柔軟性のある樹脂製細管を熱交換部に用いた氷蓄熱槽の開発

研究目的:近年,空調機器の普及に伴う,昼夜間における電力需要格差が問題である.この格差是正のため,蓄冷熱を昼間の空調に利用する氷蓄熱システムが使用されている.しかし,従来は熱交換器部が金属製のため氷の成長にともなう破損事故の問題があった.そこで本研究では,柔軟性のある樹脂製の細管を熱交換器の伝熱面に用いた氷蓄熱槽の開発を目的とする.研究方法:細管サイズや配列,細管本数を変更した数種類の蓄熱槽を用いてブライン流量を変えた実験を行い,基本性能の評価を行う.また,蓄熱槽の性能を予測するため,流体流速,温度成層,氷の生成に関する熱流動解析を行い,システムの設計につながる基礎データを収集する.研究成果:凝固過程では,テストした全ての樹脂製細管において氷の生成量は時間にほぼ比例し,ブライン流量を増加させると氷生成速度が増加するが,ある流量以上になるとほとんど差が見られない.細管の厚さは薄いほど速く氷を生成する.管内径は大きくなると氷生成速度が増加するが,その増加割合は小さくなる.また,カメラ画像より,細管の上部と下部の氷厚さを比べても大きな差はないことが観察された.これは樹脂製細管では管の熱抵抗が金属に比べて大きく,氷生成速度が遅いためである.金属管のように,隣り合う細管で生成された氷が上部で閉塞してしまい,氷生成を中断するといった問題が起こりにくく,IPF(氷充填率,固相率)を高く取ることが出来る.また,実験で測定した氷生成量,氷生成速度ならびにブラインの出入口温度について,数値解析結果と実験結果はよく一致しており,解析モデルの有効性を確認した.これにより,仕様に合わせた最適細管サイズの検討が可能になると考えられる.

研究目的:近年,空調機器の普及に伴う,昼夜間における電力需要格差が問題である.この格差是正のため,蓄冷熱を昼間の空調に利用する氷蓄熱システムが使用されている.しかし,従来は熱交換器部が金属製のため氷の成長にともなう破損事故の問題があった.そこで本研究では,柔軟性のある樹脂製の細管を熱交換器の伝熱面に用いた氷蓄熱槽の開発を目的とする.研究方法:細管サイズや配列,細管本数を変更した数種類の蓄熱槽を用いてブライン流量を変えた実験を行い,基本性能の評価を行う.また,蓄熱槽の性能を予測するため,流体流速,温度成層,氷の生成に関する熱流動解析を行い,システムの設計につながる基礎データを収集する.研究成果:凝固過程では,テストした全ての樹脂製細管において氷の生成量は時間にほぼ比例し,ブライン流量を増加させると氷生成速度が増加するが,ある流量以上になるとほとんど差が見られない.細管の厚さは薄いほど速く氷を生成する.管内径は大きくなると氷生成速度が増加するが,その増加割合は小さくなる.また,カメラ画像より,細管の上部と下部の氷厚さを比べても大きな差はないことが観察された.これは樹脂製細管では管の熱抵抗が金属に比べて大きく,氷生成速度が遅いためである.金属管のように,隣り合う細管で生成された氷が上部で閉塞してしまい,氷生成を中断するといった問題が起こりにくく,IPF(氷充填率,固相率)を高く取ることが出来る.また,実験で測定した氷生成量,氷生成速度ならびにブラインの出入口温度について,数値解析結果と実験結果はよく一致しており,解析モデルの有効性を確認した.これにより,仕様に合わせた最適細管サイズの検討が可能になると考えられる.