着霜を伴う熱・物質伝達並びに除霜の機構とその制御に関する研究

1990 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 63420029
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 相原 利雄 東北大学, 流体科学研究所, 教授 (90006172)
• 研究分担者: 金 柱均 東北大学流体科学研究所, 助手 (00214859) ; 神山 新一 東北大学流体科学研究所, 教授 (80006171) ; 大場 利三郎 東北大学流体科学研究所, 教授 (40006169) ; 島 章 東北大学流体科学研究所, 教授 (30006168) ; 山川 紀夫 岩手大学, 工学部・資源化学工学科, 教授 (50005295)
• キーワード: 着霜 / 除霜 / 凝縮 / 熱伝達 / 物質移動 / 流動層 / 固体粒子 / 衝突噴流

研究概要

1.着霜および凝縮を伴う熱・物質伝達と霜生成の研究(主として岩手大学で実施)
垂直平行平板間に湿り空気を流し、乾球温度・湿度・気流速度および冷却面温度を種々に変え、霜層の厚さと付着量、伝達熱量の経時変化を実測し、下記の結果を得た。
i)気流の温度や速度の増加と共に霜層は厚く、かつ付着量も多くなり、時間経過とともに霜の付着量は直線的に増加するが、霜層厚さの増加率は減少傾向にある。ii)着霜過程の熱伝達率は、霜層による伝熱面積の増加、境界層の乱れ、および熱と物質伝達の相互干渉により、純熱伝達に比べ、かなり高い値を示す。
2.流動層中の冷却管群からの熱・物質伝達と除霜機構の研究(主として東北大学で実施)
前年度まで用いた極浅層型流動層に大幅な改良を加え、固気衝突噴流効果が顕著なジェット分散板を開発した。この新分散板と平均径1.6mmのガラスビ-ズを用いた極浅層型流動層について、冷媒温度を-7〜-30℃の低温に保ち、外径20mmの円管群の冷却並びに除霜実験を行い、下記の結果を得た。
i)高速ビデオをによる可視化実験によれば、新タイプの分散板が生じる固気衝突噴流は、円管外周の着霜を効果的にはぎ取ることがわかった。ii)冷却管内の冷媒温度を-30℃まで下げて局所熱伝達率と着霜面積率の測定を行い、空気温度、管表面温度、粒子の静止層高、分散板の位置、スタビライザ-の有無などが除霜能力と伝熱特性に及ぼす影響を明らかにした。iii)レ-ザ-流速・粒径システムを用いて伝熱面から剥離された霜粉の粒度分布を測定した。iv)従来、達成し得なかった高湿・低温域での無着霜連続運転の新記録を樹立した。

研究成果

• [文献書誌] T.Aihara,S.Maruyama,M.Hongoh,et al.: "Heat Transfer from High Tempereture Gases in a Very Shallow Pressu FluidizedーBed" Reports of Energy Conversion and Utilization with High Efficiency. 1. 35-40 (1990)
• [文献書誌] 北野 仁,相原 利雄,下山 利幸,金 柱均: "極浅層流動層熱交換器の実験的研究" 第28回日本伝熱シンポジウム講演論文集. (1991)
• [文献書誌] 宝田 充,泉 正明,山川 紀夫: "強制対流下における湿り空気からの熱および物質移動に関する研究" 化学工学論文集. (1991)
• [文献書誌] 池田 修司,山川 紀夫: "湿り空気からの膜状凝縮時の液膜表面温度測定" 平成3年度化学工学会関東支部米沢大会. (1991)
• [文献書誌] 相原 利雄,鈴木 和弥,金 柱均,笠原 敬介: "細径クライオプロ-ブにおける液体窒素の微細噴流沸騰熱伝達" 日本機械学会論文集. 57. (1991)