| 研究概要 |
本研究は,主に吸着式冷凍サイクルの吸着剤熱交換器を対象として,発熱・吸熱反応を伴う粒子充てん層内の熱および物質移動の一般的な特性を明らかにし,その予測モデルを確立することを目的としている.ゼオライト13XおよびシリカゲルAの水蒸気吸着粒子充てん層における吸着過程の実験と有効熱伝導率の測定を行うとともに,物理モデルに基づく数値解析を行って,以下の成果を得た.
1.吸着速度は,層厚さが厚いほど低下する.また,吸着速度の大きいゼオライトでは,粒子径が小さい場合に,吸着速度の低下がみられる.これらの吸着速度の低下は,主に層内の熱伝導の抵抗によるが,吸着初期段階では,粒子間の物質移動の抵抗も無視できない.単位伝熱面積あたりの吸着量は,反応開始後の長い時間にわたって,比較的厚い層で最大となる.これは,吸着速度は幾分小さいが,充てん量が多いことによる.粒子を接着剤で成形した結合層の吸着速度は、粒子層と比べて,層の有効熱伝導率の増大により,過程後半部で改善される.吸着量の時間変化を無次元表示することにより,粒子径,層厚さおよび粒子層と結合層の違いによらず1本の曲線で表すことができる.
2.吸着剤粒子充てん層の有効熱伝導率は,吸着に伴う粒子の熱伝導率の変化を考慮して,HayashiらおよびBauer-Schlunderのモデルで比較的良く予測できる.
3.フィン面上のゼオライト結合層における吸着速度は,フィン内の熱伝導を層内のフィン高さ方向に生じる吸着速度の分布を連成して解くことにより,定量的に予測できる.
4.関与する種々の要素過程を考慮した詳細な物理モデルを構築して,数値計算を行った.その結果,本モデルは実験データの示す傾向を良く再現しており,一般に吸着剤粒子充てん層の熱および物質移動の特性を定量的に評価できるものと考えられる.
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