熱交換用板的母板材及使用了該母板材的熱交換用板的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明的熱交換用板(4)的母板材由在表面形成有微細的凹凸的鈦制的平板材(1)構(gòu)成，在對平板材(1)實施沖壓加工后成為熱交換用板(4)。由凸部的高度(μm)×[凹部的寬度(μm)／相鄰的凸部的間距(μm)]定義的形狀參數(shù)G1為85μm以下。另外，關(guān)于本發(fā)明的熱交換用板(4)的母板材，由凸部的高度(μm)×[凹部的寬度(μm)／相鄰的凸部的間距(μm)／凸部的角度(deg)]定義的形狀參數(shù)G2為0.94μm／deg以下。
【專利說明】熱交換用板的母板材及使用了該母板材的熱交換用板
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及熱交換用板的母板材及使用了該母板材的熱交換用板。
【背景技術(shù)】
[0002]裝入到專利文獻I等的板式熱交換器等中的熱交換用板要求有良好的傳熱特性。
[0003]在先技術(shù)文獻
[0004]專利文獻
[0005]專利文獻1:日本國特開2009-192140號公報
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]發(fā)明要解決的課題
[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種熱交換用板的母板材，其傳熱性非常優(yōu)良，且作為后處理的沖壓成形中的加工性非常良好，并且能夠容易向熱交換用的板成形。
[0008]用于解決課題的手段
[0009]本發(fā)明中的熱交換用板的母板材由在表面形成有微細的凹凸的金屬制的平板材構(gòu)成，在對該平板材實施沖壓加工來作為后處理后成為熱交換用板，關(guān)于所述凹凸，以由凸部的高度(Pm) X [凹部的寬度(iim) /相鄰的凸部的間距(Pm)]定義的形狀參數(shù)Gl成為85iim以下的方式設(shè)定所述母板材的表面的凹凸。
[0010]另外，本發(fā)明中的熱交換用板的母板材由在表面形成有微細的凹凸的金屬制的平板材構(gòu)成，在對該平板材實施沖壓加工來作為后處理后成為熱交換用板，關(guān)于所述凹凸，以由凸部的高度(ym) X [凹部的寬度(ilm) /相鄰的凸部的間距(Pm) /凸部的角度(deg)]定義的形狀參數(shù)G2成為0.94 ii m / deg以下的方式設(shè)定所述母板材的表面的凹凸。
[0011]發(fā)明效果
[0012]通過使用本發(fā)明的技術(shù)的母板材，能夠在沖壓加工時不產(chǎn)生破裂等的情況下制造熱交換用板。制造出的熱交換用板的傳熱性非常優(yōu)良。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是表示熱交換用板的制造方法的圖。
[0014]圖2是在母板材的表面形成的凸部的配置圖。
[0015]圖3是在母板材的表面形成的凸部的另一配置圖。
[0016]圖4是表不LXRz / P與應力集中率的關(guān)系的圖。
[0017]圖5是用于算出沖壓成形性評分的參考圖。
[0018]圖6是表示在母板材的表面形成的凹凸形狀的尺寸形狀與傳熱效率的關(guān)系以及在母板材的表面形成的凹凸形狀的尺寸形狀與沖壓成形性的優(yōu)良的關(guān)系的圖。
[0019]圖7是表示在母板材的表面形成凹凸形狀的裝置的概況的圖。
[0020]圖8是說明凸部的形狀的說明圖。[0021]圖9是表示凸部的角度n與流體的流動的關(guān)系的圖。
[0022]圖10是表示形狀參數(shù)G2與傳熱性提高率的關(guān)系的圖。
[0023]圖11是表示形狀參數(shù)G2與傳熱性提高率及沖壓成形性的關(guān)系的圖。
[0024]圖12是表示形狀參數(shù)G2與傳熱性提高率及沖壓成形性的關(guān)系的圖。
【具體實施方式】
[0025]以下，基于作為平板材I使用了鈦材的例子進行說明。
[0026]鈦是具有各向異性的材料，材料的各向異性對應力集中部處的板厚的減少、應變梯度等的變形行為產(chǎn)生影響。因此，與沒有各向異性的其他的材料相比，鈦的沖壓成形性等顯著變差。另外，鈦為容易燒傷的材料，若在沖壓時發(fā)生潤滑油的油膜中斷，則容易產(chǎn)生材料的斷裂，或因與沖壓模具或工具的接觸而容易產(chǎn)生損傷，難以操作。因此，利用鈦材的以下的成功例能夠適用于不銹鋼、鋁等其他的金屬材料。
[0027]以下，基于附圖，說明本發(fā)明的實施方式。
[0028][第一實施方式]
[0029]圖1是表示第一實施方式的熱交換用板的制造方法的概念圖。
[0030]首先，如圖1 (a)所示，將作為原材的平板材I形成為規(guī)定的大小。然后，如圖1 (b)所示，通過對平板材I進行沖壓加工，來制作出在平板材I的表面Ia形成有微細的凹凸形狀的板件母板(母板材)。接著，如圖1(c)所示，在表面2a形成有微細的凹凸形狀的板件母板2(母板材)上，通過沖壓成形來形成例如被稱為“人字形(herringbone) ”的高度幾mm?幾cm的多個山形的槽，由此來制造熱交換用板4。
[0031]圖1(a)所示的平板材I為鈦材，其尺寸、板厚考慮作為最終產(chǎn)品的熱交換用板4所期望的尺寸、板厚來決定。對于該平板材I的表面la，使用后述的加工裝置10來形成微細的凹凸形狀(多個凸部5和由凸部5夾著的凹部6)，由此形成板件母板2。形成有凹凸形狀的板件母板2的傳熱性非常好(熱傳遞率非常高)。此外，本發(fā)明的板件母板2為鈦制，因此耐腐蝕性、強度、輕量化等特性比其他金屬優(yōu)良。因而，板件母板2適合于板式熱交換器的板件等需要耐腐蝕性、強度的產(chǎn)品。
[0032]在板件母板2上形成的人字形3是呈骨架形狀的多個山形槽，槽的尺寸中，高度為幾mm?幾cm。該母板2向熱交換器內(nèi)裝入。人字形3等所代表的斜格子形狀即使在熱交換器內(nèi)部的工作流體的流動不均勻的情況下，凹凸相對于來自哪個方向的流動都能夠成為與工作流體正交的壁，從而有助于紊流帶來的傳熱性提高。
[0033]以下，對板件母板2的表面的凹凸形狀的詳細情況進行敘述。
[0034]如圖2(a)所示，在板件母板2的表面2a形成的凸部5在俯視下為大致圓形，該凸部5的直徑D為400 iim以上。凸部5的俯視下的配置為交錯狀。在此,交錯狀的配置(交錯配置)是指在縱向及橫向中的任一方上相鄰的凸部5、5的中心不在一直線上排列的意思。
[0035]具體而言，在板件母板2上，在縱向上相鄰的凸部5、5可以在橫向上錯開半間距。還可以以如下方式配置凸部5:將在橫向上相鄰的凸部5的中心彼此連結(jié)的直線(單點劃線)A與將在縱向上相鄰的凸部5的中心彼此連結(jié)的直線(單點劃線)B所成的角度0為60。。[0036]這樣，通過將凸部5形成為交錯格子排列，由此在熱交換器內(nèi)的工作流體的流動不均勻的情況下，凹凸相對于來自哪個方向的流動都能夠成為與工作流體正交的壁，因此有助于紊流帶來的傳熱性提高。另外，對于鈦等具有各向異性的材料而言，能夠應對各向異性引起的應力集中。
[0037]在縱向或橫向上相鄰的凸部5間的距離L(凹部6的寬度L)優(yōu)選為200 以上。需要說明的是，凹部6的寬度L是在橫向或縱向上相鄰的凸部5彼此的最短距離，能夠通過“凹部6的寬度L=相鄰的凸部5的間距P(凸部5的直徑D / 2)X2”來求得。另外，相鄰的凸部5的間距P是在橫向或縱向上相鄰的最近的凸部5彼此的中心間的距離(處于最短距離的凸部5彼此的中心間距離)。
[0038]圖2(a)所示的凹部6的寬度L在縱向及橫向上都為相同的值。即，在縱向上相鄰的凸部5彼此的距離和在橫向上相鄰的凸部5彼此的距離都為相同的值。優(yōu)選相鄰的凸部5的間距P(凸部5的中心間距離)為600 ii m以上。
[0039]如圖2(b)所示，在板件母板2的表面形成的凸部5由剖視下向上方立起的側(cè)壁I和將該側(cè)壁7的上緣水平地連結(jié)的表壁8構(gòu)成為大致梯形形狀。換言之，在凸部5的頂部設(shè)有平坦部。用十點平均粗糙度Rz表示的凸部5 (側(cè)壁7)的高度(以下，有時表示為高度Rz)為以上，且為板件母板2的板厚t的I / 10 (十分之一)以下。
[0040]使凸部5的高度Rz為該范圍是由于當凹凸形狀相對于板厚過大時，在通過后述的加工裝置10進行的軋制轉(zhuǎn)印時無法確保平坦度(形狀)，無法得到軋制穩(wěn)定性的緣故。并且，還由于在無法確保平坦度的板的情況下，在后續(xù)工序的沖壓成形時產(chǎn)生應力分布，從而在應力高的部位產(chǎn)生破裂。即，在沖壓加工時若凸部5的高度Rz過大，則成為破裂的原因(起點)，且成為損傷的原因。另一方面，若高度Rz過于小(為5i!m以下)，則無法實現(xiàn)傳熱效率的提聞。
[0041]另外，凸部5的俯視形狀不是完全的圓形，也包括扁平率為0.2左右的橢圓形。需要說明的是，關(guān)于凸部5的俯視形狀，除此之外還考慮有方形等各種形狀，但從避免在后續(xù)工序中進行的沖壓加工時的應力集中的觀點出發(fā)，凸部5的俯視形狀優(yōu)選為大致圓形。
`[0042]另外，凸部5的交錯配置狀態(tài)也未限定為圖2的配置狀態(tài)。
[0043]例如圖3所示，還可以以如下方式配置凸部5:將在橫向上相鄰的凸部5的中心彼此連結(jié)的直線(單點劃線)A’與將在縱向上相鄰的凸部5的中心彼此連結(jié)的直線(單點劃線)B’所成的角度0為45°。角度0也可以為其他的角度。
[0044]關(guān)于以上那樣的板件母板2的凹凸形狀，說明成為其根據(jù)的事項。
[0045]本發(fā)明諸
【發(fā)明者】在制造板件母板2時，為了使在板件母板2的表面形成的凸部5的高度Rz、凸部5的個數(shù)(凹部6的寬度L)、相鄰的凸部的間距P成為滿足所期望的要求特性(傳熱特性等)的參數(shù)，而發(fā)現(xiàn)了包含上述參數(shù)的凹凸形狀的形狀參數(shù)Gl “ [凸部5的高度RzX (凹部6的寬度L /相鄰的凸部的間距P]) ”。
[0046]首先，在上述的形狀參數(shù)Gl中，當考慮使凸部5的高度Rz固定且使凹部6的寬度L /相鄰的凸部的間距P(L / P)變化時，如圖4所示，隨著L / P增加而應力集中率存在增加的傾向。即，當凹部6的寬度L過大或凸部的間距P過窄時，應力發(fā)生集中，從而在實施沖壓成形(用于成形人字形等的沖壓加工)時等成為容易發(fā)生破裂的狀況。
[0047]另一方面，在上述的形狀參數(shù)Gl中，當考慮提高凸部5的高度Rz的狀況時，與凹部6的寬度L或相鄰的凸部的間距P同樣，在實施沖壓成形時，產(chǎn)生不均勻的應力分布，從而在應力高的部位可能產(chǎn)生破裂。
[0048]因此，當考慮板件母板2的沖壓成形性時，凸部5的高度Rz或凹部6的寬度L不過大且凸部的間距P不過窄的情況最適合。認為表示上述參數(shù)的形狀參數(shù)Gl存在上限值。
[0049]因此，本發(fā)明諸
【發(fā)明者】通過對形成有各種形狀的凹凸的鈦制的板件母板2進行實驗等，明確了形狀參數(shù)Gl“ [凸部5的高度Rz X (凹部6的寬度L /相鄰的凸部的間距P]) ”與沖壓成形性的關(guān)系。
[0050]在對沖壓加工中的成形性(沖壓成形性)進行評價的評價試驗中，首先，如圖5所示，在板件母板2上成形人字形(槽)3來成形出熱交換用板4。在制作時，首先，預先準備一個與熱交換器使用條件對應的成形用的模具。然后，通過模具，在板件母板2上成形人字形3來制作多張熱交換用板4。多張熱交換用板4以成形高度按每0.1mm不同的條件制作。在制作出的評價用板(熱交換用板4)中，以不產(chǎn)生縮頸的模具的成形界限高度(不產(chǎn)生縮頸的最大的成形高度)作為壓入量來進行評價。
[0051]在上述的評價試驗中，壓入量大的情況可以稱之為難以產(chǎn)生縮頸且沖壓成形性良好，在評價試驗中，壓入量小的情況可以稱之外容易產(chǎn)生縮頸且沖壓成形性差。這樣，在評價試驗中，能夠?qū)﹂_始收縮(縮頸)的成形深度、可耐受成形的應變量進行評價。
[0052]圖6的沖壓成形性的評分是將上述的壓入量標準化而進行表示的評分，本發(fā)明諸
【發(fā)明者】確認了若沖壓成形性的評分為I以上，則能夠防止縮頸的產(chǎn)生，且同時能夠?qū)崿F(xiàn)可靠的沖壓成形。
[0053]如圖6所示，雖然隨著形狀參數(shù)Gl變大而沖壓成形性的評分降低，但是若形狀參數(shù)Gl為85 以下，則能夠使沖壓成形性的評分為I以上。由此，能夠防止縮頸的產(chǎn)生。即，若形狀參數(shù)Gl為85 y m以下，則能夠防止縮頸的產(chǎn)生，因此能夠避免沖壓成形性降低這樣的情況。
[0054]需要說明的是，若形狀參數(shù)Gl為65 y m以下，則能夠進一步防止伴隨凹凸高度的增加的潤滑狀態(tài)的不均勻分布引起的局部面壓的增加或燒傷現(xiàn)象的產(chǎn)生。由此，本發(fā)明諸
【發(fā)明者】通過實驗等確認了在不產(chǎn)生沖壓加工時的故障的情況下能夠可靠地制造熱交換用板4。
[0055]如上所述，若形狀參數(shù)Gl為85 m以下，則能夠避免沖壓成形性降低這樣的情況，但本發(fā)明的板件母板2為構(gòu)成熱交換器的板件的基礎(chǔ)，為進行熱交換的隔壁。因此，在本發(fā)明的板件母板2中，還要求熱傳遞率大(傳熱效率大)。
[0056]因此，當將“未形成凹凸形狀的平板”的傳熱效率作為1.00，來考慮形成有凹凸形狀的板件(熱交換用板)的傳熱效率時，熱交換用板的傳熱效率需要比1.00大。并且，在實際的熱交換器中為了起到顯著的作用，期望傳熱效率為1.05以上。
[0057]在此，考慮傳熱效率與形狀參數(shù)Gl的關(guān)系。例如，通過減小凸部5的高度Rz，或減小凹部6的寬度L，或增大凸部的間距P，由此使形狀參數(shù)Gl從85 m逐漸減小。這樣，當使形狀參數(shù)Gl逐漸減小時，如圖6所示，傳熱效率也逐漸減小，從而傳熱效率接近未形成凹凸的平板。然而，若形狀參數(shù)Gl為4 y m以上，則能夠確保實際的熱交換器所需要的傳熱效率(1.05以上)。
[0058]因此，從傳熱效率的方面來說，在制造板件母板2時，優(yōu)選使形狀參數(shù)Gl為4 ii m以上。進一步優(yōu)選形狀參數(shù)Gl比12 ii m大，更優(yōu)選形狀參數(shù)Gl超過12 ii m且為85 ii m以下。
[0059]另外，越減小凹部6的寬度L，則形狀參數(shù)Gl越變小。若從流過流體時的溫度邊界層的觀點考慮，當凹部6的寬度L過于小時，會導致傳熱性的降低，因此凹部6的寬度L也確保某程度為好。即，認為形狀參數(shù)Gl也需要大某程度。
[0060]這樣，從溫度邊界層與凹部6的寬度L的關(guān)系性來看，形狀參數(shù)Gl即使為85 y m以下，也需要確保某程度。具體而言，如上所述，認為形狀參數(shù)Gl需要為4 以上。使形狀參數(shù)Gl為4iim~85iim內(nèi)的任一個值，且如前所述，使凸部5的高度Rz即十點平均粗糙度Rz為5 以上且(平板材的厚度X0.1) Pm以下，從而必然性地決定(能夠得出)凹部6的寬度L(或者凸部5的間距P)。
[0061]此外，若考慮后續(xù)工序中實施的沖壓作業(yè)中的加工性或防止凸部5的變形，則優(yōu)選板件母板2中的壓接面積比S在圖2(a)的凹凸形狀中滿足式(I)。 [0062]平板材(鈦)的屈服應力O y >沖壓時在凸部上作用的面壓(P / S)…(I)
[0063]在此，Sl=P? P ? tan ( 0 / 180 ? Ji) /4
[0064]S2=3i / 4 ? D ? D / 2
[0065]S=壓接面積比=S2 / SI
[0066]P=沖壓加工時的載荷
[0067]式(I)的SI是圖2中的平面的面積(由圖2所示的直線A及直線B包圍的三角形的面積)。式(2)的S2是圖2中的凸部的面積(在上述的三角形內(nèi)存在的凸部的面積)。
[0068]這樣,通過使用鈦制且在表面形成有形狀參數(shù)Gl為4iim~85lim那樣的凹凸的母板材2，從而能夠在沖壓加工時不產(chǎn)生破裂等的情況下制造構(gòu)成熱交換器的熱交換用板
4。這樣制造的熱交換用板4的熱交換率為1.05以上，傳熱性非常優(yōu)良，且裝入了該熱交換用板4的熱交換器的熱交換效率非常高。
[0069]另外，上述的板件母板2能夠使用圖7所示那樣的加工裝置10來形成。該加工裝置10具備移送輥11、加工輥12、支承輥13。移送輥11用于移送平板材1，從加工輥12觀察時配置在上游側(cè)及下游側(cè)。
[0070]加工輥12是在移送的平板材I的表面上形成微米級(幾U m~幾百ii m)的凹凸的棍。具體而言，加工棍12以在加工后的板件母板2上使形狀參數(shù)Gl成為4 ii m~85 ii m的方式，在平板材I的表面Ia形成凸部5及凹部6。即，以使形狀參數(shù)Gl成為4 y m~85 y m的方式在加工輥12上設(shè)定用于形成凸部5及凹部6的凸部5的高度Rz、凹部6的寬度L、相鄰的凸部的間距P。
[0071]通過蝕刻或電火花毛化，在加工輥12的外周面的整周形成成為凸狀(梯形的凸起)的加工部14。加工部14的高度以使加工后的板件母板2中的凸部5的高度Rz為5 ii m以上且為(平板材的厚度tX0.1) 以下的方式進行設(shè)定。從耐載荷性或耐磨損性的觀點出發(fā)，加工輥12的表面層可以進行鍍Cr或碳化鎢處理。
[0072]在該加工裝置10中，使加工輥12旋轉(zhuǎn)，并同時使在加工輥12上設(shè)置的加工部14向平板材I的表面壓緊，由此能夠在該平板材I的表面上形成與使加工部14顛倒的形狀相同的凸部5及凹部6。即，通過加工裝置10，能夠形成具有凹凸的板件母板2，該凹凸的形狀參數(shù)Gl為4iim~85iim以下,并且高度Rz為5 y m以上且板厚t的10%以下。需要說明的是，凸部5的形成并未限定為上述的加工裝置等的機械加工，也可以為蝕刻處理等化學的處理。
[0073]熱交換用板4通過對本發(fā)明的板件母板2進行沖壓加工來制造，但板件母板2的沖壓加工怎樣都可以，也可以是不形成上述那樣的人字形的沖壓加工。
[0074]另外，關(guān)于在板件母板2上形成的凹凸，形狀參數(shù)Gl成為?85iim以下的范圍只要為該板件母板2的至少一部分即可，優(yōu)選遍及板件母板2的整體。
[0075][第二實施方式]
[0076]與上述第一實施方式通用的部分適當省略，以下，對第二實施方式進行說明。
[0077]以下，對板件母板2的表面的凹凸形狀的詳情進行敘述。
[0078]如圖8所示，在板件母板2的表面2a上形成的凸部5由沿厚度方向(板件母板2的厚度方向)立起的側(cè)壁7和將側(cè)壁7的上端(上緣)連結(jié)的表壁8構(gòu)成。換言之，在凸部5的頂部設(shè)有平坦部。在凸部5為圓柱形狀或圓錐形狀時，側(cè)壁7為一個，但在凸部5為棱柱形狀或棱錐形狀時，側(cè)壁7為多個。
[0079]如圖2(a)所示，在板件母板2的表面2a形成的凸部5在俯視下為大致圓形，其直徑D為400 以上。凸部5的俯視下的配置與實施方式I相同，為交錯狀，另外，相鄰的凸部5的間距P(凸部5的中心間距離，即，表壁8的中心間的距離)優(yōu)選為600 m以上。
[0080]如圖2(b)所不,與第一實施方式相同，在板件母板2的表面形成的凸部5構(gòu)成為大致梯形形狀。由十點平均粗糙度Rz表示的凸部5 (側(cè)壁7)的高度(高度Rz)為5 以上，且為板件母板2的板厚t的I / 10 (十分之一)以下。板件母板2的凸部5的Rz例如為25 ii m左右(若用Ra表示，則為10 y m左右)。
[0081]關(guān)于第二實施方式的板件母板2的凹凸形狀，說明成為其根據(jù)的事項。
[0082]本發(fā)明諸
【發(fā)明者】在制造板件母板2時，為了使在板件母板2的表面形成的凸部5的高度Rz、凸部5的個數(shù)(凹部6的寬度L)、相鄰的凸部的間距P、凸部的角度n成為最適合的參數(shù)，而著眼于包含上述參數(shù)的凹凸形狀的形狀參數(shù)G2 “凸部5的高度Rz X (凹部6的寬度L /相鄰的凸部的間距P]) /凸部的角度H”。
[0083]首先，在上述的形狀參數(shù)G2中，當考慮使凸部5的高度Rz固定且使凹部6的寬度L /相鄰的凸部的間距P(L / P)變化時，如圖4所示，隨著L / P增加而應力集中率存在增加的傾向。即，當凹部6的寬度L過大，或凸部的間距P過窄時，應力發(fā)生集中，從而在實施沖壓成形(用于成形人字形等的沖壓加工)時等成為容易發(fā)生破裂的狀況。
[0084]另一方面，在上述的形狀參數(shù)G2中，當考慮使凸部5的高度Rz變化且提高凸部5的高度Rz的狀況時，與凹部6的寬度L或相鄰的凸部的間距P同樣，在實施沖壓成形時，產(chǎn)生不均勻的應力分布，從而在應力高的部位可能產(chǎn)生破裂。
[0085]因此，當考慮板件母板2的沖壓成形性時，凸部5的高度Rz或凹部6的寬度L不過大且凸部的間距P不過窄的情況最適合，認為表示上述參數(shù)的參數(shù)存在上限值。
[0086]圖6是將使除了上述的凸部的立起角度n之外的參數(shù)“凸部5的高度RzX (凹部6的寬度L /相鄰的凸部的間距P) ”變化時的該參數(shù)與沖壓成形性及傳熱效率的關(guān)系匯集起來的圖。圖6的沖壓成形性的評分是將下述所示的壓入量標準化而表示的評分。
[0087]在此，對沖壓加工中的成形性(沖壓成形性)進行評價的評價試驗與第一實施方式相同，因此省略說明。[0088]如圖6所示，雖然隨著參數(shù)變大而沖壓成形性的評分降低，但是若參數(shù)為85 y m以下，則能夠使沖壓成形性的評分為I以上，能夠防止縮頸的產(chǎn)生且同時實現(xiàn)可靠的沖壓成形。
[0089]如上所述，本發(fā)明的板件母板2為構(gòu)成熱交換器的板件的基礎(chǔ)，為進行熱交換的隔壁。因此，在本發(fā)明的板件母板2中，在實際的熱交換器中為了起到顯著的作用，期望傳熱效率為1.05以上。
[0090]在此，考慮傳熱效率與參數(shù)的關(guān)系。例如，通過減小凸部5的高度Rz，或減小凹部6的寬度L，或增大凸部的間距P，由此使參數(shù)從85 y m逐漸減小。如圖6所示，當使參數(shù)逐漸減小時，傳熱效率也逐漸減小，從而傳熱效率接近未形成凹凸的平板。然而，若參數(shù)為4pm以上，則能夠確保實際的熱交換器所需要的傳熱效率(1.05以上)。因此，從傳熱效率的方面來說，在制造板件母板2時，優(yōu)選使由“凸部5的高度RzX (凹部6的寬度L /相鄰的凸部的間距P) ”表示的參數(shù)為4 ii m以上且85 ii m以下。
[0091]如上所述，通過設(shè)定凸部5的高度Rz、凹部6的寬度L及相鄰的凸部的間距P，從而能夠制造沖壓成形性良好且傳熱性優(yōu)良的板件母板2。
[0092]另外，隔著熱交換用板4而在背面(一側(cè))流過溫度高的流體(高溫流體)，且在表面(為另一側(cè)，且形成有凹凸面的一側(cè))流過溫度低的流體(低溫流體)。在此，關(guān)于低溫流體，既存在從氣體變化成液體的(凝結(jié))情況，也存在保持液體狀態(tài)的情況。無論成為哪種情況，為了提高熱交換用板4的傳熱效率，使低溫流體(液體)側(cè)產(chǎn)生紊流、強制對流都重要。因此，本發(fā)明諸
【發(fā)明者】在制造熱交換用板的母材即板件母板2時，不僅考慮凸部5的高度Rz、凹部6的寬度L、凸部5的間距P，還考慮凸部5的角度n (側(cè)壁7的立起角度n)，來驗證容易引起紊流、強制對流的凸部5的形狀。
[0093]圖9 (a)是示意性表示凸部5的角度n大時的流體的流動的圖，圖9 (b)是示意性表示凸部5的角度n比圖9(a)小時的流體的流動的圖。
[0094]如圖9(a)所示，在凸部的角度H、換言之構(gòu)成凹部6的底壁6a與側(cè)壁7所成的角度n比較大時(側(cè)壁7平緩地立起時)，流體成為容易越過凸部5而難以產(chǎn)生紊流的狀態(tài)。另一方面，如圖9(b)所示，在凸部的角度n比較小時(側(cè)壁7急劇地立起時)，流體容易與凸部5碰撞而容易產(chǎn)生紊流。這樣，凸部5的角度n成為對紊流產(chǎn)生影響而使傳熱性變換的主要原因。即，當凸部5的角度n變大時，存在傳熱性降低的傾向，相反在凸部5的角度n變小時，傳熱性提高。因此，本發(fā)明諸
【發(fā)明者】不僅考慮了凸部5的高度Rz、凹部6的寬度L、凸部5的間距P，還加入了對傳熱性產(chǎn)生影響的凸部5的角度n，來研究更適當?shù)男螤顓?shù)G2。
[0095]S卩，將上述的參數(shù)“凸部5的高度RzX (凹部6的寬度L /相鄰的凸部的間距P) ”除以凸部5的角度n而得到的“凸部5的高度RzX (凹部6的寬度L /相鄰的凸部的間距P) /凸部5的角度n (deg)”作為形狀參數(shù)G2。
[0096]圖10是將形狀參數(shù)G2和傳熱性提高率的關(guān)系匯集起來的圖。
[0097]如圖10所示，觀察使形狀參數(shù)G2增減時的凝結(jié)的傳熱效率的傾向和強制對流的傳熱效率的傾向時，兩者的傾向相同。因此，上述的形狀參數(shù)G2可以稱之為最適合表示凝結(jié)及強制對流的傳熱特性。
[0098]在此，對于能夠更加良好地表示凝結(jié)及強制對流的傳熱特性的形狀參數(shù)G2而言，如上所述，還考慮基本要求特性即沖壓成形性。圖1i是將使包含凸部的立起角度n的形狀參數(shù)G2 “凸部5的高度RzX (凹部6的寬度L /相鄰的凸部的間距P) /凸部5的角度n (deg) ”變化時的該形狀參數(shù)G2與沖壓成形性及傳熱效率的關(guān)系匯集起來的圖。
[0099]如圖11所示，雖然隨著形狀參數(shù)G2增大而沖壓成形性的評分降低，但是若形狀參數(shù)62為0.9411111/ deg以下，則能夠使沖壓成形性的評分為I以上，能夠防止縮頸的產(chǎn)生且能夠?qū)崿F(xiàn)可靠的沖壓成形。即，若還考慮了凝結(jié)及強制對流的形狀參數(shù)為0.94i!m / deg以下，則能夠防止縮頸的產(chǎn)生，且能夠避免沖壓成形性降低這樣的狀況。
[0100]即，若以使由“凸部5的高度RzX (凹部6的寬度L /相鄰的凸部的間距P) ”表示的參數(shù)加上了凸部的角度n后的形狀參數(shù)G2成為0.94 / deg以下的方式形成凹凸，則能夠制造傳熱性非常優(yōu)良且沖壓成形也好的板件母板2。需要說明的是，如通過除了凸部的角度n以外的參數(shù)進行說明的那樣，對形狀參數(shù)G2也考慮了下限值的情況(確保傳熱效率為1.05以上)如圖11所示,需要使形狀參數(shù)G2為0.14ii m / deg以上。優(yōu)選形狀參數(shù)G2為0.16iim / deg以上，進一步優(yōu)選為0.2 y m / deg以上。
[0101]因此，優(yōu)選形狀參數(shù)G2 “凸部5的高度RzX (凹部6的寬度L /相鄰的凸部的間距P) /凸部5的角度n (deg) ”為0.14 ii m / deg以上且0.94 ii m / deg以下。
[0102]另外，在形成凸部5時，若考慮防止變形，則優(yōu)選板件母板2中的壓接面積比S在圖2 (a)的凹凸形狀中滿足式(I)。
[0103]平板材(鈦)的屈服應力oy >沖壓時在凸部上作用的面壓(P / S)…(I)
[0104]在此，Sl=P? P ? tan ( 0 / 180 ? ) /4
[0105]S2=3i / 4 ? D ? D / 2
[0106]S=壓接面積比=S2 / SI
[0107]P=沖壓加工時的載荷
[0108]式(I)的SI是圖2中的平面的面積(由圖2所示的直線A及直線B包圍的三角形的面積)。式(2)的S2是圖2中的凸部的面積(在上述的三角形內(nèi)存在的凸部的面積)。
[0109]這樣,通過使用鈦制且在表面形成有形狀參數(shù)G2為0.14~0.94 ii m / deg那樣的凹凸的母板材2，從而能夠在沖壓加工時不產(chǎn)生破裂等的情況下制造構(gòu)成熱交換器的熱交換用板4。這樣制造的熱交換用板4的傳熱性非常優(yōu)良，能夠作為氣液用的熱交換用板使用，并且還能夠作為液液用的熱交換用板使用。
[0110]另外，上述的板件母板2與第一實施方式相同，能夠使用圖7所示那樣的加工裝置10來形成。以使形狀參數(shù)G2成為0.14~0.94 ii m/deg的方式在加工輥12上設(shè)定用于形成凸部5及凹部6的凸部5的高度Rz、凹部6的寬度L、相鄰的凸部的間距P、凸部的角度
n o
[0111][第三實施方式]
[0112]在上述的第二實施方式中，包含凸部的立起角度n的形狀參數(shù)G2為0.14~
0.94um / deg，但在第三實施方式中，關(guān)于形狀參數(shù)G2，還通過實驗等進行驗證。需要說明的是，關(guān)于與第二實施方式相同的結(jié)構(gòu)，省略說明。
[0113]圖12是將使包含凸部的立起角度n的形狀參數(shù)G2“凸部5的高度RzX (凹部6的寬度L /相鄰的凸部的間距P) /凸部5的角度n (deg)”變化時的該形狀參數(shù)G2與沖壓成形性及傳熱效率的關(guān)系匯集起來的圖。[0114]如圖12所示，雖然隨著形狀參數(shù)G2增大而沖壓成形性的評分降低，但是若形狀參數(shù)62為0.9411111/ deg以下，則能夠使沖壓成形性的評分為I以上，能夠防止縮頸的產(chǎn)生且能夠?qū)崿F(xiàn)可靠的沖壓成形。即，若還考慮了凝結(jié)及強制對流的形狀參數(shù)G2為0.94i!m /deg以下，則能夠防止縮頸的產(chǎn)生，且能夠避免沖壓成形性降低這樣的狀況。即，進行驗證的結(jié)果是，形狀參數(shù)G2的上限值需要為0.94 / deg以下，在第三實施方式中也成為與第二實施方式相同的結(jié)果。
[0115]另外，在各種用途中使用熱交換用板4的情況下，如上所述，需要使傳熱效率為
1.05以上。然而,例如,在將熱交換板4作為氣液用的熱交換用板或液液用的熱交換用板使用的情況下，只要將傳熱效率確保為1.03以上即可。如圖12所示，若使形狀參數(shù)G2為
0.028um / deg以上，則能夠使傳熱效率為1.03以上，因此優(yōu)選形狀參數(shù)G2的下限值為
0.028um / deg。需要說明的是，圖12所示的強制對流的“ ?”和凝結(jié)的“〇”重復而為大致相同的值。
[0116]另外,在制造板件母板2時，以使形狀參數(shù)G2成為0.028~0.94 ii m / deg的方式使用加工裝置10(加工輥12)來形成凹凸即可。關(guān)于制造方法詳情，由于與上述各實施方式相同，因此省略說明。
[0117]另外，關(guān)于在板件母板2上形成的凹凸，形狀參數(shù)G2成為0.14~0.94 iim / deg的范圍只要是該板件母板2的至少一部分即可，優(yōu)選遍及板件母板2的整體。
[0118]以上，對本發(fā)明的各實施方式進行了說明，但本發(fā)明不局限于上述的實施方式，只要在權(quán)利要求書所記載的范圍內(nèi)，就能夠進行各種變更來實施。本申請基于2011年9月16日申請的日本專利申請(特愿2011-203422)、2011年9月16日申請的日本專利申請(特愿2011-203423)、2011年11月10日申請的日本專利申請(特愿2011-246574)及2011年12月27日申請的日本專利申請(特愿2011-284605)，并將其內(nèi)容作為參照而取入于此。
[0119]工業(yè)實用性
[0120]本發(fā)明的熱交換用板的母板材及使用了該母板材的熱交換用板適合作為構(gòu)成熱交換器的板件的母板及使用了該母板的熱交換用板，其中，該熱交換器在溫度差發(fā)電等中使用。
[0121]符號說明:
[0122]1平板材
[0123]1a平板材的表面
[0124]2板件母板(母板材)
[0125]2a板件母板的表面
[0126]3 槽
[0127]4熱交換用板
[0128]5 凸部
[0129]6 凹部
[0130]7 側(cè)壁
[0131]8 表壁
[0132]10加工裝置
[0133]11移送輥[0134]12 加工輥 [0135]13支承輥
【權(quán)利要求】
1.一種熱交換用板的母板材，其是在實施沖壓加工后成為熱交換用板的母板材，其特征在于， 在作為原材的金屬制的平板材的表面形成有微細的凹凸，所述凹凸的由凸部的高度(ym) X [凹部的寬度(iim) /相鄰的凸部的間距(Pm)]定義的形狀參數(shù)Gl為85 y m以下的范圍。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱交換用板的母板材，其特征在于， 以使所述形狀參數(shù)Gl成為4pm以上的方式在所述母板材的表面形成所述凹凸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的熱交換用板的母板材，其特征在于， 所述凸部在俯視下為圓形狀，在平板材的表面上配置成交錯狀。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的熱交換用板的母板材，其特征在于， 所述凸部的高度的十點平均粗糙度Rz為5 以上，且為0.1X平板材的厚度(Pm)以下。
5.一種熱交換用板，其為權(quán)利要求1或2所述的熱交換用板，其特征在于， 所述熱交換用板通過對所述熱交換用板的母板材進行沖壓加工而形成。
6.一種熱交換用板的母板材，其是在實施沖壓加工后成為熱交換用板的母板材，其特征在于， 在作為原材的金屬制的平板材的表面形成有微細的凹凸，所述凹凸的由凸部的高度(!!!^※[凹部的寬度丨!!!!!)/相鄰的凸部的間距(Pm) /凸部的角度(deg)]定義的形狀參數(shù)G2為0.94u m / deg以下的范圍。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的熱交換用板的母板材，其特征在于， 以使所述形狀參數(shù)G2成為0.14um / deg以上的方式在所述母板材的表面形成所述凹凸。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的熱交換用板的母板材，其特征在于， 以使所述形狀參數(shù)G2成為0.028 / deg以上的方式在所述母板材的表面形成所述凹凸。
9.根據(jù)權(quán)利要求6~8中任一項所述的熱交換用板的母板材，其特征在于， 所述凸部的高度的十點平均粗糙度Rz為5 以上，且為0.1X平板材的厚度(Pm)以下。
10.一種熱交換用板，其為權(quán)利要求6~8中任一項所述的熱交換用板,其特征在于， 所述熱交換用板通過對`所述熱交換用板的母板材進行沖壓加工而形成。
【文檔編號】F28F1/12GK103782125SQ201280042807
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2012年9月14日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月16日
【發(fā)明者】藤井康之, 岡本明夫, 逸見義男, 藤田皓久 申請人:株式會社神戶制鋼所