フッ素系不活性液体を熱回収用媒体として用いた液-液直接接触熱交換に関する研究 : 温水中を降下するフッ素系不活性液滴群についての伝熱特性

This paper deals with the heat transfer characteristics of a liquid-liquid direct contact operation in which a Perfluorocarbon (PFC) liquid is released in a hot water stream, a low-grade heat source such as urban sewage, for the purpose of heat recovery from it. The paper reports on a set of experiments in which a PFC liquid (1800 kg/m^3 at 20℃) was continuously injected from a single, downward-facing nozzle into a slow, upward flow of hot water to be disintegrated into droplets descending in, and thereby heated from the water flow. The results of the experiments show how the size distribution and the translational motions of the droplets affect the overall coefficient for the water-flow-to-droplets heat transfer and also the temperature effectiveness for the droplets.

近年、未利用エネルギー活用の観点から、工場や家庭温排水などを熱源として利用する廃熱回収用熱交換器の開発が急務となっている。従来のシェルアンドチューブなどの隔壁型交換器では、伝熱面に排水中のごみやスケールが堆積し、その伝熱効率が著しく低下する等の問題点があった。この問題解決として、このような汚濁排水中に、非水溶性熱媒体を噴射・注入し、直接接触熱交換により、熱抽出が可能となる。このような直接接触熱交換法は、個体壁伝熱面の汚れによる伝熱効率低下の問題がなくなり、廃熱回収用熱交換方式として極めて有効である。さらに、この熱交換法は、個体壁を介さないために高い熱通過率が得られ、小温度差での熱交換に有効である。また、液－液の直接接触する界面が、そのまま伝熱面に相当するため、単位体積当たりの伝熱面積が増加する利点を有する。本研究は、下水等の汚れた熱水源より効率的な熱回収をする手段として液液直接熱交換法に注目したものであり、熱回収媒体としてフッ素系不活性液体を熱源水へ噴射し、形成したフッ素系不活性液滴群と熱源水の直接接触による、流動及び熱伝達特性を検討するものである。すなわち、円形単孔ノズルから高密度のフッ素系不活性液体を熱源である温水槽へ上部より噴射し、その液滴群形成過程の観察及び液滴群の流れの特性の解明を通じて、熱水源からの直接熱交換法による熱抽出に関する基礎特性を明らかにすることを目的とする。最終的に、この種の熱源水よりの熱回収媒体としてフッ素系不活性液体を用いた場合における実用に寄与する無次元熱伝達率等に関する実験整理式の検討をも行うものである。

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