ゼロエミッション船に対応する電力変換装置の吸熱式沸騰冷却システムに関する研究

兼容零排放船舶的功率变换器吸热沸腾冷却系统研究

• 批准号: 22K04562
• 负责人: 柴原 誠
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Kobe University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04562/
• 关键词: 流動沸騰; 限界熱流束; 蓄熱材

令和4年度は，冷却水の試験ループを用いて管内流速，サブクール度，系圧力と限界熱流束の相関を調べ，蒸気閉塞に伴う焼損過程について調べた．実験では，試験発熱体（ステンレス管(SUS304)・白金板）を通電加熱することで熱流束を増加させ，インバータで制御されたノンシールポンプを用いて種々の流速における試験発熱体の温度を測定した．また，系圧力は自己蒸気加圧器において調整し，サブクール度は予熱器を用いて昇温することで調節した．試験発熱体の発熱量については直流安定化電源の出力を制御することで過渡的な発熱を再現した．計測方法は，試験発熱体を一辺としたダブルブリッジ回路で構成し，試験発熱体の電気抵抗を測定した．試験発熱体の温度は予め試験発熱体の電気抵抗と温度の関係を校正することで求め，種々の流速・系圧力において限界熱流束に至るまでの温度計測を行った．また，実験で得られた試験発熱体の伝熱特性データを用いて，電力変換装置の水冷ヒートシンクに関する伝熱解析を実施した．伝熱解析にはCOMSOL Multiphysicsを用いて解析モデルを作成し，実験で得られた各流速・サブクール度及び系圧力における熱流束および管内表面温度を境界条件に用いて数値シミュレーションを実施した．伝熱解析により，非沸騰，核沸騰，遷移沸騰および膜沸騰時における電力変換装置の温度分布や熱抵抗を明らかにした．熱負荷が増加し冷却部の除熱限界を越えると，膜沸騰遷移により電力制御用素子の温度が急上昇することが伝熱解析により明らかになった．一方，蓄熱材で構成される吸熱部位の蓄熱材については，糖アルコール類の融点および潜熱量を熱分析により調べ，熱負荷と吸熱量の関係を明らかにした．

在2022年，我们使用冷水水测试环调查了管道中的流速度，子冷却程度，系统压力和临界热通量之间的相关性，并研究了与蒸汽阻滞相关的燃烧过程。在实验中，通过通过通电测试加热元件（不锈钢管（SUS304）和铂板）来增加热通量，并使用由逆变器控制的非密封泵测量了各种流速下测试加热元件的温度。还使用自动压力器调整了系统压力，并通过使用预热器来调整亚冷却程度。通过控制DC稳定电源的输出，控制了测试加热元件产生的热量来重现瞬态热量。测量方法由以测试加热元件为一侧的双桥电路组成，并测量了测试加热元件的电阻。测试加热元件的温度是通过校准预先校准的电阻和测试加热元件温度之间的关系，并以各种流速和系统压力进行到临界热量通量的系统压力下进行温度测量。此外，使用实验中获得的测试加热元件的传热特性数据，对功率转换器的水冷散热器进行了传热分析。为了进行传热分析，使用COMSOL多物理学创建了一个分析模型，并在每个流速度，亚冷却程度和实验中获得的系统压力在每个流量速度，次冷度以及作为边界条件中获得的系统压力进行了数值模拟。传热分析揭示了在非沸腾，成核，过渡沸腾和膜沸腾过程中功率转换器的温度分布和热电阻。传热分析表明，当热负荷增加并且冷却截面的热量去除极限时，由于膜沸腾的过渡而超过了功率控制元件的温度。另一方面，通过热分析检查了由热量储存材料组成的热量储存材料，该材料由热量储存材料组成，并通过热分析检查了糖醇的熔点和潜热热量，以阐明热负载与热量量和散热量之间的关系。