(57)【要約】管は、管本体の物質と一体に形成される。フィンは、管本体の外面から延在し、フィンベースおよびフィン上端部を含む。フィンベースとフィン上端部との間におけるフィン側面から延在する羽根は、隣り合うフィンの間に上部チャネルおよび下部チャネルを形成する。くぼみよりも低い位置に台が配置されるように、フィン上端部にくぼみが形成される。管はまた、管の内面において螺旋状のリッジを含む。管は伝熱に用いられ、シェルおよび管熱交換器に含まれ得る。【選択図】図４
2011518303.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内面および外面を有する管本体と、
前記管本体と一体であり、側壁、フィン上端部、およびフィンベース含むフィンであって、隣り合うフィンがチャネル中心を有するチャネルを画定するように、前記管本体の外面から突き出る螺旋状のフィンと、
羽根側面を含み、前記チャネル中心近辺に延在するように、前記フィン上端部と前記フィンベースとの間における前記フィン側壁から突き出る複数の羽根と、
前記フィン側壁および前記羽根側面に接続されており、前記フィン上端部を向いて延在する複数の棚壁と、
前記管本体の外面における前記チャネルにおいて画定されるチャネルマークと、
前記フィン上端部がくぼみの間に画定された先端部を含むように、前記フィン上端部に画定された複数のくぼみと、
前記管本体の内面において画定された螺旋状のリッジと、を備える、フィン付き管。
【請求項２】
外面を有する管本体と、
前記管本体と一体であり、フィン側壁、フィン上端部、およびフィンベース含み、前記管本体の外面から螺旋状に延在するフィンと、
羽根側面を含み、前記フィン側壁から延在し、前記フィン上端部と前記フィンベースとの間に支持される羽根と、
前記フィン側壁に接続されており、前記フィン上端部を向いて前記羽根側面から延在する棚壁と、を備える、フィン付き管。
【請求項３】
前記羽根が、前記同一のフィン側壁から延在する隣り合う羽根の間におけるギャップを画定する複数の羽根である、請求項２に記載のフィン付き管。
【請求項４】
前記管本体の外面において画定されるチャネルマークをさらに備える、請求項２に記載のフィン付き管。
【請求項５】
前記チャネルマークが連続的である、請求項４に記載のフィン付き管。
【請求項６】
複数のチャネルマークが存在するように、前記チャネルマークが断続的である、請求項４に記載のフィン付き管。
【請求項７】
前記フィン上端部が、複数の先端部、および隣り合う先端部の間に画定された複数のくぼみをさらに備える、請求項２に記載のフィン付き管。
【請求項８】
前記くぼみにおいて前記フィン上端部から延在する複数の台をさらに備える、請求項７に記載のフィン付き管。
【請求項９】
前記管本体が内面を含み、前記フィン付き管が前記管本体の内面において画定されたリッジをさらに備える、請求項２に記載のフィン付き管。
【請求項１０】
前記羽根が複数の羽根を含み、前記フィン側壁が、第一の側壁および前記第一の側壁と反対側における第二の側壁を含み、前記羽根が、前記第一の側壁および前記第二の側壁の両方から延在する、請求項２に記載のフィン付き管。
【請求項１１】
前記フィン側壁が、第一の側壁および前記第一の側壁と反対側における第二の側壁を含み、前記羽根が、前記第一の側壁および前記第二の側壁のいずれか一方のみから延在する、請求項２に記載のフィン付き管。
【請求項１２】
前記フィン側壁が、第一の側壁および前記第一の側壁と反対側における第二の側壁をさらに備えており、前記羽根が、前記第一の側壁および前記第二の側壁から延在する複数の羽根をさらに備えており、各羽根が高さを有し、前記第一の側壁から延在する前記羽根が、前記第二の側壁から延在する前記羽根とは異なる高さを有する、請求項２に記載のフィン付き管。
【請求項１３】
外面を有する管本体と、
前記管本体と一体であり、フィン上端部、フィンベース、および第一の側壁および前記第一の側壁と反対側における第二の側壁をさらに備えるフィン側壁を含み、前記管本体の外面から螺旋状に延在するフィンと、
前記第一の側壁および前記第二の側壁から延在し、その各々が高さを有する複数の羽根であって、前記第一の側壁から延在する前記羽根が、前記第二の側壁から延在する前記羽根とは異なる高さを有する複数の羽根と、を備える、フィン付き管。
【請求項１４】
外面を有する管本体と、
前記管本体と一体であり、フィン上端部、フィンベース、および側壁を有するフィンであって、その間におけるチャネル中心を有するチャネルを画定する隣り合うフィンを含む、前記管本体の外面から延在するフィンと、
前記フィン上端部と前記フィンベースとの間に支持されており、前記フィン側壁から前記チャネル中心近辺まで延在する羽根と、を備える、フィン付き管。
【請求項１５】
前記羽根が、前記同一のフィン側壁から延在する隣り合う羽根の間におけるギャップを画定する複数の羽根である、請求項１４に記載のフィン付き管。
【請求項１６】
前記羽根が羽根側面を含み、前記フィン側壁と前記羽根側面とを接続する複数の棚壁をさらに備える、請求項１５に記載のフィン付き管。
【請求項１７】
前記棚壁が、前記フィン上端部を向いて前記羽根側面から延在する、請求項１６に記載のフィン付き管。
【請求項１８】
前記管本体の外面において画定されるチャネルマークをさらに備える、請求項１４に記載のフィン付き管。
【請求項１９】
前記フィン上端部が、複数のくぼみおよび隣り合うくぼみの間に画定された複数の先端部をさらに備える、請求項１４に記載のフィン付き管。
【請求項２０】
前記くぼみにおいて前記フィン上端部から延在する複数の台をさらに備える、請求項１９に記載のフィン付き管。
【請求項２１】
前記管本体が内面を含み、前記フィン付き管が前記管本体の内面において画定されたリッジをさらに備える、請求項１４に記載のフィン付き管。
【請求項２２】
フィン付き管を生成する方法であって、
外面を有する管を提供し、
前記管の外面に螺旋状のフィンを形成し、
フィンベースとフィン上端部との間に羽根が配置され、前記フィン上端部を向いて羽根側面から棚壁が延在するように、フィン側面に羽根を形成する過程を含む、方法。
【請求項２３】
前記フィン上端部にくぼみを形成することをさらに含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
隣り合うフィンの間に画定されるチャネル内にチャネルマークを形成することをさらに含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
管の内面に螺旋状のリッジを形成することをさらに含む、請求項２２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シェルおよび熱交換器に用いられる管等の伝熱用のフィン付き管に関する。
【背景技術】
【０００２】
フィン付き管は、長年伝熱に用いられてきた。熱は、熱い位置から冷たい位置に移動する。このため、より暖かい物質からより冷たい物質に熱が伝わることによって伝熱は達成される。また、気体が蒸気から液体に液化するときに熱が放出され、液体が液体から蒸気に揮発または蒸発するときに熱が吸収される。フィン付き管が伝熱に用いられる場合、より暖かい物資が管の内側または外側のいずれかに配置されて、そしてより冷たい物質がその反対側に配置される。通常、管は、より暖かい物質とより冷たい物質とを混合することなく伝熱を達成する。
【０００３】
冷却を目的として、冷却媒体は、シェルおよび管熱交換器を通って流れる冷却水等の液体、またはフィン付き管全体を吹く空気等の気体となる。同様に、熱媒体は、液体または気体のいずれかとなり得る。フィン付き管は、伝熱速度が大きいため、関連する平滑管の代わりに用いられることがある。結果、所定の適用において、フィン付き管を備えるより小さい熱交換器は、関連する平滑管を備えるより大きな熱交換機と同程度の伝熱が可能である。フィン付き管の設計は伝熱速度に影響を与える。管は、特定の伝熱における適用それぞれに応じて設計されることがある。例えば、凝縮用のフィン付き管は、蒸発用のフィン付き管とは異なるように設計される。
【０００４】
先行技術の例は、管の内面に形成された螺旋状のリッジを備えるフィン付き管と、管の外面に形成されたフィンとを含む。管の外面における隣り合うフィンによりチャネルが画定され、このチャネルは、湾曲した「Ｕ」字形の底部または平坦な底部を有する。管の外側における凝縮蒸気および管の内側における冷却液を利用する凝縮管として管が用いられる場合には、チャネルは凝縮液によって満たされる。凝縮液は、管を防護し、追加的な凝縮に必要とされる冷却を制限する機能を果たす。凝縮液は、フィンの側面を上昇するよりも、平坦なチャネルの底部に沿って広がる傾向がある。このため、平坦な底部が好ましい。これにより、凝縮液が自由に流れるフィンにおける表面積がより大きくなるため、伝熱効率が改善する。
【０００５】
また、フィン付き管は、フィン内に割れ目が形成される。これにより、２つのフィン間におけるチャネル内を流れる凝縮液が割れ目を通って流れて異なるチャネルに入る。別のフィン付き管は、フィンベースとフィン上端部との間における通路の一部に屈曲が形成されるように、外側の一部が屈曲したフィンを有する。これにより、管が凝縮液をより迅速に噴出するような追加的な角度を有するフィンを形成できる。凝縮液が、より迅速に管から噴出されると、伝熱効率が改善する。他のフィンは、フィンの先端に刻み目が形成され、刻み目の間に画定された先端部を備える。一部の例では、先端部は湾曲状に屈曲される。これにより、曲率およびフィンの角度をさらに大きくし、それ故、管が凝縮液をより迅速に噴出できる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一部のフィン付き管は、フィンが管本体の物質から形成されないように、関連する平滑管にフィン物質を取り付けることによって形成される。これにより、伝熱効率を改善するように、伝熱に利用可能な領域を大きくするが、フィンと管との間における接合部が伝熱に対する多少の抵抗となる。管に取り付けられたフィンは、管から真っすぐに立つように管軸から放射状に延在できる。しかしながら、伝熱効率を改善するために、それらは種々の方法により湾曲または屈曲されてもよい。既存のフィン付き管における多くの設計が存在するが、伝熱効率を改善するあらゆる変更は常に有益である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
伝熱用の管は、管の外面から延在するフィンを有する。フィンは、管本体と一体構造となるように、管の外面における物質から形成される。フィンベースとフィン上端部との間におけるフィンの側面から羽根が延在する。チャネルを、上部チャネルと下部チャネルとに分割するように、２つの隣接するフィンにより画定されたチャネルの中心近辺に羽根が延在する。管は、管の内面に形成された螺旋状のリッジ、およびフィン上端部に形成されたくぼみを含む。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、フィン付き管の断面を示す斜視図である。
【図２】図２は、フィン付き管を示す側面断面図である。
【図３】図３は、管の外面を示す上面図である。
【図４】図４は、フィン上端部におけるくぼみを備えるフィン付き管の断面を示す斜視図である。
【図５】図５は、異なる高さの対向する羽根を備えるフィン付き管の一実施形態を示す側面断面図である。
【図６】図６は、フィン側壁の片側のみに羽根を備えるフィン付き管の一実施形態を示す側面断面図である。
【図７】図７は、アーバーと内部サポートとの間における管の側壁の断面を含む、アーバーおよび内部サポートを示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明のフィン付き管は、伝熱、および第一に管の外面における相変化に用いられる。通常、伝熱管は、蒸発（沸騰）および凝縮の両方ではなく、そのいずれか用に設計される。本発明は、蒸発用および凝縮用の望ましい構造を含む。このため、管は、両方の種類の相変化に効率良く用いられる。管は、管内を流れる液体等の熱媒体または冷却媒体を用いて、管の外面における相変化を促進するように設計される。管は、シェルおよび管熱交換器の構成にしばしば利用される。しかしながら、他の適用も可能である。
凝縮原理
【００１０】
管の外側における凝縮蒸気から管の内側における冷却液に伝熱する場合に、伝熱は、いくつかの異なるステップを検討される。同一の基本ステップは、管壁等の障壁を通じて、異なる温度を有する任意の２つの媒体間において伝熱する場合に適用できる。この記述は、管の外側における凝縮蒸気および管の内側における冷却液に関連するが、異なる適用も可能である。
【００１１】
管の外側における蒸気は、管の内側における冷却液に伝わる熱を有する。蒸気は、液化するときに、凝縮熱として言及される特定量の熱を放出する。通常、管の外面に凝縮液の層を配置するため、第一のステップにおいて管における蒸気から凝縮液に伝熱する。次に、熱が凝縮液を通って伝わり、凝縮液は断熱材として機能するため、しばしば伝熱に対する抵抗となる。熱は、凝縮液を通って伝わった後に、凝縮液から管の外面に伝わる。凝縮液と管の外面との間には接合部が存在し、あらゆる接合部は、伝熱に対する多少の抵抗となる。
【００１２】
熱が管の外面に伝わると直ぐに、それは、管の外面から内面に伝わる。この伝熱を促進するために、通常、伝熱管は、伝熱を促進する物質または熱伝導体から形成される。通常、本質的に液体が流れ難い管壁の内面に接触して液体の薄層が存在する。熱は、管壁を通って伝わった後に、管壁の内面との間の接合部を通って管の内面における隣り合う冷却液の層に伝わる。次に、熱は、この液体の薄層を通って伝わる。
【００１３】
管内における冷却液の流れをより乱流または迅速にすれば、管壁に隣接して留まる流れ難い液体の層がより薄くなる。それ故、管内における液体を混合またはかき混ぜる管の設計が有益となる。乱流は、層流と比較して冷却液の混合を促進し、そして、より大きい冷却水の流量が冷却水の乱流を促進する。管の内面における特性もまた、管内における冷却液の乱流および混合を促進する。冷却液が管から流出するときに、管内を流れる冷却液に伝わった熱は放出される。
【００１４】
フィンが管と別個に構成されて、それから取り付けられる場合には、フィンと管との間に接合部が存在する。フィンと管とが、銅等の同一の物質または異なる物質により構成される場合でもこれは当てはまる。あらゆる接合部が、伝熱に対する多少の抵抗となる。フィンが管壁から形成される場合には、接合部は必要なく伝熱効率が改善される。この記述において、管壁から形成されたフィンは、管と一体であるとして参照され、伝熱に対する抵抗を最小にするために、フィンと管とが一体であることが好ましい。
【００１５】
管壁に亀裂または割れ目を形成することなく、フィンが管から形成されるように、可鍛性のある物質から管が形成されることが好ましい。亀裂または割れ目は、管の構造的な完全性および強度を制限する。これらの管は、通常、シェルおよび管熱交換器に用いられ、管の端部は、熱交換器の管板に付加される。可鍛性の管は、熱交換器の管板により容易に取り付けることができる。また、管は、伝熱を促進する物質から構成されることが好ましい。その可鍛性および伝熱特性を目的として、銅が、管の構成にしばしば用いられる。
【００１６】
フィン付き管は、管の外面における凝縮液の収集に特に関連して設計を検討される。一部の管は、凝縮液の噴出において他の管よりも優れている。凝縮液がより迅速に噴出する場合には、管における凝縮液の層はより薄くなり、そして、伝熱に対する抵抗がより小さくなる。それ故、より迅速に伝熱することから、凝縮液をより迅速に噴出する管が好ましい。
【００１７】
管が凝縮液をより迅速に噴出することを可能にする一態様として、凝縮液を液滴に凝集する外面の機能がある。これは、外面における急な部分または湾曲部によってしばしば実行される。急な部分または湾曲部が事実上凹状である場合には、表面張力が凹状の表面特徴に凝縮液を収集するため、そこが、凝縮液の液滴用の蓄積場所として機能する。表面張力の効果により、凝縮液は、凸面の領域から離れるように移動する。このため、凝縮液は凸面を避ける。それ故、凸状の領域は、比較的に凝縮液が存在しないままであり、伝熱に対する抵抗がより小さくなる。管が凝縮液をより迅速に噴出するために、凹状の領域は、次に、管からより迅速に流出する液滴に凝縮液を凝集する。湾曲部または急な部分は、通常、凸状および凹状の両方の表面を異なる位置に形成する。これにより、伝熱をより迅速にするような、凝縮液がほとんどまたは全く無い管における領域を提供するだけでなく、より迅速な凝縮液の噴出を促進する。
【００１８】
また、実際、凝縮管におけるより広い表面積が、伝熱をより迅速にする。フィンが管に形成されると、管の表面積が大きくなる。これにより、管全体における伝熱速度が大きくなる。管の表面積を大きくする管の外面における他の変形もまた伝熱速度を大きくする。
フィン付き管本体
【００１９】
本発明の一実施形態におけるフィン付き管１０を、異なる観点において図１、図２および図３に示す。管１０は、外面１４および内面１６を有する本体１２を含む。本体１２は、外面１４または内面１６における任意の形状または構造のための土台となる。本体は、伝熱を促進する物質から形成されることが好ましい。一般的に、金属は良導体であり、本発明の管の構成にしばしば用いられる。管本体１２の完全性に損傷を与えることなく外面１４および内面１６における種々の構造が形成されるように、物質もまた可鍛性であることが好ましい。これにより、これらの構造が管本体１２と一体構造となるように管本体１２から形成される。
管のフィン
【００２０】
管１０は、その外面１４に形成された少なくとも一つのフィン２０を有する。フィン２０は、通常、管本体の外面１４から周囲に突き出るまたは延在する。通常、フィン２０は螺旋状である。単一の一つのフィン２０が、管１０における全長の周囲を螺旋状に巻きついてもよい。複数のフィン２０が、管１０の周囲全体を螺旋状に取り巻いてもよい。いずれの構成でも、管本体の外面１４の断面は、まるで管本体の外面１４から周囲に突き出る複数の隣り合うフィン２０が存在するかのように見える。管１０の軸方向に平行な方向から見た場合には、互いに隣り合うフィン２０の断面は、それらが管本体の外面１４の周囲を螺旋状に取り囲む同一のフィン２０である可能性があるという事実にもかかわらずに、隣り合うフィン２０として参照される。フィン２０は、管本体１２の物質から形成されるため、管本体１２と一体構造となる。
【００２１】
各フィン２０は、フィン２０が管本体の外面１４に接続される位置に配置されるフィンベース２２を含むいくつかの部分を有する。フィン上端部２４は、フィンベース２２の反対側に配置されており、管１０の軸を基準としたフィン２０における最も高い位置である。フィン側壁２６は、第一の側壁２８および第一の側壁２８の反対側における第二の側壁３０を含む。チャネル３２は、２つの隣り合うフィン２０の間に画定されており、チャネル中心３４を有する。チャネル中心３４は、チャネル３２を形成する２つの隣り合うフィン２０から等距離にある。フィン２０は、それが管本体の外面１４から外側に向かって実質的に真っすぐに延在するように、管本体１２とほぼ垂直である。この例では、フィン２０は管１０から放射状に延在する。また、フィン２０は、管本体の外面１４に対する他の角度において配置されてもよい。
【００２２】
フィン上端部２４は、図４において最も良く確認できるように、複数のくぼみ３６を有する。くぼみ３６は、フィン上端部２４に対するくぼみ３６の角度により画定されるスキュー角３８を有する。スキュー角３８は、くぼみ３６がフィン２０に対して垂直であるか、またはくぼみ３６がフィン２０に対して異なる角度において固定されるかにより、０度から９０度までの範囲の角度となり得る。くぼみは、通常、０．０１ミリメートルから０．５ミリメートルまでの範囲の深部４０を有する。隣り合うくぼみ３６の間に複数の先端部４２が画定される。くぼみ３６がフィン上端部２４に形成される場合には、フィン上端部２４から延在する台４４が形成される。フィン上端部２４がくぼみ３６および先端部４２と共に上下にうねるため、台４４はくぼみ３６におけるフィン上端部２４から延在する。複数の台４４が、フィン２０における追加的な曲率、角度、および表面積を画定する。
羽根
【００２３】
再度図１、図２および図３を参照すると、フィン２０は、フィン上端部２４とフィンベース２２との間におけるフィン側壁２６から延在するまたは突き出る羽根５０を含む。羽根５０は、フィン上端部２４またはフィンベース２２に近接するが、フィン上端部２４またはフィンベース２２には配置されずに、側壁２６の中央近辺に配置される。複数の羽根５０が存在することが好ましく、羽根５０は、フィン側壁２６に対してほぼ垂直か、またはフィン側壁２６に対する他の角度において固定され得る。羽根は、フィンベース２２から羽根の上面５４までの距離として画定される高さ５２を有する。羽根５０がフィン側壁２６に対して９０度以外の角度において固定される場合には、羽根の高さ５２は、フィンベース２２から羽根の上面５４における最高点までの距離として画定される。
【００２４】
羽根５０は、羽根５０がフィン側壁２６に接続される位置に羽根ベース５６を有する。羽根ベース５６は、通常、フィンベース２２とほぼ平行である。しかしながら、羽根ベース５６は、フィンベース２２に対して平行でない角度でもよい。羽根５０は、側壁２６からチャネル中心３４近辺まで延在できる。また、羽根５０は、チャネル中心３４手前の位置、またはチャネル中心３４を越える位置にさえ延在できる。隣り合うフィン２０からの羽根５０各々が、隣り合うフィン２０の間に画定されたチャネル３２内に到達するように、第一の側壁２８および第二の側壁３０の両方から羽根５０が延在する。隣り合うフィン２０からチャネル３２内に延在する羽根５０は、図示するように一列に配列される。しかしながら、チャネル３２内に延在する羽根５０が、隣接するフィン２０の２つの羽根５０の間におけるギャップ５８に対向する位置に配置されるように、羽根５０はずらされて配置されてもよい。
【００２５】
羽根５０の表面領域は、羽根がチャネル中心３４近辺まで延在することによって最大化される。羽根がチャネル中心３４近辺まで延在する場合には、羽根５０の間を液体が容易に流れないような効果的な障壁を、互いに対向して延在する羽根５０が共に形成することが意図される。これは、チャネル中心３４において対向する羽根５０同士が実際に接触することは意図されないが、羽根５０は、互いに接近することが好ましく実際に接触することがより好ましい。管１０における全体的な凝縮効率を改善する液体の表面張力を作用させるように、羽根５０は相互に作用できる。このため、チャネル中心３４における対向する羽根５０の効果的な接触は凝縮を促進できる。
【００２６】
羽根５０は、チャネル３２を、上部チャネル６０と下部チャネル６２とに分割する。凝縮液は、上部チャネル６０および下部チャネル６２の両方を通って流れ得て、チャネル間におけるより多くの流れは、種々の位置における羽根５０によって調整される。この一例を、異なる高さ５２の羽根を有する第一のフィン側壁２８および第二のフィン側壁３０と共に図５に示す。この方法では、チャネル３２内に延在する羽根５０は、対向する羽根５０同士が同一の高さ５２である場合と同程度には凝縮液の流れを制限しない大きな間隔６３を羽根５０の間に有する。チャネル間の流れを改善する第二のオプションは、図６に示すように、フィン側壁２６の片側のみに羽根５０を配置することを含む。この場合には、第一のフィン側壁２８および第二のフィン側壁３０のいずれか一方には、そこから延在する羽根５０が配置され、第一のフィン側壁２８および第二のフィン側壁３０の他方には羽根５０が配置されない。
【００２７】
ここで図１、図２、および図３を参照すると、羽根５０は、羽根ベース５６から羽根の端部６６まで延在する側面６４を有する。側面６４は、単一のフィン側壁２６において隣り合う羽根５０の間に画定されたギャップ５８に対向する。羽根側面６４とフィン側壁２６との間に複数の棚壁６８が延在する。棚壁６８は、羽根５０から上向きに延在するため、フィン上端部２４を向いて延在する。羽根５０と棚壁６８とが交わる羽根側面６４において角または急な部分が形成される。この角度は、通常、約９０度から約１７０度までの範囲において変化する。棚壁６８は、実質的にフィン上端部２４に真っすぐ向き得るが、羽根側面６４におけるより多くの段階的な角度が、棚壁６８がフィン上端部２４を向く角度を決定する。
【００２８】
棚壁６８がいくつかの急な部分および角を提供することにより凝縮が促進される。棚壁６８は、フィン側壁２６との交点および接続点、羽根側面６４との交点および接続点、並びに棚壁６８の端部がチャネル３２内に突き出る位置である棚壁の外縁において急な部分および角を有する。棚壁６８が他の構成要素と交わる上面および底面の両方において角および急な部分が形成される。羽根側面６４およびフィン側壁２６への接続、並びに急な部分および角の形成に加えて、棚壁６８はまた、凝縮を促進するように表面積を大きくする。
【００２９】
羽根５０は、通常、境界により明確に画定された比較的に平坦な羽根の上面５４を有する。羽根ベース５６は、通常、２つの羽根側面６４および羽根端部６６と同様に直線上に配置されている。これらの通常４つの直線の境界は、四角形である羽根の上面５４を提供する。羽根５０における各境界は、凝縮を促進する急な部分または角を提供する。
【００３０】
凝縮液が下部チャネル６２に閉じ込められ得るような、非常に多くの羽根５０を提供することもできる。これは、凝縮液を噴出する管１０の機能を妨げる可能性がある。それ故、単一のフィン側壁２６において隣り合う羽根５０の間のギャップ５８、および対向するフィン側壁２６における羽根５０の間の間隔６３は、本発明の設計において検討される。関連する検討材料には、単一のチャネル３２内に延在する対向する羽根５０の高さ５２、および羽根端部６６とチャネル中心３４との間の距離が含まれる。
チャネルマーク
【００３１】
チャネルマーク７０は、フィンチャネル３２内における管本体の外面１４に形成される。チャネルマーク７０は、通常、管本体の外面１４に画定された凹部である。チャネルマーク７０は、連続的または断続的である。連続的なチャネルマーク７０は、フィンチャネル３２内における管１０の周囲において円周状に形成される溝に類似した形状であり、そして、断続的なチャネルマーク７０は、フィンチャネル３２内に画定された複数の目立たないくぼみである。チャネルマーク７０は断続的に示される。チャネルマーク７０は、チャネルライン７２を画定するように通常は直線状に配置される。チャネルライン７２は、フィンチャネル３２またはフィンベース２２とほぼ平行となる。チャネルライン７２は、チャネルマーク７０の列によって画定される。
【００３２】
一つのフィンチャネル３２内に、一つのチャネルライン７２または複数のチャネルライン７２が存在できる。チャネルライン７２は、チャネル中心３４上、またはその近辺に配置されて、フィンベース２２近辺のチャネル中心３４をオフセットするか、またはその間における任意の位置に配置される。２つ以上のチャネルライン７２が存在し、かつチャネルマーク７０が断続的である場合には、チャネルマーク７０は、同時に存在するか、または交換可能である。チャネルマーク７０が同時に存在する場合には、図示するように、互いに対向して一列に配置される。チャネルマーク７０が交換可能である場合には、一つのチャネルライン７２内のチャネルマーク７０が、同一のフィンチャネル３２内の別のチャネルライン７２のチャネルマーク７０とは対向せずに、一列に配置される。
【００３３】
チャネルマーク７０は、種々の形状を有し得る。それらは、正方形、長方形、台形、多角形、三角形、または大抵の任意の他の形状となり得る。チャネルマーク７０は、凝縮用の核形成部位として機能する傾向がある。また、それらは、凝縮液用の蓄積場所を提供して液滴の形成を促進するように、急な角または鋭角として機能する。また、チャネルマーク７０は、伝熱を促進するように表面積を大きくする。チャネルマーク７０は、管本体１２内に延在し得て、それ故、管１０の強度を低下させる。それ故、チャネルマーク７０およびチャネルライン７２は、フィンベース２２近辺における管本体１２の厚みが大きい位置に配置される。
内面リッジ
【００３４】
管１０を通じる伝熱は、管本体の内面１６と管１０内の冷却液との間をより効率良く伝熱することによって改善する。より迅速な伝熱を促進するために、管本体の内面１６にリッジ７４が画定される。内面１６のリッジ７４は、通常は螺旋状であり、深部７６およびある個体数を有する。個体数は、定められた距離内におけるリッジ７４の数である。また、リッジ７４は、管の軸に対する異なる切断角度において固定され得る。深部７６およびリッジ７４の個体数は変更可能であり、切断角度は、冷却液が管内１０を渦巻くことが可能なように定められる。冷却液内のかき混ぜ量を大きくすることにより、渦巻く液体が伝熱を促進する。
管形成プロセス
【００３５】
フィン付き管１０は、この業界で公知となっている管フィン付け機械を備えた関連する平滑管１０から通常は形成される。管フィン付け機械は、連続する参照図１、図２および図３と共に、図７に示すようにアーバー８０を含む。管フィン付け機械は、しばしば管１０の周囲に配置される３つ以上のアーバー８０を含む。このため、管１０は、アーバー８０により適当な位置に保持される。アーバー８０は、各々が他を補完するように配置され、角度を付けられる。管は、管壁８２がアーバー８０と内部サポート８４との間に配置されるように、フィン付け機械を通じて提供および供給される。アーバー８０は、管の外面１４を変形させ、内部サポート８４が管の内面１６を変形する。通常、管壁８２は、アーバー８０に関連して回転し、それが回転するときに内部サポート８４と共に軸方向を動く。
【００３６】
アーバー８０は、管の外面１４における一つ以上の螺旋状のフィンを形成するために、通常、連続して管壁８２を変形するいくつかのフィン形成ディスク８６を含む。連続するフィン付けディスク８６は、フィン２０がフィン付けディスク８６によって形成および上方に押し出されるように、管壁８２内に深く突き進む。フィン２０が管の外面１４に形成されるときに、螺旋状のリッジ７４が管の内面１６において形成されるように、内部サポート８４は凹部８８を含む。
【００３７】
フィン付けディスク８６がフィン２０を形成した後に、最終的な管１０の態様を変形および画定するために、種々の他のディスクがアーバー８０にさらに備えられる。これらの他の残りのディスクは、所望に応じて含まれるか、または除去される。フィン付けディスク８６に続いて、隣り合うフィン２０により画定されたチャネル３２にチャネルマーク７０を形成するために、チャネルマークディスク９０が用いられる。チャネルマークディスク９０の次に、フィンベース２２とフィン上端部２４との間におけるフィン側面２８に羽根５０を形成するために、一つ以上の羽根形成ディスク９２が用いられる。羽根形成ディスク９２はまた、棚壁６８を形成し、羽根形成ディスク９２における歯の形状は、棚壁６８の形状および角度を決定する。羽根形成ディスク９２の次に、くぼみ形成ディスク９４がアーバー８０に取り付けられる。くぼみ形成ディスク９４は、フィン上端部２４にくぼみを形成する。この方法では、元の関連する平滑管１０における種々の変形が実現される。同様の結果を達成できる他の順序、およびディスク設計が適用される。
例示的な外形寸法
【００３８】
本発明の少なくとも一つの実施形態に関する概念を与えるために下記に例示的な外形寸法が記述されるが、本発明における外形寸法は変化し得る。
【００３９】
フィン間の距離は、２つの隣り合うフィン２０の中心点間の距離であり、そして、この距離は、０．３ミリメートルから０．７ミリメートルまでの範囲となり得る。
【００４０】
フィン２０は、フィンの厚さとして言及される、羽根５０の上方における厚さを有する。そして、この厚さは、０．０５ミリメートルから０．２ミリメートルまでの範囲となり得る。
【００４１】
フィン５０は、フィンがくぼみ３６を有する場合に、フィンベース２２から、先端部４２におけるフィン上端部２４までとして測定されるフィンの高さを有する。そして、フィンの高さは、０．７ミリメートルから１．５ミリメートルまでの範囲となり得る。
【００４２】
羽根５０は、管本体の外面１４から羽根の上面５４までとして測定される高さ５２を有する。そしてこの羽根の高さ５２は、０．１５ミリメートルから０．６ミリメートルまでの範囲となり得る。
【００４３】
羽根５０は、羽根の上面５４から羽根５０の底部までの厚みを有する。そしてこの厚みは、０．１ミリメートルから１ミリメートルまでの範囲となり得る。
【００４４】
フィン側壁２６は、羽根５０の下方における深みを有する。そしてこの深みは、０．２ミリメートルから０．６ミリメートルまでの範囲となり得る。
【００４５】
チャネルマーク７０は、いくつかの外形寸法を有する。それらは、管１０の周囲に沿って測定された全長を有する。この全長は、０．１ミリメートルから１ミリメートルまでの範囲となり得る。チャネルマーク７０は、管１０の軸に沿って測定された全幅を有する。この全幅は、０．１ミリメートルから０．５ミリメートルまでの範囲となり得る。また、チャネルマーク７０は、０．０１ミリメートルから０．２ミリメートルまでの範囲となり得る深部を有する。
【００４６】
フィン上端部２４に形成されたくぼみ３６は、０．０１ミリメートルから０．５ミリメートルまでの範囲において変化し得る深部４０を有する。そして、くぼみ３６は、０．０１ミリメートルから１ミリメートルまでの範囲において変化し得る幅を有する。
【００４７】
管本体の内面１６に形成されたリッジ７４は高さを有する。そして、この高さは、０．１ミリメートルから０．５ミリメートルまでの範囲となり得る。軸に対する内部のリッジ角は４６度に固定され得て、そして、リッジスタートは、８から５０までの範囲において変化し得る。
【００４８】
管１０の外径は、１９ミリメートルになり得る。管壁８２は、１．０４ミリメートルとなり得る厚みを有する。
【００４９】
ある羽根５０と隣の羽根５０との間のギャップを含む羽根の隔たりは、０．６ミリメートルから６ミリメートルまでの範囲となり得る。羽根の隔たりは、一つの羽根５０の先端から、直ぐ隣の羽根５０の先端までとして測定される。羽根ベース５６に沿って測定される羽根の幅は、０．１ミリメートルから０．５ミリメートルまでの範囲となり得る。
管の恩恵
【００５０】
記述された管１０は、管内を通って流れる冷却液を用いて、外面１４における蒸気を凝縮させる場合に非常に効率が良い。管１０はこのように、一実施形態においてこの使用形態に用いられ得る。外面１４は、多くの角度および鋭い角を有するため凝縮が促進される。これらの角度および鋭い角が、凝縮液を液滴にするような表面張力を有する領域を提供する。これらの液滴は、形成されるとより迅速に管１０に落ち込むため、管１０は、より迅速に凝縮液を噴出する。また、管１０から流出または落下する液滴の効率を改善するように、フィン２０の間におけるチャネル３２が凝縮液の流れを促進する。また、これにより、本発明は凝縮液を噴出する機能を改善する。凝縮液は、表面張力の効果により、フィン２０、羽根５０、棚壁６８、および台４４の端部等の凸曲面の領域を避ける傾向がある。これらの比較的に凝縮液が存在しない領域は、熱の流れに対する抵抗が小さい。これにより、凝縮効率がさらに改善される。
【００５１】
フィン２０、羽根５０、棚壁６８、くぼみ３６、台４４、およびチャネルマーク７０の全ては、管の外面１４における表面積を大きくする。熱は管の表面の至るところを移動するため、より大きな表面積により、伝熱効率が改善される。したがって、表面積を大きくするような管の外面１４における任意の変形が、伝熱効率を改善する。
【００５２】
リッジ７４が冷却液の乱流および渦巻きを引き起こすため、管の内面１６もまた伝熱を促進する。乱流および渦巻きは、層流を最小限にする混合を引き起こし、また、管の内面１６に直接に隣接する流体層の深部を最小化する。リッジ７４はまた、伝熱を促進するように、内面１６の表面積を大きくする。より多いリッジの個体数および／またはより大きなリッジ深部７６は、伝熱効率を改善するが、また、より多いリッジの個体数および／またはより深いリッジ７４は、管１０を通る冷却液の流れに対する抵抗を大きくする。冷却液の流量の減少により伝熱が遅くなる。それ故、最高の伝熱条件のためのバランスが取り決められる。
【００５３】
本発明が、限定された数の実施形態に関して記述される一方で、この開示の恩恵を有する当業者は、本明細書に開示された本発明の範囲から逸脱しない変更が他の実施形態にされ得ることを理解する。従って、本発明の範囲は、添付の請求項によってのみ制限される。
【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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【国際調査報告】
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