KR20130018839A

KR20130018839A - 열교환용 플레이트의 원판재 및 열교환용 플레이트의 원판재의 제조 방법

Info

Publication number: KR20130018839A
Application number: KR1020127028754A
Authority: KR
Inventors: 야스유키 후지이; 아키오 오카모토; 요시오 이츠미; 아키히사 후지타
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 2010-04-28
Filing date: 2011-04-27
Publication date: 2013-02-25
Also published as: EP2565575A1; US20130037246A1; EP2565575A4; CN102803890A; WO2011136278A1; CN102803890B; EP2565575B1; JP2011231994A; KR101446406B1; JP4964327B2; US9656313B2

Abstract

본 발명은 프레스 가공이 실시된 후에 열교환용의 플레이트가 되는 열교환용의 플레이트의 원판재 및 그의 제조 방법을 제공한다. 본 발명에 따른 열교환용 플레이트(4)의 원판재(2)는 표면에 오목부 및 볼록부가 형성된 티타늄제의 평판재(1)로 구성되고, 후처리로서 프레스 가공이 실시된 후에 열교환용 플레이트(4)가 된다. 볼록부(5)의 높이를 Rz(㎛), 오목부(6)의 폭을 L(㎛), 인접하는 볼록부(5) 사이의 피치를 P(㎛)로 했을 때, (Rz×L/P)로 정의되는 형상 파라미터가 12 ㎛ 이하로 되도록 오목부(6) 및 볼록부(5)가 형성되어 있다.

Description

열교환용 플레이트의 원판재 및 열교환용 플레이트의 원판재의 제조 방법{RAW PLATE MATERIAL FOR HEAT-EXCHANGING PLATE, AND METHOD FOR FABRICATING RAW PLATE MATERIAL FOR HEAT-EXCHANGING PLATE}

본 발명은 열교환용 플레이트의 원판재 및 열교환용 플레이트의 원판재의 제조 방법에 관한 것이다.

종래부터 열교환기 등에 내장되는 열교환용 플레이트는 높은 전열성을 갖고 있을 것이 요망되고 있다. 전열성을 향상시키기 위해서는, 플레이트의 표면에 마이크로미터 오더의 미세한 요철을 형성함으로써 플레이트의 표면적을 확대하는 것이 좋다. 마이크로미터 오더의 미세한 요철을 전사하는 방법으로서, 예를 들어, 특허문헌 1에 개시되는 기술이 개발되어 있다.

특허문헌 1에 개시되는 금속판 표면에의 전사 방법에서는, 이송 롤의 회전에 의해 이송되는 금속 시트에 대하여 전사 롤의 외주면에 형성된 요철 형상의 전사부가 가압된다. 이에 의해, 금속 시트의 표면에 전사 롤의 전사부와 대략 동일한 요철 형상의 피전사부가 형성된다.

한편, 특허문헌 2에는, 플레이트식 열교환기가 개시되어 있다. 이 플레이트식 열교환기에서는, 소정 패턴의 개공열이 형성된 2매의 플레이트를 개공열을 교차시켜서 중첩시키는 것에 의해 형성된 플레이트 세트와, 네 코너에 연통 구멍을 개공한 격벽 플레이트가 교대로 적층되어 있다. 격벽 플레이트로 구획되어서 형성된 유체의 유통층을 형성하고, 각 유통층을 상하의 1층을 이격한 유통층과 연통시킨 플레이트식 열교환기를 개시한다. 전열성이나 강도의 향상을 위하여, 열교환기에 사용되는 열교환용 플레이트 자체에, 예를 들어 「헤링본(herringbone)」이라고 말하여지는 높이 수mm 내지 수cm의 산형의 홈이 프레스 성형된다. 그 후, 열교환용 플레이트가 열교환기 내에 내장된다.

일본 특허 공개 2006-239744호 공보 일본 특허 공개 2009-192140호 공보(예를 들어, 도 6)

특허문헌 1에 개시된 열교환용 플레이트에서는, 평판재의 표면에 마이크로미터 오더의 미세한 요철을 형성함으로써 표면적을 확대함으로써, 전열성이 향상되어 있다. 그러나, 표면에 미세한 요철이 형성된 평판재가 그대로의 형태로 열교환용 플레이트가 되는 경우는 적다.

즉, 특허문헌 2의 도 6에 개시되어 있는 바와 같이, 미세한 요철이 형성된 평판재는, 통상, 그의 평면에 예를 들어 「헤링본」이라고 말하여지는 높이 수mm 내지 수cm의 산형의 홈이 프레스 성형된다. 그 후, 평판재가 열교환기 내에 내장된다. 그로 인해, 미세한 요철이 형성된 후의 평판재는, 프레스 성형성이 요망되고 있다.

또한, 평판재는 티타늄으로 제조되는 경우가 있다. 티타늄은 이방성을 갖는 재료로서, 재료의 이방성은 응력 집중부에 있어서의 판두께의 감소나 변형 구배 등의 변형 거동에 영향을 미친다. 그로 인해, 티타늄은 이방성이 없는 다른 재료와 비교하여 프레스 성형성 등이 현저하게 나쁘다. 또한, 티타늄은 시징되기 쉬운 재료이기 때문에, 프레스 시에 윤활유의 유막 끊김이 발생하면, 재료의 파단, 프레스 금형이나 공구와의 접촉에 의해 흠집이 발생하기 쉬워진다.

당연히, 특허문헌 1이나 특허문헌 2에는, 티타늄제의 평판재에 대한 곤란성을 극복한 열교환용 플레이트를 제조하는 기술은 개시되어 있지 않다.

본 발명은 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 전열성이 매우 우수함과 함께, 열교환용의 플레이트에 용이하게 성형 가능한 열교환용 플레이트의 원판재 및 이 원판재의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 이하의 기술적 수단을 구비한다.

즉, 본 발명에 있어서의 열교환용 플레이트의 원판재는, 티타늄제의 평판재의 표면에 미세한 오목부 및 볼록부를 형성함으로써 형성되고, 프레스 가공이 실시된 후에 열교환용 플레이트로 되는 원판재로서, 상기 볼록부의 높이를 Rz(㎛), 상기 오목부의 폭을 L(㎛), 인접하는 상기 볼록부 간의 피치를 P(㎛)로 했을 때, (Rz×L/P)로 정의되는 형상 파라미터가 12 ㎛ 이하로 되도록 상기 오목부 및 상기 볼록부가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 형상 파라미터가 4 ㎛ 이상이 되도록 상기 오목부 및 상기 볼록부가 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 볼록부는 평면에서 보아 원 형상이며, 상기 평판재의 표면에 지그재그 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 볼록부의 높이 Rz는 십점 평균 거칠기로 5 ㎛ 이상이며, 또한, 상기 평판재의 두께를 t(㎛)로 했을 때, 0.1×t(㎛) 이하인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 있어서의 열교환용 플레이트의 원판재의 제조 방법은, 티타늄제의 평판재의 표면에 미세한 오목부 및 볼록부를 형성함으로써 형성되고, 프레스 가공이 실시된 후에 열교환용 플레이트로 되는 원판재의 제조 방법으로서,

상기 볼록부의 높이를 Rz(㎛), 상기 오목부의 폭을 L(㎛), 인접하는 상기 볼록부 간의 피치를 P(㎛)로 했을 때, (Rz×L/P)로 정의되는 형상 파라미터가 12 ㎛ 이하로 되도록 상기 오목부 및 볼록부를 형성하는 것을 특징으로 한다.

상기 형상 파라미터가 4 ㎛ 이상이 되도록 상기 오목부 및 상기 볼록부를 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 볼록부를 평면에서 보아 원 형상으로 형성함과 함께, 상기 볼록부를 평판재의 표면에 지그재그 형상으로 배치하여 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 볼록부의 높이 Rz가 십점 평균 거칠기로 5 ㎛ 이상, 또한 상기 평판재의 두께를 t(㎛)로 했을 때에 0.1×t(㎛) 이하로 되도록 상기 평판재의 표면에 상기 볼록부를 형성하는 것이 바람직하다.

본 발명의 기술에 따른 원판재를 사용함으로써, 후처리인 프레스 가공 시에 깨짐 등을 발생시키지 않고, 열교환용 플레이트를 용이하게 제조할 수 있다. 또한, 원판재의 표면에 오목부 및 볼록부가 형성됨으로써, 매우 우수한 전열성을 갖는 열교환용 플레이트를 제조할 수 있도록 된다.

도 1의 (a) 내지 (c)는 열교환용 플레이트의 제조 방법을 도시하는 도면이며, (d)는 (b)의 I부 확대도이다.
도 2는 원판재의 표면에 형성된 오목부 및 볼록부를 도시한 도면으로서, (a)는 평면도, (b)는 (a)의 II-II 단면도이다.
도 3은 원판재의 표면에 형성된 오목부 및 볼록부의 다른 예를 도시한 도면이다.
도 4는 L/P와 응력 집중율의 관계를 도시한 도면이다.
도 5는 원판재의 표면에 형성된 오목부 및 볼록부의 치수 형상과 전열 효율의 관계와, 원판재의 표면에 형성된 오목부 및 볼록부의 치수 형상과 프레스 성형성 스코어의 관계를 도시한 도면이다.
도 6의 (a)는 원판재의 표면에 오목부 및 볼록부를 형성하는 장치의 개략도이며, (b)는 (a)의 VI 부분의 확대도, (c)는 (a)의 VI' 부분의 확대도이다.
도 7은 프레스 성형성 스코어 Pf를 산출하기 위한 참고도이다.

이하, 도면에 기초하여 본 발명의 실시 형태를 설명한다.

도 1은 열교환용 플레이트의 제조 방법을 도시한 개념도이다.

열교환용 플레이트를 제조하는데 있어서는, 우선, 도 1의 (a)에 도시된 바와 같이, 소정의 크기를 갖는 소재인 평판재(1)를 준비한다. 그리고, 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이, 평판재(1)를 프레스 가공하여 평판재(1)의 표면(1a)에 미세한 요철 형상을 형성함으로써, 표면(2a)에 미세한 요철 형상이 형성된 플레이트 원판(2)(원판재)이 제작된다. 이어서 , 도 1의 (c)에 도시된 바와 같이, 플레이트 원판(2)(원판재)을 프레스 가공하여, 예를 들어 산형의 홈(헤링본)(3)을 형성함으로써 열교환용 플레이트(4)가 제조된다.

도 1의 (a)에 도시되는 평판재(1)는 티타늄재이며, 그 치수, 판두께는 최종 제품인 열교환용 플레이트(4)에 요망되는 치수, 판두께를 고려하여 결정된다.

이 평판재(1)의 표면(1a)에 대하여 후술하는 가공 장치(10)를 사용하여 미세한 요철 형상(복수의 볼록부(5)와, 이들 볼록부(5)에 끼워진 오목부(6))을 형성함으로써 플레이트 원판(2)이 형성된다. 요철 형상이 형성된 플레이트 원판(2)은 전열성이 매우 향상되어, 열전달률이 매우 높다. 또한, 본 발명의 플레이트 원판(2)은 티타늄제이기 때문에, 타 금속과 비교하여 내식성, 강도, 경량화 등의 특성이 우수하다. 그러므로, 플레이트식 열교환기의 플레이트 등, 내식성, 강도가 필요해지는 제품에 대하여 적합하다.

헤링본(3)은 골격 형상을 띤 복수의 홈이며, 홈의 높이는 수mm 내지 수cm이다. 이 원판(2)은 열교환기 내에 내장된다. 열교환기 내부의 작동 유체의 흐름이 불균일한 경우에도, 헤링본(3) 등으로 대표되는 경사 격자 형상의 요철은, 어느 방향으로부터 흘러 오는 작동 유체에 대해서도 직교하는 벽이 될 수 있으므로, 난류에 의한 전열성 향상에 기여하게 된다.

이후, 플레이트 원판(2)의 표면의 요철 형상의 상세에 대하여 설명한다.

도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 플레이트 원판(2)의 표면(2a)에 형성된 볼록부(5)는 평면에서 보아 원형이며, 그 직경 D는 400 ㎛ 이상이다. 볼록부(5)의 평면에서 본 배치는 지그재그 형상으로 되어 있다. 여기서, 지그재그 형상의 배치(지그재그 배치)는 가로 방향(X 방향)으로 인접하는 볼록부(5, 5)의 중심을 연결한 직선과, 세로 방향(Y 방향)으로 인접하는 볼록부(5, 5)의 중심을 연결한 직선이 직교하지 않는 것을 의미한다. 또한, 여기서, 용어 「인접한다」는 최단 거리에 위치하는 것을 의미한다.

구체적으로는, 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 플레이트 원판(2)에 있어서, 세로 방향(Y 방향)으로 인접하는 볼록부(5, 5)는, 가로 방향(X 방향)으로 반 피치만큼 어긋나 있다. 여기에서는, 가로 방향(X 방향)으로 인접하는 볼록부(5)의 중심끼리를 연결한 직선(일점쇄선) A와, 세로 방향(Y 방향)으로 인접하는 볼록부(5)의 중심끼리를 연결한 직선(일점쇄선) B에 의해 형성되는 각도 θ가 60°로 되도록 볼록부(5)가 배치되어 있다.

이와 같이, 볼록부(5)의 배치가 지그재그 형상인 것에 의해, 열교환기 내의 작동 유체의 흐름이 불균일한 경우에도, 볼록부(5)가 어느 방향으로부터의 작동 유체의 흐름에 대해서도 직교하는 벽이 될 수 있기 때문에, 난류에 의한 전열성 향상에 기여한다. 또한, 볼록부(5)의 배치가 지그재그 형상인 것에 의해, 티타늄 등의 이방성이 있는 재료에 대해서도, 이방성에 기인한 응력 집중에 대응할 수 있다.

세로 방향이나 가로 방향으로 인접하는 볼록부(5) 사이의 거리 L(오목부(6)의 폭 L)은 200 ㎛ 이상이 바람직하다. 또한, 오목부(6)의 폭 L은, 가로 방향 또는 세로 방향으로 인접하는 볼록부(5)끼리의 최단 거리를 의미한다. 인접하는 볼록부(5) 사이의 피치를 P, 볼록부(5)의 직경을 D로 하면, 오목부(6)의 폭 L은, 이하의 식에 의해 구해진다.

L=P-(D/2)×2

여기서, 인접하는 볼록부(5) 사이의 피치 P는 가로 방향 또는 세로 방향으로 인접하는 볼록부(5)의 중심 간의 거리(서로에 대하여 최단 거리에 있는 볼록부(5)의 중심 간의 거리)을 의미한다.

도 2의 (a)에 도시되는 오목부(6)의 폭 L은, 세로 방향 및 가로 방향 모두 동일값을 갖는다. 즉, 세로 방향으로 인접하는 볼록부(5)끼리의 최단 거리와, 가로 방향으로 인접하는 볼록부(5)끼리의 최단 거리가 모두 동일값을 갖는다. 인접하는 볼록부(5) 사이의 피치 P(인접하는 볼록부(5)의 중심 간의 거리)는 600 ㎛ 이상이 바람직하다.

도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 볼록부(5)는 단면에서 보아 상방으로 솟아오르는 상벽(8)과, 이 상벽(8)의 상부 테두리를 수평하게 연결하는 표벽(9)으로 사다리꼴 형상으로 구성되어 있다. 십점 평균 거칠기 Rz로 나타나는 볼록부(5)(상벽(8))의 높이(이후, 높이 Rz로 나타내는 경우가 있음)는 5 ㎛ 이상이며, 플레이트 원판(2)의 판두께 t의 1/10 이하, 즉 0.1×t 이하로 되어 있다.

볼록부(5)의 높이 Rz의 해당 범위는, 판두께에 대하여 볼록부가 너무 크면, 후술하는 가공 장치(10)에서의 압연 전사 시에 평탄도(형상)를 확보할 수 없어, 압연 안정성이 얻어지지 않기 때문에 정해진다. 또한, 평탄도가 확보되어 있지 않은 판에서는, 후속 공정에서의 프레스 성형 시에 응력 분포가 발생하기 때문에, 응력이 높은 개소에 있어서 깨짐이 발생한다. 즉, 볼록부(5)의 높이 Rz가 너무 크면, 프레스 가공 시에 깨짐의 원인(기점)이 되고, 흠집의 원인이 된다. 한편, 높이 Rz가 너무 작으면(5 ㎛ 이하임), 전열 효율을 향상할 수 없게 된다.

그런데, 볼록부(5)는 평면에서 본 형상은, 완전한 원형이 아니어도 되고, 편평율 0.2 정도까지의 타원형도 포함한다. 또한, 볼록부(5)의 평면에서 본 형상으로서는, 이외에 각형 등 여러가지 형상을 생각할 수 있지만, 후속 공정에서 행해지는 프레스 가공 시의 응력 집중 회피의 관점에서 대략 원형인 것이 바람직하다. 또한, 볼록부(5)의 배치 상태는 도 2에 도시되는 형상에 한정되지 않는다.

예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 가로 방향으로 인접하는 볼록부(5)의 중심끼리를 연결한 직선(일점쇄선) C와, 세로 방향으로 인접하는 볼록부(5)의 중심끼리를 연결한 직선(일점쇄선) D의 각도 θ가 45°로 되도록 볼록부(5)가 배치되어도 된다. 각도 θ는 다른 값이어도 된다.

본 발명자는 플레이트 원판(2)을 제조함에 있어서, 플레이트 원판(2)의 표면에 형성되는 볼록부(5)의 높이 Rz, 인접하는 볼록부(5) 사이의 최단 거리(오목부(6)의 폭 L), 인접하는 볼록부(5) 사이의 피치 P를 최적의 것으로 하기 위해서, 형상 파라미터 [Rz×(L/P)]에 착안하였다.

우선, 상술한 형상 파라미터 중, 볼록부(5)의 높이 Rz를 일정하게 하고, (오목부(6)의 폭 L/인접하는 볼록부의 피치 P)을 변화시켰을 때를 생각하면, 도 4에 도시된 바와 같이, L/P가 증가함에 따라서 응력 집중율 Kt가 증가하는 경향이 있다. 응력 집중율 Kt가 높으면 깨지기 쉬워 성형성이 낮다. 이에 비해, 응력 집중율 Kt가 낮으면, 깨지기 어려워 성형성이 높다. 즉, 오목부(6)의 폭 L이 너무 크거나, 볼록부의 피치 P이 너무 좁으면, 응력이 집중하여, 프레스 성형(헤링본 등을 성형하기 위한 프레스 가공)을 실시했을 때 등에 깨짐이 발생하기 쉬워진다.

한편, 상술한 형상 파라미터 중, 볼록부(5)의 높이 Rz를 변화시켜서 높게 하면, 오목부(6)의 폭 L이나 인접하는 볼록부(5) 사이의 피치 P를 변화시켰을 때와 마찬가지로, 프레스 성형의 실시 시에, 불균일한 응력 분포가 발생하여 응력이 높은 개소에 있어서 깨짐이 발생할 우려가 있다.

따라서, 플레이트 원판(2)의 프레스 성형성을 생각하면, 볼록부(5)의 높이 Rz 또는 오목부(6)의 폭 L이 너무 크지 않고, 볼록부의 피치 P는 너무 좁지 않은 것이 최적이라고 생각된다. 따라서, 이것들을 표현하는 형상 파라미터에는 상한값이 있다고 생각된다.

따라서, 본 발명자들은, 여러가지 형상의 요철이 형성된 티타늄제의 플레이트 원판(2)에 대하여 컴퓨터 시뮬레이션을 행하고, 형상 파라미터 [Rz×(L/P)]와 프레스 성형성 스코어 Pf의 관계를 밝혔다.

여기서, 「프레스 성형성 스코어」(Pf)은 프레스 가공에서의 성형성의 평가에 사용되는 지표이다. 프레스 성형성 스코어 Pf의 값이 60점 이상이면, 프레스 성형에 의해 깨짐 등이 발생되지 않고, 원하는 형상으로 확실하게 성형할 수 있다고 되어 있다. 본 실시 형태에서는, 도 7에 도시된 바와 같이, 성형 후(프레스 후)의 열교환용 플레이트(4)에 대하여 30군데에 대하여 점수를 매기고, 이들 점수를 통합함으로써 프레스 성형성 스코어 Pf가 산출된다.

상세하게는, 열교환용 플레이트(4)에 있어서, 세로 방향(Y 방향)을 향하는 A선, C선, E선과 교차하는 각 부분에서는, 깨짐이 발생되지 않고 건전하다면 2점, 네킹 경향이 있으면 1점, 깨짐이 발생되어 있으면 0점으로 한다. 또한, 세로 방향(Y 방향)을 향하는 B선, D선과 교차하는 각 부분에서는, 건전하다면 1점, 네킹 경향이 있으면 0.5점, 깨짐이 발생되어 있으면 0점으로 한다. 그리고, 각 부분의 점수에, 도 7에 도시되는 R의 값의 역수를 곱함으로써, 깨짐의 상태를 수치화한다. 그리고, 전체의 총점수에 대한, 깨짐이 발생되어 있지 않은 비율을 계산하고, 그 값을 프레스 성형성 스코어 Pf로 한다.

도 5는 형상 파라미터와 프레스 성형성 스코어 Pf의 관계를 나타내고 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 형상 파라미터가 커짐에 따라서 프레스 성형성 스코어 Pf는 저하하는데, 형상 파라미터가 12 ㎛ 이하이면 프레스 성형성 스코어 Pf가 60점 이상이 된다. 즉, 형상 파라미터가 12 ㎛ 이하이면 프레스 성형성 Pf의 저하는 피할 수 있다.

그런데, 본 발명의 플레이트 원판(2)은 열교환기를 구성하는 플레이트의 기초가 되는 것으로서, 열교환을 행하는 격벽이 되는 것이다. 따라서, 본 발명의 플레이트 원판(2)은 열전달률이 클(전열 효율이 클) 것도 요구된다.

따라서, 오목부 및 볼록부가 형성되어 있지 않은 평판의 전열 효율을 1.00으로 하고, 오목부 및 볼록부가 형성된 플레이트(열교환용 플레이트)에 있어서의 전열 효율을 Ht로 한다. 열교환용 플레이트의 전열 효율 Ht는 1.00보다도 클 필요가 있는데, 현실의 열교환기에서 현저한 작용을 발휘하기 위해서는, 전열 효율 Ht는 1.05 이상인 것이 바람직하다.

여기서, 전열 효율 Ht와 형상 파라미터와의 관계를 생각한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 볼록부(5)의 높이 Rz를 작게 하거나, 오목부(6)의 폭 L을 작게 하거나, 볼록부의 피치 P를 크게 함으로써, 형상 파라미터는 12 ㎛로부터 서서히 작아진다. 이와 같이, 형상 파라미터를 서서히 작게 하면 전열 효율도 서서히 작아져, 오목부 및 볼록부가 형성되어 있지 않은 평판의 전열 효율에 근접하게 된다. 그러나, 형상 파라미터가 4 ㎛ 이상이면, 현실의 열교환기에서 필요로 하는 전열 효율(1.05 이상)을 확보할 수 있다.

따라서, 전열 효율 면에서는, 플레이트 원판(2)을 제조할 때에, 형상 파라미터가 4 ㎛ 이상인 것이 바람직하다.

그런데, 오목부(6)의 폭 L이 작아질수록 형상 파라미터는 작아진다. 유체를 흘렸을 때의 온도 경계층의 관점에서 생각하면, 오목부(6)의 폭 L이 너무 작으면 전열성의 저하를 초래해버린다. 이로 인해, 오목부(6)의 폭 L도 어느 정도 확보되는 쪽이 좋고, 형상 파라미터도 어느 정도 클 필요가 있다고 생각된다.

이와 같이, 오목부(6)의 폭 L과 온도 경계층의 관계성으로부터 보아도, 형상 파라미터는 어느 정도 확보될 필요가 있다. 구체적으로는, 형상 파라미터는 상술한 바와 같이 4 ㎛ 이상으로 할 필요가 있다고 생각된다.

전술한 바와 같이, 형상 파라미터를 4 ㎛ 내지 12 ㎛ 내의 어느 하나의 값으로 하고, 볼록부(5)의 높이 Rz를 십점 평균 거칠기로 5 ㎛ 이상, 또한 평판재의 두께 t에 대하여 0.1×t(㎛) 이하로 한다. 이에 의해, 오목부(6)의 폭 L 및 볼록부(5)의 피치 P는 필연적으로 결정된다(도출된다).

또한, 후속 공정에서 실시되는 프레스 작업에서의 가공성이나 볼록부(5)의 변형 방지를 위해서, 도 2의 (a)에 도시되는 형상의 오목부(6) 및 볼록부(5)을 갖는 플레이트 원판(2)에 있어서는, 압착 면적비 S가 수학식 1을 만족하는 것이 바람직하다.

또한, 후속 공정에서 실시되는 프레스 작업에서의 가공성이나 요철부(5)의 변형 방지를 생각한다면, 플레이트 원판(2)에 있어서의 압착 면적비 S가 도 2의 (a)의 요철 형상에 있어서는, 수학식 1을 만족하도록 하는 것이 바람직하다.

여기서,

S1=P·P·tan(θ/180·π)/4

S2=π/4·D·D/2

정리하면,

S1=P²·tan(πθ/180)/4

S2=πD²/8

또한,

S=압착 면적비=S2/S1

F=프레스 가공 시의 하중

D=볼록부(5)의 직경

상기 S1은, 도 2의 (a)에 있어서의 평면의 면적(도 2의 (a)에 있어서의 직선 A 및 직선 B에 의해 둘러싸이는 삼각형의 면적)이다. 상기 S2는 도 2의 (a)에 있어서의 볼록부(5)의 면적(상술한 삼각형 내에 존재하는 볼록부(5)의 면적)이다.

이와 같이, 형상 파라미터가 4 ㎛ 내지 12 ㎛가 되는 오목부(6) 및 볼록부(5)가 표면에 형성되어 있는, 티타늄제의 원판재(2)을 사용함으로써 프레스 가공 시에 깨짐 등을 발생시키지 않고, 열교환기를 구성하는 열교환용 플레이트(4)를 제조할 수 있다. 이와 같이 하여 제조된 열교환용 플레이트(4)는 열교환율이 1.05 이상으로서 매우 우수한 전열성을 갖는 것이 된다. 이 열교환용 플레이트(4)가 내장된 열교환기는 열교환 효율이 매우 높은 것이 된다.

그런데, 상기한 플레이트 원판(2)은 도 6에 도시된 바와 같은 가공 장치(10)를 사용하여 형성될 수 있다.

가공 장치(10)는 이송 롤(11)과, 가공 롤(12)과, 지지 롤(13)을 구비하고 있다. 이송 롤(11)은 가공 롤(12)의 상류측 및 하류측에 배치되고, 평판재(1)를 이송한다.

가공 롤(12)은 이송되고 있는 평판재(1)의 표면에, 마이크로미터 오더(수 ㎛ 내지 몇백 ㎛)의 요철을 형성한다. 구체적으로는, 가공 롤(12)은 플레이트 원판(2)에 있어서의 형상 파라미터가 4 ㎛ 내지 12 ㎛가 되도록, 높이 Rz 및 피치 P를 갖는 볼록부(5)와, 폭 L을 갖는 오목부(6)를 평판재(1)의 표면(1a)에 형성한다.

가공 롤(12)의 외주면의 전체 둘레에는, 볼록 형상(사다리꼴의 볼록)이 되는 가공부(14)가 에칭이나 방전 조도 가공에 의해 형성되어 있다(도 6의 (b) 참조). 가공부(14)의 높이는, 가공 후에 얻어지는 플레이트 원판(2)에 있어서의 볼록부(5)의 높이 Rz가 5 ㎛ 이상이 되도록, 또한, 평판재의 두께 t에 대하여 볼록부(5)의 높이 Rz가 0.1×t(㎛) 이하로 되도록 설정되어 있다. 가공 롤(12)의 표면층은, 내하중성이나 내마모성의 관점에서, Cr 도금 또는 텅스텐 카바이트 처리되어 있으면 좋다.

이 가공 장치(10)는 가공 롤(12)을 회전시키면서 가공 롤(12)에 설치된 가공부(14)를 평판재(1)의 표면에 압박한다. 이에 의해, 평판재(1)의 표면에 가공부(14)를 반전한 형상의 오목부(6)가 형성되고, 볼록부(5)가 형성된다. 이와 같이, 가공 장치(10)에 의해, 플레이트 원판(2)의 형상 파라미터를 4 ㎛ 내지 12 ㎛ 이하로 하고, 플레이트 원판(2)의 볼록부(5)의 높이 Rz를 5 ㎛ 이상, 또한 플레이트 원판(2)의 판두께 t에 대하여 10％ 이하로 할 수 있다(도 6의 (c) 참조). 또한, 볼록부(5)을 형성하는 장치는 상기한 가공 장치에 한정되지 않는다.

그런데, 금회 개시된 실시 형태는, 모든 점에서 예시이며 제한적인 것이 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는 상기한 설명에는 있지 않고, 특허청구범위에 의해 표현되고, 특허청구범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.

예를 들어, 상기 실시 형태에서는, 열교환용의 플레이트(4)가 플레이트 원판(2)을 프레스 가공함으로써 제조되는데, 이 프레스 가공은 어느 것이어도 되고, 상술한 바와 같은 헤링본을 형성하는 것이 아니어도 된다.

또한, 본 발명에서 프레스 성형성의 평가 기준으로서 사용된 「프레스 성형성 스코어」는, 일반적인 프레스 성형성의 평가 방법으로 여겨지고 있는 에릭슨값(에릭슨 시험)과 양호한 상관 관계가 있는 것이 알려져 있다. 따라서, 본 발명에서 사용한 프레스 성형성 스코어에 의해서도 프레스 성형성을 정확하게 평가할 수 있다.

본 출원은 2010년 4월 28일에 출원된 일본 특허 출원(일본 특허 출원 제2010-103525)에 기초하는 것이고, 그의 내용은 여기에 참조로서 도입된다.

본 발명의 열교환용 플레이트의 원판재는 해양 발전 등에 사용되는 열교환기를 구성하는 플레이트의 원판으로서 적합하다.

1: 평판재
1a: 평판재의 표면
2: 플레이트 원판(원판재)
2a: 플레이트 원판의 표면
3: 홈
4: 열교환용 플레이트
5: 볼록부
6: 오목부
8: 상벽
9: 표벽
10: 가공 장치
11: 이송 롤
12: 가공 롤
13: 지지 롤

Claims

티타늄제의 평판재의 표면에 오목부 및 볼록부를 형성함으로써 형성되고, 프레스 가공이 실시된 후에 열교환용 플레이트로 되는 원판재로서,
상기 볼록부의 높이를 Rz(㎛), 상기 오목부의 폭을 L(㎛), 인접하는 상기 볼록부 간의 피치를 P(㎛)로 했을 때, (Rz×L/P)로 정의되는 형상 파라미터가 12 ㎛ 이하로 되도록 상기 오목부 및 상기 볼록부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 열교환용 플레이트의 원판재.
제1항에 있어서, 상기 형상 파라미터가 4 ㎛ 이상이 되도록 상기 오목부 및 상기 볼록부가 형성되는 것을 특징으로 하는, 열교환용 플레이트의 원판재.
제1항에 있어서, 상기 볼록부는 평면에서 보아 원 형상이며, 상기 평판재의 표면에 지그재그 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 열교환용 플레이트의 원판재.
제1항에 있어서, 상기 볼록부의 높이 Rz는 십점 평균 거칠기로 5 ㎛ 이상이며, 또한, 상기 평판재의 두께를 t(㎛)로 했을 때, (0.1×t) ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는, 열교환용 플레이트의 원판재.
티타늄제의 평판재의 표면에 오목부 및 볼록부를 형성함으로써 형성되고, 프레스 가공이 실시된 후에 열교환용 플레이트로 되는 원판재의 제조 방법으로서,
상기 볼록부의 높이를 Rz(㎛), 상기 오목부의 폭을 L(㎛), 인접하는 상기 볼록부 간의 피치를 P(㎛)로 했을 때, (Rz×L/P)로 정의되는 형상 파라미터가 12 ㎛ 이하로 되도록 상기 오목부 및 볼록부를 형성하는 것을 특징으로 하는, 열교환용 플레이트의 원판재의 제조 방법.
제5항에 있어서, 상기 형상 파라미터가 4 ㎛ 이상이 되도록 상기 오목부 및 상기 볼록부를 형성하는 것을 특징으로 하는, 열교환용 플레이트의 원판재의 제조 방법.
제5항에 있어서, 상기 볼록부를 평면에서 보아 원 형상으로 형성함과 함께, 상기 볼록부를 평판재의 표면에 지그재그 형상으로 배치하여 형성하는 것을 특징으로 하는, 열교환용 플레이트의 원판재의 제조 방법.
제5항에 있어서, 상기 볼록부의 높이 Rz가 십점 평균 거칠기로 5 ㎛ 이상, 또한 상기 평판재의 두께를 t(㎛)로 했을 때에 (0.1×t) ㎛ 이하로 되도록 상기 평판재의 표면에 상기 볼록부를 형성하는 것을 특징으로 하는, 열교환용 플레이트의 원판재의 제조 방법.