| 研究課題/領域番号 |
19K21926
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| 研究種目 |
挑戦的研究(萌芽)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
中区分19:流体工学、熱工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 弘前大学 |
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研究代表者 |
城田 農 弘前大学, 理工学研究科, 教授 (40423537)
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| 研究期間 (年度) |
2019-06-28 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
2021年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2020年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2019年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
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| キーワード | 液滴 / 沸騰 / 自己推進 / 冷却 / 登坂 / 核沸騰 / 推進 / 親水 / 撥水 / 非対称濡れ性 / 非対称加熱 / 接触角 / 液滴推進 / 濡れ性 / ピニング / 前後非対称濡れ性 / 液滴自己推進 / ライデンフロスト / 鋸歯形状 / パッシブ冷却 / 潜熱 / 相変化 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
前後非対称性を持つ加熱固体上へ置かれた液滴は，１方向へ推進することがわかっている。本研究では，この「液滴自己推進現象」を，高温機器の冷却へと応用することが最終的な目的である。すなわち，対象とする固体がある温度以上に加熱されると，冷却液体である水が液滴として勝手に貯水チャンバーから吸い上げられ，固体表面上を走り出し，その水滴の顕熱と潜熱によって高温部から熱を奪うという，新しいパッシブ冷却技術を開発することである。パッシブ冷却とは，温度センサやポンプ等の外部装置，さらには電力を一切必要としない冷却技術ということである。
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| 研究成果の概要 |
撥水領域と親水領域を併せ持つ複合濡れ性ラチェット上の液滴推進特性を実験的に調べ，液滴径が小さいほど加速度が増加することを示した。また，ラチェット温度150 ℃で加速度および登坂可能傾斜角度が最大となることを明らかにした。最大登坂可能角度を予測するモデル解析結果と実験結果が概ね一致したことから，核沸騰による推進力がピニング力と重力に勝ることで液滴が登坂することを示した。核沸騰による液滴推進では加熱面が非対称な濡れ性を持つことが重要であることがわかった。ハイブリッド濡れ性ラチェットにおける液滴推進力は，親水領域に形成される気泡の膨張・収縮運動が誘起する液滴内部流動が作りだすことを明らかにした。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究で開発した複合濡れ性を加熱面へ付与することで，加熱面が飽和温度以上になると液滴を自動的に推進させることが可能となる。推進する液滴の最新登坂角度は75°であり，ほぼ垂直な壁面であっても液滴を輸送可能である。また，液滴は沸騰を伴いながら推進するため，液滴が進行する加熱面から短時間で熱を奪うことが可能となる。これらの特徴は，新しいパッシブ冷却技術の開発を導く。このパッシブ冷却技術は，センサーやアクチュエーターを必要としないため，電源を喪失したような緊急時であっても，加熱による機器の暴走や過剰な発熱を抑制することができ，工学的意義は大きい。
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