JPS6099999A - 沸騰伝熱壁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 に授精し、液体を沸騰させて伝熱する伝熱壁に関するも
ので、冷凍機等に用いるのに好適である。

〔発明の背景〕

沸騰熱伝達を高める伝熱壁に関する技術はいくつか提案
されている。

第１は焼結法、溶射法、エツジングなどによって、伝熱
壁面上を多孔質層にする方法である。この伝熱壁は平滑
な面に比べると高い伝熱性能を有するが、多孔質層の空
隙が狭いために沸騰液中に含まれている不純物、あるい
は溶は込んでいる非沸騰液が空隙に［１詰りして、性能
劣化をまねく。

第２は、第１図に示すように伝熱面上にトンネルと開孔
を有する伝熱壁である。この伝熱面も高い性能を有する
。開花の大きさも焼結法などによる多孔質層に比へると
大きく、不純物、非沸騰液などの目詰りによる性能低下
は小さい。しかし、この開孔と１−ンネルを有する伝熱
壁は、伝熱面への熱負荷に応じて最適な開孔径が存在す
る。したがって、熱負荷が小さすぎたり、大きすぎたり
すると伝熱性能が低下する。また蒸発する作動圧力が低
い場合にも性能が低下するという問題点がある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上記、開孔とトンネルを有する伝熱壁
の欠点を改善するものである。

〔発明の概要〕

本発明は開孔とトンネルを有する伝熱壁のトンネル内壁
を粗面にすることを特徴とする。

〔発明の実施例〕

本発明の一実施例を第２図〜第６図に示す。先づ第２図
に如く第一工程において円管表面にローレノ１−加工に
より浅い溝を作る。この溝は管軸に対して約４５°方向
とする。続いて第二工程では管軸にほぼ直角方向にバイ
トですき起し加工を行う。すき起し加工で作られるフィ
ン高さは約１胴程度とし、第一工程の溝より高くする。

この方法により第３図の如く凹凸をもったフィンの列が
形成される。第三工程において第４図に示すように微、
Ｊｓ金属粉末をフィン及びフィン間の谷部の伝熱壁に衝
突させる。このサンドブラスト伝により壁面が粗面化さ
れる。第四工程において、ロール加工あるいはブラシン
グ加工などによりフィンをわかせる。隣接するフィンが
接合されることによりトンネルが形成される。そして、
フィン先端が凹凸しているため、第二工程後の四部は開
孔を形成する。　以上の機械的な三工程による加工法と
サンドブラスト法を組み合せる方法により第５図の如く
トンネル内壁を粗面とした開孔とトンネルを有する伝熱
面を製作出来る。本実施例は比較的簡単な加工法を組み
合せた方法である。

第三工程の粗面加工法として、その外に溶射法、焼結法
、エツチング法、あるいはハンダメッキ法などによる方
法も容易に可能である。

第６図に示すように第二工程と第三工程を同時に行う方
法でもよい。この場合にはバイトによるすき起し加工の
前に粗面加工を行うことが出来るため、前実施例よりも
粗さを深くすることが可能である。例えば第６図のよう
にすき起しバイトよりも先行するローレット工具を用い
て押し付ける方法でよい。また、すき起しバイトの切削
側の反対に粗面加］ニ用の形状を設けて、すき起し加工
と同時に粗面加工を行う方法は、製作工程をひとつ減少
させることが可能である。

先づ、開孔とトンネルを有する伝熱壁の伝熱促進機構に
ついて説明する。沸騰液中に授精さ九た伝熱壁が沸騰し
始めると、１〜ンネル内に蒸気泡が保持さＪＬ、第７図
に示すようにトンネル内壁は薄い液膜でおおわれる。伝
熱壁は加熱されているから、次づこの伝熱壁から液膜に
熱が伝わり、加熱されだ液膜は薄いため、液膜表面から
液がすみやかにトンネル内へ蒸発し、開孔から沸騰液中
へ蒸気泡となって流出する。この場合、全ての開孔から
蒸気泡が流出するというわけではなく、ある一定流量の
活性開孔から発泡が起る。そして、蒸気泡のない不活性
開孔からトンネル内へ液が侵入したり、あるいは活性開
孔においても蒸気が沸騰液中へ放出されるあい間をぬっ
て、液がトンネル内へ侵入する。このようにトンネル内
壁全域が薄い液膜でおおわれている時には、伝熱面積も
広くとれ、かつ液膜が薄いため、液膜内を伝Ａうる熱流
の熱抵抗も小さく、高い伝熱性能が得られる。

一方、このような伝熱形成が成り立たない場合は高い伝
熱性能が保たれない。例えば伝熱壁面ｔ、の熱負荷が小
さく、液膜がら蒸発する蒸気が少ない場合は、液膜がノ
ダくなったり、あるいは第８図に示すように１〜ンネル
内部の一部分が沸騰液で埋められてしまう。このような
場合には原液膜の熱抵抗が大きいため性能低下をまねく
。開孔の大きさを小さくして、］〜ンネル内への液の侵
入を防ぐと逆にトンネル内壁のうち、底部に近い部分に
乾き面が生じる。Ｉ：１′ｔ、５！！面においては液膜
の蒸発が生じないから性能低下は著しい。また開孔を小
さくすると、開孔を蒸気が通過するときの流動抵抗が大
きくなり、その分、同じ熱流束を伝えるのに伝熱性がよ
り過熱されることになり一層性能が低下する。

作動圧力が低い場合は、蒸気の比体積が大きくなるため
、トンネル内部で蒸気が占める体積割合が増合し、開孔
を通過するときの蒸気の流動抵抗が増加して性能低下を
まねく。開孔を大きくすると上記の如く液のトンネル内
への侵入が盛んになり液膜の熱抵抗が大きくなってしま
う。

そこで、本発明はトンネル内壁を租面しこシて、開孔か
らトンネル内へ侵入した液を、粗面上の液の毛細管力を
利用して、トンネル内壁、特番；トンネル底部側へ導び
いてやろうとするものである。

このようにすることにより、従来トンネル内しこ乾き面
が発生していた状況下にお）Ｎでも、開孔を大きくする
ことなく、トンネル内壁のぬめ性を向上させること出来
る。さらに過熱度が小さく］・ンネル内部に液が侵入し
やすい状況下におし１ても、トンネル内壁に微小くぼみ
が存在すると、壁面力１ら気泡が生成されて、沸騰が促
進される。第９図し二トンネル内部の浮液膜部から気泡
生成されてしする状況を撮影し−た顕微鏡写真から得ら
れた模式図である。これは沸騰液Ｒ−１１．蒸発圧力０
．２３ＭＰａ。

熱流束０．５　ｗ　／Ｃｍ２の場合に得られたものであ
る。

ｌ−ンネル底部から気泡生成が行われてｌ、Ｍる様子が
わかる。

このように本発明は従来面に比べてトンネル内壁を薄い
液膜ておおいやすくすると共に、厚液膜が生じても、壁
面からの発泡を促がすことができる。

〔発明の効果〕

本発明の１〜ンネル内壁を粗くした開孔とトンネルで構
成さ九た伝熱壁ではトンネル内壁がぬれやすくなる。

内壁が粗くなっているため、粗面上に形成されている微
小溝における液の毛細管力によって、開孔からトンネル
内へ侵入した液がトンネルの底部まで引き込まれ、１〜
ンネル全周がぬれ易くなるからである。

性能向上の１例しとしてトンネル内壁を半田メッキによ
って粗面にした場合の性能を、半田メッキしない場合と
比較して第１０図に示す。

第１１図は粗面と伝熱性能との関係を伝熱性能とトンネ
ル内壁顕微鏡写真の結果から導びいたものである。粗さ
が５〜４０μｍの範囲内で粗さの影響があられれて、性
能が向上している。１０μｍ前後の粗さのときに最も高
い性能を示している。

開孔とトンネルを有する伝熱面では、開孔の大きさ、あ
るいは熱負荷によって、トンネル内の伝熱型式が変化し
て、性能の低下をまねく場合がある、熱負荷の値によっ
て高い伝熱性能を維持出来る開花の大きさの最適値は狭
い範囲である。本発明のようにトンネル内壁に液＠流動
機構を設けることにより、開孔の大きさの最適値の範囲
を広げられる。生産過程において、開孔の大きさの制御
が容易となり、品質管理上優九る。

なお、本発明では、トンネル内壁の一部分、例えば頂部
、側面、底部が粗面化されている場合でも十分に伝熱促
進の効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来技術の断面図、第２図〜第５図は本発明の
製作過程を示す図、第６図は他の実施例を示す図、第７
図（Ａ）、第７図（Ｂ）、第８図は従来技術における作
用を説明する図、第９図は本発明の効果を示す開口部の
作用のモデル図、第１Ｏ図は本発明の実施例の伝熱性能
を示す図である。 第１１図は粗さの最適値を示す図である。 シト溝、８・・・微小フィン、１０・・・微小金属粒、
１３・・・粗面、Ｊ４・・・すき起し工具、１５・・・
粗面加工工具、１６・・・本発明の一実施例の伝熱性能
、１７・・・従来技術の伝熱性能。 ７２０ ろ　７ 譚３巳 竿４０ 聾Ｓ図 芽　乙　しへ ／Ｓ 嫌９　口 ５１ 第１ｏ図 蓋　熱　危　ΔＴ　（ｌ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ■、伝伝熱面皮皮下並列に走る微小のトンネルを有し、
   伝熱面表皮外と前記トンネルとを連通ずる微小開孔がト
   ンネル頂部に複数個設けられている沸騰伝熱壁において
   、トンネル内壁を粗面にしたことを特徴とする沸騰伝熱
   壁。 ２．１〜ンネル内壁の頂部を粗面としたことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の沸騰伝熱壁。 ３、トンネル内壁の頂部及び側面を粗面としたことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の沸騰伝熱壁。 ４、トンネル内壁の粗さを、５〜４０μＩｎの範囲にし
   たことを特徴とする特許請求の範囲第１・−第３項のい
   ずれか１項に記載の沸騰伝熱壁。