MEMS Micro Turbine Generator Driven by Low-Boiling-Point Refrigerant

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K14214
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 21060:Electron device and electronic equipment-related
• Research Institution: Nihon University
• Principal Investigator: KANEKO Minami 日本大学, 理工学部, 助教 (30755418)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 発電システム / 廃熱エネルギー / オーガニックランキンサイクル / MEMS / 冷媒

Outline of Final Research Achievements

Since the objective of this research is “development of elements for a circulating compact power generation system that can be used with low-grade heat sources below 100 degrees Celsius,” the mechanical components of the power generation system were miniaturized using semiconductor manufacturing technology, which is one of the miniaturization technologies. In addition, experiments on turbine rotation and analysis of heat transfer in the power generation system were conducted using a low-boiling-point refrigerant used in the organic Rankine cycle as the working fluid to utilize low-temperature waste heat. As a result, a size of about 1 cm square was achieved in the turbine mechanism, flow channel, and boiler tank. We also designed and fabricated a monolithic power generation system that incorporates these elements inside a single silicon structure.

Free Research Field

MEMS発電機

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究は交換作業が不要で持続的に利用可能な小型発電システムの開発を目的としている。これまでの環境発電の分野では主に振動エネルギーや太陽光エネルギーを利用した研究が多かったが、得られる電力や小型化における課題があった。このことから、従来の大規模発電に用いられる熱サイクルを1cm角程度の小型スケールで実現したことは今後の環境発電の発展に寄与できるといえる。また、狭小領域での流体の解析や熱解析については研究事例が少ないことから、シミュレーションと実現象の双方から解析を行う本研究の成果は学術的にも意義があるといえる。