| 研究概要 |
低圧下あるいはミクロなシステムの気体に特有の現象の一つは、気体の温度場によって様々な定常流が誘起されることである。本研究では、この流れを駆動力とする、運動する部品が不要のポンプ(熱駆動ポンプ)の開発、そのポンプによる混合気体分離の研究を進めている。
本年度の研究では、ポンプの構造について、大きな進展があった。熱駆動ポンプを気体分離機として小型で十分多くの濃縮量が得られるためには、動作圧力が高い方が望ましい。熱駆動ポンプを高圧で動作させるためには、その駆動エンジン部分の流路の幅を圧力に反比例して小さくする必要がある。しかし、代表者らが以前に試作した熱尖端ポンプにおいては、流路が複雑で、微細化が困難であると考えられた。
本研究では、熱尖端ポンプを具体的に作成する新しい方法として、異なる温度の2枚の多孔膜を並べたペアを用いる。代表者の数値シミュレーションによれば、多孔膜の孔および多孔膜同士の間隔が気体分子の自由行程の程度であれば、膜の微細構造によらず、孔を通る熱駆動流が発生し、これが熱駆動ポンプの駆動力として利用できるはずである。温度場によって誘起される希薄気流は、従来から様々な流れが報告されているが、ここで述べた、異温度の多孔質ペアを通り抜ける流れについては報告例が無い。そこで、ステンレスの金網を多孔膜として用いた試作装置を作成し、網のペアを通り抜ける流れが実際に発生することを実証する実験を行った。孔のサイズが100μm,10μmの2種類の装置を試作し、網(流路)を箔で塞ぐ・流路に羽根車を置く方法で流れを可視化することに成功した。本装置の実際の製作は予想よりもずっと容易であった。これは、網のペアを用いる熱尖端ポンプのデザインが非常に有用であることを予想させる。
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