| 研究課題/領域番号 |
23K21772
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| 補助金の研究課題番号 |
21H03646 (2021-2023)
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 基金 (2024)
補助金 (2021-2023) |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分64030:環境材料およびリサイクル技術関連
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| 研究機関 | 岡山理科大学 |
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研究代表者 |
押谷 潤 岡山理科大学, 工学部, 教授 (70314656)
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| 研究分担者 |
原田 周作 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (80315168)
辻 拓也 大阪大学, 大学院工学研究科, 准教授 (90379123)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円)
2024年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
2023年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
2022年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
2021年度: 5,980千円 (直接経費: 4,600千円、間接経費: 1,380千円)
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| キーワード | 乾式比重分離 / 固気流動層 / 流動層内での物体浮沈 / アルキメデスの原理 / 無線式センサシステム / 数値シミュレーション |
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| 研究開始時の研究の概要 |
廃棄物リサイクルに必要な素材分離技術として液体を用いた湿式分離技術があるが、廃液処理が必要などの問題を抱えており、代替技術として流動層内での物体浮沈に基づく乾式素材分離技術を研究代表者は開発し、廃棄物リサイクルで実用化している。しかし、同技術は密度差やサイズが小さな混合廃棄物の分離が極めて困難なために適用範囲が限定されるなど種々の課題を抱えている。本研究は、アルキメデスの原理、空気圧力、局所的不均一性、多体効果をキーワードとして実験・計測・数値シミュレーションを融合し、物理的に難解な物体浮沈メカニズムを解明するとともに、混合廃棄物の乾式素材分離技術の高度化に向けた指針を定めるものである。
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| 研究実績の概要 |
昨年度までは球形物体の浮沈について主に研究したが、今年度は混合廃棄物を主に構成する非球形物体の浮沈について研究した。まず、浮揚すべき密度の物体に注目し、昨年度まで使用していた直径30mmの球と同体積の立方体およびアスペクト比が異なる棒状直方体４つと扁平比が異なる板状直方体４つの計９つについて風速を変化させて粒径の小さな粉体の流動層内での浮沈を調べた結果、棒状直方体では球と同様の浮沈となったのに対し、板状直方体では扁平比が大きい薄くて面積が大きなものでは流動化しない粉体が面上に存在するために浮揚すべき風速で沈降する結果となった。一方、磁気センサと加速度センサを内包した球形と非球形の物体を用い、粒径の大きな粉体の流動層内での浮沈を無線式センサシステムで調べた結果、球形では沈降する密度の場合に棒状や板状では沈降と浮揚を繰り返すことが明らかとなると共に、同様の傾向が数値シミュレーションにおいても得られた。また、昨年度までは１つの物体の浮沈を研究したが、混合廃棄物を浮沈分離する上では一度に多量の処理が求められるため、今年度は複数の物体の浮沈（多体効果）について研究した。その結果、多体にしても低密度の物体は浮揚し、高密度の物体は沈降するのに対し、流動層の見掛け密度よりもわずかに小さい物体の場合、１個では浮揚するが個数の増加と共に浮揚する割合が低下し、投入物体全ての投影面積の割合が流動層断面積の50%を超えると全て沈降することが明らかとなった。以上の結果、粉体の粒径が非球形物体の浮沈に影響を及ぼすことと密度差通りの浮沈を行うためには物体処理量に注意が必要であることが見出され、研究課題名に挙げた混合廃棄物の乾式素材分離技術の高度化に向け、有意義な結果が得られたと思われれる。
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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
昨年までの球形物体を対象とした基礎研究を発展させるものとして混合廃棄物の乾式素材分離を念頭に置いて非球形物体の浮沈および多体効果の研究を行った結果、研究実績の概要に記載した通り、粉体の粒径が非球形物体の浮沈に影響を及ぼすことと密度差通りの浮沈を行うためには物体処理量に注意が必要であることを見出したためおおむね順調な進展と言える。
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| 今後の研究の推進方策 |
最終年度は、同技術の実用的利用上で極めて重要となる多体効果について引き続き検討を行うと共に、流動層中での物体浮沈と水中での物体浮沈の類似性と相違性という観点での集大成の研究を行う。昨年度までの研究では流動層内には局所的不均一性があり空気圧力差に基づく圧力勾配力を物体に作用する力として考えるべきであることが見出されたが、粉体の接触力も物体に作用する力として重要であることが最近の数値シミュレーション結果により示唆されており、この点にも注目した検討を行い、流動層内での物体浮沈メカニズムのさらなる解明に迫る。
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