相界面濡れ制御による熱スイッチ機能発現と宇宙用高熱流束ループヒートパイプへの応用

通过相界面润湿控制表达热开关功能及其在空间用高热通量环路热管中的应用

基本信息

批准号：
19J02088
负责人：
小田切公秀
金额：
$ 3.08万
依托单位：
Japan Aerospace EXploration Agency
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-25 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、将来の宇宙科学・探査ミッションの高度化に資する、高熱流束ループヒートパイプ(LHP)熱スイッチ技術を確立することを目的とする。具体的には受熱部である蒸発器の内壁にマイクロ溝構造を適用することでLHPを高熱流束化し、高いON/OFF比を期待できる相界面濡れ制御を応用することでLHPに熱スイッチ機能を発現することを目指す。これまでに要素技術である高熱流束LHPのプロトタイプ実証試験を実施した。その結果、蒸発器内部で発生した蒸気流動用の蒸気溝と、内壁表面に設けたマイクロ溝構造の組み合わせにおいて、最適組合せの存在を示す結果を得た。具体的には、プロトタイプ試験の従来構造における最適蒸気溝幅・マイクロ溝幅の組合せでは新構造を適用しない場合と比較し、かえって性能が低下する結果が得られた。本結果は、申請課題の新構造を適用した高熱流束熱スイッチを実現する上で解決すべき課題であったことから、小型試料を用いた熱伝達性能評価装置を用いて蒸気溝とマイクロ溝の最適組合せを探索した。マイクロ溝幅を20 μmに固定し、多孔質試料の蒸気溝幅を0.2 mm、0.5 mm、1.0 mmと変化させ熱伝達性能の比較を行ったところ、0.5 mm幅で最高性能を示すことが明らかとなった。マイクロ溝表面の気液界面挙動と蒸気溝幅によって生じる圧力損失差に起因すると考えられ、今後はさらなる物理現象の解明に取り組むと同時に、高熱流束LHPとしてのシステムレベル実証に取り組む。

这项研究旨在建立高热量回路热管（LHP）热开关技术，该技术将有助于未来的太空科学和勘探任务的发展。具体而言，我们旨在通过在蒸发器的内壁上施加微沟结构（即热接收器），并应用相接口润湿控制控制器（可以预期提供较高的ON/OFF比率），目的是在LHP中创建热开关。到目前为止，我们已经针对高热量LHP进行了原型示范测试。结果，结果表明，最佳组合存在于蒸汽凹槽的组合中，用于在内壁表面上提供的蒸发器和微沟结构内产生的蒸汽流。具体而言，与在原型测试的常规结构中，与最佳蒸汽凹槽宽度和微凹槽宽度的组合相结合，实际上降低了性能。这个结果是一个问题，必须在实现应用应用新结构的高热通量热开关中解决，因此我们使用少量样品搜索了使用热传递性能评估设备的蒸汽凹槽和微凹槽的最佳组合。微凹槽宽度固定为20μm，并且多孔样品的蒸汽凹槽宽度更改为0.2 mm，0.5 mm和1.0 mm，并比较了传热性能，并且发现以0.5 mm的宽度达到了最高的性能。人们认为这是由于微槽表面的气体液体界面行为和蒸汽凹槽的宽度引起的压力损失差异，将来我们将致力于进一步阐明物理现象，同时还致力于系统水平的高热量LHP。