平板状フィン付き加熱面を有する傾斜矩形潜熱蓄熱槽内の自然対流挙動

The present paper has dealt with the natural convection heat transfer in a melted liquid layer appeared in the inclined rectanglar latent heat storage vessel having one heating wall with plate fins. The effects of plate fin length, inclination angle of the rectangular vessel and heat wall temperature on the melting behavior of paraffin wax as a latent heat storage material. and natural convection heat transfer were investigated experimentally under a heat storage process. As a result, non-dimentional correlation equations of natural convection heat transfer were derived in terms of some non-dimentional parameters.

固液の相変化現象を利用した潜熱蓄熱材は、一定の温度で比較的多量の相変化熱の授受が可能なことにより、蓄熱槽のコンパクト化に欠くことのできないものである。特に間欠な、そして偏在している太陽熱等の自然エネルギーや各種の分散型コジェネレーションシステムからの排熱の有効利用を図る上で、高密度に熱エネルギーを貯蔵できる潜熱蓄熱システムの果たす役割は大きいものがある。例えば、太陽熱を透明断熱材（中長波長赤外線に対して不透過材）を介して壁面で受熱し、その昇温した壁からの入熱で背面に充填してある潜熱蓄熱材を融解することにより潜熱蓄熱を行う。夜間において、部屋側の断熱戸を解放し、潜熱の放出を行うことにより室内の暖房熱源として太陽熱の利用が可能となる。この場合の融解液による自然対流を利用した蓄熱（蓄熱材の融解）促進にフィンの効果、そして壁や屋根の断熱材充填空間などを蓄熱槽として利用する場合には、その配置が重要となる。また蓄熱槽に適当な融点の潜熱蓄熱材を混合・充填することにより、夏期における外気の室内への入熱負荷の潜熱蓄熱材融解に伴う吸熱作用による軽減や冬期の暖かい室内側から室外への熱損失の潜熱蓄熱材融解作用のよる低減など熱流スイッチとしてのりようができる。この種の従来の研究としては、一側壁を加熱面とした矩形潜熱蓄熱槽内の潜熱蓄熱材の融解を扱った研究、そしてフィン付き加熱面を有する場合の潜熱蓄熱材の融解・凝固に関する研究等がある。さらに、上部に自由界面を有する矩形潜熱蓄熱槽を水平から垂直配置まで傾斜した場合の融合過程に関する研究の報告もある。著者らも、一側面に加熱壁を有する矩形潜熱蓄熱槽を水平から180°まで（下面加熱から上面加熱）回転した場合の潜熱蓄熱材の融解過程に影響を及ぼす自然対流の効果を種々のパラメーターで実験と数値計算により解明している。しかしながら、融解液層の自然対流促進に寄与する潜熱蓄熱槽傾斜角とフィン効果を同時に取り上げた研究は行われていない。本研究は、加熱壁に平板状フィンを設けた矩形潜熱槽内の潜熱蓄熱材の融解に影響を与える自然対流の効果およびフィンと蓄熱槽傾斜角度の相互関係について検討するものである。具体的には、潜熱蓄熱過程すなわち潜熱蓄熱材の融解特性に影響を及ぼす自然対流熱伝達の効果を、実験因子としてフィン長さ、潜熱蓄熱槽の傾斜角や加熱壁温度を採用して実験的に検討したものである。

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