凍結抑制効果を有する伝熱促進体による冷水チラ-熱交換器の高性能化

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本研究は,冷水チラ-熱交換器の冷却管周りに生成する氷による熱交換効率の低下の改善と,冷凍機の冷却負荷の低減を図ることを目的とし,その一手法として熱伝導体を用いた凍結の抑制を行うための基礎資料を得るためのものである.凍結の抑制には冷却管との間に隙間を有する円盤状の熱伝導体を用い,単管周りの凍結実験と解析によりその効果を調べ以下の知見を得た.1.解析手法の確立および解析結果と実験結果との比較本解析においては冷却管周りに設けた円盤状の熱伝導体による凍結層内の伝熱量を求めるために,数値計算を用い熱伝導体と直角に位置している伝熱面との間の伝熱量を求め,それらの位置関係と伝熱量の間の関係式を導出した.その結果を用いて準定常法により解析を行った結果,冷却管周りの凍結量は実験結果と良く一致する結果が得られ,熱伝導体を設置した単管周りの凍結量を求める解析手法を得た。2.定常状態の凍結量に与える熱伝導体の効果凍結量が熱伝導体のない場合に比べて促進されるか抑制されるかは,熱伝導体と冷却管との隙間の大きさおよび熱伝導体外径,周囲の水の流速,冷却管と水の温度比の関係により決定される.その限界条件を本研究により明らかにし,凍結抑制効果として熱伝導体を用いる際の最適条件を明らかにした.3.熱交換器としての効率改善の検討冷却管周りに適当な形状の熱伝導体を設けることにより,管周りに生成される凍結量を抑制し凍結層内の熱抵抗を低減できるのに加えて,熱伝導体により,さらに多くの熱を水から冷却管に伝えることができることを明らかにした.以上により得られた知見は,冷水チラ-熱交換器において高い熱交換率を持続できることを意味しており,高性能化につながる基礎資料を得た.