2020 Fiscal Year Annual Research Report
development of new system for energy recovery on Low-temperature waste heat using Leidenfrost phenomena
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18K19125
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
中島 章 東京工業大学, 物質理工学院, 教授 (00302795)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
酒井 宗寿 茨城大学, 研究・産学官連携機構, 准教授 (00392928)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2021-03-31
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| Keywords | ライデンフロスト / 磁性流体 / 核沸騰 / 重力 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ラチェット構造を付与したZn板上にZnOナノロッド（ZnO-NR）を水熱法で形成し、撥水処理後、ライデンフロスト現象を調査した。ZnO-NRの形成によりライデンフロスト点は約20oC低下した。水滴の自走の終端速度は温度依存性を示した。ZnO-NRを形成していないZn板では、160oC~180oCでは主に核沸騰由来の自走が見られ、200oC以上では主に重力由来と思われる自走に変化した。また液滴を設置した際の内部流動は、ラチェットの傾斜に対して法線方向に回転した。ZnO-NRを形成した試料では基板への付着が抑制されたことから自走開始温度と自走速度がともに低下し、重力由来と思われる自走のみとなった。ZnO-NRをラチェットに1つおきに配置した試料では、自走開始温度は低下するものの、自走速度はZnO-NR を形成しないZn板よりも向上した（論文作成中）。実際にライデンフロスト現象で観察される水滴の自走は、接触＋核沸騰が主な駆動力となる温度領域と、重力が主な駆動力となる温度領域に分かれると考えられる。この駆動力の温度依存性は、下部構造、液滴とラチェットの大きさの比、液滴の種類等に依存すると思われる。これらの結果から粗さの配置と分布を設計することの重要性が示された。
またラチェット構造を有する金属製リングを加熱し、その上にコイルを設置して、水系磁性流体を回転運動させたところ、コイルの部位で電磁誘導に伴い磁性流体の減速と起電力の発生を確認することができた。このことから低温廃熱に対するエネルギー回収に関して、ライデンフロスト現象を用いたデバイスが設計可能であることが示された。
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