ミニチャンネルのボイド率計測技術開発

Development of electro-void fraction meters for mini-channel

渡辺 博典; 光武 徹*; 柿崎 禎之*; 高瀬 和之

Watanabe, Hironori; Mitsutake, Toru*; Kakizaki, Sadayuki*; Takase, Kazuyuki

近年、CPU用小型冷却器,小型医療機器,燃料電池,自動車機器分野などのマイクロマシーンの開発が行われており、マイクロチャンネル(極細管)内のボイド率計測技術の必要性が高まっている。マイクロチャンネルにおける二相流流れは液相の表面張力の影響が相対的に強くなるため、流動様式が通常管と異なることが報告されているが、定量的な評価が必要なボイド率の計測は行われていなかった。そこで、内径10mm以上の通常管に対して著者らが開発した静電容量(C)計測法をマイクロチャンネルへ応用する研究を行い、マイクロチャンネル・ボイド率計測技術を開発した。特性試験の結果から計測特性式を確定し、水質によらず、全領域のボイド率をリアルタイム計測できることを確認した。電極はリング電極体系及びワイヤ電極体系の2種を用いた。大気圧条件下のマイクロチャンネル内二相流に適用した場合、一連の研究からボイド率とキャパシタンスとの関係は、リング型電極に対して線形関係,対向ワイヤ電極に対して双曲線関係となることを明らかにした。また電極形状など計測に与える影響因子の解明を行い、計測特性式の適用条件を明らかにした。

Capacitance type electro-void fraction meters with various shapes of electrodes were developed for two-phase flow measurement in tubes of 1mm in the smallest diameter. Ring and wire- type electrodes were applied to measure void fraction. The principle of the meter is that the electrical capacitance of a gas-liquid two-phase flow changes with void fraction. A high-frequency power supply enables to measure the low electrical capacitance of the water including pure water. It was confirmed by the air-water two-phase flow experiments that void fraction can be obtained in real time way every 50 millisecond. Void fraction in the experiment ranged from 0 to higher than 0.9. The void fraction was correlated with the electric capacitance by a linear function for the ring-electrode and hyperbolic function for the opposite wires-electrode under the atmospheric condition.