多孔体核沸騰素過程の理解に基づく超低熱流束ループヒートパイプの創出

2021 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 20K14956
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分24010:航空宇宙工学関連
• 研究機関: 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構
• 研究代表者: 小田切 公秀 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 特任助教 (50866481)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: 伝熱工学 / 多孔質体 / 核沸騰 / 気液二相流 / 低熱流束 / ループヒートパイプ

研究成果の概要

毛細管力駆動の多孔質体熱流動系における核沸騰現象および濡れ制御特性を明らかにし，0.01 W/cm2級の低熱流束条件で動作可能な，超低熱流束ループヒートパイプ(LHP)技術の確立を本研究の目的とする。マイクロスケール赤外・可視観察装置および，顕微ハイスピード観察装置を用いて多孔体核沸騰現象観察を行い，加熱部の濡れ性が熱伝達係数に及ぼす影響，低熱流束条件で高い熱伝達性能が得られる多孔質体形状を明らかにした。本知見に基づき低熱流束LHPを設計・製作・評価し，最小熱流束0.02 W/cm2と従来技術に対して極めて低い熱流束条件での動作実証に成功した。

自由記述の分野

航空宇宙工学

研究成果の学術的意義や社会的意義

蒸発器内部で生じる毛細管力駆動の多孔質熱流動現象は，LHP性能に大きく影響を与えるため，そのメカニズムを明らかにすることは重要である。特に知見の不足していた，濡れ性制御が熱伝達係数に与える影響，低熱流束条件での高熱伝達構造，気泡核生成過程について可視化によって理解を深めた点で，本研究成果は学術的意義がある。また高効率な低熱流束LHPの技術実証は，将来の宇宙科学・探査ミッションの熱設計自由度向上に資する。さらに本成果は宇宙機および地上用機器の熱制御技術に幅広く活用することが可能であり，社会的意義は大きい。