研究発表

W/Oエマルションの製造において乳化剤を使用せずに均質で長時間安定なエマルションを製造することができる,油中へのスチーム噴射による蒸気法の直接接触凝縮を利用した微細水滴製造技術について検討した.W/Oエマルション中に分散される水滴径に及ぼす操作因子の影響について調べた結果,液滴径分布にはスチーム流速が大きく影響を及ぼすことが明らかになった.また,本方法により作製したW/Oエマルションは24時間以上安定であることが確認された.

蒸気前駆物質を用いた気相燃焼合成によりY2O3:Tbナノ粒子の合成を行った.この合成法は蒸気前駆物質を拡散火炎中で分解・反応させることにより従来では複数のステップが必要な反応プロセスを１つの反応管で完結させられるという利点を持つ.本研究では,蒸気前駆物質の分圧および火炎温度が生成物の構造と蛍光特性に及ぼす影響について検討した.

乱流燃焼現象を詳細に理解するためには,流動場と火炎の非定常な相互作用,特に渦と火炎の相互作用のメカニズムを明らかにする必要がある.本研究ではよどみ流混合火炎と垂直渦管の相互作用に焦点を当て,メタン/空気火炎を用いて渦管の回転周波数が火炎面挙動に及ぼす影響について高速度ビデオカメラで撮影した火炎面の周波数解析をもとに検討した.

層流境界層における天然ガスハイドレートの火炎伝播特性を明らかにするため,天然ガスハイドレート粒子を充填した容器を風洞内に設置し,ハイドレート上の火炎伝播の様子を撮影した.火炎は空気流に対し上流方向に伝播していく様子が観察され,また空気流速により定常的に伝播する場合と不安定に伝播する場合があることが明らかになった.さらに火炎からハイドレートへの熱輸送が火炎の伝播特性に大きな影響を与えることがわかった.

マイクロバブルの溶解・収縮に伴う気泡周囲の局所高濃度領域を利用した新たな晶析技術の工業化を目指し,電気分解を利用して大量のマイクロバブルから大量の結晶を製造する新たな結晶製造プロセスを提案した.開発した装置において生成するマイクロバブル径および析出結晶径に及ぼす電流密度,撹拌速度および溶質としたスクロース濃度などの操作因子の影響を実験的に明らかにした.

油分を含む廃水の高効率かつ低コストな浄化技術としてマイクロバブルを用いた浮上分離に着目した.水中に油滴が懸濁したO/Wエマルションにマイクロバブルを通気することによりマイクロバブル表面に油を吸着させて水相から分離・回収した.サブミリバブルやミリバブルと比較してマイクロバブルでは油分回収速度が大きく,効率的な廃水浄化が行えると期待出来る.さらにガス流量やバブリング時間等の操作因子が油分回収速度に及ぼす影響を調べた.

緑色領域に鋭い蛍光発光ピークを有し様々な応用先が期待されるY2O3:Tb蛍光ナノ粒子を気相燃焼法により合成する際の合成条件が生成粒子の構造や発光特性に与える影響を明らかにするため実験的に検討した.その結果,前駆物質蒸気分圧の低下に伴う生成粒子径の減少および励起スペクトルの変化,合成火炎温度の変化による結晶構造の変化およびこれに伴う励起スペクトルの変化などが明らかになった.

燃焼効率が高い環境適応型の燃焼器を開発するため,小型化が可能な触媒燃焼を用いて酸化剤空気を高温・低酸素化した後,その気流中へ燃料を噴出させ気相燃焼を行う触媒利用型高温空気燃焼方式を提案し,火炎挙動およびNOx排出特性について検討した.その結果,付着火炎,層流浮き上がり火炎および乱流浮き上がり火炎の3つの燃焼形態が観測された.また,触媒燃焼による酸素濃度の低下がNOx生成の抑制に有効であることが確認できた.

向流空気中を伝播する,層流境界層内に形成される天然ガスハイドレート火炎の熱的構造を詳細に解明するため,断熱容器に天然ガスハイドレート粒子を充填して風洞内に設置し,空気流の下流側から火炎を形成させ,燃焼挙動の観察および断熱容器内の温度測定を行った.深さの異なる複数位置での温度変化のデータから火炎からハイドレートへの熱移動,熱によるハイドレートの解離といった構造を詳細に把握することができた.

太陽電池や風車等の分散型エネルギーは電力の安定供給の面で問題があるが,複数の分散型エネルギーを組み合わせたネットワークを構成することにより発電量の過剰や不足分を調整することができる.本研究では特に電力変動の大きい太陽電池と小型風車を複数組み合わせるネットワークを想定し,台数変化が発電量の平準化に及ぼす影響について検討した. 200〜400m程度の距離を置いて3箇所に設置した発電機の発電量計測データから台数増加による発電量の平準化が可能であることを示すことができた.

自立型オートサーマル改質反応器において, 触媒量を一定として反応器への供給メタノール流量が改質特性に及ぼす影響について検討した.その結果,メタノール流量が少ない場合には水蒸気改質に比べて水素生成量が低い部分酸化反応の割合の増加により,メタノール流量が多い場合には触媒部における滞留時間の減少によりいずれも水素転化率は減少することが明らかとなり,水素転化率が最大となるメタノール流量の最適値が存在することがわかった.

1本の主流と複数の支流により構成され流体塊の引き伸ばしと折りたたみにより混合を促進するノンエレメントミキサーの対流混合過程について従来の二次元画像による解析よりさらに詳細かつ定量的に検討するため,ミキサー内の流体塊を三次元像として再構成する方法を考案し,支流から押し出された流体塊の表面積変化を解析した.その結果,引き伸ばし,折りたたみ効果により下流へ進むにつれて表面積が大きく増加することが確認できた.

メタノールからの燃料電池用高純度水素生成のための水素分離膜一体型改質器の開発と最適化のため,分離膜面積および膜部付近の流動が水素分離特性に及ぼす影響について実験的に検討した.その結果,膜面積を増加させても燃料流量が少ない場合には膜への供給水素流量が少ないため1次側水素分圧の低下により分離ガス流量の大幅な増加は起こらないことが明らかになった.また,分離膜付近のガス流速を増加させることで透過水素流量を増加させられることが分かった.