(57)【要約】      （修正有）【課題】熱交換器パイプの構造化された表面を迅速に、一義的に、かつ再現性のあるように特性表示するための方法を提供する。【解決手段】長手シ−ム溶接された熱交換器パイプの構造化された内面および／あるいは外面を表示するための方法において、熱交換器パイプを製造するために見込まれている構造化された帯状材のそれぞれ１つの定義されたサンプルが、移動させられ、そして１ＧＨｚから１００ＧＨｚの周波数範囲の電磁波を用いた上でレ−ダドップラ−分光測定にふされるのであって、その際に平滑パイプを基準にして標準化されたレ−ダドップラ−スペクトルから面積積分Ａ、平均値ｍと分散量Ｓの量が求められることを特徴とする。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手シ−ム溶接された熱交換器パイプの構造化された内面および／あるいは外面を表示するための方法において、熱交換器パイプを製造するために見込まれている構造化された帯状材のそれぞれ１つの定義されたサンプルが、移動させられ、そして１ＧＨｚから１００ＧＨｚの周波数範囲の電磁波を用いた上でレ−ダドップラ−分光測定にふされるのであって、その際に平滑パイプを基準にして標準化されたレ−ダドップラ−スペクトルから面積積分Ａ、平均値ｍと分散量Ｓの量が求められることを特徴とする方法。
【請求項２】
熱交換器のシ−ムレスパイプの構造化された内面および／あるいは外面を表示するための方法において、熱交換器パイプの、平面に展開された表面からなるそれぞれ１つの定義されたサンプルが移動させられ、そして１ＧＨｚから１００ＧＨｚの周波数範囲の電磁波を用いた上でレ−ダドップラ−分光測定にふされるのであって、その際に平滑パイプを基準にして標準化されたレ−ダドップラ−スペクトルから面積積分Ａ、平均値ｍと分散量Ｓの量が求められることを特徴とする方法。
【請求項３】
構造化された内面および／あるいは外面を有する熱交換器パイプにおいて、特許請求の範囲第１項、あるいは第２項に記載の方法に基づいて求められた量である面積積分Ａおよび分散量Ｓ（あるいは、標準偏差σ）が１ｘ１００≦Ａ≦２ｘ１０４および１ｘ１０２≦Ｓ≦５ｘ１０５（あるいは、１ｘ１０１≦σ≦１ｘ１０３）であることを特徴とする熱交換器パイプ。
【請求項４】
１ｘ１０１≦Ａ≦５ｘ１０３および１ｘ１０３≦Ｓ≦１ｘ１０５（あるいは、３ｘ１０１≦σ≦５ｘ１０２）であることを特徴とする、特許請求の範囲第３項に記載の熱交換器パイプ。
【請求項５】
熱伝達係数αに基づく熱伝達特性との相関によって熱交換器パイプを熱工学的に分類するために特許請求の範囲第１項、あるいは第２項に記載の方法に基づいて求められた量である面積積分Ａおよび分散量Ｓの使用。
【請求項６】
凝縮が行なわれる表面においてＡの増加、あるいはＳの減少がαｃｏｎｄの所望の増加、すなわちαｃｏｎｄ〜Ａ、あるいはαｃｏｎｄ〜Ｓ−１を表示するようにαｃｏｎｄがＡ、あるいはＳと相関していること、およびスペクトル平均値ｍが、レ−ダドップラ−基本周波数ｆ０より上にあることを特徴とする、特許請求の範囲第５項に記載の使用。
【請求項７】
蒸発が行なわれる表面においてＡの増加、あるいはＳの減少がαｅｖａｐの所望の増加、すなわちαｅｖａｐ〜Ａ、あるいはαｅｖａｐ〜Ｓ−１を表示するようにαｅｖａｐがＡ、あるいはＳと相関していること、およびスペクトル平均値ｍが、レ−ダドップラ−基本周波数ｆ０より下にあることを特徴とする、特許請求の範囲第５項に記載の使用。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明の対象は、長手シ−ム溶接された熱交換器パイプ、あるいはシ−ムレス熱交換器パイプの構造化された内面および／あるいは外面を表示するための方法である。
【０００２】
【従来の技術】
従来の技術によれば、熱伝達プロセス向けに表面構造化されたパイプを使用するのが望ましい。該パイプは、通常では継ぎ目なしで、あるいは長手シ−ム溶接されて製造されている。その際に一般に使用されているパイプは銅パイプである。
【０００３】
構造化された表面を有するパイプは、平滑パイプよりも大きな表面積を呈している。表面積の大きなパイプは、熱交換器設備に使用するのが望ましい。目標は、より小さな構造サイズとより簡単な構造のもとでより高い出力密度を達成することである。そのためには、個々のパイプの出力を向上させることが必要である。
【０００４】
通常では構造化されたパイプの特性化は、時間とコストとをかけて構造を特徴付けている幾何学的諸量、例えば構造高さ、エレメント角度を求めて、分析することによって行なわれる。幾何学形状的構造量に関する例は、とりわけＥＰ０１４８６０９において詳細に記述されている。故に幾何学形状的表面構造を特性表示するには多数の個別測定が必要である。その際に大幅な測定手間がかかること以外に、測定誤差の累積を排除することが出来ない。
【０００５】
熱交換器パイプの熱伝達特性を決定するためには、特殊な熱測定スタンドで個々のパイプ、あるいはパイプ束のもとで広範囲にわたる測定を実施することが必要である。構造要素の幾何学形状の莫大な多様性を背景にして、従来の技術水準と比べて著しくわずかな手間で微細な構造とその熱性能特性を一義的に測定技術的に特性表示出来ないものかという問題が提起される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
故に本発明の課題は、手間をかけて、熱工学的に個々のパイプを測定する代わりに構造化された表面を迅速に、一義的に、かつ再現性のあるように特性表示するための方法を提供することである。とりわけ、非接触式に作動する測定技術的可能性を見出すべきであって、該可能性のもとにおいてはすぐそのまま使えるパイプサンプルが存在していることが必要でない。
【０００７】
該課題は、本発明によれば特許請求の範囲第１項、あるいは第２項の特徴によって解決される。
【０００８】
レ−ダドップラ−分光測定法は、図１に模式図で示されている。その際にマイクロ波送信器１によって特定の角度のもとで送出される、１ＧＨｚから１００ＧＨｚの周波数範囲の電磁波が、移動させられるサンプル２によって反射させられ、受信器３によって記録され、そしてユニット４において評価される。矢印は、サンプルの運動方向を示している。（レ−ダ測定装置の基礎事項については、Ｍ．Ｓｋｏｌｎｉｋ著の本「レ−ダシステムへの手引き」ＭａｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ（１９８０年）の、とりわけＰ．６８ｆｆを参照のこと。）
【０００９】
ドップラ−効果に基づいて生じる周波数偏移が測定される。運動する帯状材の構造化された表面によって、本来単色光で入射する電磁波の、幾何学形状的に生み出された周波数拡張が引き起こされる。この周波数拡張、あるいは線拡張は、表面の幾何学的構造物に関して特徴的であって、そして反射信号の周波数のフ−リエ解析の後にテストパラメ−タによって決定されるドップラ−周波数ｆ０の範囲にある周波数スペクトルとして現れる（あとで説明されている図２の周波数スペクトルを参照のこと；該周波数スペクトルは、平滑パイプを基準にしたスペクトルをドップラ−偏移（Ｈｚ）の関数として示している）。
以下の諸量が定義されている：
面積積分Ａ（図３ａの模式図を参照のこと）、
平均値ｍ（図３ｂを参照のこと）および幅に関する尺度として、
分散量Ｓ（図３ｃを参照のこと）（あるいは、標準偏差σ＝√Ｓ）。
【００１０】
これらの量は、数学的に以下のように表示される：
ｆ（ｘ）を（平滑パイプの表面を基準にした）レ−ダドップラ−周波数ｘの分布関数、すなわち検査すべき構造物のレ−ダドップラ−スペクトルとすると、次の式１が適用される：
【式１】
2004333125.tif 000003
2004333125.tif 000004
（例えば、ブロンシュタイン／セメンジャエフの「数学便覧」（第２２版、１９８５年）のＰ．６６５からＰ．６６８を参照のこと。）
【００１１】
レ−ダドップラ−分光法は、これまで例えば、海の表面のうねりを調査するために用いられてきた（例えば、Ｊｏｈｎｓ  Ｈｏｐｋｉｎｓ  ＡＰＬ  テクニカルダイジェストの第１０巻、Ｎｏ．４（１９８９）のＰ．３３２−Ｐ．３３８におけるＤ．Ｒ．Ｔｏｍｐｓｏｎ：「マイクロ波レ−ザによる海の表面の探査」、あるいは国際地球科学・リモ−トセンシングシンポジウム（ＩＧＡＲＳＳ）のＶ２、１９９４、ＩＥＥＥＥ、Ｐｉｓｃａｔａｗａｙ、ＮＪ、ＵＳＡ、９４ＣＨ３３７８−７、Ｐ．７２９のＲ．Ｒｏｍｅｉｓｅｒ：「海の表面からのレ−ダ後方散乱のドップラ−スペクトル；３スケ−ル複合表面モデルによって得られたスペクトル」を参照のこと）。
【００１２】
上記の研究の、熱交換器パイプの構造化された表面への応用は、とりわけ測定物体のオ−ダ−と速度がそれぞれ異なるために専門家にとっては容易に思いつくことではない。一般に用いられている熱交換器パイプの表面は、本発明によれば以下の式２で表される諸範囲によって特徴付けられる：
【式２】
2004333125.tif 000005
【００１３】
本発明の枠内においてさらに驚くべきことに、表面の微視的トポグラフィ−、特有の熱工学的特性量である熱伝達係数α、並びにレ−ダドップラ−スペクトルの客観的な積分特性量（例えば、面積積分Ａ、平均値ｍ、分散量Ｓと標準偏差σ）との間には一義的で、再現性のある相関関係が存在していることが判明している。特別重要なのは、レ−ダドップラ−スペクトルの特性量が熱工学的分類のために適していることであり、しかも然るべき表面構造、あるいはすぐに使用出来るパイプサンプルの幾何学形状に関する詳細な知識が必要でない。
【００１４】
故にレ−ダドップラ−分光法は、例えばパイプの比熱出力を改善するために熱伝達向けに用いられる任意の表面構造をパイプの期待されるべき熱出力に関して分類するのに格別適している。レ−ダドップラ−分光法によって得られた測定量とすぐに使用出来るパイプサンプルの熱工学的比出力との間の、本発明に基づく関係は、再現性が優れているという特徴を有している。装置面および時間面での手間は、従来の技術と比べて著しく少ない。
【００１５】
液化プロセス向けに使用するのが望ましい構造を有するパイプの場合、とりわけ鋭利な、凸面状エッジ（ＤＥ４４０４３５７ＣＩを参照のこと）を有する構造の場合、ドップラ−スペクトルの平均値ｍはドップラ−基本周波数ｆ０より上の周波数へと偏移すること、そして熱伝達係数αｃｏｎｄの増加はレ−ダドップラ−スペクトルの面積積分Ａの増加と同じであることが判明している。同時に分散量Ｓと標準偏差σが減少する。
【００１６】
蒸発プロセス向けに使用するのが望ましい構造を有するパイプの場合、とりわけアンダ−カットされた中空状構造の場合、ドップラ−スペクトルの平均値ｍはドップラ−基本周波数ｆ０より下の周波数へと偏移すること、そして熱伝達係数αｅｖａｐの増加はレ−ダドップラ−スペクトルの面積積分Ａの増加と同じであることが判明している。同時に分散量Ｓと標準偏差σが減少する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下の実施形態をもとにして本発明を詳しく説明することにする：
１．  以下の表１の外径９．５２ｍｍ（３／８インチ）、コア肉厚０．３０ｍｍの長手シ−ム溶接した銅製熱交換器パイプが試験された。平滑パイプ、内部シングルフィン構造を有するパイプ、並びに内部ダブルフィン構造を有するパイプが例として挙げられている。
【表１】
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【００１８】
パイプ向け材質としてさらに銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、並びにスチ−ルおよび特殊鋼が優れている。
【００１９】
幾何学形状量も、熱出力もともに個別パイプ測定スタンドで決定された。液化プロセスにおける熱工学的測定値から、平滑パイプ、シングルフィン構造を有するパイプ、並びにダブルフィン構造を有するパイプの順で表２ａに示した出力比が得られた。
【００２０】
【表２】
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【００２１】
これと平行してパイプを製造するのに使用された帯状材のサンプルが、移動させられるサンプルキャリアに載せられた。そのあと、平滑な表面、あるいは内部構造が、レ−ダドップラ−分光法を用いて解析された。試験は、９４ＧＨｚのレ−ダモジュ−ルを用いてサンプルキャリアの速度２ｍ／秒のもとで行なわれた。
【００２２】
図２は、例として挙げられたパイプの場合に得られたレ−ダドップラ−スペクトルを示している。示された結果は、平滑パイプのスペクトルをもとにして標準化されている。スペクトル（ａ）は、シングルフィン構造を有するパイプのものであり、そしてスペクトル（ｂ）は、ダブルフィン構造を有するパイプのものである。特性量である面積積分Ａ、分散量Ｓおよび標準偏差σに関して表２ｂによる以下の数値が得られた。
【００２３】
熱工学的に決定されたαｃｏｎｄとレ−ダドップラ−スペクトルから決定された面積積分Ａに関する比数値の優れた一致が目立っている。同時にＳ（あるいはσ）の逆数は、比例関係にある出力デ−タの傾向を正しく再現している。さらに確定されたドップラ−スペクトル平均値ｍは、平滑パイプのもとで記録されたドップラ−基本周波数ｆ０より上にある。これは、凝縮パイプにとって典型的なことである。
【００２４】
２．  第２の実施形態では平滑パイプ、内部シングルフィン構造を有するパイプ、並びに蒸発プロセス向けに使用されるような内部ダブルフィン構造を有するパイプが試験されている（以下の表３を参照のこと）。
【表３】
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【００２５】
蒸発プロセスにおける熱工学的測定値から、平滑パイプ、シングルフィン構造を有するパイプ、並びにダブルフィン構造を有するパイプの順で表４ａに示した出力比が得られた。これと平行してパイプを製造するのに使用された帯状材のそれぞれのサンプルが、レ−ダドップラ−分光法を用いて解析された。特性量である面積積分Ａ、分散量Ｓおよび標準偏差σに関して表４ｂによる以下の数値が得られた。
【００２６】
【表４】
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【００２７】
レ−ダドップラ−スペクトルから決定された、比例関係にある面積積分Ａ、並びにＳ（あるいは、σ）の逆数値は、熱伝達係数αｅｖａｐの比の傾向を正しく再現している。同時にドップラ−基本周波数ｆ０よりも下にあるドップラ−スペクトル平均値ｍは、これが蒸発プロセス向けに格別適した構造と関わっていることを示している。
【００２８】
【発明の効果】
こうして本発明は、決定すべき測定量Ａ、Ｓ（あるいは、σ）、ｍからそれぞれの表面構造の蒸発プロセスおよび液化プロセスに関する帰納的推論を直接行える可能性を提供している。
【図面の簡単な説明】
【図１】レ−ダドップラ−分光測定法を示す模式図である。
【図２】周波数のスペクトルを示す図である。
【図３ａ】面積積分Ａを示す模式図である。
【図３ｂ】平均値ｍを示す図である。
【図３ｃ】分散量Ｓを示す図である。
【符号の説明】
１  マイクロ波送信器
２  サンプル
３  受信器
４  ユニット
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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