太陽光・太陽熱同時利用システム用高性能な発泡金属冷却器に関する研究

同时利用太阳光和太阳能热系统的高性能金属泡沫冷却器的研究

基本信息

批准号：
15F15361
负责人：
党超鋲
金额：
$ 1.47万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2015
资助国家：
日本
起止时间：
2015-11-09 至 2018-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

外国人特別研究員と共同に行う研究は，高倍率集光型化合物太陽電池からの電気出力と100℃前後の熱を同時取り出すことで，総合利用効率が80％まで高める高効率な太陽エネルギー利用システムの開発です．特に発泡金属を用いて太陽電池からの熱を取り出す小型高性能な冷却機器の開発を中心に行っていました．外国人特別研究員が来日後，まず太陽光コジェネレーションシステムの設計と集光器，太陽電池モジュールの設計を行いました．500倍集光の集光器の設計と太陽電池モジュールの設計にも協力していました．また，理論研究について，発泡金属充填流路内の高熱流束沸騰伝熱の数値計算モデルを構築し，伝熱性能の理論的な予測を行いました．そのため，発泡金属の骨格への気泡の相対浸透の影響，骨格に対して気泡の慣性係数の評価，骨格内の気泡の移動，破裂と合体時の対流伝熱への影響，骨格内の気泡の移動，破裂と合体時の相変化伝熱への影響などを考慮するモデルを開発しました．さらに，高熱流束条件における発泡金属充填流路内の二相流動と伝熱特性の実験計測を行い，高熱流束条件での沸騰伝熱性能の把握及び発泡の表面改質（親水性，撥水性）による伝熱性能への影響を評価しました．伝熱面の上に拡散接合した発泡金属の濡れ性処理について，プラズマ照射による親水性処理と，化学溶液浸食による撥水性処理を行いました．平滑面に対して，発泡金属を用いた場合30％～50％の性能向上が見られました．また，親水性処理した発泡金属の流動沸騰伝熱性能は，未処理発状態より15％程度低下したことから，親水処理より撥水性処理の方が効果的と示唆されました．研究期間の都合上，撥水性処理した発泡金属の流動沸騰伝熱性能を行うことができませんでしたが，流動凝縮伝熱性能比較を行いました．平滑面，未処理発泡金属，撥水性処理発泡金属の順で伝熱性能が向上することがわかりました．

与国外专门研究人员联合开展的研究将开发一种高效太阳能利用系统，通过同时从高功率聚光复合太阳能电池中提取电力输出和100℃左右的热量，将整体利用效率提高到80%。发展我特别专注于开发小型高性能冷却设备，该设备使用泡沫金属从太阳能电池中提取热量。国外专门研究人员来到日本后，首先设计了太阳能热电联产系统、聚光器和太阳能电池组件。我们还合作设计了可将光线聚焦 500 倍的聚光器以及太阳能电池模块的设计。此外，在理论研究方面，构建了泡沫金属填充通道内高热流密度沸腾传热的数值计算模型，并对传热性能进行了理论预测。因此，我们研究了气泡相对渗透到泡沫金属骨架中的影响、气泡相对于骨架的惯性系数的评估、气泡在骨架内的运动、破裂时对对流传热的影响以及聚结，以及骨架内气泡对对流传热的影响我们开发了一个模型，该模型考虑了运动、破裂和聚结过程中相变传热的影响。此外，我们还对高热流密度条件下泡沫金属填充通道内的两相流动和传热特性进行了实验测量，研究了高热流密度条件下的沸腾传热性能以及泡沫的表面改性（亲水性）。、驱虫剂）我们评估了水基水对传热性能的影响。对于传热面上扩散粘合的金属泡沫的润湿性，我们通过等离子照射使其亲水，并通过化学溶液侵蚀使其疏水。与光滑表面相比，使用泡沫金属时性能提高了 30% 至 50%。此外，经过亲水处理的泡沫金属的流动沸腾传热性能比未处理的泡沫低约15%，表明疏水处理比亲水处理更有效。由于研究期间的原因，我们无法检查经过憎水处理的泡沫金属的流体沸腾传热性能，但我们确实比较了流体冷凝传热性能。研究发现，传热性能按以下顺序提高：表面光滑、未处理的泡沫金属、经过防水处理的泡沫金属。