低温潜熱物質を芯物質とする微細カプセル混合水を用いた蓄放冷システムに関する基礎研究 : 第3報,空気-微細カプセル化潜熱物質混合水の直接接触熱交換法による放冷熱特性

This paper deals with cold energy release characteristics of a fine capsulated latent-heat storage material-water mixture as a latent-heat-storage material having a low melting point of the core material (pentadecane, C_<15>H_<32>, freezing point 283.1 K). A direct-contact heat exchange method for an air-fine capsulated latent heat storage material-water mixture was selected to investigate the cold energy release characteristics from the mixture layer including the solidified core latent-heat-storage materials. The temperature effectiveness, the sensible-heat release time and the latent-heat release time were measured as experimental parameters. Useful nondimensional correlation equations for those parameters were derived in terms of nondimensional level of the mixture layer dimension, Reynolds number for air flow, Stefan number and heat capacity ratio.

微細な潜熱物質を水と混合した潜熱蓄冷熱材料は、水中の潜熱物質が凝固した状態においても未凍結の連続相（水）により流動性を保持し、凝固潜熱体の搬送が可能であり、潜熱蓄冷熱システムの構築に新たな発展が期待できる。前報においては、低温潜熱物質であるペンタデカン（C15H32、融点Tf=283.1K、潜熱量L=158kj/kg）にメラミン樹脂被覆を施した微細カプセル潜熱物質を連続相である水に混合した微細カプセル混合水の熱物性、輸送特性において重要となる粘性評価を行った。さらに、微細カプセル混合水のコイル状2重管式熱交換器を用いた潜熱蓄冷熱（凝固）実験を行い、流動、熱伝達および蓄冷熱時間についても明らかにしてきた。潜熱蓄冷熱材料の冷熱（融解潜熱）を利用する際の有利点は、潜熱蓄冷熱体の融解時にその融点付近の一定温度を安定的に利用できることである。このような潜熱蓄冷熱材料の融点付近の一定温度を低温熱源として効率的利用する方法の一つとして、凝固した芯物質を含む微細カプセルと被冷却媒体としての暖かい空気との直接接触式熱交換によるの放冷熱が考えられる。Mersmannらは、固体粒子および水中に空気を流動させた場合の熱伝達係数に関する検討を行っている。また、筆者らも新しいタイプの暖房器を目指した研究で温水層に微細な空気泡を吹き込み、空気温度と湿度制御を同時に効率的に行う気液直接接触熱交換器の提示を行っている。さらに著者らは、低温潜熱蓄熱材料としてのO/W型エマルションと暖かい空気との直接接触熱交換法による放冷熱特性についての検討を行った。本研究は、微細な潜熱体にカプセル被覆を施した潜熱物質を水に混合した材料と空気との直接接触式熱交換に関して、微細な凝固体としての芯物質の相変化を伴う潜熱放冷熱特性について検討したものである。すなわち、微細カプセル化された微細潜熱蓄冷熱体を含む微細カプセル混合水の充填槽下部から、暖かい空気を多数の円形ノズルより吹き込んだ場合の放冷熱特性を実験的に検討するものである。ここでは、潜熱体としての芯物質（ペンタデカン）の基本的放冷熱特性を検討する立場から、取扱いの容易なように微細カプセル混合水の充填槽は円筒形容器とし、さらに、ノズルも単一直径を採用してある。その放冷熱特性に影響を及ぼす実験パラメータとして微細カプセル混合水中の潜熱物質である微細カプセルの質量割合、充填槽内の微細カプセル混合水の液位、微細カプセル混合水の初期温度、空気の入口温度およびノズル噴出空気流速を検討してある。最終的に、これらの実験パラメータがこの種の放冷熱システム構築において重要となる顕熱および潜熱放冷熱時間そして潜熱放冷熱時の熱交換後の低温空気温度に及ぼす影響を実験的に明らかにするものである。

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