2017 Fiscal Year Annual Research Report
Improvement aiming at high performance of gas separating device with Soret effect by applying consecutive microstructure
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15K05841
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| Research Institution | Shibaura Institute of Technology |
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Principal Investigator |
小野 直樹 芝浦工業大学, 工学部, 教授 (20407224)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
渡邊 辰矢 茨城大学, 理学部, 助教授 (10302324)
松本 壮平 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 副研究センター長 (70358050)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | ソーレ効果 / ガス分離 / 水素ガス / MEMS / マイクロデバイス / 物質移動 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
この研究は温度勾配の印加に伴い物質拡散を生じるソーレ効果を利用し、化学的処理を用いずに混合ガスの成分分離を行う高性能なガス分離デバイスの実現を目指す研究である。初年度の平成27年度から連続的なネットワーク構造を持つ新デバイスの試作と解析に取り組んだ。平成27年度には、まずこの大規模な流体ネットワーク構造の簡略化モデルを解析したところ、可解で理論的に興味深いモデルであることが分かりその知見を学会誌等で公表した。また第1次実証デバイスとして厚み約40μｍ、幅約100μｍ、長さ約200μｍの六角形の細胞状ガス分離ユニットを幅方向に36列、流れ方向に360段連結したデバイスを試作した。このデバイスを用いて水素50%と二酸化炭素50%の混合ガスの分離実験を実施したが、ガス分離効果としては水素の分離（濃縮）濃度は入口濃度から0.7％と、理論予測値の約１／15の値にとどまった。平成28年度は、分離濃度が理論予測値から大きく下回る原因を探索するために単ユニットでの基礎デバイスを数種類作成し分離濃度を測定した（低温面は0℃、高温面温度は80℃）。しかし実験の結果、水素の分離（濃縮）濃度は、入口濃度から最大0.13％と、理論予測値の１／7程度であった。しかしこの基礎実験から流路高さの大きい流路が大きな分離濃度を示すなど重要な知見を得ることができた。最終年度の平成２９年度では、流路高さに着目し、現状からの2倍までの400μｍの厚さにしたネットワーク構造のデバイスを製作して実験を行った。その結果平成27年度のデバイスから向上し、理論予測値の１／7となり、単ユニットの場合と同等の分離濃度を得るまでに改善した。しかし実用化に向けては、未だ小さい分離性能と言わざるを得ず、今後は列数・段数の増大によるネットワーク内のユニット数の大幅な増加や、断熱構造のさらなる改善が必要であることが分かった。以上
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