ループ型並列熱サイフォンの熱伝達特性に関する研究

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これまで、伝熱機器での作動流体の振動はできるだけ避けることが推奨されてきたが、従来型の単管熱サイフォンは管内で大局的流動がほとんど無いため、限界熱量が低く、非凝縮性ガスの影響を受けやすい欠点があった。この両者の欠点を無くす方法として、沸騰時に発生する流体の振動を利用することを考え、熱サイフォンを2本並列に並べ、U字管を用い接合しループ状にした新しい概念の熱サイフォンを考えた。本研究ではこの熱サイフォンの熱伝達特性に関して実験的に調べ、高性能な伝熱素子を開発することを目的としている。特にこの熱サイフォンの特徴である大局的流量変動の影響が沸騰および凝縮熱伝達に与える影響を調べ、この熱サイフォンの伝熱性能評価を行うこととした。本年度は、ループ状二相熱サイフォンを製作し、その熱伝達特性全般にわたって、物性値の大きく異なる2種類の作動流体(水およびエタノール)を使用して実験的に調べるとともに、性能比較のため一般的な単管型熱サイフォンの実験も行い、以下の知見を得た。ループ型熱サイフォンは、単管の場合と比較して、蒸発郡温度分布はより均温になり、その熱伝達率はほぼ同じとなった。非凝縮性ガスを含まない場合、最大熱流束は単管型に比べほぼ3倍の値が得られ、最大熱輸送量に関しては顕著な伝熱促進が図れることが明らかとなった。流体振動が凝縮熱伝達に与える影響は、作動流体が水の場合は無視でき、一方エタノールの場合は、熱伝達が促進される方に作用する。自立的振動流れにより、非凝縮性ガスによる凝縮熱伝達劣化の改善を期待したが、劣化の改善は見られず、熱伝達率は単管と比べ悪化した。また、ガスを含む場合、最大熱流束は含まない場合の30%まで減少することが明らかとなった。