2020 Fiscal Year Research-status Report
Development of cryogenic conduction cooling conductor having a unique structure made by combination of heat pipe and very high purity aluminum
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19K04848
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| Research Institution | High Energy Accelerator Research Organization |
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Principal Investigator |
木村 誠宏 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 超伝導低温工学センター, 准教授 (10249899)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
高田 卓 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 助教 (30578109)
村上 正秀 筑波大学, システム情報系(名誉教授), 名誉教授 (40111588)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 並列化ヒートパイプ / ハイブリッド構造 / 高純度金属 / 熱伝導 / ドライアウト / 臨界温度 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
令和2年度は、N2(126.21 K)、Ar(150.87 K)、Ne(44.4 K)など臨界温度の異なるガスを作動流体とした極低温ヒートパイプの基本特性を測定し、以下の成果を得た。
・ヒートパイプに内包する作動流体の三重点から臨界温度付近まで極低温ヒートパイプとして動作することを確認。
更に研究を進めて目的である作動流体が異なるヒートパイプの並列化した極低温ヒートパイプの特性を測定し、次の結果を得た。
・並列化によりヒートパイプの作動温度領域が拡張され、高純度金属製伝導冷却導体の欠点であった100~300Kの温度帯域の同一熱伝導面積を持つ導体に比べて100倍程度熱輸送効率が改善されたことを確認。・温度90～15K程度で液化するガス（アルゴン、酸素、窒素、ネオン、キセノン、水素）をそれぞれ充填したガス封入管、または混合して充填したガス封入管を並列に組み合わせることで幅広い温度領域での熱輸送能力の劇的な改善が可能であることを確認。・並列化ヒートパイプを伝導冷却体として使用することで、能力のそれ程高くない水平方向における仕様であっても試算では常温から温度80Kまでに冷却する時間が従来の1／3程度に短縮され、冷却に必要な電力エネルギーを大幅に削減することが確認。・利用不可とされていたヒートパイプのドライアウト領域も極低温ヒートパイプでは活用可能であることを予想し、且つ実験的に証明したことでヒートパイプが稼働可能な領域を広げた。これらのことはヒートパイプのみならず熱サイフォンなどガス封入管による凝縮―蒸発利用機器一般について極低温においては適応できることが予想された。
以上の知見を基に”複数種の冷媒封入管を同時に用いる極低温機器の冷却時間短縮方法”と云う名称で特許を申請した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
並列化ヒートパイプの特性試験について、
・高純度金属製冷却導体の性能を上回る性能を持つ冷却導体開発の可能性を示したこと、
・並列化ヒートパイプの特許申請が可能になる実証データを得られたこと、
・査読付き論文1件が採択されたこと、
・特許申請の手続きが開始されたこと、
の4項目の結果から本研究の研究計画が順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究最終年度である令和3年度の方針として以下の項目について研究計画を策定中である。
・特許申請の完了。
・並列化ヒートパイプと高純度金属と組みあわせた極低温機器用冷却導体の開発を進める
・高温超伝導磁石等を模擬熱負荷とした並列化ヒートパイプによる冷却実証研究の準備を行う
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| Causes of Carryover |
実証実験が予定よりも順調に進んだこと、更に予算実施の効率化を図った。また、Covid19により予定していた国際会議等の出席がキャンセルされた。このため、次年度使用額に変更が生じた。
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