低温潜熱物質を分散体としたO/W型エマルションを用いた蓄冷システムに関する基礎研究 : 第2報,コイル状2重管式熱交換器を用いた場合の流動および蓄冷特性

The thermal properties of the test O/W-type emulsion were described in the first report. This paper dealts with flow and cold heat-storage characteristics of the oil (tetradecane, C_<14>H_<30>, freezing point 278.9 K) /water emulsion as a latent heat-storage material having a low melting point. A coiled double-tube heat exchanger was used for the cold heat-storage experiment. The pressure drop, the heat-transfer coefficient and the finishing time of cold heat storage in the coiled tube were measured as experimental parameters. It was clarified that the flow behavior of the emulsion as a non-Newtonian fluid played an important role in cold heat storage. The useful nondimensional correlation equations for the additional pressure loss coefficient, the heat-transfer coefficient and the finishing time of the cold heat storage were derived in terms of Dean number and heat capacity ratio.

水に分散質としての潜熱蓄熱物理を混合する潜熱蓄熱・輸送システムは、熱交換器内で微細な潜熱物質の運動のもたらす熱伝達促進効果による蓄熱効率の向上、そして単位流動当りの熱輸送量を増加できることによる管径寸法の縮小が期待できる。このような潜熱分散質を用いた蓄熱システムは、従来の低温水（顕熱）蓄熱・輸送に代わる新しい効果的な潜熱蓄熱システムの一つと考えられる。低温潜熱エネルギー蓄熱そして搬送システムに関する研究としては、潜熱材料としてクラストレート、および雪なだに用いたものがある。これらの潜熱材料を用いた場合、水との密度差により低流速域において均一混合流が得にくいことや、粒子同士の結合により粒子魂を形成するなどの問題を有する。潜熱材料をマイクロカプセル化する方法は、粒子魂形成を防止することが可能であるが、安定均一混合流を得るためには十分に微細なそしてフレキシビリティに富んだマイクロカプセルが必要と考えられる。本研究において用いられるOil/Water型エマルションは、潜熱材料を微細粒子として水中にエマルマンションとして安定混合することが容易に可能であり、輸送管内においても安定した混合流が得られる。潜熱蓄熱材料が水中に均一に分散するために蓄冷材料による管閉塞が防止されることから、エマルション自身を熱交換器にて熱交換することにより潜熱蓄冷および輸送が可能となる。しかし、この種のエマルションは、分散媒体に分散質としての潜熱蓄冷材が分散している複雑な系を有し、さらにエマルションが非ニュートン挙動を示すなどの取り扱いの難しさそして安定性の問題などが原因となり、その蓄冷特性および流動特性に関する研究は、ほとんど行われていない現状にある。すでに、著者らは第1報において低温潜熱蓄熱物質（テトラデカン、C14H30、融点Tf＝278.9K、潜熱量L＝229Kj/kg）を分散質としたOil/Water型エマルションの熱物性の評価そして、輸送特性において重要となる粘性評価を行っており、この種の低温潜熱エマルションに関する物性の特色を把握している。本研究は、低温潜熱エマルションの伝熱および流動特性を基礎的に検討する目的より、比較的構造の簡単な一種類のコイル状2重管式熱交換器を用いた実験を、潜熱エマルションの初期温度、エマルション濃度、エマルション流速などを実験因子として行った。すなわち、流動エマルション.のコイル状2重管内の流動抵抗、熱伝達率、そして液相から固相への相変化時間に関する測定とこらの無次元整理式の提案を行うものである。得られた実験結果は、この種の蓄冷システムの構築において重要な流動および伝熱性に関する基礎資料となり、この種の蓄冷システム分野の発展に大いに貢献する先駆的なものと考えられる。

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