JPS6064196A - 蒸発伝熱壁 - 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】 本発明は、接触する液体を蒸発（沸騰を含む広い意味〉
させることによって液体へ有利に熱を伝達Ｊることので
きる伝熱壁の改良に関するものである。

板・―管の表面からこれと接触覆る液体、例えばフロン
液を蒸発させることによっ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、該空洞に沿って、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、空洞に沿ってスリン１〜状
の狭い間口を連続さけて設Ｃノ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、高性能化等に伴って伝熱壁と
しては更に高い伝熱性能を右するものが要求されている
。

従って本発明の目的は、伝熱性能に優れた改良された蒸
発伝熱壁を提供づることにある。

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って達
成することかできる。

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Ｊ３いて２が例えば鋼管からなる管材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．
２〜１．０ｓｘ、幅０．１〜１．０１１ｍ！！Ｉ！度の
ものが、０．２〜１．５履程度のビッヂで隣接し、管軸
に対してぼば直角に近い傾きをもっ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に沿った方向に部分的に、一方の面が隣接する壁に
接近したような形で厚くなっている。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＞
に示づように平面的には内接内径にして０．１〜０．４
ｍｍ程度の略三角形をなす微小な孔５が空洞２に沿って
０．３〜１、Ｏ＃程度のピッ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
等であってもよい。

空洞２に沿った孔５の間の天井４部分は、第１図の左側
のｌｌｉ面で示すように、その裏面中央部が他部より厚
くなって壁３の厚くなった部分へと続き、天井の裏面全
体としては、それがあたかも空洞２に沿って波を打った
ようになっている。従って空洞２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
やや大ぎくなっている。この空洞２の断面は天井の裏面
が平らでほぼ一様であってもよい。

しかして番孔５の中には夫々第２図（ａ　）にも示１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（
０）に示り゛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ってもよいし、凹状、凸状ま
たはそれらに類似する形状であってもよい。

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（なるよう番に５〜８０度傾いている。この傾
きは別の方向であってもよいし、別な方向の傾きを伴っ
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ムっＴ
少帽ａｍ　Ｈ誇へガＶ丁本うＴムｌ−＋＼　搗望井る場
合も同様であるが、突起６のイ１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Ｊように各部が番よぼ一
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の線に沿って孔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１ｉｌＩｔ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！１１１７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ばたりすることによって−
ｂ得ることができる。そのような場合、突起６は外表面
１１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１
１を基準にして０．１〜０．４ｍｒｔｒ程度下がってい
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。場合によっては突起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μ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に対づ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に不均一性をイ１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の面積に対づる比率は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った伝熱壁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Ｊ−ように、空洞２内に蒸気泡１０３が発生
づる。

ここで第６図にａ３りる沸騰状況のｚケツチは、伝熱１
１の加熱が小さい場合を示したものであるが、過熱が大
ぎい場合、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の仕方が狭い隙間１０７にＪ３
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の寸法とによって決定される）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、１ｌｉｌｉ　ＩＩｆ２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（１０〜５０μＩｒＬ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
覆る。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
熱液の状態となって空洞２内に流入Ｊる。、従って、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ｍが制限される。

一方、狭い隙間７の流動抵抗の小さい部分１０７から気
泡１０１が成長、１１１１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内の蒸気圧が低下づるため、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図に示ずように、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
割するように褥いているため、蒸気泡の潰れた部分１０
６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。従って、空洞２内の多くの部分で蒸気泡１０３と
博い液膜１八ＣＪＪ會Ｉ１．４士キもフ　−小橿ム　丁
＋１　Ａ出会８つに治った波を打っ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１８Ｍ、肉厚１．１ｍｔｎの
鋼管の外表面の直下に、高さが高いところで０．４５ｍ
ｍ、低いところで０．３ｕｒｍ、幅０．２５ｍｍの空洞
を管軸に対して直角に近い傾きをもって０．５ＭＩＲの
ピッチでらせん状に形成した。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ｌ＝、Ｌか
して、その空洞の高ざ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−［にあり、内
接円形にして０．２＃の大きさをもつ略三角形状の孔を
、空洞に沿って０．８＃Ｉｌｌ＋のピッチで形成された
が、その６孔の内部には夫々第２図（ａ）に示づ−よう
に辺５２側に（ｑ根をもち、平面的には孔より小さい突
起を形成づると共に、各突起は、第３図ないし第５図に
示づように、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。

この実施例で得らたれ伝熱管について、トリクロロフル
オルメタン（ＣＦＣｊ！ａ）を用い、絶対圧力０．４１
Ｋｙ／−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が本発明による鋼管の特性であり
、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鋼管の特性である。尚、線Ｃは空洞
のない表面平滑な鋼管の特性である。

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Ｕたもので、これを使用する様器の小
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、リンク状であってもよい。勿論、
伝熱壁は管材に限らず、筒体、板体等であってもよい。

また伝熱壁の材質は銅の場合を示したが、他の金属或は
非金属材料であってもよい。

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、
同様に八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承り拡大平面図、第３図
は第２図（ａ）中のＡ−Ａ線に沿ってみた図、第４図は
第２図（ａ＞中のＢ−Ｂ線に沿ってみた図、第５図は同
じ＜Ｃ−Ｃ線に沿ってみた図、第６図は本発明に係る伝
熱壁の沸騰状況を示り説明図、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、１１：外表面、５１
．５２．及び５３：孔の辺。 第１頁の続き ０発　明　者　中　島　忠　克　土浦市神立町５０ｆｉ
ＪＯ発　明　者　中　山　義　彦　土浦市神立町５０２
＝ｌｊｆ１　株式会社日立製作所機械研究所内 は　株式会社日立製作所土浦工場内

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っ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μる多数の微小な孔が設
   けられた伝熱壁において、前記孔の内部には夫々眼孔を
   含む孔部近傍から該孔を横切る方向へ突出した突起が設
   けられていることを特徴と吏る蒸発伝熱壁。 （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。 （ａ　突起が伝熱壁の表面に対して少くとも一方に傾き
   をもっている前記第１項または第２項記載の蒸発伝熱壁
   。 （用　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項ないし第３項の何れかに記載の蒸発
   伝熱壁。 壁の表面側への延長上にあり、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４項記載の蒸発伝熱
   壁。 （６）　天すＩの裏面が空洞に治って波を打ち、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５項記載の蒸発伝熱壁。 （７）伝熱壁が筒材であり、空洞が管軸に沿ってらゼん
   状に延びている前記第１項ないし第６項記載の蒸発伝熱
   壁。