次世代冷媒の流下液膜蒸発の熱伝達と流動特性に関する基礎研究

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満液式蒸発器に比べて冷媒使用量の削減が期待でき，低熱負荷条件でも優れた蒸発熱伝達特性が期待できる流下液膜式蒸発器において、冷媒の熱伝達および流動特性は冷媒流量，熱流束，冷媒物性等によって大きく変化する．流下液膜式蒸発器の熱設計のためには冷媒の熱伝達に及ぼす冷媒流量，熱流束，冷媒物性の影響を明らかにするとともに，熱伝達特性を高精度に予測する手法が必要となる．本研究では流下液膜の流動様相の可視化および伝熱実験により，環境負荷の小さい次世代冷媒の流下液膜蒸発の熱伝達および流動特性の実験的解明を目指す．2022年度は，地球温暖化係数の小さいHFO1234ze(E)を主とする2成分混合冷媒を対象に，水平管外を流下する液膜の蒸発流動様相の観察を行うとともに，熱伝達特性に及ぼす冷媒流量，熱流束の影響について明らかにした．混合冷媒の熱伝達率は，熱流束の増加に伴い気泡の発泡点密度が増加し，純冷媒と同様に増大した．露点と沸点の異なる混合冷媒の熱伝達率は，熱流束が高い場合には純冷媒に比べて低い値を示したが，熱流束が低い場合には純冷媒と同等あるいはわずかに高い値を示した．さらに，気液界面の表面波，気泡の生成・崩壊，液膜の消失を伴う乾き部の発生の様子を観察可能な垂直平面を流下する液膜流動様相の可視化および伝熱評価装置を製作し，HFO1234ze(E)の液膜流動様相の可視化および熱伝達特性に及ぼす冷媒流量，熱流束の影響について明らかにした．高熱流束条件では気泡サイズが増大し熱伝達率が増大するものの，冷媒流量が小さい場合には乾き部が発生し熱伝達率は低下した．