水素貯蔵合金を利用したカプセル型マイクロアクチュエータの駆動特性評価

储氢合金胶囊型微执行器驱动特性评价

• 批准号: 15J00233
• 负责人: 後藤 健太
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Yokohama National University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2015
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2015-04-24 至 2017-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15J00233/
• 关键词: 水素貯蔵合金; アクチュエータ; 有限要素解析; 拡散

本年度は（１）水素貯蔵合金（HSA）円筒中の水素拡散挙動解析、（２）水素中でのPd粒子の変形挙動調査、及び（３）水素貯蔵合金を用いたカプセル型アクチュエータ（HSA-CMA）の変形挙動調査を行った。（１）HSA円筒中の水素拡散挙動解析：水素吸収能を有するPd-19at%Ni合金円筒中での水素拡散挙動を模擬するため、化学熱力学に基づく拡散モデルを提案し、有限要素解析でその妥当性を示した。濃度変化に伴う水素の活量変化を考慮し、前年度に作成した拡散－構造連成解析の拡散係数Dに濃度依存性を持たせることで、実験により得られた挙動をより良く表現することに成功した。（２）水素中でのPd粒子の変形挙動調査：水素吸収・放出に伴う水素貯蔵合金自体の変形機構を明らかにするため、水素中でのPd粒子の変形挙動を調査した。その結果、変形量の圧力依存性は水素吸収量の圧力依存性と一致し、変形量が水素吸収量に比例することが分かった。また、水素導入時には導入水素圧が高いほど変形速度も大きくなった。変形初期には表面状態や水素気体輸送に依存し、その後拡散律速へと遷移することが確かめられた。一方で、パラジウム粒子表面での平衡水素圧力と周囲の圧力との差が小さいために表面反応律速となることが示唆された。（３）HSA-CMAの変形挙動調査：水素の移動論を基にしたHSA-CMAの変形モデルを提案した。本モデルを元に拡散－構造連成解析を行った。その結果、水素拡散に伴うアクチュエータの変形を表現することに成功し、水素貯蔵合金に生じる圧縮応力により合金中の水素濃度が大きく低下することが明らかとなった。また、圧力が増加するほど変形時間が短くなることを表現できた。このように、応力の影響を考慮した拡散－構造連成解析を行うことにより、カプセル型水素貯蔵合金アクチュエータの運動モデルの構築に成功した。

This year, we conducted (1) analysis of the dispersion of water in HSA cylinders,(2) investigation of the deformation of Pd particles in HSA cylinders, and (3) investigation of the deformation of HSA-CMA cylinders. (1) Analysis of water element dispersion in HSA cylinder: simulation of water element dispersion in Pd-19at%Ni alloy cylinder, proposal of chemical thermodynamics, and appropriateness of finite element analysis. The concentration of water element is considered, and the dispersion coefficient of water element is determined. (2) Investigation of Pd particle shape change in water element: Investigation of Pd particle shape change in water element absorption and emission accompanied by water element storage alloy itself. The results show that the pressure dependence of the amount of water absorption is consistent with the pressure dependence of the amount of water absorption, and the proportion of the amount of water absorption is different. When water is introduced, it is introduced at a high pressure and a high speed. The initial phase of the formation depends on the surface state and the transport of water elements, and the subsequent dispersion rate of the particles is determined. The equilibrium water element pressure on the surface of a particle is small, and the pressure difference on the surface is small. (3) HSA-CMA's shape and motion investigation: HSA-CMA's shape and motion investigation is based on the theory of water element movement. This paper analyzes the relationship between structure and element. As a result, the water content in the alloy is significantly lower than that in the alloy. The pressure increases and the shape decreases. The influence of these forces on the structure of the alloy is considered.

项目成果

パラジウムを用いたカプセル型マイクロアクチュエータ

使用钯的胶囊型微致动器

• 发表时间: 2015
• 作者: 後藤健太;中尾航
• 通讯作者: 中尾航

Deformation of hydrogen-storage-alloy actuator induced by hydrogen diffusion

氢扩散引起的储氢合金致动器的变形

• 发表时间: 2017
• 作者: 森元瑛樹;新口昇;平田勝弘;Kenta Goto
• 通讯作者: Kenta Goto

水素貯蔵合金粒子を用いたピストン型アクチュエータの変位

使用储氢合金颗粒的活塞式执行机构的位移

• 发表时间: 2015
• 作者: 平田智之;後藤健太;中尾航
• 通讯作者: 中尾航

Pdを用いた水素貯蔵合金アクチュエータの変形挙動

Pd储氢合金致动器的变形行为

• 发表时间: 2015
• 作者: 後藤健太;樋口丈浩;渕脇大海;中尾航
• 通讯作者: 中尾航

Effect of diffusion coefficient variation on interrelation between hydrogen diffusion and induced internal stress in hydrogen storage alloys

• DOI: 10.1016/j.jallcom.2016.08.288
• 发表时间: 2017-01
• 期刊: Journal of Alloys and Compounds
• 影响因子: 6.2
• 作者: Kenta Goto;S. Ozaki;W. Nakao