温水流入による氷粒子充填層の融解過程氷粒子充填層の初期形状がその後の融解形状に及ぼす影響

摘要

アイススラリーに含まれる微細な氷粒子は，比表面積が大きいため，熱交換性に優れ，融解速度が高いという利点を有する．氷蓄熱システムにおいてこのような微細氷を貯蔵することで，解氷時に高い冷却出力を得ることが可能となる．微細氷を筒状容器に充填した氷粒子充填層に温水を浸透させると，氷粒子が融解することにより温水が冷却され冷水を得ることができる．しかしながら，氷粒子充填層の融解過程では，局所的に氷が融解することで水路と呼ばれる太い流路が生じ，温水が水路内を集中して流れることで氷との熱交換面積が著しく低下するため，取り出される冷水の温度上昇や氷の残留といった問題が生じる．氷粒子充填層内の空隙率が均一であり，かつ，表面が平滑であれば，局所的な流路が形成されず，高い融解速度を得ることができる．しかしながら，現実には氷粒子を均一に充填することはできないため，空隙率は不均一となる．したがって，水路の形成を避けることは難しく，その形状を予測することも難しい．著者らはこれまで，氷粒子充填層内の空隙率の分布に着目し，水路の形成過程について検討を行ってきた．その中で，数値シミュレーションにより，空隙率分布を適切に設定することで，水路の形成を抑制し，氷粒子充填層の融解速度を向上させることが可能であることを示した．特に，氷粒子充填層の温水流入面に，氷の存在しないくぼみの領域をあらかじめ設置することで，その後形成する水路の形状をおおまかに予測することが可能であるという結論を得た．本研究では，実験により，氷粒子充填層の初期形状がその後の融解形状に及ぼす影響について検討する．