JPH0470559B2 - - Google Patents
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- JPH0470559B2 JPH0470559B2 JP59201700A JP20170084A JPH0470559B2 JP H0470559 B2 JPH0470559 B2 JP H0470559B2 JP 59201700 A JP59201700 A JP 59201700A JP 20170084 A JP20170084 A JP 20170084A JP H0470559 B2 JPH0470559 B2 JP H0470559B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- heat transfer
- liquid
- heat
- porous layer
- liquid film
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
- F28F13/18—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by applying coatings, e.g. radiation-absorbing, radiation-reflecting; by surface treatment, e.g. polishing
- F28F13/185—Heat-exchange surfaces provided with microstructures or with porous coatings
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
Description
〔発明の利用分野〕
本発明は低沸点媒体を作動流体としたランキン
サイクルの蒸発器、冷凍機の蒸発器、電子機器の
冷却器および原子力発電プラントの蒸気発生器な
どの熱交器の伝熱面の製造方法に関するものであ
る。 〔発明の背景〕 従来、最も広く用いられている蒸発器は、多数
の円管を円筒形胴の内部に収納した、いわゆるシ
エルチユーブ形式の熱交換器である。この熱交換
器は、前記円筒形胴内部に作動流体の低沸点媒体
液を充満させ、前記円筒形胴内の円筒表面から媒
体液を沸騰させる形式のものである。 近年は廃熱、地熱および海洋温度差などの温度
差エネルギーの有効利用をはかるために、低沸点
媒体を作動流体としたランキンサイクル発電プラ
ントが注目され、さらに高性能である、いわゆる
薄膜式蒸発器が提案されている。 上記蒸発器は伝熱面上に低沸点媒体液の薄液膜
を形成し、これを蒸発させる方式である。すなわ
ち第７図に示すように水平に設置した任意数の伝
熱管２に、この上方より液１をスプレー状に降り
注ぎ、伝熱管２の外周面に液膜４を形成させる。 この液膜４からの蒸発伝熱機構は、まず伝熱管
２内を流通する加熱流体５から管壁に熱が伝達さ
れ、この熱は管壁内部、管壁と液膜との境界面６
および液膜４を経て液膜表面７に達し、この液膜
表面７における蒸発潜熱を供給する作用を行う。
この際、伝熱管２の表面上の液膜４を薄く保つこ
とができれば、熱流に対する液膜部分の抵抗が減
少し、熱伝達率を向上させることができる。 化学工業および食品工業などで用いられる薄膜
蒸発器は第８図に示すように、垂直な円管２の外
周に液の薄膜４を形成して流下させて蒸発させる
ものである。例えば果汁の濃縮のように、液と加
熱面との接触時間を短くし、液の品質劣化を防止
する場合に適用されている。 さらに、第９図に示すように加熱流体５が流通
する偏平管８を積層してなる熱交換器９では、こ
の上方より液１を流下させて熱交換器９の側面上
に形成される薄膜４上で蒸発が行われる。このよ
うに偏平管８を積層することにより、熱交換器の
小形化をはかることができる。また薄膜蒸発を利
用した熱交換器では、伝熱面の構造として多孔伝
熱面を用いることにより、伝熱性能を高めること
ができる。前記多孔伝熱面は、機械的加工による
ものおよび微細粒子を焼結したものなどが利用さ
れている。 現在では上記の機械的加工法と焼結法の優劣の
差異は明確でない。微細粒子を焼結する方法は、
特公昭49−47349号、特公昭49−47350に記述され
ているように、沸騰液の種類、作動状況に応じて
高い伝熱性能がえられる粒子径、粒子層の厚さお
よび空隙率などの最適値が異なり、品質管理をか
なり厳格に行わねばならない。また前記文献で
は、熱伝導性の良好な金属板上に金属粉粒を散布
し、所定の粒子層厚さを形成させた後、炉内にお
いて無加圧状態で焼結を行つている。この際、金
属粒子の平均粒径はメツシユにより揃えられる
が、粒径が小さすぎると金属粉粒を散布するとき
に、粒子は飛散するから焼結層の生産性が低下す
る。一方、粒径が大きすぎると、粒子の飛散は起
りにくいが、金属板上で一様な厚さで粒子層を設
けることが容易でなく、品質管理は困難となる恐
れがある。 また、従来より伝熱表面に水の薄膜流を形成
し、この薄液膜を蒸発させる薄膜蒸発熱伝達で
は、プール沸騰熱伝達より伝熱性能が向上するこ
とは既に公知である。 一方、フレオンなどの有機冷媒により、上記の
薄膜蒸発熱伝達を行うとする場合には、フレオン
液の蒸発潜熱、比熱および熱伝導率などが水に比
べて小さいため、水の場合ほど伝熱促進効果が現
われないと考えられてきた。 ところが、エメリー＃1000で磨かれた平滑面を
用い、大気圧状態下の飽和フレオンＲ−11を作動
流体として、薄膜蒸発を行わせた結果によると、
プール沸騰の場合に比べて、特に熱流束が小さい
領域で高い熱伝達率がえられている。 一方、上記薄膜蒸発熱伝達の伝熱面に平滑面を
用いた場合、伝熱面上での冷媒液膜の広がり性が
悪い。したがつて、伝熱面上に乾いた部分ができ
易いため、多くの液冷媒を伝熱面上に流さなけれ
ばならない。このため、伝熱面上での冷媒液膜の
広がり性を良好にし、できるだけ少ない液流量で
も乾いた部分が伝熱面上に現われにくく、高い伝
熱性能を有する伝熱面が必要となる。 このような伝熱面として、冷媒液をその表面張
力で引き込み、伝熱面上の隅々まで冷媒液膜を形
成する多孔質伝熱面が考えられる。平滑面に比べ
て飛躍的に高い性能を示しているし、また、多孔
質伝熱面は流下液流量の影響をあまり受けず、安
定した性能を維持でき熱交換器の設計上、優れた
特性を有している。 〔発明の目的〕 本発明は上記にかんがみ焼結多孔質伝熱面を利
用し、ほぼ一様な高い伝熱性能をうることがで
き、かつ生産性と品質管理の優れた伝熱面の製造
方法を提供することを目的とするものである。 〔発明の概要〕 上記目的は、伝熱壁面に沿つて冷媒液を流下さ
せて、前記伝熱壁上に薄液膜流を形成し、該薄液
膜の蒸発により前記伝熱壁面を冷却するようにし
た熱交換器において、前記伝熱壁面上にアルミニ
ウムまたはアルミニウム合金の粉粒状ベース材と
該粉粒状ベース材よりも融点が少なくとも10℃低
くかつ小粒子径のアルミニウム合金の粉粒状材を
混合した粒子径が100〜300μｍの粉粒体を、前記
粉粒状ベース材の融点よりも少なくとも10℃低く
かつ前記小径のアルミニウム合金の粉粒状材の融
点よりも高い温度でしかも実質的に無加圧状態に
おいて非酸化性雰囲気中で焼結して焼結多孔質層
を形成すると共に、該焼結多孔質の空隙率を25〜
50％に構成することにより達成される。 〔発明の実施例〕 以下、本発明の実施例を図面について説明す
る。 第１図は本実施例を適用した熱交換器の斜視図
で、２は加熱流体５の流通する伝熱管、３は伝熱
管２の外周面上に100〜300μｍを直径の金属粉粒
を焼結して形成された焼結多孔質層、４は伝熱管
２の上方より流下された冷媒液１により、前記多
孔質層の外側面に形成された薄液膜である。 上記のような構成からなる伝熱管の伝熱面の製
造方法について下記に詳述する。 まず、アルミニウム粉末を標準ふるいにより粒
子径の一様な粒子群を選び、この粒子群を金属板
上に散布して一様な厚さの粒子層を形成し、炉内
で焼結して前記金属板上に焼結多孔質層を形成す
る。このようにして試作した５種類の伝熱管の伝
熱面の構造特性を下記表に示す。
サイクルの蒸発器、冷凍機の蒸発器、電子機器の
冷却器および原子力発電プラントの蒸気発生器な
どの熱交器の伝熱面の製造方法に関するものであ
る。 〔発明の背景〕 従来、最も広く用いられている蒸発器は、多数
の円管を円筒形胴の内部に収納した、いわゆるシ
エルチユーブ形式の熱交換器である。この熱交換
器は、前記円筒形胴内部に作動流体の低沸点媒体
液を充満させ、前記円筒形胴内の円筒表面から媒
体液を沸騰させる形式のものである。 近年は廃熱、地熱および海洋温度差などの温度
差エネルギーの有効利用をはかるために、低沸点
媒体を作動流体としたランキンサイクル発電プラ
ントが注目され、さらに高性能である、いわゆる
薄膜式蒸発器が提案されている。 上記蒸発器は伝熱面上に低沸点媒体液の薄液膜
を形成し、これを蒸発させる方式である。すなわ
ち第７図に示すように水平に設置した任意数の伝
熱管２に、この上方より液１をスプレー状に降り
注ぎ、伝熱管２の外周面に液膜４を形成させる。 この液膜４からの蒸発伝熱機構は、まず伝熱管
２内を流通する加熱流体５から管壁に熱が伝達さ
れ、この熱は管壁内部、管壁と液膜との境界面６
および液膜４を経て液膜表面７に達し、この液膜
表面７における蒸発潜熱を供給する作用を行う。
この際、伝熱管２の表面上の液膜４を薄く保つこ
とができれば、熱流に対する液膜部分の抵抗が減
少し、熱伝達率を向上させることができる。 化学工業および食品工業などで用いられる薄膜
蒸発器は第８図に示すように、垂直な円管２の外
周に液の薄膜４を形成して流下させて蒸発させる
ものである。例えば果汁の濃縮のように、液と加
熱面との接触時間を短くし、液の品質劣化を防止
する場合に適用されている。 さらに、第９図に示すように加熱流体５が流通
する偏平管８を積層してなる熱交換器９では、こ
の上方より液１を流下させて熱交換器９の側面上
に形成される薄膜４上で蒸発が行われる。このよ
うに偏平管８を積層することにより、熱交換器の
小形化をはかることができる。また薄膜蒸発を利
用した熱交換器では、伝熱面の構造として多孔伝
熱面を用いることにより、伝熱性能を高めること
ができる。前記多孔伝熱面は、機械的加工による
ものおよび微細粒子を焼結したものなどが利用さ
れている。 現在では上記の機械的加工法と焼結法の優劣の
差異は明確でない。微細粒子を焼結する方法は、
特公昭49−47349号、特公昭49−47350に記述され
ているように、沸騰液の種類、作動状況に応じて
高い伝熱性能がえられる粒子径、粒子層の厚さお
よび空隙率などの最適値が異なり、品質管理をか
なり厳格に行わねばならない。また前記文献で
は、熱伝導性の良好な金属板上に金属粉粒を散布
し、所定の粒子層厚さを形成させた後、炉内にお
いて無加圧状態で焼結を行つている。この際、金
属粒子の平均粒径はメツシユにより揃えられる
が、粒径が小さすぎると金属粉粒を散布するとき
に、粒子は飛散するから焼結層の生産性が低下す
る。一方、粒径が大きすぎると、粒子の飛散は起
りにくいが、金属板上で一様な厚さで粒子層を設
けることが容易でなく、品質管理は困難となる恐
れがある。 また、従来より伝熱表面に水の薄膜流を形成
し、この薄液膜を蒸発させる薄膜蒸発熱伝達で
は、プール沸騰熱伝達より伝熱性能が向上するこ
とは既に公知である。 一方、フレオンなどの有機冷媒により、上記の
薄膜蒸発熱伝達を行うとする場合には、フレオン
液の蒸発潜熱、比熱および熱伝導率などが水に比
べて小さいため、水の場合ほど伝熱促進効果が現
われないと考えられてきた。 ところが、エメリー＃1000で磨かれた平滑面を
用い、大気圧状態下の飽和フレオンＲ−11を作動
流体として、薄膜蒸発を行わせた結果によると、
プール沸騰の場合に比べて、特に熱流束が小さい
領域で高い熱伝達率がえられている。 一方、上記薄膜蒸発熱伝達の伝熱面に平滑面を
用いた場合、伝熱面上での冷媒液膜の広がり性が
悪い。したがつて、伝熱面上に乾いた部分ができ
易いため、多くの液冷媒を伝熱面上に流さなけれ
ばならない。このため、伝熱面上での冷媒液膜の
広がり性を良好にし、できるだけ少ない液流量で
も乾いた部分が伝熱面上に現われにくく、高い伝
熱性能を有する伝熱面が必要となる。 このような伝熱面として、冷媒液をその表面張
力で引き込み、伝熱面上の隅々まで冷媒液膜を形
成する多孔質伝熱面が考えられる。平滑面に比べ
て飛躍的に高い性能を示しているし、また、多孔
質伝熱面は流下液流量の影響をあまり受けず、安
定した性能を維持でき熱交換器の設計上、優れた
特性を有している。 〔発明の目的〕 本発明は上記にかんがみ焼結多孔質伝熱面を利
用し、ほぼ一様な高い伝熱性能をうることがで
き、かつ生産性と品質管理の優れた伝熱面の製造
方法を提供することを目的とするものである。 〔発明の概要〕 上記目的は、伝熱壁面に沿つて冷媒液を流下さ
せて、前記伝熱壁上に薄液膜流を形成し、該薄液
膜の蒸発により前記伝熱壁面を冷却するようにし
た熱交換器において、前記伝熱壁面上にアルミニ
ウムまたはアルミニウム合金の粉粒状ベース材と
該粉粒状ベース材よりも融点が少なくとも10℃低
くかつ小粒子径のアルミニウム合金の粉粒状材を
混合した粒子径が100〜300μｍの粉粒体を、前記
粉粒状ベース材の融点よりも少なくとも10℃低く
かつ前記小径のアルミニウム合金の粉粒状材の融
点よりも高い温度でしかも実質的に無加圧状態に
おいて非酸化性雰囲気中で焼結して焼結多孔質層
を形成すると共に、該焼結多孔質の空隙率を25〜
50％に構成することにより達成される。 〔発明の実施例〕 以下、本発明の実施例を図面について説明す
る。 第１図は本実施例を適用した熱交換器の斜視図
で、２は加熱流体５の流通する伝熱管、３は伝熱
管２の外周面上に100〜300μｍを直径の金属粉粒
を焼結して形成された焼結多孔質層、４は伝熱管
２の上方より流下された冷媒液１により、前記多
孔質層の外側面に形成された薄液膜である。 上記のような構成からなる伝熱管の伝熱面の製
造方法について下記に詳述する。 まず、アルミニウム粉末を標準ふるいにより粒
子径の一様な粒子群を選び、この粒子群を金属板
上に散布して一様な厚さの粒子層を形成し、炉内
で焼結して前記金属板上に焼結多孔質層を形成す
る。このようにして試作した５種類の伝熱管の伝
熱面の構造特性を下記表に示す。
以上説明したように、本発明によれば、100〜
300μｍのアルミニウムを含む粉粒により、アル
ミニウム板上（壁面上）に0.9〜1.1mmの焼結多孔
層を形成することにより、ほぼ一様な高い伝熱性
能を有し、かつ生産性と品質管理の優れた伝熱面
をうることができる。また、薄膜蒸発式の伝熱面
として使用することにより、高い伝熱性能を前記
多孔層により安定にうることができるばかりでな
く、壁面と作動の流体間の温度差が小さくなつて
も、高い伝熱性能をうることが可能である。 更に、基板金属にアルミニウム多孔質材を直接
粉末焼結にて複合し、伝熱面を形成できるのでそ
の間に接合層は存在せず、熱伝達特性が向上する
効果が得られる。
300μｍのアルミニウムを含む粉粒により、アル
ミニウム板上（壁面上）に0.9〜1.1mmの焼結多孔
層を形成することにより、ほぼ一様な高い伝熱性
能を有し、かつ生産性と品質管理の優れた伝熱面
をうることができる。また、薄膜蒸発式の伝熱面
として使用することにより、高い伝熱性能を前記
多孔層により安定にうることができるばかりでな
く、壁面と作動の流体間の温度差が小さくなつて
も、高い伝熱性能をうることが可能である。 更に、基板金属にアルミニウム多孔質材を直接
粉末焼結にて複合し、伝熱面を形成できるのでそ
の間に接合層は存在せず、熱伝達特性が向上する
効果が得られる。
第１図は本発明の伝熱面の一実施例を適用した
垂直円管の斜視図、第２図および第３図は同実施
例の粒径分布説明図および沸騰曲線の説明図、第
４図は同実施例の平均粒子径と熱伝達率との関係
を示す説明図、第５図は同実施例の薄膜蒸発熱伝
達の一例を示す図、第６図は同実施例の流下液流
量と熱伝達率との関係を示す図、第７図および第
８図と第９図は従来の伝熱面を適用した各従来例
の縦断面図および斜視図である。 １……冷媒液、２……熱交換器、３……焼結多
孔質層、４……薄液膜流。
垂直円管の斜視図、第２図および第３図は同実施
例の粒径分布説明図および沸騰曲線の説明図、第
４図は同実施例の平均粒子径と熱伝達率との関係
を示す説明図、第５図は同実施例の薄膜蒸発熱伝
達の一例を示す図、第６図は同実施例の流下液流
量と熱伝達率との関係を示す図、第７図および第
８図と第９図は従来の伝熱面を適用した各従来例
の縦断面図および斜視図である。 １……冷媒液、２……熱交換器、３……焼結多
孔質層、４……薄液膜流。
Claims (1)
- １ 伝熱壁面に沿つて冷媒液を流下させて、前記
伝熱壁上に薄液膜流を形成し、該薄液膜の蒸発に
より前記伝熱壁面を冷却するようにした熱交換器
において、前記伝熱壁面上に、アルミニウムまた
はアルミニウム合金の粉粒状ベース材と該粉粒状
ベース材よりも融点が少なくとも10℃低くかつ小
粒子径のアルミニウム合金の粉粒状材を混合した
粒子径が100〜300μｍの粉粒体を、前記粉粒状ベ
ース材の融点よりも少なくとも10℃低くかつ前記
小径のアルミニウム合金の粉粒状材の融点よりも
高い温度でしかも実質的に無加圧状態において非
酸化性雰囲気中で焼結して焼結多孔質層を形成す
ると共に、該焼結多孔質の空隙率を25〜50％に構
成することを特徴とする伝熱面の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20170084A JPS6183895A (ja) | 1984-09-28 | 1984-09-28 | 伝熱面およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20170084A JPS6183895A (ja) | 1984-09-28 | 1984-09-28 | 伝熱面およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6183895A JPS6183895A (ja) | 1986-04-28 |
| JPH0470559B2 true JPH0470559B2 (ja) | 1992-11-11 |
Family
ID=16445464
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20170084A Granted JPS6183895A (ja) | 1984-09-28 | 1984-09-28 | 伝熱面およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6183895A (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04118919U (ja) * | 1991-02-05 | 1992-10-23 | 大阪瓦斯株式会社 | ホールソー用補助具 |
| KR20010072966A (ko) * | 1999-08-12 | 2001-07-31 | 야마오카 요지로 | 열교환튜브 및 그것을 이용한 열회수방법 |
| US7059130B2 (en) * | 2002-02-13 | 2006-06-13 | Ship & Ocean Foundation | Heat exchanger applicable to fuel-reforming system and turbo-generator system |
| JP2007078276A (ja) * | 2005-09-15 | 2007-03-29 | Tlv Co Ltd | 気化冷却装置 |
| FR2940766B1 (fr) * | 2009-01-06 | 2011-05-27 | Commissariat Energie Atomique | Procede de realisation d'un depot de nanoparticules a adherence augmentee et dispositif pour la mise en oeuvre d'un tel procede |
| JP2015090242A (ja) * | 2013-11-06 | 2015-05-11 | 住友電気工業株式会社 | 金属管、伝熱管、熱交換装置及び金属管の製造方法 |
| JP7729542B2 (ja) * | 2021-06-11 | 2025-08-26 | 東京電力ホールディングス株式会社 | 蒸発器およびヒートポンプ |
| JP7796917B1 (ja) * | 2025-02-07 | 2026-01-09 | ポルタパーク株式会社 | 多孔質構造体の製造方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CH560670A5 (ja) * | 1972-03-22 | 1975-04-15 | Lonza Ag | |
| JPS5852993A (ja) * | 1981-09-25 | 1983-03-29 | Hitachi Ltd | 多孔質伝熱面 |
-
1984
- 1984-09-28 JP JP20170084A patent/JPS6183895A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6183895A (ja) | 1986-04-28 |
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