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達本 衡輝; 白井 康之*; 塩津 正博*; 成尾 芳博*; 小林 弘明*; 野中 聡*; 稲谷 芳文*
IOP Conference Series; Materials Science and Engineering, 101, p.012177_1 - 012177_8, 2015/12
被引用回数：0 パーセンタイル：0.00(Thermodynamics)直接強制冷却方式のCICC(ケーブルインコンジット)超伝導導体内における液体水素の冷却安定性を評価するために、内径5.7mm, 8mm, 5mmの断熱円管流路の中心軸上に直径1.2mm, 長さ60mm, 120mm, 200mmのPtCo製ワイヤヒーターをそれぞれ設置し、指数関数状に連続に加熱した場合のサブクール液体水素の強制流動下における定常および過渡熱伝達特性を加熱速度をパラメータとして圧力0.7MPa、液温21Kの条件下で測定した。流速は0.3m/sから7m/sまで変化させた。加熱速度が速くなると、核沸騰熱伝達域では、加熱速度の影響はほとんどないが、過渡CHFは、加熱速度が速くなるにつれて大きくなり、液体窒素で報告されているような膜沸騰直接遷移現象による過渡CHFの低下は液体水素の場合ないことがわかった。また、過渡状態におけるCHFは、定常CHFからの上昇分として整理することができ、流速および圧力に依存せず、加熱速度の関数で表されることがわかった。定常CHFにおいては加熱等価直径の影響は明確に現れなかったが、過渡熱伝達においては、同一の加熱等価直径の場合の過渡CHFの定常CHFからの上昇分は等しく、加熱等価直径が大きくなるとその増分も大きくなることがわかった。
達本 衡輝; 白井 康之*; 塩津 正博*; 成尾 芳博*; 小林 弘明*; 稲谷 芳文*
Journal of Superconductivity and Novel Magnetism, 28, p.1185 - 1188, 2014/09
被引用回数：18 パーセンタイル：55.54(Physics, Applied)大気圧から超臨界圧(1.5MPa)の広範囲の圧力条件下における液体および超臨界圧水素のプール熱伝達特性を明らかにするために、直径1.2mm、長さ101mmのPtCo製ワイヤ発熱体からの定常熱伝達特性を測定した。非沸騰域の熱伝達は水平円柱の場合の相関式であるMcAdams式とよく一致した。核沸騰および膜沸騰熱伝達は圧力が高くなると、熱伝達特性は良くなるが、核沸騰限界熱流束の圧力依存性は、臨界圧力の1/3のところで最大値となり、それ以上の圧力では小さくなった。その傾向は、従来のKutateladze式と表されるが、圧力が高い領域の実験結果は、予測値より低くなった。これは、液体水素の場合、水力学的不安定性が起こる前に、発熱体温度が臨界温度に到達したことが原因であることがわかった。超臨界圧水素中の熱伝達特性は、発熱体温度が臨界温度以下の場合、液体水素の場合と同様にMcAdams式で表されることがわかった。しかし、臨界温度以上では、熱伝達係数は悪くなり、その熱伝達係数は、液体水素の膜沸騰の場合と同程度であることがわかった。プール超臨界圧水素中の熱伝達相関式を導出し、広範囲の過熱度において実験結果を40%以内で記述できた。
達本 衡輝; 白井 康之*; 塩津 正博*; 成尾 芳博*; 小林 弘明*; 稲谷 芳文*
Journal of Physics; Conference Series, 507(2), p.022042_1 - 022042_4, 2014/05
被引用回数：2 パーセンタイル：64.34(Engineering, Electrical & Electronic)これまでにない外部磁場環境下における液体水素中の高温超電導材料の通電基礎特性データを取得し、液体水素冷却高温超電導機器の冷却設計指針を確立するために、液体水素冷却超伝導線材特性測定装置を設計・製作を行った。本装置では、高温超電導線材等の供試体を設置する液体水素槽は、実績のある既存の液体水素熱流動実験装置をベースに機器設計および安全設計を行った。その外側に真空断熱槽を介して、磁場発生用の7TのNbTi超電導マグネット冷却用液体ヘリウム槽を設けて、多重容器構造とした。長時間、安定に実験を行うために、熱流動解析により侵入熱軽減対策を実施し、超電導マグネットクエンチ時の安全対策を検討した。さらに、強磁場発生時における周辺機器への漏洩磁場の影響も3次元磁場解析により明らかにし、その軽減対策も施した。水素防爆の観点から、実験時は、安全距離を十分確保した制御室で行えるように、遠隔による計測・制御システムも構築した。初めて実施した低温性能試験により、設計どおりの性能を有することが確認できた。
達本 衡輝; 白井 康之*; 塩津 正博*; 畑 幸一*; 成尾 芳博*; 小林 弘明*; 稲谷 芳文*
AIP Conference Proceedings 1573, p.44 - 51, 2014/01
被引用回数：16 パーセンタイル：98.08(Thermodynamics)内径(D)が4mmで加熱長さ(L)が100mmと167mm、内径が6mmで加熱長さが150と250mmのステンレス製円管発熱体を用いて(特性長さL/D=25と41.7に相当)、飽和液体水素(0.4, 0.7, 1.1MPa)を強制流動させた場合の熱伝達特性を流速をパラメータとして測定した。非沸騰の熱伝達は従来のDittus-Boelter式とよく一致することを明らかにした。流速及び飽和圧力が小さくなると、核沸騰限界(DNB)熱流束は大きくなり、特性長さ(L/D)の-0.35乗に比例することが実験データとの比較により明らかになった。さらに、実験結果は、導出した核沸騰限界熱流束相関式により記述できることを明らかにした。
達本 衡輝; 白井 康之*; 塩津 正博*; 成尾 芳博*; 小林 弘明*; 稲谷 芳文*
Journal of Physics; Conference Series, 568, p.032017_1 - 032017_5, 2014/00
被引用回数：5 パーセンタイル：84.09(Physics, Applied)直接強制冷却方式のCICC(ケーブルインコンジット)超伝導導体内における液体水素の冷却安定性を評価するために、内径8mm、全長が120mmの流路の中心軸上に設置した直径1.2mm、加熱長さ120mmのPtCo製ワイヤヒーターを用いて、飽和液体水素(0.4, 0.7, 1.1MPa)の強制流動下における定常熱伝達特性を測定した。流速は0.4m/sから8m/sまで変化させた。非沸騰の熱伝達は代表長さに等価直径を用いることにより従来のDittus-Boelter式とよく一致することを明らかにした。核沸騰限界(DNB)熱流束は、高流速及び低圧力で大きくなり、これまでに実施した円管発熱体の場合と同様の傾向を示すことが明らかになった。供試体形状パラメータを有するウェーバー数の代表長さに等価直径を使用し、アスペクト比(L/D)に加熱等価直径を使用することにより、既に円管発熱体で導出した核沸騰限界熱流束相関式で実験結果を記述でき、その相関式の一般性を示すことができた。
達本 衡輝; 白井 康之*; 塩津 正博*; 畑 幸一*; 成尾 芳博*; 小林 弘明*; 稲谷 芳文*; 木下 勝弘*
AIP Conference Proceedings 1434, 1434(1), p.747 - 754, 2012/06
被引用回数：15 パーセンタイル：96.09(Physics, Applied)内径が3mmと6mmの水平支持円管発熱体を用いて0.7MPaの液体水素を強制流動させた場合の熱伝達特性を液温と流速をパラメータして測定した。非沸騰域の熱伝達は従来のDittus-Boelter式とよく一致することが明らかになった。流速及びサブクールが大きく、内径が大きくなると、核沸騰開始点と核沸騰限界熱流束は増加した。水平支持の場合の核沸騰限界熱流束は、鉛直支持の場合に比べて小さくなるが、内径が小さい3mmの場合では、支持方向に依存しないことが明らかになった。さらに、実験結果は、導出した核沸騰限界熱流束により記述できることを明らかにした。
達本 衡輝; 白井 康之*; 塩津 正博*; 畑 幸一*; 成尾 芳博*; 小林 弘明*; 稲谷 芳文*; 成田 憲彦*
Proceedings of 24th International Cryogenic Engineering Conference (ICEC 24) and International Cryogenic Materials Conference 2012 (ICMC 2012) (CD-ROM), p.157 - 160, 2012/05
内径が6mm、加熱長さが50, 100, 200, 250mmのステンレス製円管発熱体を用いて、飽和液体水素(0.4, 0.7, 1.1MPa)を強制流動させた場合の熱伝達特性を流速をパラメータとして測定した。非沸騰の熱伝達は従来のDittus-Boelter式とよく一致することを明らかにした。流速及び飽和圧力が小さくなると、核沸騰限界(DNB)熱流束は大きくなり、加熱長さの-0.35乗に比例することが実験データとの比較により明らかになった。さらに、実験結果は、導出した核沸騰限界熱流束相関式により記述できることを明らかにした。
達本 衡輝; 白井 康之*; 塩津 正博*; 畑 幸一*; 成尾 芳博*; 小林 弘明*; 稲谷 芳文*; 木下 勝弘*
Physics Procedia, 36, p.1360 - 1365, 2012/00
被引用回数：10 パーセンタイル：92.55(Physics, Particles & Fields)内径が6mm,加熱長さが200mmのステンレス製円管発熱体を用いて、0.7MPaの液体水素を強制流動させた場合の熱伝達特性を液温と流速をパラメータとして測定した。非沸騰の熱伝達は従来のDittus-Boelter式とよく一致することを明らかにした。流速及びサブクールが大きくなると核沸騰限界熱流束は大きくなり、加熱長さの-0.35乗に比例することがこれまでの実験データとの比較により明らかになった。さらに、実験結果は、導出した核沸騰限界熱流束相関式により記述できることを明らかにした。
白井 康之*; 達本 衡輝; 塩津 正博*; 畑 幸一*; 小林 弘明*; 成尾 芳博*; 稲谷 芳文*; 木下 勝弘*
Cryogenics, 51(6), p.295 - 299, 2011/06
被引用回数：48 パーセンタイル：82.88(Thermodynamics)液体水素が内径6mmの電流加熱垂直円管内を上向きに上昇する場合の円管内面における強制対流熱伝達を流速,液温を変えて測定した。各流速における沸騰開始にいたる非沸騰熱伝達はDittus-Boelter式とよく一致、この実験システムで採用した高精度ディジタルはかりによる質量流量測定法の有効性が確かめられた。さらに、これまで全くと言ってよいほど実験データのなかった強制対流沸騰臨界熱流束の流速,サブクール度依存性を初めて明らかにした。
達本 衡輝; 白井 康之*; 塩津 正博*; 畑 幸一*; 小林 弘明*; 成尾 芳博*; 稲谷 芳文*; 加藤 崇; 二川 正敏; 木下 勝弘*
Journal of Physics; Conference Series, 234, p.032056_1 - 032056_9, 2010/07
被引用回数：23 パーセンタイル：97.61(Physics, Multidisciplinary)液体水素の熱流動特性に関する知見は中性子源用モデレータの設計に不可欠であるが、実験環境の制約や安全性の配慮のため十分にデータが取れない状況であった。本研究では、水素に対する安全性を考慮に入れた液体水素冷却特性試験装置を開発した。本装置では、メインタンクとサブタンクを連結する輸送配管の一端に円管ヒータを設置した特徴を有し、流調弁の開度を調整することにより、安定な強制対流が発生できる。水素防爆の観点から、実験装置から安全距離を十分確保した制御室で、遠隔により計測・制御するという条件も満足させ、初めての低温試験を実施し、設計どおりの性能を確認することができた。さらに、0.7MPa, 21Kの条件下で、流速を変化させ、世界に先駆け、液体水素の強制対流熱伝達を測定することに成功した。
達本 衡輝; 白井 康之*; 塩津 正博*; 畑 幸一*; 小林 弘明*; 成尾 芳博*; 稲谷 芳文*; 加藤 崇; 二川 正敏; 木下 勝弘*
Proceedings of International Cryogenic Engineering Conference 23 (ICEC-23) and International Cryogenic Materials Conference 2010 (ICMC 2010), p.491 - 496, 2010/07
液体水素が内径3mmの電流加熱垂直円管内を上向きに上昇する場合の円管内面における強制対流熱伝達を流速、温度を変えて測定した。実験システムで採用した高精度デジタルはかりによる質量測定法の有用性が確認できた。各流速における沸騰開始に至る非沸騰熱伝達は、Dittus-Boelter式とよく一致し、これまで全くなかった液体水素の強制対流沸騰限界熱流束の流速,サブクール,形状依存性を初めて明らかにした。
達本 衡輝; 白井 康之*; 塩津 正博*; 堀江 裕輝*; 米田 和也*; 松澤 崇之*; 小林 弘明*; 成尾 芳博*; 稲谷 芳文*
no journal, ,
直接強制冷却方式のCICC(ケーブルインコンジット)超伝導導体内における液体水素の冷却安定性を評価するために、内径8mm、全長が120mmの流路の中心軸上に設置した直径1.2mm、加熱長さ120mmのPtCo製ワイヤヒーターを用いて、指数関数状に連続に加熱した場合のサブクール液体水素の強制流動下における定常および過渡熱伝達特性を圧力0.4MPaおよび0.7MPa、液温21Kの条件下で測定した。流速は0.4m/sから5.5m/sまで変化させた。定常限界熱流束(CHF)は、流速が速い方が大きくなるが、流速条件が1m/sを境にCHFの流速依存性が変化することがわかった。一方、加熱速度が速くなると、核沸騰熱伝達域では、加熱速度の影響はほとんどないが、過渡CHFは、加熱速度が速くなるにつれて大きくなり、液体窒素で報告されているような膜沸騰直接遷移現象による過渡CHFの低下は液体水素の場合ないことがわかった。また、過渡状態におけるCHFは、定常CHFからの上昇分として整理することができ、流速および圧力に依存せず、加熱速度の関数で表されることがわかった。
達本 衡輝; 白井 康之*; 塩津 正博*; 小林 弘明*; 成尾 芳博*; 稲谷 芳文*; 畑 幸一*
no journal, ,
液体水素の熱流動特性に関する知見は中性子源用モデレータの設計に不可欠である。しかし、可燃性である水素に対する実験環境の制約があるため、これまで十分なデータの取得が困難であった。本研究では、水素に対する安全性を考慮に入れた液体水素冷却特性実験装置の開発を進めてきた。本装置では、メインタンクとサブタンクを連結する断熱真空輸送配管の一端に円管ヒータを設置した特徴を有している。断熱真空輸送配管に設置した流調弁の開度を調整することにより、円管ヒータ内に強制対流を発生させることができる。初めての低温試験を実施し、設計どおりの性能を確認することができた。さらに、0.7MPaの圧力下での液体水素の強制対流熱伝達を測定することにも成功した。
達本 衡輝; 白井 康之*; 塩津 正博*; 成尾 芳博*; 小林 弘明*; 稲谷 芳文*
no journal, ,
内径が6mm,加熱長さが200mmのステンレス製円管発熱体を用いて、0.7MPaの液体水素を強制流動させた場合の熱伝達特性を液温と流速をパラメータとして測定した。非沸騰の熱伝達は加熱長さに関係なく、従来のDittus-Boelter式で表せることがわかった。流速及びサブクールが大きくなると核沸騰限界熱流束は大きくなり、加熱長さの-0.35乗に比例することがこれまでの実験データとの比較により明らかになった。さらに、実験結果は、新たに導出した核沸騰限界熱流束相関式により記述できることを明らかにした。
達本 衡輝; 白井 康之*; 樋川 恭介*; 原 佑規*; 塩津 正博*; 小林 弘明*; 成尾 芳博*; 八木下 剛*; 野中 聡*; 丸 祐介*; et al.
no journal, ,
これまでにない外部磁場環境下における液体水素中の高温超電導材料の通電基礎特性データを取得し、液体水素冷却高温超電導機器の冷却設計指針を確立するために、液体水素冷却超伝導線材特性測定装置を設計・製作を行った。本装置では、高温超電導線材等の供試体を設置する液体水素槽は、実績のある既存の液体水素熱流動実験装置をベースに機器設計及び安全設計を行った。その外側に真空断熱槽を介して、磁場発生用の7TのNbTi超電導マグネット冷却用液体ヘリウム槽を設けて、多重容器構造とした。長時間、安定に実験を行うために、熱流動解析により侵入熱軽減対策を実施し、超電導マグネットクエンチ時の安全対策を検討した。さらに、強磁場発生時における周辺機器への漏洩磁場の影響も3次元磁場解析により明らかにし、その軽減対策も施した。水素防爆の観点から、実験時は、安全距離を十分確保した制御室で行えるように、遠隔による計測・制御システムも構築した。2012年の夏期に完成させ、初めての低温性能試験を実施し、設計どおりの性能を有することを確認した。
達本 衡輝; 白井 康之*; 塩津 正博*; 畑 幸一*; 成尾 芳博*; 小林 弘明*; 稲谷 芳文*
no journal, ,
円管流路内における飽和液体水素の強制流動下における熱伝達特性の圧力および流速依存性を明らかにするために、垂直に支持したステンレス製の円管発熱体(直径6mm、加熱長さ50mmから250mm)を用いて、飽和液体水素の強制流動下における定常熱伝達特性を測定した。圧力条件は0.4MPaから臨界圧力よりわずかに低い1.1MPaまでとし、流速をパラメータ(
10m/s)として変化させた。非沸騰域の熱伝達はDittus-Boelter式で予測される値と一致したが、流速が遅い領域では層流と自然対流の影響のため、実験結果は、従来の相関式より大きくなることがわかった。核沸騰熱伝達は、同一圧力条件下では、流速に依存しないが、圧力が高くなるにつれて向上することがわかった。強制対流下での核沸騰の限界値であるDNB熱流束は、低流速域では流速に比例し、高流速域側では、その増加傾向は小さくなった。この高流速側と低流速側のしきい値とDNB熱流束の流速依存性は、無次元数であるウェーバー数(We)で整理できることを明らかにし、飽和液体水素の強制流動下におけるDNB熱流束の相関式を導出し、実験結果をよく記述できることを確認した。
達本 衡輝; 白井 康之*; 塩津 正博*; 堀江 裕輝*; 米田 和也*; 松澤 崇之*; 小林 弘明*; 成尾 芳博*; 稲谷 芳文*
no journal, ,
直接強制冷却方式のCICC(ケーブルインコンジット)超伝導導体内における液体水素の冷却安定性を評価するために、内径8mm、全長が120mmの流路の中心軸上に設置した 直径1.2mm、加熱長さ120mmのPtCo製ワイヤヒーターを用いて、指数関数状に連続に加熱した場合のサブクール液体水素の強制流動下における過渡熱伝達特性を測定した。流速は0.8m/sから5.6m/sまで変化させた。加熱速度がゆっくりの場合、非沸騰域の熱伝達は、Dittus-Boelter式の予測値とよく一致した。加熱速度が速くなると、過渡熱伝導の寄与が大きくなり、Dittus-Boelter式より大きくなった。同じ加熱速度の場合、流速が速い方が、熱伝導の影響は小さくなった。この熱伝導の影響が現れる加熱速度は、流速が速いほど、速くなった。一方、核沸騰熱伝達域では、加熱速度の影響はほとんどないが、DNB(Departure from Nucleate Boiling)熱流束は、加熱速度が速くなるにつれて大きくなった。過渡状態におけるDNB熱流束は、定常DNB熱流束からの上昇分として整理することができ、流速に依存せず、加熱速度の関数で表されることがわかった。
達本 衡輝; 白井 康之*; 塩津 正博*; 堀江 裕輝*; 米田 和也*; 松澤 崇之*; 小林 弘明*; 成尾 芳博*; 稲谷 芳文*; 茂田 宏樹*; et al.
no journal, ,
ケーブルインコジット導体(CICC)のような直接冷却方式の超伝導導体内の冷却特性を解明するために、円管流路内の中心軸上にPtCo製の直径1.2mm、長さ60mmから200mmのワイヤ発熱体を用いて、サブクール液体水素の強制流動下における核沸騰限界熱流束を測定した。圧力条件は0.4MPaから臨界圧力よりわずかに低い1.1MPaまでとし、流速をパラメータとして16m/sの範囲まで変化させた。非沸騰域の熱伝達はDittus-Boelter式で予測される値と一致したが、流速が遅い領域では層流と自然対流の影響のため、実験結果は従来の相関式より大きくなった。核沸騰熱伝達は同一圧力条件下では流速に依存しないが、圧力が高くなるにつれて向上した。強制対流下での核沸騰の限界値であるDNB熱流束は円管の場合と同様に低流速域では流速に比例し、高流速域側では、その増加傾向は小さくなった。このしきい値とDNB熱流束の流速依存性はウェーバー数(We)で整理でき、代表長さに加熱等価直径を用いることにより、既に円管で導出したDNB熱流束相関式で実験結果を記述できることを確認した。
達本 衡輝; 塩津 正博*; 小林 啓人*; 吉川 浩太郎*; 白井 康之*; 畑 幸一*; 小林 弘明*; 成尾 芳博*; 稲谷 芳文*
no journal, ,
超臨界圧水素(1.5MPa)が内径6mmの電流加熱垂直円管内を上昇する場合の円管内面における強制対流熱伝達を流速(1から12m/s)、流入温度(21Kから33K)を変えて測定した。本実験システムで採用した高精度デジタルはかりによる質量流量測定法の有用性も同時に確認することができた。発熱体表面温度が臨界温度以下の領域では、超臨界圧水素の強制対流熱伝達はDittus-Boelter式とよく一致することが明らかになった。一方、発熱体表面温度が臨界温度以上になるとその強制対流熱伝達特性は劣化し、表面過熱度が100K付近で、再び、その熱伝達特性が改善する現象が見られた。さらに、本研究で得られた実験データをもとに超臨界圧水素の強制対流熱伝達表示式の導出に成功した。
