| 研究課題/領域番号 |
24K07352
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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 | 山形大学 |
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研究代表者 |
赤松 正人 山形大学, 大学院理工学研究科, 教授 (40315320)
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| 研究期間 (年度) |
2024-04-01 – 2028-03-31
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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 |
4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
2027年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2026年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2025年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2024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 | 潜熱蓄熱マイクロカプセル / エリスリトール / シリカ膜 / 放熱量 / 有効粘度 / シリコーンオイル / 振動式粘度計 / B型粘度計 / 蓄熱マイクロカプセル / 過冷却 / 放熱特性 / 有効粘度特性 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
エリスリトール過冷却型潜熱蓄熱マイクロカプセル分散液の蓄放熱量及び有効粘度の温度・時間依存性を解明する．そして，熱機能性流体と看做せる本分散液の熱物性データを先行的に整備し，サーマルギャップを解決する熱輸送媒体の創生を目指す．本研究はシリカ膜に覆われた過冷却型潜熱蓄熱マイクロカプセル分散液を熱供給網の熱輸送媒体とする新しい熱インフラともいえる「熱のスマートグリッド」実現に向けての指針を与える研究である．実用化の社会的インパクトは極めて大きい．また，熱物性データというものは，科学技術や産業に先行してデータを揃えておく必要がある．
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| 研究実績の概要 |
シリカ膜に覆われたエリスリトールマイクロカプセル（以下ERMs，平均粒径18.6μm，質量比（エリスリトール）：（シリカ）= 0.523：0.477）をシリコーンオイルに分散させた分散液（質量分率15 ％；KF 96-100cs 51 g，ERMs 9 g）の放熱量に及ぼすスターラーの回転速度の影響を水熱量計蓄放熱測定システムを用いて明らかにした．この結果，スターラーの回転速度が300 rpm のとき放熱量102 J/g，600 rpm のとき130 J/g，900 rpm のとき120 J/g，1200 rpm のとき134 J/gであることを明らかにした．なお，これらの放熱量は，300 rpm のときエリスリトール潜熱量の31.7 ％，600 rpm のとき40.7 ％，900 rpm のとき37.5 ％，1200 rpm のとき41.7 ％であることがわかった．
ERMs分散液（質量分率15 ％，分散媒 KF 96-100cs）の25 ℃と50 ℃における有効粘度を振動式粘度計測定システムにより明らかにした．この結果，25 ℃におけるERMs分散液の有効粘度は133.9 mPa・sであり，分散媒の粘度の1.39 倍であることがわかった．一方，50 ℃におけるERMs分散液の有効粘度は73.70 mPa・sであり，分散媒の粘度の1.22 倍であることがわかった．
さらに，ERMs分散液（質量分率15 ％，分散媒 KF 96-100cs）の25 ℃と50 ℃における有効粘度をB型粘度計測定システムにより明らかにした．この結果，25 ℃におけるERMs分散液の有効粘度は146.5 mPa・sであり，分散媒の粘度の1.53 倍であることがわかった．一方，50 ℃におけるERMs分散液の有効粘度は91.81 mPa・sであり，分散媒の粘度の 1.53 倍であることがわかった．
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| 現在までの達成度 |
現在までの達成度
2: おおむね順調に進展している
理由
令和６年度においては，シリカ膜に覆われたエリスリトールマイクロカプセル（以下ERMs，平均粒径18.6μm，エリスリトールとシリカの質量比（エリスリトール）：（シリカ）= 0.523：0.477）をシリコーンオイルに分散させた分散液（質量分率15 ％；KF 96-100cs シリコーンオイル51 g，ERMs 9 g）の放熱量に及ぼすスターラーの回転速度の影響を水熱量計蓄放熱測定システムを用いて明らかにした．具体的には，エリスリトールマイクロカプセルの過冷却解除に必要なスターラーによる物理的刺激は，本分散液，本測定条件においては600 rpmで十分であることがわかった．
さらに，振動式粘度計測定システムとB型粘度計測定システムを用いて，ERMs分散液（質量分率15 ％，分散媒 KF 96-100cs）の25 ℃および50 ℃における有効粘度を明らかにした．この結果，振動式粘度計測定システムを用いて測定された25 ℃におけるERMs分散液の有効粘度は133.9 mPa・sであり，50 ℃におけるERMs分散液の有効粘度は73.70 mPa・sであった．しかしながら，B型粘度計測定システムを用いて測定された25 ℃におけるERMs分散液の有効粘度は146.5 mPa・sであり，50 ℃におけるERMs分散液の有効粘度は91.81 mPa・であった．このように粘度測定システムの違いにより，分散液の温度が同じであっても有効粘度に差異が生じ，その差異は温度上昇とともに大きくなった．これはなぜならば，温度上昇に伴う分散媒の粘度低下，分散液中の分散質の沈殿，そして沈殿を抑制するために分散媒をスターラーで攪拌していることなどが原因であると考えている．
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| 今後の研究の推進方策 |
令和７年度，水熱量計蓄放熱測定システムを用いた実験においては，令和６年度に得られた知見をもとに引き続きシリカ膜に覆われたエリスリトールマイクロカプセルをシリコーンオイルに分散させた分散液の質量分率および分散媒の差異による分散液の蓄放熱量の温度・時間依存性を定量的に把握する．
さらに，振動式粘度計測定システムとB型粘度計測定システムを用いた実験においては，令和６年度に得られた知見をもとに50℃以上からエリスリトールの融点温度付近までにおけるERMs分散液の質量分率および分散媒の差異による分散液の有効粘度の温度・時間依存性を定量的に把握する．しかしながら，令和６年度の有効粘度測定において，振動式粘度計測定システムとB型粘度計測定システムの違いにより，分散液の温度が同じであっても測定された有効粘度に差異が生じた．また，分散液の温度の上昇とともに測定された有効粘度の差異が大きくなった．このため，令和７年度においては，分散液の温度上昇に伴う分散媒の粘度減少下においても分散質の沈殿をスターラーにより効果的に抑制し，振動式粘度計測定システムおよびB型粘度計測定システムを用いた異なる粘度測定システムにおいて分散液の有効粘度の温度依存性を正確に測定するための方法を確立する．
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