JPH0478917B2 - - Google Patents

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JPH0478917B2
JPH0478917B2 JP58172810A JP17281083A JPH0478917B2 JP H0478917 B2 JPH0478917 B2 JP H0478917B2 JP 58172810 A JP58172810 A JP 58172810A JP 17281083 A JP17281083 A JP 17281083A JP H0478917 B2 JPH0478917 B2 JP H0478917B2
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Hiromichi Yoshida
Shigeo Fukuda
Kyoshi Ooizumi
Kimio Kakizaki
Hisashi Nakayama
Takahiro Ooguro
Tadakatsu Nakajima
Yoshihiko Nakayama
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Hitachi Ltd
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Hitachi Cable Ltd
Hitachi Ltd
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    • E04BUILDING
    • E04CSTRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
    • E04C2/00Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels
    • E04C2/30Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by the shape or structure
    • E04C2/32Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by the shape or structure formed of corrugated or otherwise indented sheet-like material; composed of such layers with or without layers of flat sheet-like material
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F13/00Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • F28F13/18Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by applying coatings, e.g. radiation-absorbing, radiation-reflecting; by surface treatment, e.g. polishing
    • F28F13/185Heat-exchange surfaces provided with microstructures or with porous coatings
    • F28F13/187Heat-exchange surfaces provided with microstructures or with porous coatings especially adapted for evaporator surfaces or condenser surfaces, e.g. with nucleation sites
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10S165/911Vaporization

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、接触する液体を蒸発(沸騰を含む広
い意味)させることによつて液体へ有利に熱を伝
達することのできる伝熱壁の改良に関するもので
ある。
板や管の表面からこれと接触する液体、例えば
フロン液を蒸発させることによつて液体へ有利に
熱を伝達するための試みとして、伝熱壁の表面下
に微小な間隔で隣接する多数の微細な細長い空洞
を設け、該空洞の各々の天井に、該空洞に沿つ
て、微小な間隔で規則的に配置され、該空洞を外
部と連通させる微小な孔を設けたものが提案され
ている(特公昭56−44357号公報)。
このような伝熱壁であれば、空洞に沿つてスリ
ツト状の狭い開口を連続させて設けたものに比べ
て高い伝熱性能を得ることができる。しかし近年
このような伝熱壁を使用する機器の小型化、高性
能化等に伴つて伝熱壁として更に高い伝熱性能を
有するものが要求されている。
従つて本発明の目的は、伝熱性能に優れた改良
された蒸発伝熱壁を提供することにある。
本発明によれば斯かる目的は、前記したような
伝熱壁の孔の内部に、該孔部内を含む孔部近傍か
ら該孔部を横切る方向へ突出した突起を設け、該
突起により該突起のある孔部を通過する流体を交
通整理させることによつて達成することができ
る。
以下本発明を添付図面を参照して説明すれば、
第1図は本発明を管材の外表面部に適用した場合
を示している。
第1図において2が例えば銅管からなる管材1
の外側の表面下に形成された微細な空洞で、例え
ば、高さ0.2〜1.0mm、幅0.1〜1.0mm程度のものが、
0.2〜1.5mm程度のピツチで隣接し、管軸に対して
ほぼ直角に近い傾きをもつてらせん状に連続して
いる。3は管材1と一体をなして空洞2を隔てる
壁でその上方は、第1図の右側の断面に見られる
ように、空洞2に沿つた方向に部分的に、一方の
面が隣接する壁に接近したような形で厚くなつて
いる。4がその壁3と一体をなす天井で、各空洞
2の天井には夫々第2図aに示すように平面的に
は内接円径にして0.1〜0.4mm程度の略三角形をな
す微小な孔5が空洞2に沿つて0.3〜1.0mm程度の
ピツチで規則的に設けられている。この孔5は略
三角形に限らず、円形、方形、小判形等であつて
もよい。
空洞2に沿つた孔5の間の天井4部分は、第1
図の左側の断面で示すように、その裏面中央部が
他部より厚くなつて壁3の厚くなつた部分へと続
き、天井の裏面全体としては、それがあたかも空
洞2に沿つて波を打つたようになつている。従つ
て空洞2は、その断面積が長手方向に部分的に異
なり、孔5の部分が他の部分に比べてやや大きく
なつている。この空洞2の断面は天井の裏面が平
らでほぼ一様であつてもよい。
しかして各孔5の中には夫々第2図aにも示す
ように、平面的には孔5よりも小さい舌状の突起
6が形成されている。この突起6は夫々孔5の空
洞と平行で壁3の一方の面の延長である辺51と
交わる二辺のうちの一辺52側から孔5を横切
り、平面的には孔5を一部塞ぐように突出してい
る。この突起6は第2図のbやcに示すように、
先の方が割れていたり、複数の舌が出ているよう
な形状であつてもよいし、凹状、凸状またはそれ
らに類似する形状であつてもよい。
突起6はまた立体的には第3図ないし第5図に
示すように、孔5の辺52側の縁から突出し、辺
52と53の交点側が低くなるように5〜80度傾
いている。この傾きは別の方向であつてもよい
し、別な方向の傾きを伴つていてもよい。
この傾きは付根が外表面とほぼ平行ないし垂直
であつて先端側が捻られ形であつてもよい。後述
する場合も同様であるが、突起6の付根は図示す
るように明確である必要はなく、直線、曲線また
はそれらの組合せで他部を連続していてよい。勿
論突起6の厚さもモデル化した第3図ないし第5
図に示すように各部がほぼ一様である必要はな
い。前記したような突起6の傾きは突起6の線に
沿つて孔5と突起6の間にできる狭い隙間7を平
面的ないしは立体的に不均一にし、1つの孔5部
において空洞2に対する蒸気泡の離脱部と液の浸
入部をはつきりさせ、両流体の流動を交通整理す
る上で有効である。そのような狭い隙間7の不均
一性は、突起6の孔5に対する形状の相違や位置
のずれ、あるいは突起6および/または孔5の縁
の厚さを異ならせたりすることによつても得るこ
とができる。そのような場合、突起6は外表面1
1に対して傾きをもたなくてもよいであろう、突
起6が傾きをもたないような場合、突起6の付根
は外表面11を基準にして0.1〜0.4mm程度下がつ
ていることが望ましい。
突起6はまた、孔5の中だけでなく、その一部
が空洞2内へ延びていてもよい。場合によつては
突起6は孔5の縁からでなく、孔に近い壁3の部
分から突出して孔5部に臨ませてもよい。そのよ
うな場合でも、該突起に傾きを付与したり、孔5
に対する位置をずらしたり、孔5に対して形状を
相違させて隙間7に不均一性を付与することが望
ましい。
このように孔5と突起6は種々の形状の組合せ
が考えられるが、突起6の上面(外部に面する側
の面)の面積の孔5の面積に対する比率は20〜
150%程度が望ましい。
前記したような構成の表皮帯域をもつた伝熱壁
1がこれと接触して沸騰する液体より高い温度で
加熱されると、第6図に示すように、空洞2内に
蒸気泡103が発生する。
ここで第6図における沸騰状況のスケツチは、
伝熱壁1の加熱が小さい場合を示したものである
が、過熱が大きい場合、空洞2内の蒸気泡103
は空洞2内全域に充満して連続したものとなる。
空洞2内の蒸気泡103の圧力が狭い隙間10
7における気液界面の安定条件(主として液体の
表面張力と隙間107の寸法とによつて決定され
る)より高くなると、蒸気泡103の一部は気泡
101として伝熱壁1外部へ放出される。一方、
狭い隙間107での気泡101の成長、離脱に伴
う空洞2内の圧力変動及び液の毛細管力により外
部液が狭い隙間107′から空洞2内に供給され
る。空洞2内の蒸気泡103と空洞内部との間に
は薄い液膜105が形成されているが、この液膜
105は非常に薄い(10〜50μm程度)ため、膜
内の温度降下は殆どなく、空洞壁により僅かに過
熱されると直ちに蒸発し、蒸気泡103に蒸気を
供給する。一方、外部液の供給102は突起6に
一担衝突した後空洞2内に導かれるため、突起6
部で予熱され、過熱液の状態となつて空洞2内に
流入する。従つて、この流入液は小さい過熱で蒸
発し、蒸気泡103に蒸気を供給することにな
る。また、空洞2内へ流入する液は、矢印102
で示すように、突起6で流れの方向が空洞2の長
手方向に変えられるため液膜105への液の供給
がスムーズに行われると共に突起6部を通過する
際の流動抵抗が増加し、空洞2内への供給量が制
限される。
一方、狭い隙間7の流動抵抗の小さい部分10
7から気泡101が成長、離脱し、流動抵抗の大
きい部分107′から液が供給されるように隙間
7が作用するため、空洞内部と外部との間の気液
交換が夫々交通整理された状態で同時に行なわれ
ることになり、沸騰現象がスムーズに準定常的に
行なわれることになる。
また、第6図に示すように、伝熱壁1の過熱が
小さい場合、空洞2内の蒸気圧が低下するため、
空洞2内へ大量の液に流入し、蒸気泡103が潰
され易くなる。しかし第6図に示すように、突起
がスロート(throat)の役割を果たし、空洞2を
セル(cell)化し、分割するように働いているた
め、蒸気泡の潰れた部分106は空洞2内の全域
にまで広がらず、ごく一部のみに止まる。従つ
て、空洞2内の多くの部分で蒸気泡103と薄い
液膜105が維持される。この場合、天井4の空
洞2に沿つた波を打つたような形状がこれを助長
している。
このように、空洞2内に安定した液膜を形成す
るという作用により、高い熱伝達率が得られ、特
に、伝熱壁の過熱が小さい領域(熱流速の小さい
領域)での熱伝達率の改善が大きく行なわれる。
本発明の実施例では、外径18mm、肉厚1.1mmの
銅管の外表面の直下に、高さが高いところで0.45
mm、低いところで0.3mm、幅0.25mmの空洞を管軸
に対して直角に近い傾きをもつて0.5mmのピツチ
でらせん状に成形した。この場合、空洞が形成さ
れた部分の外表面は孔部を除いて平らにされた。
しかして、その空洞の高さの高い部分の天井に一
辺が空洞を隔てる壁の一方の面の外表面側への延
長上にあり、内接円形にして0.2mmの大きさをも
つ略三角形状の孔を、空洞に沿つて0.8mmのピツ
チで形成されたが、その各孔の内部には夫々第2
図aに示すように辺52側に付根をもち、平面的
には孔より小さい突起を形成すると共に、各突起
は、第3図ないし第5図に示すように、辺53の
辺52と53の交点側が低くなるように約45度傾
けた。
この実施例で得られた伝熱管について、トリク
ロロフルオルメタン(CFCl3)を用い、絶対圧力
0.41Kg/mm2の条件下で管外沸騰熱伝達特性を測定
した。その結果を第6図に示す。
第6図において、線Aが本発明による銅管の特
性であり、線Bが外観形状は本発明のものとほぼ
同程度で孔部内に舌状の突起のない銅管の特性で
ある。尚、線Cは空洞のない平面平滑な銅管の特
性である。
以上のように、本発明による伝熱壁は微細な空
洞を外部と連通させる孔の内部に突起を設けるこ
とにより伝熱性能を一段と向上させたもので、こ
れを使用する機器の小型化、高性能化に寄与し得
る効果がある。
尚、前の例では空洞は、らせん状に連続する場
合を示したが、これは直線状、リンク状であつて
もよい。勿論、伝熱壁は管材に限らず、筒体、板
体等であつてもよい。また伝熱壁の材質は銅の場
合を示したが、他の金属或は非金属材料であつて
もよい。
また、前の説明では、伝熱壁を液中に浸漬して
沸騰させるプール沸騰状態の場合について説明し
たが、本発明は伝熱壁に液を滴らしたり、吹き付
けたりして薄膜の液にして蒸発させる用途に対し
ても使用することができ、同様に高い伝熱性能が
得られることを確認している。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る伝熱壁の一実施例の概略
を示す斜視図、第2図はその孔部の例を示す拡大
平面図、第3図は第2図a中のA−A線に沿つて
みた図、第4図は第2図a中のB−B線に沿つて
みた図、第5図は同じくC−C線に沿つてみた
図、第6図は本発明に係る伝熱壁の沸騰状況を示
す説明図、第7図は本発明に係る一実施例の伝熱
特性を示すグラフである。 1:伝熱壁としての管材、2:空洞、3:壁、
4:天井、5:孔、6:突起、7:狭い隙間、1
1:外表面、51,52,及び53:孔の辺。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 伝熱壁の液体と接する表面下に、微小な間隔
    で隣接する多数の微細な細長い空洞を有し、その
    空洞の天井には空洞の長手方向に沿つて微小な間
    隔で規則的に配置され、前記空洞を外部と連通さ
    せる多数の微小な孔が設けられた伝熱壁におい
    て、前記孔内には夫々該孔を含む孔部近傍から該
    孔を横切る方向へ突出し、伝熱壁の表面に対して
    少なくとも一方に傾きをもつた突起が設けられて
    いることを特徴とする蒸発伝熱壁。 2 舌状の突起が孔の縁から孔の中に突出してい
    る前記第1項記載の蒸発伝熱壁。 3 孔が略三角形で、その孔の一辺側から突起が
    突出している前記第1項又は第2項記載の蒸発伝
    熱壁。 4 孔の一辺が空洞を隔てる壁の一方の面の伝熱
    壁の表面側への延長線上にあり、残る二辺のうち
    の一方の辺側から突起が突出している前記第3項
    記載の蒸発伝熱壁。 5 天井の裏面が空洞に沿つて波を打ち、空洞の
    高さが高い部位の天井に孔が設けられている前記
    第1項ないし第4項のいずれかに記載の蒸発伝熱
    壁。 6 伝熱壁が管材であり、空洞が管軸に沿つてら
    せん状に延びている前記第1項ないし第5項のい
    ずれかに記載の蒸発伝熱壁。
JP58172810A 1983-09-19 1983-09-19 蒸発伝熱壁 Granted JPS6064196A (ja)

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EP (1) EP0136148B1 (ja)
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DE (1) DE3464964D1 (ja)
HK (1) HK95888A (ja)
SG (1) SG17488G (ja)
ZA (1) ZA847177B (ja)

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