濃度差マランゴニ凝縮によるローレンツサイクル高性能化の基礎研究

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二成分蒸気の一部では、凝縮液表面の不均一温度分布に起因して、濃度・表面張力分布が生じ凝縮液表面に凹凸が生起する。そのような濃度差マランゴニ現象の出現する組合せとして水-エタノール系を選び、広い濃度範囲にわたる凝縮伝熱特性を実験的に明確にし、ローレンツサイクルの高性能化のための基礎資料を得ることを目的として本研究では以下の結果が得られた。1.二成分蒸気凝縮の伝熱特性測定用実験装置の改良・製作、すなわち、実験装置の蒸気ループ(蒸気発生器、凝縮室、伝熱ブロック、脱気装置)、冷却ループのうち伝熱ブロックを製作し、測定を行った。2.上記の実験装置を用いて、広範囲な濃度領域の凝縮熱伝達特性曲線の測定を行い、凝縮特性曲線固有の熱伝達率の最大値は蒸気濃度に大きく依存し、エタノール質量分率が0.06程度で最大となる結果が得られた。3.凝縮熱伝達特性曲線を支配する主な因子として初期液膜の分裂する間隔を表す最小液滴間隔と伝熱面上の最大滴を代表する離脱液滴直径の変化を高速度カメラにて追跡し、それらの変化特性を実験的に明らかにした。その結果、熱伝達率の極大値付近の表面過冷度域で最小液滴間隔および離脱液滴直径とも最小値を示すことから、凝縮液の伝熱抵抗は液滴寸法の減少と液滴の形状がより球形に近づくことにより減少していると結論された。4.以上の検討のうち特に上記第2項の結果から、本減少は近いエタノール濃度域において極めて良好な伝熱性能を有することから、濃度差マランゴニ現象のローレンツサイクル等の気液二相サイクルへの適用が有効と考えられた。