| 研究課題/領域番号 |
25660197
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| 研究種目 |
挑戦的萌芽研究
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| 研究機関 | 金沢大学 |
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研究代表者 |
児玉 昭雄 金沢大学, 機械工学系, 教授 (30274690)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| キーワード | 農業工学 / 施設園芸 / 除湿 / 省エネルギー / 二酸化炭素排出削減 / 吸着 |
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| 研究概要 |
本研究は園芸用温室の省エネ除湿技術として、外気との湿度差を駆動源とする吸着式デシカント除湿暖房プロセスを提案し、その適用可能性を検討するものである。このプロセスでは、通気抵抗が小さく、良好な熱・物質移動特性を有する吸着材デシカントロータを用い、「相対湿度が高い温室内の湿潤空気」と「冬季の乾燥外気」の湿度差を吸脱着推進力として温室内を除湿する。除湿と同時に発生する吸着熱は温室暖房に活用する。
まず、磁気浮遊式天秤を用いて、シリカゲルハニカム吸着材の湿度スイングに対する吸脱着レスポンスを調べた。吸着材デシカントロータ小片の重量変化から吸脱着速度を検討したところ、吸着速度は吸脱着時間に依存せず、線形推進力近似法で表現できること、また、その温度依存性は粒子内拡散のうち表面拡散係数の温度依存性で示されることがわかった。引き続き、操作・装置変数および空気条件をそれぞれ独立して変化させて、系統的なデータ収集を行う。
処理風量200m3/hの小規模実験装置を用い、実際の空気条件での除湿暖房性能を調べた。この結果、温度上昇度が最大となる最適回転数が存在することがわかった。除湿量は回転数の増加とともに多くなり吸着熱発生量も増加するが、温度上昇度は比較的低い回転数で最大となった。より低い回転数では、吸着ゾーン途中で吸着破過を生じるために十分な吸着熱が得られず、高回転数では、発生する吸着熱のうちデシカントロータの温度上昇に使われる割合が大きくなるためである。これは、高回転数では断熱除湿から逸脱し，吸着出口空気のエンタルピーが減少していることからも裏付けられる。25℃－相対湿度70％と25℃－相対湿度17％の相対湿度スイング操作で約10℃の温度上昇が確認できたが、理論的には15℃の温度上昇が可能であり、物質移動抵抗による水蒸気吸着速度の低下やデシカントロータ自体の熱容量の影響が考えられる。
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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
小規模実験装置によって、除湿暖房効果が確認できた。また、簡単な数値計算により、園芸用ビニルハウス10アールあたり、直径1.2ｍ程度のデシカントロータが必要であると推算した。サイズ的には実用可能であるが、コストの点でデシカントロータの利用には問題がある。よって、研究対象として廉価な粒状吸着材を加える必要がある。
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| 今後の研究の推進方策 |
平成２５年度に開始した小規模実験装置を用いた性能試験を継続し、ロータ回転数、吸着再生風量比、吸着再生面積比、吸着再生空気条件の影響と相互関係をおおよそ見出す。次に湿度スイング吸着式除湿暖房プロセスの性能予測を行うため、前年度までの検討結果に基づいた数学モデルを構築する。ここで重要となる吸着速度については、前年度の研究成果に基づき、線形推進力近似法を用いる。この数値計算を用いて、デシカントロータ仕様や装置・操作の最適化を図り、プロセス構成の高度化指針を示す。数値計算では、小規模装置を用いた実験の項目（空気流速、温度、湿度、ロータ回転数、ロータ面積比率）の条件範囲を拡大することに加えて、ロータ厚さ（空気流れ方向長さ）の影響も検討する。さらに、検討対象を粒状吸着材に拡大する。通気抵抗を抑え、またロータ形状を整えるための工夫が必要である。
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