温空気泡群と潜熱マイクロカプセルとの直接接触熱交換による蓄熱特性

概要

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従来より、顕熱蓄熱材として使用されてきた水に代わり、水に分散相として固－液潜熱蓄熱材を混合した機能性熱媒体と呼ばれる輸送性に富む蓄熱材混合水が開発され、新たな蓄熱媒体としての利用が注目されている。この種の機能性熱媒体の典型的なものとして、氷水スラリー、そして熱媒体としての水又は水溶液に炭化水素等の潜熱蓄熱材を微細化し、分散混合したものがある。後者の具体例として、潜熱蓄熱材である微細化したパラフィン粒子を界面活性剤により水又は水溶液中に分散混合した Oil/Water 型エマルジョンやパラフィンをマイクロカプセル内に充填して水又は水溶液中に分散混合した潜熱マイクロカプセル混合水が開発されている。しかしながら、氷水スラリーでは、氷粒子と水又は水溶液の密度差による浮力により、低流速管内搬送時においては、氷粒子が管上部壁に滞留し、管内流動抵抗の増大をもたらすことや、氷粒子同士の焼結に伴う氷塊による管閉塞などの問題点が指摘されている。一方、微細潜熱蓄熱材混合水の場合には、管内搬送時に安定した均質混合流が得られ、層分離や管閉塞の発生を防止することも可能である。さらに、潜熱蓄熱材としてのパラフィンの種類や含有質量割合を変えることにより、利用可能な温度（融点温度）そして潜熱蓄熱量を任意に設定することが可能であり、蓄熱システムの設計段階においても蓄熱効率の向上及び配管スペースの縮小などが期待される。しかしながら、このような微細潜熱蓄熱材混合水は、粘性が大きく、隔壁型熱交換器ではその流動に伴うポンプ動力の著しい増大が指摘されている。本研究は、固－液潜熱蓄熱材であるパラフィンを充填したマイクロカプセル群を水中に分散混合して作成した機能性熱媒体を用いた暖房空調用蓄・放熱システムの構築に必要となる、潜熱蓄熱特性の解明を目的としている。前述の蓄熱材混合水では隔壁型熱交換器内流動に伴う大きなポンプ動力を回避する目的から、本研究では、熱媒体である温空気から潜熱蓄熱材への蓄熱過程における熱交換方法として、高い熱伝達性を得ることが可能な気－液直接接触熱交換を採用してある。このため本研究では、蓄熱材への蓄熱の際に重要な因子である蓄熱槽出口空気温度に関連する温度効率、蓄熱槽出入り口空気のエンタルピー差及び潜熱蓄熱完了時間に着目し、これらに影響を及ぼす入口空気温度及び湿度、蓄熱材混合水中の潜熱蓄熱材の潜熱体質量濃度並びに初期蓄熱材混合水層高さなどの各因子の効果を実験的に明らかにするものである。さらにこれらの測定結果から温度効果率、蓄熱槽出入り口エンタルピー差及び潜熱蓄熱完了時間に関する無次元整理式の提案も行ってある。This paper has dealt with the heat storage characteristics of fine microcapsules packed with latent heat storage material in the water layer. The heat storage operation to the latent microcapsules was carried out using hot air bubbles by direct contact heat exchange. The microcapsule consists of n-paraffin as a core latent-heat storage material and melamine resin as a coating substance. The relation of the completion time of latent-heat storage to some parameters was examined experimentally. The non-dimensional correlation equations for the completion time of latent-heat storage process had were derived in terms of the ratio of water layer height to diameter of microcapsule, Reynolds number for air flow, Stefan number and modified Stefan number for absolute humidity of flowing air.
社団法人日本機械学会の論文
2000-05-25

温空気泡群と潜熱マイクロカプセルとの直接接触熱交換による蓄熱特性

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