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1報,熱物性の評価

This paper deals with thermal properties of oil (tetradecane, C_<14>H_<30>, melting point of 278.9K) / water emulsion as a latent heat storage material having a low melting point. The measured results of the physical properties of the test emulsion, i.e., thermal conductivity, specific heat, latent heat and density, were discussed for the temperature region of solid and liquid phases of the dispersion material (tetradecane). It was clarified that Eucken's equation could be applied to the estimation of thermal conductivity of the emulsion. Moreover it was established that tetradecane as the dispersion material exhibited a supercooling phenomenon which influenced the thermal properties. Useful correlation equations of thermal properties for the emulsion were proposed in terms of temperature and concentration ratio of the emulsion constituents.

従来より、冷房空調などの冷熱媒流体としては取扱い易さや面より一般に低温水（顕熱）が利用されてきた。近年、水に代わる冷熱輸送システムとして、氷スラリ一般送を始めとして水に潜熱物質を分散流動化し輸送する試みが積極的に行われるようになった。流動化潜熱物質搬送による有利な点は、単位流量当たりの輸送熱量が大きくできることによる管径寸法の縮小、熱交換器内での微細な潜熱物質が存在することによる熱伝達促進効果、そして微細な潜熱物質の存在により流動に伴う圧力損失の低滅の可能性なども期待できることなどである。連続体として水に潜熱物質を混合する方法としては、潜熱物質をマイクロカプセル化混合する方法、および水に氷片あるいは低温潜熱蓄熱物質をエマルション化混合する方法などが考えられる。前者は製造工程が複雑で、カプセル強度が比較的弱く劣化し易い欠点を有する。後者のエマルションおいては、低温潜熱蓄熱物質として用いられる材料として、低融点を有する有機物質がよく用いられる。有機物質は、疎水性が強くそして水より低密度のために、界面活性剤を用いることにより安定な均一分散系を形成するエマルション化が行われている。しかしながら、この横エマルションは潜熱分散質相、界面活性剤そして連続相としての水相が混合する複雑な系となる。そのため、基礎データとしての熱物性の測定方法の検討などで困難な問題を伴うことにより、その報告例は非常に少ないようである。このような潜熱蓄熱を搬送可能な新蓄冷システムの構築を目的として本研究においては、低温潜熱物質としてテトラデカン（C14H30,融点Tf278.9,潜熱量L229kj'kg）を均質分散蓄熱物質とし、水を連続相とするO/W型エマルションの基礎試料としての熱物性値を測定し、この種エマルションの検討を行うものである。測定は、密度、比熱、潜熱および熱伝導率について分散質の固、液相変化を伴う凝固点前後の温度域について行われた。密度測定は、浮子式比重計法比熱は水熱療法、潜熱は示差走差熱量計法（DSC）そして熱伝導率の測定は、非定常細法を用いて行われた。エマルションの見掛けの熱伝導率については、Euckenによる分散モデルによる熱伝導率予測式と測定値との比較検討を試みている。また、他の有機材料に過冷却現象が報告されていること、そしてエマルション中の分散質としての微細なテトラデカン油滴であることを勘案すると本試料にも過冷却状態の存在が予想される。このため本研究においては、潜熱分散体の過冷却現象と大きく影響を受ける熱伝導率に関しては、過冷却と熱伝導率の関係をも検討している。熱物性値測定の結果は、この種蓄冷システムの伝熱特性予測に役立つ基礎試料を提供するものと思われる。

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