滴状凝縮

滴状凝縮では、凝縮液は連続した膜を形成する代わりに、凝縮面上に様々な直径の無数の液滴の形で集まり、固体の冷却面を濡らしません。液滴は、核形成部位と呼ばれる表面の欠陥（ピット、スクラッチ）の点で発生し、露出した表面に蒸気が凝縮するにつれてサイズが大きくなります。液滴のサイズが大きい場合、液滴が表面から離れ、他の液滴をはじき飛ばして下流に運ぶときが来ます。移動する液滴は、より小さなサイズの液滴を飲み込みます。滴状凝縮は、最も効果的な熱伝達メカニズムの 1 つであり、このメカニズムによって非常に大きな熱伝達係数を実現できます。滴状凝縮では、熱伝達に抵抗する液膜がないため、膜凝縮に関連するものよりも 10 倍以上大きな熱伝達係数を実現できますが、3 ～ 5 倍が一般的です。熱伝達係数が大きいため、設計者はより小さな表面積で指定された熱伝達率を達成でき、その結果、より小型で安価なコンデンサーを実現できます。

滴状凝縮は、蒸気に促進剤化学物質を加えたり、表面を粗くしたり、脂肪酸や有機化合物などの疎水性不純物でコーティングしたりして実現されます。これらの促進剤は、シリコン、テフロン、さまざまなワックス、脂肪酸の助けを借りて人工的に引き起こされます。これらの促進剤は滴状凝縮を促進するために使用されますが、ほとんどの促進剤は非常に不安定で、酸化、汚れ、表面からの促進剤の除去により、時間の経過とともに効果が失われます。滴状凝縮は、表面コーティングと蒸気への促進剤の定期的な注入の組み合わせ効果により、長期間維持できます。滴状表面が劣化すると、膜状凝縮に変わります。そのため、ほとんどのコンデンサーは、最終的には表面で膜状凝縮が発生するという前提で設計されています。滴状凝縮は、発電所の熱交換器、熱脱塩、自己洗浄表面、暖房および空調に役立ちます。

単一の液滴を介した熱伝達の総量は、その半径と凝縮面上のサイズ分布の関数です。単一の液滴を介した熱伝達のメカニズムに関係する重要な要素は次のとおりです。

1. 単一液滴を通じた熱伝導
2. 基板材料の熱伝導
3. 気液界面における相間物質移動
4. 気液界面の曲率

• Cengel, YA, 熱伝達 - 実践的アプローチ、国際版、1998 年、McGraw-Hill。
• A. Bejan, 対流熱伝達、pp. 445,446。Wiley、ニューヨーク (1984)。
• Rose, JW および Glicksman, LR、「滴状凝縮 - 滴サイズの分布」、Int. J. Heat and Mass Transfer、vol.11、pp. 411-425、1973。
• Incropera、DeWitt、Bergman、Lavine、「熱と質量伝達の基礎」、第 6 版、655 ページ。
• Warsinger, DM、Swaminathan, J.、Maswadeh, L.、Lienhard V, JH、「エアギャップ膜蒸留用の超疎水性コンデンサー表面」、Journal of Membrane Science、vol. 492、pp. 578–587、2015 年。
• Miljkovic, N, Wang, EN「超疎水性表面における凝縮熱伝達」、MRS紀要38（5）、397-406、2013年。
• Cheng, YT, Rodak, DE, Wong, CA および Hayden, CA、「マイクロおよびナノ構造が蓮の葉の自己洗浄挙動に与える影響」ナノテクノロジー、17(5)、p.1359、2006 年。