昇華蒸発現象を利用した除霜に関する基礎研究 : 第1報,強制対流下にさらされた水平霜層の昇華蒸発挙動

The present paper deals with a new defrosting measure employing the frost sublimation phenomenon. The present experimental study has focused on the mass transfer rate of a horizontal frost layer in a moist air flow. It is understood that the mass flux of the frost layer is increased by both the increase of the mass transfer coefficient resulting from the air velocity and the increase of the water vapor mass concentration difference between the frost surface and main moist air flow. The nondimensional correlation equations of mass transfer, heat transfer and finishing time of the defrost have been derived with a function of various parameters.

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。従って、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。筆者らは、新しい除霜方法として、霜層へ放射エネルギを外部より直接入射させて、霜層の融解を行う除霜システムの提案を行ってきた。この除霜方法は、加えた放射エネルギの大部分が霜層の融解熱に使われることと、除霜運転を行いながら熱交換器の機能を維持できるという大きな特徴を有する。除霜に関しては、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。しかしながら、放射熱を利用した除霜方法では融解水の処理が問題となり、融解水を生じることなく霜層を消滅する除霜方法として昇華蒸発現象の利用が考えられる。氷の昇華蒸発現象を利用した食品保存法である凍結乾燥に関しては、Kochsらが自然対流下での種々の周囲条件下における昇華蒸発速度の予測を行っている。しかしながら、霜層の昇華蒸発に関する研究は殆ど行われていない現状にある。昇華現象を用いた除霜は、前述の放射エネルギにより霜層の融解を行う場合と同様に、着霜熱交換器を冷却した状態で除霜することができ、加えて霜層は空気中に水蒸気となって拡散されるため融解水は残らないなどの大きな特徴を有するものである。本研究においては、霜層の昇華蒸発に伴う基礎的現象を把握するために、基本的なモデルとして水平平板上の霜層を取り上げ、霜層下面は断熱状態とし、霜層表面から昇華蒸発を誘発させるためにその上面は湿り空気の強制対流下にさらされる除霜系を対象とする。すなわち、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、湿り空気主流速度の効果を実験的に検討したものである。特に本第1報は霜層の昇華蒸発挙動の可視化実験、昇華蒸発量の実測などを通じて、この種の除霜方法の基礎的特性の把握に主眼をおいたものである。

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