2022 Fiscal Year Research-status Report
Prediction of critical heat flux of subcooled flow boiling in micro-slit-channel
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22K03960
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| Research Institution | Yamagata University |
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Principal Investigator |
鹿野 一郎 山形大学, 大学院理工学研究科, 教授 (10282245)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 小型冷却器 / 蒸発潜熱 / 沸騰熱伝達 / 熱伝達促進 / 限界熱流束予測 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
最近、自動車の電動化とともに大きな問題となる電子デバイスの発熱・放熱問題を解決する新たな技術が注目されている。特に、高い冷却能力を有している沸騰熱伝達を冷却へ応用する場合は、沸騰面に蒸気の膜が形成して急激に冷却能力が低下する限界値が存在する。従って、その発生メカニズムや予測情報が非常に重要になる。申請者は、限界値を向上させるために、冷媒に電界を印加するマイクロスリットチャネル法を発明した。もしこの冷却法が実現できれば、限界値が３倍以上に上昇し、広範囲な冷却範囲における高性能でアクティブな小型冷却装置が期待できる可能性がある。しかし、この冷却促進技術を流動沸騰熱伝達に適用すると、流れ方向の沸騰様相が変化するため限界値発生のメカニズムが複雑になる。そこで本研究では，このマイクロスリットチャネルによる流れ方向の沸騰様式を明らかにし、CHF予測式の導出をめざした。
2022年度は、流動沸騰熱伝達の流れ方向の流動様式を解明するために、表面温度分布の測定と高速度カメラによる可視化実験を並行して進めた。初めに、流れ方向の熱流束分布と表面温度分布の測定ができるように、加熱ブロック内の温度測定点を増やした。次に、可視化実験を行ったが、マイクロスリットチャネル法は、電界印加による沸騰熱伝達促進を狙っているため、沸騰面直上600μmの位置にスリット電極が設けられているので沸騰面付近の撮影が困難であった。これを解決するために、ITO透明電極でスリット電極を製作して高速度カメラで沸騰の流動様相を観察した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本研究課題である、マイクロスリットチャネル法による流れの方向の流動様式と限界値の予測式の導出は計画以上に進展している。本研究で採用している冷却手法は蒸発潜熱を利用しているため、従来の冷却法よりも冷媒の流量を1/3以下(200g/s)にできる。従って。流入した冷媒はすぐに沸点に到達し、さらに、流れ方向の沸騰様相が沸騰面上で一様であることが可視化実験と表面温度測定より明らかになった。この知見により、予測式の導出は単純化され、±18%の精度で限界値を予測できることが可能になった。得られた知見は、国内会議２件、国際会議1件、論文1報（印刷中）で報告された。
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| Strategy for Future Research Activity |
電界による沸騰熱伝達促進技術の確立と予測式の導出はほぼ確立したといえるが、実用に向けていくつかの課題が残っている。発熱体を冷却するには、熱伝達を向上させることに加え、熱伝達面積を増加させて熱抵抗を下げる新たな技術課題が発生している。従って、沸騰面面積の増加を目的としたマイクロフィン加工を検討する必要があり、さらにフィン周りの電界分布を明らかにし、効率よく蒸気泡を排除して、常に沸騰面に冷媒が流入するような新たな機構が必要になる。そのために、今後は沸騰面にマイクロフィンを設置した場合の電界印加による沸騰熱伝達促進について明らかにする必要がある。
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| Causes of Carryover |
当初、計画していた予算よりも安く抑えることができたため、479円安くなったが、引き続き次年度以降に使用する。
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