JPH0211840B2

JPH0211840B2 -

Info

Publication number: JPH0211840B2
Application number: JP56194323A
Authority: JP
Inventors: Josefu Guregorii Edowaado
Original assignee: AI EMU AI MAASUTON Ltd
Current assignee: AI EMU AI MAASUTON Ltd
Priority date: 1980-12-02
Filing date: 1981-12-02
Publication date: 1990-03-15
Also published as: US4434842A; JPS57120094A; EP0053452A2; EP0053452A3; DE3162696D1; EP0053452B1

Description

【発明の詳細な説明】この発明は、液体を沸騰させるための泡核化お
よび沸騰化表面をもつ熱交換器に関する。

表面の泡核化および沸騰化特性は、その表面の
物理的特性を変えることで調整できることが知ら
れている。沸騰現象が生じる場合には、液体の内
部に微細な泡の泡核が生成し、ついで泡として充
分な大きさに成長し、該液体から離散していく。
液体のなかに、多数の泡核が発生して、それが大
きい泡を少数成形させずに、多数のやや小さい泡
を形成することが望ましい。液化ガスが熱交換器
内で蒸発するときには、できるだけ容易に該ガス
が泡核化して泡を生成することが望ましい。それ
で、熱交換器の内部の表面を粗面としてその泡核
化および沸騰化特性を向上させることが提案され
ているが、粗面形成加工はやや複雑であるととも
に、経費がかかり過ぎる。また、表面上の一泡核
化位置に微細な泡が形成されると、周辺からその
泡核化位置に熱が引き寄せられることになり、液
体がその泡内に蒸発させられるという問題があ
る。すなわち泡核化位置がその周辺に影響して極
く局所的な域内でさらに泡核化が起らないように
なるので、表面の全域面から微細な泡が完全には
発生しないことになる。現在までは、表面の泡核
化および沸騰化特性を改善向上させる方法は、主
として該表面の特性変革に指向されていた。

熱交換器の被加熱表面に泡核化沸騰化表面を設
けるために、表面の金属壁に凹溝を極めて密な間
隔で配設し、該凹溝の各端部の外側の隆起部を成
形して空洞部を形成させ、その空洞部からの出口
を狭小に構成させる提案がなされている。この方
法は、凹溝が円管壁に比較的容易に形成させられ
るので、管状熱交換器に適用されており、米国特
許第3454081号に詳述されている。

英国特許第1328919号において、流体ボイラ壁
に型押しされた金属薄板を附設したものが提案さ
れている。金属薄板はピラミツド状をなして頂部
に孔を有し基部がボイラ壁に固着されて三次元的
に配設されている。米国特許第3521708号は、一
体的に加熱フインをもつ管体の放熱フイン間の空
間に針金または非金属製コードをゆるく巻きつけ
たものを示している。

本発明は、流体を浸み込ませない表面を有する
熱交換器板１の第一の表面側部２５で加熱され、
第二の表面側部で液体２４が蒸発されるように構
成され、前記第二表面側部には蒸発させられる液体内に
延長する少なくとも一つのフイン２が設けられて
なる、液体を沸騰させるための熱交換器であつ
て、前記フイン２は少なくとも二層３，４；１０，
１１；１３，１４からなり、少なくとも一つの外
側層３；１０；１３には多数の孔５，７；１２；
１５〜１７が設けられ、該フインの少なくとも二層間に形成された間〓
９は前記孔に連通していると共に、該間〓９の巾
が液体中の泡核化生成に理想的な孔の直径と略同
一の寸法である、熱交換器を提供する。

フインは二層で構成させてもよく、夫々の層に
多数の透孔を設け、該透孔の少なくとも一部は二
層間において合致させないようにする。フインを
金属で構成し、その各層は互にその表面の一部に
ついて互に接触させる。

望ましくは、熱交換器を板状放熱フインをもつ
形式の熱交換器として、少なくとも一対の板間に
ある該放熱フインが波形に成形されたものとす
る。

フインは、アルミニウムで構成されてもよく、
流体を通過させない表面に固着させてもよい。ま
た、フインの形成薄板間の間隙は、２ないし50ミ
クロン、望ましくは２ないし10ミクロンの範囲
に、さらに望ましくは約５ミクロンとする。

孔の直径は、100ないし3000ミクロン、望まし
くは500ないし200ミクロン範囲とし、またはその
配列は、平方cm²当り密度を５ないし10個、望まし
くは平方cm²当り６個にする。

放熱フインを構成する各薄板の厚さは0.1ない
し0.3mm、望ましくは0.1ないし0.2mmに、さらに望
ましくは約0.15mmにする。

放熱フインは、互に重ね合わせた二もしくはそ
れ以上の透孔穿設板からなるものとし、該重層板
を全体として波形に成形される。本発明に係る熱
交換器は、望ましくは板状放熱フインをもち波形
状放熱板の複数薄板層で隔てられた複数板で構成
されていて、その波形状放熱板は液体を沸騰させ
るようにしてある熱交換器部位で改善された放熱
効果をもつ形式とし、またその組立てには相互に
ろう着によつて行ない、それによつて熱交換器を
構成させるものである。

つぎに、この発明の実施例について図面によつ
て説明すると、第１図において、熱交換器板１
（この板１は実際には、例えば対向式に一対設け
られている）に２で図示した波形の放熱フインを
ろう着してあり、該放熱フインは、二枚のアルミ
ニウム薄板の層３，４からなり、各薄板の層は、
厚さ約0.15mmで、多数の孔５を配置したアルミニ
ウム板で構成され、各孔は、1000ミクロンの直径
をもち、隣接孔との間隔は約５mmであり、内外層
の夫々の孔５をある部位では６で図示するように
合致させ、他の部位では７で図示するように合致
させないようにしている。

放熱フインは、孔５を配設したアルミニウム板
を互に重ね合せてある。内外層の各孔は放熱板２
の全表面域にわたつて合致しないように配設して
もよい。二枚の層は、相互に接着せずに、二枚の
独立層を重ねて通常の波形成形機で波形に成形さ
せたものである。波形放熱フインの加工の際に、
薄層を拡伸して波形に成形する工程中に薄層間に
或る程度の機械的結合力が作用して二層がばね作
用で離隔するのを防止するので、分離しないこと
が判明した。

ついで、波形放熱フインは、熱交換器板１に従
来公知の塩浴ろう着、あるいは真空ろう着で接着
され、そのろう着すみ肉８が放熱フイン２を熱交
換器板１に固着する。内側層４の孔のうちろう着
すみ肉に抵触しているものがあるところでは、少
量のろう着溶金が二層間に局部的に流れて放熱フ
インを熱交換器板１に堅強に固着させる。波形の
各層が相互に緊密に接触している部位があつた
り、また層間に微小間隙がある部位があつたりす
るが、第２図の拡大図に示すように、放熱フイン
の層１０および１１間の間隙９は孔１２に直接に
連通している。

望ましい板状フイン形式の熱交換器は、液体を
交互的に通過させる流路を限定する一連の板を含
むことが知られているが、一組の交互的な流路を
通して比較的に熱い流体とこれによつて加熱され
沸騰させられる比較的冷い液体とが流れる。本発
明に係る二層からなる波形フインは、内部で液体
が蒸発される流路に設けられる。高温側の流路に
フインを設ける場合は、従来からの単一の層で形
成させてもよく、単純化の理由で複層で形成させ
てもよい。本発明による複合熱交換器として、上
述した方法で製作された一体の中空材と、該中空
材の外部に取付けた一連の液体貯蔵槽とを具え、
液体を中空材を通して流し、その中空材から排出
させるようにしてもよい。

間隙９の内部で泡核化が生じることは間違いが
ない。間隙９は約５ミクロンの厚さの区域を含
み、この厚さは泡核化生に理想的な孔の直径と同
一寸法である。一度泡核化が発生すると、それは
間隙の全域に急速に拡がり、熱交換器の全表面に
拡がる。生成した泡は孔１２の内部で成長してか
ら、離散していく。第３図に図示した熱交換器の
表面をあらわす図面から、薄層１３および１４の
夫々の孔に互に合致しているものがあることが、
例えば１５で図示するように、知られるが、孔の
中には、１６で図示したように、薄層１４の孔の
ない壁面に対面しているものもあり、孔１７のよ
うに、両薄層の透孔間でわづかばかり重なつてい
るものもある。

本発明による熱交換器の表面における泡核化と
沸騰化の特性を観察して従来技術のものと比較す
ると、沸騰化特性に格段の改善がなされているこ
と判明した。第４図に示したように、熱交換器表
面１８が、表面側１９から加熱され、液体は熱交
換器表面に沿つて点線の矢印２０の方向に鉛直に
流れる。加熱は区域２１で行なわれ、生成した泡
は或る距離だけ離れた区域２２で離れる。しか
し、第５図に示すように、本発明の熱交換器で
は、生成した泡が区域２３の底部からも離れるよ
うになる。液体は矢印２４の方向に鉛直に流れ、
加熱は表面側２５から行なわれる。

本発明の熱交換器表面における熱特性の改善
は、熱流量体温度差図表を示す第６図、第７図か
ら明確に理解できる。実験は、熱交換器表面を液
体窒素内に浸し、その一表面側において温度を上
昇させて行い、表面を経て伝達される熱量を、温
度の上昇に対して測定して図表に作製した。第６
図の場合の熱交換器表面の基本的構造は、アルミ
ニウムの波形の放熱フインをろう着したアルミニ
ウム板からなるもので、その放熱フイン波形が鉛
直になるように配置して液体窒素を波形表面を通
過させた。曲線２６，２７は、従来技術のもので
あつてその放熱フインは一枚の金属板からなつて
いる。曲線２６は、温度の上昇中に表面から伝達
される熱に関し、曲線２７は、温度の下降中に表
面から伝達される熱に関している。単層の放熱フ
インに対しても、本発明による複層薄板からなる
放熱フインに対しても、全く同様な試験を行つ
た。曲線２８，２９は、本発明に対するもので、
前者は温度上昇中、後者は温度下降中の図表であ
る。図表曲線は熱流量および温度差の双方とを対
数で表示している。この図表からどの温度差につ
いても表面から伝達する熱流量の増大が60％以上
になつていることが判る。すなわち、総括する
と、本発明に係る複層薄板からなる放熱フインを
使用すると、熱を液体に伝達する表面の能力の改
善が60％の増大になる。

第７図は同様な曲線図表であるが、複層薄板を
ろう着し、その外側薄板をPTFEテープで被覆し
た波形放熱フインを従来の単層放熱ひれと比較し
たものである。前述同様に、放熱フインの波形を
鉛直になるように配置して液体窒素を波形間の部
位に流した。曲線３０は温度差増大時に測定した
ものであり、曲線３１は加熱の温度を下降させた
時に測定したものである。なお、曲線３０，３１
は、従来技術による単層放熱フインに対するもの
である。前述同様な測定をこの発明に係る複層放
熱フインに対して行なつたが、曲線３２および３
３は、夫々温度の増大および下降時に対応してい
る。この図表から、曲線３０と曲線３２との差３
４から、前述同様にこの発明の熱交換器特性にお
ける改善がほぼ60％の増大になることが知られ
る。

上述した如く、本発明になる、熱交換器によれ
ば、次に示す利点を有する。

上記間隙９はフインの層の略全面にわたつて
大きな面積で連続的に延在し、かつ該間〓の巾
が泡核化生成に理想的な寸法に定められている
ので、泡は該層の連続的大面積である全面から
発生し、かつ間〓巾に基づき理想的な効率で発
生し得、結局非常に泡が効率良く発生し得る。

泡は発生した後は本来その内圧により急速に
膨張する傾向を有するが、本発明の場合、泡は
発生した後も間〓９により大きさを規制される
ゆえ上記膨張を抑制されつつ間〓内を移動して
最後に上記孔内で幾分成長するのみで、比較的
小さな理想的な直径のまま液中に放たれ得る。

従つて、上記、のことより、泡は多量に
かつ比較的小さい形状で理想的に発生し得、従
つて液化ガスの蒸発効率を向上して、熱交換効
率を大巾に向上し得る。

上記フイン２は波形でかつ孔を有するのみゆ
え製造は容易である。これに対し、従来技術に
おいては放熱フインを二次加熱表面としてでな
く一次加熱表面として設けているゆえ、その泡
核化性能を向上させようとすると別の表面処理
をする必要がある上に、製造が困難であるとい
う欠点がある。

なお、三、あるいはそれ以上の薄層も本発明の
熱交換器の放熱フインとして適用することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る波形放熱フインをもつ
熱交換器表面の斜視図、第２図は、同じく二重薄
層の部分拡大断面図、第３図は、同じく二重薄層
の正面側の斜視図、第４図は、従来技術の放熱表
面の放熱説明図、第５図は、本発明に係る放熱表
面の放熱説明図、第６図、第７図は、熱流量対温
度差図表である。１……熱交換器板、２……波形放熱フイン、
３，４……アルミニウム層、５……孔、８……ろ
う着すみ肉、９……間隙、１０，１１……薄層、
１２……孔、１３，１４……薄層、１５，１６，
１７……孔、１８……熱交換器表面、１９，２５
……表面側。

Claims

【特許請求の範囲】１流体を浸み込ませない表面を有する熱交換器
板１の第一の表面側部２５で加熱され、第二の表
面側部で液体２４が蒸発されるように構成され、前記第二表面側部には蒸発させられる液体内に
延長する少なくとも一つのフイン２が設けられて
なる、液体を沸騰させるための熱交換器であつ
て、前記フイン２は少なくとも二層３，４；１０，
１１；１３，１４からなり、少なくとも一つの外
側層３；１０；１３には多数の孔５，７；１２；
１５〜１７が設けられ、該フインの少なくとも二層間に形成された間〓
９は前記孔に連通していると共に、該間〓９の巾
が液体中の包核化生成に理想的な孔の直径と略同
一の寸法である、ことを特徴とする熱交換器。２前記フイン２が二層３，４；１０，１１；１
３，１４からなり、各層は多数の孔を有し、該孔
の少なくとも一部７，１６，１７は二層について
合致しないことを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載の熱交換器。３フインを金属で構成させ、各層３，４；１
０，１１；１３，１４はその表面の一部について
接触していることを特徴とする特許請求の範囲第
１項または第２項記載の熱交換器。４少なくとも一対の熱交換器板１間にある該放
熱フイン２が波形に成形されていることを特徴と
する特許請求の範囲第１項乃至第３項の何れか１
項に記載の熱交換器。５フイン２をアルミニウムで形成して、前記熱
交換器板１の流体を浸み込ませない表面に固着さ
せたことを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至
第４項の何れか１項に記載の熱交換器。６フインの層３，４；１０，１１；１３，１４
間の間〓９を、２ないし50ミクロン望ましくは２
ないし10ミクロン、さらに望ましくは５ミクロン
としたことを特徴とする特許請求の範囲第１項乃
至第５項の何れか１項に記載の熱交換器。７前記孔５〜７；１２；１５〜１７の直径を、
100ないし3000ミクロン、望ましくは500ないし
2000ミクロンの範囲にしたことを特徴とする特許
請求の範囲第１項ないし第６項の何れか１項に記
載の熱交換器。８前記孔５〜７；１２；１５〜１７の配列を、
平方cm²当り５ないし10個、望ましくは６個の密度
で配設したことを特徴とする特許請求の範囲第１
項乃至第７項の何れか１項に記載の熱交換器。９フイン２の各層３，４；１０，１１；１３，
１４の厚さを、0.1ないし0.3mmに、望ましくは0.1
ないし0.2mmに、さらに望ましくは0.15mmにした
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第８
項の何れか１項に記載の熱交換器。１０前記フイン２は互いに重なり合う二層又は
それ以上の透孔穿設板３，４；１０，１１；１
３，１４から構成し、該重なり合う板を波形に成
形したことを特徴とする特許請求の範囲第１項な
いし第９項の何れか１項に記載の熱交換器。