マイクロチャンネルにおける分子交換流を用いた気体分離法の開発

• 研究課題/領域番号: 23560196
• 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(系)研究科(研究院), 講師 (50222055)
• 研究期間 (年度): 2011 – 2013
• 研究課題ステータス: 完了 (2013年度)
• 配分額: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円); 2013年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2012年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円); 2011年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
• キーワード: 気体膜分離 / 熱遷移流 / 希薄気体力学 / Knudsenポンプ / マイクロ流体 / MEMS / 分子流体力学 / 希少ガス回収 / 熱拡散

研究概要

数十℃の温度差を唯一のエネルギー源として動作する，混合気体の新しい分離システムが考案された．多孔膜の表裏の圧力差と温度差を調整すれば，二成分混合気体の各成分が互いに逆方向に膜を通過する「分子交換流」が実現できることを実験によって示した．この現象を忠実に再現する数値シミュレーション法を用いて，二成分混合気体から各成分の純粋気体を生産するシステムが実現可能であることを示した．この気体分離法では，濃度がほぼ0の希少ガスの回収や，高純度気体への精製が容易に実現できる．

研究成果

• [雑誌論文] マイクロチャンネルにおける熱遷移流を用いた気体分離II (2012)
  • 著者名/発表者名: 杉元宏,日比野将也
  • 雑誌名: ながれ 巻: 31 ページ: 495-498
  • URL: http://www.nagare.or.jp/download/noauth.html?d=31-6tokushu8.pdf&dir=28
• [雑誌論文] Numerical Analysis on Gas Separator with Thermal Transpiration in Micro Channels (2012)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Sugimoto and Hibino Masaya
  • 雑誌名: AIP Conference Proceedings 巻: 1501 ページ: 794-801
  • DOI: 10.1063/1.4769623
  • NAID: 120005439712
• [雑誌論文] マイクロチャンネルにおける熱遷移流を用いた気体分離II (2012)
  • 著者名/発表者名: 杉元 宏，日比野 将也
  • 雑誌名: ながれ (日本流体力学会誌) 巻: 31 ページ: 495-498
• [学会発表] 希薄気体の熱駆動流を用いた気体膜分離装置 (2014)
  • 著者名/発表者名: 中江修二,杉元宏
  • 学会等名: 第46回流体力学講演会
  • 発表場所: 弘前文化センター(予定)
  • 年月日: 2014-07-03
• [学会発表] Numerical analysis on gas separator with thermal transpiration in micro channels II (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Nakaye, H. Sugimoto
  • 学会等名: 29th international symposium on rarefied gas dynamics
  • 発表場所: Xian (China)(予定)
• [学会発表] Effect of kinetic boundary condition on the thermal transpiration coefficient (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Sugimoto, K. Amakawa
  • 学会等名: 29th international symposium on rarefied gas dynamics
  • 発表場所: Xian (China)(予定)
• [学会発表] 希薄気体の熱駆動流を用いた気体膜分離装置 (2014)
  • 著者名/発表者名: 中江 修二, 杉元 宏
  • 学会等名: 第46回流体力学講演会・第32回航空宇宙数値シミュレーション 技術シンポジウム
  • 発表場所: 青森県弘前市 弘前文化センター
• [学会発表] Numerical analysis on gas separator with thermal transpiration in micro channels II (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Nakaye and H. Sugimoto
  • 学会等名: 29th International Symposium on Rarefied Gas Dynamics
  • 発表場所: Xi'an, China
• [学会発表] Effect of kinetic boundary condition on the thermal transpiration coefficient (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Sugimoto and K. Amakawa
  • 学会等名: 29th International Symposium on Rarefied Gas Dynamics
  • 発表場所: Xi'an, China
• [学会発表] 表面粗さが極小の面と平滑面の違いが希薄気体の挙動に及ぼす影響 (2013)
  • 著者名/発表者名: 岡崎克己,杉元宏
  • 学会等名: 日本流体力学会年会2013
  • 発表場所: 東京農工大学
  • 年月日: 2013-09-12
• [学会発表] 温度場を用いた多孔質薄膜による気体分離 (2013)
  • 著者名/発表者名: 中江修二,杉元宏
  • 学会等名: 日本流体力学会年会2013
  • 発表場所: 東京農工大学
  • 年月日: 2013-09-12
• [学会発表] 温度場を用いた多孔質薄膜による気体分離 (2013)
  • 著者名/発表者名: 中江 修二, 杉元 宏
  • 学会等名: 日本流体力学会年会2013
  • 発表場所: 東京農工大学小金井キャンパス
• [学会発表] 表面粗さが極小の面と平滑面の違いが希薄気体の挙動に及ぼす影響 (2013)
  • 著者名/発表者名: 岡崎 克紀, 杉元 宏
  • 学会等名: 日本流体力学会年会2013
  • 発表場所: 東京農工大学小金井キャンパス
• [学会発表] マイクロチャンネルにおける熱遷移流を用いた気体分離II (2012)
  • 著者名/発表者名: 杉元宏,日比野将也
  • 学会等名: 日本流体力学会年会2012
  • 発表場所: 高知大学
  • 年月日: 2012-09-17
• [学会発表] Numerical Analysis on Gas Separator with Thermal Transpiration in Micro Channels (2012)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Sugimoto, Masaya Hibino
  • 学会等名: 28th international symposium on rarefied gas dynamics
  • 発表場所: Zaragoza (Spain)
  • 年月日: 2012-07-12
• [学会発表] Numerical Analysis on Gas Separator with Thermal Transpiration in Micro Channels (2012)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Sugimoto and Masaya Hibino
  • 学会等名: 28th International Symposium on Rarefied Gas Dynamics
  • 発表場所: Zaragoza, Spain
• [学会発表] マイクロチャンネルにおける熱遷移流を用いた気体分離II (2012)
  • 著者名/発表者名: 杉元 宏，日比野 将也
  • 学会等名: 日本流体力学会 年会2012
  • 発表場所: 高知大学
• [学会発表] マイクロチャンネルにおける熱遷移流を用いた気体分離 (2011)
  • 著者名/発表者名: 日比野将也,杉元宏
  • 学会等名: 日本流体力学会年会2011
  • 発表場所: 首都大学東京
  • 年月日: 2011-09-18
• [学会発表] マイクロチャンネルにおける熱遷移流を用いた気体分離装置 (2011)
  • 著者名/発表者名: 日比野将也，杉元 宏
  • 学会等名: 日本流体力学会年会2011
  • 発表場所: 首都大学東京
• [備考]
  • URL: http://www.aa.t.kyoto-u.ac.jp/ja/research/introduction/fluid