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2021 年度 実績報告書

化学修飾ポーラス界面の熱流体物理解明に基づく新しい熱輸送機能発現

研究課題

研究課題/領域番号 20H02085
研究機関名古屋大学

研究代表者

長野 方星  名古屋大学, 工学研究科, 教授 (10435810)

研究分担者 岡 智絵美  名古屋大学, 工学研究科, 助教 (70823285)
研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2023-03-31
キーワード多孔体 / 熱輸送デバイス / 磁性ナノ粒子
研究実績の概要

多孔体界面における蒸発素過程は,キャピラリー力,固気液三相界面積,多孔体と固体壁の濡れ性に支配されるため,界面熱物質輸送の促進には支配物性の制御と精密計測が不可欠となる。本研究は化学修飾を多孔体に施すことで濡れ性が大きく制御できることに着目し,溶液プロセスによる多孔体の内部まで親水化する手法を構築するとともに,これまで確立されていないナノスケールでの濡れ性・熱伝達性能を評価できる手法を新たに構築する。次に構築した手法を用いて化学修飾キャピラリーの濡れ特性制御メカニズムを実験的に明らかにすることで,化学的濡れ性が蒸発熱伝達に与える影響を明らかにする。さらに,多孔体への浸透圧効果を直接観察し,熱輸送機構への効果を実験的に検証することで,多孔体界面での蒸発熱伝達の理論限界を超える新たな熱輸送メカニズムの創出を目指す。
2年度は昨年度得られた高性能な多孔体特性および相界面幾何学形状に基づいて多孔体を製作し,熱輸送デバイスに組み込むことでシステムとしての性能を明らかにした。熱輸送デバイスとしては薄型,小型,大型と異なるシステムに基づく最適条件を設定し,指針に基づくデバイス設計,製作を行った。また,新たな多孔体粒子配向制御方法として磁性ナノ粒子を鋳型とした一方向性多孔体製造方法を提案し,異なる樹脂および製造条件で複数の多孔体試作を行った。その結果,磁場の印加条件,磁性ナノ粒子鎖除去条件により多孔体特性が大きく異なることが明らかとなった。また,熱輸送デバイスとして好ましい特性が得られる多孔体製造条件を見出した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

化学修飾による多孔体特性改善に加え,熱輸送デバイスとしての性能を明らかにすることができた。また,新たに磁性ナノ粒子を用いた一方向性多孔体製造方法を提案し,多孔体の試作評価,製作条件の確立が行えたため。

今後の研究の推進方策

得られた知見に基づいてさらに高精度化が期待できる多孔体の製作およびデバイスとしての性能実証を行う。また,磁性ナノ粒子を用いた多孔体についても熱流体デバイスに組み込んだ状態での性能を明らかにする予定である。

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2022 2021

すべて 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 1件、 査読あり 5件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 4件)

  • [雑誌論文] 10kW級大容量ループヒートパイプの研究2022

    • 著者名/発表者名
      冨田樹,渡邊紀志,上野藍,長野方星
    • 雑誌名

      Thermal Science & Engineering

      巻: 30 ページ: 13-21

    • DOI

      10.11368/tse.30.13

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Thermo-fluid dynamic analysis in a micro-textured evaporator based on microscale infrared/visible observations for loop heat pipes2021

    • 著者名/発表者名
      Kimihide Odagiri, Chiemi Oka, Chieko Kondoh, and Hosei Nagano
    • 雑誌名

      International Journal of Multiphase Flow

      巻: 140 ページ: 103623

    • DOI

      10.1016/j.ijmultiphaseflow.2021.103623

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Experimental Investigation on A Thin Loop Heat Pipe with New Evaporator Structure2021

    • 著者名/発表者名
      Ai Ueno, S. Tomita, and H. Nagano
    • 雑誌名

      Journal of Heat Transfer

      巻: 143 ページ: 103623

    • DOI

      10.1115/1.4050405

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Operating characteristics of a dual flat-evaporator loop heat pipe for single heat source cooling in any orientation2021

    • 著者名/発表者名
      Nguyen Phan, Yuki Saito, Naoki Katayama, and Hosei Nagano
    • 雑誌名

      International Journal of Heat and Mass Transfer

      巻: 172 ページ: 121146

    • DOI

      10.1016/j.ijheatmasstransfer.2021.121146

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] High-Performance Energy-Saving Miniature Loop Heat Pipe for Cooling Compact Power Semiconductors2021

    • 著者名/発表者名
      Noriyuki Watanabe, Takuji Mizutani, Hosei Nagano
    • 雑誌名

      Energy Conversion and Management

      巻: 236 ページ: 114081

    • DOI

      10.1016/j.enconman.2021.114081

    • 査読あり
  • [学会発表] 高熱流束 LHP 蒸発器開発に向けた多孔体内気液二相熱流動現象の観察2021

    • 著者名/発表者名
      中津川克久,小田切公秀,上野藍,長野方星
    • 学会等名
      日本混相流学会 混相流シンポジウム 2021
  • [学会発表] マイクロスケール赤外・可視観察に基づく多孔体内熱流動現象の理解 (三相界線増加と濡れ性改善が蒸発熱伝達に及ぼす影響)2021

    • 著者名/発表者名
      中津川克久,小田切公秀,上野藍,長野方星
    • 学会等名
      日本機械学会 2021年度 年次大会
  • [学会発表] CHARACTERISTICS OF THERMO-FLUID BEHAVIOR IN A MICROGROOVED EVAPORATOR OF LOOP HEAT PIPE BASED ON MICROSCALE INFRARED / VISIBLE OBSERVATIONS AND MODELING2021

    • 著者名/発表者名
      Y. Nakatsugawa, K. Odagiri, A. Ueno, H. Nagano
    • 学会等名
      ATE-HEFAT 2021 (THE 15th INTERNATIONAL CONFERENCE ON HEAT TRANSFER, FLUID MECHANICS AND THERMODYNAMICS (HEFAT) AND EDITORIAL BOARD OF APPLIED THERMAL ENGINEERING (ATE))
    • 国際学会
  • [学会発表] Thermo-fluid behavior in a micro-grooved evaporator of LHP based on microscale infrared / visible observations2021

    • 著者名/発表者名
      Y. Nakatsugawa, K. Odagiri, H. Nagano
    • 学会等名
      Joint 20th International Heat Pipe Conference and 14th International Heat Pipe Symposium
    • 国際学会
  • [学会発表] Experimental and theoretical study of liquid-vapor interface behavior on a porous structure for enhancing performance of Loop heat pipe2021

    • 著者名/発表者名
      Y. Nakatsugawa, K. Odagiri, A. Ueno, H. Nagano
    • 学会等名
      2nd ACTS - Asian Conference on Thermal Sciences
    • 国際学会
  • [学会発表] Production of unidirectional porous materials utilizing self-assembly of magnetic nanoparticles2021

    • 著者名/発表者名
      Atsuki Kobayashi, Junpei Sakurai, Seiichi Hata, Chiemi Oka
    • 学会等名
      The Eighth International Symposium on Organic and Inorganic Electronic Materials and Related Nanotechnologies (EM-NANO2021)
    • 国際学会
  • [学会発表] 磁性ナノ粒子の自己組織化を利用した一方向性多孔体作製2021

    • 著者名/発表者名
      小林 京貴,櫻井 淳平,秦 誠一,岡 智絵美
    • 学会等名
      日本機械学会2021年度年次大会

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公開日: 2022-12-28  

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