JPS5993190A - 熱交換壁 - 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】 本発明は熱交換壁の改良に係るものである。

〔従来技術〕

パイプやプレートの表面からこれと接触する液体、例え
ば、水、フロン液、液体蟹素、液体へりリュウム等相変
化して沸騰する液体へ高効率に熱を伝達する試みとして
第１図に示す熱交換壁が提案されている。

第１図の熱交換壁１は、液体と接触する熱交換壁１の表
面下の表皮帯域に互いに平行に配列されたｆｌ（１１長
い空洞２が設けられている。この空洞２は開口の大きさ
が制限された多数の微小な開口部３によって熱交換壁１
の外部と連通している。

しかる構成の熱交換壁であれば、熱交換壁をこれと接触
する液体よシ高い温度に過熱すると、第２し１に沸騰状
態を示すように、空洞２内に蒸気泡８がづ６生し成長す
る。過熱を続けると、空洞２内の然気圧力は外部液の圧
力より高くなり、制限された開口部３から蒸気泡８の一
部が放出され、気泡９として離脱する。多孔板５によっ
て空洞２内の蒸気の放出が防げられるので、蒸気の一部
は空洞２内に残留蒸気として保有される。気泡９の離脱
に伴い、空洞２内に圧力変化が生じる。その際、蒸気９
を放出した開口部３とは別の開口部３から外部液（図示
せず）が矢印１０で示すように空洞２内に浸入する。空
洞２内には残留蒸気が存在するため、浸入した液は、残
留蒸気泡によって空洞２の壁面に押しやられ、壁面を伝
わシ空洞２内に拡がる。拡がった液は熱交換壁１の過熱
によシ直ちに蒸発し、蒸気泡８を成長させる。このよう
に浸入液の蒸発、蒸気泡の成長、気泡の離脱、液の浸入
といったサイクルが次々に繰り返えされる。

このサイクル中、特に、空洞２内部に浸入した液が空洞
壁面上に薄い液膜状に拡がるので、この液膜は小さな過
熱度で直ちに蒸発することができる。

この理由によって、第１図の熱交換壁は高い熱伝達性能
が得られる。

しかしながら、前記熱交換壁を用いても、下記の実験で
示されるように、熱交換壁の熱伝達性能を広範囲の熱負
荷（単位時間、単位面積当シの伝熱量をいう）に対して
維持することができない。

第３図は第１図の熱交換壁を大気圧下のフロン冷媒Ｒ１
１（）ククロロ・モノフルオロ・メタンｃｐｃｚ３）液
に浸漬して、沸騰熱伝達実験を行つた結果を示す。横軸
は熱交換壁の投影面積基準の熱流束ｑ（Ｗ／ｍ”）を、
縦軸は上記投影面積基準の熱伝達率α（Ｗ　／　ｎ？・
Ｋ）を対数座標で示す。

２（（Ｉ・の熱交換壁は、互いに銅製で、空洞ピッチ０
．５５間、空洞断面の幅０．２５闘、高さ０，４祁、多
孔板の板厚０．０５　ｍｍ、開口部ピッチ０７謔などが
等しいが、伝熱壁Ａは開口部の直径が０．２　ｍｍ　％
伝熱壁Ｂは０．１　ｍｍである。伝熱壁Ａは高熱負荷時
に比べ、低熱負荷時で著しく低下する。一方、伝熱Ｑ１
ｇ　Ｂ　ｕ：　Ａに比べ低熱負荷時で性能が向上してい
るが、高熱負荷で性能が低下している。伝熱壁Ａ。

８面共、広範囲の熱負荷に対して、高い性能を得ること
ができない。このことは、各種熱交換器に応用した場合
、高い性能が得られる作動範囲が狭いことに在り、工業
的に使いにくい熱交換壁と言大小にかかわらず、高い熱
伝達率を維持する熱交各熱負荷に対し空洞内に液量が最
適に供給できるように、熱交換壁表皮層（Ｃ多層をなす
細長い溝状の多数の空洞と、前記各層の空洞の最大断面
積より小さく制限され、前記多層の空洞間並びに熱交換
壁外部と上層の空洞間を互いに連通ずる複数個の開口部
とで構成することを特徴とするものであず第４図の如く
第一工程において円管１７の表面にローレット加工によ
り浅い溝１８を作る。この溝１８は管軸に対して約４５
°方向とする。続いて第二工程では、管軸にほぼ直角方
向に］（イトですき起し加工を行う。すき起し加工で作
られるフィン高さは約１蛸程度とし、第一工程の溝１８
より高くする。この方法によシ第５図の如く凹凸２０を
もったフィン１９０列が形成される。第三工程において
第６図のように、倣小溝２２をもつ細線２１を第７図の
如くフィン列間の溝部に巻き付ける。細線２１とフィン
間１９に形成される空隙２３が下段トンネルを形成し、
釉１線に設けられた微小溝２２が下段トンネルの開孔を
形成する。

な卦、微小溝をもたない細線を巻き付けても細線とフィ
ンとが接する部分にはすき間が形成される場合があるが
、微小溝を設けた方が、より安定した開化を有する。第
四工程において、第８図の如くロール加工あるいはプラ
シング加工などによりフィン１９をねかせる。隣接する
フィンが接合されることによシ空洞１１′が形成される
。そして、第一工程の浅い溝１８は開孔１２を構成する
。

他の実施例として、本発明のトンネルは２段に限ったこ
とはなく、第９図に示すような先細り断面を有するフィ
ン列を形成して、細線２１を多段に巻き付けてもよい。

この場合、下段４１１１の細線はと細くすることによシ
、容易にこのような伝熱壁が得られる。まだ下段側の細
線２１’に設けられた微小溝はど小さくすると、下段ト
ンネルに設けらｈた開孔はどその大きさが小さくなシ伝
熱性能にどって不利になる。最上段トンネルの開孔の太
ききは第一工程のローレット加工における溝深さを深く
して大きくすればよい。

一方、第一工程のローレット加工、及び第四工程のフィ
ンをねかせる加工をなくしても、第１０図に示すように
細線巻き何けを複数段にすることにより容易に多段トン
ネル構造が得られる◎〔発明の効果〕 開孔とトンネルを有する伝熱面では開孔の大きさ、ある
いは熱負荷によってトンネル内の伝熱形式が変化して性
能の低下をまねく場合がある。熱負荷の値によって高い
伝熱性能を維持出来る開孔の大きさの最適値は狭い範囲
である。

本発明はトンネルを２重構造とし、それぞれのトンネル
には開孔が設けられ、沸騰液と上段トンネル、および上
段トンネルと下段トンネルは、開孔を辿して連通されて
いる。したがって熱負荷によって、それぞれのトンネル
を有効に働かして、広い熱負荷範囲で高い伝熱性能を維
持するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来技術の断面図、第２，３図は従来技術の現
象及び特性を示す説明図、第４〜８図は本発明の製作過
程を示す説明図、第９〜１０図は本発明の他の実施例を
示す図である。 １・・・トンネル、２・・・開孔、３・・・液膜、５川
液、１′・・・上段トンネル、１“・・・下段トンネル
、６・・・乾き面、８・・・ローレット溝、９・・・微
小フィン、１ｏ・・・凹部、１１・・・細線、１２・・
・微小溝、１３・・・空隙。 レグ　　　　　し／ ′ｆＪ　２　　図 第　３　図 遭　４　図 濱　ｇ　図 ′ＦＪ　　乙　図 圏　７　図 １ １１′ ％　　ｑ　　図 第　／θ　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、伝熱面表皮下に多数の互いに平行に配列された上下
   方向に２段以上の細長いトンネルと、該各段に位置する
   トンネルの最大断面積よシ小さく制限され、該各段のト
   ンネル相互間並びに伝だ（壁外部と最上段のトンネルを
   連通ずる多数の開孔とで構成したことを特徴とする熱交
   換壁。 ２、上記第１項において、該各部に位置する制限された
   開孔の大きさを、該伝熱壁面から下段に向い、順次小さ
   くしたことを特徴としだ熱交換壁。 ３、上記第１項において、すきおこし加工により断面が
   先細りなるフィンの列を形成し、微小溝を有する細線を
   フィン列間複数段巻き付ける場合に、下段トンネルを形
   成する細線はどよシ細く、上段トンネルを形成する細線
   はどよシ太くすることにより２段以上の細長いトンネル
   を形成することを特徴とする熱交換壁。 ４、上記第１項において、ローレット加工によシ、並列
   に走る微小ローレット溝を滑らかな面上に設け、次にす
   きおこし加工によって微小フィンを起し、先端に凹凸を
   有するフィン列を形成し、次に微小溝を有する細線をフ
   ィン列間に巻き伺け、細線とフィン間に生じる空隙によ
   り　　　　　・トンネルを形成し、続いてブラシング加
   工あるいはロール加工によシフイン先端をぬかせ、隣接
   フィンを接合することによシ沸騰液と連通する最上段ト
   ンネルを形成することを特徴とする熱交換壁。 ５、上記第２項において、下段側ｌ・ンネルを形成する
   細線に設けられる微小溝をより小さく、上段側トンネル
   を形成する細線に設けられる微小溝をより大きくしだこ
   とを特徴とする熱交換壁。