2023 年度研究成果報告書

核沸騰と膜沸騰の共存による超高速液体水素予冷の実現

研究課題

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研究課題/領域番号	21K04477
研究種目	基盤研究(C)
配分区分	基金
応募区分	一般
審査区分	小区分24010:航空宇宙工学関連
研究機関	静岡大学
研究代表者	吹場活佳静岡大学, 工学部, 准教授 (50435814)
研究期間 (年度)	2021-04-01 – 2024-03-31
キーワード	液体水素 / 予冷 / 沸騰伝熱 / 極低温燃料
研究成果の概要	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した。金属面に縦溝を施しこれをシリコーンシーラントで埋めることで核沸騰と膜沸騰を同時に発生させ、金属近傍の固液接触を促進し予冷時間を削減することを試みた。液体窒素を用いたプール沸騰実験では、予冷時間を最大1/3.9に削減することができた。また液体窒素を用いた配管流動実験でも、提案する表面加工を施すことにより予冷時間を1/3.6に削減することができた。一方液体水素を用いた配管流動実験では、冷却時間を削減することができなかった。
自由記述の分野	伝熱工学、航空宇宙工学
研究成果の学術的意義や社会的意義	ロケットなどで極低温流体を用いる際、常温の配管を極低温にまで冷やす「予冷」と呼ばれる予備冷却作業が必要となり、長い時間を要する。本研究ではこの予冷時間を短縮する表面加工を開発した。液体窒素の場合は平板を用いた場合、配管を用いた場合ともに予冷時間を大幅に低減させることに成功した。液体水素を用いた場合では予冷時間を短縮することができなかった。しかし本研究によりこれまで明らかにされていない液体水素の特異な冷却挙動が観測された。