2015 Fiscal Year Annual Research Report
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
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25420170
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| Research Institution | Tokyo University of Science, Yamaguchi |
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Principal Investigator |
結城 和久 山口東京理科大学, 工学部, 教授 (90302182)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | ポーラス / 高熱流束 / 冷却 / ヒートシンク |
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| Outline of Annual Research Achievements |
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。
平成25年度、26年度では、先ず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、モールド鋼板大面積冷却面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高熱流束伝熱実験を開始した。特に研究実施中に課題として浮上した粒子焼結型ポーラス体内での蒸気ポケット生成を抑制するため、真球精度の非常に高い非焼結タイプの充填層型粒子ポーラス体を導入した。更に液供給と蒸気排出のパターニングを変えた3つの冷却モジュールを新たに提案・製作し、伝熱データを取得した。これにより一つのモジュールで伝熱性能が劇的に改善され、2L/minの液供給で熱流束値10MW/m＾2を達成することができた。
最終年度となる平成27年度では、引き続き3つのモジュールの伝熱実験を実施して伝熱特性を評価した。更に、ポーラス体と伝熱ブロック界面での熱抵抗が高熱流束環境で無視できないことが判明したため、熱抵抗評価試験装置を新たに製作し、銅グリース、はんだ等を用いて接触熱抵抗に対する熱流束の影響について評価した。更に、並行して実施したポーラス体内熱流動シミュレーションから、現在のモジュールでは二相領域の発達が非常に早く、生成蒸気の排出が困難であることを明らかにした。以上の知見を総括し、最終的に面接触を可能とする一方向性ポーラス銅を導入し、上記モジュールよりも沸騰・蒸発伝熱を劇的に改善、具体的には従来より更に低過熱度条件で熱流束値10MW/m^2を達成できることを実証した。
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