水平霜層の熱放射による上部融解に関する基礎研究

概要

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冷蔵庫や空気熱源ヒートポンプの蒸発器などに見られる低温熱交換器伝熱面上に発展する霜層は、伝熱面積の減少、霜層成長による熱抵抗および通風抵抗の増大をもたらした、熱交換器の性能を大幅に減少させる。したがって、熱交換器性能維持のため、除霜運転が必要となる。従来より行われている除霜方式には、冷凍サイクル方式（逆サイクルホットガス方式、バイパス方式、蓄熱方式）および非冷凍サイクル方式（伝熱方式、水・プライン噴射方式、機械的除去方式）に分類される。逆サイクルホットガス方式が一般に普及しているが、除霜運転時の冷却停止による機能性の低下、投入するエネルギーに対して実際の霜層融解に使われるエネルギー割合が小さいことによる経済性の問題そして除霜運転の繰返しによる冷凍機寿命の低下などさまざまな弊害を生じている現状にある。逆サイクルホットガス方式による蒸発部熱交換器の除霜は、四方弁を切り換え、蒸発部を凝縮部として働かせ、着霜伝熱管内部に導いたホットガスにより伝熱面を昇温し、除霜を行うもので、除霜時間の短縮に関する試みがなされている。さらに熱交換器内冷媒の流動停止または冷媒を排出した場合における冷却面の霜層を周囲環境による自然融解条件での除霜実験報告されているが、除霜完了まで長時間を要する結果となっている。また、微細な砂粒子の流動層により強制的に着霜円管群の除霜を試みている例もあるが、融解水の粘着力による粒子の伝熱面への固着そして流動層状態を得るための多大なエネルギー投入の問題などがあるこのように、従来の除霜方式には、さまざまな解決しなければならない問題点があるように思え、また新しい除霜方法に関する研究も非常に少ないようである。本研究においては、霜層が赤外線エネルギーを非常に良く吸収するとの報告に着目し、霜層表面へ放射熱エネルギーを外部より入射させ、霜層の融解を試みるものである。提案する除霜方法は加えた放射熱エネルギーの大部分が霜層の融解に使われるのと着霜熱交換器を冷却した状態で除霜を行える大きな特徴を有するものと思われる。本研究は、放射熱エネルギーによる霜層融解に関し、融解現象を主体とした実験を行ったもので、放射熱源の波長特性、放射強度、周囲環境条件などの外部条件と霜層の構造（密度、高さなど）および化学的特性（吸収率、反射率、透過率）などの霜層自体の特性の相互干渉効果を検討したものである。また、基礎研究の立場より、最も単純なモデルである水平冷却面に形成された霜層に上部より放射熱エネルギーを与えた場合の霜層融解（融解水を排除しない条件）を研究対象としてある。The paper presents a new defrosting method in which a frost layer is melted away by radiative heat as a heat source. The optical characteristics of the horizontal frost layer (reflectivity, transmissivity, absorptivity) are obtained under various frost melting conditions. The far-infrared lamp having a maximum wavelength of 5.5μm is selected as the optimum radiative heat source for the melting frost. The frost layer melting experiments with radiative heat are carried out under various exvironmental parameters (radiative heat flux, environmental air temperature, air humidity, cooling brine temperature) and frost structural factors of density and porosity. The useful dimensionless equations for predicting the time taken for complete frost melting are derived as a function of various frost melting parameters.
一般社団法人日本機械学会の論文
1992-11-25

水平霜層の熱放射による上部融解に関する基礎研究

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