Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

マイクロ・ナノデバイス / 機械工作・生産工学 / 結晶成長 / エネルギー効率化 / 燃料電池

本研究では、リソグラフィ技術を用いずに、数10nmから数μmのピッチや高さを有するナノ構造を形成する金型製造技術を開発する。ナノ構造を形成する技術とは、具体的に、(a)金型全面に直径が可視光波長以下の針状組織を形成するためのナノワイヤの結晶成長技術、(b)上記針状組織を円錐組織に変形する成膜・エッチング技術、(c)金型全面に直径が可視光波長以下の円柱穴組織を形成するための通電孔生成を伴う陽極酸化技術、(d)上記円柱穴組織を円錐穴組織に変形する段階的なエッチング技術、(e)金型全面に球状組織を形成するための樹脂や金属の球含有のメッキ技術、などである。

燃料電池 / 燃料極 / 数値シミュレーション / エネルギー効率化 / セラミックス

本研究では，炭化水素燃料を用いた究極の発電効率を実現するために不可欠な固体酸化物形燃料電池(SOFC)を対象とし，その経時劣化において大きな課題となる燃料極Niの焼結挙動を解明することを目的とする．そのために，第一原理計算，分子動力学法，レベルセット法を用いて，物性値情報を共有させたナノからミクロンスケールまでの連成数値シミュレーション手法を開発する．実際のSOFC燃料極構造データおよび実験結果を用いつつ，世界に先駆けて開発する数値シミュレーション技術を駆使することで，SOFC燃料極のNi焼結挙動の解明を行った．

「エネルギー効率化」 / 「省エネルギー」 / 「燃料電池」 / 「ヒートポンプ」 / 「廃熱利用」 / マイクロ管 / スラグ流 / 液膜厚さ / レーザー共焦点法 / キャピラリ数 / レイノルズ数 / 加速度 / 界面曲率 / エネルギー効率化 / 省エネルギー / 燃料電池 / ヒートポンプ / 廃熱利用

管径0.3～1.3mmの細径を用いて,液スラグ後方に生じるミクロンオーダーの非定常な薄液膜厚さをレーザー共焦点変位計を用いて測定した.液膜厚さに及ぼす断面形状,寸法,乾き度,慣性力,表面張力,粘性力等の影響を明らかにした.得られたデータを整理し,キャピラリー数Ca,ウェーバー数We,レイノルズ数等の無次元パラメータを用いた無次元液膜厚さの予測式を提案した.

エネルギー効率化 / 省エネルギー / 燃料電池 / ヒートポンプ / マイクロリアクター

マイクロチャネルに大流量の気液二相流を流した場合の液滴飛散限界を評価するために,三角断面および台形断面形状のマイクロチャネルを用い,液滴飛散限界の実験測定を行なった.水-空気系の実験に加え,フロリナート(FC-3283)-空気系の実験を用いて,溝形状,流路長さ,流量,乾き度をパラメータとした実験を行った.評価方法は,出口部での可視化を行うとともに,飛散した液滴を下流の気液分離器で捕獲し,その重量を測定することで液滴飛散限界を求めた.ここで,液滴飛散限界は,液相の1%以上が気相にエントレインされる最大流量と定義した.その結果,水およびフロリナートのいずれにおいても,片側の壁面が急拡大するバックステップ流れにおける液滴飛散限界は,液膜レイノルズ数,気相見かけ速度とチャネル幅で定義したウェーバー数,およびチャネル幅および流路長さで定義される修正ボンド数の関数となることがわかった.即ち,液膜レイノルズ数が小さい場合は,液滴飛散限界は比較的大きいウェーバー数で観察されるが,液膜レイノルズ数が増加するとともに,液滴飛散限界を与えるウェーバー数は減少した.また,滴適飛散限界を与えるウェーバー数の液膜レイノルズ数依存性は,ボンド数によって影響を受けることも明らかとなった.最終的に,溝幅と気相見かけ速度で定義されるウェーバー数と,縮流部液膜レイノルズ数および修正ボンド数を用いて,水-空気,フロリナートー空気系二相流における液滴飛散限界を無次元整理した.

【研究分担者】
長藤圭介	東京大学	大学院工学系研究科	講師	(Kakenデータベース)
土屋健介	東京大学	生産技術研究所	准教授	(Kakenデータベース)

【研究分担者】
梅野宜崇	東京大学	生産技術研究所	准教授	(Kakenデータベース)
原祥太郎	東京大学	生産技術研究所	特任講師	(Kakenデータベース)