不溶性混合冷媒による凝縮熱交換器の高性能化

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中小温度差サイクルの効率向上において,有機一水系混合冷媒の使用が考えられる.本研究は,二成分不溶性混合冷媒の凝縮熱伝達を,伝熱面形状・姿勢,混合蒸気の種類・組成,および操作条件(温度差,圧力,流速)などと関連づけて追究するものであり,今年度は水平円管を対象に以下の成果を得た.(1)平滑管での凝縮と熱伝達 凝縮形態は,有機膜と水滴からなる膜滴混在型が基本となる.前者は巨視的には単成分の膜状凝縮と類似のものとなるが,付着水滴は成長した後,やがて表面を離脱・流下する.この滴の離脱は,温度差△Tが小さい場合には重力の効果が最大となる円管側面の位置が離脱点となるが,△Tの増加によりそれは管の上部側に移行する.熱伝達率は,温度差の増加とともに,水滴の離脱頻度が高くなるため,間欠的な掃除作用による表面の更新が実現され,これにより伝熱促進率が増加し,最大値をとった後,ある一定値に漸近する傾向を示す.(2)フイン付き面での凝縮と熱伝達 有機液膜流に壁面に滴状に付着する水滴の動挙動が加わったものとなる.フィン先端部(凸部)付近で凝縮付着した徴小水滴はある大きさまで成長すると,フィン側面間の滴同志が干渉合体して溝部を覆い,やがて離脱流下し凝縮面を更新する.熱伝達率は,表面積の増加,表面張力にもとづく液排除に加えて付着滴の離脱による掃除効果のため,平滑管に比してさらに伝熱が促進される.フィン形状・寸法の違いに対しては,比較的ピッチが大きいものほど,付着滴の掃除効果が優れているため熱流束がより大きくなる傾向を示す.