爆発圧縮成型による一方向性ポーラス銅管のガス伝熱性能

摘要

現在，化石燃料の枯渇が懸念される一方で，エネルギーの利用は年々増大の傾向にある．この対策の一つとして，省エネルギー機器の開発·普及が進められている．特にエネルギー消費の大部分を占める産業·運輸·民生部門で多用される熱交換器の小型化は，省エネルギー機器の普及を促進させる重要な技術課題である．小型化のためには高性能伝熱促進技術の開発が不可欠となり，広範に伝熱促進の研究が行われている．従来から用いられている伝熱促進技術では，熱交換器内の伝熱面積拡大や乱流促進のため，ねじりテープの挿入やフィン状の加工が施されているものが多い．一方，本研究では，高性能小型熱交換器の開発のため爆発圧縮技術を応用した一方向性ポーラス銅管を提案している．このポーラス銅管は，広い伝熱面積を有し，径方向の有効熱伝導率が高いため飛躍的な伝熱促進が期待されている．また，爆発圧縮技術を用いることから，安価でかつ孔径や気孔率の制御も容易である．しかしながら，これまでに熱伝導性の評価はされているものの，熱伝達特性に関しては研究されていない．そこで著者らは，外径3.0mm，肉厚0.5mm，長さ500mmの銅細管40本を爆発圧縮成型したポーラス銅管の伝熱性能並びに圧力損失を評価した．ガスを用いた伝熱実験において，爆縮圧縮ポーラス銅管は円管と比較して高い伝熱促進率を示したが，非常に高い圧力損失の発生が確認された．これは爆発圧縮ポーラス銅管の気孔形状の歪みや，オープンポアとして成型されていない気孔が存在していることが影響している．圧力損失低減のためには気孔全てがオープンポアとなるように爆発圧縮成型しなければならない．従って，本研究では先ずポーラス銅管における気孔導通性の改善に着手した．気孔の導通性が不十分な要因として，爆発圧縮成型の際に銅細管が閉塞するのを防ぐため銅細管内に充填される蝋が，完全に充填されていないことが考えられる．そこで本研究では蝋の充填方法を検討し，完全なオープンポア型の爆発圧縮ポーラス銅管を製作する．また，新たに製作された爆発圧縮ポーラス銅管の熱伝達評価を行うため，爆発圧縮ポーラス銅管を二重管式熱交換器の内管として使用し，伝熱性能および圧力損失を評価する．