2021 Fiscal Year Research-status Report
多孔体の多機能性創出による熱輸送方向自律可変型・抗重力対応・新熱輸送物理の確立
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20K04308
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
渡邉 紀志 名古屋大学, 工学研究科, 特任講師 (60569979)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 熱輸送 / 相変化 / 多孔体 / ループサーモサイフォン / ループヒートパイプ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
トップヒートで熱輸送を実現するループヒートパイプと，ボトムヒートでの熱輸送を実現するループサーモサイフォンの物理モデルを基盤に，バルブや逆止弁などの機械的部品を用いることなく，且つ，無電力で，吸熱側と排熱側の役割が自律的に可変する新熱輸送方式を提案した．本年度は新熱輸送方式の成立性を検証するために，製作した試験装置を用いて，様々な実験条件下で性能試験を実施した．
試験装置は，吸熱と排熱の両機能を持つ二つの吸排熱デバイス（サイズ：約200×200×t30mm程度）を鉛直方向に配置し，それらを二本の輸送管（長さ500mm程度で内径10mm程度）で接続した構造となっている．上側の吸排熱デバイスのみに多孔体が設置されており，吸熱の際には駆動力として働き，排熱の際には逆止弁の役割を担い，熱輸送をサポートする構造となっている．多孔体の細孔径は数マイクロ程度とし，500mm程度のトップヒートモードでも十分な毛細管力で動作できる設計とした．一方で，逆止弁として利用する場合には，毛細管力使用時に流動抵抗として影響が小さくなるように，多孔体の浸透率を制御した．また，二つの吸排熱デバイスには，入熱をするためのカートリッジヒータと，排熱をするためのコールドプレートが取り付けられており，試験条件に応じて，常時切り替えられるような仕組みとなっている．
性能試験の結果，多孔体の熱伝導率が低くなるにつれて熱輸送性能が向上する傾向を示した．これは入熱が潜熱輸送に効率的に利用されていることを意味する．一方，多孔体の熱伝導率が低下に伴い多孔体近辺の蒸気泡は凝縮し難くなるため，結果的に気泡凝縮を利用した逆止弁効果が低減することがわかった．したがって，今後はトレードオフの関係にある潜熱輸送効率と逆止弁効果の関連性を明らかにし，最適な多孔体仕様の解明に取り組む
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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
当初の計画の通り，新熱輸送物理の成立性の検証ために，設計・製作した試験装置（大型サイズから手のひらサイズの小型装置まで）を用いて，様々な条件下での性能試験を実施し，新熱輸送の成立性に欠かせない物理的課題を明らかにした．次年度の研究計画では，この物理的課題（多孔体の多機能性である潜熱輸送効率と逆止弁効果がトレードオフの関係にあること）を明らかにすることで，設計要求に応じた，最適な多孔体仕様を検証することができる．以上より，本研究課題は概ね順調に進展していると考えられる．
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| Strategy for Future Research Activity |
R３年度で得られた，新熱輸送の成立性に欠かせない物理的課題（多孔体の多機能性である潜熱輸送効率と逆止弁効果がトレードオフの関係にあること）を実験と数値計算の両面から明らかにする．実験では，多孔体形状・材質をパラメータにした試験を実施する．試験は，大型サイズから手のひらサイズにのる小型の試験装置で実施する．その試験や解析結果に基づいて，多機能性を効率的に実現できる多孔体を設計製作し，試験装置による性能試験を通じて，新熱輸送物理の性能向上に向けた熱水力学的基礎知見を得る．
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| Causes of Carryover |
（理由）
学会参加費を計上していたが，コロナ禍によりオンライン開催となり旅費がかからなくなったため．
（使用計画）
使用する内容については，当初の研究計画通りとする．
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