微小空間における燃焼の制御・利用に関する研究

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14655077
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 田中 秀治 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (00312611)
• 研究分担者: 安部 隆 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (00333857) ; 小野 崇人 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (90282095) ; 江刺 正喜 東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 教授 (20108468)
• キーワード: 触媒燃焼 / 燃料改質器 / 熱電発電 / マイクロスラスター / マイクロパワー源

研究概要

微小空間における燃焼の応用として、マイクロ燃料改質器の熱源、マイクロ熱電発電器、マイクロロケットスラスターを取り上げ、試作品の製作と試験とを中心とする実証的な研究を行った。
[マイクロ燃料改質器]携帯機器内で液体燃料から水素を生成するマイクロ燃料改質器を開発した。シリコンのエッチング・酸化・酸化シリコンによるエッチング孔の埋め戻しによって、断熱のための自己支持膜を強度が確保される構造に改良し、改良したマイクロ燃料改質器において水素の自立燃焼とメタノールの水蒸気改質とを確認した。
[マイクロ熱電発電]触媒燃焼器を熱源とするICチップ大の熱電発電器を開発した。メタノールを燃料にして200mW以上の出力、および約2.5%の効率を実現した。また、触媒燃焼器に燃料の蒸気圧によって空気を供給するマイクロエゼクタを試作した。エゼクタの構造、流路の形状、燃料の供給圧などパラメータにして一連の実験を行い、ブタンの完全燃焼に必要な量の空気が供給できることを確認した。さらに、そのエゼクタを用いてブタンの燃焼に成功した。
[マイクロロケットスラスター]10kg級の超小形人工衛星の姿勢制御をするマイクロ固体ロケットアレイスラスターを開発した。本スラスター上には、直径0.8mmの使い切り固体ロケットが多数並べられており、スラストはデジタル的に制御される。点火の確実性を向上させるために、燃料の充填方法を変更し、種々の方法で燃料を充填したスラスターの真空燃焼試験を行った。その結果に基づいて、燃料の充填方法をはじめとして、燃料の組成、スラスターの構造などを見直している。

研究成果

• [文献書誌] Kuei-Sung Chang, Shuji Tanaka, Masayoshi Esashi: "MEMS-based fuel reformer with suspended membrane structure"電気学会論文誌E. 123. 340-345 (2003)
• [文献書誌] Shuji Tanaka et al.: "MEMS-based Components of A Miniature Fuel Cell/Fuel Reformer System"Chemical Engineering Journal. (in press). (2004)
• [文献書誌] Kazuyuki Kondo, Shuji Tanaka et al.: "VACUUM TEST OF A MICRO-SOLID PROPELLANT ROCKET ARRAY THRUSTER"Technical Digest of PowerMEMS 2003. 157-160 (2003)
• [文献書誌] D.Satoh, S.Tanaka, K.Yoshida, M.Esashi: "MEMS-based Ejector System to Supply Fuel-Air Mixture"Technical Digest of PowerMEMS 2003. 102-105 (2003)
• [文献書誌] Kazushi YOSHIDA et al.: "HIGH ENEGY DENSITY MINIATURE ELECTRICAL AND THERMAL POWER SOURCE USING CATALYTIC COMBUSTION OF BUTANE"Technical Digest, 17th IEEE International Conference on Micro Electro Mechanical Systems. 316-321 (2004)
• [文献書誌] T.Genda, S.Tanaka, M.Esashi: "MICRO-PATTERNED ELECTRET FOR HIGH POWER ELECTROSTATIC MOTOR"Technical Digest, 17th IEEE International Conference on Micro Electro Mechanical Systems. 470-473 (2004)