2021 Fiscal Year Annual Research Report
Thermal design and optimization of a low temperature exhaust heat recovery heat exchanger for marine engines by next generation low GWP working fluids
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20H02364
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| Research Institution | Tokyo University of Marine Science and Technology |
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Principal Investigator |
井上 順広 東京海洋大学, 学術研究院, 教授 (80251677)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
広瀬 正尚 鳥羽商船高等専門学校, その他部局等, 准教授 (50824207)
渡邊 和英 海上保安大学校(国際海洋政策研究センター), 国際海洋政策研究センター, 准教授 (90811000)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 低GWP / ミニチャンネル / 細径 / 熱交換器 / 排熱回収 / 凝縮 / 蒸発 / 伝熱性能 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、船舶搭載機器のみならず民生用エネルギー消費の6割を占める冷凍空調・暖房給湯需要の高効率・省エネ化にも応用できる新規に開発された高温用作動媒体であるR1233zd、R1234ze、R1336mzz、R1224ydおよびそれら混合作動媒体のミニチャンネル熱交換器内の凝縮・蒸発伝熱特性および圧力損失、流動様式などの基礎特性を把握し、流路構成・形状の最適化の指針を得ることを目的としている。
研究2年目である2021年度は、次世代低GWP作動媒体R1233zd、R1234ze、R1336mzz、R1224ydおよびその混合作動媒体の蒸発・圧力損失データの取得を行った。昨年度までの研究で取得したR245faやR245faを主成分とするR245fa/R134およびR245fa/R1234ze(E)混合作動媒体の平滑管・各種溝付管の凝縮・蒸発伝熱特性および圧力損失を基準値として、それらの代替候補である次世代低GWP作動媒体のミニチャンネル熱交換器内の凝縮・蒸発伝熱特性および圧力損失などの基礎特性を検討した。また、従来熱交換器の細径伝熱管内のデータ取得を同様の代替候補冷媒で行い比較し、積層型マイクロチャンネル熱交換器の優位性を実証し、流路構成・形状の最適化の指針の方向性を示した。
同時並行で伝熱特性とミニチャンネルの流路構成・形状との相互関係および物理現象を検証するための可視化セクションの製作・測定方法の確立を進めた。
（分担者１）作動媒体R245faおよびその代替となる次世代低GWP作動媒体R1233zd，R1336mzz，R1224ydを用い, 高温ヒートポンプシステムに積層型マイクロチャンネル熱交換器を使用した性能解析を行った。
（分担者２）比較基準の従来径管の流動可視化実験を行い、可視化方法について確率・計測した。また、代替冷媒の凝縮・蒸発実験に向けた実験装置の製作を進めた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
コロナ禍が継続し、分担者との連携が当初予定で想定したようには進んでいない。コロナ禍で出張・入構等の制約があるため本学の既存装置使用が困難であったことから、当初予定から変更してが分担者個々で実験検証が行えるよう装置の一部移設により実験装置製作を進めている。予算の関係もあり、装置製作が思うように進んでいないが、できる範囲で装置の製作改良を進め、同時に今後の比較対象とできるデータ等を既存装置で取得を行い、その解析・考察により国内の論文・学会発表等に注力している。
本学側では、昨年度の遅れを取り戻し、各種純冷媒および混合冷媒の凝縮実験を行った。可視化実験装置についても完成し、撮影・照明のノウハウなどを確立するところまでは進展した。
（分担者１）年度当初からコロナの影響により県外への往来ができず、東京海洋大学の実験装置を使用した研究が進められなかったため、海上保安大学校でも研究を遂行できる性能解析を行い、これまでに取得している実験結果の検証および今後の実験条件の検討を進めている。同時並行で性能解析結果を海保大内で単独で検証できるよう実験装置の製作を行っている。
（分担者２）コロナ禍で移動の制約から、東京海洋大学の実験装置を使用した研究が進められなかったため、鳥羽商船高等専門学校において比較基準となる従来径管や単管ミニチャンネル利用して研究を進めている。同時並行で単独で高専内で検証できるよう実験装置の製作を行っている。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度は、次世代低GWP作動媒体R1233zd、R1234ze、R1336mzz、R1224ydおよびその混合作動媒体の凝縮・圧力損失・流動様式データの取得を行い、伝熱特性とミニチャンネルの流路構成・形状との相互関係および物理現象の検証するを行う。(1)R1233zd、R1234ze、R1336mzz、R1224ydおよび混合作動媒体による実験の設定各種パラメータ・実験条件の検討 (2)各種実験条件による伝熱・流動可視化実験 (3)再現性の確認実験 (4)実験データの解析/考察・公表論文等の作成・発表 を予定している。
（分担者１）性能解析による各種冷媒ごとの実験条件の検討結果を整理するとともに、高温用ヒートポンプ実験装置の製作を継続して行い、各種冷媒毎の実験データの取得後は性能解析と実験の比較を行う。
（分担者２）比較用の従来径管の可視化実験を進めるとともに、圧縮式ヒートポンプ実験装置の製作を進め、各種冷媒ごとの実験データの取得後はデータ解析・考察等を行う。
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