| 研究課題/領域番号 |
26420886
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| 研究機関 | 長崎大学 |
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研究代表者 |
林 秀千人 長崎大学, 工学研究科, 教授 (10173022)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | 浸透圧発電 / 中空糸モジュール / 塩水流れ偏流 / 濃度分極 / 流動シミュレーション |
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| 研究実績の概要 |
平成27年度の研究内容は、次の2点であった。
① モジュールの偏流、濃度分極を考慮した流動・浸透性能シミュレーションの開発。
浸透膜モジュールの流れ状況と浸透性能の関係を解析により明らかにするとともに、内部濃度分極および外部濃度分極の浸透性能に及ぼす影響を解析モデルに基づいて解析して、中空糸モジュールにおける浸透性能への影響を明らかにした。その結果、濃度分極の影響を、中空糸モジュールにおいては、あまり大きな影響を与えないことを明らかにした。この結果をもとに、中空糸モジュール内部の塩水の流れおよび浸透のシミュレーションモデルの開発を行った。実験との比較検討の結果、シミュレーションモデルが妥当であることがわかった。
② 偏流、濃度分極などを考慮した浸透性能解析に基づき、形状・運転条件を明らかにして高性能中空糸膜モジュールの条件を明らかにする。（中空糸・モジュール形状の提案）
シミュレーションモデルに基づいて、さまざまな塩水流量と形状に付いて、浸透性能を解析し得られる出力と、必要な動力の関係から、正味の出力を見積もった。その結果、中空糸膜の性能をさらに向上させることが重要であるとともに、現モジュールでは最適形状とはなっていないことが明らかとなった。上の結果を元に、最適形状の提案を行った。
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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
① モジュールの偏流、濃度分極を考慮した流動・浸透性能シミュレーションの開発。
浸透膜モジュールの性能に関係する流動特性およびそのパラメータについての、検討をほぼ行い、各パラメータが性能に及ぼす影響を解明することができた。また、内部濃度分極や外部濃度分極等の浸透特性の影響については、従来の理論も出るが必ずしもじゅうぶんではない可能性を指摘できた。その結果、濃度分極に関するこれと異なる特性を調べる必要性を見出すとともに、現時点でその影響を考慮した中空糸モジュール内部の塩水の流れおよび浸透のシミュレーションモデルの開発ができた。
実験との比較検討の結果、シミュレーションモデルが妥当であることがわかった。
② 偏流、濃度分極などを考慮した浸透性能解析に基づき、形状・運転条件を明らかにして高性能中空糸膜モジュールの条件を明らかにする。（中空糸・モジュール形状の提案）
①の結果を踏まえて、最適なモジュール形状や中空糸性能を示し、必要条件を明らかにすることができた。しかし、メーカーとの連携がまだ不十分で、具体的な形状の提案にはいたっていない。次年度はその点の進展を図る予定である。
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| 今後の研究の推進方策 |
Ⅰ．中空糸群における浸透・流動特性を解明する基礎実験
H27のシミュレーション結果により、中空糸における濃度分極の詳細がまだ不十分であることが明らかとなった。さらなる膜性能の向上には、基礎実験により中空糸における濃度分極の特性を明らかにする必要がある。
Ⅱ．H27の解析により、最適な塩水圧力が浸透圧の1/2より低いほうが性能が良いことが明らかになった。その結果を踏まえて、現有の低圧試験装置において行い、低圧における特性と加圧時における特性の違いをもとに、モジュール全体特性から最適化を図る。現時点で得ることができる最高のシステム性能を開発し、評価することは可能である。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
濃度分極に対する詳細実験が必要と成り、そのための装置および計測機器の製作・購入の費用が発生した。これは、中空糸型モジュールの更なる性能向上への可能性を大きく示すために不可欠のものであり、現在提供される膜を最大限に利用するための、新たな提案に密接に関係する。さらに、中空糸膜の開発においても、その指針として重要である。
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| 次年度使用額の使用計画 |
年度当初に、現在進めている設計の装置政策を行うために物品費の使用を行うとともに、計測機器の購入を行い、機器メーカーとともに計測のためのチューニングを行う。そのための費用として、謝金・その他として形状をしている。また、これまでの成果の発表のために、国内外の学会の出席を予定している。
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