流動水溶液による管内連続製氷に関する基礎研究

概要

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近年、夏の冷房期における昼夜間の消費電力格差の拡大や、地球温暖化等の環境問題に直接結び付く化石燃料依存率の増大傾向などを回避するために技術開発が急務となっている。このようなエネルギ有効利用の方法として、安価な夜間電力を利用した氷蓄熱システムへの関心が高まっている。また、製氷方法の高い付加追従性能等の観点から、スラリー状氷を用いた氷蓄熱システムが注目されている。スラリー状氷の有効な生成方法としては、著者らの報告した二重管式熱交換器内を流動する水あるいは水溶液の過冷却状態を利用するものがある。この製氷方法は、水又は水溶液の過冷却状態を形成する冷却部（二重管部）と、管外にて過冷却状態を解放し製氷を行う製氷部とが独立しており、製氷装置も比較的簡単で、将来、有望な氷蓄熱システムとなる可能性を秘めている。しかしながら、管内での過冷却状態の長期間にわたる安定維持の困難さ、絶えず生成氷による管内閉塞の可能性、そして小さな過冷却度による低い熱効率などの多くの問題点がある。本論文では、前報で述べた過冷却管外製氷方法を発展させ、管内冷却部において人工的に過冷却状態の解放を行い、冷却面上に析出した氷晶を主に水溶液の流れに伴うせん断力等により連続的に剥離、そして管外へ排出する新しい管内製氷方法を提案するものである。水溶液より生成される氷結晶は、一般に、水のみにより冷却面上で生成された氷が、その固体表面と強い結合力（付着力）を示すのに対して、僅かな外力により冷却面から剥離させることが可能である。従って、氷結晶の成長を支配する壁面冷却条件と壁面材質および水溶液の管内流動状態が本研究にて提案する製氷システムにおける製氷の安定性ならびに製氷能力を左右する重要な因子となる。本論文では、管内での製氷挙動に対するこのような因子の影響を検討するとともに、従来の流動化冷却水を用いた管外製氷法との製氷効率の比較検討をおこなうものである。Fundamental study was carried out concerning the possibility of continuous slurry ice making using D-sorbitol solution flowing in cooled circular glass and stainless-steel tubes. In the present experiment, the supercooling condition of the flowing water solution was released by injecting ice nucleation material such as fine ice particles into the cooled tube. As a result, three types of operating conditions in the pipe, that is supercooling, continuous ice making and ice blockage, were classified. It was clarified that the ice making efficiency was increased with an increase in the nondimensional cooling ratio, and with decreasing of Reynolds number and the concentration of the water solution. The efficiency of continuous ice making in the cooled tube was greater by 2～5 times than that of continuous ice making outside the tube under the by supercooling condition. A nondimensional correlation equation for the ice making efficiency was derived as a function of some nondimensional parameters.
1995-09-25

流動水溶液による管内連続製氷に関する基礎研究

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