固・気・液三相流動層を用いる高効率伝熱機構に関する研究

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1.固・気・液三相流動層型熱交換装置の製作試験部、供試水溶液循環系、および空気循環系よりなる実験装置を製作した。三相流動層を実現させるための作動流体として空気を用いた。試験部底部には分散板を設け、安定した孤立空気泡が供給されるようにした。試験部は、270mm×240mm×90mmの透明アクリル製容器で、前面は層内観察のためペアガラスを使用した。単管の場合には、加熱管を分散板上100mmの位置に水平に、管群の場合には3段千鳥配列(φ20mm加熱管11本、ピッチ50mm)の中心管が単管の場合と一致するように配置した。2.固・液二相静止層内加熱管周りの融解と熱伝達恒温室内に6ケ月以上保存した、微細氷球(約φ1mm)とエチレングリコ-ル水溶液の混合によりリキッドアイスを作成した。氷充填率(I.P.F.)は62%とした。時間の経過とともに、融解とともに、融解は水平方向に顕著であり、これは一般の氷やPCMの融解挙動と全く異なることがわかった。また、融解領域内に成層が存在し、この発生、移動、あるいは消滅により、加熱管周囲の熱伝達は大きな影響を受けることがわかった。加熱管周りの平均熱伝達率は、時間の経過とともに急激に低下し、その後融解領域内に対流が発生することにより増加することが、その後ほぼ低い一定の値を取ることがわかった。加熱管径、初期水溶液濃度の効果も検討した。3.固・気・液三相流動層内単管および管群よりの融解熱伝達三相流動層の場合、気泡が次々と連続して加熱管に衝突し分裂して上昇する。このとき、氷粒子は気泡に随伴して上昇することが観察された。氷の充填率が25%(実験開始時62%)になるまで、熱伝達率はほぼ一定に保たれ、しかもその値は、固・液静止層の場合の約20〜26倍に達することがわかった。また、熱伝達率は、熱流束および吹き込み空気量が大なるほど、加熱管径および初期水溶液濃度が小なるほど大きくなる。