| 研究概要 |
本研究は,特定の冷却伝熱面を用いないで氷柱を生成する方法に着目し,それを凍結濃縮に応用することにより低濃度溶液を一度の凍結操作で高濃度溶液に濃縮する方法を提案するものである.(a)水滴を用いた実験をもとに氷柱生成現象の解析を行い,(b)水溶液を用いた濃縮の実験より,以下の知見を得た.
(a)水滴を用いた実験による氷柱生成現象の解析
・水滴が円柱形の氷柱に成長する場合の凍結現象をモデル化して解析を行い実験結果と比較した.解析モデルにおいては,落下水滴の間欠性を表現する間欠ファクターを導入し,それを用いて氷柱の凍結速度と凍結率を求めた.それらの解析値と実験値を比較した結果,それぞれ良い一致が得られた.
・氷柱形状が円柱形から螺旋形に変化する限界条件を解析により求め,実験値と比較した結果,良い一致が得られた.
・以上のことより,水滴の場合は本解析方法は妥当であることを示した.
(b)水溶液を用いた濃縮の実験
・液滴として5wt%エチレングリコール水溶液を用いて実験を行った結果,濃縮液の濃度は冷却室温度と等しい凝固温度を有する濃度まで一度の凍結操作で濃縮できることが分った.
・氷柱を融解した解氷液の濃度は,初期液滴濃度よりかなり小さくなっており,凍結による溶質掃出し現象が生じていることが確かめられた.
・以上の結果より,濃縮性能を向上させるためには氷柱の解氷液濃度を詳細に調べることが重要であることを示した.
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