超高熱流束を実現するナノ不均一ウィッキング蒸発面に関する研究

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 22F21056
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 鹿園 直毅 東京大学, 生産技術研究所, 教授 (30345087)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): TANG JINCHEN 東京大学, 生産技術研究所, 外国人特別研究員
• Project Period (FY): 2022-07-27 – 2025-03-31
• Keywords: 相変化

Outline of Annual Research Achievements

再生可能エネルギーが主力電源化する将来においては，あらゆる需要の電化が進むことが見込まれており，パワエレや電池等の高性能デバイスは高い放熱特性や温度マネジメントが求まれている．その中で，近年，ナノ加工技術とナノ材料の利用可能性が高まるにつれ，マイクログルーブとナノ構造を融合することで，濡れ性と毛管力の大幅な変更による相変化熱伝達の制御が期待されている．本研究では，実験ならびに理論解析と数値シミュレーションを駆使して，濡れ性を制御したナノ構造の濡れとサイズ効果の影響，および不均一な濡れ面を用いて伝熱面上の相変化現象を定量評価する．また，ヒートポンプ等で環境の熱源が空気の場合は，吸熱する際に凝縮，凍結し，その後霜層が成長することで，熱交換面が閉塞することが課題となる．本研究では，ナノ加工技術を活かした伝熱面上における着霜現象に注目し，様々な温度，湿度，風速，性状等における着霜による伝熱劣化の計測も試みる．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

光硬化樹脂法およびFormvarレプリカ法等を用いて伝熱面上の相変化状態を3次元的に計測する手法を実現するための実験基盤を構築している．恒温恒湿室環境において，温度及び湿度を管理した湿り空気を導入する風洞内に低温冷却面を設置し，その上に伝熱面を設置する実験装置を作製中である．

Strategy for Future Research Activity

表面コーティングやマイクロメートルオーダーの微細凹凸を設けた伝熱面上の滴状凝縮，その凍結，そして霜成長を観察した上で，これらの時間変化と表面性状の相関を定量化する．
光硬化樹脂法およびFormvarレプリカ法等に用いる樹脂の配合や作製条件について検討を継続するとともに，X線ComputationalTomographyを用いて凍結液滴や霜の3次元構造を計測
する．