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論文

アルミナ分散強化銅の高性能コンパクト熱交換器用プレートフィン加工性シミュレーション解析と加工試験

石山 新太郎; 武藤 康; 西井 崇*; 笠羽 道博*

日本金属学会誌, 65(6), p.524 - 533, 2001/06

高温発電システムの熱交換器用薄版矩形細密プレートフィンに高強度・高熱伝導性アルミナ分散同材料(AL-25)を適用するためAl-25薄板の細密フィン加工技術の確立を目的に、大規模弾塑性有限要素解析によって得られた応力フィン折り加工における成形限界の予測に基づき新しい加工法の加工装置の設計試作を行い、さらにAL-25薄板の加工実験を実施した。その結果、下記の結論が得られた。(1)難加工材であるAL-25薄板(厚さ=0.156mm)からフィン高さ$$times$$山谷ピッチ$$times$$厚みが3mm$$times$$4mmの細密矩形フィンの加工技術シミュレーションを大規模弾塑性有限要素解析により行った結果、ダブルアクション折り加工性により上記加工条件で細密矩形フィンの加工が可能であることを見いだした。さらに、この知見を基にダブルアクション折り加工装置を設計試作し、この装置により最適加工条件を設定するため、試作した加工試験装置に関する上記加工技術シミュレーション及び加工試験を実施し、装置のダイスR部及びクリアランスをそれぞれ0.8mm及び0.25mmに設定した。(2)AL-25薄板(厚み,0.156mm)から矩形型フィン高さ$$times$$山谷ピッチ,3mm$$times$$4mmの薄板細密フィン加工試験を実施した結果、高さ$$times$$山谷ピッチ$$times$$厚みが3mm$$times$$4mm$$times$$(0.156$$pm$$0.001mm)の薄板細密フィンの加工に成功した。(3)大規模弾塑性有限要素法解析によって予測した加工板の加工変形課程ならびに板厚変化量は、加工実験の結果と良い一致を示し、この結果からダブルアクション折り法による難加工性材料の薄板細密フィンの加工実用化の加工予測として本解析方法が有効であることを明らかにした。

論文

高温ガス炉ガスタービン用コンパクト熱交換器の概念検討

石山 新太郎; 武藤 康; 笠羽 道博*; 金田 隆良*

日本原子力学会誌, 42(3), p.196 - 203, 2000/03

 被引用回数:1 パーセンタイル:86.43(Nuclear Science & Technology)

高温ガス炉ガスタービン直接発電システム(HTGR-GT)の高効率化を図るとともに経済性を高めるためにはコンパクトで熱効率が95%以上の再生熱交換器を設計する必要がある。本報告では、このコンパクト熱交換器について超細密オフセットフィン構造(フィン高さ/ピッチ=1.0/1.0~1.5/1.5mm、フィン厚さ=0.1~0.15mm)、多段積層型及び並流型/U型流量配置を採用することにより、伝熱及び構造強度の観点からその設計成立性の検証を行うとともに最適基本設計を実施した。その結果、熱効率95%で低圧損($$leq$$2%)、しかも同程度の高伝熱面積密度を有する宇宙航空用コンパクト熱交換器の4倍以上に相当する20MW/m$$^{3}$$級の伝熱密度を有し、かつオープンサイクル用のものと比較して約3倍以上の耐圧構造の再生熱交換器を設計できた。本報告では、この再生熱交換器について、その基本的な形式や形状及び性能に関する検討の結果、並びにその基本設計仕様を明らかにしつつ、高性能熱交換器に関する今後の課題について整理した。

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