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．

2020财年，我们利用冷却水测试回路研究了管道流速、过冷度、系统压力和临界热通量之间的相关性，并研究了与蒸汽堵塞相关的烧毁过程。实验中，通过用电加热测试加热元件（不锈钢管（SUS304）/铂板）来增加热通量，并使用受控的非密封泵在不同流量下测量测试加热元件的温度。通过逆变器．．另外，使用自蒸汽加压器调节系统压力，并通过使用预热器升高温度来调节过冷度。关于试验用发热体的发热量，通过控制直流稳压电源的输出来再现瞬时发热。测量方法由一侧具有测试加热元件的双桥电路组成，并测量测试加热元件的电阻。通过校准测试加热元件的电阻和温度之间的关系预先确定测试加热元件的温度，并在各种流量和系统压力下测量温度，直到达到临界热通量。此外，我们利用实验中获得的测试加热元件的传热特性数据，对电力转换装置的水冷散热器进行传热分析。对于传热分析，使用 COMSOL Multiphysics 创建分析模型，并以实验中获得的各流速下的热通量和管内表面温度、过冷度和系统压力作为边界条件进行数值模拟。通过传热分析，明确了功率变换器在非沸腾、核沸腾、过渡沸腾和膜沸腾时的温度分布和热阻。传热分析表明，当热负荷增加并超过冷却段的散热极限时，功率控制元件的温度由于膜沸腾转变而迅速升高。另一方面，对于由蓄热材料构成的吸热部的蓄热材料，通过热分析研究了糖醇的熔点和潜热量，并研究了热负荷与吸热量之间的关系。得到澄清。