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

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．

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．