(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
管材の対象面に、所定形状を成す型の対向面を対向させた状態で、静水圧を付与し、前記対向面の形状を前記対象面に転造する静水圧工程を備え、
前記静水圧工程を高温条件で行う熱間静水圧工程とし、前記管材の対象面を前記型の対向面に倣う形状に変形させ、
前記型はその外周面に所定のフィン構造に対応する凹凸形状を有する柱状部材であって、
前記管材の内側の空間に前記型を軸方向に沿って挿入した状態で、前記静水圧工程を行うことにより、前記管材の内周面に前記凹凸形状に対応するフィンが形成されることを特徴とする伝熱促進管の製造方法。
【請求項２】
前記型は、互いに分割可能な複数の部材を組み合わせて構成され、
前記複数の部材を組み付けた状態で前記静水圧工程が行われた後に、前記複数の部材を互いに分割して引き抜いて除去する除去工程を備えたことを特徴とする請求項１に記載の伝熱促進管の製造方法。
【請求項３】
前記静水圧工程後に、前記型を化学的に減肉又は溶融させて除去する除去工程を備えたことを特徴とする請求項１に記載の伝熱促進管の製造方法。
【請求項４】
前記型の外周面に沿って螺旋状に前記凹凸形状が連続して形成されたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の伝熱促進管の製造方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか記載の伝熱促進管の製造方法で製造されたことを特徴とする伝熱促進管。
【請求項６】
成形対象となる請求項５記載の伝熱促進管の前記管材の内側に配置され、その外面に成形形状に対応する凹凸形状を有する型であって、
前記管材の軸方向に移動可能な中子部と、
前記中子部の周りに配置される分割可能な複数の部材と、を備え、
前記複数の部材は、前記中子部を前記軸方向に引き抜いた後、前記管材の内周面から離間するように前記管材の径方向内側に移動可能に構成されたことを特徴とする、伝熱促進管用型。
【請求項７】
請求項５記載の伝熱促進管と、
前記伝熱促進管の近傍に配される熱交換対象と、を備え、
前記伝熱促進管内の媒体と、前記熱交換対象の間で熱交換を行うことを特徴とする、熱交換器。
【請求項８】
真空容器と、
前記真空容器内に配置されるダイバータと、
前記ダイバータに設けられたプラズマのターゲット部と、を備え、
前記ターゲット部近傍に請求項５記載の伝熱促進管が配置されたことを特徴とする核融合炉。
【請求項９】
イオンの引き出しを行うイオン源と、
中性化を逃れたイオンを回収するビームダンプと、
前記イオン源に設置されたイオン源排気系と、
前記ビームダンプに設置されたビームダンプ排気系と、を備え、
前記ビームダンプに請求項５記載の伝熱促進管が設けられたことを特徴とする中性粒子入射加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、伝熱促進管の製造方法、伝熱促進管用型、伝熱促進管、熱交換器、核融合炉、及び中性粒子入射加熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷凍機や空調機や一般冷却装置に使用する熱交換器の冷却管として、あるいは核融合炉受熱機器やその周辺装置の受熱機器及び熱交換器等に使用される高熱負荷機器の除熱のための冷却管として、表面に所定形状のフィンが形成された伝熱促進管が用いられる（例えば、特許文献１または２参照）。
【０００３】
このような伝熱促進管の製造方法として、例えば表面が平滑な素管である管材を予め用意し、溝形状を形成するための型やダイスを内部に入れて引き抜きながら管内面に転造加工する方法や、機械加工にて内面に溝形状を直接切削加工する方法、さらに溝形状に対応する凹凸が形成された型棒やダイス棒を管内部に挿入しながら転造加工する方法が知られている。管外面への溝形状形成も同様に、管自体が潰れない様に内部に心金を入れ、外面に型を押し当てて溝形状を形成させる方法や切削加工する方法が用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２９６０９６号公報
【特許文献２】特開平５−１４１８９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら上述の技術では以下の問題がある。すなわち、機械加工による切削加工では、特別な機械加工機を用意して単品毎に加工する必要があり、溝形状を形成する際の処理効率が悪いという問題がある。また、例えば除熱性能を高めるためにリード角を小さくする場合には引き抜き時にフィンの崩れが生じやすいという問題が生じる。また、例えば内径の小さい管の内面を長尺サイズの管に対して機械加工する場合には処理の複雑化や処理時間がかかるという問題がある。さらに、型棒やダイス棒の挿入による転造加工では、素管内径の元形状寸法の管理を厳しくする必要があり、フィン形状の完成度が素管の寸法に大きく依存してしまうため、特別に仕上げた素管を用意する必要がありコスト増大の要因となるという問題がある。
【０００６】
このため、容易かつ効率的に製造できる伝熱促進管の製造方法、伝熱促進管用型、伝熱促進管、及び熱交換器が要望される。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一形態に係る伝熱促進管の製造方法は、管材の対象面に、所定形状を成す型の対向面を対向させた状態で、静水圧を付与し、前記対向面の形状を前記対象面に転造する静水圧工程を備え、前記静水圧工程を高温条件で行う熱間静水圧工程とし、前記管材の対象面を前記型の対向面に倣う形状に変形させ、前記型はその外周面に所定のフィン構造に対応する凹凸形状を有する柱状部材であって、前記管材の内側の空間に前記型を軸方向に沿って挿入した状態で、前記静水圧工程を行うことにより、前記管材の内周面に前記凹凸形状に対応するフィンが形成されることを特徴とする。
【０００８】
本発明の他の一形態に係る伝熱促進管は、前記伝熱促進管の製造方法で製造されたことを特徴とする。
【０００９】
本発明の他の一形態に係る伝熱促進管用型は、成形対象となる管材の内側に配置され、の外面に成形形状に対応する凹凸形状を有する型であって、前記管材の軸方向に移動可能な中子部と、前記中子部の周りに配置される分割可能な複数の部材と、を備え、前記複数の部材は、前記中子部を前記軸方向に引き抜いた後、前記管材の内周面から離間するように前記管材の径方向内側に移動可能に構成されたことを特徴とする。
【００１０】
本発明の他の一形態に係る熱交換器は、前記伝熱促進管と、前記伝熱促進管の近傍に配される熱交換対象と、を備え、前記伝熱促進管内の媒体と、前記熱交換対象の間で熱交換を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る伝熱促進管の製造方法、伝熱促進管用型、伝熱促進管、熱交換器、核融合炉、及び中性粒子入射加熱装置によれば、伝熱促進管を容易かつ効率的に製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る伝熱促進管のセット工程の状態を一部切欠して示す側面図。
【図２】同伝熱促進管のセット工程後の状態を示すＡＡ断面図。
【図３】同伝熱促進管の設置工程を示す説明図。
【図４】同伝熱促進管のＨＩＰ処理後の状態を一部切欠して示す側面図。
【図５】同伝熱促進管のＨＩＰ処理後の状態を示すＢＢ断面図。
【図６】同伝熱促進管の除去工程後の状態を一部切欠して示す側面図。
【図７】同伝熱促進管の除去工程後の状態を示すＣＣ断面図。
【図８】同実施形態に係る熱交換器を示す説明図。
【図９】本発明の第２実施形態に係る成形型の構成を一部切欠して示す側面図。
【図１０】同成形型の組み付け状態を示すＤＤ断面図。
【図１１】同成形型の分解状態を示すＤＤ断面図。
【図１２】本発明の第３実施形態に係る伝熱促進管の除去工程の状態を一部切欠して示す側面図。
【図１３】本発明の他の実施形態にかかる成形型の組み付け状態を示す断面図。
【図１４】同成形型の分解状態を示す断面図。
【図１５】本発明の他の実施形態にかかる成形型の組み付け状態を示す断面図。
【図１６】同成形型の分解状態を示す断面図。
【図１７】本発明の他の実施形態にかかる成形型を示す斜視図。
【図１８】本発明の他の実施形態にかかる成形型を示す斜視図。
【図１９】本発明の他の実施形態にかかる熱交換器としての核融合炉を示す説明図。
【図２０】同核融合炉のダイバータを示す説明図。
【図２１】本発明の他の実施形態にかかる熱交換器としての中性粒子入射加熱装置を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態にかかる伝熱促進管１０ａの製造方法、成形型２０、伝熱促進管１０ａ、及び熱交換器４０について、図１乃至図８を参照して説明する。なお、各図において説明のため、適宜、構成を拡大、縮小または省略して概略的に示している。図中矢印Ｘ，Ｙ及びＺはそれぞれ互いに直交する３方向を示す。
【００１４】
ここでは一例として内周面にフィン構造として凹凸形状１１ａを有する伝熱促進管１０ａの製造方法を示す。
【００１５】
伝熱促進管１０ａの製造方法は、管材１０内に伝熱促進管用成形型としての成形型２０（型）をセットするセット工程と、セット後に管材１０をＨＩＰ装置３０内に設置する設置工程と、ＨＩＰ装置３０内にてＨＩＰ処理（熱間静水圧処理）を行い成形型２０の形状を管材１０に転造するＨＩＰ工程（熱間静水圧工程）と、ＨＩＰ処理後に管材１０から成形型２０を除去する除去工程と、を備える。
【００１６】
図１は、セット工程において管材１０内に成形型２０を挿入した状態を示し、管材１０の一部を切欠して示す側面図である。図２はそのＡＡ断面図である。
【００１７】
セット工程において、予め用意した管材１０の内部に成形型２０を挿入する。管材１０は銅材または銅合金からなり、内面及び外面が平滑な円管形状の素管である。管材１０は例えば外径ｄ１：φ１３ｍｍ（公称）、内径ｄ２：φ８ｍｍ（公称）、肉厚ｔ１：２．５ｍｍ、長さｌ１：２ｍ程度に構成されている。
【００１８】
成形型２０は、その外周面２１に螺旋状に連続するねじ形状の山２２及び溝２３を有する凹凸形状２４を成し、例えばステンレス等の管材１０とは異なる材質で構成されている。成形型２０は例えば直径ｄ３：φ８ｍｍ（公称）程度、長さは管材１０と同じｌ１：２ｍ程度の円柱状に構成されている。ここでは、一例として一般用メートルねじのＭ８ねじを想定し、図４に示すように、管軸心ｃ１に直交する管径軸ｒ１に対する螺旋状の山２２及び溝２３の螺旋方向ｈ１の角度で定義されるリード角βが、ｔａｎβ＝Ｐ／（πＤ２）から（Ｐ：ピッチ，Ｄ２：有効径）、β≒３．１６８ｄｅｇ程度となるねじ形状に設定されている。また、成形後の取り外しを容易とするため、凹凸形状２４，１１ａの頂部は、鋭利な形状ではなく、滑らかな曲面状になっている。
【００１９】
図１及び図２に示すように、ＨＩＰ処理前において、管材１０の内径ｄ２は成形型２０の外径ｄ３よりも僅かに大きく設定され、セット工程では成形型２０を図中Ｘ方向に沿う軸方向に移動させながら管材１０内に挿入できるようになっている。
【００２０】
このセット工程の状態では、対象面となる管材１０の内周面１１は、対向面となる成形型２０の外周面２１に対向しており、その間には隙間２５が形成されている。
【００２１】
ついで、成形型２０と管材１０との隙間２５を真空排気した状態で、例えば電子ビーム溶接などの方法で長さ方向（Ｘ方向）両端部を封止し、図３に示すＨＩＰ装置３０に複数本設置する。
【００２２】
図３に示すＨＩＰ装置３０は、所定の径を有する有底円筒形状のＨＩＰ容器３１と、管材１０を保持する保持部３２と、ＨＩＰ容器３１を密閉する蓋材３３と、ＨＩＰ処理を行うＨＩＰ手段３４と、を備えている。
【００２３】
ＨＩＰ容器３１内に複数本の管材１０を直立状態で設置し、保持部３２にて保持する。設置後、蓋材３３を閉めてＨＩＰ容器３１内を密閉する。さらに、ＨＩＰ手段３４にて、ＨＩＰ容器３１内にＡｒ等の不活性ガスを充填させるとともに、所定の温度に保持して、静水圧を付与する、ＨＩＰ処理を行う。
【００２４】
ここで、ＨＩＰ処理条件は、管材１０の対象面である内周面１１が成形型２０の対向面である外周面２１に倣って変形しつつも、外周面２１に対して接着されないような条件に設定する。例えば、管材１０の材質が銅で、成形型２０の材質がステンレスである場合には、銅とステンレスのＨＩＰ処理における接着条件に到達しないように設定する。一例として、銅とステンレスのＨＩＰ処理接着条件が圧力：１００ＭＰａ、温度：８５０〜９００度、処理時間：２時間とした場合には、このＨＩＰ処理接着条件から外れる条件でＨＩＰ処理を行う。
【００２５】
図４はＨＩＰ処理後の素管及び成形型２０を一部切欠して示す側面図であり、図５はそのＢＢ断面図である。図４及び図５に示すように、このＨＩＰ処理によって、管材１０が、成形型２０に接着されることなく、成形型２０の形状に倣う形状となるように変形し、隙間２５が埋まる。以上により、管材１０の内周面１１に、成形型２０の外周面２１の形状が転造される。すなわち、成形型２０の螺旋状の山２２に対応して管材１０に螺旋状の溝１３が形成され、成形型２０の螺旋状の溝２３に対応して管材１０に螺旋状の山１２が形成され、内周面１１にスパイラルフィン（フィン構造）を構成する螺旋状の凹凸形状１１ａが形成される。
【００２６】
さらに、ＨＩＰ処理後に成形型２０を管材１０から引き抜き除去することにより、図６及び図７に示すように、所望の形状の凹凸形状１１ａが成形された伝熱促進管１０ａが完成する。
【００２７】
以上の製造方法にて製造された伝熱促進管１０ａは、例えば図８に示すような熱交換器４０に用いられる。熱交換器４０は、熱交換対象としての容器４１と、容器４１に設置された伝熱促進管１０ａとを備えて構成されている。そして、この容器４１内において伝熱促進管１０ａの外側を流れる第１の流体（媒体）４２と、伝熱促進管１０ａの内側を流れる第２の流体（媒体）４３とが熱交換するシステムとなっている。
【００２８】
本実施形態に係る伝熱促進管１０ａの製造方法、伝熱促進管用成形型２０、伝熱促進管１０ａ、及び熱交換器４０によれば、ＨＩＰ処理により成形型２０の形状を管材１０に転造するため、容易かつ効率的に伝熱促進管１０ａを製造することが出来る。
【００２９】
すなわち、ＨＩＰ処理により転造するため、スパイラルフィンのリード角を小さく設定することが容易であり、除熱性能を向上できる。また小径長尺サイズの管材にも内面にスパイラルフィンを形成させることができ、任意のサイズの伝熱促進管１０ａを容易に製造することができる。このため利用範囲の拡大に繋がる。
【００３０】
管材１０の内面を成形型２０に沿うように変形させるので、スパイラルフィンの完成度が元素管である管材１０の寸法に影響受けることがなく、利用できる管材１０の条件が緩和できるとともに、伝熱促進管１０ａの信頼性を向上させることが可能となる。また、製造過程での歩留まりが向上し、安定した品質の製品を安価で大量生産することが可能となる。
【００３１】
ＨＩＰ容器３１に複数本の管材１０を設置して同時にＨＩＰ処理できるため、安定した品質の製品を安価で大量生産することが可能となる。
【００３２】
また成形型２０の形状を予め自由に設定し、その型に合わせて所望の形状を管材１０の内面に転造できるため、形状を任意に決定することができ、機能や目的に応じた伝熱促進管１０ａを製作することが可能となる。
【００３３】
［第２実施形態］
次に本発明の第２実施形態に係る伝熱促進管１０ａの製造方法について図９乃至図１１を参照して説明する。本実施形態は、成形型２０の構成及び除去工程以外については上記第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。
【００３４】
図９は成形型２０の構成を一部切欠して示す側面図であり、図１０はそのＤＤ断面図である。図１１は成形型２０の分割状態を示す断面図である。
【００３５】
成形型２０は、成形対象となる管材１０の内側に配置され、その外周面２１に成形形状に対応する凹凸形状２４が形成された伝熱促進管用成形型である。ここではねじ山２２及びねじ溝２３が螺旋状に連続して形成されている。
【００３６】
図１０に示すように、成形型２０は、中央部分に配置され管材１０の軸方向に移動可能な中子部５１と、中子部５１の周りを囲む第１部材５２〜第５部材５６と、を備えて構成されている。
【００３７】
中子部５１は円柱状の芯部５１ａと芯部５１ａから径方向に突出する凸部５１ｂとを一体に有し、軸方向に一様に構成されている。これらの中子部５１及び第１部材５２〜第５部材５６は、互いに組み付け可能かつ分割可能になっている。
【００３８】
図９及び図１０に示す組み付け状態において、第１部材５２は凸部５１ｂの外側に配置され、第２部材５３〜第５部材５６はそれぞれ芯部５１ａの周囲を囲むように接触して組み付いている。図１１に示す第１部材５２〜第５部材５６の円弧面５２ａ〜５６ａが組み付け状態において相まって成形型２０の外周面２１を形成し、それぞれの円弧面５２ａ〜５６ａに形成される溝形状が螺旋状に連続するように配置されている。この円弧面５２ａ〜５６ａ以外の内側の壁５２ｂ〜５６ｂはいずれも軸方向に延びている。
【００３９】
中子部５１は軸方向に一様に形成され、軸方向に引き抜き可能に構成されている。また第１部材５２〜第５部材５６は中子部５１を引き抜いた後に、管材１０の内周面から離間するように管材１０の径方向内側に移動可能になっている。さらに内側の壁５２ｂ〜５６ｂが軸方向に延びているため、円弧面５２ａ〜５６ａを管材１０の内周面を離間させた状態で第１部材５２〜第５部材５６もそれぞれ軸方向に引き抜き可能である。
【００４０】
本実施形態に係る伝熱促進管１０ａの製造方法では、セット工程において、分割構造の成形型２０を予め組みつけて一体化して、管材１０内に挿入する。その後、第１実施形態と同様に設置工程、ＨＩＰ処理工程を行う。ＨＩＰ処理後において、成形型２０と伝熱促進管１０ａとは、凹凸形状１１ａと凹凸形状２４とが互いに嵌合して隙間なく密着している。このため、この状態では成形型２０を軸方向に移動させることはできない。
【００４１】
本実施形態では、除去工程において複数の部材５１〜５６を互いに分割して軸方向に引き抜いて除去する。すなわち、ＨＩＰ処理後の除去工程において、まず中央の中子部５１を軸方向に移動して引き抜く。その後、第１部材５２を中子部５１が配置されていた空間の方に内側にずらして管材１０の内周面１１から離間させる。そうすると管材１０の内周面１１に成形により形成された凹凸形状１１ａと成形型２０の外周面２１に設けられた凹凸形状２４とが互いに離間するので、軸方向の移動を邪魔することがなくなる。
【００４２】
したがって、第１部材５２を軸方向にスムーズに引き抜くことが出来る。さらに、残りの複数の第２部材５３〜第５部材５６も同様に内側にずらして管材１０の内周面１１から離間させてから軸方向に引き抜くことにより、容易に成形型２０の除去を行うことができる。
【００４３】
本実施形態に係る伝熱促進管１０ａの製造方法及び伝熱促進管用成形型によれば、以下のような効果が得られる。すなわち、分割構造の成形型２０を用いることによって、ＨＩＰ処理後の成形型２０の取り外しの際に、成形型２０自体を分解してから取り外すことにより、成形型２０を伝熱促進管１０ａ内部から容易に取り外すことが可能である。
【００４４】
例えば成形型２０を回転させながら螺旋状の溝に沿って移動させて伝熱促進管１０ａから取り外す場合には成形誤差などにより取り外し時に溝形状を損傷させてしまう可能性があり、また引き抜きに長時間を要し、特に長尺の場合には引抜き困難となるという問題がある。また、凹凸形状が軸方向に連続しておらず周方向の複数の溝が独立した形状である場合等には、引き抜きは不可能である。本実施形態では成形型２０を分割して管材１０を離間させられるため、軸方向の移動を可能とし、容易かつ迅速な引き抜きが可能となる。また、ＨＩＰ転造後に形成された伝熱促進管１０ａの溝形状を損傷させることもない。このため、製造後の伝熱促進管１０ａの品質及び信頼性も向上し、安定した形状の伝熱促進管１０ａを安価で大量生産することが可能となる。さらに、取り外した成形型２０は再び組み立てて一体化して繰り返し利用できるので、製作コストの低減に繋がる。
【００４５】
［第３実施形態］
次に本発明の第３実施形態に係る伝熱促進管１０ａの製造方法について図１２を参照して説明する。本実施形態は、除去工程以外については上記第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。図１２は本実施形態にかかる伝熱促進管１０ａのＨＩＰ処理後の状態を一部切欠して示す側面図である。
【００４６】
本実施形態にかかる伝熱促進管１０ａの製造方法においては、除去工程として、エッチング処理により成形型２０のみを化学的に減肉又は溶融させて除去する。ここでは、管材１０は銅で構成され、成形型２０はステンレスで構成されているため、ステンレスのみを腐食させるエッチング剤６０を用いてエッチング処理を行う。
【００４７】
すなわち、ＨＩＰ処理後の状態において、図１２に示すように材質の異なる成形型２０と管材１０とは、溝形状部分において互いに隙間無く密着しているため、このままでは容易に成形型２０を除去することが困難であるが、エッチング剤６０を導入することにより、ステンレス製の成形型２０のみを化学的に減肉又は溶融させることにより、容易に除去することができる。
【００４８】
本実施形態によれば、製品である伝熱促進管１０ａに損傷を与えることなく成形型２０を除去できるため、製作後の伝熱促進管１０ａの品質及び信頼性も向上し、安定した形状の伝熱促進管１０ａを安価で大量生産することが可能となる。
【００４９】
また、例えばＨＩＰ条件を誤って設定してしまって、管材１０と成形型２０とが接合してしまった場合であっても、双方は材質が異なるため、成形型２０のみ腐食させる化学的薬品やエッチング方法等を用いることにより、製品である伝熱促進管１０ａに損傷を与えることなく成形型２０を取り外すことが可能となる。
【００５０】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。
【００５１】
例えば、上記第２実施形態においては中子部５１の芯部５１ａの一方側のみに凸部５１ｂ及び第１部材５２ａが形成される場合を例示したがこれに限られるものではない。例えば図１３及び図１４に示すように、芯部５１ａの両側に凸部５１ｂ及び第１部材５２ａが形成される構成であっても、図１５及び図１６に示すように４箇所に凸部５１ｂ及び第１部材５２ａが形成される構成であっても、上記第２実施形態と同様の効果を奏する。また、リード角βについても、上記実施形態に限られるものではなく、ねじサイズや適用規格によって、大きさは適宜変更可能である。
【００５２】
上記実施形態においては、管材１０の内周面１１フィン構造となる凹凸形状１１ａを転造する場合について例示したが、これに限られるものではなく、管材１０の外周面に凹凸形状を転造する場合にも本発明を適用できる。
【００５３】
また、伝熱促進管１０ａに形成するフィンの形状は上記実施形態に限られるものではない。すなわち、上記実施形態においては螺旋状に凹凸形状が連続するねじ形状とした場合を示したが、例えばこの他に、図１７に示す成形型１２０を用いて軸方向に沿う凹凸形状が形成される構成に適用しても、図１８に示す成形型１３０を用いて周方向に沿う複数の凹凸形状が独立して軸方向に並列配置される構成に適用しても、上記実施形態と同様の効果を奏する。
【００５４】
また、上記第１実施形態においては、伝熱促進管１０ａの適用対象となる熱交換器４０として一般的な冷却装置を例示したが、これに限られるものではなく、様々な装置に適用することが出来る。例えば、図１９及び図２０に示す核融合機器等にも本発明の伝熱促進管１０ａを適用可能である。
【００５５】
図１９は核融合炉１００を示す断面図であり、図２０はダイバータのターゲット部を示す斜視図である。図１９に示す核融合炉１００において真空容器１０１はトーラス形状で構成されており、その真空容器１０１内にプラズマ１０２を閉じ込め核融合反応を起こさせる。真空容器１０１内に各種炉内機器が配置され、特に核融合反応後に生ずるＨｅなどを容器１０１外へ排気するためにダイバータ１０３が配置される。ダイバータ１０３には高エネルギーのＨｅなどが磁場で導かれ、ターゲット１０４にあたり熱エネルギーへ変換される。熱交換対象としてのターゲット１０４の熱負荷は例えば２０ＭＷ／ｍ２もの高いものであり、通常は強制冷却方式が採用される。ターゲット１０４には冷却管１０５が設けられており、この冷却管１０５として本発明の伝熱促進管１０ａを適用可能である。すなわち、ターゲット１０４と伝熱促進管１０ａ内を流れる媒体との間で熱交換が行われる。
【００５６】
また他の実施形態として、例えば図２１に示すような中性粒子入射加熱装置２００にも伝熱促進管１０ａを適用できる。中性粒子入射加熱装置２００は、核融合装置にプラズマ追加熱機器として取り付けられ、イオンの引き出しを行うイオン源２０１と、中性化を逃れたイオンを回収するビームダンプ２０２と、イオン源２０１に設置されたイオン源排気系２０３と、ビームダンプ２０２に設置されたビームダンプ排気系２０４と、を備えている。この中性粒子入射加熱装置２００において、中性化セルで中性化されずに残った高エネルギー水素イオンなどが、偏向電磁石の磁場により軌道を曲げられ、ビームダンプ２０２へダンプする。熱負荷は例えば１０−２０ＭＷ／ｍ２もの高いものであり、同様に強制冷却方式で冷却されることになる。熱交換対象としてのビームダンプ２０２は、冷却配管一本一本が整然と並べられているものがあり、それらの冷却配管として本発明の伝熱促進管１０ａを適用することができる。すなわち、ビームダンプ２０２と伝熱促進管１０ａ内を流れる媒体との間で熱交換が行われる。
【００５７】
これらの核融合炉受熱機器をはじめとする高熱負荷機器では高い熱負荷を受けるが、本実施形態では伝熱促進管１０ａのリード角を小さくでき、高い除熱性能確保できるので、これらの高熱負荷機器にも対応できる。
【００５８】
また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］  管材の対象面に、所定形状を成す型の対向面を対向させた状態で、静水圧を付与し、前記対向面の形状を前記対象面に転造する静水圧工程を備えたことを特徴とする伝熱促進管の製造方法。
［２］  前記静水圧工程を高温条件で行う熱間静水圧工程とし、前記管材の対象面を前記型の対向面に倣う形状に変形させることを特徴とする［１］記載の伝熱促進管の製造方法。
［３］  前記型はその外周面に所定のフィン構造に対応する凹凸形状を有する柱状部材であって、
前記管材の内側の空間に前記型を軸方向に沿って挿入した状態で、前記静水圧工程を行うことにより、前記管材の内周面に前記凹凸形状に対応するフィンが形成されることを特徴とする［１］または［２］記載の伝熱促進管の製造方法。
［４］  前記型は、互いに分割可能な複数の部材を組み合わせて構成され、
前記複数の部材を組み付けた状態で前記静水圧工程が行われた後に、前記複数の部材を互いに分割して引き抜いて除去する除去工程を備えたことを特徴とする［１］乃至［３］のいずれか記載の伝熱促進管の製造方法。
［５］  前記静水圧工程後に、前記型を化学的に減肉又は溶融させて除去する除去工程を備えたことを特徴とする［１］乃至［３］のいずれか記載の伝熱促進管の製造方法。
［６］  前記型の外周面に沿って螺旋状に前記凹凸形状が連続して形成されたことを特徴とする［１］乃至［５］のいずれか記載の伝熱促進管の製造方法。
［７］  ［１］乃至［６］のいずれか記載の伝熱促進管の製造方法で製造されたことを特徴とする伝熱促進管。
［８］  成形対象となる管材の内側に配置され、その外面に成形形状に対応する凹凸形状を有する型であって、
前記管材の軸方向に移動可能な中子部と、
前記中子部の周りに配置される分割可能な複数の部材と、を備え、
前記複数の部材は、前記中子部を前記軸方向に引き抜いた後、前記管材の内周面から離間するように前記管材の径方向内側に移動可能に構成されたことを特徴とする、伝熱促進管用型。
［９］  ［７］記載の伝熱促進管と、
前記伝熱促進管の近傍に配される熱交換対象と、を備え、
前記伝熱促進管内の媒体と、前記熱交換対象の間で熱交換を行うことを特徴とする、熱交換器。
［１０］  真空容器と、
前記真空容器内に配置されるダイバータと、
前記ダイバータに設けられたプラズマのターゲット部と、を備え、
前記ターゲット部近傍に［７］記載の伝熱促進管が配置されたことを特徴とする核融合炉。
［１１］  イオンの引き出しを行うイオン源と、
中性化を逃れたイオンを回収するビームダンプと、
前記イオン源に設置されたイオン源排気系と、
前記ビームダンプに設置されたビームダンプ排気系と、を備え、
前記ビームダンプに［７］記載の伝熱促進管が設けられたことを特徴とする中性粒子入射加熱装置。
【符号の説明】
【００５９】
１０ａ…伝熱促進管、１０…管材、１１…内周面、１１ａ…凹凸形状、
１２…山、１３…溝、２０，１２０，１３０…成形型、２１…外周面、２２…山、
２３…溝、２４…凹凸形状、２５…隙間、３０…ＨＩＰ装置、３１…ＨＩＰ容器、
３２…保持部、３３…蓋材、３４…ＨＩＰ手段、４０…熱交換器、
４１…容器（熱交換対象）、５１…中子部、５１ａ…芯部、５１ｂ…凸部、
５２…第１部材、５３…第２部材、５４…第３部材、５５…第４部材、５６…第５部材、５２ａ〜５６ａ…円弧面、５２ｂ〜５６ｂ…壁、６０…エッチング剤。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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