JP2016509661A

JP2016509661A - 溝付き管

Info

Publication number: JP2016509661A
Application number: JP2015545714A
Authority: JP
Inventors: イエンピーンラーン、
Original assignee: Luvata Espoo Oy
Current assignee: Luvata Espoo Oy
Priority date: 2012-12-07
Filing date: 2013-11-06
Publication date: 2016-03-31
Also published as: US20150316329A1; KR20150092151A; CA2893625A1; CN103851945B; BR112015013309A2; EP2929270A1; WO2014086543A1; CN103851945A; MX2015007197A

Abstract

本願は継ぎ目のない溝付き管を開示する。管の内面に任意のパターンの溝が切られ、溝のパターンには少なくとも1本の畝(1)が含まれる。少なくとも1本の畝の少なくとも一部は粗面化されている。

Description

本発明は、溝付き管に関するものであり、とりわけ、熱伝導のための継ぎ目のない溝付き管に関する。

発明の背景

継ぎ目のない管、とくに銅やアルミニウムなどの熱伝導率の高い材料から作製される管は熱交換器に用いられ、熱伝達流体を循環させて熱を伝達させるものである。管の内側には溝が設けられ、これにより、内面が拡大して熱伝達流体と管の表面の間の熱交換領域がより広くなり、また、溝によって乱れが発生して、熱交換効率が向上する。

内面が滑らかな管の代わりに溝付きの管を熱交換器に使用することにより、熱交換効率が大幅に向上し、環境保護のための省エネにもつながる。しかしながら、熱交換効率が向上しても、熱交換器の使用の範囲が広がり続けることの潜在的可能性について環境問題に対する人々の意識や憂慮がますます高まり、熱交換効率をさらに向上することが求められている。

本発明は、熱交換効率が改善された溝付き管を提供することを目的とする。本目的は、管の内面に何らかのパターンの溝が設けられた溝付き管によって達成されるものであり、溝のパターンには少なくとも1本の畝が含まれる。少なくとも1本の畝の少なくとも一部は粗面化されている。

畝の表面が粗いことで、熱伝達流体と管の内面の間の接触面積が増大し、熱交換効率が向上する。また、表面が粗いと、表面が滑らかな場合よりも気泡が形成される箇所「核形成部位」が多くなる。気泡形成によって熱交換が促進され、その結果、熱交換効率も向上する。

本発明の一実施例によると、溝付き管には継ぎ目がない。

本発明の一実施例によると、少なくとも1本の畝の粗面化された部分は複数のくぼみを備え、複数のくぼみの大きさは、くぼみの深さが0.0001mm〜0.01mm、畝の底部の平面部におけるくぼみの開口部の寸法が0.0001mm〜0.01mmとなるように規定される。

本発明の一実施例によると、くぼみの深さは0.001mm〜0.005mm、畝の底部の平面部におけるくぼみの開口部の寸法は0.001mm〜0.005mmである。

本発明の一実施例によると、少なくとも1本の畝の粗面化された部分は複数の突起部を備え、複数の突起部の大きさは、突起部の高さが0.0001mm〜0.01mm、突起部の底面の断面の寸法が0.0001mm〜0.01mmとなるように規定される。

本発明の一実施例によると、突起部の高さは0.001mm〜0.005mm、突起部の底面の断面の寸法は0.001mm〜0.005mmである。

本発明の一実施例によると、少なくとも1本の畝は、上部、側面部、および底部を有し、少なくとも1本の畝の上部および側面部は滑らかであり、少なくとも1本の畝の底部の少なくとも一部は粗面化される。畝の底部だけ内面を粗くすることにより、底部により広い熱交換面およびより多くの気泡形成箇所をもたらすことができ、その結果、熱交換効率が大幅に向上し、また、畝の上部および側面部は滑らかなままのため、熱伝達流体の流れへの影響を最小限に止めることができる。

本発明の一実施例によると、管は銅または銅合金から作製される。銅および銅合金は熱伝導率が高いため、本実施例による管の熱交換効率も高くなる。好適には、管は銅製である。

本発明の一実施例によると、少なくとも1本の畝は管の内面にらせん状に構成される。らせん状の畝によって流体に乱れが生じるため、熱交換効率も向上する。

本発明の一実施例によると、少なくとも1本の畝の粗面化された部分は、金型を用いて管を引抜き加工することで形成されるものであり、金型の表面の少なくとも一部が粗面化されているため、引抜き加工中に少なくとも1本の畝の少なくとも一部が粗面化される。

本発明の一実施例によると、少なくとも1本の畝の粗面化された部分は、金属粒子を少なくとも1本の畝の粗面化すべき部分に焼結することで形成される。

なお、上述の概要および後述の詳細な説明はいずれも例示的なものにすぎず、説明に役立てることを目的とするものであり、本発明を限定するものでないということは理解されるであろう。

添付の図面は、本願明細書に組み込まれて明細書の一部を構成するものであり、本発明の複数の実施形態を例示し、発明の詳細な説明と相まって本発明の原理を説明するものである。
本願が開示する一実施例による継ぎ目のない溝付き管の長手方向の断面図を示す。図１ａに示す継ぎ目のない溝付き管の横方向の断面図を示す。本願が開示する一実施例による継ぎ目のない溝付き管の断面図であり、管の粗い内面を示す。本願が開示する別の実施例による継ぎ目のない溝付き管の断面図であり、管の粗い内面を示す。

発明の実施例の詳細な説明

図１ａは本願が開示する一実施例による継ぎ目のない溝付き管の長手方向の断面図を示し、図１ｂは本管の横方向の断面図を示す。本管は、穴を貫通した棒状の固形ビレットに引抜き加工を施し中空胴体を形成するため、継ぎ目がない（これに対し、溶接管は金属板を圧延してその２方端を溶接して作成される）。ただし、本管は溶接形成されたものでもよい。管の内面は任意のパターンで溝が切られている。図１ａおよび図１ｂに示す管の内側にはネジ山が設けられているが、すなわち、内面にはらせん状のネジ山として溝が設けられているが、内面に設けられる溝は、例えば管の長手軸に沿って延びる複数の畝、あるいは管の内面に設けられた螺旋など、用途に適した何らかのパターンでよいことは当業者には明白なことである。図１ａおよび図１ｂに示す溝パターンには少なくとも１本の畝１が含まれ、畝は上部２、側面部３、および底部４から成る。畝１が設けられていることにより管の内面の面積が大きくなるため、熱伝達流体と管の内面との間の熱交換領域が拡大し、その結果、熱交換効率がより高まる。熱伝達流体の流れは畝１の影響を受け、流体の一部は畝１がらせん状に伸びる流路に沿って流れなければならず、すなわち畝１に誘導されて渦巻き状に流れて、流体に乱れを生じさせ、これにより、熱交換効率も向上する。

畝１の表面の少なくとも一部を粗くすることで、継ぎ目のない溝付き管の熱交換効率をさらに向上できる。畝１の粗面は熱伝達流体と管の内面の間の接触領域をさらに拡大させることができ、熱交換効率がさらに向上する。また、粗面によって気泡が形成される場所がさらに増えて（気泡形成とは「核形成」と呼ばれる工程で得られる相転移のことであり、核形成は通常粗い壁のような境界面で生じる）、その面から小さな泡が離れる。

粗面化は何らかの適したパターンで畝１の表面に分布させることができる。例えば、畝１の、上部２、側面部３、および底部４を含む表面全体を粗くしてもよいし、畝１の側面部２だけを粗くしてもよいし、あるいは上部２と側面部３を粗くしてもよい。図２および図３は、本願で開示する２通りの実施形態を示し、畝１の底部４の少なくとも一部が粗くなっているものの、畝１の上部２および側面部３は滑らかである。畝１の上部２および側面部３が滑らかに保たれるので熱伝達流体の流れに対する影響を最小限にする一方で、畝１の底部４のみ内面を粗くすることにより、より広い熱交換面、より多くの気泡形成箇所が底部４に設けられ、熱交換効率が大幅に改善される。

粗面は任意の適切な形状にできる。図２は一形状を例示し、畝１の底部４は複数のくぼみ５を備えている。くぼみ５は底部４に不規則に分布している。くぼみ５はどのような形状でもよく、例えば、底部の平面部におけるくぼみの開口部が実質的に円形、方形、またはその他の規則的な形状もしくは不規則的な形状でもよく、また、開口部は下に向かって先細りに伸びているため、くぼみは実質的に球形のかさ状／円錐状、逆ピラミッド状、または他の何らかの規則的な形状もしくは不規則的な形状に形成される。くぼみ５の大きさは、底部４におけるくぼみ５の開口部の寸法（開口部の円周上の一番離れている２点間の最大距離として測定した寸法）が0.0001mm〜0.01mmとなるようにし、くぼみの深さ（底部４の平面部、つまりくぼみ５の上部から、くぼみ５の底部までを測定した深さ）は、0.0001mm〜0.01mmとなるようにするとよい。例えば、くぼみ５の開口部の寸法は、0.0001mm、0.001mm、0.005mmでよく、または0.0001mm〜0.005mmの間の寸法であればよい。くぼみ５の深さは、0.0001mm、0.001mm、0.005mmでよく、または0.0001mm〜0.005mmの間の深さであればよい。

上述した継ぎ目のない溝付き管の粗面は、任意の適切な処理によって形成可能である。例えば、少なくとも表面の一部が粗い金型を用いて管を引抜き加工して、絞り引抜き中に少なくとも1本の畝の少なくとも一部を粗くさせて、粗面を形成する。

図３は、粗面の別の実施形態を例示する。畝１の底部４は複数の突起部を備える。突起部６は底部４に不規則に分布している。突起部６は任意の形状にでき、例えば、底部４に平行な面に沿った突起部６の断面は、実質的に円形、方形、あるいはその他の何らかの規則的な形状または不規則的な形状でよく、当該断面は突起部の先端に向かって細くなっているため、くぼみは実質的に円錐形、ピラミッド型、あるいは他の規則的な形状または不規則的な形状に形成される。突起部６の大きさは、各突起部のそれぞれの底面の断面の寸法（断面の周縁上の最も離れた2点間の最大距離として測定された寸法）が0.0001mm〜0.01mmとなるようにし、突起部６の高さが0.0001mm〜0.01mmの範囲になるようにするとよい。例えば、突起部の底面の断面の寸法は、0.0001mm、0.001mm、0.005mm、またはこれらの間の寸法でよい。突起部の高さは、0.0001mm、0.001mm、0.005mm、またはこれらの間の寸法でよい。

上述の継ぎ目のない溝付き管の粗面は、任意の適切な処理を施すことで形成できる。例えば、金属粒子を該当する内面に焼結させて形成してもよい。とくに、心金を管に挿入して、管の内壁と心金の間に隙間が残るようにし、金属粒子を隙間の粗面に対応する部分に充填し、心金を含む管と金属粒子を加熱すると、金属粒子が内面の粗面化すべき部分に焼結される。

7mmの内溝付き管で、内面を粗面化した内溝付き管と内面が滑らかな溝付き管との熱交換効率を比較する実験を行った。実験結果が示す通り、上記の内面を粗面化した溝付き管を使用した熱交換器では、内面が滑らかな溝付き管を使用した熱交換器に比べ、熱交換効率を約20％向上できるため、大幅にエネルギーを節約できる。

これまでの説明では添付の図面を参照して様々な好適な実施形態について述べた。しかしながら、その他にも様々に改良および変更が可能であることは明白であり、別の実施形態を後述の請求項に規定する発明の範囲を大きく外れない範囲で実現してもよい。したがって、本明細書および図面は限定的なものでなく、本願を例示するものとみなす。

当業者であれば、本願明細書およびここに開示した事項の実践を考慮すれば、本開示の他の実施形態も明らかであろう。本願明細書および実施例は、以下の特許請求の範囲で述べる本来の発明の範囲および発明の精神に基づいた、例示的なものに過ぎないことを示している。

Claims

少なくとも1本の畝(1)を含むパターンで内面に溝が切られ、該少なくとも1本の畝(1)の少なくとも一部が粗面化されていることを特徴とする溝付き管。
請求項１に記載の溝付き管において、該溝付き管には継ぎ目がないことを特徴とする溝付き管。
請求項１または２に記載の溝付き管において、前記少なくとも1本の畝(1)の粗面化部分は複数のくぼみ(5)を含み、該複数のくぼみ(5)の大きさは、該くぼみ(5)の深さが0.0001mm〜0.01mmの範囲となるよう、および前記畝(1)の底部(4)の平面部における前記くぼみ(5)の開口部の寸法が0.0001mm〜0.01mmの範囲となるように規定されることを特徴とする溝付き管。
請求項３に記載の溝付き管において、前記くぼみ(5)の深さは0.001mm〜0.005mmの範囲であり、前記畝(1)の前記底部(4)の平面部における該くぼみ(5)の開口部の寸法は0.001mm〜0.005mmの範囲であることを特徴とする溝付き管。
請求項１または２に記載の溝付き管において、前記少なくとも1本の畝(1)の粗面化部分は複数の突起部(6)を含み、該複数の突起部(6)の大きさは、突起部の高さが0.0001mm〜0.01mmの範囲となるよう、および突起部(6)の底面の断面の寸法が0.0001mm〜0.01mmの範囲となるように規定されることを特徴とする溝付き管。
請求項５に記載の溝付き管において、前記突起部(6)の高さは0.001mm〜0.005mmの範囲であり、該突起部(6)の底面の断面の寸法は0.001mm〜0.005mmの範囲であることを特徴とする溝付き管。
請求項１ないし６のいずれかに記載の溝付き管において、前記少なくとも1本の畝(1)は、上部(2)、側面部(3)、および底部(4)を有し、該少なくとも1本の畝(1)の該上部(2)および該側面部(3)は滑らかであり、該少なくとも1本の畝(1)の底部(4)の少なくとも一部は粗面化されていることを特徴とする溝付き管。
請求項１ないし７のいずれかに記載の溝付き管において、該管は銅または銅合金からなることを特徴とする溝付き管。
請求項１ないし８のいずれかに記載の溝付き管において、前記少なくとも1本の畝(1)は該管の前記内面にらせん状に構成されることを特徴とする溝付き管。
請求項３ないし４のいずれかに記載の溝付き管において、前記少なくとも1本の畝(1)の粗面化部分は、表面の少なくとも一部が粗面化された金型を使用して該管を引抜き加工して、該少なくとも1本の畝(1)の少なくとも一部が粗面化されることを特徴とする溝付き管。
請求項７ないし１０のいずれかに記載の溝付き管において、前記少なくとも1本の畝(1)の粗面化部分は、該少なくとも1本の畝(1)の粗面化すべき部分に金属粒子を焼結させることで形成されることを特徴とする溝付き管。