エレクトレット・モバイル蒸気発電システムの先導設計

驻极体移动蒸汽发电系统领先设计

基本信息

批准号：
14702028
负责人：
鈴木雄二
金额：
$ 18.72万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
财政年份：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至 2004
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14702028/
关键词：
マイクロマシン技術触媒燃焼積層セラミック構造ナノポーラスアルミナエレクトレット発電素子含フッ素脂肪族環重合ポリマー表面電荷密度液体ピストンエンジンフッ素系ポリマーマイクロボイラーエレクトレット発電器パリレン高アスペクト比構造

项目摘要

現在,携帯電子機器,小型福祉機器,人工臓器などへの応用を目指して、超小型エネルギー源が注目されている.特に,化学燃料のエネルギー密度が高性能2次電池よりも2桁程度大きいことから,携帯機器の内部で化学エネルギーを動力あるいは電力に変換する方法が有望である.本研究では,マイクロスケールでの熱流動あるいは機械的要素の特性を活かした超小型発電システムのための具体的な指針を得ることを目指している.本年度は,昨年度に引き続き半導体パッケージに用いられる積層セラミック構造を用いてマイクロ触媒燃焼器を試作した.熱損失を低減するために燃焼器の上部に直交流型熱交換器を配置し,CFDにより熱交換効率の予測を行った.また,エレクトレット発電器のプロトタイプを試作した.含フッ素脂肪族環を重合させたアモルファスフッ素樹脂を用いて,MEMSプロセスと整合性の高いエレクトレット層の試作を行い,従来の2〜3倍に相当する1.2mC/m^2の極めて高い表面電荷が得られることを明らかにした.また,実際に発電実験を行い,10Hz,振幅1mmという相対速度の非常に小さい条件において6mWの出力が得られ,数値モデルの予測結果とおおよそ一致し,さらなる表面電荷の向上,設計パラメータの最適化により,0.1W級の発電器が実現可能であることを示した.さらに,熱エネルギーを運動エネルギーに変換させるためのエンジンとして,液体ピストンを用いたスターリングエンジンを想定し,基礎的なサイクル解析を行うとともに,液体ピストンの成立条件について調べるため,系統的な実験を行い,モデル計算との比較を行った.

目前，超小型能源备受关注，旨在将其应用于便携式电子设备、小型福利设备、人造器官等。特别是化学燃料的能量密度比高能量密度高出约两个数量级。因此，一种将化学能转化为移动设备内部动力或电力的方法是有前途的。在这项研究中，我们将开发一种利用热流或热流特性的超紧凑发电系统。微观尺度上的机械元件。今年，继去年之后，我们使用半导体封装中使用的层压陶瓷结构制作了微型催化燃烧器的原型，将错流热交换器放置在驻极体发生器的顶部，并使用 CFD 预测了热交换效率。还制作了驻极体发生器的原型。聚合了含氟脂肪族环。使用非晶氟树脂，我们制造了与MEMS工艺高度兼容的原型驻极体层，并发现可以获得1.2mC/m^2的极高表面电荷，比传统方法高出两到三倍。此外，我们进行了实际发电实验，在10 Hz、1 mm振幅的极小相对速度下获得了6 mW的输出，与数值模型的预测结果大致吻合，进一步证明结果表明，通过改善表面电荷和优化设计参数，可以实现 0.1W 级的发电机。此外，我们还开发了一种使用液体活塞的斯特林发动机，作为将热能转换为动能的发动机。基本循环分析，进行系统实验来研究液体活塞存在的条件，并将其与模型计算进行比较。