| 研究課題/領域番号 |
08558051
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
戸田 三朗 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (60005387)
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| 研究分担者 |
結城 和久 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (90302182)
橋爪 秀利 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (80198663)
石井 慶造 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (00134065)
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| キーワード | EVAPORON / 第一壁 / 高熱流束負荷 / 金属多孔質体 / 数値解析 / SIMPLE法 |
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| 研究概要 |
多孔質体内での蒸発現象に注目した高熱除去装置EVAPORON(Evaporatcd-Fluid-Porous-Thermodevice)の開発を進め、その性能試験を進めてきた。この多孔質内での蒸発を利用する、革新的除熱原理による高熱流束除熱体EVAPORONの構造は、片側を液体流に接し、他方を高負荷面に接続する金属多孔質体中で、浸透する液体が高負荷面側より伝熱する熱により蒸発し排出されていく体系を基本としており、除熱熱流束は浸透する液体冷却材流の完全蒸発による潜熱輸送となっている。研究を進めた結果、除熱能力として、すでに、2MW/m^2が得られ、数値解析では、さらに、1桁の性能向上が可能であると予測され、その性能は実証されつつある。3年間の研究の結果、EVAPORONの除熱性能に関し以下の知見を得た。
(1) 蒸発・沸騰による高熱流束の熱吸収がおこなわれている領域は加熱面に接する極く薄い層内であり、そこでの温度分布が急激な変化を示している。
(2) 高熱流束熱吸収の層が薄いことから、蒸発蒸気の流出に伴う高温固体面近傍流れは3次元的変化を示し、EVAPORONの除熱性能に大きな影響を持っている。
(3) 1次元の熱バランスによる解析と2次元解析の結果、実験結果は数MW/m^2のレベルの高熱流束の除熱性能であったが、EVAPORONの高熱流束熱吸収層の設計、たとえば多孔質の空隙率を径方向・軸方向に分布させ、気液2相流動に対する流動抵抗・平均熱伝導等の最適化による傾斜機能材の開発を行うことで数10MW/m^2以上の高熱流束熱除去の高い可能性が確認できる。
以上の知見およびEVAPORONによる蒸発・沸騰二相流冷却の核融合炉高熱流束機器への適用について、他の冷却方式との比較の中で、非常に高い可能性のあることを国際会議における講義の中で公表した。
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