| 研究課題/領域番号 |
25289047
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| 研究機関 | 独立行政法人日本原子力研究開発機構 |
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研究代表者 |
達本 衡輝 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 J-PARCセンター, 研究副主幹 (70391331)
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| 研究分担者 |
塩津 正博 京都大学, エネルギー科学研究科, 名誉教授 (20027139)
白井 康之 京都大学, エネルギー科学研究科, 教授 (60179033)
成尾 芳博 独立行政法人宇宙航空研究開発機構, 宇宙科学研究所, 助教 (70150050)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| キーワード | 液体水素 / 強制流動 / 定常熱伝達 / 過渡熱伝達 / 高温超電導 |
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| 研究実績の概要 |
最近、高い熱伝導率や比熱を有する液体水素は、高温超伝導機器の冷媒として注目されている。本研究では、「冷却特性」と「超伝導特性」の観点から、液体水素冷却高温超伝導導体の設計や安定性評価に必要不可欠であるが、これまでになかった液体水素の強制冷却下での過渡熱伝達特性と高温超伝導線材の過渡特性（過電流特性、過渡常伝導発生・伝搬特性）に関するデータを蓄積することを目的としている。
H26年度は、CICC(ケーブルインコンジット）導体のような直接冷却方式の超伝導導体内の冷却特性を解明するために、直径1.2mmのPtCoワイヤ発熱体の長さを60mm, 120mm, 200mmと変化させ、それらをそれぞれ直径5.7mm, 8mm, 5mmのの円管流路内中心軸上に支持した供試体を用いて、圧力0.4 MPaから1.5MPa、液温20Kから飽和温度、流速16m/sまでの条件下で、飽和およびサブクール強制対流沸騰熱伝達および指数関数状の発熱率を上昇周期をパラメータとして強制対流過渡熱伝達特性を測定した。実験結果に基づき、飽和沸騰強制流動における臨界熱流束表示式を導出するとともに、過渡沸騰熱伝達の発熱率上昇周期の影響を明らかにした。
さらに、循環装置用オリフィス流量計の設計を実施した。ヘリウムガスを用いた校正(コリオリ式流量計）により、設計通りの流量特性を示すことを確認した。さらに、ポンプにより強制流動可能な装置の一部にこのオリフィス流量計とワイヤ直径1.2mm、長さ200mm、流路直径5mmの供試体を設置し、24Kから臨界温度の範囲での強制対流熱伝達を測定し、これまでの装置で得られなかった臨界温度付近における熱伝達データを取得することができた。
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| 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
世の中のヘリウム不足による液体ヘリウムの高騰および入手困難なため一部計画の変更が必要となった。さらに、改良する液体水素循環ループのポンプユニット部の断熱性能劣化による不具合対策のため、液体水素の強制流動下で高温超伝導線材の過渡特性に関する実験は、H27年度に実施することにした。
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| 今後の研究の推進方策 |
これまでの研究成果から、強制流動下における液体水素の熱伝達特性は、水力等価直径だけでなく、加熱等価直径も重要なパラメータであることがわかった。H26年度に引き続き、さらに、直径1.2mmのPtCoワイヤ発熱体の長さを120mm, 200mmを用いて、流路径をパラメータとして実験データをさらに収集し、強制流動下におけるサブクール沸騰臨界熱流束および過渡沸騰熱伝達特性相関式を導出する。
また、CICC導体を模擬した導体モデルを高温超電導線材を用いて製作し、液体水素の強制流動下における過電流通電特性や過渡的な常伝導の発現過渡特性試験を実施する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
世の中のヘリウム不足による液体ヘリウムの高騰および入手困難なため一部計画の変更が必要となった。さらに、改良する液体水素循環ループのポンプユニット部の断熱性能劣化による不具合対策に時間を要したため、他の研究グループとの実験施設利用調整が必要となり、液体水素の強制流動下で高温超伝導線材の過渡特性に関する実験は、H27年度に実施することにした。
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| 次年度使用額の使用計画 |
H26年度に実施できなかった実験は、H27年度7月に実施する計画である。その際に、CICC導体を模擬した導体モデルを高温超電導線材を用いて製作し、液体水素の強制流動下における過電流通電特性や過渡的な常伝導の発現過渡特性試験を実施する。
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