JPS60238698A - 熱交換壁 - Google Patents
熱交換壁Info
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- JPS60238698A JPS60238698A JP59092859A JP9285984A JPS60238698A JP S60238698 A JPS60238698 A JP S60238698A JP 59092859 A JP59092859 A JP 59092859A JP 9285984 A JP9285984 A JP 9285984A JP S60238698 A JPS60238698 A JP S60238698A
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- JP
- Japan
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- heat exchange
- exchange wall
- cavity
- heat
- wall
- Prior art date
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- 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
- F28F13/187—Heat-exchange surfaces provided with microstructures or with porous coatings especially adapted for evaporator surfaces or condenser surfaces, e.g. with nucleation sites
-
- 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
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
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。
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〕
本発明は、平板あるいは伝熱管の外表面に接する液体を
相変化させて伝熱する熱交換壁に係シ、特にエバポレー
タや放熱器に用いるに適した熱交換壁に関する。
相変化させて伝熱する熱交換壁に係シ、特にエバポレー
タや放熱器に用いるに適した熱交換壁に関する。
沸騰熱伝達や蒸発熱伝達を高める熱交換壁に関する技術
は数多く提案されている。
は数多く提案されている。
まず、焼結法、溶射法、エツジングなどによって、熱交
換壁面上を多孔質層にする方法がある。
換壁面上を多孔質層にする方法がある。
この熱交換壁は平滑な面に比べると賜い伝熱性能ケ、１
１°するが、多孔質層の空隙が狭いために沸騰液中に３
−まれている不純物、あるいは溶は込んでいる非沸騰液
が空隙に目詰りして、性能劣化をまねく。また、多孔質
によって形ｂｘされる空隙はその大きさが不均一なので
、場所によって伝熱性能がはらつく。
１°するが、多孔質層の空隙が狭いために沸騰液中に３
−まれている不純物、あるいは溶は込んでいる非沸騰液
が空隙に目詰りして、性能劣化をまねく。また、多孔質
によって形ｂｘされる空隙はその大きさが不均一なので
、場所によって伝熱性能がはらつく。
一方、第１図及び第２図に示ｊ−ように、伝熱面１上に
トンネル２と開孔３及び上蓋４を有する熱交換壁も知ら
れており、この熱交換壁も高い性能を有する。開孔３の
太ききも焼結法などによる多孔質層に比べると大きく、
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、この開孔とトンネルを有する熱交換壁は、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。
トンネル２と開孔３及び上蓋４を有する熱交換壁も知ら
れており、この熱交換壁も高い性能を有する。開孔３の
太ききも焼結法などによる多孔質層に比べると大きく、
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、この開孔とトンネルを有する熱交換壁は、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。
例えば、第１図１に示す構造を持つ伝熱面の沸騰性能曲
線は、第３図のようになる。沸騰冷媒液はＣＦＣｊ３（
フロンＲ，−１１）であり、図の横軸は熱流束ｑｗ（ｗ
／ｃａ）、縦軸は熱伝達率α（Ｗ／ｋ ｃ４ ）を表す
。また、３本の曲線Ａ、Ｂ、Ｃは、それぞれ異なる沸騰
冷媒液の飽不日圧力Ｐ１１ （＝０．２３，０．１，０
．０４ＭＰａ ）Ｋおける性能曲線である。低い熱流束
（ｑ ｗ （２ｗｌｃｒ！ ）で熱伝達率は低下し、こ
の傾向は、低い圧力下（例えばＰ Ｒ＝ ０．０４ Ｍ
Ｐ ａ ） ？’！ど顕著となる。このような低熱流
束Ｆ、低圧力ドで性能が低下するという性能は、他の多
孔質構造を有する伝熱面（例えば金属粒子焼結面）にも
現れており、工業上問題となっている。
線は、第３図のようになる。沸騰冷媒液はＣＦＣｊ３（
フロンＲ，−１１）であり、図の横軸は熱流束ｑｗ（ｗ
／ｃａ）、縦軸は熱伝達率α（Ｗ／ｋ ｃ４ ）を表す
。また、３本の曲線Ａ、Ｂ、Ｃは、それぞれ異なる沸騰
冷媒液の飽不日圧力Ｐ１１ （＝０．２３，０．１，０
．０４ＭＰａ ）Ｋおける性能曲線である。低い熱流束
（ｑ ｗ （２ｗｌｃｒ！ ）で熱伝達率は低下し、こ
の傾向は、低い圧力下（例えばＰ Ｒ＝ ０．０４ Ｍ
Ｐ ａ ） ？’！ど顕著となる。このような低熱流
束Ｆ、低圧力ドで性能が低下するという性能は、他の多
孔質構造を有する伝熱面（例えば金属粒子焼結面）にも
現れており、工業上問題となっている。
一方、特開昭５２−１４２６０号公報には、上記の「孔
の大きざを制限する代シに孔の深さを太きくすることに
より冷媒液がその通路を通過する間にまわりの而で刀口
熱され気泡となって吹き出すようにしたもの」が提案さ
れている。本提案による熱父Ｉｌ／！壁は、その実施例
に見られるように孔の太き芒が制限されたものではない
ため、トンイル内部に蒸気泡を捕捉するという効果りま
なく、トンネル及び深い孔によって構成さｉＬる通路に
よるサイフオン効果の促進及び深い（長め）孔部での液
冷媒の加熱、蒸、２（化を促進するものである。従って
、／１・提案の熱交換壁をもってしても顕著な熱伝達率
の同上、時に、低熱流束Ｆ、低低圧上下の熱伝達率の向
上は望めない。
の大きざを制限する代シに孔の深さを太きくすることに
より冷媒液がその通路を通過する間にまわりの而で刀口
熱され気泡となって吹き出すようにしたもの」が提案さ
れている。本提案による熱父Ｉｌ／！壁は、その実施例
に見られるように孔の太き芒が制限されたものではない
ため、トンイル内部に蒸気泡を捕捉するという効果りま
なく、トンネル及び深い孔によって構成さｉＬる通路に
よるサイフオン効果の促進及び深い（長め）孔部での液
冷媒の加熱、蒸、２（化を促進するものである。従って
、／１・提案の熱交換壁をもってしても顕著な熱伝達率
の同上、時に、低熱流束Ｆ、低低圧上下の熱伝達率の向
上は望めない。
また特開昭５１−４５３５３号公報においては、「隣接
するフィンとの間に狭い開口部を通して外部と連、１市
する表皮上空洞を有する沸騰伝熱面に於いて、開口部の
幅（１）嫡）、開口部の深さくＬＩＩＩＩＩ＋）及び空
洞断面積（Ｓ聰”）の関係をＳ−Ｌ／Ｄ＜３（但しＤ≦
０．１２とする）に設定して成ることを％徴とする伝熱
面。」が提案されており、表面が平滑な管の２倍以上の
沸騰熱伝達率を達成して続したスリット状の開口部を有
する伝熱面の形状寸法最適化に関するものであり、この
棟の伝熱面が持つ欠点即ち空洞よりの気泡の放出及び空
洞への液の供給湯ｒＪｆが固定されず空洞内の蒸気泡が
不安定に存在すること、また、低熱流束、低圧力下では
全洞内に多能の液が浸入してしまうことによる著しい熱
伝熱率の低下を解決するものではない。
するフィンとの間に狭い開口部を通して外部と連、１市
する表皮上空洞を有する沸騰伝熱面に於いて、開口部の
幅（１）嫡）、開口部の深さくＬＩＩＩＩＩ＋）及び空
洞断面積（Ｓ聰”）の関係をＳ−Ｌ／Ｄ＜３（但しＤ≦
０．１２とする）に設定して成ることを％徴とする伝熱
面。」が提案されており、表面が平滑な管の２倍以上の
沸騰熱伝達率を達成して続したスリット状の開口部を有
する伝熱面の形状寸法最適化に関するものであり、この
棟の伝熱面が持つ欠点即ち空洞よりの気泡の放出及び空
洞への液の供給湯ｒＪｆが固定されず空洞内の蒸気泡が
不安定に存在すること、また、低熱流束、低圧力下では
全洞内に多能の液が浸入してしまうことによる著しい熱
伝熱率の低下を解決するものではない。
本発明の目的は、流体の相変化を効率的に行わせる構造
を備え、特に低い熱流束或いは低い飽和圧力で高い伝熱
性能を有する熱交換壁を提供することにある。
を備え、特に低い熱流束或いは低い飽和圧力で高い伝熱
性能を有する熱交換壁を提供することにある。
本発明は、制限された開口と空洞とを自°する熱交換壁
において、空洞を熱交換壁内ハ外表面から深い位置に設
けたこと、換言すれば、空洞と熱交換壁の間を仕切る上
蓋の肉厚を所定の範囲内で厚くするとともに１空洞よシ
熱交換壁外表面に至る（沸騰液及び蒸気の）通路の長さ
を所定の範囲内で長くシ／こことを特徴とする。
において、空洞を熱交換壁内ハ外表面から深い位置に設
けたこと、換言すれば、空洞と熱交換壁の間を仕切る上
蓋の肉厚を所定の範囲内で厚くするとともに１空洞よシ
熱交換壁外表面に至る（沸騰液及び蒸気の）通路の長さ
を所定の範囲内で長くシ／こことを特徴とする。
以下、本発明の実施例を図を用いて説明する。
まず、第４図の実施例について説明する。
熱交換壁の表皮層１１に細長いトンネル状の空洞１３が
多数平行に設けられている。空洞１３と熱交換壁外表面
１０とが、（断面積が空＠１３の最大断面積より小さく
細長いチューブ状の）通路１５及び制限開口１６をＪＢ
ｉＬ、て連通している。上蓋９に細長いチューブ状の通
路１５及び制限開口１６かトンネルに沿って一定間隙で
多数設けられている。なお、空洞１３の横断面形状、細
長いチューブ状の通路１５及び制限開口１６の横断面形
状は、必ずしも実施例に示すものに限定される必要はな
い。円形、多角形、矩形、だ円形などから適宜選択すれ
ばよい。ただし、いずれの場合も、空洞１３の横断面積
の最大値は細長いチューブ状の通路１５及び制限開口１
６の横断面積よシ大きいものでなければならない。
多数平行に設けられている。空洞１３と熱交換壁外表面
１０とが、（断面積が空＠１３の最大断面積より小さく
細長いチューブ状の）通路１５及び制限開口１６をＪＢ
ｉＬ、て連通している。上蓋９に細長いチューブ状の通
路１５及び制限開口１６かトンネルに沿って一定間隙で
多数設けられている。なお、空洞１３の横断面形状、細
長いチューブ状の通路１５及び制限開口１６の横断面形
状は、必ずしも実施例に示すものに限定される必要はな
い。円形、多角形、矩形、だ円形などから適宜選択すれ
ばよい。ただし、いずれの場合も、空洞１３の横断面積
の最大値は細長いチューブ状の通路１５及び制限開口１
６の横断面積よシ大きいものでなければならない。
第４図の熱交換壁は以下に述べるように容易に製作する
ことかできる。まず、第５図に示すように多数のフィン
１２が鋤き起こされだ熱交換壁の表皮層１１のフィン先
端部１２ａに実貝的に互いに平行な多数の細長い溝１５
を有するＶ字状の板１４を重ねる。この板は土嚢９とな
るもので、表皮層１１と同一の材料からなる。次に、第
６図に示すように、Ｖ字状の板１４をかぶせられだ熱交
換壁の表皮層１１のフィン先端部１２ａを例えばローラ
などにより、互いに隣接するフィンによって区切られた
溝１３の中やるいは上方に折り曲げることにより第４図
の熱交換壁が得られる。
ことかできる。まず、第５図に示すように多数のフィン
１２が鋤き起こされだ熱交換壁の表皮層１１のフィン先
端部１２ａに実貝的に互いに平行な多数の細長い溝１５
を有するＶ字状の板１４を重ねる。この板は土嚢９とな
るもので、表皮層１１と同一の材料からなる。次に、第
６図に示すように、Ｖ字状の板１４をかぶせられだ熱交
換壁の表皮層１１のフィン先端部１２ａを例えばローラ
などにより、互いに隣接するフィンによって区切られた
溝１３の中やるいは上方に折り曲げることにより第４図
の熱交換壁が得られる。
第７図に本発明による熱交換壁の伝熱性能を７Ｊ＜す。
熱交換壁の材質Ｆｉ銅、開ロ径ｄ。−０，０２ｔｙｎ。
上蓋の肉厚Ｚ”＝０．１ｃｍ、空洞より熱交換壁外表面
に至る沸騰液及び蒸気通路の長さｔ＝０．１＜ｉ。
に至る沸騰液及び蒸気通路の長さｔ＝０．１＜ｉ。
空洞は０．０２５ＣｍＸ Ｏ，０４ｃｍの略方形であり
、ＣＦＣｔｓ（フロンＥｌ−１１）中釦おける飽和圧力
０．０４ＭＰａでの測定結果である。図の縦軸は熱伝達
率（Ｗ／ ｋ ｃｒ／ｌ ） 、横軸は熱流束（Ｗ／
ｃａ ）であり、本発明による熱交換壁をＡ、従来品（
上蓋厚さＺ” ＝０．０１ｃ＋＋＋）をＢで表わす。特
にＩＷ／ｃｄ以下の低い熱流束域で本発明による熱交換
壁は従来品に比べ３倍以上の、１い伝熱性能を有する。
、ＣＦＣｔｓ（フロンＥｌ−１１）中釦おける飽和圧力
０．０４ＭＰａでの測定結果である。図の縦軸は熱伝達
率（Ｗ／ ｋ ｃｒ／ｌ ） 、横軸は熱流束（Ｗ／
ｃａ ）であり、本発明による熱交換壁をＡ、従来品（
上蓋厚さＺ” ＝０．０１ｃ＋＋＋）をＢで表わす。特
にＩＷ／ｃｄ以下の低い熱流束域で本発明による熱交換
壁は従来品に比べ３倍以上の、１い伝熱性能を有する。
このように、低圧力丁、低熱流束下においても旨い伝熱
性能をゼするのびよ、第８図に示すように、空洞１３内
壁に常に薄い液膜７が維持されていることによる。
性能をゼするのびよ、第８図に示すように、空洞１３内
壁に常に薄い液膜７が維持されていることによる。
第１図、第２図の従来例に示すような連結された空洞と
開口を有する熱交換壁の空洞内を可視化した本件発明者
等の可視化実験によると、熱交換壁がこれと接触し沸騰
する液体より比較的高い温度で過熱されると、第９図に
示すように（Ｅモード）空洞２内に蒸気泡６が発生し、
この蒸気泡の一部が開口５より気泡６ａとなって熱交換
壁外へ放出されるのが観察された。また、空洞２内では
、蒸気泡６が空洞内の液を空洞内壁へおしやり、空洞内
壁に薄い液膜７が形成されるのが観察された。
開口を有する熱交換壁の空洞内を可視化した本件発明者
等の可視化実験によると、熱交換壁がこれと接触し沸騰
する液体より比較的高い温度で過熱されると、第９図に
示すように（Ｅモード）空洞２内に蒸気泡６が発生し、
この蒸気泡の一部が開口５より気泡６ａとなって熱交換
壁外へ放出されるのが観察された。また、空洞２内では
、蒸気泡６が空洞内の液を空洞内壁へおしやり、空洞内
壁に薄い液膜７が形成されるのが観察された。
一方、壁面の過熱度を上記の状態より順次下げていくと
、ついには箪１０図に示すように、空洞２内の蒸気泡６
０部分が縮少し、蒸気泡と蒸気泡との間に液部８が存在
すめようＶＣ，γる（Ｆ七−ド）のが１現察され／こ。
、ついには箪１０図に示すように、空洞２内の蒸気泡６
０部分が縮少し、蒸気泡と蒸気泡との間に液部８が存在
すめようＶＣ，γる（Ｆ七−ド）のが１現察され／こ。
連結された空洞２と開［１３ｒ膏する熱交換壁において
は、上記第６図の空洞内壁に貼り付いた薄い液膜７が、
小きな１Ｍ熱度で蒸発し、したがって普い蒸発７鴫伝達
率忙何しているため、そσ）効果によって高い伝熱性１
指を有する。したがって、熱負荷が小さく、壁面過熱１
組が小さい状態即ち空洞内に多量の液が入り込み、薄液
膜の占有１１ｔ１槓が減少するＦモードでは高い伝熱性
能が得られない。
は、上記第６図の空洞内壁に貼り付いた薄い液膜７が、
小きな１Ｍ熱度で蒸発し、したがって普い蒸発７鴫伝達
率忙何しているため、そσ）効果によって高い伝熱性１
指を有する。したがって、熱負荷が小さく、壁面過熱１
組が小さい状態即ち空洞内に多量の液が入り込み、薄液
膜の占有１１ｔ１槓が減少するＦモードでは高い伝熱性
能が得られない。
上記Ｆモードの出現に関して発明者寺が倹討を行った結
果、その原因として次の２つがあることが分った。即ち
、■置市６ａの放出に伴１ハ襦度の低い外部沸騰液８が
、空洞上部の上蓋４を洗い、上蓋を局所的に冷却し、こ
の冷却された上蓋４への空洞内蒸気泡６の凝縮による蒸
気泡の縮少、山）開口部３より空洞２内に吸込丑ｔ−ｒ
た縣度の低い沸騰液８中への蒸気泡の凝縮による蒸気を
象６の縮少である。
果、その原因として次の２つがあることが分った。即ち
、■置市６ａの放出に伴１ハ襦度の低い外部沸騰液８が
、空洞上部の上蓋４を洗い、上蓋を局所的に冷却し、こ
の冷却された上蓋４への空洞内蒸気泡６の凝縮による蒸
気泡の縮少、山）開口部３より空洞２内に吸込丑ｔ−ｒ
た縣度の低い沸騰液８中への蒸気泡の凝縮による蒸気を
象６の縮少である。
上記＾の上蓋４への凝縮は、本１５明の実施例に示す上
蓋の肉ｒｖＺ ”を厚くすることによって防げることが
できる。即ち、熱交換壁外表面におけるｌ晶度の低い液
の出現は、熱４ｊ、換壁よりの気泡６の放出周期に同期
して行われ、この低い〆晶度は熱伝導によって上、４４
の厚み方向（外表面から空洞への方向）へ減衰しながら
伝播する。
蓋の肉ｒｖＺ ”を厚くすることによって防げることが
できる。即ち、熱交換壁外表面におけるｌ晶度の低い液
の出現は、熱４ｊ、換壁よりの気泡６の放出周期に同期
して行われ、この低い〆晶度は熱伝導によって上、４４
の厚み方向（外表面から空洞への方向）へ減衰しながら
伝播する。
ここで、熱交換壁の温度伝導率ａｗ（ｃｎ／ｓ）、熱交
換壁外表面にＩ／ｌＡ Ｉｆの低す液体が現れている時
間τ（Ｓ）、熱交換壁外表面より空洞方向へとった距離
Ｚ（ｃｒｎ）、上蓋の各位置ＺＯ１品度と沸騰液の飽和
温度との温度差Δθ（Ｚ）、熱交換壁の過熱度ΔＴＷ１
とすると、Δθ（Ｚ）は誤差関数ｅｒｆを用いて、 で表される。
換壁外表面にＩ／ｌＡ Ｉｆの低す液体が現れている時
間τ（Ｓ）、熱交換壁外表面より空洞方向へとった距離
Ｚ（ｃｒｎ）、上蓋の各位置ＺＯ１品度と沸騰液の飽和
温度との温度差Δθ（Ｚ）、熱交換壁の過熱度ΔＴＷ１
とすると、Δθ（Ｚ）は誤差関数ｅｒｆを用いて、 で表される。
一方、熱交換壁の過熱度は、空洞内壁に貼り付いた液膜
における温度降下ΔＴｔと開口において気泡を形成する
のに必要な過熱度ΔＴｂとに分解さＪする。そして、空
洞壁（Ｚ＝Ｚ” ）における上記ΔθがΔＴｂ以Ｆにな
ると開口において気を包を形成することかで−きなくな
り、顕著な凝縮が行わｎ２空洞内の蒸気泡は収縮する。
における温度降下ΔＴｔと開口において気泡を形成する
のに必要な過熱度ΔＴｂとに分解さＪする。そして、空
洞壁（Ｚ＝Ｚ” ）における上記ΔθがΔＴｂ以Ｆにな
ると開口において気を包を形成することかで−きなくな
り、顕著な凝縮が行わｎ２空洞内の蒸気泡は収縮する。
即ち、空洞内の蒸気泡が安定して存在するだめの条件は
、 で表される。
、 で表される。
ここに、
ａｌｌ’；熱交換壁のｔａｇ伝導率（ｃｔＡ／ ｓ ）
Ｔ８；沸騰液の飽和温度（ｋ） ρＶ；沸騰液蒸気の密度（ｇ’／ｃｍ３）ｈｌ、；沸騰
液の蒸発潜熱（Ｊ／ｇ） σ；那騰液の表面張力（ｄｙｎ／ｃｍ）λｔ；那騰液の
熱伝導率（Ｗ ／ ｋ ｃｍ ）ｄｏ；開口径（ｍ） ψ；熱交換壁の表面積拡大率 Ｚ″；上蓋の肉厚（ｃｍ ） δ；空洞表面の液膜厚さく ｃｍ ） ｑＷ：使用熱流束（Ｗ／ＣＪ） 捷／こ、兄り１１者等が行った実験では、（２）式の時
間ｔはρ〜流束の関数となるが、実用熱流束域てはｔ沖
０．Ｑ２ｓｅｃである。また、δ中０．００２ ｃｍ
、ψ＝：３である。
Ｔ８；沸騰液の飽和温度（ｋ） ρＶ；沸騰液蒸気の密度（ｇ’／ｃｍ３）ｈｌ、；沸騰
液の蒸発潜熱（Ｊ／ｇ） σ；那騰液の表面張力（ｄｙｎ／ｃｍ）λｔ；那騰液の
熱伝導率（Ｗ ／ ｋ ｃｍ ）ｄｏ；開口径（ｍ） ψ；熱交換壁の表面積拡大率 Ｚ″；上蓋の肉厚（ｃｍ ） δ；空洞表面の液膜厚さく ｃｍ ） ｑＷ：使用熱流束（Ｗ／ＣＪ） 捷／こ、兄り１１者等が行った実験では、（２）式の時
間ｔはρ〜流束の関数となるが、実用熱流束域てはｔ沖
０．Ｑ２ｓｅｃである。また、δ中０．００２ ｃｍ
、ψ＝：３である。
以上の実験値を（２）弐に代入して整理し、上蓋の肉厚
Ｚ”を決定する条件式をめると、 ・・・・・・・・・・・・（２）′ となる。
Ｚ”を決定する条件式をめると、 ・・・・・・・・・・・・（２）′ となる。
したがって、ＣＦ Ｃｔ３をＴＩ＋＝２７３ （Ｋ）の
条件下で使用した場合、−口径０．０２ｃｍを有する銅
製の熱交換壁に必要な最少上蓋肉厚は０．０７３ｃｍと
なる。
条件下で使用した場合、−口径０．０２ｃｍを有する銅
製の熱交換壁に必要な最少上蓋肉厚は０．０７３ｃｍと
なる。
次に前記■の熱交換壁外表面より開口部を通じて空洞内
へ引き込捷れた温度の低い沸騰液中への凝縮は、液１）
通路ｔを長くシ、この通路で液を加熱することによって
防ぐことができる。発明者等の可視化実験によると、液
の引き込みは、気泡の発生開口及びその両側に隣接する
開口の３つの開口において顕著でありその池の開口では
わずかである。
へ引き込捷れた温度の低い沸騰液中への凝縮は、液１）
通路ｔを長くシ、この通路で液を加熱することによって
防ぐことができる。発明者等の可視化実験によると、液
の引き込みは、気泡の発生開口及びその両側に隣接する
開口の３つの開口において顕著でありその池の開口では
わずかである。
したがって、上記３つの関口より吸い込まれる液が通路
ケ通過する間に熱父換壁温度にまで加熱される条件は、 で表わされる。ここに、ｔ；通路長さくω）。
ケ通過する間に熱父換壁温度にまで加熱される条件は、 で表わされる。ここに、ｔ；通路長さくω）。
ｑｗｉ熱流束（Ｗ／ｃｒＡ ） 、 ｈ、、 、沸騰液
の蒸発潜熱（Ｊ ／ ｇ ） ＋ Ｏｐ ｔ ；沸騰液
の比熱（Ｊ／ｇ−ｋ）。
の蒸発潜熱（Ｊ ／ ｇ ） ＋ Ｏｐ ｔ ；沸騰液
の比熱（Ｊ／ｇ−ｋ）。
λｔ；沸騰液の熱伝導率（Ｗ／ｃｍ−ｋ ） 、 Ｎ
Ａ ／ Ａ：発泡点密度（１／ｉ）、ｄｏ ；開口径（
ｃｎｌ）。
Ａ ／ Ａ：発泡点密度（１／ｉ）、ｄｏ ；開口径（
ｃｎｌ）。
Ｃｈ；定数（フレオン； Ｃｂ ＝８．Ｎ２ ；、Ｃｂ
＝８ ａ＊ Ｈ＊０ ； Ｃｂ ＝９５ ） ＋沸騰
液＝ＣＦＣ１３゜ｑ＝ ＩＷ／ｃｒｄ、、 ｄｏ ＝
０．０１ ｃｍを式（３）に代入するとｔ≧０．０２２
Ｃｒｎとなる。
＝８ ａ＊ Ｈ＊０ ； Ｃｂ ＝９５ ） ＋沸騰
液＝ＣＦＣ１３゜ｑ＝ ＩＷ／ｃｒｄ、、 ｄｏ ＝
０．０１ ｃｍを式（３）に代入するとｔ≧０．０２２
Ｃｒｎとなる。
一方、】出路を長くすると、黙父挨壁外へ蒸気を放出す
る際の蒸気の流動抵抗が増加するため、通路の長さｔに
は上限がある。ａ路部分での圧力損失は、空洞内の最高
蒸気圧より低くなければならず、したがってその条件は
、 で表わされる。ここに１ νＶ；蒸気の動粘性係数（ｃ
ｒｌ／ ｓ ）。
る際の蒸気の流動抵抗が増加するため、通路の長さｔに
は上限がある。ａ路部分での圧力損失は、空洞内の最高
蒸気圧より低くなければならず、したがってその条件は
、 で表わされる。ここに１ νＶ；蒸気の動粘性係数（ｃ
ｒｌ／ ｓ ）。
式（３）と同様の条件ドで式（４）をめると、１−り０
．１２筋となる。
．１２筋となる。
表１にＣＦＣ４（Ｒ１１） 、 Ｃ２Ｃ７３Ｆ３（ｋ七
−１１３） 、 Ｃ２ＣＬ２Ｆｈ （Ｒ１１４）の場合
の例を示す。
−１１３） 、 Ｃ２ＣＬ２Ｆｈ （Ｒ１１４）の場合
の例を示す。
第１１１ン１にボす他の実施例では、熱交換壁の表皮層
１１に＋：］ｌＩ長い空洞】３が多数平行に設けられて
いる。空洞１３の上蓋９には、空洞１３の最大断面積を
制限し熱交換壁外部と空７Ｉｏ１１３とを互いに連通ず
る複数の制限開口１６を備えた通路１５が空洞１３に沿
っである間隙で設けられている。
１１に＋：］ｌＩ長い空洞】３が多数平行に設けられて
いる。空洞１３の上蓋９には、空洞１３の最大断面積を
制限し熱交換壁外部と空７Ｉｏ１１３とを互いに連通ず
る複数の制限開口１６を備えた通路１５が空洞１３に沿
っである間隙で設けられている。
これら空洞１３．制限量ロ１６１通路１５．上蓋９の寸
法及びピッチは前述の数値内で自由に選ぶことができる
。なお、空洞１３の横断面形状及び制限開口１６１通路
１５の横断面形状は、必ずしも実Ｍα例に示すものに限
定される必要はない。円形、多角形、矩形、だ円形など
から適宜選択すればよい。
法及びピッチは前述の数値内で自由に選ぶことができる
。なお、空洞１３の横断面形状及び制限開口１６１通路
１５の横断面形状は、必ずしも実Ｍα例に示すものに限
定される必要はない。円形、多角形、矩形、だ円形など
から適宜選択すればよい。
ただし、いずれの場合も、空洞１３の横断面積の最大値
が制限開口１６の横断面積よシ大きいものでなければな
らない。
が制限開口１６の横断面積よシ大きいものでなければな
らない。
第１１図の熱交換壁は以下に述べるように容易に製作で
きる。まず、第１２図に示すように熱交換壁の表皮とな
る板１００に機械的切削加工、或いは溝付口〜ルなどに
よる塑性加工によって多数の細長いｉｌ’ｔ’ １０３
を設け、この溝の底部の溝に沿って板を貫通する１ｍ１
口１０６及び通路１０５をある間隔で設ける。この開口
及び通路１０５，１０６は板１００に溝付加工する際、
同一工程中に加工してもよい。また、溝１０３と開孔１
０６９通路１０５の形成は一般的な化学腐食加工、レー
ザービーム加工或いは電子ビーム加工等によって行って
もよい。上記多数の溝１０３と開孔１０６１通路１０５
とを有する溝板１００を熱交Ｊ連壁の母材面に密着或い
は接合させることによシ本端明の熱 −父遺壁が製作さ
れる。
きる。まず、第１２図に示すように熱交換壁の表皮とな
る板１００に機械的切削加工、或いは溝付口〜ルなどに
よる塑性加工によって多数の細長いｉｌ’ｔ’ １０３
を設け、この溝の底部の溝に沿って板を貫通する１ｍ１
口１０６及び通路１０５をある間隔で設ける。この開口
及び通路１０５，１０６は板１００に溝付加工する際、
同一工程中に加工してもよい。また、溝１０３と開孔１
０６９通路１０５の形成は一般的な化学腐食加工、レー
ザービーム加工或いは電子ビーム加工等によって行って
もよい。上記多数の溝１０３と開孔１０６１通路１０５
とを有する溝板１００を熱交Ｊ連壁の母材面に密着或い
は接合させることによシ本端明の熱 −父遺壁が製作さ
れる。
第１３図の実施例では、熱交換壁の表皮層１１に細長い
トンイ・形状の空洞１３が多数実質的に平行に設けしれ
ている。一方、熱交換壁の外表面にけ、トンイ・形状の
空洞１３と交叉する方向に実質的に平行な多数のわん曲
したフィン１７が設けられている。まだ、望洞１３と熱
交換壁表面とは、断面積が空洞の最大断面積よシ小さい
スリット状の通路１５及び開口１６を迎して連通する。
トンイ・形状の空洞１３が多数実質的に平行に設けしれ
ている。一方、熱交換壁の外表面にけ、トンイ・形状の
空洞１３と交叉する方向に実質的に平行な多数のわん曲
したフィン１７が設けられている。まだ、望洞１３と熱
交換壁表面とは、断面積が空洞の最大断面積よシ小さい
スリット状の通路１５及び開口１６を迎して連通する。
上記わん曲したフィン１７はスリット状の通路１５の断
面を制限するたｄ〕のものであり、フィン１７のピッチ
を小さくすることによりスリット状の通路１５の断面を
制限しても同様の効果が倚られる。
面を制限するたｄ〕のものであり、フィン１７のピッチ
を小さくすることによりスリット状の通路１５の断面を
制限しても同様の効果が倚られる。
本実施例の熱交換壁は以下の様にして作られる。
まず、＜＋ｅ属板の表裏から互いに交叉する方向に実質
的に平行な多数のａ？ｔを設ける。次に表裏の溝の叉点
の金属肉厚が薄くなった部分をエツチング等により取り
除き穴をあける。尚、溝加工に切削或いは放電加工等を
用いれば、表裏の溝の深さの合計を金属板の板ノ１より
も大きくとれ、エツチング等の工程を省略することがで
きる。次に上記表裏交叉溝付多孔板を熱交換壁の母材面
に密着或いは接合させ、外表面に出たフィンをローラな
どにより護かせることにより本発明の実施例が製作され
る。
的に平行な多数のａ？ｔを設ける。次に表裏の溝の叉点
の金属肉厚が薄くなった部分をエツチング等により取り
除き穴をあける。尚、溝加工に切削或いは放電加工等を
用いれば、表裏の溝の深さの合計を金属板の板ノ１より
も大きくとれ、エツチング等の工程を省略することがで
きる。次に上記表裏交叉溝付多孔板を熱交換壁の母材面
に密着或いは接合させ、外表面に出たフィンをローラな
どにより護かせることにより本発明の実施例が製作され
る。
本発明によると、従来技術においては不可能であった低
飽和圧力、低熱流束域での著しい伝熱性能の向上を果す
ことができる。
飽和圧力、低熱流束域での著しい伝熱性能の向上を果す
ことができる。
第１図、第２図は各々従来の熱交換壁の一例の斜況図、
第３図は第１図σ）熱交換壁σ）伝熱特性を示す図、第
４図は本発明の一実施例になる熱交換壁の腑祝図、第５
図、第６図は第４図の熱交換壁の製法を説明する図、第
７図は第４図の実施例の伝熱特性を示す図、第８し１は
第４図の実施例の作用を説明する図、第９図、第１０図
は第１図の実施例の作用を説明する図、第１１図は本発
明の他の実施例の斜視図、第１２図は第１１図の製法を
説明する図、第１３図は本発明の他の実施例の斜視図で
ある。 ９・・・上蓋、１０・・・熱交換壁外表面、１１・・・
熱交換壁表皮層、１３・・・空洞、１５・・・通路、１
６・・・制限開口。 聾 （口 拓２０ 第 ３ 図 ０１ θ５２ θ、５ ／ ２ ５ ”然人Ｌ（Ｗ／鋳
′） 闇 ４ 図 ％ ５ 口 第 ６（２１ 聞 ７ 目 θ ｌ Ｏ１２Ｏ１５） ２ ５ １０課５設未（”／
ｃｍす 第 ８ 口 第 ９ 図 第１０ 図 第 １１ 口 第１２ 図
第３図は第１図σ）熱交換壁σ）伝熱特性を示す図、第
４図は本発明の一実施例になる熱交換壁の腑祝図、第５
図、第６図は第４図の熱交換壁の製法を説明する図、第
７図は第４図の実施例の伝熱特性を示す図、第８し１は
第４図の実施例の作用を説明する図、第９図、第１０図
は第１図の実施例の作用を説明する図、第１１図は本発
明の他の実施例の斜視図、第１２図は第１１図の製法を
説明する図、第１３図は本発明の他の実施例の斜視図で
ある。 ９・・・上蓋、１０・・・熱交換壁外表面、１１・・・
熱交換壁表皮層、１３・・・空洞、１５・・・通路、１
６・・・制限開口。 聾 （口 拓２０ 第 ３ 図 ０１ θ５２ θ、５ ／ ２ ５ ”然人Ｌ（Ｗ／鋳
′） 闇 ４ 図 ％ ５ 口 第 ６（２１ 聞 ７ 目 θ ｌ Ｏ１２Ｏ１５） ２ ５ １０課５設未（”／
ｃｍす 第 ８ 口 第 ９ 図 第１０ 図 第 １１ 口 第１２ 図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、熱交換壁の表皮層に形成された細長い多数の空洞と
、前記熱交換壁の一部をなし、前記空洞と熱交換壁外表
面との間とを仕切る上蓋と、該上蓋に設けられ、かつ該
各々の空洞と熱交換壁表面とを連通させる通路とを備え
、かつ該通路に設けられた制限開口は空洞の最大断面積
よシ小さい断面積を有し、互いに独立しておりさらに、
熱交換壁が単一種類の熱伝導性材料からなるものにおい
て、熱交換壁材料と流体の組合せに応じて前記上蓋の肉
厚すなわち空洞の上端と熱交換壁外表面との距離をＺ＊
（単位ｃｒｎ）。 空洞より熱交換壁外表面に至る通路の長さをｔ（単位ｃ
ｍ）とすると、２＊、２が、 及び の関係を同時に満す数値範囲内にあることを特徴とする
熱交換壁。 ここに、ｅｒｆ ；誤差関数（ｅｒｆ（／？）−’ ｆ
Ｉ′ｅ−’ｄξ）。 Ｏ ａｗ；熱交換壁の温度伝導率（ｃｄ／ｚ） 、 ｌｌ＋
。 ；沸騰液の飽和温度（ｋ）、σ；沸騰液の表面張力（ｄ
）’ｎ ／ｃＷ１） 、λｔ ；沸騰液の熱伝導率（Ｗ
／ｋｃｒｎ） ＋ ρｖ ；沸騰液蒸気の密１１（ｇ／
ＣＷＬ３） ＠ ｈＩｔ ；沸騰液の蒸発潜熱（Ｊ／ｇ
） 。 ｖｖＨ沸騰′ｔＬ蒸気の動粘性係数（ｃ４／５ｅｃ）。 ｄｏ ；制限開口径（ｃｒｒＩ） 、 ｑＷ ；使用熱
流束（ｗ／ｃ１７Ｎ） 、 ＮＡ ／ Ａ ｉ発泡点密
度（ＮＡ／Ａ”Ｃｂ−ｄｏ Ｑｗ 、 Ｃｈ ＝８０
（フレオン。 液体窒素））Ｃｈ＝９５（水））。 ２ 熱交換壁の表皮層に形成された細長い多数の空洞と
、前記熱交換壁の一部ｔなし、前記空刺と熱交換壁外表
面との間とを仕切る上蓋と、該上蓋に設けられ、かつ該
各々の空洞と熱交換壁表面とを連通させる通路とを備え
、かつ該通路に設けられた制限開口は空洞の最大断面積
より小さｂ断面積？有し、互いに独立しており、さらに
、熱交換壁材料が銅またはアルミニウムに代表されるよ
うな、温度伝導率ａｗが０．７〜１、２ 、ｃｒｌ ／
Ｗの範囲の単一種類の高温度伝導率材料であり、かつ
、沸騰液がフレオン系冷媒である熱交換壁において、前
記上蓋の肉厚すなわち空洞の上端と熱交換壁外表面との
距離をＺ＊（単位ｃｒｒ１）、空洞よシ熱交換壁外表面
に至る通路の長さをｔ（単位ｃｒｎ）とすると、上記Ｚ
＊及びｔが ０．０２≦Ｚ＄≦１．５（ｃｒｎ） ０．０２＜、 Ｌ り１．５ （ｃｆｎ）の数値範囲内
にろることを特徴とする熱交換壁。 ３、熱交換壁の表皮層に形成された細長い多数の空洞と
、前記熱交換壁の一部をなし、前記空洞と熱交換壁外表
面との間とを仕切る上蓋と、該上蓋に設けられ、かつ該
各々の空洞と熱交換壁表面とを連通させる通路とを備え
、かつ該通路に設けられた制限開口は空洞の最大断面積
よ ゛り小さい断面積を竹し、互いに独立しておりさら
に、熱交換壁材料がチタン、ステンレス、キュプロニッ
ケルなどに代表されるような、温度伝導率ａ、ｙが０．
０１〜０．１ ｃｒｄｌ爪の単一種類の低一度伝導率材
料であシ、かつ、沸騰液がフレオン系冷媒である熱交換
壁において、前記上蓋の肉厚すなわち空洞の上端と熱交
換壁外表面との距離をＺ＊ （単位ａｎ＞＊望洞より熱
交換壁外表面に至る通路の長さをｔ（単位Ｃｍ）とする
と、Ｚ＊、ｔが、 ０．００６＜Ｚ” ≦１．５（ｃｒｎ）０．０２−ＥＺ
ｔ≦１．５（ＣＷｌ） の数値範囲内にあることを特徴とする熱交換壁。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59092859A JPS60238698A (ja) | 1984-05-11 | 1984-05-11 | 熱交換壁 |
| DE8585101452T DE3564339D1 (en) | 1984-05-11 | 1985-02-11 | Heat transfer wall |
| EP85101452A EP0161391B1 (en) | 1984-05-11 | 1985-02-11 | Heat transfer wall |
| US06/701,161 US4606405A (en) | 1984-05-11 | 1985-02-13 | Heat transfer wall |
| CA000474181A CA1241321A (en) | 1984-05-11 | 1985-02-13 | Heat transfer wall |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59092859A JPS60238698A (ja) | 1984-05-11 | 1984-05-11 | 熱交換壁 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60238698A true JPS60238698A (ja) | 1985-11-27 |
| JPH031595B2 JPH031595B2 (ja) | 1991-01-10 |
Family
ID=14066153
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59092859A Granted JPS60238698A (ja) | 1984-05-11 | 1984-05-11 | 熱交換壁 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4606405A (ja) |
| EP (1) | EP0161391B1 (ja) |
| JP (1) | JPS60238698A (ja) |
| CA (1) | CA1241321A (ja) |
| DE (1) | DE3564339D1 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012526257A (ja) * | 2009-05-06 | 2012-10-25 | コミッサリア ア レネルジー アトミーク エ オ ゼネルジ ザルタナテイヴ | 熱交換係数を向上させた熱交換装置およびその装置を製造する方法 |
| JP2015500456A (ja) * | 2011-12-21 | 2015-01-05 | ヴィーラント ウェルケ アクチーエン ゲゼルシャフトＷｉｅｌａｎｄ−Ｗｅｒｋｅ Ａｋｔｉｅｎｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔ | 最適化された外部構造を有するエバポレータ管 |
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| DE4404357C2 (de) * | 1994-02-11 | 1998-05-20 | Wieland Werke Ag | Wärmeaustauschrohr zum Kondensieren von Dampf |
| DE4430619A1 (de) * | 1994-08-17 | 1996-02-22 | Eduard Kirschmann | Verdampfungsanlage |
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| US8573022B2 (en) * | 2002-06-10 | 2013-11-05 | Wieland-Werke Ag | Method for making enhanced heat transfer surfaces |
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| US7861408B2 (en) * | 2005-06-07 | 2011-01-04 | Wolverine Tube, Inc. | Heat transfer surface for electronic cooling |
| DE102005029146A1 (de) * | 2005-06-23 | 2006-12-28 | Cognis Ip Management Gmbh | Härter für Überzugmassen (IV) |
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| US11073340B2 (en) * | 2010-10-25 | 2021-07-27 | Rochester Institute Of Technology | Passive two phase heat transfer systems |
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Citations (1)
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1984
- 1984-05-11 JP JP59092859A patent/JPS60238698A/ja active Granted
-
1985
- 1985-02-11 EP EP85101452A patent/EP0161391B1/en not_active Expired
- 1985-02-11 DE DE8585101452T patent/DE3564339D1/de not_active Expired
- 1985-02-13 US US06/701,161 patent/US4606405A/en not_active Expired - Lifetime
- 1985-02-13 CA CA000474181A patent/CA1241321A/en not_active Expired
Patent Citations (1)
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| EP0161391B1 (en) | 1988-08-10 |
| JPH031595B2 (ja) | 1991-01-10 |
| EP0161391A2 (en) | 1985-11-21 |
| EP0161391A3 (en) | 1986-10-22 |
| US4606405A (en) | 1986-08-19 |
| CA1241321A (en) | 1988-08-30 |
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Legal Events
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| EXPY | Cancellation because of completion of term |