵子 長崎大学, 工学研究科, 教授 (50752870)
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| 研究分担者 |
奥村 哲也 長崎大学, 工学研究科, 准教授 (10380817)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2025年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2024年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2023年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2022年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
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| キーワード | 冷媒 / 温暖化係数 / 分子シミュレーション / 分子軌道計算 / 分子間相互作用 / 熱物性 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
地球温暖化係数の低い新冷媒の開発は現在高精度測定に依るところが大きい。しかしながら低温域の測定が困難なことや、高純度サンプル入手に時間を要することが研究を阻んでいる。そこで分子シミュレーションを行って低温域や測定点数の低減などを図る事で新冷媒開発の加速が期待できる。しかしながら汎用力場と言われるデータベースで分子間相互作用を推定し、数千の分子から構成されるバルクの物性値を算出すると、大きな誤差が生じる。その主たる要因と必要な修正量を分析し、測定に準ずる物性計算が可能となるようなパラメータを得ることを目標とする。これにより測定が困難な超低温域の熱物性の計算を可能とする。
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| 研究実績の概要 |
前年度分子力場の調整を行ったHFO1123，HFO1132（E），HFO1132aに加えて，今年度はHFO1234yf, CF3I, 自然冷媒 CO2 ，HC290（Propane）などの力場調整を行い，混合系の気液平衡系の再現精度を確認した．まず，HFO1132aについては今年度209Kまでの表面張力の測定値を得たため，シミュレーションとの比較を行ったところ測定精度よりも少し大きい0.5mN/m以内で一致していることを確認した．CO2はEPM2モデルから，HC290についてはOPLS-AA/Lから僅かにLennard-Jonesポテンシャルを調整することで満足に気液共存曲線の再現が可能であった．しかしながら，HC290については，水素結合計算手法によって結果が異なることがあり，今回はLNCS法を採用した．
HFO1234yf/HC290系については相平衡データの報告があったため，シミュレーション結果と比較を行ったところ，263Kから313Kまでの平衡圧力は0.05 MPa以内で組成依存性を再現していた．さらに，HFO1132a/CO2系の気液平衡系を計算したところ，疑似共沸の組成領域が存在することが分かった．この混合系の凝固開始温度は別途確認しており，擬共沸領域の存在が証明されれば，-60℃から-80℃程度の低温域用冷媒として期待できる．現在イタリアマルケ工科大に実験での検証を依頼しており，相平衡データが概ね一致する傾向にあることが確認できている． 昨年度実施した圧縮因子に関する第２，第３ビリアル係数，ボイル温度に加えてClausius-Clapeyron テストを行い熱力学的な不合理が無いかを確認した．
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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
分子間相互作用の検証が進み，調整済みの分子力場データが確実に蓄積されている．また測定値で検証を行った調整済みの分子力場データを用いることで，特段の新たなパラメータを必要とせず，混合系も気液平衡系の再現精度は飛躍的に向上する見込みも得られた．熱力学的な合理性の検証手法も習得でき，新冷媒の状態方程式作成の参考となるデータを提供できるところまで進展した．
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| 今後の研究の推進方策 |
超低温用冷媒として期待できるR1132a/CO2系の実験値との比較を行い，シミュレーション結果の妥当性を検証する．妥当性が確認されれば疑似共沸の組成領域を判定し，安全性や省エネ性の検討が進むよう公表を進める．
また，シミュレーションで得られた２成分混合系の飽和液および飽和蒸気の組成依存性が大きく異なっていることが分かった．共沸点付近で蒸気密度に最大値が見られるが，飽和液には見られない点について，熱力学的に不合理な点が無いかなどの検証を進める．
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