2022 Fiscal Year Research-status Report
Exploring the scientific principle of new micro engines using a thermal interface phenomenon
| Project/Area Number |
21K18698
|
|---|
| Research Institution | Shinshu University |
|---|
Principal Investigator |
杉岡 秀行 信州大学, 学術研究院工学系, 教授 (20769822)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2021-07-09 – 2024-03-31
|
| Keywords | マイクロエンジン / マイクロアクチュエータ / マイクロスイマー / 熱界面現象 / 沸騰 / 対流 / エネルギー変換 / 非対称熱伝達 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
究極の小型化と簡素化が可能な低熱流束で動作する新しい強力なマイクロエンジンの学理体系を構築するために、次のことが遂行できた。
I.計画(2)の遷移核沸騰領域付近の回転エンジンは無負荷30rad/sを達成（投稿中）。また、計画(3)のワイヤレス化について、渦電流型ボートを提案。動きを確認した(調査継続中)。
II.計画(4)の低熱流束化のために対流型熱エンジンと核沸騰型熱エンジンの検討を進めた。
【対流型：①Jpn. J. Appl. Phys. 61, 064001 (2022); ②Physics of fluids 34, 064113 (2022); ③Physics of fluids 34, 114121 (2022); ④J. Phys. Soc. Jpn. 92, 024401 (2023)】【核沸騰型：⑤Physics of fluids 35, 024102(2023)】
III.計画(5)の材料の高度微細化技術獲得のために、自己組織化炭素ワイヤ-の構造制御とヒータ応用の検討を進めた。【⑥Colloids and Surface A 649, 129497(2022); ⑦Colloids and Surface A 655, 130190(2022)】
IV. さらに強力なマイクロ熱エンジンの実現のために、水中放電による爆発的な沸騰現象を使った熱エンジンを提案し検証した。【⑧Physics of fluids 35, 054105 (2023)掲載】
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
概要で記載したように、当該年度において、新しいマイクロエンジンの学理体系を構築するための研究群を推進し、その成果を８件の論文(POF誌4,C&SA誌2,JJAP誌1,JPSJ誌1)として国際誌に掲載できている。しかしながら、新しい強力なマイクロ熱エンジンの学理体系を構築するためには、低熱流束、小型化、ワイヤレス化、高出力化とともに、材料の高度化及び微細化を進めていく必要がある。また、もっとも本質的なキーワードは、”対象性の破れ”だが、現在、低熱流束と高出力化はトレードオフの関係にあり、使用用途を意識した学理体系を構築する必要がありそうである。
|
| Strategy for Future Research Activity |
方針１：マイクロ熱エンジンの高出力化のさらなる推進：成果ＩＶ⑧を手掛かりに探索を進める方針である。具体的には、（Ａ）マイクロスイマーや（Ｂ）マイクロロケットなどへの応用展開性を検証していく予定である。
方針２：計画(4)に関係する核沸騰領域でのマイクロ熱エンジンポンプのさらなる探求：成果IIA⑤を手掛かりに探索を進める方針である。具体的には、（Ａ）二相流による出力発生メカニズムの明確化と（Ｂ）機能性材料としての可能性検討を進める予定である。また、（C）単純構造化をさらに進める予定である。
方針３：計画(3)のワイヤレス化をさらに進展させる：まず、（A）渦電流型ボートの検討継続し設計論に高める。（B）光駆動型熱エンジンの探索をさらに進めその有用性を明らかにする。
方針４：計画(4)の材料の高度化及び微細化のさらなる探求： 成果III⑥⑦を手掛かり検討を進める方針。具体的には、現在、自己組織化で作成した炭素系ヒータで水を沸騰させることが可能となっている。しかし、泡の発生とともに、炭素系ワイヤーが壊れてしまう問題がある。よって、炭素系ワイヤーの構造を強化して、マイクロ熱エンジンとして使用できるようにしていく方針である。
|
| Causes of Carryover |
コロナ感染症の拡大の影響で、対面での国内学会及び国際会議を差し控えた結果、次年度使用額が生じた。しかし、今年度からは対面での発表を含め、積極的な対外発表をしていく予定である。特に、現在、海外の渡航費は、円安の影響もあってひどく高騰しているが、秋に実施される、環境問題と関係した国際会議に、６人程度の学生さんと参加する予定である。また、マルチチャンネル温度測定のためのデータロガー（１５万円程度）やサーモグラフィ
が不足しているため、購入していく予定である。
|
Research Products
(28 results)
