潜熱蓄熱の性能向上のための直接接触溶融の研究

• 研究課題/領域番号: 06650232
• 研究種目: 一般研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 熱工学
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 斉藤 彬夫 東京工業大学, 工学部, 教授 (40020432)
• 研究分担者: 熊野 貴之 東京工業大学, 工学部, 助手 (30262299)
• 研究期間 (年度): 1994
• 研究課題ステータス: 完了 (1994年度)
• 配分額: 2,000千円 (直接経費: 2,000千円); 1994年度: 2,000千円 (直接経費: 2,000千円)
• キーワード: 熱工学 / 相変化 / 蓄熱 / 直接接触溶融 / 非定常過程 / 伝熱促進

研究概要

直接接触溶融は、自然対流や熱伝導による溶融に比べて、はるかに溶融速度が速いため、潜熱蓄熱カプセルの蓄熱速度を強く支配している。本研究は、接触溶融現象を基礎的に検討し、現象を支配する無次元パラメタの整理、非定常過程を含む数値解析を行うとともに、接触溶融の速度を可能な限り高める方策を示し、潜熱カプセルの蓄熱時における性能向上の方策を究明するものである。
伝熱板の物性値、形状を考慮にいれた上で支配方程式を整理することにより、接触溶融の挙動に影響を与える無次元パラメタを抽出し、これらを変化させて非定常過程の数値解析を行った。その結果、幾つかあるパラメタの中で、伝熱板の厚さおよび熱伝導率が、固液界面がみかけ上動かなくなる定常状態に達するまでの時間に大きく影響することが解った。また、定常状態に達してからは、従来の研究で示されているように、押付圧力と伝熱面表面温度が溶融速度を決定することを確認した。
また、面に細い溝を加工した伝熱面を用い実験を行った。その結果、溶融した液体が接触溶融界面から外部に流出しやすくなることで、溶融界面と伝熱面との間の液層の厚さが薄くなり、溶融を促進する効果があることを確認した。この時、伝熱板上の溝が多いほど高い熱流束が得られることが解った。
しかし、広範囲な条件のもとに実験を行ったところ、従来知られていない不安定な現象が確認されたが、そのメカニズムはよく解っておらず今後の課題である。