Heat transfer enhancement effect of nanostructured surface made of carbon nanotube on SiC ceramics

SiCセラミックス表面に形成したカーボンナノチューブによるナノ構造伝熱面の伝熱促進効果

野口 弘喜  

Noguchi, Hiroki

SiCセラミックス製熱交換器の小型化を目指し、SiC表面分解法を用いてSiCセラミックス表面にカーボンナノチューブ(CNT)により形成されるナノ構造伝熱面を試作し、その伝熱促進効果を評価した。表面分解法により形成したCNTは母材の結晶方位の影響を受けるため、母材には常圧焼結SiCとCVD法により作製したSiC(CVD-SiC)を使用した。また、表面の濡れ性の影響を評価するために、CVD-SiCについては、濡れ性の異なる2種類のナノ構造伝熱面を作製した。作製したナノ構造伝熱面に対して水を冷媒とした対流熱伝達試験を行い、伝熱促進効果を評価した。その結果、親水性を示すナノ構造伝熱面でのみ伝熱促進効果が確認できたが、その効果はこれまで報告されている結果に比べると小さかった。これは、ナノ構造伝熱面の空孔サイズの違いが影響していると考えられる。また、ナノ構造伝熱面の伝熱促進効果には、表面の濡れ性が大きく関与していることがわかった。

With the aim of enhancing heat transfer in the SiC heat exchanger, a nanostructured surface made of carbon nanotubes was produced on a SiC substrate by surface decomposition. Two types of SiC, one produced by pressureless sintering and one by chemical vapor deposition (CVD-SiC), were used as substrates. In order to investigate surface wettability, nanostructured surfaces on the CVD-SiC with hydrophilicity and hydrophobicity were produced. The effects of heat transfer enhancement by the nanostructured surfaces were evaluated by a convective heat transfer test using de-ionized water. The nanostructured surface on the CVD-SiC with hydrophilicity was the only surface that showed any heat transfer enhancement. However, this enhancement was much smaller than those previously reported. The experiment showed that the small size of the nanopores influenced the heat transfer enhancement and that the wettability of the nanostructured surface was related to heat transfer enhancement.