JP5631287B2 - Original plate material for heat exchange plate and method for producing original plate material for heat exchange plate - Google Patents
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Description
本発明は、熱交換用プレートの元板材、及び熱交換用プレートの元板材の製造方法に関する。 The present invention relates to a base plate material for a heat exchange plate and a method for manufacturing the base plate material for a heat exchange plate.
従来より、熱交換器等に組み込まれる熱交換用プレートは高い伝熱性を有していることが望まれている。伝熱性を向上させるためには、プレートの表面にミクロンオーダの微細な凹凸を形成し表面積を拡大することがよく、このようにミクロンオーダの微細な凹凸を転写する方法として、例えば、特許文献1に示すような技術が開発されている。
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。
Conventionally, it is desired that a heat exchange plate incorporated in a heat exchanger or the like has high heat conductivity. In order to improve the heat transfer, it is preferable to form micron-order fine unevenness on the surface of the plate to enlarge the surface area. As a method for transferring such micron-order fine unevenness, for example,
In the transfer method to the metal plate surface of
一方、特許文献2は、プレートに所定パターンの開孔列を形成し、2枚のプレートを開孔列を交差させて重ねてプレートセットとし、四隅に連通孔を開孔した隔壁プレートとプレートセットを交互に積層し、隔壁プレートで区画された流体の流通層を形成し、各流通層を上下の一層を隔てた流通層と連通させたプレート式熱交換器を開示する。この熱交換器に使用される熱交換用プレートは、伝熱性や強度を向上させるために、熱交換用プレート自体に、例えば「ヘリンボーン」と言われる高さ数mm〜数cmの山形の溝をプレス成形し、その後、熱交換器内に組み込まれるものとなっている。
On the other hand,
特許文献1に開示された如く、熱交換用プレートにおいて、平板材の表面にミクロンオーダの微細な凹凸を形成し、表面積を拡大することで伝熱性を向上させているが、多くの場合、表面に微細な凹凸が形成された平板材は、そのままの形で熱交換用プレートとなることは少ない。
すなわち、特許文献2の図6に開示されているように、通常は微細な凹凸が形成された平板材は、その平面に例えば「ヘリンボーン」と言われる高さ数mm〜数cmの山形の溝がプレス成形され、その後、熱交換器内へ組み込まれる。そのため、微細な凹凸形成後の平板材に関しては、プレス成形性が望まれることとなる。
As disclosed in
That is, as disclosed in FIG. 6 of
特に、平板材がチタン製の場合、チタンは異方性を有する材料であり、材料の異方性が応力集中部における板厚の減少や歪み勾配等の変形挙動に影響するため、異方性のない他の材料と比較しプレス成形性などが著しく悪い。また、チタンは焼き付きやすい材料であり、プレス時に潤滑油の油膜切れを起こすと、材料の破断、プレス金型や工具との接触により疵が発生しやすくなる。 In particular, when the flat plate is made of titanium, titanium is a material having anisotropy, and the anisotropy of the material affects the deformation behavior such as the reduction of the plate thickness and the strain gradient in the stress concentration part. Compared with other materials that do not have, the press formability is remarkably poor. Titanium is a material that tends to seize, and if the lubricating oil film breaks during pressing, wrinkles are likely to occur due to breakage of the material or contact with a press die or tool.
当然ながら、特許文献1や特許文献2に開示された技術は、チタン製の平板材に対する困難性を克服した上で、熱交換用プレートを製造する技術を開示するものとはなっていない。
そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、表面に凹凸が形成されることで伝熱性が非常に優れると共に、後処理であるプレス成形での加工性が非常に良く、容易に熱交換用のプレートへと成形可能な熱交換用プレートの元板材、及びこの元板材の製造方法を提供することを目的とする。
Naturally, the techniques disclosed in
Therefore, in view of the above problems, the present invention is very excellent in heat transfer due to the formation of irregularities on the surface, and has very good workability in press forming as a post-treatment, and is easily used for heat exchange. An object of the present invention is to provide a base plate material for a heat exchange plate that can be formed into a plate, and a method for manufacturing the base plate material.
前記目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
すなわち、本発明における熱交換用プレートの元板材は、表面に微細な凹凸が形成されたチタン製の平板材で構成され、後処理として当該平板材に対してミリメートルオーダ以上の山高さを形成するプレス加工が施された後に熱交換用プレートとなる元板材であって、前記プレス加工時の成形性を向上させるべく、前記凹凸に関し、凸部の高さ(μm)×[凹部の幅(μm)/隣り合う凸部のピッチ(μm)]で定義される形状パラメータが12μm以下となるように、前記元板材の表面の凹凸が形成されている点にある。
In order to achieve the above object, the present invention takes the following technical means.
That is, the base plate material of the heat exchange plate in the present invention is constituted by a titanium flat plate material having fine irregularities formed on the surface, and forms a peak height of millimeter order or more with respect to the flat plate material as a post-processing. It is a base plate material that becomes a heat exchange plate after being pressed, and in order to improve the formability during the pressing, the height of the protrusion (μm) × [the width of the recess (μm) ) / Pitch of adjacent convex portions (μm)], the surface of the base plate is uneven so that the shape parameter is 12 μm or less.
前記形状パラメータが4μm以上となるように、前記元板材の表面に前記凹凸を形成していることが好ましい。
前記凸部は平面視で円形状であって、平板材の表面に千鳥状に配置されていることが好ましい。
さらに、前記凸部の高さは、十点平均粗さRzが5μm以上であって、0.1×平板材の厚みμm以下とされていることが好ましい。
It is preferable that the unevenness is formed on the surface of the base plate material so that the shape parameter is 4 μm or more.
The convex portions are preferably circular in a plan view, and are arranged in a staggered manner on the surface of the flat plate material.
Furthermore, it is preferable that the height of the convex part is a ten-point average roughness Rz of 5 μm or more and 0.1 × thickness of the flat plate material of μm or less.
また、本発明における熱交換用プレートの元板材の製造方法は、表面に微細な凹凸が形成されたチタン製の平板材で構成され、後処理として当該平板材に対してミリメートルオーダ以上の山高さを形成するプレス加工が施された後に熱交換用プレートとなる元板材の製造方法であって、前記プレス加工時の成形性を向上させるべく、前記凹凸に関し、凸部の高さ(μm)×[凹部の幅(μm)/隣り合う凸部のピッチ(μm)]で定義される形状パラメータが12μm以下となるように、前記元板材の表面に前記凹凸を形成する点にある。 Further, the manufacturing method of the base plate material of the heat exchange plate in the present invention is constituted by a titanium flat plate material having fine irregularities formed on the surface, and as a post-processing, a peak height of millimeter order or more with respect to the flat plate material. Is a method for producing a base plate material to be a heat exchange plate after being subjected to press working, in order to improve the formability at the time of the press work, the height of the convex portion (μm) × The unevenness is formed on the surface of the base plate so that the shape parameter defined by [width of concave portion (μm) / pitch of adjacent convex portion (μm)] is 12 μm or less.
前記形状パラメータが4μm以上となるように、前記元板材の表面に前記凹凸を形成することが好ましい。
また、前記凸部を平面視で円形状に形成すると共に、平板材の表面に千鳥配置で形成することが好ましい。
さらに、前記凸部の高さが、十点平均粗さRzが5μm以上であって、0.1×平板材の厚みμm以下となるように、平板材の表面に凸部を形成することが好ましい。
なお、本実施形態に係る熱交換用プレートの元板材の最も好ましい形態は、表面に微細な凹凸が形成されたチタン製の平板材で構成され、後処理として当該平板材に対してミリメートルオーダ以上の山高さを形成するプレス加工が施された後に熱交換用プレートとなる元板材であって、前記プレス加工時の成形性を向上させるべく、前記凹凸に関し、凸部の高さ(μm)×[凹部の幅(μm)/隣り合う凸部のピッチ(μm)]で定義される形状パラメータが12μm以下となるように、前記元板材の表面の凹凸が形成されていて、前記凸部は平面視で円形状であり、平板材の表面に千鳥状に配置されており、前記凸部の高さは均一であって、前記凸部の高さは、十点平均粗さRzが5μm以上であって、0.1×平板材の厚みμm以下とされていることを特徴とする。
また、本実施形態に係る熱交換用プレートの元板材の製造方法の最も好ましい形態は、表面に微細な凹凸が形成されたチタン製の平板材で構成され、後処理として当該平板材に対してミリメートルオーダ以上の山高さを形成するプレス加工が施された後に熱交換用プレートとなる元板材の製造方法であって、前記凹凸に関し、前記凸部を平面視で円形状に且つ高さを均一に形成すると共に、平板材の表面に千鳥配置で形成し、凸部の高さ(μm)×[凹部の幅(μm)/隣り合う凸部のピッチ(μm)]で定義される形状パラメータが12μm以下となり、且つ前記凸部の高さが、十点平均粗さRzが5μm以上であって、0.1×平板材の厚みμm以下となるように、前記元板材の表面に前記凹凸を形成することを特徴とする。
It is preferable to form the unevenness on the surface of the base plate material so that the shape parameter is 4 μm or more.
Moreover, it is preferable to form the said convex part in circular shape by planar view, and to form in the staggered arrangement | positioning on the surface of a flat plate material.
Furthermore, the convex portion may be formed on the surface of the flat plate so that the height of the convex portion is 10 μm or more and the ten-point average roughness Rz is 5 μm or more and 0.1 × thickness μm or less of the flat plate material. preferable.
The most preferable form of the base plate material of the heat exchange plate according to the present embodiment is composed of a flat plate made of titanium having fine irregularities formed on the surface, and is in the order of millimeters or more with respect to the flat plate material as post-processing. Is a base plate material that becomes a heat exchange plate after being subjected to press working to form a peak height, and in order to improve the formability during the press work, the height of the convex portion (μm) × The unevenness of the surface of the base plate material is formed so that the shape parameter defined by [width of concave portion (μm) / pitch of adjacent convex portion (μm)] is 12 μm or less, and the convex portion is flat. It is circular in shape and is arranged in a staggered pattern on the surface of the flat plate material, and the height of the projections is uniform, and the height of the projections is such that the ten-point average roughness Rz is 5 μm or more. And the thickness of the 0.1 × flat plate is not more than μm. It is characterized by that.
Moreover, the most preferable form of the manufacturing method of the base plate material of the plate for heat exchange which concerns on this embodiment is comprised with the flat plate material made from titanium with which the fine unevenness | corrugation was formed in the surface, and with respect to the said flat plate material as post-processing. A method of manufacturing a base plate material that becomes a heat exchange plate after being pressed to form a peak height of a millimeter order or more, with respect to the irregularities, the convex portions are circular in plan view and uniform in height. And the shape parameter defined by the height of the convex portion (μm) × [the width of the concave portion (μm) / the pitch of the adjacent convex portion (μm)]. The unevenness is formed on the surface of the base plate so that the height of the convex portion is 12 μm or less, and the ten-point average roughness Rz is 5 μm or more, and the thickness of the flat plate is 0.1 × μm or less. It is characterized by forming.
本発明の技術に係る元板材を用いることで、プレス加工時に割れ等を生じることなく熱交換用プレートを製造することができる。製造された熱交換用プレートは、伝熱性が非常に優れるものとなる。 By using the base plate material according to the technique of the present invention, it is possible to manufacture a heat exchange plate without causing cracks or the like during press working. The manufactured heat exchange plate is very excellent in heat transfer.
以下、図面に基づき、本発明の実施の形態を説明する。
図1は、熱交換用プレートの製造方法を示した概念図である。
図1に示すように、熱交換用プレートを製造するにあたっては、まず、図1(a)に示すように素材である平板材1を所定の大きさに形成する。そして、図1(b)に示すように、平板材1をプレス加工することによって平板材1の表面1aに微細な凹凸形状を形成したプレート元板(元板材)を作成する。次に、図1(c)に示すように、表面2aに微細な凹凸形状が形成されたプレート元板2(元板材)に、例えば、ヘリンボーンと言われる山形の溝3を形成することにより熱交換用プレート4を製造する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a conceptual diagram showing a method for manufacturing a heat exchange plate.
As shown in FIG. 1, when manufacturing a heat exchange plate, first, as shown in FIG. 1A, a
図1(a)に示す平板材1はチタン材であって、その寸法、板厚は最終製品である熱交換用プレート4にて所望される寸法、板厚を考慮して決定される。
この平板材1の表面1aに対して、後述する加工装置10を用いて微細な凹凸形状(複数の凸部5とこの凸部5に挟まれた凹部6)を形成することでプレート元板2が形成される。凹凸形状が形成されたプレート元板2は、伝熱性が非常によい(熱伝達率が非常に高い)ものとなっている。加えて、本発明のプレート元板2はチタン製とされているため、耐食性、強度、軽量化などの特性が他金属と比較し優れている。それゆえに、プレート式熱交換器のプレートなど耐食性、強度が必要となる製品に対して好適である。
A
A
プレート元板2に形成されたヘリンボーン3は、骨格形状を呈した複数の溝であり、溝の大きさは、高さ数mm〜数cm、言い換えれば、ミリメートルオーダ以上の山高さとされている。この元板2は、熱交換器内へ組み込まれる。ヘリンボーン3などに代表される斜格子形状は、熱交換器内部の作動流体の流れが不均一である場合に関しても、どの方向からの流れに対しても凹凸が作動流体に対して直交する壁となり得て、乱流による伝熱性向上に寄与することとなる。
The
以降、プレート元板2の表面の凹凸形状の詳細について述べる。
図2(a)に示すように、プレート元板2の表面2aに形成された凸部5は、平面視で円形であって、その直径Dは400μm以上とされている。凸部5の平面視での配置は、千鳥状とされている。ここで千鳥状の配置(千鳥配置)とは、縦方向及び横方向において、いずれか一方に隣り合う凸部5、5の中心が一直線上に並ばないという意味である。
Hereinafter, details of the uneven shape on the surface of the
As shown in FIG. 2A, the
具体的には、プレート元板2において、縦方向に隣接する凸部5、5は、横方向に半ピッチだけズレており、横方向に隣接する凸部5の中心同士を結んだ直線(一点鎖線)Aと、縦方向に隣接する凸部5の中心同士を結んだ直線(一点鎖線)Bとの角度θが60°となるように凸部5を配置してもよい。
このように千鳥格子配列とすることで、熱交換器内の作動流体の流れが不均一である場合に関し、どの方向からの流れに対しても凹凸が作動流体に対して直交する壁となり得ることができ、乱流による伝熱性向上に寄与する。また、チタン等の異方性のある材料に対して、異方性起因の応力集中に対応できる。
Specifically, in the
By adopting a staggered lattice arrangement in this way, the unevenness can be a wall perpendicular to the working fluid in any direction from the direction of flow when the working fluid flow in the heat exchanger is uneven. It contributes to the improvement of heat transfer by turbulent flow. Moreover, it is possible to cope with stress concentration caused by anisotropy with respect to an anisotropic material such as titanium.
縦方向や横方向に隣り合う凸部5間の距離L(凹部6の幅L)は、200μm以上が好ましい。なお、凹部6の幅Lとは、横方向又は縦方向に隣接する凸部5同士の最短距離であって、「凹部6の幅L=隣り合う凸部5のピッチP−(凸部5の直径D/2)×2」により求めることができる。また、隣り合う凸部5のピッチPとは、横方向又は縦方向に隣接する最も近い凸部5同士の中心間の距離(最短距離にある凸部5同士の中心間距離)である。
The distance L between the
図2(a)に示した凹部6の幅Lは、縦方向及び横方向ともに同じ値である(縦方向に隣接する凸部5同士の距離と、横方向に隣接する凸部5同士の距離とが共に同じ値)。隣り合う凸部5のピッチP(凸部5の中心間距離)は600μm以上が好ましい。
図2(b)に示すように、プレート元板2の表面に形成された凸部5は、断面視にて上方に立ち上がる上壁8と、この上壁8の上縁を水平に結ぶ表壁9とから台形状に構成されている。言い換えれば、凸部5は、その頂部に平坦部(水平部)を有している。また、十点平均粗さRzにて示される凸部5(上壁8)の高さ(以降、高さRzと示すことがある)は5μm以上であって、プレート元板2の板厚tの1/10(10分の1)以下となっている。
The width L of the
As shown in FIG. 2B, the
凸部5の高さRzをこの範囲としているのは、板厚に対して凹凸形状が大きすぎると、後述する加工装置10での圧延転写の際に平坦度(形状)が確保できず圧延安定性が得られないためである。また、平坦度が確保できていない板では、後工程でのプレス成形時に応力分布が発生するため、応力が高い箇所において割れが発生するためである。すなわち、プレス加工の際に凸部5の高さRzが大きすぎると割れの原因(起点)となり、疵の原因となる。一方、高さRzが小さすぎる(5μm以下である)と、伝熱効率の向上を図ることができなくなる。
The height Rz of the
ところで、凸部5は平面視形状は、完全な円形でなく、扁平率0.2程度の楕円形までも含む。なお、凸部5の平面視形状に関しては、他に角形など様々な形状が考えられるが、後工程で行われるプレス加工時の応力集中回避の観点から、略円形であることが好ましい。
ところで、凸部5の千鳥配置状態は図2のものに限定はされない。
By the way, the
By the way, the staggered arrangement state of the
例えば、図3に示すように、横方向に隣接する凸部5の中心同士を結んだ直線(一点鎖線)Cと、縦方向に隣接する凸部5の中心同士を結んだ直線(一点鎖線)Dとの角度θが45°となるように凸部5を配置してもよいし、他の角度であってもよい。
以上のようなプレート元板2の凹凸形状に関して、その根拠となる事項を説明する。
発明者は、プレート元板2を製造するにあたって、プレート元板2の表面に形成した凸部5の高さRz、凸部5の数(凹部6の幅L)、隣り合う凸部のピッチPを最適なものとするため、これらを含む凹凸形状の形状パラメータ『[凸部5の高さRz×(凹部6の幅L/隣り合う凸部のピッチP])』について着目した。
For example, as shown in FIG. 3, a straight line (dashed line) C connecting the centers of the
The matter which becomes the basis regarding the uneven | corrugated shape of the above
When the inventor manufactures the
まず、上述した形状パラメータのうち、凸部5の高さRzを一定として、凹部6の幅L/隣り合う凸部のピッチP(L/P)を変化させたときを考えると、図4に示すように、L/Pが増加するにしたがって応力集中率が増加する傾向がある。即ち、凹部6の幅Lが大きすぎたり、凸部のピッチPが狭すぎると、応力が集中してプレス成形(ヘリンボーン等を成形するためのプレス加工)を実施したときなどに、割れが発生し易い状況になる。
First, among the shape parameters described above, when the height Rz of the
一方、上述した形状パラメータのうち、凸部5の高さRzを変化させ、凸部5の高さRzを高くした状況を考えると、凹部6の幅Lや隣り合う凸部のピッチPと同様に、プレス成形を実施した際に、不均一な応力分布が発生して応力が高い箇所において割れが発生する恐れがある。
したがって、プレート元板2のプレス成形性を考えると、凸部5の高さRz又は凹部6の幅Lが大きすぎず、凸部のピッチPは狭すぎないことが最適であって、これらを表す形状パラメータには上限値があると考えられる。
On the other hand, among the shape parameters described above, considering the situation where the height Rz of the
Therefore, considering the press formability of the
そこで、本願出願人らは、様々な形状の凹凸が形成されたチタン製のプレート元板2に対してコンピュータシミュレーションを行い、形状パラメータ『[凸部5の高さRz×(凹部6の幅L/隣り合う凸部のピッチP])』とプレス成形性との関係を明らかにした。
図5は、形状パラメータとプレス成形性スコアとの関係を示したものである。図5に示すように、形状パラメータが大きくなるにつれてプレス成形性スコアは低下するものの、形状パラメータが12μm以下であれば、プレス成形性スコアを60点以上とすることができる。即ち、形状パラメータが12μm以下であれば、プレス成形性が低下するといった状況は回避することができる。
Therefore, the applicants of the present application perform computer simulation on the titanium
FIG. 5 shows the relationship between the shape parameter and the press formability score. As shown in FIG. 5, although the press formability score decreases as the shape parameter increases, the press formability score can be 60 or more as long as the shape parameter is 12 μm or less. That is, if the shape parameter is 12 μm or less, a situation where the press formability is lowered can be avoided.
なお、プレス加工での成形性に関しては、「プレス成形性スコア」という指標を用いており、この値が60点以上であれば、プレス成形により、割れなどが発生せず所望とする形状に確実に成形できることとされている。この実施形態において、プレス成形性スコアを計算するにあたっては、図7に示すように、成形後(プレス後)の熱交換用プレート4に対して36箇所について点数を付け、これらの点数をまとめることによりプレス成形性スコアとした。詳しくは、熱交換用プレート4において、縦方向に向くA線、C線、E線と交わる各点(各部分)において、割れが生じず健全なら2点、ネッキング傾向があれば1点、割れが生じていれば0点とする。また、縦方向に向くB線、D線と交わる各点(部分)において、健全なら1点、ネッキング傾向があれば0.5点、割れが生じていれば0点とし、全ての各部分の点数に、図7で示すRの値の逆数を掛けることによって割れの状態を数値化する。そして、全体の総点数に対する割れが生じていない割合を計算し、その値をプレス成形性スコアとしている。
Regarding the formability in press working, an index called “press formability score” is used. If this value is 60 points or more, the desired shape can be reliably obtained by press forming without cracking. It is supposed that it can be molded. In this embodiment, when calculating the press formability score, as shown in FIG. 7, 36 points are assigned to the
上述したように、形状パラメータが12μm以下であれば、プレス成形性が低下するといった状況は回避することができるものの、本発明のプレート元板2は、熱交換器を構成するプレートの元となるものであり、熱交換を行う隔壁となるものである。ゆえに、本発明のプレート元板2においては、熱伝達率が大きい(伝熱効率が大きい)ことも要求される。
As described above, if the shape parameter is 12 μm or less, the situation where the press formability is reduced can be avoided, but the
そこで、「凹凸形状を形成していない平板」の伝熱効率を1.00とし、凹凸形状を形成したプレート(熱交換用プレート)における伝熱効率を考えると、熱交換用プレートの伝熱効率は1.00よりも大きいことが必要であるが、現実の熱交換器で著しい作用を奏するためには、伝熱効率は1.05以上あることが望ましいとされている。
ここで、伝熱効率と形状パラメータとの関係を考える。図5に示すように、例えば、凸部5の高さRzを小さくしたり、凹部6の幅Lを小さくしたり、凸部のピッチPを大きくすることによって、形状パラメータは12μmから徐々に小さくなる。このように、形状パラメータを徐々に小さくすると伝熱効率も徐々に小さくなり、伝熱効率は、凹凸を形成していない平板に近づくことになる。しかしながら、形状パラメータが4μm以上であれば、現実の熱交換器にて必要とされる伝熱効率(1.05以上)を確保することができる。
Therefore, considering the heat transfer efficiency of the plate (heat exchange plate) with the uneven shape (heat exchange plate) assuming that the heat transfer efficiency of the “flat plate not forming the uneven shape” is 1.00, the heat transfer efficiency of the heat exchange plate is 1. Although it is necessary to be greater than 00, it is desirable that the heat transfer efficiency be 1.05 or more in order to achieve a remarkable effect in an actual heat exchanger.
Here, the relationship between heat transfer efficiency and shape parameters is considered. As shown in FIG. 5, for example, the shape parameter is gradually reduced from 12 μm by decreasing the height Rz of the
したがって、伝熱効率の点からすれば、プレート元板2を製造するにあたっては、形状パラメータを4μm以上にすることが好ましい。
さて、凹部6の幅Lを小さくすればするほど、形状パラメータは小さくなる。流体を流したときの温度境界層の観点から考えると、凹部6の幅Lが小さ過ぎると伝熱性の低下を招いてしまうことから、凹部6の幅Lもある程度確保したほうが良い、即ち、形状パラメータも、ある程度大きい必要があると思われる。
Therefore, from the viewpoint of heat transfer efficiency, in manufacturing the
Now, the smaller the width L of the
このように、温度境界層と凹部6の幅Lとの関係性から見ても、形状パラメータは12μm以下であっても、ある程度確保する必要があり、具体的には、形状パラメータは、上述したように4μm以上にする必要があると考えられる。
形状パラメータを4μm〜12μm内のいずれかの値とし、前述したように、凸部5の高さRzを十点平均粗さRzが5μm〜0.1×平板材の厚みμmとすることで、必然的に凹部6の幅L乃至は凸部5ピッチは決定する(割り出すことができる)。
Thus, even from the viewpoint of the relationship between the temperature boundary layer and the width L of the
By setting the shape parameter to any value within 4 μm to 12 μm, and as described above, the height Rz of the
加えて、後工程で実施されるプレス作業での加工性や凹凸部5の変形防止を考えるのであれば、プレート元板2における圧着面積比Sが、図2(a)の凹凸形状においては、式(1)を満たすようにすることが好ましい。
平板材(チタン)の降伏応力σy>プレス時に凸部にかかる面圧(P/S) (1)
ここで、S1=P・P・tan(θ/180・π)/4
S2=π/4・D・D/2
S=圧着面積比=S2/S1
P=プレス加工時の荷重
式(1)のS1は、図2における平面の面積(図2に示した直線A及び直線Bにて囲まれる三角形の面積)である。式(2)のS2は、図2における凸部の面積(前述の三角形内に存在する凸部の面積)である。
In addition, if considering the workability in the press work performed in the post process and the prevention of deformation of the concavo-
Yield stress σy of flat plate material (titanium)> Surface pressure applied to convex part during pressing (P / S) (1)
Here, S1 = P · P · tan (θ / 180 · π) / 4
S2 = π / 4 · D · D / 2
S = crimp area ratio = S2 / S1
P = Load during pressing
S1 in Expression (1) is the area of the plane in FIG. 2 (the area of the triangle surrounded by the straight lines A and B shown in FIG. 2). S2 in Expression (2) is the area of the protrusions in FIG. 2 (the area of the protrusions existing in the above-described triangle).
このように、チタン製であって、表面に形状パラメータが4μm〜12μmとなるような凹凸が形成されている元板材2を用いることで、プレス加工時に割れ等を生じることなく、熱交換器を構成する熱交換用プレート4を製造することができる。このようにして製造された熱交換用プレート4は、熱交換率が1.05以上であって伝熱性が非常に優れたものとなり、この熱交換用プレート4が組み込まれた熱交換器は、熱交換効率の非常に高いものとなる。
In this way, by using the
ところで、上記したプレート元板2は、図6に示すような加工装置10を用いて形成することができる。
この加工装置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、平板材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。
By the way, the above-mentioned
The
加工ロール12は、移送されている平板材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。具体的には、加工ロール12は加工後のプレート元板2において、形状パラメータが4μm〜12μmとなるように、平板材1の表面1aに凸部5及び凹部6を形成するものである。即ち、加工ロール12には、形状パラメータが4μm〜12μmとなるように、凸部5及び凹部6を形成させるための、凸部5の高さRz、凹部6の幅L、隣り合う凸部のピッチPが設定されている。
The
加工ロール12の外周面の全周には、凸状(台形の凸)となる加工部14がエッチングや放電ダルにより形成されている。加工部14の高さは、加工後におけるプレート元板2における凸部5の高さRzが5μm以上となり、且つ、0.1×平板材の厚みμm以下となるように設定されている。加工ロール12の表面層は、耐荷重性や耐摩耗性の観点より、Crメッキ又はタングステンカーバイト処理を行うとよい。
On the entire circumference of the outer peripheral surface of the
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、平板材1の表面に押しつけることによって、当該平板材1の表面に加工部14を反転した形状と同じ凸部5、凹部6を形成できる。即ち、加工装置10によって、形状パラメータが4μm〜12μm以下となり、高さRzが5μm以上で且つ板厚tに対して10%以下となる凹凸を有したプレート元板2を形成することができる。なお、凸部5の形成は、上記した加工装置に限定されない。
In this
ところで、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。
例えば、熱交換用のプレート4は、プレート元板2をプレス加工することにより製造されるが、プレート元板2のプレス加工は何でも良く、上述したようなヘリンボーンを形成するものでなくてもよい。
By the way, it should be thought that embodiment disclosed this time is an illustration and restrictive at no points. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
For example, the
なお、本発明でプレス成形性の評価基準である「スコア」は、一般的なプレス成形性の評価方法とされているエリクセン値(エリクセン試験)と良好な相関関係があることが知られており、本発明で用いたスコアによってもプレス成形性が正確に評価できる。 In addition, it is known that the “score”, which is an evaluation standard for press formability in the present invention, has a good correlation with an Erichsen value (Ericsen test), which is a general evaluation method for press formability. The press formability can be accurately evaluated by the score used in the present invention.
本発明の熱交換用プレートの元板材は、海洋発電等に用いられる熱交換器を構成するプレートの元板として好適である。 The base plate material of the heat exchange plate of the present invention is suitable as a base plate of a plate constituting a heat exchanger used for offshore power generation or the like.
1 平板材
1a 平板材の表面
2 プレート元板(元板材)
2a プレート元板の表面
3 溝
4 熱交換用プレート
5 凸部
6 凹部
8 上壁
9 表壁
10 加工装置
11 移送ロール
12 加工ロール
13 支持ロール
DESCRIPTION OF
2a Surface of
Claims (4)
前記プレス加工時の成形性を向上させるべく、前記凹凸に関し、凸部の高さ(μm)×[凹部の幅(μm)/隣り合う凸部のピッチ(μm)]で定義される形状パラメータが12μm以下となるように、前記元板材の表面の凹凸が形成されていて、
前記凸部は平面視で円形状であり、平板材の表面に千鳥状に配置されており、前記凸部の高さは均一であって、
前記凸部の高さは、十点平均粗さRzが5μm以上であって、0.1×平板材の厚みμm以下とされていることを特徴とする熱交換用プレートの元板材。 It is composed of a flat plate made of titanium with fine irregularities formed on the surface, and is used as a plate for heat exchange after being subjected to press working to form a peak height of millimeter order or more with respect to the flat plate as post-processing. Board material,
In order to improve the formability at the time of the press work, regarding the unevenness, a shape parameter defined by the height of the convex portion (μm) × [the width of the concave portion (μm) / the pitch of the adjacent convex portion (μm)] Unevenness on the surface of the base plate material is formed so as to be 12 μm or less,
The convex portions are circular in plan view, are arranged in a staggered manner on the surface of the flat plate material, and the height of the convex portions is uniform,
The base plate material for a heat exchanging plate, wherein the height of the convex portion is such that the ten-point average roughness Rz is 5 μm or more and 0.1 × thickness of the flat plate material is not more than μm.
前記凹凸に関し、前記凸部を平面視で円形状に且つ高さを均一に形成すると共に、平板材の表面に千鳥配置で形成し、凸部の高さ(μm)×[凹部の幅(μm)/隣り合う凸部のピッチ(μm)]で定義される形状パラメータが12μm以下となり、且つ前記凸部の高さが、十点平均粗さRzが5μm以上であって、0.1×平板材の厚みμm以下となるように、前記元板材の表面に前記凹凸を形成することを特徴とする熱交換用プレートの元板材の製造方法。 It is composed of a flat plate made of titanium with fine irregularities formed on the surface, and is used as a plate for heat exchange after being subjected to press working to form a peak height of millimeter order or more with respect to the flat plate as post-processing. A method of manufacturing a plate material,
Concerning the irregularities, the convex portions are formed in a circular shape and a uniform height in a plan view, and are formed in a staggered arrangement on the surface of the flat plate, and the height of the convex portion (μm) × [the width of the concave portion (μm ) / Pitch of adjacent protrusions (μm)] is 12 μm or less, and the height of the protrusions is 10 points average roughness Rz of 5 μm or more, and 0.1 × flat plate The manufacturing method of the base plate material of the plate for heat exchange characterized by forming the said unevenness | corrugation in the surface of the said base plate material so that it may become thickness of a material micrometer or less.
The method for producing a base plate material for a heat exchange plate according to claim 3 , wherein the unevenness is formed on a surface of the base plate material so that the shape parameter is 4 µm or more.
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