バイオミメティクス・ナノ構造制御された自己修復滑液膜表面による熱伝達効率上昇

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平成３０年度は、金属基材上の滑液膜による液滴凝縮および熱伝達効率の上昇に関する検討を行った。凝縮熱伝達は水蒸気から熱を取り出すことによって行われるエネルギー交換方法のひとつである。水蒸気が凝縮し水に形態を変化する際、熱量の大きい潜熱が放熱される。これを用いることによって高効率の熱変換が実現される。これはエアコンの室外機や発電所などで使われており、凝縮熱伝達率の向上は資源の有効利用につながる。典型的な凝縮器の表面は金属でできているため多くは親水面である。よって水が凝縮すると濡れ広がり薄い液膜をつくるため熱伝達率が低下してしまう。凝縮器を撥水面にすると水が滴状に凝縮し、滑り落ちるので高い熱伝達率を得ることが可能となるため凝縮器表面を撥水性にするのが望ましいと考えられている。しかし、マイクロからナノレベルの凹凸構造をもたせた撥水面は凝縮環境下において凹凸構造内部で凝縮が進み液滴にピン止めが起きてしまうことが報告されている。これを克服するために油を凹凸構造で保持することによって撥水性を発揮する液膜の利用も提唱されたが、潤滑油が揮発してしまうことから長期的な撥水性の維持は依然として困難なままである。平成３０年度、本研究では凹凸構造を有さずに撥水性を発揮する固体滑液膜を利用することで長期的な凝縮率熱伝達率の向上を目指した。申請者らは金属配管や金属平板上に固体滑液膜を形成し、水蒸気から水滴への液滴凝縮を計測することで、熱伝達係数が1.5倍に上昇することを確認した。本研究では、この成果を発電所や冷暖房、冷蔵庫等の熱交換機への適用をめざして、基礎的知見を積み上げ、熱伝達効率の最適化に関する基礎研究を行った。