JPS5813836B2 - 伝熱壁 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は熱交換器に使用される伝熱壁に関するもので
あり、特に耐腐食性を要する装置において伝熱壁を構成
する場合に適するものである。

伝熱壁を介して存在する流体間の熱交換では、伝熱壁と
流体間の熱伝達、伝熱壁における熱伝導により高温側流
体より低温側流体へ熱が伝えられる。

そこで効率の良い熱交換器を製作するためには流体と伝
熱壁間の熱伝達率を高め、伝熱壁として熱伝導率の大き
な物質を使用する必要がある。

そこで従来、伝熱壁としては熱伝導率の大きなアルミ、
銅などが使用されていた。

また、流体と伝糖壁間の熱伝達率を向上させるには伝熱
壁面上で介体が相変化を生じ潜熱の吸収、放出を行なう
熱六達が有効であることは公知であり、流体の蒸発弗騰
て潜熱の吸収を行なう前者を沸騰熱伝達、流木の凝縮で
潜熱を放出する後者を凝縮熱伝達という。

この沸騰熱伝達を良好にするには第１図に示すように伝
熱面上１に液侵入口２と液４が蒸発してｔじた蒸気泡５
が離脱する蒸気泡出口３が存在することが効果的である
。

凝縮熱伝達を良好にする：こは第２図に示すように伝熱
面１上に突起６をつサ、凝縮液の液膜７を薄くしたり伝
熱面が液膜で彼われることを防止する方法が効果的であ
ることま公知である。

このため従来、液侵入口２と蒸気泡出口３を持った伝熱
面や、突起６を持った伝熱面を形成する賢め、金属粒を
焼結して伝熱面に多孔質層を作つ賢り、バイト等による
切削や転造などの機械加工５５行なわれてきた。

また、化学薬品等の腐食性を有する流体に対しＣは伝熱
壁として黒鉛等の耐腐食性非金属材料が吏用されてきた
。

従来の高熱伝達率伝熱加工法は、いずれも金属を対象と
したものであるため化学薬品等に対する耐腐食性非金属
材料に高熱伝達率伝熱面を加工するには不適当であった
。

また、耐腐食性非金属材料の一つである黒鉛は機械的強
度が小さくもろいため熱交換器の小型軽量化には適さず
、また、炭素繊維をバインダで積層したものは機械的強
度は犬であるが熱伝導率がきわめて小さいという難点が
あった。

本発明の目的は化学薬品等の腐食性を有する流体に対し
ても使用でき沸騰、凝縮熱伝達に適した伝熱面を持つ、
熱伝導率の良い伝熱壁を得ることである。

本発明はカーボングラファイト等の耐腐食性繊維状物質
をその繊維方向が伝熱方向と一致するように設置するこ
とにより伝熱面上に第１図に示す液侵入口２と蒸気泡出
口３や、第２図に示す突起６を形成して伝熱面における
熱伝達率を向上させルト共に、カーボングラファイト等
の耐腐食性繊維状物質がその繊維方向に熱伝導率が犬な
ることを利用して伝熱壁の熱伝導率を向上させることを
特徴とする。

以下耐腐食性非金属材料として炭素繊維を用いた場合に
ついて説明する。

多くの場合炭素繊維は糸の形で使用され、伝熱面に形成
されるまでには、種々の加工が施される。

第３図は炭素繊維よりなる糸８を繊維方向を揃えて束ね
、これを互に交叉するように、ある間隔をもって配置し
た状態を示す。

交叉部分の状態は、第４図に示すように織り合わされて
いても、第５図に示すように重なりをバインダ等で接合
したものであっても差支えない。

第３図に見られる状態のものは、この後交叉する糸８の
束を他方の糸束に平行に切断して第４図及び第５図に示
すように、糸８の束にこれと交叉する方向に炭素繊維の
束片９をもった帯状体１０となして実用に供される。

この帯状体１０は第６図に示すように、糸８を繊維方向
を揃えて束ねたものに、その繊維方向と交叉するように
、ある間隔でチップドファイバ１１をバインド等で接合
することによっても得ることができる。

斯くして得られた帯状体１０はこれをその束片９やチッ
プドファイバ１１の部分が集合するように積層し、それ
らをバインダ等で接合すれば第７図に示すように、束片
９やチップドファイバ１１の集合体である突部１２が間
隔的に配置された柱状体１３が成形される。

この柱状体１３を突起１２がずれるように多数重ねてバ
インダで接合するか、柱状体１３の間に突部１２をもた
ない同種の柱状体や、束片９（又はチップドファイバー
１１）をもたない帯状体を介して多数の帯状体１０を重
ねてバインダで接合した後熱処理を施せば、第８図に示
すように、突部１２が散在する伝熱板１４が得られる。

柱状体１３を心金等を介して管状に巻き、バインダで接
合して熱処理を施せば、第９図に示すように、突部１２
が外面に散在する伝熱管１５が得られる。

何れの場合においても、第２図に示された突起６に相当
する突部１２をもった伝熱壁であり、凝縮熱伝達に適し
た伝熱壁である。

突部１２はその大半が炭素繊維からなり、その繊維方向
が伝熱方向と一致するように配置されているため、伝熱
壁の熱伝導率を増加させることができる。

尚、突部１２は伝熱壁を貫通して他面に突出していても
よく、他面は突部１２のない面であってもよい。

第８図、第９図に見られる形態はまた、黒鉛や炭素粉を
固めて伝熱壁を製作する場合にも形成できる。

その場合には、繊維方向を揃えてバインドで接合した突
部１２的なものの基部を伝熱壁に植込むことによって形
成できる。

場合によっては帯状体１０を柱状体１３とせずに積層し
てバインダで接合し、熱処理を施して伝熱壁を形成する
こともできる。

これによって突部１２より小さい突部がより多く散在す
る伝熱壁が得られるであろう。

第１０図は他の例を示すもので、第４図〜第６図に示す
束片９やチップドファイバ１１を間隔をあけずに連続的
に配置した帯状体と束片９やチツプドファイバ１１をも
たない帯状体を単数ないし複数枚ずつ交互に積層しバイ
ンドで接合した後熱処理して得た伝熱板１４１である。

この場合表面には独立した突部１２の代りにフイン１６
が形成された点で第８図のものと異なる。

第１１図は同様にパイプ状に成形した伝熱管１５１であ
る。

第１２図に示されたものは、第８図に示した伝熱板１４
における突部１２上に炭素繊維の線状物質や織物等から
なる流体の通過し得る孔１８をもった被い１７を接合さ
せ、前記孔１８により第１図に示した液侵入口２や蒸気
泡出口３に相当する部位を形成したものである。

第１３図〜１５図も同様に夫々第９図〜第１１図に示し
た伝熱壁土に被い１７を接合させたものである。

これらは何れも第１図に示す液侵入口２や蒸気泡出口３
に相当する多数の孔１８を持っており、沸騰熱伝達に適
した伝熱壁である。

勿論、被い１７の下に空間を保持する突部１２やフイン
１６においては繊維方向が伝熱方向と一致するようにな
っているため、伝熱壁の熱伝導率は増加し、効果的に沸
騰熱伝達を行なうことができる。

第１２図及び第１３図に示すように被い１７下の空間が
独立した突部１２によって連通していれば、空間内の液
を蒸気泡の圧力をバランスさせることができるので有効
であろう。

以上の説明から明らかなように、この発明は化学薬品等
の腐食性を有する液体に対しても使用でき、沸騰、凝縮
熱伝達に適した熱伝導率のよい伝熱壁を得ることができ
るもので、その利用価値は極めて犬なるものがある。

【図面の簡単な説明】

第１図は沸騰熱伝達の説明図、第２図は凝縮熱伝達の説
明図、第３図〜第７図はこの発明の構成要素の説明図、
第８図〜第１５図はこの発明の実施例を示す説明図であ
る。 １：伝熱面、２：液侵入口、３：蒸気泡出口、４：液、
５：蒸気泡、６：突起、７：液膜、８：糸、９：束片、
１０：帯状体、１１：チツブドファイバ、１２：突部、
１３：柱状体、１４及び１４１：伝熱板、１５及び１５
１：伝熱管、１６：フィン、１７：被い、１８：孔。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 耐腐食性非金属材料で構成された伝熱壁において、
   耐腐食性繊維状物質をその繊維方向が伝熱方向と一致す
   るように前記伝熱壁に設置してなることを特徴とする伝
   熱壁。 ２ 耐腐食性非金属材料で構成された伝熱壁において、
   耐腐食性繊維状物質が、その繊維方向が伝熱方向と一致
   するように前記伝熱壁に設置され、前記耐腐食性繊維状
   物質の頂部には前記伝熱壁面を被いかつ流体が通過し得
   るように耐腐食性物質が設置されていることを特徴とす
   る伝熱壁。