エネルギーウェイスト・ネットゼロを目指した機能性ポーラスヒートシンクの開発

2013 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 25420170
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Research Institution: Tokyo University of Science, Yamaguchi
• Principal Investigator: 結城 和久 山口東京理科大学, 工学部, 准教授 (90302182)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: ポーラス / ヒートシンク / 高熱流束

Research Abstract

本研究は、未来のエネルギーウェイスト・ネットゼロ・システムに貢献する機能性ポーラス体の冷却性能と高温熱源への実装条件について明らかにするものである。具体的には、製鉄連続鋳造工程のモールド鋼板の冷却に申請者が研究を進めている機能性ポーラスヒートシンクを適用するものであり、ポンプ動力低減による冷却系コストの劇的な削減を図る。
研究開始となる平成25年度では、高温環境における機能性ポーラスヒートシンクの有効性を実証するため、先ず、500℃以上の高温ブロック熱源の熱設計を実施し、次いで機能性ポーラス体を取り付けて非定常の冷却特性を評価するための試験部を製作した。更に申請当初の予定を前倒しして、モールド鋼板の大面積に対応可能なポーラスヒートシンクの概念設計と最適化へ向けた定常伝熱実験を開始した（平成26年度に実施予定項目の一部を実施）。流動試験ならびに伝熱試験の実験データ評価から、新しく提案した機能性ポーラスヒートシンクの問題点（ポーラス入口部での流路閉塞、ポーラス内部でのエアポケットの発生、試験部における熱損失、ポーラス体と伝熱ブロック界面での熱抵抗、など）や伝熱流動試験装置の健全性について明らかにした。今後、これらの問題点を修正したポーラスヒートシンクを再製作し、実証試験を再開する予定である。
また申請者が有するポーラス体内二相流解析コードを、蒸気生成が活発な本ヒートシンクの体系へ改良しポーラス体内での二相流状態を評価するため、液相と蒸気相の流れ場を別々に解くための方程式系を定式化し、数値シミュレーション実施のための離散化を実施した。現在、プログラムを改良中であり、平成26年度においてベンチマーク試験を実施する予定である。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

機能性ポーラス体の新しい設計に伴い、幾つかの技術課題が発生したため（ポーラス入口部での流路閉塞、ポーラス内部でのガス停滞、試験部における熱損失、ポーラス体と伝熱ブロック界面での熱抵抗、など）。

Strategy for Future Research Activity

ポーラス体は研究代表者がやりとりをしている業者にて作製されたものであり、銅粒子を焼結したものである。しかしながら、使用されている粒子のサイズにばらつきが大きく、これによりポーラス体内で偏流が発生し内部でエアポケットが発生していると考えられる。今後、粒子径の揃った銅粒子を新たに導入するとともに、並行してポーラス体内への液供給と蒸気排出の最適化を図る。

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

平成25年に実施を予定していた実験項目を一旦保留し、３年間にわたる実験をよりスムーズに進ませるため、平成26年度の実験を前倒しして実施したため。
平成25年度に実施予定だった実験に対して必要な消耗品等を購入する予定である。