直接接触熱交換法を用いた中温度潜熱蓄熱槽の放熱特性

Experiment has been performed of heat transfer characteristics of the middle temperature latent heat storage system of the direct-contact heat transfer by using m-E (meso-Erythritol, melting point of 119℃, latent heat of 375 kJ/kg) droplets as a latent heat storage material and silicone oil as a heat transfer medium. In the present study the liquid m-E was injected into the heat tranfer medium through a circular nozzle. The m-E droplets changed from liquid to solid phase during falling in the heat transfer medium at low temperature. From the measuring results of m-E droplet diameter, falling velocity, and solidification rate, the nondimensional empirical equations of the arithmetic mean diameter of the droplets and falling velocity, the solidification rate and the overall heat transfer coefficient were derived as a function of the characteristic arithmetic mean diameter, the terminal velocity, temperature and physical properties.

近年、昼夜間の電力需要負荷平準化対策の一つとして、夜間等の余剰な電力を用いて、これを昼間に利用する潜熱蓄熱システムへの関心が高まりつつある。特に、固－液相変化潜熱蓄熱システムは、潜熱蓄熱材の凝固・融解潜熱を利用して蓄熱操作を行うため、蓄熱材単位質量当たりの貯蔵熱量が、水などの顕熱蓄熱システムと比較して大きくなり、同一熱量を蓄熱する場合、蓄熱槽の小型化が可能となる。さらに、その放熱過程において、熱媒体の取り出し温度が蓄熱材の融点近傍でほぼ一定となるため、一定温度水準での熱抽出に適している利点を有する。また、適当な融点を持つ潜熱物質を選択することにより、熱媒体取り出し温度レベルを自由に選択できることも潜熱蓄熱材の有する特徴の一つである。本研究においては、潜熱蓄熱材と熱媒体とは互いに不溶解な物質を選択し、両者を伝熱壁面を介さずに直接接触交換する形式の熱交換法を採用し、高密度の液相状態の潜熱蓄熱材をノズルから上部より、熱媒体槽中に噴射・注入して液滴として分散させる。分散した液滴状の蓄熱材が熱抽出用熱媒体との密度差により沈降しながら直接接触熱交換により、液滴表面より凝固相変化して潜熱放熱を行う際の熱特性を実験的に検討するものである。直接接触式熱交換法では、液滴群の表面が伝熱面に相当するので、単位面積当たりの伝熱面積が大きくなり、蓄熱槽のコンパクト化が可能である。また、構造が簡単で、隔壁を介さないため伝熱性能に優れ、他の熱交換法と比較して圧力損失が小さく、建設費が安価となり、保守が容易であるなどの特徴を持つ。本研究で採用する潜熱蓄熱材は、潜熱量の大きなメソ－エリスリトール（以下m-E,C4,H10,O4,固相密度1400kg/m3,融点Tm=119℃で融解潜熱L=375kj/kg）を採用し、m-E蓄熱材と不溶性なシリコン油を熱抽出媒体とした。実験は、蓄熱状態の液状m-E蓄熱材をノズルから熱抽出媒体としてのシリコン油槽中にスプレー状に噴射・沈降した場合の液相状態のm-E蓄熱材の直接接触凝固による放熱特性にえいきょうを及ぼす諸因子の効果を検討したものである。

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