JPS6161039B2 - - Google Patents

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JPS6161039B2
JPS6161039B2 JP53135979A JP13597978A JPS6161039B2 JP S6161039 B2 JPS6161039 B2 JP S6161039B2 JP 53135979 A JP53135979 A JP 53135979A JP 13597978 A JP13597978 A JP 13597978A JP S6161039 B2 JPS6161039 B2 JP S6161039B2
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JP
Japan
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heat transfer
transfer surface
porous
particles
metal film
Prior art date
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JP53135979A
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English (en)
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JPS5563397A (en
Inventor
Masao Fujii
Yoshifusa Ogawa
Yoshuki Morihiro
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
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Priority to US06/081,438 priority patent/US4291758A/en
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Publication of JPS6161039B2 publication Critical patent/JPS6161039B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F13/00Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • F28F13/18Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by applying coatings, e.g. radiation-absorbing, radiation-reflecting; by surface treatment, e.g. polishing
    • F28F13/185Heat-exchange surfaces provided with microstructures or with porous coatings
    • F28F13/187Heat-exchange surfaces provided with microstructures or with porous coatings especially adapted for evaporator surfaces or condenser surfaces, e.g. with nucleation sites
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S165/00Heat exchange
    • Y10S165/907Porous

Description

【発明の詳細な説明】
この発明は熱源と冷却材との間の熱伝達に係る
伝熱面の改良に関するもので、冷却材に沸騰性の
液体を用いて顕著な効果を示す伝熱面に関するも
のである。 一般に知られているように、伝熱面に接する液
体に対して伝熱面から伝えられる熱量Q
(Kcal/h)は Q=α・A・ΔT …(1) で与えられる。ここで、αは沸騰に基づく熱伝達
率(Kcal/m2h℃)、Aは伝熱面の表面積
(m2)、ΔTは伝熱面の表面温度Tw(℃)と液体
の温度T(℃)との温度差(℃)である。 熱伝達特性の良い伝熱面とは、小さな温度差Δ
Tで大量の熱量Qを伝熱面から液体中へ移動させ
ることのできる伝熱面のことで、したがつて上式
(1)から(α×A)の値の大きな伝熱面が熱伝達特
性の良い伝熱面といえる。 従来、伝熱面積Aを増大させる方法としては伝
熱基板面上にフインを設けることや、サンドブラ
ストなどによつて表面を粗面化することなどが行
なわれている。 また、熱伝達率αを増大させるためには次の様
な考え方から多孔質面が用いられている。 すなわち、沸騰現象においてその熱伝達を支配
するものは伝熱面近傍に限られた局所的な領域に
おける液体の挙動で、特に伝熱面から発生・離脱
する蒸気ほうによる液体のかく乱効果や潜熱輸送
の効果などによつて、沸騰熱伝達率αは蒸気ほう
の発生を伴わない(すなわち、相変化のない)対
流熱伝達に比して桁違いで極めて大きくなる。例
えば、空気の強制対流熱伝達率が数十〜数百
(Kcal/m2h℃)であるのに対し、水の沸騰熱伝
達率は数千〜数万(Kcal/m2h℃)にも達す
る。また、蒸気ほうは当然のことながら伝熱面に
接している液体が蒸発して発生するものであるか
ら、蒸気ほうが伝熱面上で発生・離脱した後には
すぐに新鮮な液体が伝熱面上に供給されなければ
伝熱面が乾燥し蒸気でおおわれ、いわゆる膜沸騰
状態に入り、熱伝達率αが急激に低下することに
なる。したがつて、沸騰熱伝達率αを増大させる
ためには伝熱面上の気泡発生点数を増加させ、か
つ伝熱面への液体の供給を円滑に行なうようにす
れば良く、多孔質面においては、多数の空洞内の
蒸気が気泡核となり、また空洞が多孔質層内で互
いに連結されているため、気泡発生点に対し新た
な液体が供給され熱伝達率αの増大が可能であ
る。 この従来の考え方に基づく伝熱面は主に第1図
に示すようなものである。すなわち、焼結金属1
を平滑な伝熱基板面2上に多孔質状に形成させて
多孔質層3を作り、多孔質な伝熱面(多孔質面)
を形成するという方法がとられていた。多孔質面
4では、多孔質層3内に非常に沢山の空洞5が存
在し、空洞5内には蒸気が存在する。ところで、
蒸気ほうが伝熱面から発生し、液体6中へ離脱す
るには何らかの形で気ほうになるための核(気ほ
う核)が必要で、多孔質面では前述したように空
洞5内に存在する蒸気が気ほう核となる。そし
て、この気ほう核が伝熱面の加熱によつて成長し
蒸気ほうとなる。 平滑な伝熱面では、この気ほう核が伝熱面上に
おけるかき傷や割れ目であつて、その数は多孔質
面4における数より極めて少ないため、蒸気ほう
の発生割合が少なく熱伝達率αは多孔質面4に比
して小さくなる。 また、多孔質面4では、空洞5が互いに多孔質
層3内で連結されているため、局部的に活発な気
ほう発生点があれば、他の不活発な発生点から活
発な発生点に連続的に新鮮な液体が供給される。
また、多孔質層3内における毛細管力によつても
新鮮な液体の供給が促進される。 ところで、多孔質面4は上記の様な特徴があ
り、沸騰伝熱面として適しているが、従来の焼結
金属1を用いる多孔質面4の製作方法は極めて困
難であつた。すなわち、その製作方法は、例えば
金属粒子と接合剤(フエノール樹脂など)とを混
合し、伝熱基板面2上にそれを塗布し、高温で加
熱処理をして、伝熱基板面2上に金属粒子を焼結
させた後、接合剤を還元除去するために更に加熱
処理を行なうなどの方法がとられている。このた
め、従来の多孔質面の製作方法は焼結時の雰囲気
や接合剤などの管理が難かしく、また、各金属粒
子がお互いに溶融結合しているため形状が複雑で
あるため、均一な製品を多量に作るにはその工程
管理が複雑になるという欠点を有していた。 この発明は上記従来のものの欠点を除去するた
めになされたもので、フツ化ハロゲン化炭化水素
(フロン)系の冷媒液と接する伝熱面において、
上記伝熱面上に日本工業規格標準篩の60メツシユ
を通過し250メツシユを通過しない金属粒子を積
み上げた後、金属皮膜を形成することにより前記
伝熱面上に前記粒子を固着させて、伝達特性を格
段に改善しようとするものである。第2図はこの
発明の一実施例を示すもので、伝熱基板面2上に
めつきにより多孔質層3を得たことである。ただ
し、第2図では便宜上、粒子が互いに離れて描か
れているが、実際はお互いに接し、また粒子層が
数層重なりあつて空洞5の数を大きくしている。 次に本発明による伝熱面の製造方法について説
明する。伝熱基板面2上に日本工業規格標準篩の
60メツシユを通過し250メツシユを通過しない粒
径を有する粒子(例えば、銅、ニツケルなどの金
属、あるいはガラスなどの無機物質、あるいはス
チレンなどのポリマ等)7を適当な層数(第2図
は一層の場合を示す)に積み上げた状態で、めつ
き液中に浸漬し、例えば銅めつきを施し、銅の金
属皮膜8を形成することにより伝熱面2上に前記
粒子7を保持させることにより多孔質層3を作
り、多孔質面4を得るものである。 銅めつきの代りに他のめつき(例えばニツケル
めつきなど)を施し、他の金属皮膜(例えばニツ
ケルなど)8を得て前記伝熱基板面2上に前記粒
子7を保持させても前記実施例と同等の効果を有
する多孔質層3を持つ多孔質面4が得られる。な
お、いうまでもないが、粒子7として、熱伝導率
の大きい銅、銀などの金属粒子を用い、金属皮膜
8にも熱伝導率の大きい銅、銀などの金属物質を
用いた方が良い、また、粒子7として一様な形状
(例えば一様な径を有する球状粒子など)を有す
る粒子を用いれば、均一な多孔質層3を有する多
孔質面が得られる。 第3図はこの発明によつて得られた伝熱面と比
較例における沸騰熱伝達特性の一例を示したもの
である。横軸は伝熱面2と液体6との温度差で、
縦軸は熱負荷を示す。図中の番号は表1に示す伝
熱面を示す。ただし、No.1(比較例)は多孔質層
3を形成しない平滑面である。表1の粒径で、例
えば24−42メツシユとは日本工業規格標準篩を用
いて、24メツシユを通過し、42メツシユを通過し
ないものを示す。但し、No.2は比較例であり、No.
3、No.4はこの発明のものである。金属皮膜は電
気メツキ法によつて得られるもので、その電気値
と通電時間とによつて任意に変化させることがで
きる。
【表】 第4図はメツシユ数に対する熱伝達率の増大を
示したものである。横軸は通過メツシユで、例え
ば60メツシユ(24メツシユ)であれば、日本工業
規格標準篩の60メツシユ(24メツシユ)を通過し
て、60メツシユ(24メツシユ)より2段階メツシ
ユ数の大きい80メツシユ(32メツシユ)を通過し
ない粒子を示す。 縦軸は、平滑面に対して得られた熱伝達率αo
と、本発明の多孔質面で得られた熱伝達率αとの
比α/αoを示している。 ただし、第3図、第4図は液体6としてR−
113を用いた場合の実験結果を示したもので、第
4図の傾向(極大点の位置など)は、用いる液体
6の種類によつて異なるが、フツ化ハロゲン化炭
化水素(フロン)系の液体を用いる限りほとんど
変化しない。ただし、縦軸の絶対値は異なる。ま
た、第4図は金属粒子として、銅、ニツケル、鉄
などを用いてもほとんど変化せず、金属皮膜8も
銅を用いて、厚みを10μm〜100μmまで変化さ
せても、ほとんど変化しない。ただし、金属皮膜
8の厚みは粒子7を固着するのに必要な機械強度
の点から30μm以上は必要であることが、実験結
果からわかつている。 第4図から明らかなように、通過メツシユが60
メツシユから170メツシユ(250メツシユを通過し
ない)であれば、α/αo≧4となることがわか
る。 第5図の破線は銅の金属粒子と銅の金属皮膜で
形成された本発明による多孔質伝熱面のR−113
中における沸騰熱伝達特性を、実線は破線の特性
が得られる伝熱面上に更にニツケルメツキを施し
た場合の特性を示したものである。 ニツケルメツキは耐食性、耐酸化性にもすぐれ
ており、熱伝達特性も改善できることがわかる。 すなわち、本発明による多孔質伝熱面では、メ
ツキの種類をかえることにより、粒子の固着と同
時に耐食性、耐酸化性、熱伝達特性などの改善も
はかれることがわかる。 この発明は以上説明したように、フツ化ハロゲ
ン化炭化水素(フロン)系の冷媒液と接する伝熱
面において、上記伝熱面上に日本工業規格標準篩
の60メツシユを通過し250メツシユを通過しない
金属粒子を積み上げた後、金属皮膜を形成するこ
とにより前記伝熱面上に前記粒子を固着したこと
を特徴とする沸騰伝熱面の製造法であり、これに
より、沸騰伝熱面を容易に製造でき、かつ冷媒の
気泡発生を極めて有効に行なうことができ、伝熱
特性を格段に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は多孔質伝熱面を説明するための図、第
2図は本発明の多孔質伝熱面を示す図、第3図は
この発明によつて得られた伝熱面と比較例におけ
る沸騰伝達特性を示す図、第4〜第5図は本発明
による多孔質伝熱面の沸騰熱伝達特性を示す図で
ある。 図において、2は伝熱面、6は液体、7は粒
子、8は金属皮膜である。なお、図中同一符号は
各々同一又は相当部分を示す。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 フツ化ハロゲン化炭化水素(フロン)系の冷
    媒液と接する伝熱面を製造する方法に於て、上記
    伝熱面上に、日本工業規格標準篩の60メツシユを
    通過し250メツシユを通過しない多数のほぼ球状
    の金属粒子を平面的に互いにほぼ接して配列する
    と共に、この配列された金属粒子の上に更に上記
    多数の金属粒子を積み上げた後、金属皮膜を形成
    する事により上記伝熱面上に上記金属粒子を固着
    した事を特徴とする沸騰伝熱面の製造法。 2 金属皮膜が10μm以上の厚みまで形成された
    ことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の沸
    騰伝熱面の製造法。 3 金属皮膜としてニツケルを用いたことを特徴
    とする特許請求の範囲第1項又は第2項記載の沸
    騰伝熱面の製造法。
JP13597978A 1978-10-31 1978-10-31 Manufacture of bolling heat transmission surface Granted JPS5563397A (en)

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