(57)【要約】本発明は、改良された熱伝達管、そのような熱伝達管の改良された形成方法及び改良された使用方法を開示する。本発明は、少なくとも一つの二重空洞核沸騰部位（５５）を提供する、冷却剤蒸発器用の沸騰管（１０）を開示する。本発明はさらに、少なくとも一つのこのような沸騰管を含む改良された冷却剤蒸発器及びこのような沸騰管の製造方法を開示する。
2005523414.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却剤蒸発器における使用に好適な熱伝達管であって、
外面を備え、該外面が、複数の放射状に延在する螺旋状のフィンを、隣り合うフィンの間に延在するチャネルと共に備え、該フィンは溝が付けられて切り欠きを画成し、
少なくとも一つの核沸騰孔が切り欠きとチャネルの交点に形成され、
隣り合うフィンが隣接する核沸騰孔の間に延在するチャネルを形成するように、該フィンに切り欠きが入れられ且つ湾曲されており、それゆえに該核沸騰孔が主核沸騰空洞を画成し、該フィンがさらに湾曲されて副核沸騰空洞を画成している熱伝達管。
【請求項２】
冷却剤と、リフレッシュされる冷媒に接触するための内面とを接触させるための熱伝達管の製造方法であって、
（ａ）複数の螺旋状の隆起を管の内側に形成することと、
（ｂ）複数の放射状に外側に向かって延在するフィンを管の外面に形成することと、
（ｃ）第１の方向に複数の第１の切り欠きを形成すること及び複数の第２の切り欠きを第２の方向に形成することによって該フィンに切り欠きを入れて、主核沸騰空洞を設けることと、
（ｄ）該フィンを湾曲して、該主核沸騰空洞と連通する第２の主核沸騰空洞を設けることを含み、
上記プロセスにより核沸騰孔が該切り欠きの交点に画成され、該核沸騰孔が主空洞と副空洞とを有する熱伝達管の製造方法。
【請求項３】
改良された冷却剤蒸発器であって、
外郭と、
該外郭内に含まれる冷却剤と、
該外郭に含まれ、該冷却剤中に浸された少なくとも一つの熱伝達管であって、主空洞と副空洞とを画成する少なくとも一つの核沸騰孔を含む少なくとも一つの熱伝達管とを備える冷却剤蒸発器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して熱伝達管、その形成方法及び使用方法に関する。より具体的には、本発明は改良された沸騰管、その製造方法及びその沸騰管を改良された冷却剤蒸発器または冷却器において使用する方法に関する。
【０００２】
関連出願
本出願は２００２年４月１９日提出の米国仮出願第６０／３７４１７１号の利益を主張するものである。
【背景技術】
【０００３】
産業用のエアコンディショナ及び冷却システムの構成装置は冷却剤蒸発器または冷却器である。簡単に言えば、冷却器は装置に入る冷媒から熱を取り除き、リフレッシュされた冷媒をエアコンディショニングまたは冷却システムに配送して、建物、装置または所定の区域の冷却をもたらす。冷却剤蒸発器または冷却器は、液体冷却剤または他の作動流体を用いてこの課題を達成する。冷却剤蒸発器または冷却器は、水（または他の液体）などの冷媒の温度を、エアコンディショニングまたは冷却システムによる使用のために周囲条件から得られるであろう温度よりも下げる。
【０００４】
冷却器の一つの種類に浸水冷却器（flooded chiller）がある。浸水冷却器の用途において、複数の熱伝達管は二相沸騰冷却剤のプールに完全に浸っている。冷却剤は、多くの場合、特定の沸点を有する塩素化−フッ素化炭化水素（すなわち「フレオン」）である。冷媒は、多くの場合水であり、冷却器により処理される。冷媒は蒸発器に入り、沸騰液体冷却剤に浸った複数の管に配送される。その結果、このような管は一般的に「沸騰管」として知られている。複数の管を通過する冷媒は、その熱を沸騰冷却剤に渡すときに冷却される。沸騰冷却剤からの蒸気はコンプレッサに配送され、コンプレッサは蒸気をより高圧及び高温に圧縮する。高圧高温の蒸気は次いでコンデンサへと送られ、コンデンサにおいて蒸気は、最終的には膨張装置を通じて蒸発器に戻されてその圧力と温度を下げるために、凝縮される。当業者は、上記のことがよく知られた冷却サイクルと一致して起こることを理解するであろう。
【０００５】
冷却剤に浸った沸騰管の熱伝達性能は、管の外面上にフィンを形成することにより向上できることが知られている。また、沸騰管の熱伝達能力は、冷媒と接する管内表面を改良することにより向上することが知られている。そのような管内表面の改良の一例はウィザーズ・ジュニア（Withers, Jr.）らの米国特許第３，８４７，２１２号に示されており、この米国特許は管内表面に隆起を形成することを教示している。
【０００６】
さらに、熱伝達能力をさらに向上するためにフィンが改良可能であることが知られている。例えば、幾つかの沸騰管は核沸騰管と称されるようになっている。核沸騰管の外面は、そこで冷却剤の小さな蒸気の気泡を形成させる開口部を備える多数の空洞または孔（しばしば沸騰または核部位と称される）を生成するように形成される。蒸気の気泡は核部位の基部または谷部（base or root）において生じ且つ管の外面から離脱するまで大きく成長する傾向がある。気泡が離脱するときにさらなる液体冷却剤が空いた空間を占拠し、このプロセスが繰り返されて蒸気の別の気泡が生じる。このようにして、液体冷却剤は、金属管の外表面上に設けられた複数の核沸騰部位にて沸騰されまたは蒸発される。
【０００７】
カニンガム（Cunningham）らの米国特許第４，６６０，６３０号は、管の外面上のフィンに切り欠きを入れまたはフィンに溝を付けることにより形成された核沸騰空洞または核沸騰孔を示している。切り欠きは、フィンの面に実質的に垂直な方向に形成される。管の内面は螺旋状の隆起を含む。この特許はまた、表面の開口部よりも大きい幅を有する核沸騰空洞（またはチャネル）が形成されるように、フィンの先端を変形させる交差溝を形成する操作を開示している。この構造により、蒸気の気泡は空洞を通じて、表面のより狭い開口部に向かい、そしてそこを通って外側に出ることができ、これによりさらに熱伝達性が向上する。カニンガムらの特許に従い、さまざまな管がウォルベリン  チューブ，インコーポレイテッド（Wolverine Tube, Inc.）により製造され、商標ＴＵＲＢＯ−Ｂ（登録商標）の下で市場に出されてきた。商標ＴＵＲＢＯ−ＢＩＩ（登録商標）の下に市場に出された他の核沸騰管において、切り欠きはフィンの面に対して鋭角にて形成されている。
【０００８】
幾つかの熱伝達管において、フィンは形成された後で、フィンの谷部及び隣り合うフィンの組の側部により画成されるより大きい空洞またはチャネルの上に重なる狭い隙間を生成するように、フィンは巻かれ及び／または平坦にされる。例として以下の米国特許、すなわちカニンガム（Cunningham）らの米国特許第４，６６０，６３０号、ゾーラー（Zohler）の米国特許第４，７６５，０５８号、ゾーラー（Zohler）の米国特許第５，０５４，５４８号、ニシザワ（Nishizawa）らの米国特許第５，１８６，２５２号、チャン（Chiang）らの米国特許第５，３３３，６８２号の管が含まれる。
【０００９】
核沸騰孔の密度及び大きさを制御することは、先行技術において認識されてきた。さらに、孔の大きさと冷却剤の種類の相互関係もまた先行技術において認識されてきた。例えば、ゾーラー（Zohler）の米国特許第５，１４６，９７９号は、大きさが０．０００２２０平方インチから０．０００４４０平方インチの範囲の核沸騰孔（孔の総面積は外面の総面積の１４％から２８％である）を有する管を用いることにより性能を向上することを目的としている。別の例において、ソース（Thors）らの米国特許第５，６９７，４３０号は、複数の放射状に外側に向かって延在する螺旋状のフィンを有する熱伝達管を開示している。管の内面は複数の螺旋状の隆起を有する。外面のフィンは切り欠きを入れられて、孔を有する核沸騰部位をもたらしている。フィンと切り欠きは離間されて、０．００００９平方インチ未満の平均面積と、管の外面の面積の平方インチあたり少なくとも２，０００の孔密度とを有する孔を備えている。内面上の螺旋状の隆起は、所定の隆起高さとピッチを有し、所定の螺旋角度で配置されている。この特許の発明に従って製造された管は商標ＴＵＲＢＯ  ＢＩＩＩ（登録商標）の下で提供され販売されてきた。
【００１０】
当業界は、熱伝達及び冷却性能を向上する新規且つ改良された設計を探求し続けている。例えば、米国特許第５，３３３，６８２号は、管の外面の増大した面積と、核沸騰を促進するための核部位としての再入空洞との両方を設けるように構成された外面を有する熱伝達管を開示している。同様に、米国特許第６，１６７，９５０号は、コンデンサにおいて使用される熱伝達管であって、フィンからの冷却剤の排水を促進するように構成された、切り欠き及びフィン付き表面を有する熱伝達管を開示している。この分野におけるこのような開発に示されるように、目標は依然として、製造コスト及び冷凍システム操作コストを最小限のレベルに保ちながら、核沸騰管の熱伝達性能を増大させることである。これらの目標は、より効率的な管及び冷却器の設計と、そのような管の製造方法を含む。そのような目標に呼応し、本発明は概して熱交換管の性能の改良に関し、特には浸水冷却器または流下膜式用途（boiling or falling film application）に用いられる熱交換管の性能の改良に関する。
【発明の開示】
【００１１】
本発明は、改良された核沸騰空洞を形成及び提供して管の熱交換能力を増大させることによって、従来の熱交換管及び冷却剤蒸発器を改良して、その結果、このような管を一つまたはそれ以上含む冷却器の性能を増大させる。本発明の好ましい具体例は少なくとも一つの二重空洞の沸騰空洞または沸騰孔を有する管を備えまたは含むことが理解されるであろう。ここに開示された管は高圧冷却剤を用いる沸騰用途の使用に特に効果的であるが、これらの管は低圧冷却剤と共にも用いられ得る。
【００１２】
本発明は改良された熱伝達管を備える。本発明の改良された熱伝達管は、管の外面が沸騰液体冷却剤と接する沸騰または流下膜蒸発用途に好適である。好ましい具体例において、複数の放射状に外側に向かって延在する螺旋状のフィンが管の外面に形成される。フィンは切り欠きを入れられ、その先端が湾曲して核沸騰空洞を形成する。フィンの谷部に切り欠きを入れて核沸騰空洞の容積または寸法を増大し得る。フィンの上面は湾曲され且つ巻かれて第２の孔空洞を形成する。得られる形状は、改良された蒸気泡の生成のための二重空洞孔またはチャネルを画成する。管の内部表面もまた、管の中を流れる冷媒と管が浸され得る冷却剤との間の熱交換をさらに助長するために、管の内部表面に沿って螺旋状の隆起を設けることなどにより改良され得る。もちろん、本発明はいずれかの特定の内面の改良によって限定されない。
【００１３】
本発明はさらに、改良された熱伝達管を形成する方法を備える。本発明の方法の好ましい具体例は、管の外面上に複数の放射状に外側に向かって延在するフィンを形成する工程と、管の外面上のフィンを湾曲し、切り欠きを入れ且つ残存材料（切り欠き間に残存する）を湾曲して、管を流通する冷媒と管が浸され得る冷却剤との間の熱交換を向上する二重空洞核沸騰部位を形成する工程とを含む。
【００１４】
本発明はさらに、改良された冷却剤蒸発器を備える。改良された蒸発器または冷却器は、少なくとも一つの本発明に従って製造された沸騰または流下膜式用途に好適な管を含む。好ましい具体例において、管の外部は複数の放射状に外側に向かって延在するフィンを含む。フィンは切り欠きを入れられている。フィンは、熱交換が起こり得る利用可能な表面積を増大させるため且つ核二重空洞沸騰部位を形成するために湾曲され、それゆえに熱交換性能を向上させる。
【００１５】
本発明の目的は、改良された熱伝達管を提供することにある。
【００１６】
本発明の別の目的は、浸水及び流下膜式蒸発器の用途の両方に好適な、改良された熱伝達管を提供することにある。
【００１７】
本発明の別の目的は、少なくとも一つの二重空洞核沸騰部位を画成する、改良された熱伝達管を提供することにある。
【００１８】
本発明の別の目的は、沸騰及び流下膜式用途のための熱伝達管の製造方法であって、少なくとも一つの二重空洞核沸騰部位が管の外面上に位置して管の熱伝達性能を向上している熱伝達管の製造方法を提供することにある。
【００１９】
本発明の別の目的は、改良された核沸騰管であって、管の外面上に形成されたフィンが湾曲されて対流蒸発のための追加の表面積をもたらすことにより管の熱伝達能力を向上する用途のための改良された核沸騰管を提供することにある。
【００２０】
本発明のさらなる別の目的は、熱伝達管であって、フィン付け設備による一回の通過において製造可能な管の外面への表面改良を含む熱伝達管を提供することにある。
【００２１】
本発明のさらなる別の目的は、熱伝達管であって、管の熱伝達能力をさらに向上させるように管内部の液体の流れを助長し、内部表面積を増大し、液体と内部表面積との間の接触を容易にする管の内面に対する表面改良を含む熱伝達管を提供することにある。
【００２２】
本発明のさらなる別の目的は、少なくとも一つの二重空洞核沸騰部位を画成する改良された熱伝達管の製造方法を提供することにある。
【００２３】
本発明のさらなる別の目的は、改良された冷却剤蒸発器を提供することにある。
【００２４】
本発明のさらなる別の目的は、少なくとも一つの二重空洞核沸騰部位を有する少なくとも一つの熱伝達管を備える、改良された冷却剤蒸発器を提供することにある。
【００２５】
本発明のさらなる別の目的は、複数の熱伝達管を有する改良された冷却剤蒸発器であって、そのような管の各々が複数の二重空洞核沸騰部位を画成する、改良された冷却剤蒸発器を提供することにある。
【００２６】
本発明のさらなる別の目的は、二重空洞核沸騰部位が備えられた少なくとも一つの熱伝達管を有する、改良された冷却剤蒸発器を提供することにある。
【００２７】
本発明のさらなる別の目的は、フィンを湾曲して多数の空洞核沸騰部位を画成することにより熱伝達管を製造する方法を提供することにある。
【００２８】
本発明の、これら及び他の特徴及び利点は、添付された図面を含む本明細書を読むことにより実証され理解されるであろう。
【００２９】
好ましい具体例の詳細な説明
図面にわたって類似した符号は類似の部品を示している。これらの図面を詳細に参照すると、図１は複数の本発明に従って製造された管を、全体的に１０にて示している。管１０は冷却剤蒸発器１４内に含まれている。個々の管１０ａ、１０ｂ及び１０ｃは、当業者に理解されるように、蒸発器１４または冷却器に普通に含まれるであろう数百個である管１０を代表するものである。管１０は、本文中に記載された発明を達成するために、任意の好適な方法で固定され得る。蒸発器１４は沸騰冷却剤１５を含む。冷却剤１５はコンデンサから蒸発器１４の外郭１８内へと開口部２０から配送される。外郭１８内の沸騰冷却剤１５は液体及び蒸気の二相である。冷却剤の蒸気は蒸発器の外郭１８から蒸気出口２１を通って逸出する。当業者は、冷却剤の蒸気がコンプレッサに配送され、そこで、知られた冷却サイクルと一致する使用のためにより高温及び高圧に圧縮されることを理解するであろう。
【００３０】
ここでより詳細に記載される複数の熱伝達管１０ａ−ｃは、任意の好適な方法で外郭１８内に設置され懸架されている。例えば、管１０ａ−ｃは邪魔板などにより支持され得る。冷却剤蒸発器のこのような構造は当分野において知られている。冷媒は、しばしば水であり、注入口２１から蒸発器１４に入りそして注入リザーバ２４へと入る。比較的加熱された状態で蒸発器１４に入る冷媒は、リザーバ２４から複数の熱交換管１０ａ−ｃ内へと配送され、そこで、冷媒はその熱を沸騰冷却剤１５に渡す。冷却された冷媒は管１０ａ−ｃを通過して管から出口リザーバ２７へと出て行く。リフレッシュされた冷媒は出口２８を介して蒸発器１４から出て行く。当業者は、例示された浸水蒸発器１４は冷却剤蒸発器のほんの一例であることを理解するであろう。幾つかの蒸発器の異なる種類は知られており当分野で利用されており、蒸発器または吸収冷却器や流下膜式用途を用いたものが含まれる。当業者は、本発明は概して冷却器及び蒸発器に適用可能であり、銘柄または種類に限定されないことをさらに理解するであろう。
【００３１】
図２は代表的な管１０の拡大破断平面図である。図３は好ましい管１６の拡大断面図であり、図２と並べて難なく考慮される。最初に図２を参照すると、管１０は、全体的に３０にて外面を、全体的に３５にて内面を画成する。内面には、好ましくは、複数の隆起３８が備えられる。当業者は、管の内面は滑らかであり得ること、または隆起及び溝を有し得ること、または別の方法で改良され得ることを理解するであろう。ゆえに、ここで開示された具体例は、複数の隆起を示しているが、本発明がそれに限定しないことが理解されるべきである。
【００３２】
代表的な具体例を参照して、管の内面３５上の隆起３８はピッチ「ｐ」、幅「ｂ」及び高さ「ｅ」を有し、各々、図３に示されるように定められている。ピッチ「ｐ」は隆起３８の間の距離を画成する。高さ「ｅ」は隆起３８の天井３９と隆起３８の最内部の間の距離を画成する。幅「ｂ」は、天井３９との接触がなされる隆起３８の最上の外側端にて測定される。螺旋角度θは、図３にも示されているように、管の軸から測定される。ゆえに、（代表的な具体例の）管１０の内面３５は螺旋状の隆起３８が設けられており、これらの隆起は所定の隆起高さ及びピッチを有し且つ所定の螺旋角度にて整列されていることが理解されるべきである。このような所定の寸法（predetermined measurements）は、要望通りに特定の用途に応じて変化し得る。例えば、ウィザーズ・ジュニア（Withers, Jr.）らの米国特許第３，８４７，２１２号は比較的大きなピッチ（０．３３３インチ）及び比較的大きな螺旋角度（５１°）の比較的少ない数の隆起を教示している。これらのパラメータは、好ましくは管の熱伝達性能を向上するために選択される。このような内部の表面改良の形成は当業者によく知られており、本文中において開示されたものの他にはさらに詳細に開示される必要はない。例えば、ウィザーズ・ジュニア（Withers, Jr.）らの米国特許第３，８４７，２１２号は内部の表面の改良の形成方法及びその形成を開示している。
【００３３】
管１０の外面３０は典型的には、最初は滑らかである。それゆえに、外面３０はその後に変形または改良されて複数のフィン５０を提供し、複数のフィン５０は次いで本文中において詳細に記載されるように多数の二重空洞核沸騰部位５５を提供することが理解されるであろう。本発明は二重空洞核孔について詳細に記載されているが、本発明は２つより多い空洞と共に造られた核沸騰部位５５を有する熱伝達管１０を含むことが理解されるべきである。これらの部位５５は、典型的には空洞または孔と呼ばれ、管１０の構造上、概して管の外面３０の上または下に備えられた開口部５６を含む。開口部５６は液体冷却剤をループまたはチャネルへと導く小循環系として機能し、それにより冷却剤と核部位とを接触させる。この種類の開口部は、典型的には、管を薄くし、フィンの先端にほぼ縦長の溝または切り欠きを形成し、次いで外面を変形して管の表面に平坦にされた領域を生成するが、フィンの谷部領域においてチャネルを有することによって造られる。
【００３４】
図２及び図３をより詳細に参照して、管１０の外面３０はその上に設けられた複数のフィン５０を有するように形成される。フィン５０は、例えばカニンガム（Cunningham）らの米国特許第４，７２９，１５５号を参照して理解される方法で従来のフィン付け機械を用いて形成され得る。使用されるアーバー（arbors）の数は、管の大きさ、スループット、速度などの製造要因に応じて決まる。アーバーは適切な増分の程度にて管の周囲に搭載され、アーバーの各々は、好ましくは管の軸に対して角度をなして搭載される。
【００３５】
より更に詳細に説明し、図７及び図８に注目すると、フィン付け盤は管の外面３０上の金属を押圧または変形して、フィン５０と比較的深い溝またはチャネル５２を形成する。図示されているように、チャネル５２はフィン５０の間に形成され、チャネルとフィンの両方が概して管１０の周辺を取り囲んでいる。図３に示されたように、フィン５０は高さを有し、高さはチャネル５２（または溝）の最内部５７とフィンの最外部５８から測定され得る。さらに、フィン５０の数は用途に応じて変化し得る。限定するものではないが、フィン高さは好ましくは０．０１５から０．０６０インチの範囲であり、インチ当たりのフィンの数は好ましくは４０から７０の間である。フィン付け作業により、図７及び図８に示されているように複数の第１のチャネル５２が生成されることが次いで理解されるべきである。
【００３６】
フィンが形成された後に、各フィン５０の外面５７は切り欠きを入れられて複数の第２のチャネル６２を形成する。このような切り欠き入れは、切り欠き盤を使用して行われ得る（例えば、カニンガム（Cunningham）の米国特許第４，７２９，１５５号を参照）。第２のチャネル６２は、第１のチャネル２０に対して角度をなして配置され、図７及び８に示されているように第１のチャネル２０と相互に連結している。米国特許第５，６９７，４３０号に開示された切り欠き入れ操作は、第２のチャネル６２を画成するように且つ複数の切り欠き６４を形成するように、この切り欠き入れ操作を行うための適切な一つの方法である。
【００３７】
切り欠きを入れた後、フィン５０の外面５７は圧縮盤により平坦にされまたは湾曲される（カニンガム（Cunningham）の米国特許第４，７２９，１５５号参照）。この工程により各フィンの上部または頭部が平坦にされまたは湾曲されて、例えば図７及び８に示されるような外観が創成される。上述の操作がチャネル５２と６２の交点に複数の孔７０を創成することが理解されるべきである。これらの孔７０は核沸騰部位を画成し、各部位は孔の大きさにより画成される。より具体的には、図３を詳細に参照して、この第１の平坦または湾曲操作が主核沸騰空洞７２（primary nucleate boiling cavity）を形成する。
【００３８】
平坦にされた後、フィン５０はロール工具により再度巻かれるかまたは湾曲される。ロール操作は平坦にされたフィン頭部５８を横断して且つその上にわたって力を及ぼす。フィン５０は、少なくとも部分的にフィンの切り欠き６４を覆うように工具により巻かれるかまたは湾曲され、それによって、湾曲されたフィン５０とフィンの切り欠き６４との間に副沸騰空洞７４（secondary boiling cavity）を形成する。副空洞７４は追加のフィン領域を主空洞３０の上部に設けてより多くの対流及び核沸騰を促進する。ゆえに、孔７０はチャネル５２及び６２の交点に形成される。各孔７０は孔開口部を有し、孔開口部の寸法は、蒸気が逸出する沸騰または各部位からの開口部の大きさである。本発明の好ましい具体例は、主空洞７２と副空洞７４の二つの空洞を画成して管の性能を向上する。
【００３９】
管１０は、好ましくはフィンの間（「フィン谷部領域」）の第１のチャネル５２に切り欠きを入れられることにより、谷部表面に谷部切り欠きを形成する。切り欠き入れは谷部切り欠き盤を用いて達成される。フィンの谷部領域には、様々な形状及び大きさの谷部切り欠きが入れられ得るが、概して台形の形を有する谷部切り欠きを形成することが好ましい。任意の数の谷部切り欠きが各溝２０の周辺を取り巻いて形成され得るが、少なくとも周辺当たり２０から１００、好ましくは４７の谷部切り欠きが推奨される。さらに谷部切り欠き２６は、好ましくは０．０００５インチから０．００５インチの間の谷部切り欠き深さを有し、より好ましくは０．００２８インチの谷部切り欠き深さを有する。
【００４０】
管１０の内面３５及び外面３０の両方に対する改良は、外部伝熱係数（ｈｏ）及び内部伝熱係数（ｈｉ）の両方を増大することにより総括伝熱係数（Ｕｏ）を増大するとともに、管の一方の側から他方の側への熱伝達に対する全体的な抵抗（ＲＴ）を低減することにより、管の総括的効率を増大する。管１０の内面３５のパラメータは、液体が接し得る増大された表面積を提供すること及びまた管１０内の液体が管１０の長さを横切る際に渦を巻きながら移動させることにより、内部熱伝達係数（ｈｉ）を向上させる。渦巻く流れは、液体を内面１４と良好な熱伝達接触に保つが、好ましくない圧力降下の増加をもたらす可能性がある過度の乱流を回避する。
【００４１】
さらに、管の外面３０に谷部切り欠きを入れることおよびフィン５０を湾曲することは（伝統的な平坦にすることに相反して）、管の外部上での熱伝達を助長し、それにより外部伝熱係数（ｈｏ）を増大させる。谷部切り欠きは、核沸騰空洞の寸法と表面積及び沸騰部位の数を増大させ、表面張力の結果として表面を濡れた状態に保つのに役立ち、そのことはより多くの薄膜沸騰が必要とされている場所においてより多くの薄膜沸騰を促進するのに役立つ。フィンを湾曲することは、各主空洞５０の上部に配置された追加の空洞（副空洞７４のような）の形成をもたらし、追加の空洞は、管の外面上の熱流束及び液体／蒸気移動に依存する対流及び／または核沸騰によって、副空洞６０から逸出する上昇蒸気の気泡の液蒸気間相を通じて、冷却剤にさらなる熱を伝達するのに役立つ。当業者に理解されるように、外部沸騰係数は核沸騰項（nucleate boiling term）と対流成分の両方の関数である。核沸騰項が通常熱伝達に最も貢献する一方で、対流成分もまた重要であり浸水冷却剤冷却器において相当大きくなる。
【００４２】
本発明の管１０は、米国特許第５，６９７，４３０号に開示された管（以降に記載される表やグラフにおいて「Ｔ−ＢＩＩＩ（登録商標）チューブ」と示される）であって現在広く商品化されている管の中でも蒸発性能において一流の性能を有するとみなされている管よりも性能が優れている。本発明の改良された管１０（以降に記載される表やグラフにおいて「ニューチューブ（New Tube）」と示される）とＴ−ＢＩＩＩ（登録商標）チューブとの比較が行えるように、表１にニューチューブとＴ−ＢＩＩＩ（登録商標）チューブの寸法特徴を記載する。
【００４３】
多数の起点内部隆起を有する銅管の寸法特徴
【表１】
2005523414.tif 000003
【００４４】
表２においてニューチューブとＴ−ＢＩＩＩチューブの内側の性能を比較する。両方のチューブを一定管側水流量５ＧＰＭ及び一定平均水温５０°Ｆにて比較した。表２における比較は呼び外部直径が３／４インチの管に基づいている。
【００４５】
多数の起点内部隆起を有する実験的銅管の管側性能特徴
【表２】
2005523414.tif 000004
【００４６】
データはニューチューブにより達成された圧力降下の低減と熱伝達効率の増大を示している。表２から分かるように、そして図１１において図式的に示されているように、一定流量５ＧＰＭにおけるニューチューブの滑らかな内穴付きチューブ（smooth bore tube）に対する圧力降下率（Δｐｅ／Δｐｓ）は、Ｔ−ＢＩＩＩチューブの滑らかな内穴付きチューブに対する圧力降下率よりも約５％少ない。また、表２及び図１０に図式的に表示されているように、ニューチューブのスタントン数比率（Ｓｔｅ／Ｓｔｓ）はＴ−ＢＩＩＩ（登録商標）チューブのスタントン数比率よりも約２％高いことが分かるであろう。圧力低下率とスタントン数比率は組み合わせて熱伝達の圧力降下に対する総合的比率とすることができ、滑らかな内穴付きチューブと比較しての熱伝達の圧力降下に対する総合的評価（total measure）である「効率指数」（η）として規定される。５ＧＰＭにおけるニューチューブの効率指数ηは０．８２であり、Ｔ−ＢＩＩＩ（登録商標）チューブの効率指数ηは０．７８であり、このＧＰＭでは図９に図式的に示されているように、ニューチューブについて約５％の改良をもたらした。７ＧＰＭ（通常の操作条件）において、より高いパーセンテージで改良が得られるであろう。
【００４７】
表３においてニューチューブとＴ−ＢＩＩＩ（登録商標）チューブの外側の性能を比較する。チューブの長さは８フィートであり、各チューブは、華氏５８．３度の冷却剤のプール内に別々に懸架されている。水流量は５．３ｆｔ／ｓにて一定に保たれており、流入水の温度は、すべてのチューブの平均熱流束が７０００Ｂｔｕ／ｈｒ  ｆｔ２にて一定に保たれるような温度である。すべてのチューブは銅材料で作られており、呼び外径が３／４インチであり、同一の壁厚を有する。すべての試験は冷却剤中にオイルを何等存在させずに行われた。
【００４８】
多数の起点内部隆起を有する実験的銅管の外部及び総括性能特徴
【表３】
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【００４９】
図１１は、ニューチューブとＴ−ＢＩＩＩ（登録商標）チューブの、ＨＦＣ−１３４ａ冷却剤における総括熱伝達沸騰係数Uoを、変化する熱流束Ｑ／Ａｏにおいて比較するグラフである。７，０００（Ｂｔｕ／ｈｒ  ｆｔ２）の熱流束において、Ｔ−ＢＩＩＩ（登録商標）チューブを超えるニューチューブの向上は水流量５ＧＰＭにおいて１５％である（表３にも示されているように）。
【００５０】
上記事項は本発明の具体例を示し、説明及び記述する目的で与えられている。当業者には具体例への更なる変更及び改造が明らかになるであろうし、更なる変更及び改造は本発明の精神または添付の特許請求の範囲から逸脱することなく行われ得る。さらに、当業者は本発明が、二重空洞などの複数の空洞を有する核沸騰部位を創出する、独自の形状を有するフィンを提供していることを理解するであろう。本発明は金属を何等そり落とすことなしに独自の形状を提供して孔を創成し、次いで改良された熱伝達管を形成するための改良された製造方法を提供する。またさらに、一つまたはそれより多いこのような管を浸水冷却器にて使用することは、冷却器の熱伝達に関して改良された性能をもたらす。ゆえに、上記の好ましい具体例の説明および記載は例示的なものであり、本発明は添付の特許請求の範囲において画定される。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】図１は、本発明に従って製造された冷却剤蒸発器を示す図である。
【図２】図２は、本発明に従って製造された熱伝達管の、拡大され部分的に破断された軸上断面図である。
【図３】図３は、本発明に従って製造された熱伝達管の好ましい具体例の、拡大され部分的に破断された軸上断面図である。
【図４】図４は、図２の管のフィンが湾曲された後の、外面の顕微鏡写真である。
【図５】図５は、図４の線３−３に沿った断面図である。
【図６】図６は、図４の線４−４に沿った断面図である。
【図７】図７は、本発明に従って製造された熱伝達管に谷部及びフィンに切り欠きが入れられた後であるが、フィンが湾曲される前の熱伝達管の外面の顕微鏡写真である。
【図８】図８は、図３の管の外面の概略図である。
【図９】図９は、本発明の管の効率指数と、米国特許第５，９６７，４３０号に開示された発明に従って製造された熱交換管の効率指数とを比較するグラフである。
【図１０】図１０は、本発明の管の内側の熱伝達性能と、米国特許第５，９６７，４３０号に開示された発明に従って製造された熱交換管の内側の熱伝達性能とを比較するグラフである。
【図１１】図１１は、本発明の管の圧力降下と、米国特許第５，９６７，４３０号に開示された発明に従って製造された熱交換管の圧力降下とを比較するグラフである。
【図１２】図１２は、冷却剤ＨＦＣ−１３４ａにおいて変化する熱束流Ｑ／Ａｏにおける総括伝熱係数Ｕｏを比較するグラフである。
【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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【国際調査報告】
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