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

通过仿生学和纳米结构控制的自愈滑膜表面提高传热效率

基本信息

批准号：
17K04992
负责人：
白鳥世明
金额：
$ 3万
依托单位：
Keio University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2017
资助国家：
日本
起止时间：
2017-04-01 至 2020-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

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。

在2018财年，我们研究了液滴凝结，并提高了金属底物上滑液膜的传热效率。冷凝传热是通过从水蒸气中提取热进行的能量交换方法之一。当水蒸气凝结并将其形式变成水时，会散发大量热量的潜热。使用此方法可实现高效的热转化。这用于室外空调和发电厂，并改善冷凝的传热速率导致有效利用资源。典型的冷凝器表面是由金属制成的，因此大多数是亲水性表面。因此，当水凝结时，它会散布湿润并形成薄液膜，从而降低传热速率。当冷凝器变成较含水的表面时，水凝结在液滴中并滑下，从而获得了高热传递速率，并且可以认为可以使冷凝器地表水含水剂进行。然而，据报道，从微型到纳米水平的凹槽具有纳米级不均匀性结构的依赖水面表面可以在凝结环境中凝结在不平衡结构内部，从而导致液滴固定。为了克服这一点，已经提出了通过在不均匀结构中保持油来表现出水力驱动性的液体膜的使用，但是由于润滑油挥发了，因此很难保持长期的水性抑制作用。在2018年，这项研究旨在通过使用固体滑液膜来提高长期传热速率，这些薄膜表现出没有不均匀结构的水性驱动性。申请人证实，传热系数通过在金属管和扁平金属板上形成固体滑液膜并测量从水蒸气到水滴的液滴的冷凝物来增加。在这项研究中，我们旨在将此结果应用于诸如发电厂，供暖和冷却以及冰箱等热交换器，并积累了基本知识，并进行了有关优化传热效率的基础研究。

项目成果

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专利数量（0）

A biologically inspired attachable, self-standing nanofibrous membrane for versatile use in oil-water separation or antifouling

一种受生物学启发的可附着、自支撑纳米纤维膜，可广泛用于油水分离或防污

DOI：
发表时间：
2019
期刊：
影响因子：
0
作者：
Takuto Nakamura;Gillot Frederic;Seimei Shiratori;原　惠子;Seimei Shiratori
通讯作者：
Seimei Shiratori

Antiadhesion Function between a Biological Surface and a Metallic Device Interface at High Temperature by Wettability Control

DOI：
10.1021/acsbiomaterials.8b00387
发表时间：
2018-05-01
期刊：
ACS BIOMATERIALS SCIENCE & ENGINEERING
影响因子：
5.8
作者：
Park, Jun-Yong;Tenjimbayashi, Mizuki;Shiratori, Seimei
通讯作者：
Shiratori, Seimei

濡れ性パターニングによる凝縮熱伝達率向上薄膜の作成

通过润湿性图案形成薄膜以提高冷凝传热系数

DOI：
发表时间：
2018
期刊：
影响因子：
0
作者：
Takuto Nakamura;Gillot Frederic;Seimei Shiratori;原　惠子;Seimei Shiratori;Masatoshi Suzuki;原　惠子;中村拓登，フレドリック・ジロー，白鳥世明
通讯作者：
中村拓登，フレドリック・ジロー，白鳥世明

A Biocompatible Slippery Surface Based on a Boehmite Nanostructure with Omniphobicity for Hot Liquids and Boiling Stability