| Project/Area Number |
19K22019
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 24:Aerospace engineering, marine and maritime engineering, and related fields
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| Research Institution | Waseda University |
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Principal Investigator |
Sato Tetsuya 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (80249937)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
十川 悟 早稲田大学, 理工学術院, 助手 (50822136)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2022-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2021)
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| Budget Amount *help |
¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
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| Keywords | 着霜 / 除霜 / 極低温熱交換器 / 陽極酸化 / 超撥水 / 着霜シミュレーター / 超撥水性 / 熱交換器 / 陽極酸化法 / 着霜シミュレーション / 空調・冷凍機 / 表面処理 / 撥水 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、熱交換器の伝熱面に陽極酸化処理とフッ素処理を施し、超撥水性による着霜低減効果を図る。さらに、伝熱管内側にも陽極酸化処理を施し、断熱層のパラドクス効果による伝熱促進を図る。これらの複合効果により熱交換器の劇的な性能向上を目指す。一般的な熱交換器に用いられるアルミニウム材だけでなく、陽極酸化処理が困難とされるステンレス材への適用も試みる。本研究により、液体水素などの極低温冷媒を用いる航空宇宙用エンジンの燃料消費量を大幅に削減するのみならず、長年問題となっていた空調機や冷凍機の熱交換器のヒーターレス除霜の実現にもつながる。
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| Outline of Final Research Achievements |
We demonstrated the frost formation reduction effect by the nanostructured superhydrophobic material using anodization, and developed a simulator of the frost layer growth that supports a wide cooling surface temperature range.
As a result, by imparting super-hydrophobicity to the aluminum material, frost formation delay was confirmed on the cooling plate with a relatively high temperature (-8℃) because of the delay in freezing of the supercooled droplets. On the other hand, the frost formation was delayed on the ultra-low temperature circular tube (-180℃) due to the frost blowing off.
We constructed the simulator by incorporating a model that combines the sublimation condensation and the mist generation to be applied to a wide range of cooling surface temperatures from freezing points to extremely low temperatures.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
液体水素を燃料とすることにより、高性能で二酸化炭素を排出しない航空宇宙輸送システムが実現できる。しかしながら、極低温水素熱交換器への着霜が主要な技術課題となっている。極低温熱交換器は、水蒸気が気流中でミストになるという特徴があり、従来の冷凍空調用熱交換器での着霜現象と異なる。そこで、本研究では、冷却面にナノスケールの微細表面処理を施すことにより着霜を低減する方法を試みた。さらに、一般動力学方程式を用いて、ミスト化現象を含む新しい着霜予測シミュレータを開発した。極低温冷却面における着霜メカニズムについての知見を得たことは学術的意義があり、今後の水素社会における波及効果も高い。
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