氷水スラリーと温空気との直接接触熱交換による放冷に関する基礎研究

This paper has dealt with direct contact heat exchange characteristics between ice water slurry (average ice particle diameter : 3.10 mm) and hot air bubbles. The hot air bubbles ascending in the layer fluidized the ice water slurry layer, and the bubbles were cooled down directly by the ice water slurry. The following results were obtained from the experiment. In case of ice water slurry layer, the hot air bubbles fluidized the layer in earlier stage and heat exchange performance was higher than using only ice particles layer. The maximum temperature efficiency increased as Reynolds number Re increased because fluid in the layer became active and kept at the fixed value in the region of Re >__=900. Dehumidity efficiency increased as modified Stefan number and Re increased since the heat capacity of inlet air and heat transfer coefficient increased. Some empirical correlations for temperature efficiency, dehumidity efficiency and the completion time of latent cold heat release were derived in terms of various nondimensional parameters.

近年、電力需要の急増傾向に対応すべく、夜間電力を利用した氷蓄熱システムの開発が盛んに行われ、ビル用空調を初めとして一般業務用空調にも製品として展開されてきている。その中で、蓄熱槽内にて氷と熱交換した冷水を利用側空調へ搬送させて冷房運転を行う水搬送方式に替わって、氷水スラリーを直接、利用側空調機へ搬送する氷水搬送技術の研究開発が行われている。このシステムは氷の潜熱を直接、利用側へ供給することにより、冷水搬送方法と比較して単位流量当たりの冷熱輸送能力が格段に増大するため、配管口径の縮小や輸送動力の低減が図れるものである。さらに、氷水スラリー搬送技術に加えて、搬送された氷水スラリーを冷房熱源として二重管式熱交換器の内管に流動させ、その外管に温水を流して採冷熱する方法や、角氷を充填層へ搬送して空気と直接接触熱交換させる採冷熱方法が提案されている。また、各種潜熱蓄冷熱材を被熟媒体とし、空気泡を熱媒体として両者を直接接触させて熱交換する直接接触熱交換に関する研究も行われている。上記直接接触熱交換では、噴射空気泡により潜熱蓄冷熱材が流動するため、潜熱蓄冷熱材の温度場が均一となり、潜熱蓄冷熱材と空気泡との熱交換が比較的均一に進行するという利点がある。しかしながら、氷水と空気との直接接触型潜熱放冷特性に関する研究が少ないのが現状である。氷水と空気との直接接触型放冷方式では、空気は氷水により冷却されるだけでなく、空気に含まれる水蒸気が氷水により凝縮されるため、冷却と除湿を同時に行える効果が期待できる。本研究は均一な氷水スラリー層を対象として、氷水スラリー層下部に多数の円形ノズルを均一に配列した分散板を設置し、そこから温空気を層内に噴射し、発生した空気泡と氷水スラリーとを直接接触熱交換させた場合の氷の融解挙動および通過空気の熱交換特性について実験的に検討するものである。その際の現象は粒状氷と水との混合割合や通過空気流速等を変化させることによりさまざまに変化させることが可能である。本研究では実験因子である流入空気温度、湿度、空気流量および氷質量充填率が、熱交換後の空気温度、湿度および潜熱放冷完了時間に及ぼす影響について実験的に検討し、これらの相関関係を実験式の形でまとめることを狙いとする。

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