Numerical Analysis of Heat Storage Characteristics of a Small Heat Storage Vessel Packed with Phase-Change Material Encapsulated into Spherical Hollow

We numerically investigate heat storage characteristics of a small heat storage vessel packed with phase-change material (PCM) encapsulated into a spherical hollow. The heat storage vessel is dealt with as a porous medium, and the flow of the working fluid is analyzed two-dimensionally using the modified Darcian momentum equation which takes into account both the buoyancy effect and the channeling effect. The heat transfer in the encapsulated PCM is analyzed using a one-dimensional heat conduction model. It is clarified that the completion of the heat storage process is delayed by natural convection, since the incoming hot working fluid flows mainly near the upper part of the vessel. It is also found that the nonhomogeneity near the boundary walls prolongs the heat storage process since it decreases the flow resistance near the walls and promotes a bypass flow near the upper wall due to the natural convection. A nondimensional equation is derived for the time taken to complete heat storage, where the Fourier number is expressed as a function of the modified Stefan number, the modified Reynolds number and the modified Grashof number.近年、エネルギの有効利用の観点より、蓄熱技術に関する研究・開発が盛んに行われており、大型のビル空調等の比較的大規模なシステムにおいて、実用化が進んでいる。しかしながら、一般家庭用の蓄熱装置に関しては、電気温水器の普及は見られるものの、その普及率は非常に小さい現状にある。これは、既存の顕熱蓄熱型蓄熱槽は設備が大きいため、空間的余裕のないマンションやアパート等への設置が困難なことが主な原因であり、蓄熱槽の小型化・高性能化が重要な課題となっている。著者らは、前報で、比較的大きな球カプセル化潜熱蓄熱体を充填した小型の円筒状蓄熱槽の蓄熱特性に及ぼす熱媒体流速及び熱媒体流入温度の影響を、球カプセル直径及び蓄熱材物性値の異なる二種類の球カプセルか潜熱蓄体について実験的に検討した。その結果、熱媒体流速の小さい条件において生じる、蓄熱槽内の低温の熱媒体と高温の流入熱媒体との密度差による自然対流や、比較的大きな球カプセルによる蓄熱槽内壁近傍のチャンネリング流れにより、熱媒体が蓄熱槽内を複雑に流動することや、蓄熱特性が流れ状態の影響を受け複雑に変化することを明らかにした。従って、様々なパラメータの影響を受け、複雑に変化する、熱媒体の流動や蓄熱体の融解挙動を詳細に検討するための手段として、数値解析の必要性に迫られている。球カプセル状潜熱蓄熱体の充填された蓄熱槽に関する数値解析法については、従来より検討がなされているが、そのほとんどにおいては、壁面近傍における熱媒体流れの不均質性が無視し得る、蓄熱体寸法が蓄熱槽に比べて小さい場合が対象とされている。一方、秋山らは、壁面近傍不均質領域の影響を考慮した流動解析を試みているが、彼らの採用したモデルでは、壁面近傍の蓄熱体充填率を実際よりも小さく見積もるため、比較的大きな粒子状蓄熱体を用いた場合には、蓄熱量を過少に評価することになる。さらに、球状潜熱蓄熱体を用いた蓄熱槽に関しては、熱媒体の自然対流を考慮した解析は行われていない現状にある。本報では、壁面近傍での蓄熱体充填率を過少に評価することなく流動抵抗現象の表現が可能な、球状粒子充填層に関する著者らの流動モデルに浮力の項を付加した運動量の式を用い、壁近傍の不均質性と自然対流の双方を考慮した数値解析法の提案を試みる。円筒容器内の共存対流問題の解析には厳密には三次元モデルが必要であるが、蓄熱体内部の解析にはさらに次元が必要なため、莫大な計算機容量と計算時間が必要となる。そこで本研究では、前報の円筒状蓄熱槽を、主要寸法の等しい矩形蓄熱槽に置き換えることで二次元モデルを用いた解析を行う。なお、本報においては、前報で用いた球カプセル直径及び蓄熱材物性値の異なる二種類の球カプセル化潜熱蓄熱体を対象に解析を行い、提案する解析法の妥当性を種々の条件について検討すると共に、種々の熱媒体流入温度及び熱媒体流速条件についても解析を行い、熱媒体の流動挙動に及ぼす自然対流の影響やこれに伴う蓄熱挙動の変化についても詳細な検討を行う。さらに、壁面近傍における不均質性や自然対流の影響を無視した解析も行い、これらの排除による蓄熱特性の変化についても検討を行う

Fundamental Study on Melting of Inclined Frost Layer by Radiative Heat Energy

This paper deals with a new defrosting method in which a frost layer is melted by radiative heat energy as an energy source. The far-infrared radiative heat energy having a maximum wavelength of 5.5 μm is selected as the optimum radiative heat energy source for melting of the inclined frost-layer. The inclined frost-layer melting experiments using the radiative heat energy with a discharge of melted water on a cooling copper plate are carried out under various environmental parameters (inclination angle of frost-layer, radiative heat energy flux, air temperature, cooling brine temperature) including porosity of frost-layer as a frost structural factor. The dimensionless correlation equations which predict the time taken for complete frost-layer melting are derived as a function of various nondimensional frost-layer melting parameters.冷蔵庫や空気熱源ヒートポンプの蒸発器などの低温熱交換器伝熱面上に発展する霜層は、伝熱面積の減少、霜層成長による熱抵抗および通風抵抗の増大をもたらし、熱交換器の性能を大幅に減少させる。従って、熱交換器性能維持のため、除霜運転が必要となる。しかし除霜方式として一般に普及している逆サイクルホットガス方式は、除霜運転時の冷却停止による機能性の低下、投入するエネルギに対して実際の霜層融解に使われるエネルギ割合が小さいことによる経済性の問題そして除霜運転の繰り返しによる冷凍寿命の低下など様々弊害を生んでいる現状にある。このように、逆サイクルホットガス方式には様々な解決しなければならない問題があるため、著者らは新しい除霜方法として放射線熱エネルギにより霜層を融解する方法を提案した。前報においては、霜層の放射特性について着霜および霜層融解過程における霜層の吸収率、反射率および透過率を定量的に明らかにするとともに、広範囲にわたる波長帯を有する放射熱源を用いて霜層の放射特性を測定し、赤外線領域で長波長ほど霜層の吸収率が大きいことを明らかにした。また、得られた知見をもとに、放射熱源として遠赤外線熱源を選定し、水平霜層を上部より融解させた場合の周囲環境条件（放射熱エネルギ強度、周囲空気温度、冷却ブライン初期温度）並びに霜層構造（空隙率）の変化による霜層融解（融解水を排出しない場合）に及ぼす影響を実験的に解明した。しかしながら、実際の着霜面は様々な姿勢をもつもので、着霜面の姿勢によっては、融解水の排出などが起こり、放射熱エネルギによる霜層融解に複雑さをもたらすことが予想される。本論文では、冷却面姿勢検討の上で、最も基本的構造である冷却平板上の着霜層を様々に傾斜させた場合の放射熱エネルギによる融解現象を、放射熱エネルギ強度周囲環境条件、霜層の構造を実験因子として検討したものである。さらに、本研究では、放射熱エネルギによる霜層融解終了時間の短縮を目的として、冷却部熱容量の影響（着霜面冷却ブラインの有無そして冷却面背後の断熱条件）をも検討に加えてある

Lymphocyte-to-C-reactive protein ratio and score are clinically feasible nutrition-inflammation markers of outcome in patients with gastric cancer

Systemic inflammation arising from complex host-tumour interactions is considered the seventh hallmark of cancer. The aim of this study was to assess the clinical feasibility of our newly developed 'lymphocyte-to-C-reactive protein (CRP) ratio' (LCR) and 'lymphocyte CRP score' (LCS) for predicting short- and long-term outcomes in patients with gastric cancer (GC). In this observational study, we retrospectively analysed pre-operative LCRs and LCSs from 551 GC patients to elucidate these prognostic value for overall survival (OS) and disease free survival (DFS) and to clarify these predictive value for peri-operative risk of surgical site infection (SSI) in GC patients. Reduced pre-operative LCRs significantly correlated with all of the well-established clinicopathological factors for disease development, including advanced T stage, venous and lymphatic vessel invasion, lymph node/hepatic/peritoneal metastasis, distant metastasis, and advanced tumour-node-metastasis stage. In the short-term outcome, low pre-operative LCR was an independent predictive factor for post-operative SSI. In the long-term outcome, low pre-operative LCR was an independent prognostic factor for OS and DFS, and prognostic impact of pre-operative LCR were verified in patients with metastatic and non-metastatic gastric cancer. Furthermore, our developed scoring system using lymphocyte and CRP (Lymphocyte-CRP Score; LCS) could also demonstrate all of clinical significance in GC patients, and both of LCR and LCS were significantly correlated with various representative nutrition markers, including BMI, PNI, and albumin, in GC patients. Pre-operative LCR and LCS are clinically feasible nutrition-inflammation markers in GC patients. Assessment of lymphocytes and CRP could aid physicians in determining surgical risk and oncological risk, thus facilitating appropriate peri-operative and post-operative management of patients with GC