JPH0127359B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0127359B2 JPH0127359B2 JP5405780A JP5405780A JPH0127359B2 JP H0127359 B2 JPH0127359 B2 JP H0127359B2 JP 5405780 A JP5405780 A JP 5405780A JP 5405780 A JP5405780 A JP 5405780A JP H0127359 B2 JPH0127359 B2 JP H0127359B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- heat transfer
- perforated plate
- nozzle
- diameter
- transfer surface
- 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
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Description
本発明は加熱又は冷却すべき物体（対象物）に
高温の又は低温の流体を衝突させることにより対
象物を加熱又は冷却するに際して、熱伝達率を増
進させるような伝熱増進機構に関する。 従来、衝突噴流による加熱冷却機器は工業的応
用への簡易さと高い熱伝達率のために実用されて
きたが、省エネルギー・省物質の必要性からより
高い熱伝達率を得る技術が種々研究されている。
例えば噴流中に粉体を入れたり、対象物の伝熱面
を振動させたり、伝熱面に凹凸をつけて伝熱面積
を増加させたりすることが試みられている。しか
しながら従来の伝熱増進技術では圧力損失の増
加、汚れや目づまり、機器の構造に伴う困難、コ
ストが高くなり過ぎる等の問題があり、実用化は
限定されていた。 本発明の目的は従来の伝熱増進技術において見
られるような欠点を除去し、そして簡単な構造
で、どのような加熱又は冷却機器にも容易に適用
し得るような伝熱増進機構を提供することであ
る。 本発明の発明者は上記目的を達成するために研
究した結果、衝突噴流によつて対象物の伝熱面を
冷却又は加熱する場合、伝熱面の前方（すなわち
上流側）に流れの一部をさえぎるような遮蔽物を
設置すると熱伝達率が高められることを明らかに
した。本発明によれば上記の目的を達成するた
め、流体を噴出し噴流とするノズルと、該ノズル
と所定距離隔たつた個所に位置する加熱又は冷却
すべき対象物と、該対象物の伝熱面の前方に位置
し上記噴流の一部をさえぎるように多数の小孔を
形成した多孔板を配設し、上記流体が上記ノズル
の軸上から半径方向への広がりをなして上記対象
物に衝突するようにして上記対象物を噴流により
加熱又は冷却する伝熱装置であつて、上記多孔板
に設けられる円形の小孔の直径をｄとし、上記多
孔板と上記伝熱面までの距離をζとすると、ζ／
ｄが１乃至15の範囲に、上記衝突噴流を発生させ
る伝熱装置におけるノズルの内径をＤとすると
ｄ／Ｄが0.01乃至0.5の範囲に、上記多孔板にお
ける小孔と小孔とのピツチをｐとすると、ｐ／ｄ
が6.0未満に配置したことを特徴とする伝熱増進
機構が提供される。伝熱面の前方に遮蔽物を配置
すると、その遮蔽物により一部の流体は遮蔽物表
面に沿つて側方へ逃げるけれども、残りの流体は
遮蔽物により流路が狭められたのと同じ状態とな
り、その結果流速が増加し、伝熱面により強力に
作用することにより伝熱増進が行われる。 また、対象物の前方に配置する遮蔽物を伝導率
の良好なもの、例えば銅、アルミニウム等の金属
とするのが好ましい。そのようにすると、対象物
からのふく射熱は遮蔽物を通つて拡散されるし、
また遮蔽物の表面に沿つて側方に逃げる流体によ
つても伝熱を促進できる。 以下添付図面を参照しながら、好ましい実施態
様について説明する。 第１図は遮蔽物として丸穴のあいた多孔板を用
いた時の最適条件を求めるための実験装置の側面
図であり、第２図は多孔板の正面図であり、第３
図はノズルと多孔板と対象物の伝熱面の関係を示
す説明図である。 第１図に示した流体噴射装置は無段変速機１、
フアン２、デイフユーザ３、整流部４およびノズ
ル５から成る。台車６上に冷却すべき対象物７を
搭載し、また台車６上の移動台８に多孔板９を設
置した。対象物（伝熱面）としては厚さ15mmのベ
ークライト板に厚さ30μｍのステンレス箔を貼
り、これを通電加熱した。伝熱面温度はステンレ
ス箔裏面に半径方向５mmおきにCu−Co熱電対を
設けて測定した。 多孔板９の孔径ｄは３mmであるが、孔のピツチ
ｐ（ある孔の中心から隣接する孔の中心までの距
離）を変えた、下記のような何種類もの多孔板を
用意した。
高温の又は低温の流体を衝突させることにより対
象物を加熱又は冷却するに際して、熱伝達率を増
進させるような伝熱増進機構に関する。 従来、衝突噴流による加熱冷却機器は工業的応
用への簡易さと高い熱伝達率のために実用されて
きたが、省エネルギー・省物質の必要性からより
高い熱伝達率を得る技術が種々研究されている。
例えば噴流中に粉体を入れたり、対象物の伝熱面
を振動させたり、伝熱面に凹凸をつけて伝熱面積
を増加させたりすることが試みられている。しか
しながら従来の伝熱増進技術では圧力損失の増
加、汚れや目づまり、機器の構造に伴う困難、コ
ストが高くなり過ぎる等の問題があり、実用化は
限定されていた。 本発明の目的は従来の伝熱増進技術において見
られるような欠点を除去し、そして簡単な構造
で、どのような加熱又は冷却機器にも容易に適用
し得るような伝熱増進機構を提供することであ
る。 本発明の発明者は上記目的を達成するために研
究した結果、衝突噴流によつて対象物の伝熱面を
冷却又は加熱する場合、伝熱面の前方（すなわち
上流側）に流れの一部をさえぎるような遮蔽物を
設置すると熱伝達率が高められることを明らかに
した。本発明によれば上記の目的を達成するた
め、流体を噴出し噴流とするノズルと、該ノズル
と所定距離隔たつた個所に位置する加熱又は冷却
すべき対象物と、該対象物の伝熱面の前方に位置
し上記噴流の一部をさえぎるように多数の小孔を
形成した多孔板を配設し、上記流体が上記ノズル
の軸上から半径方向への広がりをなして上記対象
物に衝突するようにして上記対象物を噴流により
加熱又は冷却する伝熱装置であつて、上記多孔板
に設けられる円形の小孔の直径をｄとし、上記多
孔板と上記伝熱面までの距離をζとすると、ζ／
ｄが１乃至15の範囲に、上記衝突噴流を発生させ
る伝熱装置におけるノズルの内径をＤとすると
ｄ／Ｄが0.01乃至0.5の範囲に、上記多孔板にお
ける小孔と小孔とのピツチをｐとすると、ｐ／ｄ
が6.0未満に配置したことを特徴とする伝熱増進
機構が提供される。伝熱面の前方に遮蔽物を配置
すると、その遮蔽物により一部の流体は遮蔽物表
面に沿つて側方へ逃げるけれども、残りの流体は
遮蔽物により流路が狭められたのと同じ状態とな
り、その結果流速が増加し、伝熱面により強力に
作用することにより伝熱増進が行われる。 また、対象物の前方に配置する遮蔽物を伝導率
の良好なもの、例えば銅、アルミニウム等の金属
とするのが好ましい。そのようにすると、対象物
からのふく射熱は遮蔽物を通つて拡散されるし、
また遮蔽物の表面に沿つて側方に逃げる流体によ
つても伝熱を促進できる。 以下添付図面を参照しながら、好ましい実施態
様について説明する。 第１図は遮蔽物として丸穴のあいた多孔板を用
いた時の最適条件を求めるための実験装置の側面
図であり、第２図は多孔板の正面図であり、第３
図はノズルと多孔板と対象物の伝熱面の関係を示
す説明図である。 第１図に示した流体噴射装置は無段変速機１、
フアン２、デイフユーザ３、整流部４およびノズ
ル５から成る。台車６上に冷却すべき対象物７を
搭載し、また台車６上の移動台８に多孔板９を設
置した。対象物（伝熱面）としては厚さ15mmのベ
ークライト板に厚さ30μｍのステンレス箔を貼
り、これを通電加熱した。伝熱面温度はステンレ
ス箔裏面に半径方向５mmおきにCu−Co熱電対を
設けて測定した。 多孔板９の孔径ｄは３mmであるが、孔のピツチ
ｐ（ある孔の中心から隣接する孔の中心までの距
離）を変えた、下記のような何種類もの多孔板を
用意した。
【表】
一方、ノズルは内径が50mm、30mm、15mmおよび
10mmのものを用意した。 多孔板９は第３図に示すようにひとつの小孔の
中心が噴流中心（ノズルの中心線上）と一致する
ように設置する。第３図に符号Ｏで示した点、す
なわちノズルの中心線上の伝熱面の箇所、をよど
み点と以下称する。 ノズル５から伝熱面７までの距離Ｈは、最初に
多孔板９を取外した状態で台車６を移動させて、
伝熱面７における平均噴流速度、速度乱れ強さ、
衝突噴流の熱伝達率等を考慮して適当な距離とす
る。第４，５，６図に示したグラフにおいてはＨ
＝2D（ただしＤはノズルの直径）であつた。 次に内径50mmのノズルを用いて、前述の表に示
した各寸法の多孔板について多孔板９と伝熱面７
との間の距離ζを変化させて熱伝達率を調べた。
第４図は横軸に多孔板の位置をζ／ｄで表わし、
縦軸によどみ点（すなわちｒ＝ｏ）における熱伝
達率ｈを表わしたものである。第４図において点
線ａは多孔板がない場合のものである。第４図か
ら明らかなように小孔径ｄに対する多孔板と伝熱
面との距離ζの関係はζ／ｄが１乃至15の場合に
良い熱伝達率が得られることがわかる。好ましく
は、ζ／ｄは１〜５の範囲内である。 第４図はよどみ点についてのグラフであるが、
よどみ点から半径方向に離れた箇所についても平
均熱伝達率を調べたところ、ｐ／ｄ（ただしｐは
小孔間のピツチ、ｄは小孔の直径）が6.0以上で
なければ（すなわちプレートNo.６〜８を除した場
合）、ｒ／Ｄ（ただしｒは伝熱面におけるよどみ点
からの半径方向の距離）が1.0程度までの範囲で
はζ／ｄに特に大きい場合（例えばζ／ｄが10と
か15）を除いて、かなりの伝熱増進がみられ、よ
どみ点におけるのと同様にζ／ｄが１乃至５の程
度が好ましかつた。 また伝熱面の壁温変化パターンを観察するため
にステンレス箔を通電加熱すると共に、ステンレ
ス箔の表面に厚さ10μｍの液晶シートを接着して
用いた。その結果、第２図に示したような多孔板
では方位によつて異方性があり、一般的によどみ
点から多孔板の小孔が最も短かい間隔で並ぶ方位
（第２図ではＡ方向）により高い熱伝達特性が得
られる傾向があることが確認された。 次に多孔板の孔径ｄとノズル径との比ｄ／Ｄの
影響について、噴流レイノズル数を一定に保ち、
ノズル径Ｄを変化させて検討した。ただし小孔の
ピツチはｐ／ｄ＝3.33で、多孔板９と伝熱面７と
の距離はζ／ｄ＝3.0とした。結果を多孔板を挿
入しない場合との比として求め、平均値の評価位
置ｒ／Ｄをパラメータとして第５図に示した。第
５図から明らかなようにｄ／Ｄが増加すると伝熱
増進割合は単調に減少し、また伝熱増進が実現さ
れる面積も減少する。例えばｄ／Ｄ＝0.3の場合、
ノズル径の２倍の径の円形領域（ｒ＝1.0D）に
わたつては、ほとんど伝熱増進は期待できない。
しかしノズル径と同径の円形領域（ｒ＝0.5D）
においてはｄ／Ｄが0.5までは伝熱増進がなされ
る。一方ｄ／Ｄが非常に小さい場合は流体の粘性
効果の増大と多孔板の流力抵抗の増加が生じ、熱
伝達率は低下する。第５図において＊印はｄ／Ｄ
が0.0153の場合を示すものである。 多孔板のピツチｐと多孔板の小孔径ｄとの比
ｐ／ｄと平均熱伝達率との関係を第６図に示し
た。第６図において点線ａは多孔板がない場合の
ものである。そしてｒ／Ｄをパラメータとした。
ｒ／Ｄが2.0の範囲までならばｐ／ｄが１乃至４
の範囲にあると、熱伝達率の増進が生じる。好ま
しくはｐ／ｄは２〜４の範囲とする。液晶を用い
た伝熱面の温度分布の観察によると、ｐ／ｄが比
較的小さい場合はよどみ点近傍が周囲よりも熱伝
達率が低く、しかもｒ／Ｄ＝0.5付近の６箇所の
領域で熱伝達率が最大となるパターンが得られ
た。ｐ／ｄ＝2.0の場合はよどみ点近傍の熱伝達
が良好となり、その時ζ／ｄが小さい場合（例え
ば1.0）は小孔間の距離が最も短かくなる方向に、
すなわち６つの方向に、熱伝達率が高く、一方
ζ／ｄが大きい場合（例えば2.0）は全体として
六角形の領域で伝熱特性がよくなる。ｐ／ｄが
2.6以上になると多孔板のそれぞれの小孔の下に
対応して熱伝達率の高い小領域があらわれる。 以上の様に伝熱面の前方に多孔板を設置するこ
とにより、より短かいノズル−伝熱面間距離Ｈで
より高い伝熱特性が得られる。そして多孔板と伝
熱面との距離ζと多孔板小径の径ｄとの比ζ／
ｄ、小孔の径ｄとノズルの径Ｄとの比ｄ／Ｄおよ
び小孔間のピツチｐと小孔の径との比ｐ／ｄを適
当に選択することにより大きな伝熱増進がみられ
る。遮蔽物の材質も特に制限はないが、熱伝導率
の良好なものが好ましい。 本発明によれば、衝突噴流によつて対象物を加
熱又は冷却するような伝熱装置において対象物の
前方に流体の一部をさえぎる多数の開孔を形成し
た遮蔽物を配設し、上記流体が上記ノズルの軸上
から半径方向への広がりをなして上記対象物に接
するようにすることで、簡単に伝熱増進ができ
る。本発明の伝熱増進機構は非常に簡単な構造で
あり、既存の衝突噴流利用の伝熱装置にも容易に
適用できる。また本発明の伝熱増進機構は非常に
広範な適用性を有し、例えば電子機器等の冷却に
も適している。
10mmのものを用意した。 多孔板９は第３図に示すようにひとつの小孔の
中心が噴流中心（ノズルの中心線上）と一致する
ように設置する。第３図に符号Ｏで示した点、す
なわちノズルの中心線上の伝熱面の箇所、をよど
み点と以下称する。 ノズル５から伝熱面７までの距離Ｈは、最初に
多孔板９を取外した状態で台車６を移動させて、
伝熱面７における平均噴流速度、速度乱れ強さ、
衝突噴流の熱伝達率等を考慮して適当な距離とす
る。第４，５，６図に示したグラフにおいてはＨ
＝2D（ただしＤはノズルの直径）であつた。 次に内径50mmのノズルを用いて、前述の表に示
した各寸法の多孔板について多孔板９と伝熱面７
との間の距離ζを変化させて熱伝達率を調べた。
第４図は横軸に多孔板の位置をζ／ｄで表わし、
縦軸によどみ点（すなわちｒ＝ｏ）における熱伝
達率ｈを表わしたものである。第４図において点
線ａは多孔板がない場合のものである。第４図か
ら明らかなように小孔径ｄに対する多孔板と伝熱
面との距離ζの関係はζ／ｄが１乃至15の場合に
良い熱伝達率が得られることがわかる。好ましく
は、ζ／ｄは１〜５の範囲内である。 第４図はよどみ点についてのグラフであるが、
よどみ点から半径方向に離れた箇所についても平
均熱伝達率を調べたところ、ｐ／ｄ（ただしｐは
小孔間のピツチ、ｄは小孔の直径）が6.0以上で
なければ（すなわちプレートNo.６〜８を除した場
合）、ｒ／Ｄ（ただしｒは伝熱面におけるよどみ点
からの半径方向の距離）が1.0程度までの範囲で
はζ／ｄに特に大きい場合（例えばζ／ｄが10と
か15）を除いて、かなりの伝熱増進がみられ、よ
どみ点におけるのと同様にζ／ｄが１乃至５の程
度が好ましかつた。 また伝熱面の壁温変化パターンを観察するため
にステンレス箔を通電加熱すると共に、ステンレ
ス箔の表面に厚さ10μｍの液晶シートを接着して
用いた。その結果、第２図に示したような多孔板
では方位によつて異方性があり、一般的によどみ
点から多孔板の小孔が最も短かい間隔で並ぶ方位
（第２図ではＡ方向）により高い熱伝達特性が得
られる傾向があることが確認された。 次に多孔板の孔径ｄとノズル径との比ｄ／Ｄの
影響について、噴流レイノズル数を一定に保ち、
ノズル径Ｄを変化させて検討した。ただし小孔の
ピツチはｐ／ｄ＝3.33で、多孔板９と伝熱面７と
の距離はζ／ｄ＝3.0とした。結果を多孔板を挿
入しない場合との比として求め、平均値の評価位
置ｒ／Ｄをパラメータとして第５図に示した。第
５図から明らかなようにｄ／Ｄが増加すると伝熱
増進割合は単調に減少し、また伝熱増進が実現さ
れる面積も減少する。例えばｄ／Ｄ＝0.3の場合、
ノズル径の２倍の径の円形領域（ｒ＝1.0D）に
わたつては、ほとんど伝熱増進は期待できない。
しかしノズル径と同径の円形領域（ｒ＝0.5D）
においてはｄ／Ｄが0.5までは伝熱増進がなされ
る。一方ｄ／Ｄが非常に小さい場合は流体の粘性
効果の増大と多孔板の流力抵抗の増加が生じ、熱
伝達率は低下する。第５図において＊印はｄ／Ｄ
が0.0153の場合を示すものである。 多孔板のピツチｐと多孔板の小孔径ｄとの比
ｐ／ｄと平均熱伝達率との関係を第６図に示し
た。第６図において点線ａは多孔板がない場合の
ものである。そしてｒ／Ｄをパラメータとした。
ｒ／Ｄが2.0の範囲までならばｐ／ｄが１乃至４
の範囲にあると、熱伝達率の増進が生じる。好ま
しくはｐ／ｄは２〜４の範囲とする。液晶を用い
た伝熱面の温度分布の観察によると、ｐ／ｄが比
較的小さい場合はよどみ点近傍が周囲よりも熱伝
達率が低く、しかもｒ／Ｄ＝0.5付近の６箇所の
領域で熱伝達率が最大となるパターンが得られ
た。ｐ／ｄ＝2.0の場合はよどみ点近傍の熱伝達
が良好となり、その時ζ／ｄが小さい場合（例え
ば1.0）は小孔間の距離が最も短かくなる方向に、
すなわち６つの方向に、熱伝達率が高く、一方
ζ／ｄが大きい場合（例えば2.0）は全体として
六角形の領域で伝熱特性がよくなる。ｐ／ｄが
2.6以上になると多孔板のそれぞれの小孔の下に
対応して熱伝達率の高い小領域があらわれる。 以上の様に伝熱面の前方に多孔板を設置するこ
とにより、より短かいノズル−伝熱面間距離Ｈで
より高い伝熱特性が得られる。そして多孔板と伝
熱面との距離ζと多孔板小径の径ｄとの比ζ／
ｄ、小孔の径ｄとノズルの径Ｄとの比ｄ／Ｄおよ
び小孔間のピツチｐと小孔の径との比ｐ／ｄを適
当に選択することにより大きな伝熱増進がみられ
る。遮蔽物の材質も特に制限はないが、熱伝導率
の良好なものが好ましい。 本発明によれば、衝突噴流によつて対象物を加
熱又は冷却するような伝熱装置において対象物の
前方に流体の一部をさえぎる多数の開孔を形成し
た遮蔽物を配設し、上記流体が上記ノズルの軸上
から半径方向への広がりをなして上記対象物に接
するようにすることで、簡単に伝熱増進ができ
る。本発明の伝熱増進機構は非常に簡単な構造で
あり、既存の衝突噴流利用の伝熱装置にも容易に
適用できる。また本発明の伝熱増進機構は非常に
広範な適用性を有し、例えば電子機器等の冷却に
も適している。
第１図は本発明に従つて流体噴射装置と伝熱面
との間に多孔板を設けた時の最適条件を求めるた
めの実験装置の側面図である。第２図は多孔板の
正面図である。第３図はノズルと多孔板と伝熱面
との関係を示す説明図である。第４図は多孔板の
位置と熱伝達率との関係を示すグラフである。第
５図は多孔板の小孔径とノズル径との比と熱伝達
率との関係を示すグラフである。第６図は多孔板
のピツチと多孔板の小孔径との比と熱伝達率との
関係を示すグラフである。 ２……フアン、３……デイフユーザ、５……ノ
ズル、７……対象物（伝熱面）、９……多孔板。
との間に多孔板を設けた時の最適条件を求めるた
めの実験装置の側面図である。第２図は多孔板の
正面図である。第３図はノズルと多孔板と伝熱面
との関係を示す説明図である。第４図は多孔板の
位置と熱伝達率との関係を示すグラフである。第
５図は多孔板の小孔径とノズル径との比と熱伝達
率との関係を示すグラフである。第６図は多孔板
のピツチと多孔板の小孔径との比と熱伝達率との
関係を示すグラフである。 ２……フアン、３……デイフユーザ、５……ノ
ズル、７……対象物（伝熱面）、９……多孔板。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 流体を噴出し噴流とするノズルと、該ノズル
と所定距離隔たつた個所に位置する加熱又は冷却
すべき対象物と、該対象物の伝熱面の前方に位置
し上記噴流の一部をさえぎるように多数の小孔を
形成した多孔板とを配設し、上記流体が上記ノズ
ルの軸上から半径方向への広がりをなして上記対
象物に衝突するようにして上記対象物を噴流によ
り加熱又は冷却する伝熱装置であつて、上記多孔
板に設けられる円形の小孔の直径をｄとし、上記
多孔板と上記伝熱面までの距離をζとすると、
ζ／ｄが１乃至15の範囲に、上記衝突噴流を発生
させる伝熱装置におけるノズルの内径をＤとする
とｄ／Ｄが0.01乃至0.5の範囲に、上記多孔板に
おける小孔と小孔とのピツチをｐとすると、ｐ／
ｄが6.0未満に配置したことを特徴とする伝熱増
進機構。 ２ 上記多孔板が熱伝導率の良好な材質のものか
ら成る特許請求の範囲第１項記載の伝熱増進機
構。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5405780A JPS56149598A (en) | 1980-04-23 | 1980-04-23 | Heat transmission promoting mechanism |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5405780A JPS56149598A (en) | 1980-04-23 | 1980-04-23 | Heat transmission promoting mechanism |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS56149598A JPS56149598A (en) | 1981-11-19 |
| JPH0127359B2 true JPH0127359B2 (ja) | 1989-05-29 |
Family
ID=12959978
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5405780A Granted JPS56149598A (en) | 1980-04-23 | 1980-04-23 | Heat transmission promoting mechanism |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS56149598A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0476396A (ja) * | 1990-07-16 | 1992-03-11 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 熱交換器 |
-
1980
- 1980-04-23 JP JP5405780A patent/JPS56149598A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS56149598A (en) | 1981-11-19 |
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