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沸騰の伝播現象を利用したマイクロポンプの実用化

研究課題

研究課題/領域番号 13555053
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分展開研究
研究分野 熱工学
研究機関横浜国立大学

研究代表者

飯田 嘉宏  横浜国立大学, 大学院・工学研究院, 教授 (90005299)

研究分担者 奥山 邦人  横浜国立大学, 大学院・工学研究院, 助教授 (60204153)
研究期間 (年度) 2001 – 2002
研究課題ステータス 完了 (2002年度)
配分額 *注記
10,000千円 (直接経費: 10,000千円)
2002年度: 3,100千円 (直接経費: 3,100千円)
2001年度: 6,900千円 (直接経費: 6,900千円)
キーワードマイクロポンプ / 沸騰伝播現象 / パルス加熱沸騰 / 気液相変化利用マイクロアクチュエータ
研究概要

濡れ性の高い液体を満たした流路内に置かれたヒータの一端をパルス状に加熱すると、近接箇所の発泡が次々に誘発され(沸騰伝播現象という)、気泡は流路内を一方向に成長し、他端から消滅する。本研究は、このような沸騰伝播現象を利用する全く新しい原理に基づくマイクロポンプを試作し、性能を確かめるとともに、関与する諸パラメータについて実証的検討を行い、実用化を図ることを目的として研究を行った。
初年度(平成13年度)は、先ず、ポンプ動作におけるヒータの繰り返し加熱に伴う温度上昇を許容値以内に抑えるための許容加熱周波数を、3次元放熱過程に関するシミュレーションにより明らかにした。次に、沸騰伝播現象の温度依存性などに着目して加熱方法を工夫することにより、ヒータの一端から他端に向かって安定した伝播現象を起こすことに成功した。それらの結果から適切なマクロポンプ装置(加熱部寸法0.2mm×2mm)を設計・製作し、最大25ヘルツの加熱周波数で、駆動部左右に接続したキャピラリ管間に生じた液柱高さの差(8mm)から顕著なポンプ作用が生じることを確認した。
次年度(平成14年度)は、先ず、一方向への伝播現象を引き起こすための加熱条件、並びに伝播速度と温度、伝熱過程の関係を調べ、また平滑な白金蒸着面を用いることにより、濡れ性の比較的悪い水においても伝播現象が生じることを明らかにした。次に、沸騰伝播現象の繰り返しにおける再現性が維持できる許容周波数を、オープンプール条件下において調べ、最大で約70ヘルツまで可能であることを確かめた。また再現性の失われる主な原因はヒータの温度上昇よりも残存気泡からの発泡である可能性が高いことを示した。さらに、マイクロ流路内における沸騰伝播現象の繰り返しによる液輸送量を、キャピラリ管内の液体メニスカスの移動距離から測定し、管内液柱高さの差からポンプ能力を評価する場合よりも高い40ヘルツの加熱周波数までポンプ動作が可能であることを確認した。

報告書

(3件)
  • 2002 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 2001 実績報告書
  • 研究成果

    (12件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (12件)

  • [文献書誌] 奥山 邦人: "沸騰の伝播現象を利用したマイクロポンプに関する研究"日本機械学会2001年度年次大会講演論文集. Vol.5. 193-194 (2001)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 奥山邦人: "沸騰の伝播現象を利用したマイクロポンプの基礎研究"第39回日本伝熱シンポジウム講演論文集. Vol.1. 157-158 (2002)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 金 政君: "急速沸騰を用いたマイクロアクチュエータにおける繰返し加熱の許容周波数"第39回日本伝熱シンポジウム講演論文集. Vol.3. 761-762 (2002)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Kunito OKUYAMA: "Micropump Using Boiling Propagation Phenomena"Thermal Science and Engineering. Vol.10, No.4. 19-20 (2002)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Okuyama: "Micropump Using Boiling Propagation Phenomena"Preprint of Japan Society of Mechanical Engineers, Conference (in Japanese).. 5, No.01-1. 193-194 (2001)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Okuyama: "Micropump Using Boiling Propagation Phenomena"Proceedings of the 39th National Heat Transfer Symposium of Japan (in Japanese).. 1. 157-158 (2002)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] J.H. Kim: "Allowable Repetition Frequency of Pulse Heating in Microactuators Using Rapid Boiling"Proceedings of the 39th National Heat Transfer Symposium of Japan (in Japanese).. 3. 761-762 (2002)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] K.Okuyama: "Micropump Using Boiling Propagation Phenomena"Thermal Science and Engineering. 10, No.4. 19-20 (2002)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] 奥山邦人: "沸騰の伝播現象を利用したマイクロポンプの基礎研究"第39回日本伝熱シンポジウム講演論文集. Vol.1. 157-158 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] 金 政君: "急速沸騰を用いたマイクロアクチュエータにおける繰返し加熱の許容周波数"第39回日本伝熱シンポジウム講演論文集. Vol.3. 761-762 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] Kunito OKUYAMA: "Micropump Using Boiling Propagation Phenomena"Thermal Science and Engineering. Vol.10, No.4. 19-20 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] 奥山 邦人: "沸騰の伝播現象を利用したマイクロポンプに関する研究"日本機械学会2001年度年次大会講演論文集. 193-194 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書

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公開日: 2001-04-01   更新日: 2016-04-21  

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