2019 Fiscal Year Research-status Report
電場付与による油浸金属部材の潤滑・除熱特性の向上とそのメカニズムの解明
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18K04596
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| Research Institution | Fisheries Research and Education Agency |
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Principal Investigator |
田村 賢 国立研究開発法人水産研究・教育機構, 水産大学校, 講師 (20367832)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
佐々木 千鶴 徳島大学, 大学院社会産業理工学研究部(生物資源産業学域), 准教授 (50452652)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 電場印加 / 熱伝達率向上 / 脂肪酸 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
電場印加による潤滑特性や熱伝達特性の変化は，脂肪酸分子が電場によって金属表面へ配向，吸着・脱離，流動することによると考えられ，それには脂肪酸分子に備わる極性基が大きな役割を果たしているとみられる。2018年度には，2つ1組のステンレス製の円柱型蓄熱体を作製し，円柱端面を対向配置した2つの蓄熱体には，接触端面から距離を定めて熱電対を挿入し，それぞれ異なる温度に保った2つのステンレス蓄熱体で脂肪酸を含む媒質を挟み込み，ステンレス蓄熱体に電場を印加したときの非定常伝熱の測定を行えるようになった。また，ステンレス蓄熱体における非定常伝熱の数値計算コードを作成し，界面熱伝達係数をフィッティングパラメータとして実測データを再現するようシミュレーションを行い，接触界面の油膜の熱伝達係数が見積もることができるようになった。これを踏まえて，2019年度には，1価の不飽和脂肪酸（オレイン酸）と飽和脂肪酸（ラウリン酸），極性基を持たない炭化水素油を供試して，新規導入した安定化電源にて電場を印加し，油膜の熱伝達係数の変化を調べた。無電場状態での熱伝達率が不飽和脂肪酸よりも低い飽和脂肪酸を用いた電場可での熱伝達試験では，数百ボルトの電圧印加により，油膜の熱伝達率が3倍以上も向上することが判った。この研究成果の一部をTOKAI ENGINEERING COMPLEX 2020 (TEC20) 東海支部第69期総会・講演会にて公表した。
電場印下における潤滑性向上について評価するために回転円柱と平板の接触による摩擦試験装置を水産大学校本科卒業論文のテーマとして作製しており，測定精度を向上させるために試験機の荷重検出センサーなどの改良を行った。電場印加下における本格的な摩擦試験が可能となった。電場印加条件の最適化を行っている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
電場印加可能な2つ1組のステンレス製の円柱型蓄熱体から成る熱伝達試験装置と実測値を解析し熱伝達係数を評価するために開発した非定常伝熱の数値計算コードによって油膜を挟んだ金属界面の熱伝達係数を見積もることができるようになった。1価の不飽和脂肪酸（オレイン酸）と飽和脂肪酸（ラウリン酸），極性基を持たない炭化水素油を供試して，十分な数の試験を繰り返し，信頼性が高い評価結果を積み上げることができた。適切な方向へ安定な電場を印加することにより，脂肪酸油膜の熱伝達係数を3倍以上に向上させることができた。また，これに付随して興味深い知見を得ることができた。これらの研究成果の一部をTOKAI ENGINEERING COMPLEX 2020 (TEC20) 東海支部第69期総会・講演会にて公表した。また，脂肪酸含有潤滑油の電場印下における潤滑性向上について評価するために回転円柱と平板の接触による摩擦試験装置を作製し，摩擦部への垂直荷重と摩擦が発生した場合の摩擦力の測定を行ってきており，さらに測定精度を向上させるために試験機の細部の構造や荷重検出センサーを改良した。また，電場印加状態を改善するために電極形状や配置を変更して実験を行い，最適条件を模索している。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでに2つ1組のステンレス製の円柱型蓄熱体を作製し，それぞれ異なる温度に保った2つの蓄熱体で脂肪酸油膜を挟み，蓄熱体に正負の極を固定して電場を印加したときの熱伝達率の変化挙動を調べた。本試験装置の試験データを解析するための非定常伝熱を扱う数値計算コードを作成し，実測データを再現するようシミュレーションを行い，脂肪酸油膜の熱伝達係数が評価できるようになった。適切な方向へ安定な電場を印加することにより，脂肪酸油膜の熱伝達係数を3倍以上に向上させることができた。しかし，ステンレス蓄熱体接触面の酸化被膜および脂肪酸との化合物の被膜の有無によって，高温蓄熱体側を正極にした場合と負極にした場合の伝熱挙動が大きく異なるという結果を得ている。したがって，今年度は蓄熱体接触端面の表面処理や表面状態に注意を払い，電場印加による熱伝達向上メカニズムを明らかにする予定である。また，電場印下における潤滑性向上について評価するために回転円柱-平板の接触による摩擦試験装置を作製し，試験機の動作試験と高性能化を行っている。本年度は電場印加下での摩擦試験を繰り返し行い電場印加条件の最適化を図り性能向上因子を特定する予定である。油の変質，異物混入についての分析も随時行う。
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| Causes of Carryover |
他の予算が使えるようになり，その予算で購入できたものがあった。また，定価よりも安く納入されたものがあった。さらには，COVID-19の影響により，年度末に集中して予定していた学会参加や打ち合わせの旅費が全て不要となったから。
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