衝突噴流下にさらされた水平霜層の昇華蒸発に関する実験的研究

The present study deals with a new defrosting measure by means of the frost sublimation phenomenon. The frost sublimation phenomenon occurs below the triple point of water (273.16K, 610.5Pa). The present experimental study has focused on the mass transfer rate of a horizontal frost layer exposed to an impinging jet flow. It is understood that the mass flux of the frost layer increases with increasing jet flow velocity and water vapor mass concentration difference between the frost and an impinging jet flow. The nondimensional correlation equations of mass transfer, heat transfer and finishing time of defrosting have been derived as a function of various parameters.

冷凍機の蒸発器などの低温熱交換器への着霜は、熱交換器の熱抵抗を著しく増大させ、その性能の低下をもたらすことより、着霜した熱交換器の性能維持のためには除霜運転が必要となる。従来から行われている逆サイクルを用いた霜層の融解による除霜は、発生した融解水の除去や除霜運転期間中の採冷熱操作の停止などの欠点を有する。従って、冷凍食品など効率的品温維持に対して、これらの欠点を克服する新たな除霜方法が求められている。著者らは、昇華蒸発現象（ここでは、霜から直接水蒸気へ相転移することを昇華蒸発と呼ぶ）を利用した新しい除霜方法の提案を行っており、水平霜層が平行に流動する湿り空気にさらされた場合の霜層の昇華蒸発に関して、放射熱エネルギの照射による昇華蒸発の促進も含めて、その除霜挙動を明らかにした。本報では、霜層の昇華蒸発完了時間の短縮など、さらに効率的な昇華蒸発による除霜法を確立する目的から、霜層に対して垂直に湿り空気を吹き付ける、いわゆる衝突噴流にさらされた水平霜層の昇華蒸発を利用した除霜挙動を検討するものである。衝突噴流の平滑平板に対する物質伝達や熱伝達については、Gardon-Akfirat や熊田らによって、二次元平滑平板の垂直衝突噴流のよどみ点近傍における物質伝達特性が評価されている。本研究で検討する昇華蒸発による除霜系は、水平平板上の霜層に二次元衝突噴流を上部から垂直に吹き付けた場合を対象としたもので、霜の昇華蒸発に影響を及ぼす諸因子の効果を実験的に検討するものである。すなわち、衝突噴流下にさらされた水平霜層の昇華蒸発現象に影響を及ぼす二次元ノズル噴流出口速度UB、二次元ノズル位置と霜層表面との距離H とノズル幅B との比 H/B、噴流湿り空気温度　T∞、相対湿度Φ∞の効果を実験的に検討するものである。

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