対向垂直加熱・冷却壁を有する矩形密閉容器内の潜熱マイクロカプセルスラリーの熱伝達

This paper has dealt with the natural convection heat transfer of the microcapsule slurry composed of phase change material (PCM) as a latent heat storage substance. A rectangular cavity with two opposing heating and cooling vertical walls was selected as the present research model. The temperature difference between heating and cooling walls, the width of the cavity and the PCM concentration were set as parameters of natural convection heat transfer. The heat transfer coefficient of heating and cooling wall, the flow velocity profile and the temperature distribution of the microcapsule slurry were calculated by numerical computation. It was clarified that the transportation of latent heat evolved by melting and solidifying of the PCM in the slurry exerted on a strong influence on the natural convection heat transfer. Moreover, it was found that the heat transfer coefficient reached at the local maximal value with an increase in temperature difference between heating and cooling walls. In addition, Nusselt number was influenced by the transportation effect of latent heat that was caused by melting and solidifying of the PCM. The numerical results revealed quantitatively that the natural convection heat transfer depended on the PCM concentration, temperature difference between heating and cooling walls, and width of the rectangular cavity.

近年、熱エネルギー有効利用を目的とした潜熱蓄熱システムに注目が集まっており、さまざまな蓄熱材が開発されている。中でも、潜熱体融点温度以下の状態においても、常に流動性を維持する潜熱マイクロカプセルスラリーや潜熱マイクロエマルジョンといった潜熱物質を含有する機能性熱媒体が蓄・放熱特性において有利であり有望視されている。このような潜熱体を分散媒中に分散混合させた機能性熱流体を蓄熱材として利用する場合には、加熱及び冷却時における自然対流挙動および熱伝達特性を把握しておくことが必要不可欠である。本研究は自然対流の基本的な形態の一つである垂直対抗加熱・冷却壁を有する矩形密閉容器に潜熱マイクロカプセルスラリーを充填した場合の自然対流挙動や熱伝達特性に影響を及ぼすスラリーの熱物性、潜熱量、そして容器寸法などの影響について数値解析により検討するものである。

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