非共沸混合冷媒R114/R113の水平二重管環状部における凝縮 : 実験結果

Local heat transfer and pressure drop measurements were made during condensation of a nonazeotropic refrigerant mixture R114/R113 in the annuli of horizontal double-tube condensers. The inner tube was a 19.1mm o.d. corrugated copper tube with soldered wire fins on the outer surface. The outer tubes were smooth tubes with inside diameter D_i of 29.9 and 25.0mm. The pressure drop and the heat transfer coefficient based on the bulk vapor-to-wall temperature difference were considerably smaller for R114/R113 than for R113. The vapor phase mass transfer coefficient β_n was higher for larger test fluid mass velocity G and D_i. At constant values of G and D_i, β_n was higher for larger condensation mass flux. The radial distribution of the vapor temperature was affected by the vapor velocity, becoming flatter at the outer part of the annulus and steeper near the liquid-vapor interface as the vapor velocity increased.

蒸気圧縮式ヒートポンプ、冷凍機などの成績係数を向上させるための一方策としてローレンツサイクルが提案され、このサイクルに近づけることのできる非共沸2成分混合冷媒が実用されつつある。しかし、この冷媒が凝縮する際には低沸点蒸気が不凝縮ガスと類似の挙動を示すため、凝縮伝熱性能が単成分蒸気に比べて低下する。したがって、この冷媒を用いる凝縮器の性能向上を図るためには、凝縮液膜の熱抵抗と混合気の拡散抵抗の両者を減少させる必要がある。著者らは前提で純冷媒用の伝熱促進管の一種であるワイヤフィン付きコルゲート管を内管とする水平二重管環状部における非共沸混合冷媒R114/R113の凝縮実験を行い、圧力降下の摩擦成分は純冷媒に対する実験式で整理できること、凝縮側の熱抵抗にしめる気相の熱抵抗の割合は冷媒流量の増大につれて減少することを示した。そして、混合気相の物質伝達係数を円管上の強制対流凝縮理論から導かれた無次元パラメータを用いて整理した。しかし、より一般性のある整理式を得るためにはフィン形状、内外管径比などの影響を明らかにする必要がある。なお、フロン系非共沸2成分混合冷媒の管内、シェル側あるいは環状部における凝縮については最近多くの実験的研究が報告されているが、混合気相の物質伝達について検討したものは少なく、実験データの蓄積が望まれる。本報では、前報の内管とフィン配列が多少異なる管を内管とし、内径の異なる2種類の平滑管を外管とする水平二重管環状部におけるR114/R113の凝縮実験を行い、前報の結果と比較する。また、混合気相の温度分布測定結果についても述べる。

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