自励振動型ヒートパイプの流動様式決定機構の解明とその制御による熱輸送特性向上
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21K03906
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 19020:Thermal engineering-related
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| Research Institution | Japan Aerospace EXploration Agency |
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Principal Investigator |
安藤 麻紀子 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 研究開発部門, 主任研究開発員 (60748094)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
永井 大樹 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (70360724)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Fiscal Year 2023: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2021: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
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| Keywords | 自励振動型ヒートパイプ / 逆止弁 / 循環流 / 整流機構 / 流動抵抗 / Diodicity |
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| Outline of Research at the Start |
自励振動型ヒートパイプ（Oscillating Heat Pipe, OHP）は，高発熱化が進む電子機器からの排熱デバイスとして期待されている。OHPは流れが循環流の時に高い熱輸送性能を示し，宇宙用逆止弁付きOHP（実効熱伝導率6000W/mK）が実証されたが，汎用的に使用するにはより簡易な方法で循環流化を図る必要がある。本研究では，数値解析と可視化実験により，未だ完全には解明されていない循環流化のメカニズムを解明する。またその結果に基づき，逆止弁のような駆動機構によらずに循環流を実現する方法を見出し，より簡易な構造で高い熱輸送性能を持つOHPの設計指針を獲得する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
最終年度は従来使用してきたフローティングタイプ逆止弁よりも簡易な機構で循環流化が可能な方法を検討し，その構造を組み込んだ自励振動型ヒートパイプ（Oscillating Heat Pipe, OHP）の試作評価を行った．整流機構としては(1)流路間バイパス流路，(2)テスラ型バルブの2方式を候補とした．(1)では蒸発部入口で隣り合う流路間に斜めのバイパス流路を設けた結果，蒸発部入口での沸騰によって駆動された流れを整流する効果が働き，ターンをまたいで循環するような活発な気液挙動が継続的に確認された．一方，(2)の断熱部にテスラ型バルブを設けた場合では，時折循環流は確認されたもののバルブ周辺での振動を繰り返す時間帯も多く，動作特性向上効果は見られなかった．熱輸送性能としても(1)の方式が最も良く，整流機構無しOHPに比べて熱コンダクタンスは最大60%向上し，最大熱輸送量も最も高いという結果であった．このように，フローティングタイプ逆止弁のような駆動部品を使わない簡易な機構でOHPの性能が向上しうることを確認できた．
また，整流機構自身の特性のみならず，整流機構（ここではフローティングタイプ逆止弁）の個数と向きがOHPの動作特性に及ぼす影響について実験的評価を行い，それらの影響を体系的にまとめた．その結果，逆止弁は凝縮部から蒸発部への向きを順方向とし，1ターンに1個設けるのが最適であるという結果を得た．
研究全期間を通じ，OHPの性能向上に必要な逆止弁自身の特性，個数，向きの条件を明らかにするとともに，より簡易な整流機構による性能向上方法を探索した．前者の結果は，今後OHPを設計する上で有用な指針となるものである．また，後者については簡易な機構による性能向上の実現性を確認し，今後の最適化につながる結果を示した．
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Report
(3 results)
Research Products
(7 results)
