ファウンテンポンプの閉ループ作動特性に関する研究

• Project/Area Number: 07750223
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Thermal engineering
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 岡村 哲至 東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 助教授 (10194391)
• Project Period (FY): 1995
• Project Status: Completed (Fiscal Year 1995)
• Budget Amount: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 1995: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
• Keywords: 超流動ヘリウム / ファウンテン効果 / ファウンテンポンプ / 熱輸送

Research Abstract

本研究ではまず、超流動ヘリウムが循環する閉ループを製作した。閉ループはおもにステンレス管からなり、多孔質フィルターとファウンテンポンプ駆動用電気ヒーター、閉ループ各部の温度と圧力を計測するための数個の温度計と圧力計、ループ内を流れる超流動ヘリウムの流量を計測するための流量計などが取り付けられた。さらに、電気ヒーターからの熱がポンプに有効に使われるように、細いステンレス管を閉ループの一部に組み込んだり、ポンプ駆動に使われた熱を閉ループ外に取り出すための、熱交換器を取り付ける工夫が行われた。
製作されたファウンテンポンプを使って、閉ループ内に超流動ヘリウムを循環させる実験を行い、以下のことが明らかになった。
ファウンテンポンプに供給される熱量を有効に超流動ヘリウムの駆動に使うためには、ポンプの出口に漏洩熱量を低減するための、適切な形状の熱流抑制管が必要である。不必要に長い熱流抑制管を用いると、適切な長さを用いた場合に比べ、そこでの圧力損失が大きくなるために、同じ供給熱量に対して同等の流量を得るためには、ポンプ出口と入口の温度差を大きくすることが必要となる。
径が小さなポーラスプラグを用いた場合は、ある値より大きな熱量を供給すると、プラグ内の流れが超流動乱流状態になり、流量は増加しなくなる。また、径が大きなプラグを用いた場合は、本実験で供給した熱量の範囲では、プラグ内の流れは超流動層流状態であるが、プラグ出口が上昇したことが原因で、ある値以上の流量は得られなかった。このことから、プラグにおいて十分な噴水効果を引き出すためには、プラグ径を大きくしてプラグ内で超流動層流状態を保つことと、プラグ上流の管を太く短くしてプラグ出口温度の上昇を抑えることが有効であることがわかった。