JP2010281543A - 熱交換用の金属プレート及び熱交換用の金属プレートの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】深さh1が5μm以上で、且つ、厚みに対して10%以下となる凹部2を形成し、少なくとも凹部2の底隅部6にクレバス部7を形成する。クレバス部7を、凹部2の底隅部6を厚み方向に欠落させることで構成し、欠落させた一方面と欠落させた他方面とのなす角θを、90度以下とする。クレバス部7を、結晶粒9を欠落させることで形成する。移送している金属プレート1の表面に加工ロール12の表面に形成された加工部14を押圧することで当該金属プレート1の表面に凹部2を形成する。
【選択図】図2
Description
この特許文献1の金属板表面への転写方法では、移送ロールの回転によって金属シートを移送させ、移送している金属シートに対して転写ロールの外周面に転写された凹凸状の転写部を押圧することによって、金属シートの表面に転写ロールの転写部と略同じ凹凸の形状の被転写部を形成させるようにしている。
そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、核沸騰が発生し易く伝熱性が非常に優れた熱交換用の金属プレート及び熱交換用の金属プレートの製造方法を提供することを目的とする。
すなわち、本発明における課題解決のための技術的手段は、深さが5μm以上で、且つ、板厚に対して10%以下となる凹部が形成されており、少なくとも凹部の底隅部にクレバス部が形成されている点にある。
前記クレバス部は、結晶粒界の酸化、若しくは、前記凹部の底隅部を厚み方向に欠落させることで構成されており、欠落させた一方面と欠落させた他方面とのなす角は、90度以下とされていることが好ましい。また、前記クレバス部は、結晶粒界の酸化、若しくは、結晶粒を欠落させることで形成されていることが好ましい。
前記凹部を形成した後に、凹部の底隅部側を酸洗いして当該底隅部側の結晶粒界の酸化、若しくは、結晶粒を欠落させることで前記クレバス部を形成することが好ましい。また、前記酸洗いにおいては、硝酸とふっ酸とを混合した混合液により前記底隅部側を酸洗いすることが好ましい。
図1、図2は、本発明の熱交換用の金属プレートを示したものである。
熱交換用の金属プレート(金属性のPHE)1は、伝熱性が良い(熱伝達率が高い)という観点からすれば、その表面に凹凸状の微細加工を施すことで表面積が増大していて、且つ、表面に形成した凹凸形状が核沸騰が発生しやすい形状であることが最適である。
そこで、本発明の金属プレート1の表面には、複数の凹部2と、この凹部2の間に形成された凸部とが形成されている。この凹部2は、断面視にて長手方向に延びる横壁4と、この横壁4の両側(移送方向の両側)から厚み方向に延びる縦壁5とから台形状に構成されている。なお、凹部2は、台形以外にも半円弧状の形状としてもよい。横壁4と縦壁5とが交差する底隅部6側には、核沸騰を促進させるためのクレバス部7が形成されている。
そのため、クレバス部7は、大きさが数μmのものであり、非常に小さいものであるため、クレバス部7内に気体が発生し易い気体ピットとなり、この気体ピット内の気体によって気泡(気相)が成長し、気泡発生点となる。
また、金属プレート1の表面の凹部2の深さh1は、板厚tに対して10%以下としている。金属プレート1に凹部2を形成する際、凹部2の深さh1が板厚tに対してあまりにも大きい(h1>0.1t)と、凹部2を形成した際に金属プレート1の形状が変化する恐れがある。例えば、金属プレート1の板厚tが0.5mmであるものに対して、深さh1を0.1mmとしてしまい「h1>0.1t」としてしまうと、金属プレート1の形状が変化する(金属プレート1が撓みやすくなったりする)。このような金属プレート1では、撓みやすいため、凹部2を形成した金属プレート1をプレス加工する際に、悪影響を及ぼすことがある。
さらに、金属プレート1の表面に複数の凹部2を設けることによって表面積を増加させると、例えば、金属プレート1をプレス加工する際に潤滑油を表面に供給した際に、表面張力のエネルギーバランスより、元々親水性である金属は接触角がより小さくなり、潤滑油が広がり易くなる。なお、金属プレート1に対してコーティング剤などを塗布する場合であっても、凹部2による表面積の増加により広がりやすくなり、金属プレート1の加工性を向上させることができる。
図3は、熱交換用の金属プレート1の製造する工程を示している。
図3に示すように、熱交換用の金属プレート1を製造するには、まず、スポンジチタンを溶解工程S1にて溶解して冷却することで鋼材(インゴット)を製造し、このインゴットを分塊圧延工程S2にて所定の厚みの板材に分塊圧延する。そして、分塊圧延した板材を熱間圧延工程S3にて熱間圧延して板厚を薄くした後、温度帯域が熱間圧延工程S3よりも低い冷間工程S4にて冷間圧延を行う。さらに、冷間圧延した板材に対して焼鈍工程S5にて焼鈍し、酸洗い工程S6にて酸洗いを行うことによって、熱交換用の金属プレート1を製造することができる。
本発明では、冷間工程S4にて金属プレート(鋼材)1の表面に凹部2を形成するようにしていて、冷間工程S4後の酸洗い工程S6にて凹凸形状を核沸騰が発生しやすい形状(クレバス部7)を形成している。
図4は、冷間工程S4にて金属プレート(鋼材)の表面に微細な凹凸を形成する加工装置を示したものである。
図4に示すように、加工装置10は、移送ロール11と、加工ロール12と、支持ロール13とを備えている。移送ロール11は、金属プレート1を移送するためのものであって、加工ロール12から見て上流側及び下流側に配置されている。加工ロール12は、移送されている金属プレート1の表面にミクロンオーダ(数μm〜数百μm)の凹凸を形成するものである。
よって、この加工装置10では、加工ロール12を回転させながら、加工ロール12に設けた加工部14を、金属プレート1の表面に押しつけることによって、当該金属プレート1の表面に加工部14を反転した形状と同じ凹部2を形成するようにしている。即ち、加工装置10によって、金属プレート1の表面に深さh1が5μm以上で且つ板厚tに対して10%以下となる凹部2を形成することができる。
そこで、本発明によれば、金属プレート1の移送速度と加工ロール12の周速との関係も考慮することによって、加工部14を反転させたものと同じ形状の凹部2が確実に金属プレート1の表面に形成できるようにしている。
図5(a)に示すように、金属プレート1に凹部2が形成される状態を考えると、周方向に回転している加工ロール12の加工部14が金属プレート1の表面に押しつけられ、この押圧によって金属プレート1の表面が徐々に変形して、その表面に凹部2が形成されることになる。
図5(a)、(b)に示すように、加工ロール12の加工部14が金属プレート1の表面に最も近づいた位置(位置P)では、金属プレート1の表面には加工ロール12の加工部14を反転したものと同じ凹部2が形成された状態である。
ここで、図5(c)及び図6に示すように、加工部14の第1頂部N1と第1底部S1との一致部分を基準点Oとし、両者が一致した位置Oからt1秒後の状態を考える。なお、図6に示すx軸は金属プレート1の移送方向と同じであり、y軸は金属プレート1の板厚t方向と同じとする。
そこで、本発明では、第1頂部N1が第2頂部N2よりも先行している場合は、加工部14(第1頂部N1)によって凹部2が削られず変形しないと考え、t1秒後において、第1頂部N1のx座標が、第2頂部N2のx座標よりも大きくなるという条件、つまり、式(5)を満たす条件下にて、金属プレート1を製造することにしている。式(6)は、式(5)を整理したものである。
より詳しくは、加工部14によって凹部2を形成するに際し、凹部2の形状、即ち、水平成分a及び垂直成分b(逆に言えば、凹部2に相当する加工部14の水平成分a’及び垂直成分b’)を設定した上で、加工ロール12の圧下率、加工ロール12の入出側における金属プレート1の板厚t、金属プレート1の上流及び下流側の張力、摩擦係数を設定した上で、式(11)で求められる先進率が式(10)を満たすように、各種条件を変更する。ただし、凹部2の形状の垂直成分b又は、加工部14の垂直成分b’を設定するにあたっては、凹部2の深さh1が5μm以上となり、且つ、板厚tに対して10%以下となるように設定する。
以上のように、冷間工程S4にて先進率を制御しながら加工部14を金属プレート1の表面(上面)に押圧することによって、金属プレート1の表面に、凹部2を形成することができる。
図8(a)に示すように、冷間工程S4にて金属プレート1の表面に凹部2を形成した後であって酸洗い工程S6前では、凹部2は、断面視にて移送方向に延びる横壁4と、この横壁4の両側(移送方向の両側)から厚み方向に延びる縦壁5とから構成された状態である。横壁4と縦壁5とが交差する部分が底壁部である。なお、底隅部6の移送方向前側が上述した第1底部S1となる。
以上、本発明の製造方法では、移送している金属プレート1の表面に加工ロール12の表面に形成された加工部14を押圧することで当該金属プレート1の表面に、高さが5μm以上で、且つ、板厚に対して10%以下となる凹部2を形成し、凹部2の底隅部6側を欠落させることでクレバス部7を形成している。また、凹部2を形成した後に、凹部2の底隅部6側を酸洗いして当該底隅部6側の結晶粒9を欠落させることでクレバス部7を形成している。
なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
2 凹部
4 横壁
5 縦壁
6 底隅部
7 クレバス部
9 結晶粒
h1 深さ(凹部の深さ)
Claims (6)
- 深さが5μm以上で、且つ、板厚に対して10%以下となる凹部が形成されており、少なくとも凹部の底隅部にクレバス部が形成されていることを特徴とする熱交換用の金属プレート。
- 前記クレバス部は、結晶粒界の酸化、若しくは、前記凹部の底隅部を厚み方向に欠落させることで構成されており、欠落させた一方面と欠落させた他方面とのなす角は、90度以下とされていることを特徴とする請求項1に記載の熱交換用の金属プレート。
- 前記クレバス部は、結晶粒界の酸化、若しくは、結晶粒を欠落させることで形成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の熱交換用の金属プレート。
- 移送している金属プレートの表面に加工ロールの表面に形成された加工部を押圧することで当該金属プレートの表面に、高さが5μm以上で、且つ、板厚に対して10%以下となる凹部を形成し、前記凹部の底隅部側を欠落させることでクレバス部を形成することを特徴とする熱交換用の金属プレートの製造方法。
- 前記凹部を形成した後に、凹部の底隅部側を酸洗いして当該底隅部側の結晶粒界の酸化、若しくは、結晶粒を欠落させることで前記クレバス部を形成することを特徴とする請求項4に記載の熱交換用の金属プレートの製造方法。
- 前記酸洗いにおいては、硝酸とふっ酸とを混合した混合液により前記底隅部側を酸洗いすることを特徴とする請求項5に記載の熱交換用の金属プレートの製造方法。
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