プラズマ照射による濡れ性改善効果を利用した急速冷却技術の開発

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14350109
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 高田 保之 九州大学, 大学院・工学研究院, 教授 (70171444)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中田 直樹 川崎製鉄(株), 技術研究所, 主任研究員 ; 久保田 裕巳 九州大学, 大学院・工学研究院, 助手 (10117103)
• Keywords: プラズマ照射 / 超親水性 / 拡張濡れ / 超撥水 / 沸騰・蒸発 / 相変化 / 接触角

Research Abstract

本研究は,光触媒の超親水性を利用して,気液相変化系で優れた性能を有する伝熱面の開発を目的とする.
本年度は,アルミニウムおよび銅について,接触角0°〜170°の超親水から超撥水までの伝熱面を準備し,高温面上の液滴の蒸発に及ぼす濡れ性の影響を詳細に調べた.濡れ性の制御方法としてはプラズマ照射による接触角の低下^<(2)>,表面粗さによる接触角の変化,濡れ性が超撥水性である表面メッキの3種類を単独,あるいは組み合わせることによって実現している.表面仕上げ,プラズマ照射の有無と照射時間,表面メッキの有無を示した.接触角約0 degの拡張濡れ表面はアルミニウム改質面特有のものであり,それ以外はアルミニウム・銅に関して共通である.表面粗さはMirror仕上げと研磨紙#600で研磨したものがある.接触角110 degの表面は,超撥水メッキ表面を金属磨料で研磨したものである.接触角が90 degを越える試料は表面メッキを施しており,その膜厚10μm程度である.
液滴蒸発実験により,以下の項目が明らかになった.
(1)最低表面温度50℃のときの蒸発時間は接触角に依存し,接触角の低下によりアルミニウムの場合は約1/12〜1/15に,銅の場合は1/4〜1/5に短縮されていおり,超親水性の効果により伝熱が促進される.
(2)濡れ限界温度を調べたところ,接触角が小さくなるほど濡れ限界温度は上昇し,接触角が小さいほど濡れ限界温度は高くなる傾向を示す.アルミニウムの濡れ限界温度は最低約115℃,最高約160〜170℃であり45K〜50Kほど上昇した.銅では最低約115℃,最高約160℃であり45Kほど上昇した.

Research Products

• [Publications] 日高澄具, 高田保之, 山本弘志, 山下秋満, 伊藤猛宏: "プラズマ照射した金属表面の濡れ性変化と液滴蒸発"日本機械学会論文集(B編). 69-678. 437-444 (2003)
• [Publications] Y.Takata, S.Hidaka, A.Yamashita, H.Yamamoto: "Evaporation of Water Drop on a Plasma-irradiated Hydrophilic Surface"Proceedings of the 5th International Boiling Heat Transfer Conference. (2003)
• [Publications] Y.Takata, S.Hidaka, A.Yamashita, H.Yamamoto: "Plasma-irradiated Hydrophilic Surfaces and its Applications to Phase Change Heat Transfer"Proceedings of the 2nd International Conference on Heat Transfer, Fluid Mechanics and Thermodynamics-HEFAT2003-. (CD-ROM). TY1 (2003)
• [Publications] 高田保之: "超親水性による伝熱促進"会報光触媒. No.11. 56-63 (2003)
• [Publications] Y.Takata, S.Hidaka, M.Masuda, T.Watanabe: "Superhydrophilic Heat Transfer Surface Coated with Titania by RF-Magnetron Sputtering"Proceedings of the 8th UK National Heat Transfer Conference, Oxford. (CD-ROM). (2003)
• [Publications] Y.Takata, S.Hidaka, A.Yamashita, H.Yamamoto: "Improvement of Surface Wettability by Plasma Irradiation"Proceedings of the Fourth International Conference on Compact Heat Exchangers and Enhancement Technology for the Process Industries. 305-309 (2003)