凍結促進及び抑制効果を有する熱伝導体による蓄熱システムの動的効率向上

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本研究は,低温伝熱面に数枚の熱伝導体を設置するだけで著しい凍結促進又は抑制効果が得られることに着目し、これを製氷熱交換器に適用して凍結量を抑制しその熱交換効率を改善することを目的に,その基礎資料を得るためのものである.流れを伴う冷却平板上に適当な隙間を設けて熱伝導体を設置した場合の,冷却平板上の凍結促進と抑制について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おいては冷却平板上に設置した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,冷却平板上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冷却平板上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,熱伝導体と冷却平板との隙間の大きさおよび熱伝導体高さ,水の流速,冷却平板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かにし,熱伝導体を凍結促進体として用いる際の最適条件を明かにした.3.熱交換器としての効率改善の検討冷却平板上に適当なサイズの熱伝導体を設けることにより,冷却平板上に生成される凍結量を促進し,さらに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平板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,蓄熱システムにおいて高い熱交換効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.