教育・研究環境

総合機械コース

研究紹介


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未利用エネルギーを用いた空調・冷凍技術の研究

辻森 淳 研究室

 
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ナノ・マイクロ空間における材料・加工プロセスの研究

柳生 裕聖 研究室

 




■ 未利用エネルギーを用いた空調・冷凍技術の研究

辻森 淳 研究室

 

 身近にあるエアコンや冷蔵庫は、みなさんの生活を豊かにし、また、快適にするために不可欠な家電品です。しかし、これらの製品は、電力を多く消費する機械でもあります。温室効果ガスであるCO2の排出を削減し、また、夏場の日中のような電力を大量に消費する電力ピークをカットするためにも、電力駆動以外の方法で空調や冷蔵・冷凍をする技術の開発が急務になっています。また、自動車のように投入エネルギーの30%程度しか動力に変換できない状態で、さらに、そのエンジン動力から駆動力を得ているカーエアコンにおいては、燃費向上のためにも代替の空調方法の検討が必要です。

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図1 等圧動作吸収器・再生器
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図2 3次元熱伝導解析

 電気も熱も同じエネルギーであり、特に空調・冷凍機器においては、理論的には熱駆動が可能です。熱を駆動源とする場合、新たに燃料の燃焼熱を使用しなくても、低温廃熱や太陽熱などの未利用エネルギーの有効活用ができ、環境負荷低減だけでなく省エネルギーにも大きく貢献できると考えられます。当熱工学研究室では、熱駆動冷熱機器の一種である吸収冷凍サイクルに着目し、次世代吸収作動媒体を用いて、欠点である設置容積の大きさ、起動の遅さを改善する研究をおこなっています。さらに、人工衛星など宇宙用の冷却デバイスを応用展開し、毛管力を用いた新たな吸収冷凍サイクルを提案するとともに、実現に向けて、毛管力による圧力差保持や冷凍効果の実証などの研究もおこなっています。
 


 


■ ナノ・マイクロ空間における材料・加工プロセスの研究

柳生 裕聖 研究室

 

 高機能でコンパクトな化学分析装置や医療用デバイスを実現可能な技術であるMEMS(微小電気機械システム)では高分子材料やシリコン基板に対し微細な加工が施されます。MEMSの加工プロセスではナノ・マイクロ空間の材料特性が重要になるため,コンピュータを用いた材料・加工プロセスの分子レベルのシミュレーションやナノサイズの材料を利用した新しい材料・加工プロセスの研究を行っています。
 

 コンピュータを用いた材料・加工シミュレーションでは,計算規模に応じて学外のスーパーコンピュータを利用しながら高分子レジスト材料,ゴム材料の物性予測やレーザ加工,砥粒加工などの材料・加工プロセスのシミュレーションを実施しています。さらに,シミュレーションの結果から得られた情報や材料の熱,光学物性を利用した新しいナノ材料の生成・加工プロセスやマイクロ流体デバイスの開発にも取り組んでいます。特にMEMSにおけるレジスト材料などの高分子材料のメソ領域の材料特性に注目し,その特性のマイクロシステムへの応用を目指しています。
 

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図1 フィラー充てん高分子材料の伸張シミュレーション結果

 粗視化分子動力学法により並列計算機を用いてナノフィラー(黄色の粒子)が充填された高分子材料の伸張挙動を解析することで,ナノフィラーの分散状態などの材料の微細構造と力学物性の関係を明らかにすることが可能です。
 
 

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図2 マイクロ流体デバイスの製造プロセス

 微細加工プロセスにより微細流路(幅200 μm,深さ100 μm)を有するガラス製マイクロ流体デバイスを作製しています。研究室ではこのデバイスを利用して液相還元法による金属ナノ粒子の合成を検討しています。

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