(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部を流通する流体と外部の熱媒体との間で熱授受を行わせるフィン付き伝熱管において、
外表面に、溶射によって形成された多孔質層を有するとともに、この多孔質層によって半径方向での外側に突出した前記フィンが形成されていることを特徴とするフィン付き伝熱管。
【請求項２】
前記多孔質層が、溶射粒子の粒径の互いに相違する複数の層によって形成されていることを特徴とする請求項１に記載のフィン付き伝熱管。
【請求項３】
前記多孔質層が、その厚さ方向に溶射粒子の粒径が連続的に変化している傾斜構造とされていることを特徴とする請求項１に記載のフィン付き伝熱管。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、各種熱交換器の構成機素に用いられる伝熱管に関し、特に外部の熱伝達性を向上させた伝熱管に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
伝熱管の外面における熱伝達性を向上させる手段として、フィンを取り付けて表面積を拡大させることは周知の通りである。また一方で、例えば吸収式冷凍機や吸収式冷温水機等の吸収器の内部に配設される伝熱管では、その外面に流通させた吸収溶液によって蒸発器で発生した冷媒蒸気を吸収するため、吸収溶液に対する撹拌作用や吸収溶液との濡れ性などが要求されている。
【０００３】
これらの条件を満たす伝熱管の一例として、パイプの外面に多数条の細溝（グルーブ）を長手方向に沿って形成するとともに、これらの細溝同士の間のパイプ表面に多数枚の薄いフィンを狭い間隔で設けた構成のものがある。この伝熱管によれば、フィンおよび細溝の表面積の分だけパイプの外面における放熱面積あるいは吸熱面積が増大することは勿論、例えば液体を外面に接触させればフィン同士の間隔および各細溝に生じる毛細管圧力（ポンプ作用）によって、外面の広範囲に亘り液体が撹拌された状態で分散・保持される。その結果、熱・物質伝達が促進される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記構成の伝熱管の細溝やフィンは、平滑管に対して切削加工もしくは転造加工を施すことによって作成されている。
【０００５】
しかしながら、切削加工および転造加工では大規模な設備が必要とされるばかりか、生産性にも劣るため、製造コストが嵩む不都合があった。また、この種の加工方法では、パイプの半径方向に大きな荷重が加えられることから、薄肉のパイプや軟質材のパイプを対象した場合には変形が生じるおそれが多分にあった。
【０００６】
他方、上記従来の伝熱管ではその外面に液体を保持すべく、グルーブなどを形成しているが、グルーブなどで得られる毛細管圧力は低いうえ、フィン同士の間隔を狭く形成したり、細溝を一層細く形成したりしてウィックの実効毛細管半径を小さくするにしてもコストの高騰を招くなどの理由から限度があり、その結果、上記の伝熱管では外面における液体撹拌作用や濡れ性が必ずしも充分でなかった。
【０００７】
この発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、製造コストが安価で、かつ外面における液撹拌作用や液との濡れ性が高い伝熱管を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段およびその作用】
上記の目的を達成するためにこの発明は、内部を流通する流体と外部の熱媒体との間で熱授受を行わせるフィン付き伝熱管において、外表面に、溶射によって形成された多孔質層を有するとともに、この多孔質層によって半径方向での外側に突出した前記フィンが形成されていることを特徴とするものである。
【０００９】
また、請求項２の発明では、前記多孔質層を、溶射粒子の粒径の互いに相違する複数の層によって形成することができる。
【００１０】
さらに、請求項３の発明では、前記多孔質層を、その厚さ方向に溶射粒子の粒径が連続的に変化している傾斜構造とすることができる。
【００１１】
この発明によれば、半径方向での外側に突出したフィンを含む多孔質層の表面積の分だけ放熱もしくは吸熱面積が素管の外表面に対して増大する。また、フィンを含む多孔質層は溶射粒子同士の間に気孔を備えた構造となっているから、大きい毛細管圧力を生じさせるようになっている。したがって、伝熱管の外表面に液体を接触させた場合、その液体はフィンおよび多孔質層に保持されつつ適度に撹拌されて広範囲に分散される。
【００１２】
また、請求項２に記載したように、多孔質層を溶射粒子の粒径の互いに相違する複数の層によって形成すれば、各層ごとに溶射粒子同士の間の気孔の大きさが異なり、すなわち実効毛細管半径が相違するようになるため、多孔質層の厚さ方向での毛細管圧力の大きさに差異が生じる。これが伝熱管の外表面での液保持特性や液拡散特性として表れ、そのため、溶射粒子の粒径を各層ごとに設定すれば、液保持特性や液拡散特性を微調整できる。
【００１３】
さらに、請求項３に記載したように、多孔質層をその厚さ方向に溶射粒子の粒径が連続的に変化している傾斜構造とすれば、厚さ方向での毛細管圧力の差異の分布がよりなだらかになる。したがって、例えば伝熱管の外表面に液体を接触させた場合での、多孔質層の上層から下層側に向けた液体の移行がより速やかになる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の具体例を図面を参照して説明する。ここに示す例はパイプ材の外表面の全域に溶射皮膜を形成するとともに、その溶射皮膜の表面の一部を突出させてフィンを形成した例である。図１において符号１は伝熱管を示している。この伝熱管１の素材となるパイプ材２としては、この具体例では一般的な円形断面の平滑銅管が用いられている。
【００１５】
パイプ材２の外表面の全域には、多孔質層に相当する溶射皮膜３が形成されている。この溶射皮膜３は、溶射粒子４同士の間に気孔を備えた多孔構造となっており、溶射粒子４同士の間の実効毛細管半径が極めて小さいため、大きい毛細管圧力を生じさせるようになっている。また図２に示すように、溶射皮膜３の表面は、パイプ材２の長手方向に等間隔をあけて半径方向での外側に突出しており、これらの突出した箇所はフィン５として作用する。すなわち、各フィン５は溶射皮膜３によって形成されている。したがって、この伝熱管１の外表面は、溶射皮膜３とフィン５とにより凹凸状を成している。
【００１６】
ここで、溶射皮膜３における溶射粒子４の積層状態を例示すると、図３に示すように、パイプ材２の表面に径の大きい溶射粒子４を配置し、更にその上に径の小さい溶射粒子４を重ねた２層構造や、図４に示すようにこれとは逆に、径の小さい溶射粒子４をパイプ材２の表面に配置して、その上に径の大きい溶射粒子４を重ねた構造が挙げられる。
【００１７】
さらには、図５に示すように、パイプ材２の表面側から外側に向けて徐々に径の小さい溶射粒子４を配置させたいわゆる傾斜構造や、これと逆に図６に示すような、最も径の小さい溶射粒子４をパイプ材２の表面に配置させた傾斜構造などが挙げられる。また、特には図示しないが大きさが均等な溶射粒子４を用いた単層構造でも勿論よい。このような粒径の変化は、溶射時に供給する素材の粒径を変更することによって達成される。
【００１８】
なお、パイプ材２の他の例としては、長手方向に沿う複数状の細溝を外面に備えたグルーブ管や縦断面が連続的な波状を形成するコルゲートパイプ、あるいは管の内面に多数の小突起を備えたグルーブ管等が挙げられる。また、溶射材料としては、熱伝導性および耐熱性に優れるものであれば他の金属やセラミックスあるいはそれらを混合したサーメットでもよく、粒径は適宜設定することができる。また、溶射方法としては、プラズマ溶射法やガス溶射法またはフレーム溶射法等の従来知られた方法を採用することができる。
【００１９】
したがって、上記のように構成された伝熱管１では、転造加工や切削加工に必要とされる大規模な設備が不要であるばかりか生産性に優れるから、製造コストが安価なものとなる。またひいては、多量生産に適した伝熱管１とすることができる。さらに、溶射はパイプ材２に対して半径方向に過大な荷重を与える手段ではないから、材質が軟らかく肉厚が薄いパイプ材２を対象にできる利点もある。
【００２０】
さらに、この具体例の伝熱管１によれば、多数枚のフィン５を含む溶射皮膜３の表面積の分だけパイプ材２の外表面における放熱面積あるいは吸熱面積が一般的な平滑管に対して増大する。しかも、溶射皮膜３および各フィン５が大きい毛細管圧力を生じさせる構成であるため、例えば液体を伝熱管１の外面に接触させた場合には、その液体の一部は各フィン５および溶射皮膜３の内部に吸い上げられるとともに、適度に分散される。つまり、伝熱管１の外面と液体とのいわゆる濡れ性が高い。
【００２１】
ここで、伝熱管１と液体との濡れ性は、溶射粒子４の積層状態によって異なり、例えばパイプ材２の表面側に粒径の大きい溶射粒子４を配置した図３に示す２層構造では、溶射皮膜３のうち上層側での実効毛細管半径が下層側に対して大きく形成されているため、液体は上層から下層までは速やかに移行する一方、下層中からパイプ材の表面までは比較的ゆっくりと移行する。また、下層中に形成される気孔が上層に比べて大きいため、液体は大きい面積でパイプ材２と接触する。
【００２２】
これに対して、溶射粒子４の配置を逆にした図４に示す２層構造では、液体は上層から下層に向けて比較的遅く移行する一方、下層中からパイプ材２の表面までは速やかに移行する。また、上層中の気孔が小さいために、液体とパイプ材２との接触面積は図３に示す構造に比べて小さい。
【００２３】
また、パイプ材２の表面側から上層側に向けて徐々に径の小さい溶射粒子４を配置させた図５に示す傾斜構造と、その逆となるように溶射粒子４を配置した図６に示す傾斜構造とでは、図５に示す構造の方がパイプ材２と液体との接触面積が大きい。これは、パイプ材２の表面付近での気孔が大きさの違いによるものである。
【００２４】
ここでさらに、図３および図４に示す２層構造と図５および図６に示す傾斜構造とでは、図５および図６に示す構造の方が溶射皮膜３の中層部分での実効毛細管半径が小さいため、溶射皮膜３の表面側からパイプ材２の外面側への液体の移行がより速やかに行われる。つまり、溶射粒子４の積層状態を設定すれば、伝熱管１の外面での濡れ性を微調整することができる。また、各フィン５によって伝熱管１の外表面（溶射皮膜３の表面）が凹凸状を成しているから、液体が撹拌され易い。そのため、例えばヒートポンプの吸収器に適した伝熱管１とされる。
【００２５】
つぎに、図７および図８を参照してこの発明の他の具体例を説明する。なお、上記第一具体例と同じ部材には同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。パイプ材２の外表面には、溶射皮膜３によって形成された複数のリング状のフィン５がパイプ材２の長手方向での等間隔をあけて設けられている。したがって、図７に示すように、このパイプ材２の外表面にはフィン５を設けた部分と素地面６が露出した部分とが交互に現れている。そのため、この伝熱管１では外表面が半径方向に凹凸状を成している。
【００２６】
ここで、上記した形状のフィン５を形成するにあたっては、例えばパイプ材２の外面のうちフィン５を形成する以外の箇所に予めマスキングを設けた状態で、露出している素地面６に対して溶射を施して所定厚さの溶射皮膜３を形成し、しかる後、マスキングを取り外すとともに、通例にならう洗浄などを行えばよい。
【００２７】
したがって、上記のように構成された伝熱管１によれば、第一の具体例とほぼ同様に液体との濡れ性を向上させることができ、また放熱・吸熱面積を増大させることができるなどの効果を奏するばかりか、露出させた素地面６の面積分だけ第一の具体例に対して使用する溶射材料が減少するため、コストが安価になり、また軽量化されるなどの利点が生じる。
【００２８】
なお、上記の各具体例ではリング状のフィン５を例示したが、この発明は上記具体例に限定されるものではなく、フィン５は、要はパイプ材２の表面に半径方向に突出し、かつ溶射皮膜３からなるものであればよいのであり、したがって、個々の形状や全体としてのレイアウト等は適宜設定することができる。
【００２９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、この発明によれば、内部を流通する流体と外部の熱媒体との間で熱授受を行わせるフィン付き伝熱管において、外表面に、溶射によって形成された半径方向での外側に突出するフィンを含んだ多孔質層を有しているから、切削加工や転造加工により作成していた従来の伝熱管に比べて、製造コストの低廉化を図ることができる。また、パイプ材の外面における液撹拌作用や液との濡れ性を向上させることができる。
【００３０】
また、前記フィンを含む多孔質層を、溶射粒子の粒径の互いに相違する複数の層によって形成すれば、パイプ材の外面での液保持特性や液拡散特性を微調整することができる。
【００３１】
さらに、この発明のフィン付き伝熱管では、多孔質層を、その厚さ方向に溶射粒子の粒径が連続的に変化している傾斜構造とすれば、パイプ材の外面での液保持特性や液拡散特性をより細かく調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明にかかる一具体例を示す概略図である。
【図２】その具体例にかかるフィンおよびパイプ材の表面を示す断面図である。
【図３】パイプ材の表面側に径の大きい溶射粒子が設けられた２層構造のフィンを示す模式図である。
【図４】パイプ材の表面側に径の小さい溶射粒子が設けられた２層構造のフィンを示す模式図である。
【図５】パイプ材の表面から外側に向けて徐々に径の小さい溶射粒子を配置した傾斜構造のフィンを示す模式図である。
【図６】パイプ材の表面から外側に向けて徐々に径の大きい溶射粒子を配置した傾斜構造のフィンを示す模式図である。
【図７】他の具体例を示す概略図である。
【図８】その具体例にかかるフィンおよびパイプ材の表面を示す断面図である。
【符号の説明】
１…伝熱管、  ２…パイプ材、  ３…溶射皮膜、  ４…溶射粒子。
【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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