JPH03230094A - 伝熱体 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、例えば空調用の熱交換器の蒸発管や凝縮管、
あるいはウィックを有するヒートパイプなどに使用され
る伝熱体に関し、特に、製造コストが安く、伝熱特性か
優れた伝熱体に関する。

［従来の技術］ 内部の媒体と外部の媒体との熱交換を行わせるための伝
熱管において、その伝熱効率を上げるためには、 （１）伝熱面積を大きくする。

（２）毛細管現象を起こしやすくする。

（３）乱流を起こしやすくする。

（４）核沸騰を起こしやすくする。

ことが有効とされている。

これらの条件のいくつかを満たすような伝熱管として、
管体の内面に螺旋状の溝を転造法などにより形成したも
の、管体の内面に粒状あるいは線状の金属などを鑞付な
どにより付着せしめたものなどが用いられている。

［発明が解決しようとする問題点コ しかしながら、上記のような従来の技術においては、そ
れぞれ次のような問題点があった。

すなわち、螺旋溝を形成する場合には、上記の伝熱効率
を上げる方法のうち、最も効果の高い核沸騰現象を利用
しておらず、また、転造工具の製作技術上及び転造の技
術上から、管体の内径、螺旋溝の条数やねじれの角度に
制限があることなどの理由により、通常の溝無し管と比
へても熱特性値か１．２〜１．５倍程度にしかならなず
、性能が不充分であった。また、製造において、転造工
具と管内面の摩擦力か大きいため、大きな加圧力を必要
とし、従って大規模な装置を必要とするとともに、工具
の寿命か′短くなって、製作コストが高くなるという問
題点かあった。

一方、管体の内面に粒状あるいは線状の金属を付着さけ
る場合には、高温の作業を行う必要があり、また、細径
の管体に応用するのは困難であるなとの問題点があった
。

さらに、このような問題点を解決するために、金属表面
にめっきを行うことにより多孔質層を形成する技術が提
案されている。すなわち、特開昭５３−！１９５５３号
公報に記載のものは、金属製の基体の表面に細溝を形成
した後、この表面にめっき層を付着させることにより、
細溝の開口部を相対的に狭めるようにしたものである。

また、特開昭５３−１３８９６９号公報に記載のものは
、管体の内面にめっき層を形成した後、このめっき層を
逆に電解的に溶解して多孔質にするようにしたしのであ
る。

しかしながら、前者の技術におし）では、多孔質層の全
体がめつきで形成されているのではなく、−旦機械加工
等により細溝を形成した後に溝の頂部にめっき層を乗せ
るものであり、細かい溝を形成するという加工に手間が
かかってコストが増すたけてなく、微細な多孔質層を形
成することが困難で伝熱機能が不充分である。

一方、後者の技術においては、基体金属の組織の微視的
な偏りによる選択的腐食を利用するものであるので、基
体金属の選択が限定されるという欠点があるとともに、
その凹部の形状を、開口部が相対的に内部よりも狭い形
状とすることが困難であるので核沸騰現象を有効に起こ
させることができなかった。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、上記のような問題点を解決すへくなされたも
ので、金属製基体の表面に多孔質電析金属層が形成され
、この多孔質電析金属層は、開口部が相対的に狭められ
た複数の円筒状の第１の凹部と、この第１の凹部の底部
に形成されたより小径の第２の凹部とを有する伝熱体と
したものである。

５作用Ｊ この発明の伝熱体においては、第１の凹部のみでなく第
２の凹部ても核沸騰が起きるので、単一の凹部の場合よ
りも核沸騰が起きやすくなり、熱伝導効率が高くなる。

すなわち、第２の凹部より核沸騰の種となる気泡が発生
し、続いて第１の凹部内か気泡で満ｆこされる。つまり
、小径凹所か初期の沸騰核として機能し、その後連続的
な核沸騰となり、核沸騰のための過熱度が低減される。

また、異なる径の凹所が存在するので、種々の粘性の流
体に対しても好適な大きさの凹所が存在して核沸騰が惹
起される。

「実施例］ 以下、本発明の伝熱管についての実施例を図面を参照し
て説明する。

（実施例１） 第１図及び第２図は、本発明の第１実施例の銅管の断面
及び表面の性状を示すもので、管長１０００ｍｍ、外径
９．３５ｍｍ、肉厚０．３５ｍｍの鋼管の内面に、孔径
２５０μの均質な狭口空孔が空孔率で１８％形成されて
いる。この例の伝熱管は、鋼管の表面に疎水性の薄膜を
形成した後、この鋼管を陰極とし、不溶性の陽極を使用
して電気鍍金を行って製造したもので、以下、この装置
及び方法について第３図により述べる。

銅管ｌの表面の疎水性の薄膜２は、ノリコンオイルをエ
タノールで３倍に希釈し、銅管■の内面に塗布し、その
後エタノールを蒸発させて形成したものである。陽極用
のワイヤ（Ｔｉ−Ｐｔ製）３は銅管ｌの軸上に張力をか
けて張り渡し、また、ワイヤ３の周囲に絶縁性のスペー
サ４を適当な間隔で設けて銅管Ｉとワイヤ３の接触によ
る短絡を防いでいる。そして、硫酸銅鍍金液（硫酸銅２
００ｇ／Ｑ、硫酸５０ｇＡ２）を貯留する貯槽５と、こ
の鍍金液を銅管ｌに流すケミカルポンプ６とを設け、こ
の貯槽５で鍍金により減少した銅イオンに見合う量の塩
基性炭酸銅を補充して、循環使用するようにしている。

鍍金の電流としては、断続電流、通常のパルス電流また
はＰＲ電流などのパルス電流を適宜使い分ける。このよ
うなパルス電流は、直流に比へて空孔内への金属イオン
の搬送を容易にするので、電析速度を増大させることが
できるとと６に、直流の場合に生しる局部的な詫状の析
出を抑え、電析金属による短絡を防止することかできる
。また、ＰＲ電流では、正電と逆電を交互に周期的に通
すので、電析膜の成長を一様にすることかできる。

上記のような装置により、鍍金液の温度３０℃、陰極電
流密度３３Ａ／ｄｍ’、鍍金液の流速２ｍ／ｓの条件下
で１０分間鍍金を施して第１図及び第２図のような狭口
空孔か形成された電着金属層を得た。

上記のような製法において基体表面に狭口空孔か形成さ
れる機構は、次のように考えられる。

まず、不溶性陽極を用いて鍍金を行っているので、鍍金
液中の水が電気分解され、陽極ｌこおいて酸素カスが生
成される。そして、この酸素ガスの一部が鍍金液の移動
とともに陰極の基体の表面に運ばれるが、表面に形成さ
れた疎水性の薄膜により基体の鍍金液に対する濡れ性が
悪くなっており、運ばれたガスは基体の表面に気泡とし
て付着する。

従って、電析金属はこの気泡を包みこむ形で成長し、均
一かつ微細な挟口空孔が形成される。

このため、基体に付着する気泡の径や数は、陽極電流密
度、あるいは鍍金液の基体に対する相対的移動速度を変
えることにより制御することができる。

この銅管Ｉの内面を水洗し、乾燥した後、銅管１を万力
で押し潰すテストを行い、また、銅管ｌを５３０℃で２
０分焼鈍し、マンドレルによる拡管を試みたが、いずれ
においても電着金属層の剥離、脱落は全く見られず、優
れた密着性と強度を示した。

上記のように製作した鋼管について、第４図に示すよう
な熱特性試験装置により、次頁に示すような条件下で熱
特性を測定した。

この装置中、Ｔは温度センサ、Ｐは圧力計、ＰＤは差圧
計、ＩＯはポンプ、１１はバルブ、１２は流量計、１３
は膨張弁、１４はコンプレッサ、１５はサブコンデンサ
、１６はサブエバポレータ、１７は恒温水槽であり、１
８か供試管としての＃Ｊ管である。この熱特性試験装置
においては、供試管Ｉ８の内部にコンプレッサ１４から
供給される冷媒か流され、外部には恒温水槽１７からの
温水が冷媒に対向して流されるようになっている。恒温
水の温度は各冷媒流量に対応して、冷媒系か安定するよ
うに制御した。

なお、この図中、矢印Ａ、Ａ”は、それぞれ蒸発試験の
場合の冷媒及び水の流れる方向を示し、矢印Ｂ、Ｂ’は
それぞれ凝縮試験の場合の冷媒及び水の流れる方向を示
している。

この試験の結果、本発明の実施例１の銅管Ｉは、その内
側の境膜伝熱係数が第５図にＣとして示すような値を示
し、同図にＤとして示した通常の鋼管に比べて７〜８倍
の優れた熱特性を存することが判った。

（実施例２） 実施例１の素材と同一形状の鋼管の内面に転造により螺
旋溝を形成し、その後、実施例１の方法により、螺旋溝
の傾斜壁に挟口空孔を有する鍍金層を形成した。そして
、同様の方法で伝熱特性の測定を行った結果、通常の鋼
管に比べてほぼ１０倍の熱伝達特性を示した。

（実施例３） 狭口空孔の底部に、より小径の凹部を形成した伝熱管を
製造した（第６図参照）。このようなより小径の凹部を
持つ伝熱管は、疎水性の薄膜として加工用の潤滑油を用
いた場合などに形成されるもので、膜厚が薄いので最初
に微細な気泡が形成され、それを囲んでめっきが進行し
て小径の凹部がてきた後、気泡が集合して大径となり、
さらにこれを囲んでめっきかなされ、より大径の四部か
形成されろ乙のである。この伝熱管は、底部に凹部のな
い乙のより伝熱特性か約２０％向上し３（実施例４） 管長５００ｍｍ、外径９．３５ｍｍ、肉厚１］、３５ｍ
ｍの１に陰極電流密度２ＯＡ／ｄｉ２、鍍金液の流速を
高く設定して（４ｍ／ｓ）電気鍍金を施し、軸か伝熱面
の法線に対して約２０度傾いて形成された挟口空孔をＨ
する鍍金金属層を得た（第７図参照）。

このような伝熱管は、内部流体の流れの向きか狭口空孔
の傾きと同じになるように設定したときには、傾きのな
いものより伝熱特性か約３０％向上した。

上記のような製造方法においては、陰極電流密度、鍍金
液の流速により、挟口空孔の径や数をコントロールする
ことができ、また、上述のように鍍金液の流速を変える
ことにより、挟口空孔の傾斜角度をコントロールするこ
とかできる。

なお、本発明の実施は勿論伝熱管に限られるものてはな
い。

を発明の効果］ 以上詳述したように、この発明は、金属製基体の表面に
多孔質電肝金属層か形成され、この多孔質電折合嘱層は
、開口部か相対的に決められた複数の円筒状の第１の四
部と、この第１の凹部の底部に形成されたより小径の第
２の四部とを有する構成であるので、凹所の底部の小径
凹所が初期の沸騰核として機能し、単一の径の凹部を持
つ伝熱体よりも核沸騰か起きやすく、高い伝熱性能を育
する。さらに、種々の粘性の流体に対応する径の凹所に
よりそれぞれ核沸騰か惹起されるとともに、伝熱面積を
増加させ、伝熱特性の良い伝熱体を提供することができ
、製造において大規模な装置や高温作業を要さないので
製造コス′トが安く、まｆ二、細径の伝熱管の製造も容
易であるなどの優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の断面形状を示す図面、第
２図は同じく表面形状を示す図面、第３図は第１実施例
の製造方法を示す略図、第４図は伝熱特性を測定するた
めの装置の略図、第５図は第１実施例の伝熱特性を示す
グラフ、第６図は本発明の第３実施例の断面形状を示す
図面、第７図は本発明の第４実施例の断面形状を示す図
面である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属製基体の表面に多孔質電析金属層が形成され
   、この多孔質電析金属層は、開口部が相対的に挟められ
   た複数の円筒状の第１の凹部と、この第１の凹部の底部
   に形成されたより小径の第２の凹部とを有することを特
   徴とする伝熱体。
2. （２）上記基体は管体であることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の伝熱体。