傾斜配置した平板状形状安定化潜熱蓄熱材充填矩形蓄熱槽の蓄熱特性

概要

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一般に、潜熱蓄熱槽の蓄熱過程では、熱媒体流速を極力小さくすることにより、圧力損失の軽減や熱媒体の持つ熱エネルギーの有効利用を図る試みがなされており、さらに潜熱の放熱過程では、小さな熱媒体流速により、一定の高温水準での熱抽出が可能となる。例えば、齊藤らの研究においては、球カプセルを充填した円筒形蓄熱槽内熱媒体の流速は10mm/s以下の低流速領域である。また、阿部らの報告した円筒状蓄熱材充填蓄熱槽内の熱媒体流速は約0.5mm/sと極めて小さいものである。このように、熱媒体の強制対流による流速が小さい場合には、状況によって蓄熱槽内の熱媒体流路に発生した自然対流がその熱伝達特性を大きく左右することになり、強制－自然共存対流の検討が必要となる。流路内の強制－自然共存対流に起因する伝熱現象は流路形状、重力方向に対する強制対流の流れ方向、流路の加熱または冷却条件など諸因子によって複雑な様相を呈する。強制－自然共存対流伝熱現象は、電子機器の除熱や大洋州熱器などにおいて数多く見られる。この場合の伝熱現象の解析的扱いは矩形流路壁の熱境界条件として等温そして等熱流束の固定条件の場合が大半で、その壁面温度がその内部に有る相変化物質の潜熱吸収や放出により変化するような場合はほとんど取り上げられていない現状にある。著者らは垂直配置した矩形潜熱蓄熱槽内の蓄熱及び放熱特性に大きく影響を及ぼすことを明らかにしている。例えば、熱媒体入口流速がV=0.2mm/sの放熱過程においては、下向き流れ（強制対流方向は重力方向と同じ場合）においては、上向き流れ（強制対流方向は重力方向と逆の場合）に比較して、流路内に発生した自然対流が熱伝達を阻害し、その放熱完了時間を大幅に増大する結果となる。本研究は、平板状形状安定化処理パラフィン潜熱蓄熱材が充填された矩形蓄熱槽を研究対象とし、二次元非定常数値解析により、矩形蓄熱槽を傾斜することにより自然対流を抑制した場合における強制－自然共存対流熱伝達の蓄熱特性に及ぼす効果を検討するものである。さらに、熱媒体蓄熱槽入口流速、入口温度及び熱媒体流路幅の蓄熱特性に及ぼす影響も併せて検討を行ってある。The present study deals with the heat storage characteristics of the inclined rectangular vessel packed with spape-stabilized paraffin plates as a latent heat storage material by numerical analysis. It was found that the heat storage characteristics were remarkedly affected by the inclination angle of the rectangular vessel and the heat transfer medium flow direction, due to the presence of natural convection in the fluid flow channel between the paraffin plates. Numerical results revealed flow patterns, temperature profiles and heat storage characteristics for various inclination angles, inlet velocities and temperatures of the heat transfer medium fluid, and widths of the fluid flow channel.
社団法人日本機械学会の論文
1998-02-25

傾斜配置した平板状形状安定化潜熱蓄熱材充填矩形蓄熱槽の蓄熱特性

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