成为换热用板的原板材以及该原板材的制造方法

摘要

本发明提供一种成为换热用板的原板材以及制造该原板材的制造方法，以高效率地排出使换热器工作时生成的液膜、且使该液膜的厚度变薄的方式形成凹凸，在不让该凹凸被压扁的情况下提高传热性能。成为换热用板的原板材(1)由在表面形成有微细的凹凸的金属制的平板材而成，作为后处理对该平板材实施冲压加工后成为换热用板，凹凸包括隔开规定的间隔而形成的多个凸部(2)，多个凸部(2)包括相对于原板材(1)的宽度方向成+θ角度而配设的第一条部(2a)和相对于原板材(1)的宽度方向成－θ角度而配设的第二条部(2b)，凸部(2)由第一条部(2a)和第二条部(2b)形成为V字形状。

说明书

技术领域

本发明涉及一种成为换热用板的原板材以及该原板材的制造方法。

背景技术

被组装于换热器等的换热用板要求具有高传热性。想要提高传热性，在板表面形成微米级的微细的凹凸来扩大表面积为佳。作为在板表面转引微米级的微细的凹凸的方法，开发了例如专利文献1及专利文献2所示的技术。

专利文献1公开的向金属板表面的转引方法是将转引到转引辊的外周面的凹凸状的转引部按压于通过移送辊的旋转而移送来的金属片材的方法。在该方法中，在金属片材的表面形成与转引辊的转引部大致相同的凹凸形状的被转引部。

此外，专利文献2公开的换热用板的原板材由在表面形成有微细的凹凸的钛制的平板材形成，作为后处理对该平板材实施冲压加工后成为换热用板。在该原板材中，所述原板材的表面的凹凸被设定为：使由凸部的高度(μm)×[凹部的宽度(μm)×相邻的凸部的间距(μm)/凸部的角度(deg)]定义的形状参数成为0.94以下。

专利文献1公开的技术在换热用板中，在平板材的表面形成微米级的微细的凹凸来扩大表面积，从而提高传热性。但是，在多数情况下，在表面形成有微细的凹凸的原板材(平板材)以原来的形状(即，在残存凹凸的情况下)成为换热用板的情况少。

通常，通过冲压加工在换热用板的表面形成多个高度为数mm至数cm的的凸部(例如称为“人字形”的山形形状的凸部)。因此，在专利文献1公开的技术中，形成在原板材的表面的微细的凹凸在冲压加工中会被压扁。因此，要求提高原板材的冲压成形性。

对此，解决所述的原板材的冲压成形性问题的技术公开于专利文献2。

在专利文献2公开的技术中，通过规定形成于换热用板表面的凹凸的形状参数，提高原板材的冲压成形性。此外，形成在原板材的凸部促进组装于换热器内时紊流、强制对流来提高冷凝传热。

利用换热板实现的冷凝传热较大地受生成液体的排出的影响。但是，在利用专利文献2的技术形成的原板材的凹凸形状(凸部形状)中，生成液体因表面张力而湿润扩展，因 此，排出生成液体的效果有时比设想的要低(生成液体的排出量变少)。也就是说，采用使用专利文献2的技术形成的原板材而制造的换热用板难以提高冷凝传热过程中的传热性。

此外，用专利文献2的技术形成的凹凸形状因高度低且为分断的形状(凸部不是连续的形状)，因此，换热用板中的紊流促进效果有时比设想的要低。此外，专利文献2的凹凸形状因在冷凝过程中生成的液膜而气体冷凝成液体时的介质的接触面积变少，促进冷凝传热的效果有时比设想的要低。

也就是说，使换热器工作时生成的液膜使组装于该换热器的换热用板的传热性能下降，因此，在制造成为换热用板的原板材时，需要考虑高效率地排出生成的液膜并使该液膜变薄而设计。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利公开公报特开2006-239744号

专利文献2：日本专利公开公报特开2013-76551号

发明内容

本发明的目的在于提供一种成为换热用板的原板材以及该原板材的制造方法，以高效率地排出使换热器工作时生成的液膜、且使该液膜的厚度变薄的方式形成凹凸，在不让该凹凸被压扁的情况下提高传热性能。

本发明的成为换热用板的原板材，由在表面形成有微细的凹凸的金属制的平板材而成，作为后处理对该平板材实施冲压加工后成为换热用板，所述凹凸包括隔开规定间隔而形成的多个凸部，所述多个凸部包括相对于所述原板材的宽度方向成+θ角度而配设的第一条部和相对于所述原板材的宽度方向成－θ角度而配设的第二条部，所述凸部由所述第一条部和所述第二条部形成为V字形状。

本发明的成为换热用板的原板材的制造方法，使所述原板材由在表面形成有微细的凹凸的金属制的平板材而成，作为后处理对该平板材实施冲压加工后成为换热用板，其中，以使所述凹凸包括隔开规定间隔而形成的多个凸部的方式在所述表面形成所述凹凸，在形成所述凹凸时，以如下方式形成所述多个凸部：使所述多个凸部包括相对于所述原板材的宽度方向成+θ角度而配设的第一条部和相对于所述原板材的宽度方向成－θ角度而配设的第二条部，且由所述第一条部和所述第二条部形成V字形状。

附图说明

图1是示意性地表示本发明的实施方式所涉及的成为换热用板的原板材上形成的凹凸形状的图。

图2是表示本发明的实施方式所涉及的原板材上形成的凸部的形状的俯视图(图1的A的放大图)。

图3是图2的III-III线的剖视图。

图4是用于说明本发明的实施方式所涉及的原板材上形成的凹凸形状的尺寸的图。

图5是用于说明本发明的实施方式所涉及的原板材上形成的凸部的形状的尺寸的剖视图，是图4的B部的放大剖视图。

图6是表示为了导出形状参数而进行的实验的数据的图。

图7是表示冷凝传热性能试验的结果的图。

图8是表示形成在原板材的凸部的形状参数与冷凝传热性提高率的关系的图。

具体实施方式

下面，基于附图详细说明本发明的实施方式所涉及的成为换热用板的原板材以及该原板材的制造方法。

本发明的实施方式所涉及的成为换热用板的原板材1由在表面形成有微细的凹凸的金属制的平板材(例如钛材)形成。作为后处理对该平板材进行冲压加工后，该原板材1成为换热用板(PHE板)。该换热用板在冷凝传热过程中具备高传热性能，组装于换热器等。即，通过对原板材1进行冲压加工，在换热用板的表面除了形成所述凹凸外，还形成多个例如一般称为人字形的锯齿形状的凸部。

图1是示意性地表示本发明的实施方式所涉及的成为换热用板前的原板材1上形成的凹凸形状的图。另外，在图1中，设纸面的上下方向为原板材1的长度方向或纵向，设纸面的左右方向为原板材1的宽度方向。

图2是表示原板材1上形成的凸部2的形状的俯视图(图1的A部的放大图)。图3是图2的III-III线的剖视图。

如图1所示，本发明的实施方式所涉及的成为换热用板前的原板材的表面1a形成有凹凸。该凹凸具有隔开规定的间隔而形成的多个凸部2。该多个凸部2之间为凹部3。凸部2包含第一条部2a和第二条部2b。第一条部2a相对于原板材1的宽度方向成+θ角度而被配设。 也就是说，第一条部2a呈沿相对于原板材1的宽度方向为+θ的方向直线状延伸的形状。第二条部2b相对于原板材1的宽度方向成－θ角度而被配设。也就是说，第二条部2b呈沿相对于原板材1的宽度方向为－θ的方向直线状延伸的形状。凸部2由第一条部2a和第二条部2b形成为V字形状。

详细而言，第一条部2a和第二条部2b在原板材1的宽度方向上交替地被配设。来自第一条部2a的其中一端的延长线与来自第二条部2b的其中一端的延长线交叉。此外，来自第一条部2a的另一端的延长线与来自第二条部2b的另一端的延长线交叉。

即，凸部2由第一条部2a和与该第一条部2a相邻的第二条部2b俯视时形成为V字形状而成，在第一条部2a的端部与第二条部2b的端部交叉的部位形成有顶部4。但是，在本实施方式中，如后所述，由于在顶部4形成有槽部5，因此，第一条部2a和第二条部2b彼此隔开距离。另外，槽部5也可省略。此时，第一条部2a和第二条部2b互相连续而凸部2呈多个V字反复的形状。

在原板材1的长度方向上，多个第一条部2a以等间隔配设，并且，多个第二条部2b以等间隔配设。

在此，本实施方式中的V字形状是指，俯视时为如锯的刀尖的形状、朝向不同方向的条部交替地连续配设的形状。具体而言，在原板材1，简直延伸的第一条部2a相对于宽度方向倾斜+θ角度而配置，简直延伸的第二条部2b相对于宽度方向倾斜－θ角度而配置。也就是说，在原板材1的宽度方向上，向左下方倾斜的第一条部2a和与第一条部2a相邻的向右下方倾斜的第二条部2b交替地配置。并且，第一条部2a经由第二条部2b而连接于另外的第一条部2a，第二条部2b经由第一条部2a连接于另外的第二条部2b。

该V字形状的凸部2俯视时在原板材1的长度方向上隔开规定的间隔而排列有多个。

如图3所示，V字形状的凸部2包括在原板材1的厚度方向立起的多个侧壁和连接侧壁的各上端(上缘)的上壁。另外，本实施方式的凸部2剖视时呈大致矩形形状，但是形成在原板材1的表面1a的凸部2除了大致矩形形状以外也可为大致梯形形状或大致山形状。即，只要是满足后述的凸部2的尺寸，可为任何剖面形状。

而且，本发明的实施方式所涉及的使用于换热用板的原板材1中形成有槽部5。该槽部5在构成凸部2的第一条部2a和第二条部2b交叉的顶部4沿原板材1的长度方向形成。

如图2所示，形成于原板材的槽部5(纵槽部)以直线状贯穿被配置在原板材1的纵向的多个顶部4而形成。即，在凸部2，由第一条部2a和第二条部2b形成的顶部4被切除而形成槽部5。因此，隔着凸部2的两个凹部3通过槽部5而互相连通。该纵槽部5的宽度大于V 字形状的凸部2与邻接的凸部2之间形成的凹部3(横槽部)的宽度。另外，在图1及图2中，为了便于说明，纵槽部5的宽度被绘成窄于凹部3的宽度。

概括地说，本发明的实施方式所涉及的成为换热用板的原板材1的表面形状呈如使用于汽车等的轮胎的接地面上所刻的排水槽(胎面图案)那样的形状，相对于形成在原板材1的长度方向的纵槽部5，横槽部(凹部)3向宽度方向开放。

原板材1在表面1a具有此种凹凸形状，从而在用作换热用板的情况下，对在换热器内生成的冷凝液体进行整流，且能够使用纵槽部5迅速地向原板材1(换热用板)的纵向排出，能够促进紊流及强制对流来提高冷凝传热性。

接着，基于实验结果详细说明以上所述的本发明的实施方式所涉及的原板材1的表面的凹凸形状的尺寸。

图4是用于说明形成在原板材1的凹凸形状的尺寸的图。图5是用于说明形成在原板材1的凸部2的形状的尺寸的图(放大图4的B部的图，是局部剖切而表示剖面的图)。此外，图6是表示为了导出形状参数而进行的实验的数据的图。图7是表示冷凝传热性能试验的结果的图。图8是表示形成于原板材1的凸部2的形状参数与冷凝传热性提高率之间的关系的图。

如图4、图5所示，原板材1的表面的凹凸形状被设定为规定的尺寸。

具体而言，关于凸部2，凸部2的高度h为0.02mm以上且0.1mm以下，凸部2的宽度Wa为0.08mm以上且1mm以下。此外，凸部2相对于原板材1的宽度方向所成的角度θ为10°以上且80°以下。此外，关于凹部3，凹部3的宽度Wb为0.1mm以上且1mm以下。

互相邻接的凸部2间的间距、即凸间距P₁为0.2mm以上且2mm以下。即，也可以说，凸间距P₁是将凸部2的宽度Wa和凹部3的宽度Wb加起来的值(凸间距P₁＝凸部2的宽度Wa+凹部3的宽度Wb)。

此外，关于纵槽部5，纵槽部5的宽度Wc为0.5mm以上且500mm以下。互相邻接的纵槽部5间的间距、即宽间距P₂为5mm以上且1000mm以下。

并且，关于原板材1的凹凸，以使由“凸部2的高度h(mm)×凹部3的宽度Wb(mm)×[纵槽部5的宽度Wc(mm)/宽间距P₂(mm)]”定义的形状参数成为0.0025mm²以上的方式，形成原板材1的表面1a的凹凸。

接着，关于以上所述的原板材1的凹凸形状的尺寸，说明成为其根据的事项。

本申请发明人在制造成为换热用板的原板材1时，为了使凸部2的高度h、凸部2的宽度Wa、凸部2的角度θ、凹部3的宽度Wb、相邻的凸部2的凸间距P₁、纵槽部5的宽度Wc以及相邻的纵槽部5的宽间距P₂优化，着眼于凹凸形状的形状参数“凸部2的高度h(mm)×凹 部3的宽度Wb(mm)×[纵槽部5的宽度Wc(mm)/宽间距P₂(mm)]”。

并且，本申请发明人为了使这些凹凸形状优化，制作了凹凸形状的尺寸不同的多个原板材1，分析了各原板材1的冷凝传热性能提高率。

如图6所示，制作了凹凸形状的尺寸不同的17个原板材1。图6中的序号0所示的原板材1以凸部2的高度h为0.04mm、凸部2的宽度Wa为0.125mm、凹部3的宽度Wb为0.6mm、相邻的凸部2的凸间距P₁为0.725mm、凸部2的角度θ为45°、纵槽部5的宽度Wc为4mm、相邻的纵槽部5的宽间距P₂为20mm的尺寸形成有凹凸形状。

并且，根据这些凹凸形状的尺寸导出了参数A(h×Wb)为0.024mm²、参数B(Wc/P₂)为0.2，根据该参数A、B，导出了形状参数“(A×B):h×Wb×[Wc/P₂]”为0.0048mm²。

如图7所示，具有所述的凹凸形状的原板材1(序号0)在换热器中的热通过系数U为1044(W/m²K)。可知，原板材1(序号0)的冷凝传热性能与以往的(表面平滑)的原板材的热通过系数U(900(W/m²K))相比提高了16％(实施例)。

图6中的序号1所示的原板材1以凸部2的高度h为0.05mm、凸部2的宽度Wa为0.1mm、凹部3的宽度Wb为0.4mm、相邻的凸部2的凸间距P₁为0.5mm、凸部2的角度θ为45°、纵槽部5的宽度Wc为4mm、相邻的纵槽部5的宽间距P₂为13.5mm的尺寸形成有凹凸形状。

并且，根据这些凹凸形状的尺寸导出了参数A(h×Wb)为0.02mm²、参数B(Wc/P₂)为0.2963，根据该参数A、B，导出了形状参数“h×Wb×[Wc/P₂]”为0.0059mm²。

可知，具有所述的凹凸形状的原板材1(序号1)与以往的原板材相比冷凝传热性能提高了20.6％(实施例)。

图6中的序号2所示的原板材1以凸部2的高度h为0.04mm、凸部2的宽度Wa为0.1mm、凹部3的宽度Wb为0.4mm、相邻的凸部2的凸间距P₁为0.5mm、凸部2的角度θ为45°、纵槽部5的宽度Wc为4mm、相邻的纵槽部5的宽间距P₂为13.5mm的尺寸形成有凹凸形状。

并且，根据这些凹凸形状的尺寸导出了参数A(h×Wb)为0.016mm²、参数B(Wc/P₂)为0.2963，根据该参数A、B，导出了形状参数“h×Wb×[Wc/P₂]”为0.0047mm²。

具有所述的凹凸形状的原板材1(序号2)与以往的原板材相比冷凝传热性能提高了10％(实施例)。

可知，图6中的序号3至序号13所示的原板材1也与序号0至序号2所示的原板材1同样，与以往的原板材相比冷凝传热性能提高了5％以上(实施例)。

另一方面，图6中的序号14所示的原板材以凸部2的高度h为0.03mm、凸部2的宽度Wa为0.1mm、凹部3的宽度Wb为0.3mm、相邻的凸部2的凸间距P₁为0.4mm、凸部2的角 度θ为45°、纵槽部5的宽度Wc为2mm、相邻的纵槽部5的宽间距P₂为9mm的尺寸形成有凹凸形状。

并且，根据这些凹凸形状的尺寸导出了参数A(h×Wb)为0.009mm²、参数B(Wc/P₂)为0.2222，根据该参数A、B，导出了形状参数“h×Wb×[Wc/P₂]”为0.002mm²。

可知，具有所述的凹凸形状的原板材(序号14)与以往的原板材相比冷凝传热性能只提高了3.4％(比较例)。

图6中的序号15、序号16所示的原板材与序号14所示的原板材同样，与以往的原板材相比冷凝传热性能几乎没有提高(比较例)。

如图8所示，本申请发明人发现，想要使原板材1的冷凝传热性能与以往相比提高5％，则原板材的表面1a上形成的凹凸需要为由“凸部2的高度h(mm)×凹部3的宽度Wb(mm)×[槽部5的宽度Wc(mm)/宽间距P₂(mm)]”定义的形状参数为0.0025mm²以上。

如以上所述，根据本发明的实施方式所涉及的成为换热用板的原板材1，通过形成在表面的V字和纵槽组合的微细的凹凸形状，能够集聚冷凝液体来促进排出。

此外，通过规定凸部2的尺寸，使冷凝液体的膜厚变薄，能够使气体冷凝为液体时的介质的接触面积增多，并且，能够在冲压加工时不让表面的微细的凹凸形状被压扁。

即，本发明的实施方式所涉及的原板材1能够制造出与以往的原板材相比具有非常优良的冷凝传热性能的换热用板。

接着，叙述所述的成为换热用板的原板材1的制造方法。

在制造原板材1时，首先考虑最终产品即换热用板所需的尺寸、板厚等而决定原板材1的材质、板厚、外尺寸、形成于原板材的表面1a的微细的凹凸的形状及其尺寸。

在决定形成于原板材的表面1a的微细的凹凸形状及其尺寸时，决定凹凸形状的V字形状，并决定该V字形状的凸部22的尺寸、凹部3的尺寸、凸部22的间距P₁、纵槽部5的尺寸以及纵槽部5的间距P₂。

详细而言，关于凸部2的尺寸，设高度h为0.02mm以上且0.1mm以下的范围，设宽度Wa为0.08mm以上且1mm以下的范围，设角度θ为10°以上且80°以下的范围。关于凹部3的尺寸，设宽度Wb为0.1mm以上且1mm以下的范围。设凸部2与邻接于该凸部2的另外的凸部2之间的间距P₁为0.2mm以上且2mm以下的范围。

此外，关于槽部5的尺寸，设宽度Wc为0.5mm以上且500mm以下的范围，设槽部5与邻接于该槽部5的另外的槽部5之间的宽间距P₂为5mm以上且1000mm以下。

并且，将凹凸的尺寸决定为使得根据由“凸部2的高度h(mm)×凹部3的宽度Wb(mm) ×[槽部5的宽度Wc(mm)/宽间距P₂(mm)]”定义的形状参数导出的值达到0.0025mm²以上。

基于该决定的事项，准备成为原板材1的金属制的平板材(例如钛材)，将该原板材1形成为规定的大小。并且，使用激光加工方法去除形成于原板材的表面1a的湿润层，通过对去除的部分进行酸洗而形成微细的凹凸，制成成为换热用板的原板材1。

在形成凹凸时通过使用本实施方式的制造方法，能够在表面形成组合了V字和纵槽的微细的凹凸形状(微小的凹凸)，能够制造传热性非常好(热传递率非常高)的原板材1。

此外，本次公开的实施方式在所有的点上为例示，不应认为用来限制。

本实施方式的制造方法适于使用钛制的平板材的成为换热用板的原板材1的制造，但是，也可适用于使用铝合金制的板材或拉伸板材的成为换热用板的原板材1的制造。也就是说，本实施方式的成为换热用板的原板材1的制造方法只要是金属制，即可使用于任何材料的板材。

尤其在本次公开的实施方式中，未明确公开的事项，例如运转条件和作业条件、各种参数、结构物的尺寸、重量、体积等并不脱离本领域技术人员通常实施的范围，采用了只要是本领域技术人员就能容易想到的值。

在此，概括说明所述实施方式。

所述实施方式的成为换热用板的原板材，由在表面形成有微细的凹凸的金属制的平板材而成，作为后处理对该平板材实施冲压加工后成为换热用板，所述凹凸包括隔开规定间隔而形成的多个凸部，所述多个凸部包括相对于所述原板材的宽度方向成+θ角度而配设的第一条部和相对于所述原板材的宽度方向成－θ角度而配设的第二条部，所述凸部由所述第一条部和所述第二条部形成为V字形状。

优选：在所述V字形状的顶部沿所述原板材的长度方向形成有槽部。

优选：所述凸部的高度为0.02mm以上且0.1mm以下，所述凸部的宽度为0.08mm以上且1mm以下，所述θ的值为10°以上且80°以下，所述凸部间的凹部的宽度为0.1mm以上且1mm以下，邻接的凸部间的间距P₁为0.2mm以上且2mm以下。

优选：所述槽部的宽度为0.5mm以上且500mm以下。

优选：所述槽部形成有多个，邻接的槽部间的宽间距P₂为5mm以上且1000mm以下。

优选：所述原板材的表面的所述凹凸被设定为：使由所述凸部的高度(mm)×所述凸部间的凹部的宽度(mm)×[所述槽部的宽度(mm)/所述宽间距P₂(mm)]定义的形状参数成为0.0025mm²以上。

本发明的成为换热用板的原板材的制造方法，使所述原板材由在表面形成有微细的凹凸的金属制的平板材而成，作为后处理对该平板材实施冲压加工后成为换热用板，其中，以使所述凹凸包括隔开规定间隔而形成的多个凸部的方式在所述表面形成所述凹凸，在形成所述凹凸时，以如下方式形成所述多个凸部：使所述多个凸部包括相对于所述原板材的宽度方向成+θ角度而配设的第一条部和相对于所述原板材的宽度方向成－θ角度而配设的第二条部，且由所述第一条部和所述第二条部形成V字形状。

优选：在所述V字形状的顶部沿所述原板材的长度方向形成槽部。

优选：设所述凸部的高度为0.02mm以上且0.1mm以下，设所述凸部的宽度为0.08mm以上且1mm以下，设所述θ为10°以上且80°以下，设所述凸部间的凹部的宽度为0.1mm以上且1mm以下，设邻接的凸部间的间距P₁为0.2mm以上且2mm以下。

优选：设所述槽部的宽度为0.5mm以上且500mm以下。

优选：在形成多个所述槽部时，设邻接的槽部间的宽间距P₂为5mm以上且1000mm以下。

优选：所述原板材的表面的所述凹凸被设计成：使由所述凸部的高度(mm)×所述凸部间的凹部的宽度(mm)×[所述槽部的宽度(mm)/所述宽间距P₂(mm)]定义的形状参数达到0.0025mm²以上。

根据所述实施方式的成为换热用板的原板材以及该原板材的制造方法，能够以高效率地排出使换热器工作时生成的液膜、且使该液膜的厚度变薄的方式形成凹凸，在不让该凹凸被压扁的情况下提高传热性能。