2010 Fiscal Year Annual Research Report
超伝導機器冷媒としての液体水素冷却特性に関する研究
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20360127
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
白井 康之 京都大学, エネルギー科学研究科, 教授 (60179033)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
塩津 正博 京都大学, エネルギー科学研究科, 名誉教授 (20027139)
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| Keywords | 液体水素 / 超伝導 / 冷却 / 熱伝達 / 強制対流熱伝達 |
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| Research Abstract |
本研究は、これまで十分に行われていない液体水素の熱伝達特性に関する物理現象の解明と超伝導応用機器への冷却設計指針を与えることを目的とし、JAXA能代多目的実験場にて実施した。昨年度までに,液体水素熱流動実験装置を設計製作し,これを用いて昨年度実施した2回の試験で、液体水素の浸漬冷却(プール)および未臨界圧・超臨界圧での強制対流冷却について、圧力・サブクール度の影響を系統的に測定することができることを確認した。
今年度実施した試験では、昨年度までに整備した実験装置を用い、試験発熱体を水平流路として重力の影響を検討する熱伝達実験を行った。この強制流動発生中に円管流路の一部に直流電流を流して加熱し、メインタンク圧力を0.4,0.7,1.1MPaとしサブクール温度(～10K)を設定し、流速を変化(～10m/s)させて、強制対流熱伝達特性を測定し、水平管路と垂直管路での相違を調べた。プール冷却試験については、マンガニン平板発熱体を用い発熱面を重力線に垂直にして対流から核沸騰、膜沸騰にいたる熱伝達特性を取得し、臨界熱流束の圧力及びサブクール温度依存性を評価するデータを得た。同様の試験を発熱体をSUSに変更し発熱面をたてて実施し、重力線に対する発熱面の位置角度の影響を調べた。超電導材冷却を想定して、クエンチによる急な発熱に対する冷却特性を調べるため、発熱体加熱速度をパラメータとして過渡熱伝達特性を測定した。さらに、流路管径を3mm,6mmおよび9mmと変えて,強制対流熱伝達特性への管路径の影響を検討した。また、浸漬冷却試験体として超伝導線材(BSCCO,MgB2)を用い、過電流通電時の冷却特性を測定した。さらに,管径6mmの試験体の流路長を2倍(200mm)とし強制対流熱伝達特性への管路長さの影響を調査した。管径9mmの試験体は、垂直設置し重力の影響を調べた。浸漬冷却試験体として超伝導線材(MgB2)を用い、過電流通電時の冷却特性を測定した。さらに、熱伝達と流速の関係を利用した液体水素流速計の設計のための基礎データを測定した。
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