熱放射による傾斜霜層の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の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、熱交換器の性能を大幅に減少させる。従って、熱交換器性能維持のため、除霜運転が必要となる。しかし除霜方式として一般に普及している逆サイクルホットガス方式は、除霜運転時の冷却停止による機能性の低下、投入するエネルギに対して実際の霜層融解に使われるエネルギ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り返しによる冷凍寿命の低下など様々弊害を生んでいる現状にある。このように、逆サイクルホットガス方式には様々な解決しなければならない問題があるため、著者らは新しい除霜方法として放射線熱エネルギにより霜層を融解する方法を提案した。前報においては、霜層の放射特性について着霜および霜層融解過程における霜層の吸収率、反射率および透過率を定量的に明らかにするとともに、広範囲にわたる波長帯を有する放射熱源を用いて霜層の放射特性を測定し、赤外線領域で長波長ほど霜層の吸収率が大きいことを明らかにした。また、得られた知見をもとに、放射熱源として遠赤外線熱源を選定し、水平霜層を上部より融解させた場合の周囲環境条件（放射熱エネルギ強度、周囲空気温度、冷却ブライン初期温度）並びに霜層構造（空隙率）の変化による霜層融解（融解水を排出しない場合）に及ぼす影響を実験的に解明した。しかしながら、実際の着霜面は様々な姿勢をもつもので、着霜面の姿勢によっては、融解水の排出などが起こり、放射熱エネルギによる霜層融解に複雑さをもたらすことが予想される。本論文では、冷却面姿勢検討の上で、最も基本的構造である冷却平板上の着霜層を様々に傾斜させた場合の放射熱エネルギによる融解現象を、放射熱エネルギ強度周囲環境条件、霜層の構造を実験因子として検討したものである。さらに、本研究では、放射熱エネルギによる霜層融解終了時間の短縮を目的として、冷却部熱容量の影響（着霜面冷却ブラインの有無そして冷却面背後の断熱条件）をも検討に加えてある。This paper deals with a new defrosting method in which a frost layer is melted by radiative heat energy as an energy source. The far-infrared radiative heat energy having a maximum wavelength of 5.5 μm is selected as the optimum radiative heat energy source for melting of the inclined frost-layer. The inclined frost-layer melting experiments using the radiative heat energy with a discharge of melted water on a cooling copper plate are carried out under various environmental parameters (inclination angle of frost-layer, radiative heat energy flux, air temperature, cooling brine temperature) including porosity of frost-layer as a frost structural factor. The dimensionless correlation equations which predict the time taken for complete frost-layer melting are derived as a function of various nondimensional frost-layer melting parameters.
1993-11-25

熱放射による傾斜霜層の融解に関する基礎研究

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