2013 Fiscal Year Annual Research Report
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24760169
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
仮屋 圭史 九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (80551895)
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| Keywords | 伝熱機器 / 超臨界圧流体 / プレート式熱交換器 |
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| Research Abstract |
ヒートポンプ(HP)は，ボイラに代表される熱源機器に代わり，90℃程度の熱源供給機器（給湯器）として 民生界で普及しつつある．一方，産業界では，130℃程度の高温熱源の需要も多い．しかしながら，高温熱源供給に対応したHPの開発事例は少なく，高性能HPの開発は重要課題である．申請者らは，高温HP用熱交換器の高性能化のためプレート式熱交換器(PHE)の利用に着目した．PHEは，主として液単相流の高性能熱交換器として知られている．高温HPでは，冷媒を超臨界圧で作動させることが必要である．超臨界圧流体は，擬臨界点近傍で急激な物性変化が生じるため，亜臨界圧の単相流体と比して伝熱特性は複雑である．このため，超臨界圧流体での研究例は極めて少なく，PHEの伝熱促進メカニズムも明らかでない．本研究では，PHE内超臨界圧流体の伝熱特性の把握による高性能PHEのプレート形状の提案を目的とし，以下の事項に取り組んだ．まず，基礎実験データの取得を行い，従来の実験データの補完を実施するとともに，同一のプレート式熱交換器における他の流体 (HCFC22) での伝熱試験を実施した．その結果，超臨界圧流体におけるプレート式熱交換器の伝熱特性が明らかとなり，本研究で用いたプレート式熱交換器は，同一の等価直径の円管と比べ，7-11倍程度の高い熱伝達率を示すことが明らかになった．また，プレート式熱交換器の熱伝達率は，超臨界圧流体においても，熱交換器内部の物性値変化の考慮により，簡易な Dittus-Boelter 型の整理式で予測可能であることを明らかにした．さらに，プレート形状による流体の分離・混合効果により，円管の場合と比べてかなり小さいレイノルズ数 (400程度) まで乱流状態が維持されることが明らかになった．
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