伝熱制御式極細径・長尺クライオプロ-ブの試作に関する研究

1991 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 02555044
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 相原 利雄 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (90006172)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 藤間 克巳 前川製作所, 技術研究所, 研究員 ; 笠原 啓介 前川製作所, 副社長 ; 鈴木 和也 前川製作所, 技術研究所, 研究員 ; 小原 拓 東北大学, 流体科学研究所, 助手 (40211833) ; 金 柱均 東北大学, 流体科学研究所, 助手 (00214859)
• Keywords: クライオプロ-ブ / 冷凍外科 / 沸騰 / 低温工学 / 衝突噴流 / 強制対流 / 熱伝達

Research Abstract

本研究の目的は、癌や腫傷などを低温外科治療するため、内視鏡内の生検鉗子用チャンネルに挿入して使用できるような長尺・細径のクライオプロ-ブを開発することにある。前年度に製作した外径3.1mm、長さ1mのクライオプロ-ブについて、経済的で信頼性が高く、かつ臨床医師が容易に操作できるように、デュワ-瓶を可変圧力式に改造した。このシステムをクライオプロ-ブのオンライン計測システムと結合し、平成2年度に購入した高真空排気装置、油回転ポンプと、平成3年度に購入したクライオポンプ、チラ-ユニット等を使用して、伝熱性能(冷却能力)の制御機構を有するクライオプロ-ブシステムを完成した。上記のクライオプロ-ブシステムについて、まず基本的な定常冷却特性を詳細に測定し、更に非定常特性についても予備実験を行なった。得られた結果を要約すると、以下のようになる。
(1)噴流出口と伝熱面間の距離が大きくなると、伝熱面上での蒸発による窒素蒸気の吹き出しや、残存液体窒素の転回流の影響を受け、実効限界熱流束は低下する。
(2)実効熱流束と過熱度の関係に及ぼす伝熱面粗さの影響は、通常のプ-ル沸騰と同様な傾向を示し、粗面ほど見掛けの熱伝達率は大きくなる。
(3)噴流の質量流量が大きいほど、見掛けの熱伝達率と実効限界熱流束も大きくなる。また、過熱度が約9K以下の領域における実効熱流束は、強制対流の影響を受ける。この領域における実験式も導出した。
以上の成果は、昨年11月7日、日刊工業新聞、日本経済新聞、日経産業新聞、河北新報の各紙に先端技術として紹介されており、総合的な自己評価として、本年度の研究目的はほぼ達成されたものと考えられる。

Research Products

• [Publications] 石丸 誠,金 柱均,相原 利雄,下山 利幸: "液体窒素の微細衝突噴流による沸騰熱伝達" 第28回日本伝熱シンポジウム講演論文集. B. 730-732 (1991)
• [Publications] 相原 利雄,鈴木 和也,金 柱均,笠原 啓介: "細径クライオプロ-ブにおける液体窒素の微細衝突噴流沸騰熱伝達" 日本機械学会論文集(B編). 57-538. 2112-2117 (1991)
• [Publications] T.Aihara,J.-K.Kim,K.Suziki,K.Kasahara: "Boiling Heat Transfer of a Micro-Impinging Jet of liquid Nitrogen in a Very Slender Cryoprobe" Int.Jour.of Heat and Mass Transfer. 35. (1992)