2 )(valve1 tube
3.6 ザーバ付 OHP の起動と動作限界
3.2，3.4，3.5節の研究結果か ， ザーバ付 OHP ザーバによ OHP内部の圧力と液 量 調整さ る とによ OHP加熱部の温度と熱輸送量 制御さ る と わか た． ザー バ付 OHPの現象をさ に理解し，実際に実機に適用するために その起動と動作限界 の ように起 るのかを理解する必要 ある．熱輸送 バイスとして実機 使用する際 ，起動する ま 或い 動作限界に至 たあと OHP 熱輸送 バイスとして機能し いという とに るため，起動に要する条件と動作限界に至る条件を把握しておく と 非常に重要 ある．
ザーバ付 OHP 起動すると加熱部温度 ザーバ温度とほぼ等しく るため加熱部温度 ザーバ温度ま 昇するという と 条件として考え る．本節 ザーバ付 OHP 起動する際の物理現象を把握するために， ザーバとOHP全て 可視化 る実験装置を用 いて ザーバ一定温度条件にて可視化実験を行う．OHP起動後 OHP加熱部への熱入力を増加 させ，OHPと ザーバ のよう 現象 起 るかを観察した ， ザーバ付 OHPの起動
と ザーバ ~ OHP間 起 る物理現象について議論する．
3.3節の実験結果か ， ザーバ温度一定条件下 ザーバ付 OHP 動作限界に至るの ， 熱入力量の増加と共に冷却部温度 増加し加熱部温度にま 達したと あるという と 分 か た．また，3.4節の実験と3.5節の計算か ， ザーバ付 OHP 熱入力増加とともにOHP 内部の液体積 減少し，動作限界時 液体積 最小状態に ている と わか た．一方 ザ ーバ付 OHPの起動に関して ， ザーバ付 OHP 起動すると加熱部温度 ザーバ温度と ほぼ等しく るため加熱部温度 ザーバ温度ま 昇するという と 条件として考え る．本節 2 章の ザーバ無し OHP の動作限界との比較を行 た ， ザーバ付 OHP の動作限界について議論を行う．
3.6.1 可視化実験 3.6.1.1 実験装置
ザーバ付 OHPの起動の現象を理解するために，OHPと ザーバの両方を可視化する実験 を行 た．2.3節 使用したガラスOHP(Fig.2-18参照) にガラス製 ザーバをテフロンチュー を介して接続した．実験装置概観をFig. 3-45に，外観をFig.3-46に示す． ザーバ OHPに対 して鉛直下向 Fig. 3-45(a)とFig. 3-46参照 と，鉛直 向 (テフロンチュー と ザーバの
接続口 ザーバの 方に る状態，Fig. 3-45(b)参照)との 2 通 に設置した．作動流体に
HFC-134aを封入している．
OHP の加熱部に 2.3.2 項と同 ，ヒータ線径 2.5 [mm]，長さ 1 [m]の コン ムヒータ
SIL100 2本巻 付け ている．2本のヒータ線 並列に接続さ てお ，ヒータ全体の抵抗
値 51[Ω] ある．ヒータに 電圧を印加するために 定プ ョン製の直流電源PK120-3.3 を接続している．2.3節のガラスOHP単体の実験と同様に，可視化を行いやすくするために積極 的 冷却 行わ 自然空冷とするため，OHP の加熱部以外の部分 全て冷却部と る．可視化 のために，冷却部 け く加熱部にも断熱材 取 付け い．た し，ガラスOHP背面側 机 に設置している側 に ガラス管内の気液の動 を見えやすくするためと，ガラスを保護する ために厚さ5 [mm]の灰色のポ ウ タン ー を敷いている．そのため冷却部背面側か の積 極的 自然空冷による冷却 期待さ い．
ザーバ 内径12 [mm], 外径16 [mm]の イ ックスガラス製 ，一端 4分の1インチの
Swagelok®製ウル ラ ール継手に接続 るように加工さ ている．もう一端 半球形状と
ている． ザーバの胴体部分長さ 250 [mm] ，10 [mm] とに目盛 ついている． ザーバ に ，2.3節 ガラスOHPの加熱部に巻 付けたものと同 コン ムヒータSIL100を全体 に巻 付けた． コン ムヒータの長さ 0.6 [m] 抵抗値 58.5 [Ω] ある． ザーバのヒ ータと制御用熱電対 ザーバの液 溜まる部分 ヒータ 温度制御さ るように， ザーバ設
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置方向によ ヒータの取付け位置をFig. 3-45に示すように付け えた．OHPと ザーバの間
外径3.175 [mm], 内径1.6 [mm]のテフロンチュー 結 いる．テフロンチュー 途中 継
手を介してお ，継手部分を含めた全長 300 [mm] ある．
熱電対 Fig. 3-45に示す位置に，OHPと ザーバ 合わせて4点取 付けている．Fig.3-45
中に
T
E 示す位置の熱電対 ，チノー製の タルプログラム調節計KP1000に接続している．KP1000 そ 自体 電源として 機能し いため， ザーバの コン ムヒータ 定プ
ョン製の直流電源 PK120-3.3 に接続している． ザーバ 一定温度に保た るように
KP1000 によ ヒータの電力の PID 制御 行わ る．
T
E以外の熱電対全てと加熱部ヒータの電 圧値及び電流値のモニタ用電線 Graphtec製 ータロガーGL800に接続し， ンプ ング周波数2 [Hz] ータの記録を行う．実験中のOHPの撮影 2.3節の実験 用いたのと同 ヤノ
ン製HDビ オ ラIiVIS HF G20 行 た．
3.6.1.2 実験条件と実験手順
OHPと ザーバに 3.2.4項 示した方法 作動流体を封入した．ガラスOHP 2.3節の実験
と同様に10度傾けたボ ムヒー 状態にて設置した状態 ， ザーバのみ設置方向を2通 に 変えて実験を行 た．実験条件をTable 3-6に示す．実験 ザーバ鉛直下向 方向設置の場合
のTest-H1と， ザーバ鉛直 向 方向設置のTest-H2の2つを実施した． ち も ザーバの
温度制御を開始したのちOHPの加熱部ヒータをon にし，OHP 起動した後に熱平衡ま 実験 を実施している．Test-H2 さ に ザーバ温度一定の状態 加熱部ヒータへの熱入力を増加 させ，増加直後のOHP内部の状態を観察している．増加後 再びヒータ熱入力量を下 ，熱入 力 減少した際のOHP内部の状態を観察した．
3.6.1.3 実験結果
Test-H1( ザーバ鉛直下向 方向設置)の実験結果として各部の温度 歴を Fig. 3-47に示す．
ザーバを制御温度35 [℃]に維持した状態 OHPのヒータを発熱させると，OHP加熱部の温度 (Fig. 3-38中の
T
H 測定した温度) ザーバの温度((Fig. 3-45中のT
R 測定した温度)に達する ま OHP内 気液に動 見 か た ，加熱部の温度 ザーバ温度を超えた瞬間，1本のガラス配管内の加熱部に位置する液スラグ内 沸騰 起 ，液スラグ内に気泡 発生す るの 観察さ た．発生した気泡 加熱部か 冷却部へ向かう方向に流 ているの 見 た．
Fig. 3-48にその時点の加熱部付近のガラス配管の様子を示す．Fig. 3-48か ，発生した気泡 加
熱部か 冷却部へ向かう方向へ流 ，そ に押さ る形 加熱部の液スラグ及び蒸気プラグ 冷 却部へ向かう方向へ移動しているの わかる．加熱部 の気泡発生の直後，加熱部の温度 下 るの 確認さ た．加熱部か 冷却部へ液スラグと蒸気プラグの移動 開始さ た時点 冷却部 の温度 昇し，気液の動 他の管へと伝搬し，や てOHP全体に気液の動 開始さ る の 観察さ た．加熱部か 冷却部へ液スラグと蒸気プラグの移動 開始さ た時点 冷却部の 温度(Fig. 3-45中の
T
C 測定した温度) 昇し，その後OHP全体の気液の動 定常化するに 従い冷却部の温度 徐々に ，加熱部の温度 ザーバ温度ま 再び 昇して熱平衡状態とた．
Test-H2( ザーバ鉛直 向 方向設置)の実験結果として各部の温度 歴を Fig. 3-49に示す．
Test-H1同様，加熱部温度 昇中に OHP内に気液の動 観察さ か た． ザーバ鉛直
下向 方向設置の場合にOHP加熱部の温度 ザーバ温度ま 昇した時点 加熱部 の沸騰 見 たのに対し， ザーバ鉛直 向 方向設置の場合 加熱部温度 ザーバ温度に達する 前， ザーバ温度よ も2 [℃]低い温度ま た時点 1本のガラス配管内の加熱部に位置 する液スラグにて沸騰の開始 観察さ た．Fig. 3-50にその時点の加熱部付近のガラス配管の様 子を示す．Test-H1の実験 見 たように，加熱部 の気泡発生後加熱部の温度 下 ，液 スラグと蒸気プラグ 加熱部か 冷却部へと移動後冷却部の温度 昇した．加熱部の温度
Test-H1と同 ように再び 昇するの 見 た．
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OHP 起動したのち熱平衡状態に至 たあと， ザーバ温度一定のまま 加熱部のヒータ発 熱量を増加させると， ザーバの液面 昇する一方 OHP内部の液体積 減少し蒸気体積 増加するの 観察さ た．Fig.3-51にヒータ発熱増加前後の加熱部付近の管内の気液の状態を示 す．Fig. 3-51(a) 熱負荷を増大させる前，Fig. 3-51(b) 熱負荷増大後を示している．Fig. 3-51(a)
に比 Fig. 3-51(b) 明 かに蒸気プラグの長さ 長く 個数も増加している． ザーバ温度
一定の状態 加熱部への熱負荷を4.5 [W]に下 た際の加熱部付近の管内 ， ザーバに近い 管か 徐々に液 増えてい ，さ に液量の増加 他の管へと伝搬して行 ているの 観察さ た．
3.6.2 ザーバ付 OHPの起動
加熱部温度 ザーバ温度付近ま 昇するま OHP 起動せ ，加熱部温度 ザーバ温 度に至 た時点 加熱部液スラグ内 沸騰 見 たという 3.6.1.3 項の ザーバ鉛直下向 方 向設置の実験結果か ， ザーバ付 OHPの起動の現象 次のようにして起 ると推測さ る．
ザーバ付 OHP ザーバを一定温度に保ちつつOHP 起動するま の間，OHP加熱部 の内圧 ザーバの制御温度に対応する飽和蒸気圧に支配さ ている．加熱部に存 する液スラ グの温度 その飽和蒸気圧における沸点つま 飽和温度を超え い限 沸騰 起 い．液 スラグ内 の沸騰 起 ると加熱部に近い蒸気プラグの圧力 高く ，液スラグ前後の蒸気プ ラグの間 保た ていた圧力平衡状態 局所的に崩 ，液スラグと蒸気プラグ 冷却部に向か て動 出す．OHP 起動する温度 OHPの管と液スラグの間の熱抵抗にも依存し，熱抵抗 大
け 液スラグ ザーバ温度に達するま 加熱部管温度 ザーバ温度を超えて 昇する とに る．沸騰後に加熱部の温度 下 るの ，伝熱面表面 沸騰 起 加熱部の伝熱面 ガ ラス管壁 の温度 下 るか あると考え る．加熱部付近の液スラグと蒸気プラグ 冷却 部へ輸送さ る と 加熱部の熱 冷却部へ輸送さ る．そうすると伝熱面温度 低く 飽和 温度か の過熱状態 抑え るため， とたびOHP 起動したのち 加熱部 の沸騰 停止 し，そ によ 伝熱面と作動流体間の熱伝達率 昇するため再び加熱面温度 飽和温度ま 昇するの いかと考え る．た し，OHP 起動後 気液の動 あ 仮に沸騰停止して いたとしても判 しにくく，OHP 起動直前 ある沸騰の開始 確認 た 沸騰の停止を明確 に確認する と 出来 か た．
3.6.3 ザーバによる液量調整の現象
VC-OHP起動後 ザーバ温度一定の状態 加熱部への熱入力を増大させるとOHP内部の液量
減少し ザーバ内の液量 増加するというTest-H2 見 た現象 以下に示す過程 起 る の いかと考え る．熱入力増加前をFig. 3-52(a)として，現象の過程をFig.3-52(a) ~ (c) に
示す． ，2.3.5項や 3.5.1項に述 たように，先行研究に従いOHP 起動していて気液
の動 ある場合，蒸気プラグ 壁面と接する部分に液膜 存 し，加熱部 液膜の蒸発 起 るとする．
1) 加熱部ヒータか 加熱部伝熱面(加熱部のOHP管壁)への熱流束 増大し，加熱部伝熱面の 温度 昇する．
2) 加熱部伝熱面か 加熱部に存 する蒸気プラグへの熱流束 増大するため蒸気プラグの内 圧 増加する．蒸気プラグの内圧 増加するの ，Fig. 3-52(b)に示すように蒸気プラグの壁面に 存 する液膜か の蒸発量 増えるため いかと考え る．
3) 一時的にOHP内部の蒸気プラグの圧力 ザーバ内圧よ も高く ，Fig. 3-52(c)に示す ようにOHP加熱部の液 蒸気プラグに押さ て ザーバへ移る．