液体水素環境下で使用できる可視化技術の開発とそれによる液体水素の沸騰現象の解明

开发可用于液氢环境的可视化技术并利用该技术阐明液氢的沸腾现象

• 批准号: 26630074
• 负责人: 達本 衡輝
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: Japan Atomic Energy Agency
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
• 财政年份: 2014
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2014-04-01 至 2016-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-26630074/
• 关键词: 液体水素; 超臨界圧; 可視化; 熱伝達; 沸騰

本研究では、これまで培った「熱伝達実験計測技術」に高圧・極低温の液体水素中での「可視化技術」を導入することにより、従来の相関式では記述できない液体水素のプール沸騰現象を解明し、液体水素冷却による高温超電導聞きの性能を十分発揮できる最適な冷却技術とその設計基準の確立を目標としている。提案書で提案した可視化プローブを平成２６年度製作し、液体窒素を用いた予備試験を実施したところ光ファイバーが貫通する真空断熱層のコンダクタンスがわるいため、先端にある窓部において要求する真空度を維持できないため、結露が生じることがわかった。そこで、新たに光ファイバー自体を液体水素に直接浸して使用する可視化プローブを考案し製作した。光ファイバーは、１万本を束ねたバンドル型を採用し、クライオスタットの上部の常温部において、低膨張ホウケイ酸塩製の耐圧ガラス窓を介して、カメラとカップリングされている。また、光源も同様に、LEDから光ファイバーを介して供試体部に導入する方式を採用した。平成２６年度には可視化プローブの各部品の製作と調達を実施した。平成２７年度は、新たに提案した可視化プローブの組み立てと液体窒素による実証性能試験を実施した。提案した方法により１週間液体窒素に浸して耐久試験を実施した。懸念していたファイバーの熱収縮による屈折率変化による撮像の劣化がないことを確認した。高解像度カメラを新たに調達し、液体水素および超臨界圧極低温水素での実証試験（大気圧から1.5MPAa)を１週間実施し、液体水素中での耐久性および耐圧性能を確認することができた。さらに、白金コバルトワイヤ（直径0.2mm）を用いて広範囲の圧力温度条件下でプール沸騰実験も同時に行い、熱伝達特性データおよびそれらの沸騰現象を新たに開発した可視化プローブで取得することができ、本方式の高圧下の液体水素中で適用できることを実証できた。

这项研究旨在在迄今已培养的“传热实验测量技术”中引入高压和极高的液体氢的可视化技术，并阐明在常规相关方程中无法描述的液态氢的池沸腾现象，并可以通过液态且液态良好的高度良好的良好表现出最佳的冷却技术来稳固地表现出最佳的冷却性能。该提案中提出的可视化探针是在2014财政年度制造的，并使用液氮进行了初步测试，发现发生了冷凝，因为光纤通道的电导层很差，并且所需的真空水平不能在窗户的窗户上保持所需的真空水平。因此，我们设计并制造了一种可视化探针，该探针通过将光纤本身直接浸入液体氢中来使用。光纤是一种捆绑的10,000块捆绑块，并通过低膨胀硼硅酸盐制成的压力抗压玻璃窗在低温恒温器上方的室温部分中耦合。同样，将光源从LED通过光纤引入标本部分。在2014财年，可视化探针的每个部分都是制造和采购的。在2015财年，新提出的可视化探针被组装，并使用液氮证明了性能测试。耐用性测试是通过使用建议的方法在液氮中浸泡一周来进行的。有人证实，由于纤维的热收缩而导致的折射率变化，影像学的成像没有恶化，这是一个问题。采购了新的高分辨率摄像头，并使用液体氢和超临界压力低温氢进行了一周的演示测试（1.5MPAA），并在液体氢中确认其耐用性和耐压性。此外，在较大的压力温度条件下，使用铂钴电线（直径0.2 mm）同时进行池沸腾实验，从而可以使用新开发的可视化探测器获得传热特性数据及其沸腾现象，以表明该方法可以在液体氢气中应用于高压下。