| 研究課題/領域番号 |
17K06198
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| 研究機関 | 九州大学 |
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研究代表者 |
迫田 直也 九州大学, 工学研究院, 准教授 (30532337)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| キーワード | 水素 / 混合物 / 超臨界流体 / 熱物性 / 輸送性質 |
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| 研究実績の概要 |
水素を含む混合流体の超臨界現象観察装置を用いて，水素 + 二酸化炭素の混合系を対象として超臨界現象の観察を行うとともに，膨張法を用いたPVT性質測定の精度向上を図った．本装置は，試料容器を真空チャンバー内に設置し，精密圧力センサおよび容器に繋がるバルブを真空チャンバー外に設置していることから，試料温度が試料容器内と異なるデッドスペースが生じている．これらのデッドスペースには温度調節用の外部恒温槽から流れる循環液のチューブをはわせ，その上から断熱材で覆うなど温度分布に対する対策が施されているため，気相域や超臨界域に対しては，物性測定にほとんど影響を及ぼさない．しかし，臨界点のごく近傍において試料を観察すると，状態曲面から推算されるように，わずかな温度差による密度変化の影響が非常に大きいことから，臨界タンパク光の維持が困難であるなど試料の状態が安定しなかった．これらの実験結果から，臨界点近傍の熱伝導率および粘性係数の輸送性質における特性を明らかにすることを目標としている本研究では，測定不確かさの増大が懸念されることから，液体恒温槽の使用などデッドスペースを無くす方法で，輸送性質の測定が可能な装置の設計を行い，この仕様をほぼ決定させた．輸送性質の測定の際には，データ解析に密度の値が必要不可欠である．このため，輸送性質と密度測定を同時測定できるように膨張法あるいは複数の容器をカップリングさせた繰り返し膨張法での密度測定も想定して装置を設計した．さらに水素を含む混合系では，試料を圧力容器に充填する際，液体窒素を使用するなどして試料を完全に凝縮できないことから，質量法を用いた組成の決定が困難となる．このためガスクロマトグラフを用いて組成の決定を行うが，面積比と組成の関係にいて非線形性が強いことから，得られる組成決定の不確かさについて検証を行った．
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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
本年度は超臨界現象観察装置を用いた水素 + 二酸化炭素系の超臨界現象の観察とPVT性質の測定を基に，臨界点近傍を含む領域での熱伝導率や粘性係数の測定を可能にする装置全体の設計を完了させた．熱伝導率および粘性係数にはそれぞれ，非定常短細線法および振動細線法を用いる．また同時に必要とされる密度の値については，輸送性質を測定した試料を膨張法あるいは繰り返し膨張法を用いて測定可能なように設計しており，状況に応じていくつかの方法を適用できるようにしており，H30年度から順次測定を開始できる見込みである．
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| 今後の研究の推進方策 |
本年度設計した輸送性質測定装置の製作を実施する．まずは装置の健全性を確認するため，単純な観察窓付試料容器を用いて，臨界点のごく近傍の様子を観察し，試料の安定性を確認するとともに，膨張法または繰り返し膨張法を用いて，PVT性質を測定する．続いて，熱伝導率および粘性係数を測定するためのプローブおよび圧力容器を製作する．非定常短細線法，振動細線法では，どちらも細線プローブを圧力容器内に設置し，細線を加熱させるか振動させることで，それぞれ熱伝導率と粘性係数を測定する．測定手順および構造が類似していることから，圧力容器の一体化を念頭に設計を行う．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
臨界点近傍ではわずかな温度差が密度変化に与える影響が大きく，測定不確かさの軽減を図り，試料の安定性を高めるため，装置の仕様が困難なものとなったことから，設計に時間を要し，繰越金が生じた．しかし装置全体の設計をほぼ終えた．そこで，装置の製作および細線プローブ，圧力容器の製作，購入を予定している．
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