相変化スラリーによる熱回収機能を備えた換気ユニットの開発

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12875038
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 川南 剛 北海道大学, 大学院・工学研究科, 助手 (20281793)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山田 雅彦 北海道大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (70230480)
• Keywords: 熱回収 / 蓄熱 / 潜熱輸送 / 熱交換器 / 相変化 / 固液二相流

Research Abstract

1.相変化スラリーの流動ならびに凝固・融解挙動の観察
流路内各所を流れるスラリーの流動・伝熱挙動を観察するための可視化実験装置を製作し,流速の変化に伴うスラリーの流動挙動の変化,および熱交換に伴う凝固・融解挙動の変化等をスティルカメラおよびビデオカメラを用いて撮影した.
2.熱交換ユニットによる熱回収実験の遂行および諸因子の効果の検討
昨年度において制作した,熱回収実験装置を用いて,熱回収特性の把握を目的とした実験を行った.実験では,相変化スラリーの固相率,熱交換時の空気流速,空気温度ならびに湿度等を実験パラメーターとして変化させ,ユニットの熱回収および熱交換特性,相変化スラリーの流動特性,換気特性等を詳細に検討した.また,ビデオカメラにより撮影された,相変化界面近傍の熱伝達および流動挙動から,相変化界面近傍でのミクロな相変化メカニズムを詳細に把握し,熱回収・熱交換実験で得られた結果との比較検討を行った.
3.研究成果の総合評価および特筆すべき点
(1)流動挙動の観察を行った結果,氷粒子に働く浮力の影響により,特に低流速条件において固相粒子は流路上部に堆積し,流路内において局所的な固相率(氷充填率)分布が生ずることが明らかとなった.
(2)試験部加熱面での熱伝達特性は,流路内の局所的な固相率分布の影響を強く受け,固相粒子が堆積し接触融解となる領域において,熱伝達率が高くなる傾向が認められた.
(3)液相に疎水性液体であるシリコンオイルを用いたスラリーにおいては,氷粒子の融解液とシリコンオイルの間に働く界面張力により,ミクロな流動挙動が影響を受けるため,一般的な氷-水系のスラリーとは異なる融解現象が観察された.
(4)熱回収実験の結果より,周囲空気に比べスラリーの熱容量が格段に大きいため,空気側の熱伝達率がユニット全体の熱交換特性に大きな影響を及ぼすことが明らかとなった.