Establishment of design method and high field generation technique for highly efficient microplastic collector from ocean environment

海洋环境高效微塑料收集器设计方法及高场产生技术建立

基本信息

批准号：
22KJ0104
负责人：
間藤昂允
金额：
$ 1.6万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ0104/
关键词：
超電導マグネット無絶縁コイル高温超電導磁場中移動

项目摘要

2022年7月に受理された論文において「超高磁場を用いたマイクロプラスチック回収」について報告した．これまで磁気分離分野では用いられてこなかった解析手法である粒子法を用いて，申請者らが提案した回収構造の実現可能性を調査するものである．2023年現在では実現できないサイズ及び磁場強度であるが最大磁場15 T程度を1.5 mにわたり発生させることで海水に含まれるマイクロプラスチックを80 %程回収できることが確認された．一方，シミュレーションモデルでは極めて小さいマイクロプラスチックを表現するために水粒子内の体積分率からなる力を仮定しているがこれらモデルの検証を行なっていく必要がある．また，2022年10月に開催された国際会議ではマイクロプラスチック回収に必要な超高磁場無絶縁マグネットの解析についても報告した．超高磁場下ではマグネットに働く電磁力によりマグネットが動き，鎖交磁場が変化することで望ましくない電流が流れる可能性がある．無絶縁であることから誘導電流はマグネット内部の至る所で環流として現れ，コイル電圧に変化をもたらす．本発表ではこの影響を検討した．結果，外部磁場中のコイル位置変化はコイル外周ターンに大きな電流を誘導することがわかった．また，外部磁場中を移動する影響よりも隣接するコイルの移動による影響の方が大きく，コイル電圧分布の変化も確認された．マグネット安定性の観点からは，誘導電流がコイル外周に誘導されるためコイル移動による熱暴走発生は考えづらいが，外周ターンに線材特性の劣化が存在する場合にはその限りではない．

在 2022 年 7 月接受的一篇论文中，我们报道了“利用超高磁场回收微塑料”。该项目将利用粒子法（一种尚未在磁分离领域使用的分析方法）研究申请人提出的收集结构的可行性。已证实，通过在 1.5 m 上产生约 15 T 的最大磁场，可以回收海水中约 80% 的微塑料，尽管其尺寸和磁场强度截至 2023 年还无法实现。另一方面，模拟模型假设一个基于水颗粒内体积分数的力，以代表极小的微塑料，但这些模型需要验证。此外，在2022年10月举行的国际会议上，我们还报道了微塑料回收所需的超高磁场非绝缘磁体的分析。在超高磁场下，作用在磁体上的电磁力会导致磁体移动，改变互连磁场，并可能导致不需要的电流流动。由于没有绝缘，感应电流表现为整个磁体的循环，导致线圈电压发生变化。在本次演示中，我们考虑了这种效应。结果表明，在外部磁场中改变线圈位置会在线圈的外匝中感应出大电流。另外，相邻线圈的移动的影响大于外部磁场中的移动的影响，并且还确认了线圈电压分布的变化。从磁体稳定性的角度来看，很难想象由于线圈运动而发生热失控，因为感应电流是感应到线圈外周的，但如果外周的导线性能恶化，则情况并非如此。轮流。