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超伝導回転機の熱サイフォン冷却システムに関する研究

Research Project

Project/Area Number 18J14409
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Aerospace engineering
Research InstitutionTokyo University of Marine Science and Technology

Principal Investigator

山口 康太  東京海洋大学, 学術研究院, 特別研究員(PD)

Project Period (FY) 2018-04-25 – 2020-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2019)
Budget Amount *help
¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000)
Fiscal Year 2019: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Keywords熱サイフォン / 超伝導回転機 / 極低温
Outline of Annual Research Achievements

本研究は次世代電気推進航空機の超伝導回転機の開発に先立ち、高速回転及び傾斜環境下での熱サイフォン冷却システムの熱輸送特性である熱輸送能力及び熱抵抗を得ることを目的とする。熱サイフォン冷却システムは冷媒の蒸発と凝縮を利用して熱輸送を行うため、システム内部は気相と液相の冷媒が混在する。また、 超伝導回転機内部に回転軸を通して冷媒を導く必要があり、冷媒移送管は垂直管と水平管で構成されL字型となる。従って、次世代電気推進航空機の離着陸のような傾斜環境下では冷媒移送管内部に冷媒が滞留し、熱輸送能力の低下が懸念される。また、次世代電気推進航空機の高速回転で冷却保持できることが重要となる。
昨年度に、ネオン冷媒を用いて30 Kでの1000rpmの回転でも安定的に冷却できたことを踏まえて、今年度は窒素冷媒を用いた熱サイフォン冷却システムの回転環境下での熱輸送能力及び回転による熱抵抗の変化について研究した。昨年度熱サイフォン冷却システムを窒素冷媒用に作り替え、研究を行った。冷媒の変更に伴う熱サイフォンの動作温度上昇により、冷却システム全体での冷却能力は80 Wから170 Wと大幅に向上した。冷却能力が向上した一方、試験により得られた熱サイフォン冷却システムの熱輸送能力はネオン冷媒を用いた場合と大差ない90 W程度でドライアウトを起こすことを確認した。このことから、配管径が熱輸送能力について及ぼす影響が明らかにした。回転試験においては、窒素冷媒を用いた場合においても回転する熱サイフォン冷却システムの蒸発器部分の温度を安定的に維持できることを確認した。また、回転中の熱サイフォン冷却システムにおける熱抵抗及び熱輸送能力を得ることも成功した。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report
  • Research Products

    (4 results)

All 2020 2019 2018

All Journal Article (1 results) Presentation (3 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results)

  • [Journal Article] Study of neon heat flux in thermosyphon cooling system for high-temperature superconducting machinery2019

    • Author(s)
      Yamaguchi K.、Miki M.、Shaanika E.、Izumi M.、Murase Y.、Oryu T.
    • Journal Title

      International Journal of Thermal Sciences

      Volume: 142 Pages: 258-265

    • DOI

      10.1016/j.ijthermalsci.2019.04.030

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Operating characteristics of thermosyphon cooling system with nitrogen for HTS rotating machine2020

    • Author(s)
      Kota Yamaguchi, Erasmus Shaanika, Shinji Takei, Mitusru Izumi
    • Organizer
      10th Asian Confernce on Applied Superconductivity and Cryogenics/2nd International Cryogenic Materials Conference in Asia/ Cryogenics and Superconductivity Society ofJapan joint Conference
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Development of a cryo-rotary joint for thermosiphon cooling system up to 1000 rpm2019

    • Author(s)
      Kota Yamaguchi, Motohiro Miki, Clement Bocquel, Erasmus Shaanika, Mitsuru Izumi, Yoshikazu Ikeda
    • Organizer
      2019 Cryogenic Engineering Conference and International Cryogenic Materials Conference(CEC/ICMC 2019)
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Study of the heat transfer capacity of thermosyphon cooling system under the inclined condition2018

    • Author(s)
      Kota Yamaguchi
    • Organizer
      27th International Cryogenic Engineering Conference and International Cryogenic Materials Conference 2018 (ICEC27-ICMC2018)
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2018-05-01   Modified: 2024-03-26  

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