| 研究課題/領域番号 |
19K05123
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| 研究機関 | 山口大学 |
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研究代表者 |
佐伯 隆 山口大学, 大学院創成科学研究科, 教授 (30253165)
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| 研究分担者 |
貝出 絢 山口大学, 大学院創成科学研究科, 助教 (50773074)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | 抵抗低減効果 / 地中熱利用システム / 採熱管 / 省エネルギー / 流体摩擦抵抗 / ポンプ所要動力 / 抵抗低減剤 |
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| 研究実績の概要 |
当該年度は、地中熱利用システムに抵抗低減効果を導入する場合の問題点とその解決、およびメリットの定量化を行うことを目的とし、山口大学の研究室の装置で行う基礎実験と、千葉県八街市の地中熱利用システムによるフィールドテストを実施した。
前者は現有の循環式流動試験装置に実機で用いる地中熱採取管（コイル、チューブ管の2系統）を取り付け、これを使用した基礎実験を行った。具体的には、抵抗低減剤に及ぼす添加剤濃度、水温、流速の影響を明らかにし、特に地中熱利用システムで設定される流速＝0.5m/s付近のデータを詳細に蓄積した。その結果、0.5m/s付近では、約20％の抵抗低減効果を示すことや長期運転でも安定した効果を示すことが分かった。一方、採熱コイルは、流速が1m/sを超えると、界面活性剤のミセル構造が機械的劣化を受け、コイル出口では抵抗低減効果が50%程度減少していることが指摘された。さらに、ブライン（ポリプロピレン水溶液）の実験より、配管抵抗低減剤（LSP-01）が有効であることがわかった。
一方、後者は、フィールドテストにおいて、抵抗低減効果の有効性を定量的に測定した。この際、循環水の水質が抵抗低減効果を阻害する傾向が見られたため、水質分析や採熱コイルのせん断力の影響、および効果の長期安定性に関する実験も合わせて行った。３月末にブラインを使用するテストを行う予定であったが、新型コロナウイルスの問題で出張ができなくなり、その後も、千葉のフィールド試験は停止している。そこで、研究室の採熱管を伴った装置でブラインの試験を行う準備を進める一方、抵抗低減剤が所定濃度含まれていながら、効果を示さない水について、水質分析やレオロジー測定を行っており、抵抗低減効果を地中熱利用システムに適用するための諸問題の解決に向けた検討を進めつつある。
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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
令和2年3月以前までは、大学の装置による基礎実験と千葉県におけるフィールを試験を順調に進めることができ、その成果を学会発表するレベルまで高めることができた。
フィールド試験において、抵抗低減剤が所定濃度含まれていながら、効果を示さない場合が見られ、その原因を究明することは、当初の計画になかったが、この検討を行ったことで、本技術の実用化に対する問題点が指摘され、その解決に向けた展開を計画することができた。
新型コロナウイルス問題で、令和2年3月以降のフィールド実験ができなくなり、その部分を考慮して、「おおむね順調」と判断した。
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| 今後の研究の推進方策 |
新型コロナウイルス問題が治まり、千葉県への出張が通常通り可能になれば、当初計画のとおり、鋭意、フィールド実験を進めていくが、現状では令和2年度前期は無理のように思われる。このため、令和元年度に拡張した大学の循環式流動試験装置の配管延長をさらに拡張することも考え、設計を始めている。これにより、配管構成は現在の千葉県のフィールドテストとほぼ同等になる。ただし、配管は大学の研究棟の１階から３階に設置したもので、地中に埋設したわけではないので、伝熱に関するデータを合わせて採ることができない。これについては、循環式流動試験装置の恒温設備を増強するなどの方法で、循環水温度をできるだけ制御することを考えている。ただ、本テーマの主眼は採熱管における抵抗低減効果の基礎データを採取し、これをポンプの所用動力低減につなげることであり、上記の装置拡張を行えば、令和3年度末までにはこの目標を達成できると考えている。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
次年度使用額は、千葉県八街市で行う予定であったフィールドテストのための旅費である。次年度で千葉県への出張が可能になれば、その旅費に充当する。新型コロナの問題が長期化することも見込み、大学の装置の総延長を長くする配管材料代に充てることも、合わせて考えておく。
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