高密度高速度表面温度・表面熱流束同時計測システムの開発

2007 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19760143
• Research Institution: Japan Atomic Energy Agency
• Principal Investigator: 劉 維 Japan Atomic Energy Agency, 原子力基礎工学研究部門, 研究副主幹 (70446417)
• Keywords: 熱工学 / 温度計測 / 熱流束計測

Research Abstract

核沸騰における熱伝達のメカニズムを研究するには、時間的・空間的に変化する熱伝達量を高分解能で記録した実験データが必要である。既存の計測技術では、このような必要な詳細データを取得することが極めて困難であったため、高密度かつ高速度で伝熱面表面温度、表面熱流束を同時計測できるシステムを開発する必要があった。本研究は、伝熱面表面温度、表面熱流束を高密度かつ高速度で同時計測できるシステムを開発し、既存熱伝達モデルの検証に必要な詳細データを取得することを目的としている。
開発しようとしたシステムは、高密度に配置した熱電対素子を伝熱ブロック内部に二層に渡り装着し、高速度で熱起電力を記録する一次系と、二層で複数の熱起電力データから、加熱面表面温度と熱流束の変化を計測するための二次元円筒座標系逆問題解析を含む2次系から構成される。
平成19年度では、熱電対素子を伝熱ブロック内部に二層に渡り高密度に配置する技術を開発し、高密度温度センサーを付けた沸騰伝熱試験体を製作した。本技術開発は、まず、Φ10mm×H4mmの銅の伝熱体の上下表面に、テフロン被覆コンスタンタン素線(Φ76μm)を二層に渡り500μmの間隔で配置した。次に、テフロン被覆コンスタンタン素線を付けた銅の伝熱体に電解メッキをかけて、伝熱体の上下表面に各600μm銅の膜を施した。電解メッキにより、熱電対素線が伝熱体内部に埋め込み、伝熱体の内部に隠した。また、電解メッキ処理の後、伝熱体上下表面にスパッタにより薄い銅膜(2μm)を施した。この薄い銅膜は各素線熱電対の共通陽極として使おうとした。微細熱電素線に陽極を共有することによって、従来の熱電対と比べて、配線数が減らされ、熱電対の高密度配置を達成できた。最後に、高密度温度センサーを付けた伝熱体をプール沸騰試験装置に装着し、時間的・空聞的に変化する熱伝達量を高分解能で記録できる沸騰伝熱試験体を製作した。