熱交換器設計のための熱移動現象 (伝熱) の基礎講座

ヒートポンプや冷凍機、熱機関、電子機器・電力機器などエネルギーを扱う機器では熱エネルギーの処理が課題であり、小さな温度差で効率よく熱移動させる手段が求められています。例えば、空調機器として広く利用されているヒートポンプシステムでは熱交換器で冷媒と空気の間の熱移動がなされていますが、冷媒と空気の温度差を小さくできればシステムの成績係数 (COP) の向上につながります。温度差を同じとすれば、熱移動の促進によって機器を小型化することができます。熱交換器設計では、過去の設計の延長で高性能化が図られることが多いですが、熱移動現象がその延長線上にあるとは限らず、新たな現象に遭遇し、それが不具合になれば大きな性能低下につながる恐れもあります。一方では、新しい加工技術の進展によってこれまで成し得なかった熱交換器形状を実現できる可能性もあります。すなわち、小手先の対策ではなく熱移動現象をよく理解したうえでの、機器設計が必要なのです。 　そこで、本講座では熱移動現象の基礎を講義したうえで、熱交換器設計の課題や伝熱促進手法の紹介、熱交換器設計における諸問題をわかりやすく講義いたします。

1. 熱交換器の役割
2. 熱移動現象の基礎
   1. 熱移動の3形態
      1. 伝導伝熱
      2. 対流伝熱
      3. 放射伝熱
   2. 熱通過
   3. 沸騰熱伝達
   4. 凝縮熱伝達
   5. 冷媒と気液二相流の基礎
3. 熱交換器の基礎
   1. 熱交換器の形態
   2. 温度差の定義
4. 伝熱促進技術
   1. 拡大伝熱面
   2. 単相流伝熱促進
   3. 沸騰・凝縮伝熱促進
5. 熱交換器設計における諸問題
   1. 流れの分流
   2. 沸騰伝熱での諸問題