2016 Fiscal Year Research-status Report
形状を変更したマイクロ翼型チューブによる高性能ヒートポンプ用熱交換器の開発
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16K06111
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| Research Institution | Kanazawa University |
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Principal Investigator |
大西 元 金沢大学, 機械工学系, 助教 (80334762)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
多田 幸生 金沢大学, 機械工学系, 教授 (20179708)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 熱交換器 / 翼型チューブ / 熱伝達 / 形状変更 / 冷凍空調 / ヒートポンプ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
省エネ技術の代表格であるヒートポンプ技術のさらなる高性能化・高効率化は，エネルギー有効利用の観点からますます重要となっている．それゆえ，ヒートポンプの構成要素である気液熱交換器の小型・高性能化に向けた研究が必要となる．そこで本研究では，形状を工夫したマイクロ翼型チューブ熱交換器を提案し，気相側の伝熱性能を向上するために形状変更に伴う各パラメータの及ぼす影響を追究する．また，マイクロ化に伴う冷媒用流路は細径化が必要となるので，冷媒側細径流路内の相変化伝熱特性に対する検討を行う．そして，高効率コンパクトヒートポンプ技術を確立するための知見を得ることを目的とする．本年度は，まずは形状の工夫として，フィンアンドチューブ熱交換器の代わりにマイクロ翼型チューブを利用するフィンアンド翼型チューブ熱交換器を提案し，その基礎特性の把握を目的とした検討を行った．そして，気相側伝熱性能のさらなる向上を目的に，各種パラメータが伝熱特性に及ぼす影響を数値解析的に詳細に検討した．その結果，翼型チューブを利用すると性能向上することが明らかとなった．また，マイクロ翼型チューブを模擬できると考えられるマイクロフラットチューブを利用した熱交換器の冬季暖房運転時における気相側着霜伝熱特性を実験的に評価し，耐着霜性向上に向けた有用な知見を得た．さらに，マイクロ翼型チューブの冷媒側の相変化を伴う熱流動特性を把握するために，チューブ内微細冷媒流路を模した２本のステンレス管に，異なる熱流束を与えた場合の冷媒分配質量流束と圧力損失，蒸発熱伝達率の関係を実験的に評価した．その結果，異なる熱流束を与えた場合，熱流束比の増大に伴い圧力損失は低下することが明らかとなった．さらに，熱流束比の増大に伴い高熱流束側の管は質量流束が低下し，クオリティの変化が大きくなることが分かった．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の計画通り，提案したマイクロ翼型チューブ熱交換器の気相側の伝熱性能をさらに向上すべく，形状変更を含めた各パラメータの及ぼす影響に関する数値解析的検討を行い，十分な成果が得られた．また実験的検討を行う準備を整えた．さらに，冷媒側の細径流路内二相流の相変化を伴う熱流動特性を実験的に評価できる装置を製作することができ，さらにはそれを利用して冷媒側の伝熱基礎特性の把握ができた．そして，次年度に十分な成果が得られる準備ができたので，ほぼ当初の予定通りに進展しているといえる．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成２９年度は前年に引き続き，マイクロ翼型チューブ熱交換器の気相側の伝熱性能を向上するために新たな方策を提案し追究を行う．また，前年度得られた着霜下におけるマイクロチューブ熱交換器の伝熱特性を応用し，耐着霜性の向上を目指す．さらに，翼型チューブの細径流路内冷媒の相変化を伴う熱流動特性を実験的に評価し，内径が異なる並列の流路と内径が同じそれにおける特性の違いを把握する．具体的には，内径が異なる細径流路に異なる熱流束を与えた場合の気液二相流凝縮・蒸発熱伝達特性と圧力損失特性について実験的に検討する．さらに，マイクロスコープやハイスピードカメラといった可視化装置を組み合わせて冷媒の相変化挙動を観察し，マイクロスケールにおける流量・熱流束条件と流動様相の関係を評価する．
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