高温反応を高効率に実現する自立マイクロリアクタの要素開発と携帯燃料改質器の構築

• Project/Area Number: 04J03388
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Microdevices/Nanodevices
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 佐藤 大祐 東北大学, 大学院工学研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2004 – 2006
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2006)
• Budget Amount: ¥2,800,000 (Direct Cost: ¥2,800,000); Fiscal Year 2006: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2005: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2004: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
• Keywords: マイクロリアクタ / マイクロエゼクタ / マイクロバルブ / CFD / 感圧塗料 / 静電バルブ / 低圧力損失 / 水蒸気改質

Research Abstract

本研究では半導体微細加工技術を用いて実現したマイクロリアクタでブタンを水素に改質するシステムを研究する。本年度は自立マイクロリアクタの要素のマイクロエゼクタ、マイクロバルブについて研究を行った。
マイクロエゼクタはエゼクタの出口の圧力が大気圧から数十Pa上昇すると空気供給能力が急激に低下する問題がある。この問題を解決するため感圧塗料を用いてエゼクタ内の流れを観察し、それを基にしてCFDによる解析を行う。感圧塗料は、気体中の酸素濃度によって発光強度が変化するという特徴を有している。そのため、ブタンガスの濃度が高くなると混合ガス中の酸素濃度は変化することから混合状態を観察できる。今回は、感圧塗料を使用してエゼクタ内の酸素濃度圧を観察した。実験により、ノズル内の酸素濃度画像を得ることができた。得られた画像および実験結果とCFD解析の解析結果の比較により、マイクロエゼクタのCFD解析の解析モデルには層流モデルが適していることがわかった。感圧塗料によって得られた解析モデルを使用してマイクロエゼクタの解析を行った。解析結果から、マイクロエゼクタは25%の性能向上が見込める。
マイクロバルブはコルゲートダイヤフラム、静電バルブによって構成されている。本年度は静電バルブの改良を行った。静電バルブはストッパーがシリコンのエッチング中に剥離、電圧を印加すると放電する問題があった。そこで、ストッパーにアルカリエッチング保護膜を成膜した。保護膜によってストッパーの剥離は起きなくなった。また、電極を金属からITOにすることで放電しにくくした。

Research Products

• [Journal Article] Micro-Ejector for A Micro-Combustor (2005)
  • Author(s): Daisuke Satoh
  • Journal Title: SENSORS AND ACTUATORS : A. PHYSICAL (印刷中)