昇華蒸発現象を利用した除霜に関する基礎研究 : 第2報,強制対流下にさらされた水平霜層に放射熱エネルギを照射した場合の昇華蒸発挙動

The present paper deals with the new defrosting method by means of the frost sublimation phenomenon with radiant heat. The frost sublimation phenomenon occurs at the triple point of water (273.16 K, 610.5 Pa). The present experimental study focuses on the mass transfer rate of a horizontal frost layer exposed to a moist air flow and radiant heat. It is understood that the mass flux of the frost layer increases with increase of the water vapor mass concentration difference between the frost and main moist air flow, the main air flow velocity, and the infrared radiant heat intensity. The non-dimensional correlation equations of mass transfer, heat transfer and finishing time of the defrosting process have been derived taking into account 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徐霜運転が必要となる。著者らは、新しい除霜方法として、霜層へ放射熱エネルギを外部より直接入射させて、霜層の融解を行う新しい除霜システムの提案を行ってきた。提案した除霜方法に関して、赤外線領域に大部分の波長分布を有する遠赤外線ランプが適しているとの結論を得ている。本研究では、前報で述べた強制対流を伴う場合の昇華蒸発による新除霜法の結果をもとに、霜層の昇華蒸発をさらに促進させる方法について検討するものである。ここで、昇華蒸発現象とは、氷が直接水蒸気に相移転する現象を指す。また、昇華蒸発を促進させるためには何らかの方法で、霜層界面へ熱を供給しなければならないが、Yonkoらの報告にあるように霜層の熱伝導率は0.1～0.2W/(m･K)と低く、霜層の下面より加熱する場合には、霜層が熱抵抗となり、効率的昇華蒸発は期待できない。前報では、霜層は高い赤外線吸収率を持つことを明らかにしている。本研究では霜層の高い赤外線吸収率に着目して、霜層の上面から赤外線放射熱エネルギを加えて、霜層の昇華蒸発の促進効果を明らかにするものである。図1は、縦軸を絶対温度xまたは水蒸気圧Pとして、横軸を温度Tとした湿り空気線図を示したもので、TP点は水の三重点である。昇華蒸発が起きると、霜層の界面温度は0点からB点へと向かって下降し周囲空気条件を示すA点との湿度および温度差に基づいて昇華蒸発する。しかしながら、このように霜層界面と湿り空気間の温度差が小さいために、大きな昇華蒸発は望めないことになる。霜層に赤外線放射熱エネルギを加えると、霜層の界面温度が上昇し、放射熱エネルギの増大に伴って、図1中のC点へと変化するが、主流空気の温度が霜層より高いために、依然として湿り空気からの対流による入熱もある。さらに、放射熱エネルギを増加すると、D点へと霜層表面温度が湿り空気温度より大きくなり、逆に霜層から湿り空気への熱損失も起こることになる。また、霜層表面温度が氷の融点以上の温度となるまで、放射熱エネルギを増大すると、霜層の融解が起こるところの前報で述べた融解を伴う除霜方式となる。本研究は、流動する湿り空気にさらされた水平霜層の昇華蒸発現象に影響を及ぼす周囲湿り空気温度、湿度、湿り空気主流速度、放射熱エネルギ強度の効果を実験的に検討したものである。著者らは、既に放射熱エネルギをを与えない場合については第1報において詳細な検討を行っており、本第2報においては放射熱エネルギ照射による霜層の昇華蒸発の促進効果を主に検討するものである。

本文データは学協会の許諾に基づきCiNiiから複製したものである