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

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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。