(57)【要約】【課題】熱伝達を向上させた熱交換体を提供する。【解決手段】熱媒体流体がその表面に沿って流れる熱交換体であって、その表面の少なくとも一部に伝熱促進部が備えられ、伝熱促進部に形成される流路の外郭は、流路の側面を有し、側面は第１の傾斜面、第２の傾斜面を有し、第１の傾斜面と第２の傾斜面とは伝熱方向に沿って異なる傾斜角度を有するとともに、熱媒体の流れに対向する面を有し、該対向する面は第３の傾斜面、第４の傾斜面を有し、第３の傾斜面と第４の傾斜面とは熱流体の流れ方向に沿って異なる傾斜角度を有する。【選択図】          図５
2018048789.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱媒体流体がその表面に沿って流れる熱交換体であって、前記表面の少なくとも一部に伝熱促進部が備えられ、該伝熱促進部に形成される流路の外郭は、
前記流路の側面を有し、該側面は伝熱方向の上流側に第１の傾斜面、下流側に第２の傾斜面を有し、前記第１の傾斜面と前記第２の傾斜面とは前記伝熱方向に沿って異なる傾斜角度を有し、前記第２の傾斜面は傾斜角度が零度の場合に比べ、流路を広幅にする傾斜角度を有するとともに、
前記熱媒体流体の流れに対向する面を有し、該対向する面は前記伝熱方向の上流側に第３の傾斜面、下流側に第４の傾斜面を有し、前記第３の傾斜面と前記第４の傾斜面とは前記伝熱方向に沿って異なる傾斜角度を有し、前記第４の傾斜面は傾斜角度が零度の場合に比べ、流路を広幅にする傾斜角度を有する、熱交換体。
【請求項２】
熱媒体流体がその表面に沿って流れる熱交換体であって、前記表面の少なくとも一部に伝熱促進部が備えられ、該伝熱促進部に形成される流路の外郭は、
前記流路の側面を有し、該側面は、伝熱体表面の仮想垂線に接触する第１の点と、前記伝熱体表面に接続する第２の点とを備え、
前記第２の点は、前記第１の点より前記仮想垂線からみて、前記流路を広幅にする方向に離れているとともに、
前記熱媒体の流れに対向する面を有し、該対向する面は、前記伝熱体表面の仮想垂線に接触する第３の点と、前記伝熱体表面に接続する第４の点とを備え、
前記第４の点は、前記第３の点より前記仮想垂線からみて、前記流路を広幅にする方向に離れている、熱交換体。
【請求項３】
前記第１の点および前記第３の点は、伝熱方向において前記側面の中央若しくは上流側に位置する、請求項２に記載の熱交換体。
【請求項４】
前記伝熱促進部には複数の突起が設けられて該突起の間に前記流路が形成され、
該突起はインライン若しくはスタッガードに配列されている、請求項１〜３のいずれかに記載の熱交換体。
【請求項５】
熱媒体流体がその表面に沿って流れる熱交換体であって、前記表面の少なくとも一部に伝熱促進部が備えられ、該伝熱促進部に形成される流路の外郭は、
前記流路の側面を有し、該側面は第１の傾斜面、第２の傾斜面を有し、前記第１の傾斜面と前記第２の傾斜面とは前記伝熱方向に沿って異なる傾斜角度を有するとともに、
前記熱媒体の流れに対向する面を有し、該対向する面は第３の傾斜面、第４の傾斜面を有し、前記第３の傾斜面と前記第４の傾斜面とは前記熱流体の流れ方向に沿って異なる傾斜角度を有する、熱交換体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は熱交換器の改良に関する。なかでも、流体と熱交換される、熱交換体の改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
昨今のエコロジーの要請から、廃熱などの有効利用を図るため熱交換器には高い熱交換能力が求められている。熱交換器には種々のタイプが用いられている。たとえば、シェルの中に多数の円管を並べ、管の内外にある熱媒体である流体間を熱交換させるシェルアンドチューブ型がある。あるいは、多数のプレートを並べ、プレート間を交互に熱媒体である高温流体と低温流体を流して熱交換させるプレート型なども多く実用されている。
高温流体から低温流体へ熱交換する場合、多くは熱交換体（プレート型の場合はプレート、シェルアンドチューブ型など管を使用する場合は伝熱管）の一方の面を高温流体が、他方の面を低温流体が流れるタイプの熱交換器が用いられている。この場合の熱交換器の熱交換量Ｑは、対応できる熱媒体の温度差ΔＴ、熱交換器の容量（熱交換体の面積Ａ）とともに流体間の熱通過率Ｕに左右される。
Ｑ＝Ｕ＊Ａ＊ΔＴ  （式１）
上記式１からわかる通り、高温流体と低温流体とが一定のとき（ΔＴ＝一定）その熱交換量は伝熱面積Ａと熱通過率Ｕに依存する。
【０００３】
熱交換器の熱交換量を増加させるために、（式１）の伝熱面積Ａを増大させること、すなわち伝熱のための管やプレートにフィンをつけて面積を拡大する方法は、多くの熱交換器において採用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１８５３７５号公報
【特許文献２】特開２００２−５４５１１号公報
【特許文献３】特開平１０−１２２７１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は前記（式１）において、熱通過率Ｕを増加させることにより、熱交換器の熱交換量Ｑを増加させるためのものである。
一般的に、熱通過率Ｕは、高温流体と熱交換体間の第１の熱伝達率ｈ１、熱交換体自身の熱伝導率λと板厚及び低温流体と熱交換体間の第２の熱伝達率ｈ２で規定される。
熱交換体自身の熱伝導率λと板厚を同じとすれば、熱伝達率ｈ１と熱伝達率ｈ２のいずれかあるいは両方を大きくすれば熱通過率Ｕが大きくなるので、（式１）により熱交換量を増加することができることが分かる。
本発明は、上記課題の解決のため、熱交換体の伝熱面上の境界層流れに着目して、熱交換体表面がどのようなものであれば、熱伝達を向上させ、熱交換量を増加させ、かつ圧力損失の増大を極力少なくできるかを検討し、その結果得られた、優れた効果を有する熱交換体を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
熱交換体の表面に沿って熱媒体である流体が流れるとき、熱交換体表面においては流体の速度は０であると考えられる。一方、その表面から離れていて表面の影響を受けない流れの部分を主流とすると、主流と熱交換体表面の流れとの間には流体の粘性によって、主流速度から速度０まで、速度が連続的に変化する流体部分があり速度境界層と呼ばれる。かかる速度境界層の中に突起物が置かれた場合、流れに対向する部分（以下、「流体対向面」という）に衝突した流れは、その表面（よどみ点）においては、速度が失われるため、速度に相当する運動量が圧力に変換され、その表面（よどみ点）の圧力が上昇する。圧力の上昇は、速度が大きいところの方が小さいところより大きいので、境界層上部の流れに対向する流体対向面の圧力は、境界層下部の流れに対向する流体対向面の圧力より大きい。この圧力差によって、流体対向面に沿って、上部から下部への流れ（以下吹きおろしという）が発生する。いわゆるビル風と称される吹きおろしも地上の境界層による同一の現象と考えられる。
かかる吹きおろしが、熱交換体の表面にぶつかり滞留したり、逆流したりあるいは再上昇したりすると、流れの圧力損失を増加させるのみならず、熱伝達にも悪影響を与える要因となる。
流体対向面に流れが衝突した場合、上記よどみ点においても熱伝達が行われるので、流体対向面を備えた伝熱体はこれを備えない単なる平板状の伝熱体に比べて高い熱伝達が得られる。この場合、流体と流体対向面との間の熱伝達が良化すること（以下よどみ効果という）が、熱交換体全体としての熱交換効率の向上につながる。よどみ点と熱交換体の表面との間の距離が近いほどその間の伝熱抵抗が少なくなり、熱伝達向上への寄与が大きくなる。
【０００７】
熱交換器の場合、熱交換体と熱媒体の主流とには温度差がある。主流が高温で熱交換体が低温であるとして以下に説明する（逆であっても内容は同じである）。
熱交換体の表面を流体が流れる場合、主流の温度からその表面の流れの温度まで、高温側から低温側へと温度が連続的に変化する流体部分があり温度境界層と呼ばれる。
ここで上記の吹きおろしが生じると、高温の主流が吹きおろされて熱交換体表面にぶつかる。他方、かかる吹きおろしがない場合は、熱交換体表面には表面温度に近い比較的低温である伝熱体表面流が接触している。従って、吹きおろしの発生により、熱交換体との温度差が大きい流体が熱交換体の表面に接近することになり、吹きおろしの無いものに比べて熱伝達が向上する。熱交換体表面に接近する主流の容積（単位時間当たり）を増大させれば、熱伝達の更なる向上が見込まれる。そのためには、熱交換体表面に対する主流近傍流の吹きおろし速度が上がるように吹きおろし後の流路面積を広くし、その流れが熱交換体表面近傍の境界層の流速を増加させるように働くこと等が望まれる。
【０００８】
この発明は、本発明者らの上記の知見に基づいてなされたものであり、その第１の局面は次のように規定される。
熱媒体流体がその表面に沿って流れる熱交換体であって、前記表面の少なくとも一部に伝熱促進部が備えられ、該伝熱促進部に形成される流路の外郭は、
前記流路の側面を有し、該側面は伝熱方向の上流側に第１の傾斜面、下流側に第２の傾斜面を有し、前記第１の傾斜面と前記第２の傾斜面とは前記伝熱方向に沿って異なる傾斜角度を有し、前記第２の傾斜面は傾斜角度が零度の場合に比べ、流路を広幅にする傾斜角度を有するとともに、
前記熱媒体流体の流れに対向する面を有し、該対向する面は前記伝熱方向の上流側に第３の傾斜面、下流側に第４の傾斜面を有し、前記第３の傾斜面と前記第４の傾斜面とは前記伝熱方向に沿って異なる傾斜角度を有し、前記第４の傾斜面は傾斜角度が零度の場合に比べ、流路を広幅にする傾斜角度を有する、熱交換体。
【０００９】
このように規定される第１の局面の熱交換体によれば、熱媒体流体の流れに対向する面に熱媒体の流れが衝突すると、特に、熱媒体の流れにおける速度境界層がこれらに衝突すると、境界層上部に位置する第３の傾斜面に衝突する流れの流速が境界層下部に位置する第４の傾斜面に衝突する流れの流速より大きいため、第３の傾斜面の表面に発生する圧力に比べ第４の傾斜面表面に発生する圧力が小さくなる。この圧力差は熱媒体の移動を誘発し、もって流体対向面を構成する第３の傾斜面から第４の傾斜面を経て伝熱促進部の表面に吹きおろす熱媒体の流れが発生する。
【００１０】
ここにおいて、流路の側面は伝熱方向の上流側に第１の傾斜面、下流側に第２の傾斜面を有し、第１の傾斜面と第２の傾斜面とは伝熱方向に沿って異なる傾斜角度を有し、第２の傾斜面は傾斜角度が零度の場合に比べ流路を広幅にする傾斜角度を有するため、第２の傾斜面―表面とで切れ込み（えぐれ部）が形成される。換言すれば、流路は上部より下部（表面に近い側、伝熱方向では下流側）の方が幅広にされて広い流路面積を有する。よって、第３の傾斜面から第４の傾斜面への、即ち上部から下部に向けての、更に換言すれば伝熱方向への熱媒体の流れがスムーズになって上部に存在する比較的高温の熱媒体が伝熱促進部の表面へ回り込み、もって熱伝達が向上する。
【００１１】
さらに第３の傾斜面と第４の傾斜面とは伝熱方向に沿って異なる傾斜角度を有し、第４の傾斜面は傾斜角度が零度の場合に比べ、流路を広幅にする傾斜角度を有するため、吹き降ろされた熱媒体の流れは、伝熱促進部の表面に対し直角ではなく、第４の傾斜面に沿って流れるので、吹きおろされた熱媒体が伝熱促進部表面に滞留したり逆流したりすることがなく、伝熱促進部表面をより高速で吹き抜け、伝熱促進部表面近傍の境界層の流速を増加させるように働くことができる。
【００１２】
第１の局面に記載の熱交換体の流路では伝熱方向において下流側の流路面積を上流のそれより大きくしている。ここに、下流側の部分は第２の傾斜面及び第４の傾斜面で規定され、上流側の部分は第１の傾斜面と第３の傾斜面で規定される。
第１の傾斜面と第２傾斜面との接続辺、及び第３の傾斜面と第４の傾斜面との接続辺は同じ位置（伝熱方向において）にあることが好ましく、これら接続辺の位置は側面全体からみたとき伝熱方向において中央若しくは上側に位置することが好ましい。更には、これら接続辺の位置は流体における速度境界層の中に存在することが好ましい。
【００１３】
上記において、第１〜第４の斜面は平面である必要はなく、円弧状あるいは球面上あるいは各種の曲線状の面でもよい。この場合、第１の局面に記載の発明は次のように規定できる（第２の局面）。即ち、
熱媒体流体がその表面に沿って流れる熱交換体であって、前記表面の少なくとも一部に伝熱促進部が備えられ、該伝熱促進部に形成される流路の外郭は、
前記流路の側面を有し、該側面は、伝熱体表面の仮想垂線に接触する第１の点と、前記伝熱体表面に接続する第２の点とを備え、
前記第２の点は、前記第１の点より前記仮想垂線からみて、前記流路を広幅にする方向に離れているとともに、
前記伝熱促進部に形成される流路の外郭は、前記熱媒体の流れに対向する面を有し、該対向する面は、前記伝熱体表面の仮想垂線に接触する第３の点と、前記伝熱体表面に接続する第４の点とを備え、
前記第４の点は、前記第３の点より前記仮想垂線からみて、前記流路を広幅にする方向に離れている、熱交換体。
【００１４】
このように規定される第２の局面の熱交換体においても、第１の局面と同様の作用が得られる。さらに、斜面に丸み持たせることにより熱媒体の流れの抵抗を小さくできる。即ち、熱媒体の流れが丸みのある形状に沿って流れるので、角部に発生する剥離による流れの抵抗が少なく圧力損失が少なくできるからである。また頂部を丸くすることにより頂部の剥離域を減らし圧力損失を減らす効果がある。
ここにおいて、第１の点と第３の点は伝熱方向において同じ高さに位置することが好ましく、また、これらの点は流路の側面において、伝熱方向の中央若しくは上側に位置することが好ましい（第３の局面）。更には、これらの点の位置は流体における速度境界層の中に存在することが好ましい。
【００１５】
流路が熱媒体の流れを規制もしくは制御するものとすれば、流路の側面や流体対向面は連続していても、連続していなくてもよい。
上記において流路の面を非連続とするとき、熱交換体の表面に突起を立設し、一対の突起の対向面を流路の面とすることができる。これらの突起が流体に対向するとき流体対向面を備えることとなる。
吹きおろされた熱媒体の流れをこの突起の下側部分（伝熱方向下流側部分）の周囲へ積極的に通すことにより、突起の後流に発生する死水域（流れが滞留しゆっくり渦を巻く部分であって、熱伝達が低い部分）の面積が減少し、圧力損失の減少と熱伝達の向上が図られる。
突起の配列としては、直線的に配列するインラインや互い違いに配列するスタッガードがある。好ましくは、突起配列の一部あるいは全部をインライン配列あるいはスタッガード配列にすることができる。規則正しい配列により、流体抵抗および熱流を均一にして、ムラをなくし、全体としての効率向上が図られる。
【００１６】
上記の説明では、伝熱方向下流側（即ち、伝熱促進部の表面側）の流路を広幅にすることでより高温な熱媒体流の吹きおろしを促進し、もって熱伝達の向上を図っている。
本発明者らの更なる検討によれば、特に突起を用いた場合、流路の側面を構成する第１の傾斜面と第２の傾斜面の各傾斜角度を異なるものとし、かつ熱媒体の流れに対向する面を構成する第３の傾斜面と第４の傾斜面の各傾斜角度を異なるものとすると、熱交換体の熱伝達が向上することがわかった（第５の局面）。
これは、第１の傾斜面と第２の傾斜面の接続辺及び第３の傾斜面と第４の傾斜
面との接続辺が熱媒体流の速度境界層に存在すると、速度境界層の流れに乱れが生じ、上部を流れる高温の流体が下部側に回り込み、伝熱促進部の表面へ接触する高温媒体の単位時間当たりの容積が増大し、もってその熱伝達が向上するためと考えられる。
【００１７】
なお、各傾斜面の傾斜角は流路の横断面（熱媒体の流れ方向に垂直な断面）において伝熱方向（伝熱促進部の表面において垂直な方向）とのなす角度ばかりでなく、流体の流れ方向とのなす角度において異なる場合も含む。
なお一対の突起物の相対向する面により流路の側面を構成する場合、伝熱方向下流側の側面を構成する各突起物の第２の傾斜面が相互に近接し、流路を狭める場合がある。これは、微小な突起物の形状及び姿勢を正確に制御することが困難なためであるが、一部にかかる箇所が存在しても、多数の突起物を立設して伝熱促進部の流路を形成するとき、流路全体の機能に影響は生じない。他方、かかる箇所が多数かつ連続して存在すると、その部分の抵抗が増大し、結果として流路を構成しなくなる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は本発明の実施形態における熱交換体の伝熱促進部の一部の平面図であり、図１（ａ）は突起のインライン配列、図１（ｂ）はスタッガード配列を示す。
【図２】図２は図１のＡ−Ａ断面における突起および流路を示す図である。
【図３】図３は図１のＢ−Ｂ断面における突起と速度境界層との関係の説明図である。
【図４】図４は単なる円柱が速度境界層内に置かれたときの流れの説明図である。
【図５】図５は本発明の実施形態の突起が速度境界層内に置かれたときの流れの説明図である。
【図６】図６は図１のＢ−Ｂ断面における突起と温度境界層との関係の説明図である。
【図７】図７は乱流境界層の速度分布図である。
【図８】図８は本発明のもうひとつの他の実施形態においての図１のＡ−Ａ断面における突起および流路を示す図である。
【図９】図９は本発明のもうひとつの他の実施形態においての図１のＢ−Ｂ断面における突起と速度境界層との関係の説明図である。
【図１０】図１０は本発明のさらなる他の実施形態においての図１のＡ−Ａ断面における突起および流路を示す図である。
【図１１】図１１は本発明のさらなる他の実施形態においての図１のＢ−Ｂ断面における突起と速度境界層との関係の説明図である。
【図１２】図１２は本発明の他の実施形態における熱交換体の平面図である。
【図１３】図１３は図１４のＡ−Ａ断面における突起および流路を示す図である。
【図１４】図１４は図１４のＢ−Ｂ断面における突起と速度境界層との関係の説明図である。
【図１５】図１５は実施例と比較例の試験装置のレイアウト図である。
【図１６】図１６は比較材２の熱交換体の表面写真である。
【図１７】図１７は比較材２の熱交換体の銅溶射部の断面写真である。
【図１８】図１８は実施例の熱交換体の表面写真である。
【図１９】図１９は実施例の熱交換体の表面及び突起の断面写真である。
【図２０】図２０は実施例と比較例の実験結果の温度変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
（本発明の実施形態）
本発明の実施形態による熱交換体１の部分的な平面図を図１に示す。熱交換体１はプレート状の伝熱体２及び伝熱体２上に配置された突起３を備える。突起３は伝熱体上に多数配置されているが、好ましくは規則正しく配列されると、性能の再現性の良い熱交換器となる。図１（ａ）は突起のインライン配列、図１（ｂ）はスタッガード配列を示す。
ＦＳは熱媒体流体の流れ方向を示している。図１のＡ−Ａ断面図を図２に示す。図２において、ＨＳは伝熱方向を示しており、熱媒体流体の熱は伝熱体下部の他の熱媒体流体（図示せず）に伝えられる。また、図２には熱媒体流体が手前側から紙面の奥側に流れる流路形状が表されており、その一部として、２つの突起３に挟まれた流路の形状が示されている。
【００２０】
突起３は伝熱体２の全面に形成しても、その一部に形成してもよい。突起３を複数形成することにより突起の間に流路が形成される。このように突起３により流路の形成された部分が伝熱促進部である。
以下、この伝熱促進部についての説明をする。
流路の左側面において、伝熱方向の上流側に第１の傾斜面（ｔ１−ｍ１）、下流側に第２の傾斜面（ｍ１−ｓ１）を有し、第１の傾斜面（ｔ１−ｍ１）と第２の傾斜面（ｍ１−ｓ１）とは伝熱方向に沿って異なる傾斜角度を有し、第２の傾斜面（ｍ１−ｓ１）は傾斜角度が零度の場合に比べ、流路を広幅にする傾斜角度を有する。第２の傾斜面（ｍ１−ｓ１）が流路を広幅にする傾斜角度を有するため、第２の傾斜面（ｍ１−ｓ１）と伝熱体表面とで切れ込み（えぐれ部）が形成される。
【００２１】
同様に、２つの突起３に挟まれた流路の右側面は伝熱方向の上流側に第１の傾斜面（ｔ２−ｍ２）、下流側に第２の傾斜面（ｍ２−ｓ２）を有し、第１の傾斜面（ｔ２−ｍ２）と第２の傾斜面（ｍ２−ｓ２）とは伝熱方向に沿って異なる傾斜角度を有し、第２の傾斜面（ｍ２−ｓ２）は傾斜角度が零度の場合に比べ、流路を広幅にする傾斜角度を有する。図の右側面においても、第２の傾斜面（ｍ２−ｓ２）が流路を広幅にする傾斜角度を有するため、突起３側面と伝熱体表面とで切れ込み（えぐれ部）が形成される。
【００２２】
図１のＢ−Ｂ断面図を図３に示す。図３において、熱媒体流体は突起３の左側から流入する。すなわち、突起３は、熱媒体流体の流れに対向する面を有し、該対向する面は伝熱方向の上流側に第３の傾斜面（ｔ１１−ｍ１１）、下流側に第４の傾斜面（ｍ１１−ｓ１１）を有し、第３の傾斜面（ｔ１１−ｍ１１）と第４の傾斜面（ｍ１１−ｓ１１）とは伝熱方向に沿って異なる傾斜角度を有し、第４の傾斜面（ｍ１１−ｓ１１）は傾斜角度が零度の場合に比べ、流路を広幅にする傾斜角度を有している。第４の傾斜面（ｍ１１−ｓ１１）が流路を広幅にする傾斜角度を有するため、第４の傾斜面（ｍ１１−ｓ１１）と伝熱体表面とで第２の切れ込み（第２えぐれ部）が形成される。
突起３の熱媒体の流れに対向する第３の傾斜面（ｔ１１−ｍ１１）面を第一の流体対向面とし、第４の傾斜面（ｍ１１−ｓ１１）流れに対向する部分を第二の流体対向面とする。
【００２３】
伝熱体の平坦な表面にそった流体においては速度境界層が生じることが知られている。図３左に速度境界層の速度分布を例示している。主流の速度をＶｍとしたとき、伝熱体表面に向かうにつれて速度が漸減し表面上の速度は０となる。
突起３がかかる速度境界層の中に置かれていると、突起３の第３の傾斜面（ｔ１１−ｍ１１）の第一の流体対向面に衝突する流れは速度Ｖｈを有し、表面近傍の第４の傾斜面（ｍ１１−ｓ１１）流れに対向する第二の流体対向面に衝突する流れ速度Ｖｌより大きい。熱媒体の流れは第一の流体対向面に衝突してよどみ点圧力が生じる。この圧力は壁近傍の前記第二の流体対向面に生じるよどみ点圧力と比較して大きいので、突起３の第３の傾斜面（ｔ１１−ｍ１１）から第４の傾斜面（ｍ１１−ｓ１１）に沿って伝熱体表面に向かう吹きおろしが生じる。
【００２４】
突起が、本発明のような傾斜面を有しない単なる円柱６の場合の、流れの模式図の斜視図を図４（ａ）に、側面図を図４（ｂ）に示す。円柱６によって発生した吹きおろしａ１は伝熱体にぶつかり周囲より高い圧力を生じる。この圧力により一部は円柱６を回りこんで後方への流れａ２、ａ３となるが、他の一部はスムーズに流れず逆流ａ４、あるいは巻き上がりａ５を生じる。このため、吹き降ろしの流速が熱伝達の向上に十分役立っていない。
さらに、図４（ｃ）に伝熱面上の流れを示すが、円柱の後方に大きな死水域６ａが生じ、この部分は圧力損失増加の原因となるのみならず、流速が遅く熱伝達にほとんど寄与しないので熱伝達の向上の妨げになっている。
【００２５】
本発明の実施の形態による突起３の場合の流れの模式図の斜視図を図５（ａ）に、側面図を図５（ｂ）に示す。熱媒体の流れに対向する突起３の第一の流体対向部に発生したよどみ点圧力により吹きおろしｂ１が発生するが、突起３側面と伝熱体表面とで切れ込み（えぐれ部）が形成されているので、第二の流体対向面に衝突した熱媒体の流れはこの切れ込みに回り込み、第二の流体対向面に発生する圧力を低下させる。その結果、第一の流体対向面から第二の流体対向面への熱媒体の移動がより効率よく誘発されることとなる。このようにして吹きおろされた熱媒体の流れは切れ込みに回り込むので、この切れ込みが無いものに比べて、吹きおろされた熱媒体の流れは流路が広く確保され、突起の周囲を通り抜けやすくなり、吹きおろしが促進される。
【００２６】
さらに、第３の傾斜面（ｔ１１−ｍ１１）と第４の傾斜面（ｍ１１−ｓ１１）とは伝熱方向に沿って異なる傾斜角度を有し、第４の傾斜面（ｍ１１−ｓ１１）は傾斜角度が零度の場合に比べ、流路を広幅にする傾斜角度を有しているため第４の傾斜面（ｍ１１−ｓ１１）−伝熱体２表面に第二の切れ込み部（第二のえぐれ部）が形成される。本体部の第一の流体対向面に沿って吹きおろされる熱媒体の流れは当該第二の切れ込みに吸い込まれるようにして伝熱体２表面へ誘導され、その結果、熱媒体の吹きおろしは伝熱体２に直角方向から衝突するのではなく、角度を持って斜めに進行するので、吹きおろし流が伝熱体表面に沿う流れにスムーズに移行することができる。よって、伝熱体表面近傍の境界層の流速の向上、ひいては熱伝達の向上を達成できる。
【００２７】
以上のごとく、吹きおろしｂ１は第２の傾斜面及び第４の傾斜面の形状に沿って後流側にｂ２，ｂ３となってスムーズに流れ、単なる円柱の場合のような、逆流や巻き上がりが生じにくいので、圧力損失が小さく熱伝達が向上する。また、その死水域３ａは図５（ｂ）に示すように小さく，その分吹きおろしの流れは，円柱の場合に比べ、広い流路面積が確保されるとともに、伝熱体表面に広がって流れるので、圧力損失が少なくなるとともに熱伝達が向上する。
【００２８】
図６に温度境界層について示す。熱交換器の場合、伝熱体と主流とには温度差があり、温度境界層が形成される。すなわち、伝熱体上を流体が流れる場合、温度境界層内において、主流の温度Ｔｍから伝熱体表面の温度Ｔｗまで、温度が連続的に変化する。
主流が高温で伝熱体が低温であるとして以下に説明する（主流が低温で伝熱体が高温である場合は高温と低温が逆になるが内容は同じである）。
【００２９】
上記の吹きおろしが生じると、高温の主流が吹きおろされて伝熱体表面にぶつかる。他方、かかる吹きおろしがないと、伝熱体表面には比較的低温である伝熱体表面流が接触している。上記の吹きおろしの場合、突起３の第一の流体対向部に衝突する流体は高温Ｔｈであり、吹きおろされて、伝熱体２の表面に至るが、吹き降ろされた流体は、伝熱体表面近くの流体の温度Ｔｌより伝熱体表面との温度差が大きい。従って、吹きおろしの発生により、伝熱体２との温度差が大きい流体が伝熱体の表面に接触することになり、吹きおろしの無いものに比べて熱伝達が向上する。伝熱体２の表面に接触する高温流の流量を増大させれば、熱伝達の更なる向上が見込まれる。そのためには、伝熱体の表面に対する主流の吹きおろし速度を上げることや伝熱体表面近傍の高温流の流路面積を大きくすること等が望まれる。
【００３０】
本発明の場合、第２の傾斜面と第４の傾斜面により伝熱体２表面とで切れ込み（えぐれ部）及び第二の切れ込み部（第二のえぐれ部）が形成されている。第二の流体対向面に衝突した熱媒体の流れはこれらの切れ込みに回り込むので、切れ込みが無いものに比べて、吹きおろされた熱媒体の流れは突起３の周囲を通り抜けやすくなる。
さらに、第一の流体対向面に沿って吹きおろされる熱媒体の流れは第二の切れ込みに吸い込まれるようにして伝熱体２表面へ誘導され、その結果、熱媒体の吹きおろしは伝熱体２に直角方向から衝突するのではなく、角度を持って斜めに進行するので、吹きおろし流が伝熱体表面に沿う流れにスムーズに移行することができる。
したがって吹きおろしの流体が逆流や巻き上がることなくスムーズに流速を向上させて、伝熱体２表面上を流れ、吹き降ろされた高温度差の流体が熱伝達向上に大きく寄与する。
【００３１】
多くの場合、熱交換器の流体の流れは乱流境界層を形成している。この場合の速度分布を図７（ａ）に示す。なめらかな平板上に発達した乱流境界層の場合、きわめて薄い粘性低層が壁面の近傍にあって、伝熱体の表面から離れると遷移層があり、さらに離れると完全乱流域となっている。この速度分布を無次元化して、横軸に対数軸をとって示すと図７（ｂ）のごとく、完全乱流域は対数速度分布となり直線で表される。粘性底層域の速度分布は、一次式で表されるので対数グラフ上は曲線となっている。粘性底層と完全乱流域の間を遷移層という。
【００３２】
粘性底層においては、粘性の作用が強く、突起による吹きおろしを起こす効果が少ないと考えられる。したがって、第一の流体対向面は遷移層、できれば完全乱流域に位置していることが望ましい。
但しこのことは、全体の流れが層流の場合の本発明の効果を否定するものではない。
【００３３】
乱流の性質によって必ずしも同じ式ではないが、管内流の場合
表面                                                  から遷移層までの距離は
表面から完全乱流域までの距離は
である。
少なくともこの式で表された表面からの距離以上の距離の位置に第一の流体対向面を設けることで、吹きおろしによる効果が発揮され、熱伝達の良い熱交換体を得ることができる。
【００３４】
（本発明の他の実施形態）
図８，９に他の実施形態を示す。平面図は図１である。図１のＡ−Ａ断面の図８において突起３２は垂直方向に曲面を有し、その面に伝熱体表面への仮想垂線が接する第１の点ｂｍ１と、突起３２が伝熱体表面に接続する第２の点ｂｓ１とを備え、第２の点は、第１の点より仮想垂線からみて、流路を広幅にする方向に離れている。かかる構成を有するため、熱媒体流路は点ｂｍ１−点ｂｓ１−点ｂｐ１からなるえぐれ部を形成している。
【００３５】
また図１のＢ−Ｂ断面の図９において突起３２は熱媒体の流れに対向する面において垂直方向に曲面を有し、その面に接する伝熱体表面への仮想垂線が接触する第１の点ｂｍ１１と、突起３２が伝熱体表面に接続する第２の点ｂｓ１１とを備え、第２の点ｂｓ１１は、第１の点より仮想垂線からみて、流路を広幅にする方向に離れている。かかる構成を有するため、熱媒体流路は点ｂｍ１１−点ｂｓ１１−点ｂｐ１１からなるえぐれ部を形成している。
従ってこの場合も前述同様、吹きおろし流による効率の良い熱交換が期待できることは、明らかである。
【００３６】
（本発明の他の実施形態）
図１０，１１にさらなる他の実施形態を示す。図１のＡ−Ａ断面の図１０において突起３３は垂直方向に曲面を有し、伝熱方向において側面の中央もしくは上流側に位置する点であって、その面に接する伝熱体表面への仮想垂線が接触する第１の点ｃｍ１と、突起３３が伝熱体表面に接続する第２の点ｃｓ１とを備え、第２の点は、第１の点より仮想垂線からみて、流路を広幅にする方向に離れている。かかる構成を有するため、熱媒体流路は点ｃｍ１−点ｃｓ１−点ｃｐ１からなるえぐれ部を形成している。
【００３７】
また図１のＢ−Ｂ断面の図１１において突起３３は前記熱媒体の流れに対向する面において垂直方向に曲面を有し、伝熱方向において側面の中央もしくは上流側に位置する点であって、その面に接する伝熱体表面への仮想垂線が接触する第１の点ｃｍ１１と、突起３３が伝熱体表面に接続する第２の点ｃｓ１１とを備え、第２の点は、第１の点より仮想垂線からみて、流路を広幅にする方向に離れている。かかる構成を有するため、熱媒体流路は点ｃｍ１１−点ｃｓ１１−点ｃｐ１１からなる第二のえぐれ部を形成している。
従ってこの場合も前述同様、吹きおろし流による効率の良い熱交換が期待できることは、明らかである。さらに、第１の点および第３の点は、伝熱方向において側面の中央若しくは上流側に位置するため、吹き降ろしに寄与する流体対向面が大きくなり、かつえぐれ部の容積が大きくなるため、吹き降ろし効果が増大する。
【００３８】
（本発明の他の実施形態）
以上の説明においては、第２の傾斜面の傾斜角度が零度の場合に比べ流路を広幅にする傾斜角度を有するため、突起側面である第２の傾斜面と伝熱体表面とで切れ込み（えぐれ部）が形成され、第４の傾斜面は傾斜角度が零度の場合に比べ、流路を広幅にする傾斜角度を有しているため第４の傾斜面と伝熱体表面とで第二の切れ込み部（第二のえぐれ部）が形成される場合等について述べたが、本発明の効果が発揮できるのは以上に説明した形状の場合に限らない。第１図において突起形状が円形に表示されているが、これが多角形であっても同様に効果が期待できる。図１（ａ），図２及び図３に対応するものとして図１２、図１３及び図１４を示す。図１２は突起３１が平面図において六角形に見える形状の場合を示している。ここで、図１３において、二つの突起３１に挟まれた流路の左側面は伝熱方向の上流側に第１の傾斜面（ａｔ１−ａｍ１）、下流側に第２の傾斜面（ａｍ１−ａｓ１）を有し、第１の傾斜面（ａｔ１−ａｍ１）と第２の傾斜面（ａｍ１−ａｓ１）とは伝熱方向に沿って異なる傾斜角度を有し、二つの突起３１に挟まれた流路の右側面は伝熱方向の上流側に第１の傾斜面（ａｔ２−ａｍ２）、下流側に第２の傾斜面（ａｍ２−ａｓ２）を有し、第１の傾斜面（ａｔ２−ａｍ２）と第２の傾斜面（ａｍ２−ａｓ２）とは伝熱方向に沿って異なる傾斜角度を有している。ここで、第１の傾斜面（ａｔ１−ａｍ１）―第２の傾斜面（ａｍ１−ａｓ１）―伝熱体表面は全体としてえぐれ部を形成している。
【００３９】
一方、図１４において、熱媒体流体は突起３１の左側から流入する。すなわち、突起３１は、熱媒体流体の流れに対向する面を有し、該対向する面は伝熱方向の上流側に第３の傾斜面（ａｔ１１−ａｍ１１）、下流側に第４の傾斜面（ａｍ１１−ａｓ１１）を有し、第３の傾斜面（ａｔ１１−ａｍ１１）と第４の傾斜面（ａｍ１１−ａｓ１１）とは熱流体の流れ方向に沿って異なる傾斜角度を有している。
【００４０】
突起３１の熱媒体の流れに対向する第３の傾斜面（ａｔ１１−ａｍ１１）面を第一の流体対向面とし、第４の傾斜面（ａｍ１１−ａｓ１１）流れに対向する部分を第二の流体対向面とする。
この場合も、突起３１の第３の傾斜面（ａｔ１１−ａｍ１１）から第４の傾斜面（ａｍ１１−ａｓ１１）に沿って伝熱体に向かう吹きおろしが生じる。また、第３の傾斜面（ａｔ１１−ａｍ１１）―第４の傾斜面（ａｍ１１−ａｓ１１）−伝熱体表面は全体として第二のえぐれ部を形成している。
従ってこの場合も前述同様、吹きおろし流による効率の良い熱交換が期待できることは、明らかである。
【００４１】
以上にいくつかの実施形態を述べたが、本発明の効果はこれにとどまらず、本発明の要件を満たすものであれば、他の形状においても効果を発揮する。即ち、伝熱体の表面を流れる流体に対向し、吹きおろしを生じさせる流体対向面を備えかつ、えぐれ部を有すればよい。実施例の場合、吹きおろしを生じさせるためにはこの流体対向面は流体の流れ方向からみた所定の幅（０．０１〜０．５ｍｍ）を有する。この幅は高さ方向に一定である必要はない。流体対向面はまた流体の流れ方向に傾斜していてもよい。
【００４２】
突起の高さはその流体対向面が速度境界層に存在していればよい。換言すれば、流体対向面の上端が伝熱体の表面からおよそ（０．０１〜０．５ｍｍ）の高さにあることが好ましい。流体対向面の上端の位置、即ち突起の頂部の位置は、全て一定である必要はない。
伝熱体には任意のタイプが採用される。例えばプレート状のものや管状のものが一般的に用いられる。
伝熱体と突起との固定の態様は任意に選択できる。例えば、焼結、溶射、機械切削、プレス成型、メッキ等が挙げられる。
伝熱体の表面を流れる熱媒体も任意に選択できる。例えば、水、油、気体、冷媒液等が挙げられる。
【実施例１】
【００４３】
本発明による効果を確認するため、図１５に示す実験装置にて、熱交換の試験を行った。供試材（長さ２５０ｍｍ、巾１２０ｍｍ、厚さ１．０ｍｍ）を挟んで両側に流路を形成している。高温である収熱側の流路（長さ２５０ｍｍ、奥行き１２０ｍｍ、高さ３ｍｍ）を流体は下方から上方にながれ、低温である受熱側流路（長さ２５０ｍｍ、巾１２０ｍｍ、高さ３ｍｍ）も流体は下方から上方にながれ、いわゆる並流型の熱交換器を構成している。すなわち、供試材を介して、収熱側から受熱側に熱交換がされる。
【００４４】
流体は水であり、内径４ｍｍのパイプにて給水及び排水される。収熱側の入口の温度は５５℃、流量は０．５リットル／ｍｉｎ．受熱側の入口温度は２５℃、流量は０．１リットル／ｍｉｎである。受熱側の出口温度は図１５の熱電対（熱交換部から５０ｍｍの位置）で計測した。
【００４５】
試験の手順は以下のとおりである。
１．先に受熱側の流体（水２５℃）を流し、装置内を一定の温度にしておく。このときは収熱側には空気が入っている。
２．次に、収熱側から流体（水５５℃）を流入して、熱交換を実施する。
３．受熱側の流体が収熱側からの熱交換により、温度が上昇していく。その温度を熱電対で計測し、温度データを取得する。
【００４６】
供試材として試験した対象は以下の通りである。
比較材１．鋼板（ＳＰＣＣ材）。
比較材２．鋼板（ＳＰＣＣ材）の収熱側の全面に銅を溶射したもの。溶射厚さは２００μｍ程度であり、図１６に外観、図１７に断面の一部を示す。
実施材．鋼板（ＳＰＣＣ材）の収熱側の全面に銅粉体を焼結して本発明の突起形状にしたもの。図１８に外観、図１９に部分の断面を示す。突起高さは約１５０μｍであり、突起の個数は１平方ｃｍあたり１１７２個である。
【００４７】
図２０に実験結果の温度データを示す。縦軸に受熱側の出口水の温度を示し、横軸に左より比較例として比較材１、比較材２の実験結果を示し、実施例として実施材の実験結果を示している。実験開始後３０秒後と１５０秒後について白抜きと黒の棒グラフで示す。本発明の実施例の温度上昇は比較例の温度上昇より実験開始後３０秒後と１５０秒後のいずれも大きく、明らかに熱交換量が改善されたことを示している。
【００４８】
この発明は、上記発明の実施形態の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様もこの発明に含まれる。
上記の例ではプレートに突起を立設して伝熱促進部の流路を形成しているが、プレートの表面をエッチングしてそこに凹部を形成し、これを流路とすることもできる。
更には、流路を形成したサブプレート準備し、このサブプレートをプレートに積層して、伝熱促進部とすることもできる。
【符号の説明】
【００４９】
１、  熱交換体
２、  伝熱体
３、３１，３２，３３  突起
６、  単なる円柱
３ａ，６ａ、死水域
ａ１、ａ２，ａ３，ａ４，ａ５，ｂ１，ｂ２，ｂ３，    二次流れの方向を示す矢印
ｔ１，ｔ２，ｔ１１，ｍ１，ｍ２，ｍ１１，ｓ１，ｓ２，ｓ１１，ａｔ１，ａｔ２，ａｔ１１，ａｍ１，ａｍ２，ａｍ１１，ａｓ１，ａｓ２，ａｓ１１，ｂｔ１，ｂｔ２，ｂｔ１１，ｂｍ１，ｂｍ２，ｂｍ１１，ｂｓ１，ｂｓ２，ｂｓ１１，ｂｐ１，ｂｐ１１，ｃｔ１，ｃｔ２，ｃｔ１１，ｃｍ１，ｃｍ２，ｃｍ１１，ｃｓ１，ｃｓ２，ｃｓ１１，ｃｐ１，ｃｐ１１，    突起および伝熱体上の点
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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