(57)【要約】【課題】伝熱性を向上させることができ、且つ表面に残存する表面欠陥を確実に検出することができる凹凸パターンを施したチタン溶接管、及びチタン溶接管の製造方法を提供する。【解決手段】本発明に係るチタン溶接管１は、チタン板の端部を突き合わせて管状とした上で該突き合わせた端部を溶接することで形成され、且つ外周面または内周面に複数の凸部２及び凹部３が形成された凹凸パターンを備えたチタン溶接管１であって、凸部２の最大高さの平均Ｌが、１２μｍ≦Ｌ≦４５μｍである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チタン板の端部を突き合わせて管状とした上で該突き合わせた端部を溶接することで形成され、且つ外周面または内周面に複数の凸部及び凹部が形成された凹凸パターンを備えたチタン溶接管であって、
前記凸部の最大高さの平均Ｌが、１２μｍ≦Ｌ≦４５μｍであることを特徴とするチタン溶接管。
【請求項２】
前記チタン溶接管の周方向の同一周上、若しくは長手方向の同一直線上における隣り合う前記凸部のピッチの平均値Ｐａと、当該凸部のピッチの最大値Ｐｍａｘとの比が、Ｐｍａｘ／Ｐａ＜２となることを特徴とする請求項１に記載のチタン溶接管。
【請求項３】
前記チタン溶接管の周方向の同一周上、若しくは長手方向の同一直線上における隣り合う凸部のピッチの平均値Ｐａと、当該凸部の幅の平均値ｄとの比を、ｄ／Ｐａ≦０．９０となり、前記凸部の最大高さの平均Ｌと、チタン管の肉厚ｔとの比を、Ｌ／ｔ≦０．１１となる
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のチタン溶接管。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載されたチタン溶接管を製造するチタン溶接管の製造方法であって、
チタン板の上面または下面に複数の凸部及び凹部を形成する凹凸形成ステップと、
前記凸部及び凹部が形成されたチタン板を造管ロールによって管状に成形する成形ステップと、
前記管状に成形されたチタン板の幅方向両端を互いに突き合わせて溶接することで、チタン溶接管を得る溶接ステップと、
を備えることを特徴とするチタン溶接管の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器用の熱交換パイプであるチタン溶接管、及びチタン溶接管の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、海水淡水化装置やＬＮＧ（液化天然ガス）気化器では、溶接管の外表面に突起や溝など凹凸が施された伝熱管（内表面に凹凸加工を施した伝熱管も存在する）が熱交換器として用いられている。この伝熱管は、表面に突起（凸）や溝（凹）が形成された金属製の平板を、管状に加工して溶接することで得られる溶接管であり、内部に流体を流通させて外部との熱交換を促進するパイプである。
【０００３】
従来から、海水淡水化装置やＬＮＧ（液化天然ガス）気化器などの高性能化及び小型化を実現するために、これら淡水化装置や気化器に搭載される熱交換器の伝熱性の向上が求められている。
上述の事情を背景として、熱交換器の熱交換効率の向上のために、特許文献１〜３に開示される種々の伝熱管がこれまでに提案されている。
【０００４】
特許文献１に開示の核沸騰型伝熱管は、管の外表面に、管軸方向に所定のピッチを有する螺旋状で、かつその断面の変化した管周方向の空洞部を配設すると共に、該空洞部は、その長手方向に沿って外部と連通する連続又は不連続の幅０.１３ｍｍ以下の不規則な形状の狭い間隙部を有し、管軸方向に隣接する該間隙部相互間を結ぶように管周方向に対して所定のピッチで、小さな管軸方向の空洞部を設け、この管軸方向の空洞部に、その長手方向に沿って外部と連通する幅０.１３ｍｍ以下の不規則な形状の狭い間隙部を設けることを特徴とするものである。
【０００５】
特許文献２に開示の沸騰用伝熱管は、管本体と、この管本体の外周面下に設けられ管軸方向に直交又は傾斜して延びる空洞と、この空洞に沿って設けられ前記空洞の内部空間と外部とを連絡する複数の開口部と、前記管本体から外側に突出して設けられたフィンとを有し、前記開口部の各開口面積は０.１５乃至０.２５ｍｍ２であり、前記フィンの高さは０.３０乃至０.５０ｍｍであることを特徴とするものである。
【０００６】
また、特許文献３に開示の沸騰管用伝熱管は、内部に加熱媒体が流れる管本体と、前記管本体の外周面に設けられた複数の第１のフィンと、前記複数の第１のフィンと所定間隔を隔てて前記管本体の外周面に設けられ、前記複数の第１のフィンと組み合わされることにより冷媒を流入する流入口を有する空洞が形成され、前記空洞内に流入した前記冷媒が前記加熱媒体によって沸騰したときの気泡を外部に排出する複数の排出口が形成された複数の第２のフィンとを備えることを特徴とするものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特公昭６４−２８７８号公報
【特許文献２】特開平６−３２３７７８号公報
【特許文献３】特開２００５−１２１２３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記した特許文献１〜３に開示された伝熱管では、伝熱性を向上させるため、伝熱管の外表面に突起、溝など複雑な凹凸加工が施されており、このような複雑な凹凸加工を容易にするために、銅やアルミなどの転造加工性の良い金属材料が選定されている。
一方で、伝熱管内に海水などを流す場合には、耐海水性（耐腐食性）に優れたチタン製の伝熱管が採用されているが、チタン製の伝熱管は、弾性強度が大きく転造加工を施すのが難しい素材であるので、凹凸加工を施すことが困難である。たとえ、チタン製の伝熱管の外表面に突起、溝など複雑な凹凸加工を施すことが可能となったとしても、厚めの肉厚の平板が必要となり、伝熱管の製造コストが大幅に上昇することとなる。それゆえ、特許文献１〜３に開示された技術で、チタン製の伝熱管を製造したとしても、最終製品として
採用することはできない。
【０００９】
ところで、上記したような凹凸加工が施された伝熱管の外表面及び内表面には、該伝熱管を製造した際に生じる微小な疵が残存している。
このような伝熱管の外表面及び内表面に残存した微小な疵は、熱交換器として使用した際に、疲労破壊など伝熱管の損傷の原因となる。そのため、伝熱管を製造したときに、非破壊検査装置を用いて、その伝熱管の外表面及び内表面に残存した疵などの欠陥の探傷を行っている。この非破壊検査装置としては、例えば、渦流探傷装置などが挙げられる。
【００１０】
しかしながら、上記したように、伝熱管の外表面又は内表面には、突起や溝が加工されており、伝熱管の表面に残存した欠陥（疵）を検出することができない虞がある。例えば、渦流探傷装置で表面に残存した欠陥の探傷を行う際に、伝熱管の表面に形成された深い溝模様（凹凸）などがノイズとして検出され、管の表面に残存する欠陥がそのノイズに隠れてしまい検出できなくなる虞がある。
【００１１】
そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、伝熱性を向上させることができ、且つ表面に残存する表面欠陥を確実に検出することができる凹凸パターンを施したチタン溶接管、及びチタン溶接管の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上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。
本発明におけるチタン溶接管は、チタン板の端部を突き合わせて管状とした上で該突き合わせた端部を溶接することで形成され、且つ外周面または内周面に複数の凸部及び凹部が形成された凹凸パターンを備えたチタン溶接管であって、前記凸部の最大高さの平均Ｌが、１２μｍ≦Ｌ≦４５μｍであることを特徴とする。
【００１３】
好ましくは、前記チタン溶接管の周方向の同一周上、若しくは長手方向の同一直線上における隣り合う前記凸部のピッチの平均値Ｐａと、当該凸部のピッチの最大値Ｐｍａｘとの比が、Ｐｍａｘ／Ｐａ＜２となるとよい。
好ましくは、前記チタン溶接管の周方向の同一周上、若しくは長手方向の同一直線上における隣り合う凸部のピッチの平均値Ｐａと、当該凸部の幅の平均値ｄとの比を、ｄ／Ｐａ≦０．９０となり、前記凸部の最大高さの平均Ｌと、チタン管の肉厚ｔとの比を、Ｌ／ｔ≦０．１１となるとよい。
【００１４】
本発明におけるチタン溶接管の製造方法は、上記したチタン溶接管を製造するチタン溶接管の製造方法であって、チタン板の上面または下面に複数の凸部及び凹部を形成する凹凸形成ステップと、前記凸部及び凹部が形成されたチタン板を造管ロールによって管状に成形する成形ステップと、前記管状に成形されたチタン板の幅方向両端を互いに突き合わせて溶接することで、チタン溶接管を得る溶接ステップと、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のチタン溶接管、及びチタン溶接管の製造方法によれば、伝熱性を向上させることができ、且つ表面に残存する表面欠陥を確実に検出することができる凹凸パターンを施したチタン溶接管を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明のチタン溶接管を模式的に示した図である。
【図２】本発明のチタン溶接管として形成されるチタン板の表面に施される凹凸パターンを拡大した図（図１のＡ部拡大図）である。
【図３】チタン溶接管として形成されるチタン板の表面に施される凹凸パターンの拡大断面図（図１のＡ部拡大断面図）である。
【図４】チタン溶接管の表面に存在する欠陥の検出を渦流探傷試験で行い、その結果を示した図である。
【図５】チタン溶接管の蒸発伝熱性能の実験を行った結果を示した図である。
【図６Ａ】本発明のチタン溶接管に対して、渦流探傷試験を行った際の検査データを示した図である。
【図６Ｂ】従来のチタン溶接管に対して、渦流探傷試験を行った際の検査データを示した図である。
【図７】蒸発伝熱性能の実験に用いられた各チタン溶接管に形成される凸部のピッチ、及び高さに関する比の結果を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明に係るチタン溶接管、及びチタン溶接管の製造方法を、図面に基づき詳しく説明する。
なお、以下に説明する実施形態は、本発明を具体化した一例であって、その具体例をもって本発明の構成を限定するものではない。従って、本発明の技術的範囲は、本実施形態に開示内容だけに限定されるものではない。
【００１８】
図１は、本発明のチタン溶接管１を模式的に示した図である。図２は、チタン溶接管１の表面に施される凹凸パターンを拡大した図（図１のＡ部拡大図）である。図３は、チタン溶接管１の表面に施される凹凸パターンの拡大断面図（図１のＡ部拡大断面図）である。
図１に示すように、本発明に係るチタン溶接管１は、複数の凸部２及び凹部３が形成された凹凸パターンが、片側表面に施されたチタン製の平板を用いて製造されるものであって、そのチタン板の端部を突き合わせて管状とし、その上で該突き合わせた端部を溶接管の軸方向に沿って溶接することで形成されるものである。
【００１９】
このチタン溶接管１は、突起や溝など凹凸が施された面を外周面に来るように製造されたり、凹凸面を内周面に来るように製造されたりする。このように製造されたチタン溶接管１は、海水淡水化装置やＬＮＧ（液化天然ガス）気化器の熱交換器（伝熱管）として用いられる。
また、本発明のチタン溶接管１は、気化器の熱交換器として用いられるため、渦流探傷試験（例えば、ＪＩＳ Ｇ０５８３：２０１２）を用いて、熱交換器向けの最終製品として基準を満たしているか否か（表面欠陥の有無）の検査が行われる。
【００２０】
上記したチタン溶接管１の基となる帯状のチタン板（チタンフープ）の構成を、説明する。
チタン板は、金属材料であるチタン製の長尺の平板であって、少なくとも一方の面に、複数の窪みである凹部３又は複数の突起である凸部２で構成された凹凸パターンが形成された帯板である。
【００２１】
図２は、チタン板の表面を該表面に対して垂直方向から見た場合である平面視における、凹凸パターンを拡大して示した図（図１のＡ部拡大図）である。
図２の拡大図では、複数の円形が規則的に並んだパターンが示されているが、この一つ一つの円形が円柱形状の凸部２である。
この凹凸パターンは、平面視において同一形状の凹部３や凸部２によって構成されるのが好ましいが、同一形状ではなく様々に異なった形状の凹部３や凸部２で構成されてもよい。また、凸部２の頂部の形状、乃至は凹部３の底部の形状も、特に限定されることはない。凸部２の頂部の形状は、平坦から略平坦であることが好ましいが、山状に突出していてもよい。また、凹部３の形状も、平坦から略平坦であることが好ましいが、谷状に窪んでいてもよい。
【００２２】
以上述べたように、表面に形成された凸凹パターンの形状は、特に限定されるものではない。通常、凹凸パターンは、凸部２又は凹部３で構成されるか、凸条又は凹溝で形成されるストライプで構成されるが、本実施形態によるチタン溶接管１に対しては、凸部２又は凹部３で構成されると好ましい。凸部２及び凹部３の形状としては、円柱や楕円柱、又は立方体や直方体が挙げられる。  
【００２３】
また、図２に示すように、チタン板の表面に形成された凸部２は、その直径ｄが３００μｍ以上とされ、この凸部２の平面視での配置が、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２の中心が一直線上に並ばないという意味である。具体的には、チタン板において、縦方向（紙面の上下方向）に隣接する凸部２は、横方向に約半ピッチ分だけズレており、たとえば、横方向（紙面の左右方向）に隣接する凸部２の中心同士を結んだ直線と、縦方向に隣接する凸部２の中心同士を結んだ直線との角度θが６０°となるように凸部
２を配置してもよい。なお、角度θを６０°としたが、この６０°は例示的なものであり、伝熱性が向上するのであれば、特に限定はしない。
【００２４】
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こととなる。
ところで、本願発明者らは、チタン溶接管１の伝熱性能（熱交換効率）を向上させるために、凹凸パターンの大きさ、すなわち凹部３及び凸部２の寸法について着目し、鋭意研究を重ねた。その結果、凹凸パターンの大きさ、すなわち凹部３及び凸部２の寸法及び、パラメータを以下のように規定することで、チタン溶接管１の伝熱性能を向上させることができることを知見した。
【００２５】
凸部２に関し、平均凸部最大高さＬを、１２μｍ≦Ｌ≦４５μｍの範囲とする。
その理由としては、平均凸部最大高さＬが１２μｍ未満になると、伝熱性能が想定より低くなり、また平均凸部最大高さＬが４５μｍより大きくなると、渦流探傷試験を行う際に凸部２がノイズとして検出され、表面に残存する欠陥がそのノイズに隠れてしまい検出できなくなることがある。
【００２６】
また、表面に形成される凸部２のピッチＰに関し、チタン溶接管１の周方向の同一周上、若しくは長手方向の同一直線上における隣り合う凸部２のピッチの平均値Ｐａと、当該凸部２のピッチの最大値Ｐｍａｘとの比を、２未満とする（Ｐｍａｘ／Ｐａ＜２）。
その理由としては、Ｐｍａｘ／Ｐａが２以上となると、チタン溶接管１表面の体積変化が大きくなり、渦流探傷試験を行う際に凸部２がノイズとして検出され、表面に残存する欠陥がそのノイズに隠れてしまい検出できなくなることがある。
さらに、凹凸パターンに関し、チタン溶接管１の周方向の同一周上、若しくは長手方向の同一直線上における隣り合う凸部２のピッチの平均値Ｐａと、当該凸部２の幅の平均値ｄとの比を、ｄ／Ｐａ≦０．９０とし、凸部２の最大高さの平均Ｌと、チタン管の肉厚ｔとの比を、Ｌ／ｔ≦０．１１とする。
【００２７】
その理由としては、ｄ／Ｐａが０．９０より大きく、Ｌ／ｔが０．１１より大きくなってしまうと、凹凸パターンによるチタン溶接管１の表面の体積変化が大きくなり、渦流探傷試験を行う際に凸部２がノイズとして検出され、表面に残存する欠陥がそのノイズに隠れてしまい検出できなくなることがある。
このように、平均凸部最大高さＬ、凸部２のピッチＰなど凸部２及び凹凸パターンの寸法を規定することで、伝熱性を向上させることができ、且つ表面に残存する表面欠陥を確実に検出することができる凹凸パターンを、チタン溶接管１の表面に施すことができる。言い換えると、本発明のチタン溶接管１の表面に施される凸部２（凹凸パターン）は、渦流探傷試験において、ノイズとして検出されることはない。
［実験例］
次に、以上述べた本発明のチタン溶接管１の凸部２（凹凸パターン）の寸法に関して、実験結果に基づいて詳細に説明する。
【００２８】
図４は、チタン溶接管１の表面に存在する欠陥の検出を渦流探傷試験で行い、その結果を示した図である。図５は、チタン溶接管１の蒸発伝熱性能の実験を行った結果を示した図である。図６Ａは、本発明のチタン溶接管１に対して、渦流探傷試験を行った際の検査データを示した図であり、図６Ｂは、従来のチタン溶接管に対して、渦流探傷試験を行った際の検査データを示した図である。
【００２９】
本願発明者らは、上記した平均凸部最大高さＬ、及び凸部２のピッチＰなどの寸法を最適なものとするため、凸部２の寸法が異なったチタン溶接管１を複数作成し、それぞれのチタン溶接管１の表面に生じている欠陥が、渦流探傷試験にて検出可能か否かを調べた。
図４に示すように、凸部最大高さの平均Ｌ、チタン溶接管１の周方向の同一周上、若しくは長手方向の同一直線上における隣り合う凸部２のピッチの平均値Ｐａと、当該凸部２のピッチの最大値Ｐｍａｘとの比が異なった、熱交換器などに用いられるチタン溶接管を９つ作成した。
【００３０】
具体的には、板厚ｔが０.６ｍｍで板幅Ｗが５９.３ｍｍのチタン板(ＪＩＳ２種)の片側
の面に、直径φは４００μｍであるが、平均凸部最大高さＬと凸部ピッチＰとを異ならせた凸部２を、平面視で水玉模様のように複数形成したチタンフープ（チタン板）を９枚製作した。
そして、そのチタンフープの凹凸面が外表面となるように、造管ロールにより、管状に成形して溶接し、直径Ｄが１９ｍｍ、肉厚ｔが０．６ｍｍ、長さｌが１００００ｍｍのチタン溶接管を作成した。
【００３１】
このように作成した９本のチタン溶接管１の平均凸部最大高さＬを、レーザー顕微鏡で測定して求めた。また、レーザー顕微鏡のプロファイルから、チタン溶接管１の周方向の同一周上、及び長手方向の同一直線上における隣り合う凸部２のピッチ（距離）の平均値Ｐａと、当該凸部２のピッチの最大値Ｐｍａｘとの比（Ｐｍａｘ／Ｐａ）を測定した。
また、チタン溶接管１に放電加工でφ０．８ｍｍの貫通穴をあけて、人工的な疵（欠陥）を付与した。その人工的な疵が表面に付与されたチタン溶接管１に対して渦流探傷試験を行い、その表面の疵の検出を行った。
【００３２】
図４に示すように、実施例１のチタン溶接管１は、平均凸部最大高さＬが、１２．８μｍと求められ、凸部２のピッチの平均値Ｐａと凸部２のピッチの最大値Ｐｍａｘとの比Ｐｍａｘ／Ｐａが、１．２２と求められた。そして、この実施例１のチタン溶接管１に対して渦流探傷試験を行うと、表面に付与された疵を検出することができた。つまり、実施例１のチタン溶接管１の凸部２は、渦流探傷試験にてノイズとして検出されなかった。
【００３３】
実施例２のチタン溶接管１は、平均凸部最大高さＬが、１６．１μｍと求められ、凸部２のピッチの平均値Ｐａと凸部２のピッチの最大値Ｐｍａｘとの比Ｐｍａｘ／Ｐａが、１．１７と求められた。そして、この実施例２のチタン溶接管１に対して渦流探傷試験を行うと、表面に付与された疵を検出することができた。つまり、実施例２のチタン溶接管１の凸部２は、渦流探傷試験にてノイズとして検出されなかった。
【００３４】
実施例３のチタン溶接管１は、平均凸部最大高さＬが、１８．０μｍと求められ、凸部２のピッチの平均値Ｐａと凸部２のピッチの最大値Ｐｍａｘとの比Ｐｍａｘ／Ｐａが、１．２４と求められた。そして、この実施例３のチタン溶接管１に対して渦流探傷試験を行うと、表面に付与された疵を検出することができた。つまり、実施例３のチタン溶接管１の凸部２は、渦流探傷試験にてノイズとして検出されなかった。
【００３５】
実施例４のチタン溶接管１は、平均凸部最大高さＬが、２３．４μｍと求められ、凸部２のピッチの平均値Ｐａと凸部２のピッチの最大値Ｐｍａｘとの比Ｐｍａｘ／Ｐａが、１．５２と求められた。そして、この実施例４のチタン溶接管１に対して渦流探傷試験を行うと、表面に付与された疵を検出することができた。つまり、実施例４のチタン溶接管１の凸部２は、渦流探傷試験にてノイズとして検出されなかった。
【００３６】
一方、比較例１のチタン溶接管は、平均凸部最大高さＬが、１１．０μｍと求められ、凸部のピッチの平均値Ｐａと凸部のピッチの最大値Ｐｍａｘとの比Ｐｍａｘ／Ｐａが、１．２０と求められた。ところが、この比較例１のチタン溶接管に対して渦流探傷試験を行うと、表面に付与された疵を検出することができた。
比較例２のチタン溶接管は、平均凸部最大高さＬが、１２．２μｍと求められ、凸部のピッチの平均値Ｐａと凸部のピッチの最大値Ｐｍａｘとの比Ｐｍａｘ／Ｐａが、２．０２と求められた。そして、この比較例２のチタン溶接管に対して渦流探傷試験を行うと、表面に付与された疵を検出することはできなかった。比較例３〜比較例５のチタン溶接管も、比較例２のチタン溶接管と同様に、渦流探傷試験にて表面に付与された疵を検出することはできなかった。
【００３７】
図６Ａに示すように、実施例１〜４のチタン溶接管１、及び比較例１のチタン溶接管の凹凸パターンにおいては、チタン管の表面に形成された凹部３や凸部２は、渦流探傷試験にて、若干のピーク値を示すものの、表面に付与された人工疵によるピーク値の半分以下であり、ノイズとして検出されない状況となっている。
しかし、図６Ｂに示すように、比較例２〜比較例５のチタン溶接管の凹凸パターンにおいては、チタン管の表面に形成された凹部や凸部は、渦流探傷試験にて、高値のピークを示すようになっており、表面に付与された人工疵によるピーク値と略同値となる。したが
って、凹凸パターンが渦流探傷試験にてノイズとして検出されてしまい、そのノイズによって人工疵のピークを隠してしまい、すなわち渦流探傷試験にて表面の人工疵を検出することができない形状である。
【００３８】
次に、人工疵を検出することができた実施例１〜４のチタン溶接管１、及び比較例１のチタン溶接管に対して蒸発伝熱性試験を行い、表面が平滑なチタン溶接管（以降、平滑管と呼ぶ）に対する伝熱性の向上率を求めた。
まず、媒体（フロンＲ１３４ａ）中に試料となる実施例１〜４のチタン溶接管１及び、比較例１のチタン溶接管をそれぞれセットして、実施例１〜４のチタン溶接管１内及び、比較例１のチタン溶接管内に温水（約３５℃）を一定の流量（例えば、２５Ｌ/ｍｉｎ）で供給し、媒体（フロンＲ１３４ａ）及び、実施例１〜４のチタン溶接管１内及び、比較例１のチタン溶接管内に供給された温水の温度変化と、温水の圧力と、温水の流量の計測をする蒸発伝熱性試験を行った。
【００３９】
計測後、実施例１〜４のチタン溶接管１及び、比較例１のチタン溶接管の温度及び流量から、温水（約３５℃）と媒体（フロンＲ１３４ａ）の間での交換熱量を求めて熱伝達係数α１を算出した。なお、比較のため平滑管の熱伝達係数α２も算出した。
そして、平滑管の熱伝達係数α２と、実施例１〜４のチタン溶接管１及び比較例のチタン溶接管の熱伝達係数α１の比とを求めて、その比を対平滑管伝熱性向上率とした。なお、対平滑管伝熱性向上率は、平滑管の熱伝達係数α２を１.００としたときの実施例１〜４のチタン溶接管１及び比較例のチタン溶接管の熱伝達係数α１として示される。
【００４０】
ここで、平滑管と比較したときに凹凸面を有するチタン溶接管１の伝熱性能を考えると、熱交換器用プレートに用いるチタン溶接管１の対平滑板伝熱性向上率は、平滑管の熱伝達係数α２の１．００よりも大きいことが必要であることがわかったが、本願発明者らは、熱交換器で著しく改善された熱交換効率を得るためには、対平滑板伝熱性向上率を１．０５以上にすることが望ましいと知見した。
【００４１】
図５を見てみると、実施例１〜４（本発明）におけるチタン溶接管１の対平滑板伝熱性向上率が、１．０７以上となっていることがわかり、高い伝熱性能（熱交換効率）を得られることがわかる。
次に、上記した蒸発伝熱性能の実験に用いられた各チタン溶接管に形成される凸部のピッチ、及び高さに関する比について、説明する。
【００４２】
図７に示すように、実施例１のチタン溶接管１は、凸部２のピッチの平均値Ｐａと凸部２のピッチの最大値Ｐｍａｘとの比Ｐｍａｘ／Ｐａが、１．２２と求められ、凸部２のピッチの平均値Ｐａと、当該凸部２の幅の平均値ｄとの比ｄ／Ｐａが、０．５と求められ、凸部２の最大高さの平均Ｌと、チタン溶接管１の肉厚ｔとの比Ｌ／ｔが、０．０２１３と求められる。
【００４３】
同様に、実施例２のチタン溶接管１は、Ｐｍａｘ／Ｐａ＝１．１７、ｄ／Ｐａ＝０．６７、Ｌ／ｔ＝０．０２６８と求められる。実施例３のチタン溶接管１は、Ｐｍａｘ／Ｐａ＝１．２４、ｄ／Ｐａ＝０．６７、Ｌ／ｔ＝０．０３と求められる。実施例４のチタン溶接管１は、Ｐｍａｘ／Ｐａ＝１．５２、ｄ／Ｐａ＝０．８３、Ｌ／ｔ＝０．０３９と求められる。
【００４４】
以上の測定結果より、チタン溶接管１の周方向の同一周上、若しくは長手方向の同一直線上における隣り合う凸部２のピッチの平均値Ｐａと、当該凸部２の幅の平均値ｄとの比を、ｄ／Ｐａ≦０．９０とし、凸部２の最大高さの平均Ｌと、チタン管の肉厚ｔとの比を、Ｌ／ｔ≦０．１１とし、凸部２のピッチの平均値Ｐａと凸部２のピッチの最大値Ｐｍａｘとの比をＰｍａｘ／Ｐａ＜２とすることがよいことが分かる。
【００４５】
なお、比較例１〜５のチタン溶接管は、上記した比を満たすものがあるが、伝熱性能が低いので、熱交換用の配管に用いることができない。
以上述べたように、本発明のチタン溶接管１よれば、表面積拡大によって熱交換効率を向上させ、また微細な凹凸パターンが沸騰核となることで蒸発伝熱性効率を向上させることができ、且つ形成された凹凸パターンが渦流探傷試験にてノイズとして検出されないので、疲労破壊などの原因となる管表面の微小な疵などの欠陥を検出できるようになる。
【００４６】
次に、上記した本発明のチタン溶接管１の製造方法について述べる。
本発明に係るチタン溶接管１の製造方法は、チタン板の上面または下面に複数の凸部２及び凹部３を形成する凹凸形成ステップと、凸部２及び凹部３が形成されたチタン板を造管ロールによって管状に成形する成形ステップと、管状に成形されたチタン板の幅方向両端を互いに突き合わせて溶接することで、チタン溶接管１を得る溶接ステップと、を備えている。
【００４７】
まず、凹凸形成ステップにて、チタン板の片面に、複数の凸部２及び凹部３が形成された凹凸パターンを形成する。ここで、凸部２及び凹部３の各寸法を以下のように設定する。
凸部２に関し、平均凸部最大高さＬを、１２μｍ≦Ｌ≦４５μｍの範囲とする。表面に形成される凸部２のピッチＰに関し、チタン溶接管１の周方向の同一周上、若しくは長手方向の同一直線上における隣り合う凸部２のピッチの平均値Ｐａと、当該凸部２のピッチの最大値Ｐｍａｘとの比を、２未満とする（Ｐｍａｘ／Ｐａ＜２）。
【００４８】
そして、チタン溶接管１の周方向の同一周上、若しくは長手方向の同一直線上における隣り合う凸部２のピッチの平均値Ｐａと、当該凸部２の幅の平均値ｄとの比を、ｄ／Ｐａ≦０．９０とし、凸部２の最大高さの平均Ｌと、チタン管の肉厚ｔとの比を、Ｌ／ｔ≦０．１１とする。
上記した凹凸パターンが形成されたチタン板は、成形ステップにて、凹凸が形成された面を、一対配備された造管ロール側に向いて通過して管状に成形される。このとき、チタン板の表面に形成された凹凸パターンは、上記した寸法で形成されているので、造管ロールとの摩擦によってつぶれて摩滅してしまわないようになっている。したがって、上記した寸法で形成された凹凸パターンは、チタン板がチタン溶接管１として成形されたときに、チタン溶接管１の外周の表面積を十分に大きく確保して熱交換効率の高いチタン溶接管１を得るようになっている。
【００４９】
管状に成形されたチタン板は、溶接ステップにて、ＴＩＧ（Tungsten Inert Gas）溶接法などによりシーム溶接されて、チタン溶接管１となる。
本発明の製造方法を用いることで、熱交換効率及び、蒸発伝熱性効率を向上させることができると共に、形成された凹凸パターンが渦流探傷試験にてノイズとして検出されない、すなわち管表面の微小な疵などの欠陥を検出することができるチタン溶接管１を製造することができる。
【００５０】
なお、今回開示された実施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。
特に、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用している。
【符号の説明】
【００５１】
１  チタン溶接管
２  凸部
３  凹部  
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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