MEMS技術を用いた合体気泡沸騰熱伝達機構の解明と高性能沸騰伝熱面の創製

利用MEMS技术阐明聚结气泡沸腾传热机理并创建高性能沸腾传热表面

• 批准号: 26889046
• 负责人: 矢吹 智英
• 金额: $ 1.75万
• 依托单位: Kyushu Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• 财政年份: 2014
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2014-08-29 至 2016-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-26889046/
• 关键词: 核沸騰; MEMSセンサ; 熱伝達メカニズム; 高速温度計測

本研究はMEMSセンサを用いた高速局所温度計測を通じて合体気泡域における核沸騰熱伝達メカニズムを調べることと，微細溝内における毛管力による液体移動を利用して気泡底部のドライアウトを防ぎ伝熱促進する技術の開発を目的としている．本年度は研究環境整備のため，高速データ取得用のデータロガーやファンクションジェネレータ等の実験に必要な機器を購入した．熱伝達メカニズム研究については，多数の薄膜測温抵抗体，二つの気泡発生トリガー，薄膜ヒーターを持つ，気泡底部局所温度計測用のMEMSセンサの設計，製作を行った．計画よりもセンサ製作に時間を費やしたため，センサパターンの妥当性検証のための予備実験を行うことができなかった．しかし，新しい環境でMEMSセンサが製作可能であることが確認できたことは大きな収穫であった．伝熱促進技術研究では，ウェットエッチングを用いてシリコンウエハに幅約50ミクロン，深さ約25ミクロンの微細溝を格子状に多数加工した沸騰伝熱面を製作するとともに，ポリカーボネート製の沸騰チャンバを製作した．濡れ性向上のためにSiO2を表面に製膜した微細溝付き伝熱面上に液滴を滴下すると毛管現象により，液体が微細溝内を移動し，液滴がぬれ広がる様子が観察された．しかし，沸騰チャンバ内に伝熱面を取り付ける実験準備段階および沸騰試験中に伝熱面の濡れ性が劇的に劣化してしまい，伝熱促進が得られなかった．今後は，濡れ性劣化の要因を究明して対策を施す．最終年度（二年目）に研究代表者が在外研究で渡米するため本課題の遂行が困難になり本課題は初年度で終了となるが，引き続き当初の研究目的を達成するため本研究を続けていく．

这项研究旨在通过使用MEMS传感器进行高速局部温度测量，研究组合气泡区域中成核沸腾热传热的机制，并开发一种技术，以防止气泡底部的干燥，并通过高细凹槽中的毛细管引起的液体转移来促进传热。为了改善今年的研究环境，我们购买了用于高速数据获取的数据记录仪和功能发电机等实验所需的设备。关于传热机制的研究，我们设计和制造了一个MEMS传感器，用于测量气泡底部的局部温度，并具有大量的薄膜电阻温度检测器，两个气泡产生的触发器和一个薄膜加热器。由于花在传感器制造而不是计划上的时间，因此无法进行初步实验来执行传感器模式的验证。但是，确认可以在新环境中制造MEMS传感器是一个很大的好处。在有关促进传热促进技术的研究中，我们通过使用湿蚀刻的硅晶片上的晶格形状处理了大约50微米宽的多个细凹槽，并制造了大约25微米的细凹槽，并制造了多碳酸盐液沸腾的腔室。为了提高润湿性，当将液滴滴入热传递表面上时，用精细的凹槽在Sio2膜的表面形成细凹槽时，毛细管作用会导致液体在细凹槽内移动，而液滴则散布湿。但是，在实验制备阶段，将传热表面连接到沸腾室和沸腾测试期间，热传递表面的润湿性急剧恶化，没有实现传热促进。将来，我们将研究导致润湿性恶化并采取措施的因素。当首席调查员在最后一年（第二年）前往美国进行海外研究，很难执行这项任务，这项任务将在第一年结束，但是这项研究将继续进行，以实现原始的研究目标。