JP4336534B2 - 耐食性を有する伝熱管 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、自動車や建設機械の油冷却管、居住用空間の温湿度を調整する空調機、その他に於いて、腐食環境下で使用される耐食性を有する伝熱管に係るもので、耐食性は勿論、優れた放熱特性による効率的な熱交換が可能な伝熱管を得ようとするものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、上述の如き耐食性を有する伝熱管として、特開平８−１８８８８４号公報記載の発明、特開平１０−３１５２９５号公報記載の発明の如く、亜鉛メッキやクロメート被膜等の防食メッキを施した鋼管やアルミ管等の細径金属管の外周面に、押出成形法によりポリアミド(ＰＡ)、ポリプロピレン(ＰＰ)、ポリエチレン(ＰＥ)等の熱可塑性の樹脂被膜層を設けたものが存在する。この樹脂被膜層の衝撃吸収力や耐水性、耐薬品性等により、飛び石等による防食メッキ層、細径金属管の破損を防ぎ、泥はねや薬品等による細径金属管の酸化を防止し、伝熱管の耐食性を高めていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の如き従来技術の伝熱管は、耐衝撃性や耐食性を高めるために樹脂被膜層を肉厚に形成しているので、放熱特性の点で問題があり、伝熱管の内外を流通する流体同志の熱交換を効率的に行うのは困難であった。そこで、放熱特性の向上のため、特開平９−４２５７３号公報記載の発明、特開平９−１３６１１１号公報記載の発明、特開平１１−３２５７７８号公報記載の発明の如く、長尺な平板を螺旋状に巻回して、細径金属管の外周にフィン部材を設けて伝熱管を形成したものが存在する。このフィン部材により、伝熱管の放熱特性が高まり、伝熱管の内部を流動する流体と外部を流動する流体との熱交換効率を向上させる事ができる。しかしながら、飛び石等により細径金属管の表面の防食メッキ層が破損され易く、耐食性に問題があった。
【０００４】
本発明は上述の如き課題を解決しようとするもので、細径金属管を耐衝撃性の高い樹脂被膜層で被覆して、耐食性を高めるとともに、樹脂被膜層の外周に熱伝導性に優れた金属製の伝熱体を設けて放熱特性や吸熱特性を高め、内部を流通する流体と外部を流通する流体との熱交換効率にも優れた伝熱管を得るものである。また、この耐食性と放熱特性又は吸熱特性に優れた伝熱管を、簡易な構造で廉価に形成可能とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上述の如き課題を解決するため、第１の発明は、細径金属管と、この細径金属管の外周面に設けた少なくとも１層の樹脂被膜層と、この樹脂被膜層の最外層の外周面に密着させて装着した肉薄金属管で形成した金属製の伝熱体とから成るものである。
【０００６】
また、第２の発明は、細径金属管と、この細径金属管の外周面に設けた少なくとも１層の樹脂被膜層と、この樹脂被膜層の最外層の外周面に密着させて螺旋状に巻き回した金属製の帯材で形成した金属製の伝熱体とから成るものである。
【０００７】
また、第３の発明は、細径金属管と、この細径金属管の外周面に設けた少なくとも１層の樹脂被膜層と、この樹脂被膜層の最外層の外周面に密着させて螺旋状に巻き回した金属製のフィン部材で形成した金属製の伝熱体とから成るものである。
【０００８】
また、第４の発明は、細径金属管と、この細径金属管の外周面に設けた少なくとも１層の樹脂被膜層と、この樹脂被膜層の最外層の外周面に密着させて螺旋状に巻き回した金属製の線材で形成した金属製の伝熱体とから成るものである。
【０００９】
また、細径金属管は、外表面に少なくとも１層の防食メッキ層を設け、この防食メッキ層の外周面に少なくとも１層の樹脂被膜層を設けても良い。
【００１０】
また、伝熱体は、外表面に少なくとも１層の防食メッキ層を設けても良い。
【００１１】
また、伝熱体は、外周面に樹脂製の外周フィンを螺旋状に巻き回しても良い。
【００１２】
また、樹脂被膜層及び／又は樹脂製の外周フィンは、該樹脂材よりも熱伝導性の高い金属製又はガラス製の粒子及び／又は繊維を含有しても良い。
【００１３】
また、樹脂被膜層及び／又は樹脂製の外周フィンは、カーボンナノファイバーを含有させても良い。
【００１４】
カーボンナノファイバーは、５wt%より多く３０wt%より少ない含有量で含有させても良い。
【００１５】
また、フィン部材及び／又は外周フィンは、ピン、突起、短冊状の板材、凹凸、貫通孔の何れか一つ又はこれらの組み合わせから成る乱流化手段を外周面に設けても良い。
【００１６】
また、樹脂被膜層は、細径金属管の外周面に２層配設しても良い。
【００１７】
【作用】
本発明は、上述の如く構成したものであるから、鋼管やアルミ管等の細径金属管の外周面に設ける樹脂被膜層は、押出成形法、その他の手法により、ＰＥ、ＰＰ、ＰＡ等の何れか１種の樹脂を用いて１層のみで形成しても良いし、２種以上の樹脂を用いて、複数層で形成しても良い。樹脂被膜層を１層としても、優れた耐衝撃性が得られるし、樹脂被膜層を設ける手数を少なくできる。
【００１８】
また、複数層の場合、例えば細径金属管の外周面に金属との密着性に優れたＰＡ層を配置し、このＰＡ樹脂被膜層の外周面に耐水性や耐薬品性に優れたＰＰ層を配置して、２層で形成すれば、各樹脂の特性の相乗効果で、伝熱管の耐食性を更に高める事ができる。また、２層とした樹脂被膜層は、１００μｍ〜１ｍｍとするのが好ましく、伝熱管の耐食性が得られ、且つ伝熱管の熱伝導性を損なう事のないものとなる。
【００１９】
また、上記ＰＡ／ＰＰの組み合わせの他にも、ＰＡ／ＰＡ、ＰＰ／ＰＰ、ＰＡ／ＰＥ等の組み合せとしても良い。このように、衝撃吸収力や耐水性、耐薬品性等、様々な特性に優れた樹脂の中から、使用環境や目的に応じて１種又は複数種の樹脂を選択し、細径金属管を１層又は複数層の樹脂被膜層で被覆する事により、細径金属管の飛び石等による破損や泥はね等による酸化等を防止して、伝熱管の耐食性及び耐熱性を向上させる事ができる。
【００２０】
そして、上記１層又は複数層の樹脂被膜層の外周面に、金属製の伝熱体を設けているので、金属の優れた熱伝導性により、樹脂被膜層のみを設けた場合に比べて伝熱管の外部を流動する流体との熱交換効率を向上させる事が可能となる。また、従来技術では、伝熱管の耐食性を向上させるために樹脂被膜層を肉厚としていたので、伝熱管の放熱特性に乏しかった。しかし、本発明では、樹脂被膜層の外周面に設けた金属製の伝熱体も耐衝撃性を有し、樹脂被膜層による細径金属管の保護力を助長するので、従来に比べて樹脂被膜層を肉薄に形成でき、放熱の場合は伝熱管の放熱特性を、吸熱の場合は伝熱管の吸熱特性を更に向上して、伝熱管の内外を流動する流体間の熱交換効率を高める事ができる。
【００２１】
また、弾力性及び柔軟性を有する樹脂被膜層の存在により、細径金属管への伝熱体のフィット性が高く、安定して密着配設させる事ができる。従って、伝熱体と樹脂被膜層との熱伝導性が高まり、伝熱管の放熱特性や吸熱特性が向上するとともに、伝熱管の振動や伝熱体の外周を流動する流体の流動圧などへの伝熱体の耐久性が向上し、優れた熱交換性能を持続させる事ができる。
【００２２】
また、前記金属製の伝熱体は、樹脂被膜層の外周面に肉薄金属管を装着し、この肉薄金属管を伸管させて樹脂被膜層を介して細径金属管に密着させれば、樹脂被膜層の外周面全体を金属で被覆可能となり、高い放熱特性或いは吸熱特性を得て、効率的な熱交換が可能となる。
【００２３】
また、伝熱体は、樹脂被膜層の外周面に金属製の帯材を螺旋状に巻き回して形成したり、断面円形、楕円形、三角形、四角形等の金属製の線材を螺旋状に巻き回して形成すれば、伝熱体を設ける作業をより容易とする事ができる。また、伝熱体は、樹脂被膜層の外周に巻き回した断面Ｌ字状、Ｔ字状、Ｕ字状等の金属製のフィン部材としても良く、外部を流通する流体と伝熱体との接触面積が増大し、伝熱管の放熱特性や吸熱特性が向上して、効率的な熱交換が可能となる。
【００２４】
また、帯材、フィン部材、線材等を樹脂被膜層の外周面に巻き回す際は、隣接する端部を互いに隙間無く密着させて、樹脂被膜層の外周面全体を帯材、フィン部材、線材で被覆しても良いし、隣接する端部間に一定の間隔を介して帯材、フィン部材、線材を巻き回し、樹脂被膜層の一部を外部に露出させても良い。また、一定間隔で巻き回す場合には、間隔が広くて伝熱体の表面積が少ないと、伝熱管の高い熱伝導性を得る事が困難となるので、熱伝導性を損なう事がなく、飛び石を防げる間隔や角度で帯材、フィン部材、線材を配置する。
【００２５】
また、伝熱体は、例えば、樹脂被膜層の外周面に金属製の帯材を巻き回し、この帯材の外表面に更に金属製のフィン部材を巻き回して形成する等、肉薄金属管、帯材、フィン部材、線材を複数組み合わせて形成しても良く、放熱特性或いは吸熱特性を更に向上させる事ができる。
【００２６】
また、伝熱体を肉薄金属管、帯材、線材で形成した場合、当該伝熱体の外周面に断面Ｌ字状、Ｔ字状、Ｕ字状等の樹脂製の外周フィンを螺旋状に巻き回せば、樹脂の弾力性により飛び石等に対する伝熱管の耐衝撃性を高める事ができる。また、外周フィンを樹脂製としても、その広い表面積により良好な放熱特性や吸熱特性が得られ、熱交換器としての伝熱管の機能性を向上させる事ができる。
【００２７】
また、上記金属製のフィン部材及び／又は樹脂製の外周フィンは、ピン、突起、短冊状の板材、凹凸、貫通孔の何れか１つ又はこれらの組み合わせから成る乱流化手段を外周面に設ければ、フィン部材や外周フィンの表面積を更に増す事ができ、伝熱管による熱交換効率を更に向上させる事ができる。また、これらの乱流化手段により、伝熱管の外部を流通する流体に渦巻状の乱流を発生させ、境界層の剥離により、熱交換効率を更に向上させる事ができる。
【００２８】
また、細径金属管は、外表面に少なくとも１層の犠牲腐食性等の防食メッキ層を設け、この防食メッキ層の外周面に少なくとも１層の樹脂被膜層を設ければ、細径金属管及び防食メッキ層が樹脂被膜層により保護され、伝熱管の耐食性を高める事ができる。また、前記防食メッキ層は、亜鉛、錫、錫−亜鉛合金、ニッケル、亜鉛−ニッケル合金等を用いた１層構造であっても良いし、これらを組み合わせた２層以上の複数層構造であっても良い。
【００２９】
また、上記肉薄金属管、金属製の帯材、金属製のフィン部材、金属製の線材等で形成した伝熱体に於いても、外表面に少なくとも１層の犠牲腐食性等の防食メッキ層を設ければ、伝熱管の防食性を更に高める事ができる。また、この伝熱体へのメッキ処理は、樹脂被膜層の外周面に、前記何れかの伝熱体を設けた後に行っても良いし、予めメッキ処理を施した肉薄金属管、帯材、フィン部材、線材等を樹脂被膜層の外周面に設けるものであっても良い。
【００３０】
また、前記樹脂被膜層及び／又は樹脂製の外周フィンは、該樹脂材よりも熱伝導性の高い銅、アルミ、ステンレス等の金属製又はガラス製の粒子及び／又は繊維を含有すれば、樹脂被膜層や外周フィンの熱伝導性が高まり、放熱特性や吸熱特性に優れた伝熱管を得て、より効率的な熱交換が可能となる。
【００３１】
特に、樹脂被膜層及び／又は樹脂製の外周フィンは、カーボンナノファイバーを含有させれば、樹脂材の熱伝導性を向上させる事ができ、伝熱管の放熱特性或いは吸熱特性の高い向上が可能となる。また、カーボンナノファイバーは、５wt%より多く３０wt%より少ない含有量で含有させれば、最良の放熱特性或いは吸熱特性を得る事ができる。このカーボンナノファイバーの含有量を５wt%以下とすると、伝熱効果の向上作用に乏しく、３０wt%以上を樹脂材に含有させるのは困難で、生産性が低下するとともに高価で、伝熱効果に大きな差を生じない。尚、本明細書で言うカーボンナノファイバーとは、ナノテクノロジー分野に於いて、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、その他ナノ単位のカーボン材料を全て含んだ総称を示すものである。
【００３２】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面に於て詳細に説明すれば、図１は本発明の第１実施例の伝熱管の一部拡大断面図で、肉薄金属管を伝熱体とし、細径金属管と伝熱体の各々の外表面に防食メッキ層を施したものであり、図２に示す第２実施例は、金属製の帯材を伝熱体とした伝熱管で、図３に示す第３実施例は、断面Ｌ字状のフィン部材を伝熱体とした伝熱管である。また、図４に示す第４実施例は、断面Ｔ字状のフィン部材を伝熱体とした伝熱管で、図５に示す第５実施例は、断面Ｔ字状のフィン部材にピンを突設して乱流化手段を設けた伝熱管、図６に示す第６実施例は、断面Ｕ字状のフィン部材を伝熱体とした伝熱管、図７に示す第７実施例は、断面円形の金属製の線材を伝熱体とするとともに、樹脂被膜層を２層とした伝熱管である。また、図８に示す第８実施例は、肉薄金属管で形成した伝熱体の外周面に、樹脂製の外周フィンを螺旋状に巻き回した伝熱管である。また、図９に示す第９実施例は、樹脂被膜層の外周面に金属製の帯材を配設し、この帯材の外周面に、更に断面Ｉ字状の金属製のフィン部材を巻き回して伝熱体とした伝熱管である。
【００３３】
まず、図１に示す第１実施例を詳細に説明すれば、(１)は細径金属管で、管径３０ｍｍ以下の比較的細径の外表面に銅メッキの無い一重巻鋼管、外表面に銅メッキの有る二重巻鋼管、アルミ管等を用いている。そして、前記細径金属管(１)の外表面にメッキ処理を施し、犠牲腐食性等の防食メッキ層(２)を設けるが、この防食メッキ層(２)は、亜鉛、錫、錫−亜鉛合金、ニッケル、亜鉛−ニッケル合金等により１層で形成しても良いし、細径金属管(１)の外表面にニッケルをメッキし、このニッケルの外周面に亜鉛−ニッケル合金をメッキして２層構造とする等、複数層としても良い。また、複数層の防食メッキ層(２)の形成は、例えば特許第２７５０７１０号公報記載の発明、特許第２９５４５５５号公報記載の発明、特開平３−４７９８７号公報記載の手法で行っても良い。
【００３４】
次に、押出成形装置等を用いて、上述の如き防食メッキ層(２)の外周面に樹脂被膜層(３)を密着コーティングする。この樹脂被膜層(３)は、本実施例ではポリアミド１２等のポリアミド(ＰＡ)、ポリプロピレン(ＰＰ)、ポリエチレン(ＰＥ)等により形成した１層のみで形成している。また、樹脂被膜層(３)は、前記樹脂材中に銅、アルミ、ステンレス等の金属やガラスで形成した粒子や繊維を含有させて形成しても良く、樹脂被膜層(３)の熱伝導性を高める事ができる。更に、樹脂被膜層(３)を黒色としても良く、放熱の場合は輻射熱の放射特性に優れ、吸熱の場合は熱吸収に優れたものとなり、熱交換効率の更なる向上が可能となる。
【００３５】
また、上記樹脂被膜層(３)に含有させる繊維として、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン等のカーボンナノファイバーを使用する事により、樹脂被膜層(３)の放熱特性や吸熱特性を高く向上させる事ができる。また、このようなカーボンナノファイバーを、５wt%より多く３０wt%より少ない含有量で含有させるのが好ましく、より良好な伝熱効果が得られるとともに伝熱管(７)の生産も容易である。
【００３６】
そして、上記樹脂被膜層(３)の外周面に、金属製の伝熱体(５)を設けるが、図１に示す第１実施例では、樹脂被膜層(３)の外周面に、銅、アルミ、ステンレス等の金属製の肉薄金属管(４)を外装し、この肉薄金属管(４)を伸管する手法で樹脂被膜層(３)を介して細径金属管(１)の外周面に肉薄金属管(４)を密着させて伝熱体(５)を形成している。
【００３７】
そして、上記伝熱体(５)の外周面にメッキ処理を施し、第２防食メッキ層(６)を設けている。この第２防食メッキ層(６)も、前記細径金属管(１)外周の防食メッキ層(２)の如く、亜鉛、錫、錫−亜鉛合金、ニッケル、亜鉛−ニッケル合金等により１層で形成しても良いし、これらを組み合わせて複数層で形成しても良い。この第２防食メッキ層(６)を設ける事により、伝熱体(５)の腐食を防ぎ、伝熱管(７)全体の耐食性を更に高める事が可能となる。
【００３８】
上述の如く形成した伝熱管(７)では、細径金属管(１)及び防食メッキ層(２)を衝撃吸収性や耐水性、耐薬品性等を有する樹脂被膜層(３)で被覆保護する事で、鋼管やアルミ管等を用いた細径金属管(１)及び防食メッキ層(２)の、飛び石等による破損や泥はね等による酸化等の防止効果が高まり、耐食性に優れた製品を得る事ができる。また、従来技術では、樹脂被膜層(３)を設ける事により放熱特性が低下していたが、本発明では、樹脂被膜層(３)の外周面に金属製の伝熱体(５)を設けているので、伝熱管(７)の熱伝導性を向上させる事ができる。
【００３９】
また、金属製の伝熱体(５)は耐衝撃性にも優れるので、樹脂被膜層(３)を従来に比べて肉薄に形成する事が可能となり、伝熱管(７)の放熱特性の向上を更に助長するものとなる。従って、放熱特性に優れた伝熱管(７)を介して、該伝熱管(７)の内部を流通する流体と外部を流通する流体との熱交換を効率的に行う事ができ、この伝熱管(７)を使用した自動車や建設機械の油冷却管、居住用空間の温湿度を調整する空調機等の製品の品質を向上させる事ができる。
【００４０】
また、上記第１実施例では、細径金属管(１)の外表面に防食メッキ層(２)を設け、伝熱体(５)の外表面に第２防食メッキ層(６)を設ける事により、過酷な腐食環境下であっても優れた耐食性を持続可能となるが、本発明では、少なくとも細径金属管(１)の外周面に樹脂被膜層(３)を設け、その外周面に金属製の伝熱体(５)を設けた構造とすれば良く、前記防食メッキ層(２)や第２防食メッキ層(６)を設けずに伝熱管(７)を形成しても良い。このような伝熱管(７)でも、樹脂被膜層(３)及び伝熱体(５)により、耐食性、放熱特性に優れた製品を得る事ができる。また、メッキ処理に限らず、細径金属管(１)や伝熱体(５)に、陽極酸化処理等の他の表面処理を施しても良い。
【００４１】
また、上記メッキ処理や陽極酸化処理等の表面処理作業は、伝熱管(７)の製作工程に組み込んでも良いが、予めこれらの表面処理の施された細径金属管(１)や伝熱体(５)用の肉薄金属管(４)を使用しても良く、表面処理の手間を省いて伝熱管(７)の生産性を高める事ができる。
【００４２】
また、図２〜図７に示す第２〜第７実施例では、第１実施例と同様に、細径金属管(１)の外表面に防食メッキ層(２)、樹脂被膜層(３)を順次設けているが、この樹脂被膜層(３)の外周面に設ける伝熱体(５)を、後述の金属製の帯材(８)、フィン部材(１０)、線材(１３)等で形成している。
【００４３】
まず、図２に示す第２実施例では、樹脂被膜層(３)の外周面に、平板状の長尺な金属製の帯材(８)を螺旋状に巻き回す事により、樹脂被膜層(３)の外周面に伝熱体(５)を形成している。このように帯材(８)を巻き回すだけの作業なので、樹脂被膜層(３)の外周面への伝熱体(５)の設置を簡易に行う事ができる。尚、図２では、帯材(８)の隣接する両端を隙間無く密着させて、樹脂被膜層(３)全体を帯材(８)で被覆しているが、一定の間隔を介して帯材(８)を巻き回し、樹脂被膜層(３)の一部を外部に露出させても良く、帯材(８)の節約と簡易な作業が可能となる。また、一定間隔で帯材(８)を巻き回す場合には、帯材(８)による熱伝導性を損なわず、かつ飛び石を防げる間隔や角度で帯材(８)を配置する。
【００４４】
次に、図３に示す第３実施例では、長尺で平滑な金属板を断面Ｌ字状に折曲形成したフィン部材(１０)を、樹脂被膜層(３)の外周面に螺旋状に巻き回す事により、伝熱体(５)を形成している。
【００４５】
また、図４に示す第４実施例では、断面Ｔ字状のフィン部材(１０)とし、このＴ字の横棒で表される平滑面を樹脂被膜層(３)に接触させながら、この樹脂被膜層(３)の外周面にフィン部材(１０)を螺旋状に巻き回して伝熱体(５)を形成している。第３、第４実施例の如くフィン部材(１０)にて伝熱体(５)を形成する事により、外部を流通する流体と伝熱体(５)との接触面積が増大し、熱交換効率を高める事ができる。
【００４６】
また、図５に示す第５実施例では、第４実施例と同様に断面Ｔ字状のフィン部材(１０)にて伝熱体(５)を形成し、更にこのフィン部材(１０)の両側の外周面に、フィン部材(１０)の表面と垂直方向にピン(１１)を突出固定し、伝熱管(７)の外部を流通する流体を乱流化するための乱流化手段を設けている。この乱流化手段であるピン(１１)は、樹脂被膜層(３)の外周面に固定する前のフィン部材(１０)に予め固定し、このピン(１１)を固定したフィン部材(１０)を樹脂被膜層(３)の外周面に巻き付け固定している。また、ピン(１１)のフィン部材(１０)への固定手段は、図５に示す如く、フィン部材(１０)に貫通孔(１２)を開口し、この貫通孔(１２)に挿通したピン(１１)を、ろう付けまたは溶接によりフィン部材(１０)に、一定間隔又はランダムに固定している。
【００４７】
このように、フィン部材(１０)にピン(１１)を設ける事により、フィン部材(１０)の表面積を増大し、外部を流通する流体との熱交換効率を向上させる事ができる。また、フィン部材(１０)の平滑な外表面にピン(１１)を突出することにより、フィン部材(１０)の両表面に流体の渦巻状の乱流を発生させ、螺旋状に巻き回されたフィン部材(１０)間に発生し易い境界層を剥離し、放熱特性により熱交換効率を更に向上させる事ができるものである。
【００４８】
また、上記第５実施例では、フィン部材(１０)の両面に一本のピン(１１)を突設して乱流化手段としているが、他の異なる実施例として、片面のみにピン(１１)を設けても良いし、両面又は片面に複数のピン(１１)を突設しても良い。また、ピン(１１)とは異なる形状の適宜の突起や凹凸を設けても良い。また、ピン(１１)を突設せず、貫通孔(１２)のみであっても流体の乱流化が可能となる。更に異なる乱流化手段として、ピン(１１)に代えてフィン部材(１０)に短冊状の板材を固定形成しても良く、ピン(１１)に比べてフィン部材(１０)の表面積が更に増大し、流体の渦巻状の乱流を大きく発生させ、境界層の剥離による放熱特性により、熱交換効率を向上させる事ができる。また、上記ピン(１１)、貫通孔(１２)、突起、凹凸、短冊状の板材等の何れか１種から成る乱流化手段であっても良いし、これらを複数種組み合わせて乱流化手段を形成しても良い。
【００４９】
また、上記第３〜５実施例の伝熱体(５)用のフィン部材(１０)を巻き回す場合でも、フィン部材(１０)の隣接する両端を隙間無く密着させ、樹脂被膜層(３)の外周面全体を伝熱体(５)で被覆しても良いし、フィン部材(１０)の隣接する両端との間に一定間隔を介在させ、樹脂被膜層(３)の外周面の一部を外部に露出させても良く、この場合もフィン部材(１０)による熱伝導率を損なわない程度に、飛び石を防げる間隔や角度でフィン部材(１０)を巻き回す。
【００５０】
次に、図６に示す第６実施例では、断面Ｕ字状のフィン部材(１０)を樹脂被膜層(３)の外周面に、伝熱体(５)による熱伝導性を損なう事なく、飛び石を防げる程度の一定の間隔を介して螺旋状に巻き回して伝熱体(５)を形成している。このように、フィン部材(１０)を断面Ｕ字状とする事により、Ｌ字状やＴ字状としたフィン部材(１０)に比べて、流体と伝熱体(５)との接触面積を更に増大させる事ができ、伝熱体(５)と流体との熱交換効率をより高める事ができる。
【００５１】
また、上記第６実施例の断面Ｕ字状のフィン部材(１０)及び前述の第３実施例の断面Ｌ字状、第４実施例の断面Ｔ字状の各フィン部材(１０)は、外径方向への突出部の表面を平滑に形成しているが、表面を波状に形成して、フィン部材(１０)の表面積を増大し、熱交換効率を更に高めるものとしても良い。
【００５２】
また、図７に示す第７実施例では、アルミ管を使用した細径金属管(１)の外表面に、亜鉛メッキ及びクロメート被膜の２層から成る防食メッキ層(２)を形成するとともにこの防食メッキ層(２)の外周面に、金属との密着性に優れたＰＡ１２製の第１層(１４)を設け、このＰＡ１２製の第１層(１４)の外周面に耐水性や耐薬品性に優れたＰＰ製の第２層(１５)をコーティングし、２層構造の樹脂被膜層(３)としている。そして、この２層の樹脂被膜層(３)の肉厚を１００μｍ〜１ｍｍとする事で、耐水性や耐薬品性、及び耐衝撃性が高く、且つ熱伝導性を損なう事のないものとなる。この２層構造の樹脂の組み合わせは、上記ＰＡ／ＰＰの他にも、ＰＡ／ＰＡ、ＰＰ／ＰＰ、ＰＡ／ＰＥ等が挙げられる。また、３層以上の樹脂被膜層(３)としても良い。
【００５３】
そして、第１層(１４)及び第２層(１５)から成る樹脂被膜層(３)の外周面に、断面円形の金属製の線材(１３)を螺旋状に巻き回す事により、樹脂被膜層(３)の外周面に伝熱体(５)を形成している。このように線材(１３)を使用した場合でも、樹脂被膜層(３)の外周面への伝熱体(５)の設置を簡易に行う事ができる。また、図７に示す如く、線材(１３)の隣接する外周面を隙間無く密着させて、樹脂被膜層(３)全体を線材(１３)で被覆しても良いし、線材(１３)による熱伝導性を損なう事がなく、飛び石を防げる程度の一定の間隔を介して線材(１３)を巻き回し、樹脂被膜層(３)の一部を外部に露出させても良く、帯材(８)の節約と更なる簡易な作業が可能となる。また、本実施例では断面円形の線材(１３)を使用しているが、断面が楕円形、三角形、四角形等、円形以外の任意の形状のものを用いても良い。
【００５４】
また、第７実施例の如く、第１層(１４)、第２層(１５)から成る樹脂被膜層(３)又は３層以上の樹脂被膜層(３)は、１層のみで形成した第１〜第６実施例の樹脂被膜層(３)に適用しても良い。
【００５５】
また、上記第２〜第７実施例で使用する帯材(８)、フィン部材(１０)、線材(１３)は、樹脂被膜層(３)の外周面への設置後に、メッキ処理や陽極酸化処理等の表面処理を施しても良いし、前記表面処理を予め施した帯材(８)、フィン部材(１０)、線材(１３)を使用しても良く、伝熱管(７)の耐食性を更に高める事ができる。また、帯材(８)、フィン部材(１０)、線材(１３)は、長尺なものを連続的に巻き回しても良いし、短尺又はリング状の帯材(８)、フィン部材(１０)、線材(１３)を互いに密着して、又は伝熱体(５)による熱伝導性を損なう事なく、飛び石を防げる程度の一定の間隔で樹脂被膜層(３)の外周面に設けても良い。また、第３実施例の断面Ｌ字状のフィン部材(１０)及び第６実施例の断面Ｕ字状のフィン部材(１０)に、第５実施例の如きピン(１１)、突起、凹凸、貫通孔(１２)等の、何れか１種又は複数種の組み合わせから成る乱流化手段を設けても良い。
【００５６】
また、上記第３〜第７実施例では、金属製のフィン部材(１０)を伝熱体(５)として使用しているが、図８に示す第８実施例では、伝熱体(５)とは別個に、伝熱管(７)に、樹脂製の外周フィン(１６)を設け、樹脂の良好な弾性力により飛び石等に対する伝熱管(７)の耐衝撃性を高めている。即ち、図８に示す如く、細径金属管(１)の外周面に、亜鉛メッキ及び銅メッキを施して２層から成る防食メッキ層(２)を設け、その外周面にＰＡ等の樹脂被膜層(３)をコーティングし、その外周面に肉薄金属管(４)から成る伝熱体(５)を設けている。そして、この伝熱体(５)の外周面に、前記樹脂製のＬ字状の外周フィン(１６)を一定間隔を介して螺旋状に巻き回している。このような樹脂製の外周フィン(１６)であっても、その広い表面積により放熱特性が良好で、耐衝撃性だけでなく熱交換効率にも優れた伝熱管(７)を得る事ができる。また、外周フィン(１６)は、樹脂材中に銅、アルミ、ステンレス等の金属やガラスで形成した粒子や繊維を含有させて形成しても良いし、黒色の樹脂材で形成しても良く、外周フィン(１６)の熱伝導性を高めて、より効率的な熱交換を可能とする事ができる。また、この外周フィン(１６)の樹脂材に、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン等のカーボンナノファイバーを、５wt%より多く３０wt%より少ない含有量で含有させても良い。
【００５７】
また、上記第１〜第８実施例では、伝熱体(５)を金属管(４)、帯材(８)、フィン部材(１０)、又は線材(１３)の何れか一種のみで形成しているが、図９に示す第９実施例では、樹脂被膜層(３)の外周面に金属製の帯材(８)を配設し、更にこの帯材(８)の外周に断面Ｉ字状の金属製のフィン部材(１０)を巻き回す事により、伝熱体(５)を形成している。このような伝熱体(５)とした場合でも、伝熱管(７)の伝熱面積を増大させる事ができ、伝熱管(７)の放熱特性や吸熱特性を向上させて、熱交換性能に優れる伝熱管(７)を得る事ができる。また、帯材(８)とフィン部材(１０)との組み合わせだけでなく、他の異なる実施例として、金属管(４)と帯材(８)又は線材(１３)又はフィン部材(１０)とを組み合わせたり、帯材(８)と線材(１３)とを組み合わせたり、線材(１３)とフィン部材(１０)とを組み合わせて伝熱体(５)を形成しても良い。
【００５８】
【発明の効果】
本発明は上述の如く構成したもので、鋼管、アルミ管、その他の細径金属管の外周面に耐衝撃性や耐水性、耐薬品性等の高い樹脂被膜層を設け、この樹脂被膜層の外周面に熱伝導性に優れた金属製の伝熱体を設けているので、耐食性及び放熱特性或いは吸熱特性の高い伝熱管を得る事ができる。従って、伝熱管の耐久性が高まるとともに、伝熱管の内部を流動する流体と外部を流動する流体との効率的な熱交換を長期に行う事が可能となる。また、細径金属管の外周面に樹脂被膜層を押し出し成形等でコーティングし、この樹脂被膜層の外周面に金属性の伝熱体を設けるだけなので、伝熱管の構造が単純で製造も容易となり、生産性を高める事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施例の伝熱管の一部拡大断面図で、肉薄金属管で伝熱体を形成したものである。
【図２】 第２実施例の伝熱管の一部拡大断面図で、帯材で伝熱体を形成したものである。
【図３】 第３実施例の伝熱管の一部拡大断面図で、断面Ｌ字状のフィン部材で伝熱体を形成したものである。
【図４】 第４実施例の伝熱管の一部拡大断面図で、断面Ｔ字状のフィン部材で伝熱体を形成したものである。
【図５】 第５実施例の伝熱管の一部拡大断面図で、断面Ｔ字状のフィン部材の表面にピンを突設して乱流化手段を設けたものである。
【図６】 第６実施例の伝熱管の一部拡大断面図で、断面Ｕ字状のフィン部材で伝熱体を形成したものである。
【図７】 第７実施例の伝熱管の一部拡大断面図で、断面円形の線材で伝熱体を形成したものである。
【図８】 第８実施例の伝熱管の一部拡大断面図で、肉薄金属管で形成した伝熱体の外周面に樹脂製の外周フィンを螺旋状に巻き回したものである。
【図９】 第９実施例の伝熱管の一部拡大断面図で、金属製の帯材と、この帯材の外周に巻き回した断面Ｉ字状の金属製のフィン部材とで伝熱体を形成したものである。
【符号の説明】
１ 細径金属管
２ 防食メッキ層
３ 樹脂被膜層
４ 肉薄金属管
５ 伝熱体
６ 第２防食メッキ層
８ 帯材
１０ フィン部材
１１ ピン
１２ 貫通孔
１３ 線材
１６ 外周フィン
【産業上の利用分野】
本発明は、自動車や建設機械の油冷却管、居住用空間の温湿度を調整する空調機、その他に於いて、腐食環境下で使用される耐食性を有する伝熱管に係るもので、耐食性は勿論、優れた放熱特性による効率的な熱交換が可能な伝熱管を得ようとするものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、上述の如き耐食性を有する伝熱管として、特開平８−１８８８８４号公報記載の発明、特開平１０−３１５２９５号公報記載の発明の如く、亜鉛メッキやクロメート被膜等の防食メッキを施した鋼管やアルミ管等の細径金属管の外周面に、押出成形法によりポリアミド(ＰＡ)、ポリプロピレン(ＰＰ)、ポリエチレン(ＰＥ)等の熱可塑性の樹脂被膜層を設けたものが存在する。この樹脂被膜層の衝撃吸収力や耐水性、耐薬品性等により、飛び石等による防食メッキ層、細径金属管の破損を防ぎ、泥はねや薬品等による細径金属管の酸化を防止し、伝熱管の耐食性を高めていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の如き従来技術の伝熱管は、耐衝撃性や耐食性を高めるために樹脂被膜層を肉厚に形成しているので、放熱特性の点で問題があり、伝熱管の内外を流通する流体同志の熱交換を効率的に行うのは困難であった。そこで、放熱特性の向上のため、特開平９−４２５７３号公報記載の発明、特開平９−１３６１１１号公報記載の発明、特開平１１−３２５７７８号公報記載の発明の如く、長尺な平板を螺旋状に巻回して、細径金属管の外周にフィン部材を設けて伝熱管を形成したものが存在する。このフィン部材により、伝熱管の放熱特性が高まり、伝熱管の内部を流動する流体と外部を流動する流体との熱交換効率を向上させる事ができる。しかしながら、飛び石等により細径金属管の表面の防食メッキ層が破損され易く、耐食性に問題があった。
【０００４】
本発明は上述の如き課題を解決しようとするもので、細径金属管を耐衝撃性の高い樹脂被膜層で被覆して、耐食性を高めるとともに、樹脂被膜層の外周に熱伝導性に優れた金属製の伝熱体を設けて放熱特性や吸熱特性を高め、内部を流通する流体と外部を流通する流体との熱交換効率にも優れた伝熱管を得るものである。また、この耐食性と放熱特性又は吸熱特性に優れた伝熱管を、簡易な構造で廉価に形成可能とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上述の如き課題を解決するため、第１の発明は、細径金属管と、この細径金属管の外周面に設けた少なくとも１層の樹脂被膜層と、この樹脂被膜層の最外層の外周面に密着させて装着した肉薄金属管で形成した金属製の伝熱体とから成るものである。
【０００６】
また、第２の発明は、細径金属管と、この細径金属管の外周面に設けた少なくとも１層の樹脂被膜層と、この樹脂被膜層の最外層の外周面に密着させて螺旋状に巻き回した金属製の帯材で形成した金属製の伝熱体とから成るものである。
【０００７】
また、第３の発明は、細径金属管と、この細径金属管の外周面に設けた少なくとも１層の樹脂被膜層と、この樹脂被膜層の最外層の外周面に密着させて螺旋状に巻き回した金属製のフィン部材で形成した金属製の伝熱体とから成るものである。
【０００８】
また、第４の発明は、細径金属管と、この細径金属管の外周面に設けた少なくとも１層の樹脂被膜層と、この樹脂被膜層の最外層の外周面に密着させて螺旋状に巻き回した金属製の線材で形成した金属製の伝熱体とから成るものである。
【０００９】
また、細径金属管は、外表面に少なくとも１層の防食メッキ層を設け、この防食メッキ層の外周面に少なくとも１層の樹脂被膜層を設けても良い。
【００１０】
また、伝熱体は、外表面に少なくとも１層の防食メッキ層を設けても良い。
【００１１】
また、伝熱体は、外周面に樹脂製の外周フィンを螺旋状に巻き回しても良い。
【００１２】
また、樹脂被膜層及び／又は樹脂製の外周フィンは、該樹脂材よりも熱伝導性の高い金属製又はガラス製の粒子及び／又は繊維を含有しても良い。
【００１３】
また、樹脂被膜層及び／又は樹脂製の外周フィンは、カーボンナノファイバーを含有させても良い。
【００１４】
カーボンナノファイバーは、５wt%より多く３０wt%より少ない含有量で含有させても良い。
【００１５】
また、フィン部材及び／又は外周フィンは、ピン、突起、短冊状の板材、凹凸、貫通孔の何れか一つ又はこれらの組み合わせから成る乱流化手段を外周面に設けても良い。
【００１６】
また、樹脂被膜層は、細径金属管の外周面に２層配設しても良い。
【００１７】
【作用】
本発明は、上述の如く構成したものであるから、鋼管やアルミ管等の細径金属管の外周面に設ける樹脂被膜層は、押出成形法、その他の手法により、ＰＥ、ＰＰ、ＰＡ等の何れか１種の樹脂を用いて１層のみで形成しても良いし、２種以上の樹脂を用いて、複数層で形成しても良い。樹脂被膜層を１層としても、優れた耐衝撃性が得られるし、樹脂被膜層を設ける手数を少なくできる。
【００１８】
また、複数層の場合、例えば細径金属管の外周面に金属との密着性に優れたＰＡ層を配置し、このＰＡ樹脂被膜層の外周面に耐水性や耐薬品性に優れたＰＰ層を配置して、２層で形成すれば、各樹脂の特性の相乗効果で、伝熱管の耐食性を更に高める事ができる。また、２層とした樹脂被膜層は、１００μｍ〜１ｍｍとするのが好ましく、伝熱管の耐食性が得られ、且つ伝熱管の熱伝導性を損なう事のないものとなる。
【００１９】
また、上記ＰＡ／ＰＰの組み合わせの他にも、ＰＡ／ＰＡ、ＰＰ／ＰＰ、ＰＡ／ＰＥ等の組み合せとしても良い。このように、衝撃吸収力や耐水性、耐薬品性等、様々な特性に優れた樹脂の中から、使用環境や目的に応じて１種又は複数種の樹脂を選択し、細径金属管を１層又は複数層の樹脂被膜層で被覆する事により、細径金属管の飛び石等による破損や泥はね等による酸化等を防止して、伝熱管の耐食性及び耐熱性を向上させる事ができる。
【００２０】
そして、上記１層又は複数層の樹脂被膜層の外周面に、金属製の伝熱体を設けているので、金属の優れた熱伝導性により、樹脂被膜層のみを設けた場合に比べて伝熱管の外部を流動する流体との熱交換効率を向上させる事が可能となる。また、従来技術では、伝熱管の耐食性を向上させるために樹脂被膜層を肉厚としていたので、伝熱管の放熱特性に乏しかった。しかし、本発明では、樹脂被膜層の外周面に設けた金属製の伝熱体も耐衝撃性を有し、樹脂被膜層による細径金属管の保護力を助長するので、従来に比べて樹脂被膜層を肉薄に形成でき、放熱の場合は伝熱管の放熱特性を、吸熱の場合は伝熱管の吸熱特性を更に向上して、伝熱管の内外を流動する流体間の熱交換効率を高める事ができる。
【００２１】
また、弾力性及び柔軟性を有する樹脂被膜層の存在により、細径金属管への伝熱体のフィット性が高く、安定して密着配設させる事ができる。従って、伝熱体と樹脂被膜層との熱伝導性が高まり、伝熱管の放熱特性や吸熱特性が向上するとともに、伝熱管の振動や伝熱体の外周を流動する流体の流動圧などへの伝熱体の耐久性が向上し、優れた熱交換性能を持続させる事ができる。
【００２２】
また、前記金属製の伝熱体は、樹脂被膜層の外周面に肉薄金属管を装着し、この肉薄金属管を伸管させて樹脂被膜層を介して細径金属管に密着させれば、樹脂被膜層の外周面全体を金属で被覆可能となり、高い放熱特性或いは吸熱特性を得て、効率的な熱交換が可能となる。
【００２３】
また、伝熱体は、樹脂被膜層の外周面に金属製の帯材を螺旋状に巻き回して形成したり、断面円形、楕円形、三角形、四角形等の金属製の線材を螺旋状に巻き回して形成すれば、伝熱体を設ける作業をより容易とする事ができる。また、伝熱体は、樹脂被膜層の外周に巻き回した断面Ｌ字状、Ｔ字状、Ｕ字状等の金属製のフィン部材としても良く、外部を流通する流体と伝熱体との接触面積が増大し、伝熱管の放熱特性や吸熱特性が向上して、効率的な熱交換が可能となる。
【００２４】
また、帯材、フィン部材、線材等を樹脂被膜層の外周面に巻き回す際は、隣接する端部を互いに隙間無く密着させて、樹脂被膜層の外周面全体を帯材、フィン部材、線材で被覆しても良いし、隣接する端部間に一定の間隔を介して帯材、フィン部材、線材を巻き回し、樹脂被膜層の一部を外部に露出させても良い。また、一定間隔で巻き回す場合には、間隔が広くて伝熱体の表面積が少ないと、伝熱管の高い熱伝導性を得る事が困難となるので、熱伝導性を損なう事がなく、飛び石を防げる間隔や角度で帯材、フィン部材、線材を配置する。
【００２５】
また、伝熱体は、例えば、樹脂被膜層の外周面に金属製の帯材を巻き回し、この帯材の外表面に更に金属製のフィン部材を巻き回して形成する等、肉薄金属管、帯材、フィン部材、線材を複数組み合わせて形成しても良く、放熱特性或いは吸熱特性を更に向上させる事ができる。
【００２６】
また、伝熱体を肉薄金属管、帯材、線材で形成した場合、当該伝熱体の外周面に断面Ｌ字状、Ｔ字状、Ｕ字状等の樹脂製の外周フィンを螺旋状に巻き回せば、樹脂の弾力性により飛び石等に対する伝熱管の耐衝撃性を高める事ができる。また、外周フィンを樹脂製としても、その広い表面積により良好な放熱特性や吸熱特性が得られ、熱交換器としての伝熱管の機能性を向上させる事ができる。
【００２７】
また、上記金属製のフィン部材及び／又は樹脂製の外周フィンは、ピン、突起、短冊状の板材、凹凸、貫通孔の何れか１つ又はこれらの組み合わせから成る乱流化手段を外周面に設ければ、フィン部材や外周フィンの表面積を更に増す事ができ、伝熱管による熱交換効率を更に向上させる事ができる。また、これらの乱流化手段により、伝熱管の外部を流通する流体に渦巻状の乱流を発生させ、境界層の剥離により、熱交換効率を更に向上させる事ができる。
【００２８】
また、細径金属管は、外表面に少なくとも１層の犠牲腐食性等の防食メッキ層を設け、この防食メッキ層の外周面に少なくとも１層の樹脂被膜層を設ければ、細径金属管及び防食メッキ層が樹脂被膜層により保護され、伝熱管の耐食性を高める事ができる。また、前記防食メッキ層は、亜鉛、錫、錫−亜鉛合金、ニッケル、亜鉛−ニッケル合金等を用いた１層構造であっても良いし、これらを組み合わせた２層以上の複数層構造であっても良い。
【００２９】
また、上記肉薄金属管、金属製の帯材、金属製のフィン部材、金属製の線材等で形成した伝熱体に於いても、外表面に少なくとも１層の犠牲腐食性等の防食メッキ層を設ければ、伝熱管の防食性を更に高める事ができる。また、この伝熱体へのメッキ処理は、樹脂被膜層の外周面に、前記何れかの伝熱体を設けた後に行っても良いし、予めメッキ処理を施した肉薄金属管、帯材、フィン部材、線材等を樹脂被膜層の外周面に設けるものであっても良い。
【００３０】
また、前記樹脂被膜層及び／又は樹脂製の外周フィンは、該樹脂材よりも熱伝導性の高い銅、アルミ、ステンレス等の金属製又はガラス製の粒子及び／又は繊維を含有すれば、樹脂被膜層や外周フィンの熱伝導性が高まり、放熱特性や吸熱特性に優れた伝熱管を得て、より効率的な熱交換が可能となる。
【００３１】
特に、樹脂被膜層及び／又は樹脂製の外周フィンは、カーボンナノファイバーを含有させれば、樹脂材の熱伝導性を向上させる事ができ、伝熱管の放熱特性或いは吸熱特性の高い向上が可能となる。また、カーボンナノファイバーは、５wt%より多く３０wt%より少ない含有量で含有させれば、最良の放熱特性或いは吸熱特性を得る事ができる。このカーボンナノファイバーの含有量を５wt%以下とすると、伝熱効果の向上作用に乏しく、３０wt%以上を樹脂材に含有させるのは困難で、生産性が低下するとともに高価で、伝熱効果に大きな差を生じない。尚、本明細書で言うカーボンナノファイバーとは、ナノテクノロジー分野に於いて、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、その他ナノ単位のカーボン材料を全て含んだ総称を示すものである。
【００３２】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面に於て詳細に説明すれば、図１は本発明の第１実施例の伝熱管の一部拡大断面図で、肉薄金属管を伝熱体とし、細径金属管と伝熱体の各々の外表面に防食メッキ層を施したものであり、図２に示す第２実施例は、金属製の帯材を伝熱体とした伝熱管で、図３に示す第３実施例は、断面Ｌ字状のフィン部材を伝熱体とした伝熱管である。また、図４に示す第４実施例は、断面Ｔ字状のフィン部材を伝熱体とした伝熱管で、図５に示す第５実施例は、断面Ｔ字状のフィン部材にピンを突設して乱流化手段を設けた伝熱管、図６に示す第６実施例は、断面Ｕ字状のフィン部材を伝熱体とした伝熱管、図７に示す第７実施例は、断面円形の金属製の線材を伝熱体とするとともに、樹脂被膜層を２層とした伝熱管である。また、図８に示す第８実施例は、肉薄金属管で形成した伝熱体の外周面に、樹脂製の外周フィンを螺旋状に巻き回した伝熱管である。また、図９に示す第９実施例は、樹脂被膜層の外周面に金属製の帯材を配設し、この帯材の外周面に、更に断面Ｉ字状の金属製のフィン部材を巻き回して伝熱体とした伝熱管である。
【００３３】
まず、図１に示す第１実施例を詳細に説明すれば、(１)は細径金属管で、管径３０ｍｍ以下の比較的細径の外表面に銅メッキの無い一重巻鋼管、外表面に銅メッキの有る二重巻鋼管、アルミ管等を用いている。そして、前記細径金属管(１)の外表面にメッキ処理を施し、犠牲腐食性等の防食メッキ層(２)を設けるが、この防食メッキ層(２)は、亜鉛、錫、錫−亜鉛合金、ニッケル、亜鉛−ニッケル合金等により１層で形成しても良いし、細径金属管(１)の外表面にニッケルをメッキし、このニッケルの外周面に亜鉛−ニッケル合金をメッキして２層構造とする等、複数層としても良い。また、複数層の防食メッキ層(２)の形成は、例えば特許第２７５０７１０号公報記載の発明、特許第２９５４５５５号公報記載の発明、特開平３−４７９８７号公報記載の手法で行っても良い。
【００３４】
次に、押出成形装置等を用いて、上述の如き防食メッキ層(２)の外周面に樹脂被膜層(３)を密着コーティングする。この樹脂被膜層(３)は、本実施例ではポリアミド１２等のポリアミド(ＰＡ)、ポリプロピレン(ＰＰ)、ポリエチレン(ＰＥ)等により形成した１層のみで形成している。また、樹脂被膜層(３)は、前記樹脂材中に銅、アルミ、ステンレス等の金属やガラスで形成した粒子や繊維を含有させて形成しても良く、樹脂被膜層(３)の熱伝導性を高める事ができる。更に、樹脂被膜層(３)を黒色としても良く、放熱の場合は輻射熱の放射特性に優れ、吸熱の場合は熱吸収に優れたものとなり、熱交換効率の更なる向上が可能となる。
【００３５】
また、上記樹脂被膜層(３)に含有させる繊維として、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン等のカーボンナノファイバーを使用する事により、樹脂被膜層(３)の放熱特性や吸熱特性を高く向上させる事ができる。また、このようなカーボンナノファイバーを、５wt%より多く３０wt%より少ない含有量で含有させるのが好ましく、より良好な伝熱効果が得られるとともに伝熱管(７)の生産も容易である。
【００３６】
そして、上記樹脂被膜層(３)の外周面に、金属製の伝熱体(５)を設けるが、図１に示す第１実施例では、樹脂被膜層(３)の外周面に、銅、アルミ、ステンレス等の金属製の肉薄金属管(４)を外装し、この肉薄金属管(４)を伸管する手法で樹脂被膜層(３)を介して細径金属管(１)の外周面に肉薄金属管(４)を密着させて伝熱体(５)を形成している。
【００３７】
そして、上記伝熱体(５)の外周面にメッキ処理を施し、第２防食メッキ層(６)を設けている。この第２防食メッキ層(６)も、前記細径金属管(１)外周の防食メッキ層(２)の如く、亜鉛、錫、錫−亜鉛合金、ニッケル、亜鉛−ニッケル合金等により１層で形成しても良いし、これらを組み合わせて複数層で形成しても良い。この第２防食メッキ層(６)を設ける事により、伝熱体(５)の腐食を防ぎ、伝熱管(７)全体の耐食性を更に高める事が可能となる。
【００３８】
上述の如く形成した伝熱管(７)では、細径金属管(１)及び防食メッキ層(２)を衝撃吸収性や耐水性、耐薬品性等を有する樹脂被膜層(３)で被覆保護する事で、鋼管やアルミ管等を用いた細径金属管(１)及び防食メッキ層(２)の、飛び石等による破損や泥はね等による酸化等の防止効果が高まり、耐食性に優れた製品を得る事ができる。また、従来技術では、樹脂被膜層(３)を設ける事により放熱特性が低下していたが、本発明では、樹脂被膜層(３)の外周面に金属製の伝熱体(５)を設けているので、伝熱管(７)の熱伝導性を向上させる事ができる。
【００３９】
また、金属製の伝熱体(５)は耐衝撃性にも優れるので、樹脂被膜層(３)を従来に比べて肉薄に形成する事が可能となり、伝熱管(７)の放熱特性の向上を更に助長するものとなる。従って、放熱特性に優れた伝熱管(７)を介して、該伝熱管(７)の内部を流通する流体と外部を流通する流体との熱交換を効率的に行う事ができ、この伝熱管(７)を使用した自動車や建設機械の油冷却管、居住用空間の温湿度を調整する空調機等の製品の品質を向上させる事ができる。
【００４０】
また、上記第１実施例では、細径金属管(１)の外表面に防食メッキ層(２)を設け、伝熱体(５)の外表面に第２防食メッキ層(６)を設ける事により、過酷な腐食環境下であっても優れた耐食性を持続可能となるが、本発明では、少なくとも細径金属管(１)の外周面に樹脂被膜層(３)を設け、その外周面に金属製の伝熱体(５)を設けた構造とすれば良く、前記防食メッキ層(２)や第２防食メッキ層(６)を設けずに伝熱管(７)を形成しても良い。このような伝熱管(７)でも、樹脂被膜層(３)及び伝熱体(５)により、耐食性、放熱特性に優れた製品を得る事ができる。また、メッキ処理に限らず、細径金属管(１)や伝熱体(５)に、陽極酸化処理等の他の表面処理を施しても良い。
【００４１】
また、上記メッキ処理や陽極酸化処理等の表面処理作業は、伝熱管(７)の製作工程に組み込んでも良いが、予めこれらの表面処理の施された細径金属管(１)や伝熱体(５)用の肉薄金属管(４)を使用しても良く、表面処理の手間を省いて伝熱管(７)の生産性を高める事ができる。
【００４２】
また、図２〜図７に示す第２〜第７実施例では、第１実施例と同様に、細径金属管(１)の外表面に防食メッキ層(２)、樹脂被膜層(３)を順次設けているが、この樹脂被膜層(３)の外周面に設ける伝熱体(５)を、後述の金属製の帯材(８)、フィン部材(１０)、線材(１３)等で形成している。
【００４３】
まず、図２に示す第２実施例では、樹脂被膜層(３)の外周面に、平板状の長尺な金属製の帯材(８)を螺旋状に巻き回す事により、樹脂被膜層(３)の外周面に伝熱体(５)を形成している。このように帯材(８)を巻き回すだけの作業なので、樹脂被膜層(３)の外周面への伝熱体(５)の設置を簡易に行う事ができる。尚、図２では、帯材(８)の隣接する両端を隙間無く密着させて、樹脂被膜層(３)全体を帯材(８)で被覆しているが、一定の間隔を介して帯材(８)を巻き回し、樹脂被膜層(３)の一部を外部に露出させても良く、帯材(８)の節約と簡易な作業が可能となる。また、一定間隔で帯材(８)を巻き回す場合には、帯材(８)による熱伝導性を損なわず、かつ飛び石を防げる間隔や角度で帯材(８)を配置する。
【００４４】
次に、図３に示す第３実施例では、長尺で平滑な金属板を断面Ｌ字状に折曲形成したフィン部材(１０)を、樹脂被膜層(３)の外周面に螺旋状に巻き回す事により、伝熱体(５)を形成している。
【００４５】
また、図４に示す第４実施例では、断面Ｔ字状のフィン部材(１０)とし、このＴ字の横棒で表される平滑面を樹脂被膜層(３)に接触させながら、この樹脂被膜層(３)の外周面にフィン部材(１０)を螺旋状に巻き回して伝熱体(５)を形成している。第３、第４実施例の如くフィン部材(１０)にて伝熱体(５)を形成する事により、外部を流通する流体と伝熱体(５)との接触面積が増大し、熱交換効率を高める事ができる。
【００４６】
また、図５に示す第５実施例では、第４実施例と同様に断面Ｔ字状のフィン部材(１０)にて伝熱体(５)を形成し、更にこのフィン部材(１０)の両側の外周面に、フィン部材(１０)の表面と垂直方向にピン(１１)を突出固定し、伝熱管(７)の外部を流通する流体を乱流化するための乱流化手段を設けている。この乱流化手段であるピン(１１)は、樹脂被膜層(３)の外周面に固定する前のフィン部材(１０)に予め固定し、このピン(１１)を固定したフィン部材(１０)を樹脂被膜層(３)の外周面に巻き付け固定している。また、ピン(１１)のフィン部材(１０)への固定手段は、図５に示す如く、フィン部材(１０)に貫通孔(１２)を開口し、この貫通孔(１２)に挿通したピン(１１)を、ろう付けまたは溶接によりフィン部材(１０)に、一定間隔又はランダムに固定している。
【００４７】
このように、フィン部材(１０)にピン(１１)を設ける事により、フィン部材(１０)の表面積を増大し、外部を流通する流体との熱交換効率を向上させる事ができる。また、フィン部材(１０)の平滑な外表面にピン(１１)を突出することにより、フィン部材(１０)の両表面に流体の渦巻状の乱流を発生させ、螺旋状に巻き回されたフィン部材(１０)間に発生し易い境界層を剥離し、放熱特性により熱交換効率を更に向上させる事ができるものである。
【００４８】
また、上記第５実施例では、フィン部材(１０)の両面に一本のピン(１１)を突設して乱流化手段としているが、他の異なる実施例として、片面のみにピン(１１)を設けても良いし、両面又は片面に複数のピン(１１)を突設しても良い。また、ピン(１１)とは異なる形状の適宜の突起や凹凸を設けても良い。また、ピン(１１)を突設せず、貫通孔(１２)のみであっても流体の乱流化が可能となる。更に異なる乱流化手段として、ピン(１１)に代えてフィン部材(１０)に短冊状の板材を固定形成しても良く、ピン(１１)に比べてフィン部材(１０)の表面積が更に増大し、流体の渦巻状の乱流を大きく発生させ、境界層の剥離による放熱特性により、熱交換効率を向上させる事ができる。また、上記ピン(１１)、貫通孔(１２)、突起、凹凸、短冊状の板材等の何れか１種から成る乱流化手段であっても良いし、これらを複数種組み合わせて乱流化手段を形成しても良い。
【００４９】
また、上記第３〜５実施例の伝熱体(５)用のフィン部材(１０)を巻き回す場合でも、フィン部材(１０)の隣接する両端を隙間無く密着させ、樹脂被膜層(３)の外周面全体を伝熱体(５)で被覆しても良いし、フィン部材(１０)の隣接する両端との間に一定間隔を介在させ、樹脂被膜層(３)の外周面の一部を外部に露出させても良く、この場合もフィン部材(１０)による熱伝導率を損なわない程度に、飛び石を防げる間隔や角度でフィン部材(１０)を巻き回す。
【００５０】
次に、図６に示す第６実施例では、断面Ｕ字状のフィン部材(１０)を樹脂被膜層(３)の外周面に、伝熱体(５)による熱伝導性を損なう事なく、飛び石を防げる程度の一定の間隔を介して螺旋状に巻き回して伝熱体(５)を形成している。このように、フィン部材(１０)を断面Ｕ字状とする事により、Ｌ字状やＴ字状としたフィン部材(１０)に比べて、流体と伝熱体(５)との接触面積を更に増大させる事ができ、伝熱体(５)と流体との熱交換効率をより高める事ができる。
【００５１】
また、上記第６実施例の断面Ｕ字状のフィン部材(１０)及び前述の第３実施例の断面Ｌ字状、第４実施例の断面Ｔ字状の各フィン部材(１０)は、外径方向への突出部の表面を平滑に形成しているが、表面を波状に形成して、フィン部材(１０)の表面積を増大し、熱交換効率を更に高めるものとしても良い。
【００５２】
また、図７に示す第７実施例では、アルミ管を使用した細径金属管(１)の外表面に、亜鉛メッキ及びクロメート被膜の２層から成る防食メッキ層(２)を形成するとともにこの防食メッキ層(２)の外周面に、金属との密着性に優れたＰＡ１２製の第１層(１４)を設け、このＰＡ１２製の第１層(１４)の外周面に耐水性や耐薬品性に優れたＰＰ製の第２層(１５)をコーティングし、２層構造の樹脂被膜層(３)としている。そして、この２層の樹脂被膜層(３)の肉厚を１００μｍ〜１ｍｍとする事で、耐水性や耐薬品性、及び耐衝撃性が高く、且つ熱伝導性を損なう事のないものとなる。この２層構造の樹脂の組み合わせは、上記ＰＡ／ＰＰの他にも、ＰＡ／ＰＡ、ＰＰ／ＰＰ、ＰＡ／ＰＥ等が挙げられる。また、３層以上の樹脂被膜層(３)としても良い。
【００５３】
そして、第１層(１４)及び第２層(１５)から成る樹脂被膜層(３)の外周面に、断面円形の金属製の線材(１３)を螺旋状に巻き回す事により、樹脂被膜層(３)の外周面に伝熱体(５)を形成している。このように線材(１３)を使用した場合でも、樹脂被膜層(３)の外周面への伝熱体(５)の設置を簡易に行う事ができる。また、図７に示す如く、線材(１３)の隣接する外周面を隙間無く密着させて、樹脂被膜層(３)全体を線材(１３)で被覆しても良いし、線材(１３)による熱伝導性を損なう事がなく、飛び石を防げる程度の一定の間隔を介して線材(１３)を巻き回し、樹脂被膜層(３)の一部を外部に露出させても良く、帯材(８)の節約と更なる簡易な作業が可能となる。また、本実施例では断面円形の線材(１３)を使用しているが、断面が楕円形、三角形、四角形等、円形以外の任意の形状のものを用いても良い。
【００５４】
また、第７実施例の如く、第１層(１４)、第２層(１５)から成る樹脂被膜層(３)又は３層以上の樹脂被膜層(３)は、１層のみで形成した第１〜第６実施例の樹脂被膜層(３)に適用しても良い。
【００５５】
また、上記第２〜第７実施例で使用する帯材(８)、フィン部材(１０)、線材(１３)は、樹脂被膜層(３)の外周面への設置後に、メッキ処理や陽極酸化処理等の表面処理を施しても良いし、前記表面処理を予め施した帯材(８)、フィン部材(１０)、線材(１３)を使用しても良く、伝熱管(７)の耐食性を更に高める事ができる。また、帯材(８)、フィン部材(１０)、線材(１３)は、長尺なものを連続的に巻き回しても良いし、短尺又はリング状の帯材(８)、フィン部材(１０)、線材(１３)を互いに密着して、又は伝熱体(５)による熱伝導性を損なう事なく、飛び石を防げる程度の一定の間隔で樹脂被膜層(３)の外周面に設けても良い。また、第３実施例の断面Ｌ字状のフィン部材(１０)及び第６実施例の断面Ｕ字状のフィン部材(１０)に、第５実施例の如きピン(１１)、突起、凹凸、貫通孔(１２)等の、何れか１種又は複数種の組み合わせから成る乱流化手段を設けても良い。
【００５６】
また、上記第３〜第７実施例では、金属製のフィン部材(１０)を伝熱体(５)として使用しているが、図８に示す第８実施例では、伝熱体(５)とは別個に、伝熱管(７)に、樹脂製の外周フィン(１６)を設け、樹脂の良好な弾性力により飛び石等に対する伝熱管(７)の耐衝撃性を高めている。即ち、図８に示す如く、細径金属管(１)の外周面に、亜鉛メッキ及び銅メッキを施して２層から成る防食メッキ層(２)を設け、その外周面にＰＡ等の樹脂被膜層(３)をコーティングし、その外周面に肉薄金属管(４)から成る伝熱体(５)を設けている。そして、この伝熱体(５)の外周面に、前記樹脂製のＬ字状の外周フィン(１６)を一定間隔を介して螺旋状に巻き回している。このような樹脂製の外周フィン(１６)であっても、その広い表面積により放熱特性が良好で、耐衝撃性だけでなく熱交換効率にも優れた伝熱管(７)を得る事ができる。また、外周フィン(１６)は、樹脂材中に銅、アルミ、ステンレス等の金属やガラスで形成した粒子や繊維を含有させて形成しても良いし、黒色の樹脂材で形成しても良く、外周フィン(１６)の熱伝導性を高めて、より効率的な熱交換を可能とする事ができる。また、この外周フィン(１６)の樹脂材に、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン等のカーボンナノファイバーを、５wt%より多く３０wt%より少ない含有量で含有させても良い。
【００５７】
また、上記第１〜第８実施例では、伝熱体(５)を金属管(４)、帯材(８)、フィン部材(１０)、又は線材(１３)の何れか一種のみで形成しているが、図９に示す第９実施例では、樹脂被膜層(３)の外周面に金属製の帯材(８)を配設し、更にこの帯材(８)の外周に断面Ｉ字状の金属製のフィン部材(１０)を巻き回す事により、伝熱体(５)を形成している。このような伝熱体(５)とした場合でも、伝熱管(７)の伝熱面積を増大させる事ができ、伝熱管(７)の放熱特性や吸熱特性を向上させて、熱交換性能に優れる伝熱管(７)を得る事ができる。また、帯材(８)とフィン部材(１０)との組み合わせだけでなく、他の異なる実施例として、金属管(４)と帯材(８)又は線材(１３)又はフィン部材(１０)とを組み合わせたり、帯材(８)と線材(１３)とを組み合わせたり、線材(１３)とフィン部材(１０)とを組み合わせて伝熱体(５)を形成しても良い。
【００５８】
【発明の効果】
本発明は上述の如く構成したもので、鋼管、アルミ管、その他の細径金属管の外周面に耐衝撃性や耐水性、耐薬品性等の高い樹脂被膜層を設け、この樹脂被膜層の外周面に熱伝導性に優れた金属製の伝熱体を設けているので、耐食性及び放熱特性或いは吸熱特性の高い伝熱管を得る事ができる。従って、伝熱管の耐久性が高まるとともに、伝熱管の内部を流動する流体と外部を流動する流体との効率的な熱交換を長期に行う事が可能となる。また、細径金属管の外周面に樹脂被膜層を押し出し成形等でコーティングし、この樹脂被膜層の外周面に金属性の伝熱体を設けるだけなので、伝熱管の構造が単純で製造も容易となり、生産性を高める事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施例の伝熱管の一部拡大断面図で、肉薄金属管で伝熱体を形成したものである。
【図２】 第２実施例の伝熱管の一部拡大断面図で、帯材で伝熱体を形成したものである。
【図３】 第３実施例の伝熱管の一部拡大断面図で、断面Ｌ字状のフィン部材で伝熱体を形成したものである。
【図４】 第４実施例の伝熱管の一部拡大断面図で、断面Ｔ字状のフィン部材で伝熱体を形成したものである。
【図５】 第５実施例の伝熱管の一部拡大断面図で、断面Ｔ字状のフィン部材の表面にピンを突設して乱流化手段を設けたものである。
【図６】 第６実施例の伝熱管の一部拡大断面図で、断面Ｕ字状のフィン部材で伝熱体を形成したものである。
【図７】 第７実施例の伝熱管の一部拡大断面図で、断面円形の線材で伝熱体を形成したものである。
【図８】 第８実施例の伝熱管の一部拡大断面図で、肉薄金属管で形成した伝熱体の外周面に樹脂製の外周フィンを螺旋状に巻き回したものである。
【図９】 第９実施例の伝熱管の一部拡大断面図で、金属製の帯材と、この帯材の外周に巻き回した断面Ｉ字状の金属製のフィン部材とで伝熱体を形成したものである。
【符号の説明】
１ 細径金属管
２ 防食メッキ層
３ 樹脂被膜層
４ 肉薄金属管
５ 伝熱体
６ 第２防食メッキ層
８ 帯材
１０ フィン部材
１１ ピン
１２ 貫通孔
１３ 線材
１６ 外周フィン
Claims (12)
- 細径金属管と、この細径金属管の外周面に設けた少なくとも１層の樹脂被膜層と、この樹脂被膜層の最外層の外周面に密着させて装着した肉薄金属管で形成した金属製の伝熱体とから成る事を特徴とする耐食性を有する伝熱管。
- 細径金属管と、この細径金属管の外周面に設けた少なくとも１層の樹脂被膜層と、この樹脂被膜層の最外層の外周面に密着させて螺旋状に巻き回した金属製の帯材で形成した金属製の伝熱体とから成る事を特徴とする耐食性を有する伝熱管。
- 細径金属管と、この細径金属管の外周面に設けた少なくとも１層の樹脂被膜層と、この樹脂被膜層の最外層の外周面に密着させて螺旋状に巻き回した金属製のフィン部材で形成した金属製の伝熱体とから成る事を特徴とする耐食性を有する伝熱管。
- 細径金属管と、この細径金属管の外周面に設けた少なくとも１層の樹脂被膜層と、この樹脂被膜層の最外層の外周面に密着させて螺旋状に巻き回した金属製の線材で形成した金属製の伝熱体とから成る事を特徴とする耐食性を有する伝熱管。
- 細径金属管は、外表面に少なくとも１層の防食メッキ層を設け、この防食メッキ層の外周面に少なくとも１層の樹脂被膜層を設けた事を特徴とする請求項１、２、３、又は４の耐食性を有する伝熱管。
- 伝熱体は、外表面に少なくとも１層の防食メッキ層を設けた事を特徴とする請求項１、２、３又は４の耐食性を有する伝熱管。
- 伝熱体は、外周面に樹脂製の外周フィンを螺旋状に巻き回した事を特徴とする請求項１、２又は４の耐食性を有する伝熱管。
- 樹脂被膜層及び／又は樹脂製の外周フィンは、該樹脂材よりも熱伝導性の高い金属製又はガラス製の粒子及び／又は繊維を含有した事を特徴とする請求項１、２、３、４又は７の耐食性を有する伝熱管。
- 樹脂被膜層及び／又は樹脂製の外周フィンは、カーボンナノファイバーを含有させた事を特徴とする請求項１、２、３、４、５又は８の耐食性を有する伝熱管。
- カーボンナノファイバーは、５wt%より多く３０wt%より少ない含有量で含有させた事を特徴とする請求項９の耐食性を有する伝熱管。
- フィン部材及び／又は外周フィンは、ピン、突起、短冊状の板材、凹凸、貫通孔の何れか一つ又はこれらの組み合わせから成る乱流化手段を外周面に設けた事を特徴とする請求項３又は８の耐食性を有する伝熱管。
- 樹脂被膜層は、細径金属管の外周面に２層配設した事を特徴とする請求項１、２、３、４、５、８又は９の耐食性を有する伝熱管。
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