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本研究では、太陽シミュレータを利用した矩形流動層の集光集熱実験と、連続供給・排出式流動層に関する可視化実験と数値解析を行なった。
太陽シミュレータによる実験では、三本の空気供給管を内部に設置した石英砂流動層に集光照射し、空気供給量をそれぞれの管によって変化させることで、粒子層に組織的循環を起こして集熱を加速することを目論見た。この実験では、空気供給量のパターンによる集熱特性の変化を検討するため、比較的低温の範囲で実験を行なった。空気流量が少ないとき、粒子層の上部の温度が高く、下部の温度は低くなり、温度差が顕著である。しかし、空気流量を大きくすると、粒子層内の温度が一様化する傾向があり、流動したかどうかを確認することができる。三本の管からの全流量を横軸によって、縦軸に流動層内の平均温度をとったところ、流量を4対5対6に設定した場合の平均温度がそれ以外の場合よりも高くなる条件が確認できた。したがって各管の流量に差を与えることの有効性が示された。
可視化実験では、入口と出口にそれぞれループシールを設置した二塔式流動層を考案して実験に供した。実験では、流動層の下部に設置した分散板から空気を供給しながら、なおかつフィーダーによって入口側ループシールに粒子を連続的に供給した。このような実験によると、連続的に入口側ループシールに供給した粒子は二塔部に移動し、組織的な循環を示し、さらに出口側ループシールに移動し、オーバーフローして流動層から排出された。これらの流動状況を動画としてカメラで記録し、粒子の排出の有無と循環方向を区別するフローマップを作成した。
このように、本研究では、粒子の組織的循環が集熱特性に及ぼす影響を調査し、新型の連続供給式流動層を開発することで、流動層式ソーラーレシーバの実現に向けて知見を積み重ねた。
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