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本課題では配管表面に独自に提案する形状の低熱伝導率の被膜を塗布することで沸騰伝熱を促進し、極低温流体による配管などの金属部品を高速で冷却する手法を開発する。提案する低熱伝導率被膜と金属冷却面が交互に露出するような伝熱面をもちいて、まずは液体窒素の予冷を加速する実験を実施した。流れのない状態で物体を冷却するプール沸騰実験を実施した。低熱伝導率被膜としてシリコーンシーラントを用い、金属面との間隔や深さ、面積比をパラメータとして実験を行い、予冷時間削減に最適な表面形状を明らかにした。次にタンク内の液体窒素を加圧して送液し、流れのある状態での冷却実験を行った。将来的な配管の製作方法を考慮して、溝を配管の軸方向のみに加工し、これをシリコーンシーラントで埋めて被膜と金属面が交互に露出する伝熱面を作成した。プール沸騰実験と同様に、金属面との間隔や面積比をパラメータとして実験を行い、予冷時間削減に最適な表面形状を明らかにした。
研究室において液体窒素を用いた実験により最適形状を見出したのち、最終的にJAXA能代実験場にて液体水素を用いた予冷実験を行い効果を検証した。配管および周辺装置を実験場に持ち込み、流れのある状態で配管を冷却する実験を行った。液体水素を使用する際は、爆発の危険があるため、計測機器類をボックスに入れたうえで窒素パージを行い、さらにこれらを遠隔で操作することで安全を確保した。無加工の配管と提案する被膜と金属面が交互に露出する伝熱面を有する配管の２種類で実験を行い結果を比較した。結果として、液体水素を用いた場合では冷却時間を短縮することができなかった。これは液体水素の特異な物性が影響している可能性があり、今後の研究で原因を解明していきたい。
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