JP2013517140A - 処理を行うための装置で使用する表面改善壁部を形成する方法、表面改善壁部、及び、表面改善壁部を組み入れた装置 - Google Patents

Abstract

処理を行うための表面改善壁部を形成する方法が開示されている。この方法は、両側に初期表面を有する１本の材料を用意するステップであって、前記材料が、その表面の間の実質的に中ほどに位置する長手方向中心線を有し、前記初期表面の各々が初期面密度を有する、ステップと、面密度を有する２次模様を前記初期表面の各々に型押しして、前記材料をゆがめるステップと、面密度を有する１次模様をこのようなゆがめられた表面の各々に型押しして、前記材料をさらにゆがめ、且つ、各々の前記表面の面密度をさらに増大させるステップとを広く含む。

Description

本願は、２０１０年４月５日に出願され、継続中である米国特許出願第１２／７５４，０９４号の一部継続出願であり、さらにまた、２０１０年１月１５日に出願された米国仮出願第６１／２９５，６５３号の利益を主張するものであり、米国特許出願第１２／７５４，０９４号及び米国仮出願第６１／２９５，６５３号の両方の全開示内容は参照することによりここに組み入れられる。

本発明は、概して、処理を行うための装置（たとえば、熱伝達機器、流体混合機器など）に使用する表面改善壁部を形成するための方法、表面改善壁部それ自体、及び、このような表面改善壁部を組み入れた装置に関する。

熱交換器機器や流体混合機器で使用するために表面改善壁部を用意することは公知である。このような壁部には、一般に、表面積の増大、流体の混合の改善、乱流の促進、表面近傍の境界層の破壊、熱伝達の改善などのために、複数の特徴部が型押しされている。

特許文献１は、乱流を増大し環流効率を高めるために、Ｕ字形状の１次溝、Ｖ字形状の２次溝、西洋ナシ形状の３次溝がある熱伝達管を開示しているものと思われる。この管は、最初に平板として形成され、次に丸めて管にされ、その後、その管の近接する端部が溶接される。２次溝の深さは、１次溝の深さの５０〜１００％であるとされている。

特許文献２は、略矩形形状の主溝と、幅が狭く、主溝を斜めに交差する２次溝とがある熱伝達管を開示しているものと思われる。この機器は、平坦に形成され、丸められまたは巻かれ、次に溶接されるものと思われる。幅の狭い溝の深さは０．０２ミリメートル（ｍｍ）とされている。主溝の深さは、０．２０〜０．３０ｍｍとされている。

特許文献３は、長手方向に伸び、周方向に間隔をあけて配置されたリブであって、乱流を増大させるための、且つ、熱伝達性能を高めるための平行な、斜めの切り欠きを備えたリブのある熱交換管を開示しているものと思われる。

特許文献４は、周方向に間隔をあけて配置され、らせん状に巻かれているリブであって、平行な、斜めの切り欠きを備えたリブがある熱交換管を開示しているものと思われる。

特許文献５は、熱伝達特性を高めるために、多面体列を備えた熱伝達管を開示しているものと思われる。多面体列は、管の内側面にも、外側面にも用いることができる。この参考文献は、境界層を壊すために、リブ、フィン、コーティング、及び、挿入物を利用することを教示しうる。

特許文献６は、ひび状の空洞部が多面体の少なくとも２つの面にある多面体列を有する熱伝達管を開示しているものと思われる。

特許文献７は、冷間溶接又は鍛接されており、さまざまな形状のくぼみ模様がある熱伝達管を開示しているものと思われる。

特許文献８は、アリの巣状（すなわち、アリ状）腐食を阻止するためのスズ−真ちゅう合金の熱伝達管を開示しているものと思われる。

特許文献９は、多面体の列を有し、第２の列が第１の列に対して斜めに配置されている熱伝達管を開示しているものと思われる。

特許文献１０は、隆起部によって隔てられた第１パターンの溝と、隆起部に機械加工されたより浅い第２パターンの溝とを有する、ロール状に形成された核沸騰平板を開示しているものと思われる。第２パターンの深さは、第１パターンの深さの約１０〜５０％であるとされている。

特許文献１１は、表面が改善されたフィンを有し、そのフィンに穴がある熱交換器を開示しているものと思われる。

特許文献１２は、フレーム溶射された鉄合金で改善された沸騰面を有する熱交換器の表面を開示しているものと思われる。

最後に、特許文献１３は、熱伝達を向上させるための多孔性のコーティングを備えた熱交換器管を開示しているものと思われる。

米国特許第５，０５２，４７６Ａ号明細書 米国特許第５，２５９，４４８Ａ号明細書 米国特許第５，３３２，０３４Ａ号明細書 米国特許第５，４５８，１９１Ａ号明細書 米国特許第６，１８２，７４３Ｂ１号明細書 米国特許第６，１７６，３０１Ｂ１号明細書 米国特許出願公開第２００５／００６７１５６Ａ１号明細書 米国特許出願公開第２００５／０２４７３８０Ａ１号明細書 米国特許出願公開第２００９／０００８０７５Ａ１号明細書 米国特許第５、３５１、３９７Ａ号明細書 米国特許第７，０３２，６５４Ｂ２号明細書 米国特許第４，６６３，２４３Ａ号明細書 米国特許第４，７５３，８４９号明細書

限定するためではなく、単に説明目的のために、開示した１つ又は複数の実施例おいて対応する部品、部分、又は、表面を括弧内で参照しながら、本発明は、（１）処理を行うための装置（たとえば、熱伝達機器、流体混合機器など）で使用する表面改善壁部を形成する改良された方法、（２）表面改善壁部自体、及び（３）このような表面改善壁部を組み入れたさまざまな装置を広く提供する。

一態様において、本発明は、処理を行うための装置で使用する表面改善壁部（２０）を形成する改良された方法を提供するものであり、この方法は、両側に初期表面（２１ａ、２２ｂ）を有する１本の材料（２１）を用意するステップであって、材料が初期表面の間の実質的に中ほどに位置する長手方向中心線（ｘ−ｘ）を有し、材料が、中心線から、初期表面のどちらか一方の、中心線から最も遠くにある位置まで測定された初期横断寸法を有し、初期表面の各々が初期面密度を有し、面密度が単位投影表面積あたりの表面にある特徴部の数として定義される、ステップと、２次模様面密度を有する２次模様（２３ａ、２３ｂ）を初期表面の各々に型押しして、材料をゆがめ、且つ、表面の各々の面密度を増大させ、且つ、中心線からこのようなゆがめられた材料の最も遠い位置までの材料の横断寸法を増大させるステップと、１次模様面密度を有する１次模様（２５ａ、２５ｂ）をこのようなゆがめられた表面の各々に型押しして、材料をさらにゆがめ、且つ、各々の表面の面密度をさらに増大させるステップとを含み、これにより、処理を行うための装置で使用する表面改善壁部を提供する。

各２次模様面密度は、各１次模様面密度より大きくてもよい。

２次模様を初期表面の各々に型押しするステップは、材料を冷間加工する追加のステップを含んでもよい。

ゆがめられた表面の各々に１次模様を型押しするステップは、材料を冷間加工する追加のステップを含んでもよい。

２次模様は、同じものであってもよい。

２次模様は、中心線から一方のゆがめられた表面までの最大寸法が、中心線から他方のゆがめられた表面までの最小寸法に対応するように、互いに位置がずらされていてもよい。

２次模様を材料に型押しするステップは、中心線からゆがめられた材料の最も遠い位置までの材料の最大横断寸法を、中心線から初期表面の最も遠い位置までの最大横断寸法の１３５％まで増大させてもよい。

２次模様を材料に型押しするステップは、中心線からゆがめられた材料の最も遠い位置までの材料の最大横断寸法を、中心線から初期表面の最も遠い位置までの最大横断寸法の１５０％まで増大させてもよい。

２次模様を材料に型押しするステップは、中心線からゆがめられた材料の最も遠い位置までの材料の最大横断寸法を、中心線から初期表面の最も遠い位置までの最大横断寸法の３００％まで増大させてもよい。

２次模様を材料に型押しするステップは、中心線からゆがめられた材料の最も遠い位置までの材料の最大横断寸法を、中心線から初期表面の最も遠い位置までの最大横断寸法の７００％まで増大させてもよい。

２次模様を材料に型押しするステップは、このようなゆがめられた表面の一方にある任意の位置から、このようなゆがめられた表面の反対側の方にある最も近い位置まで測定した場合の材料の最小寸法を、初期表面の一方にある任意の位置から、反対側の初期表面にある最も近い位置までの最小寸法の９５％より減少させてはいけない。

２次模様を材料に型押しするステップは、このようなゆがめられた表面の一方にある任意の位置から、このようなゆがめられた表面の反対側の方にある最も近い位置まで測定した場合の材料の最小寸法を、初期表面の一方にある任意の位置から、反対側の初期表面にある最も近い位置までの最小寸法の５０％より減少させてはいけない。

１次模様は、同じものであってもよい。

１次模様は、中心線から一方のさらにゆがめられた表面までの最大寸法が、中心線から他方のさらにゆがめられた表面までの最小寸法に対応するように、互いに位置がずらされていてもよい。

１次模様を材料に型押しするステップは、中心線から、さらにゆがめられた表面のどちらか一方にある任意の位置まで測定した場合のさらにゆがめられた材料の最小寸法を、中心線から初期表面のどちらか一方まで測定した場合の材料の最小寸法の９５％より減少させてはいけない。

１次模様を材料に型押しするステップは、中心線から、さらにゆがめられた表面のどちらか一方にある任意の位置まで測定した場合のさらにゆがめられた材料の最小寸法を、中心線から初期表面のどちらか一方まで測定した場合の材料の最小寸法の５０％より減少させてはいけない。

１次模様を表面の各々に型押しするステップは、中心線から、さらにゆがめられた材料の最も遠い位置までの寸法をさらに増大させてもよい。

材料の両面は、はじめは平坦であってもよい。

模様を型押しするステップは、硬化、型打ち、圧延、プレス加工、及び、エンボス加工作業の少なくとも１つによって模様を型押しするステップを含んでもよい。

本方法は、表面改善壁部を最も近い端部が互いに隣接して位置するように曲げる追加のステップと、材料の最も近い端部を接合する追加のステップとをさらに含み、これにより表面改善管を形成してもよい。

材料の最も近い端部を接合するステップは、材料の最も近い端部を溶接して接合するさらなるステップを含んでもよい。

本方法は、材料に穴を通す追加のステップをさらに含んでもよい。

本方法は、表面改善壁部を熱交換器に取り付ける追加のステップをさらに含んでもよい。

本発明は、表面改善壁部を流体処理装置に取り付ける追加ステップをさらに含んでもよい。

他の態様では、本発明は、上記ステップのいずれかによって定義される方法によって製作される表面改善壁部を提供する。

１次模様は、方向性があっても、方向性がなくてもよい。

２次模様は、方向性があっても、方向性がなくてもよい。

壁部は、以下のＡＳＭＥ／ＡＳＴＭ規格、Ａ２４９／Ａ、Ａ１３５、Ａ３７０、Ａ７５１、Ｅ２１３、Ｅ２７３、Ｅ３０９、Ｅ１８０６、Ａ６９１、Ａ１３９、Ａ２１３、Ａ２１４、Ａ２６８、Ａ２６９、Ａ２７０、Ａ３１２、Ａ３３４、Ａ３３５、Ａ４９８、Ａ６３１、Ａ６７１、Ａ６８８、Ａ６９１、Ａ７７８、Ａ２９９／Ａ、Ａ７８９、Ａ７８９／Ａ、Ａ７８９／Ｍ、Ａ７９０、Ａ８０３、Ａ４８０、Ａ７６３、Ａ９４１、Ａ１０１６、Ａ１０１２、Ａ１０４７／Ａ、Ａ２５０、Ａ７７１、Ａ８２６、Ａ８５１、Ｂ６７４、Ｅ１１２、Ａ３７０、Ａ９９９、Ｅ３８１、Ｅ４２６、Ｅ５２７、Ｅ３４０、Ａ４０９、Ａ３５８、Ａ２６２、Ａ２４０、Ａ５３７、Ａ５３０、Ａ４３５、Ａ３８７、Ａ２９９、Ａ２０４、Ａ２０、Ａ５７７、Ａ５７８、Ａ２８５、Ｅ１６５、Ａ３８０、Ａ２６２、及び、Ａ１７９、の少なくとも１つを満たしてもよい。これらの規格の各々の開示の総てが参照することによりここに組み入れられる。

材料は均一であっても、不均一であってもよい。

材料は、初期表面の一方の少なくとも一部にコーティングが施されてもよい。

初期表面の一方の少なくとも一部は、化学的に処理されてもよい。

他の態様において、本発明は、改良された表面改善壁部を組み入れた改良された熱伝達機器を提供する。

他の態様において、本発明は、改良された表面改善壁部を組み入れた改良された流体処理装置を提供する。

他の態様において、本発明は、処理を行うための装置で使用する改良された表面改善壁部（２０）を提供するものであり、この壁部は、両側に初期表面（２１ａ、２１ｂ）を有する１本の材料（２１）であって、初期表面の間の実質的に中ほどに位置する長手方向中心線（ｘ−ｘ）を有し、中心線から、初期表面のどちらか一方にあり、中心線から最も遠くにある位置まで測定された初期横断寸法を有し、初期表面の各々が初期面密度を有し、面密度が単位投影表面積あたりの表面にある特徴部の数（ゼロを含む）として定義される、材料と、２次模様面密度を有し、初期表面の各々に型押しされた２次模様（２３）であって、材料をゆがめ、且つ、表面の各々の面密度を増大させ、且つ、中心線からこのようなゆがめられた材料の最も遠い位置までの材料の横断寸法を増大させる、２次模様と、１次模様面密度を有し、このようなゆがめられた表面の各々に型押しされ、材料をさらにゆがめ、表面の各々の面密度をさらに増大させる、１次模様（２５）とを備える。

各２次模様面密度は、各１次模様面密度より大きくてもよい。

２次模様は、同じものであってもよい。

２次模様は、中心線から一方のゆがめられた表面までの最大寸法が、中心線から他方のゆがめられた表面までの最小寸法に対応するように、互いに対して位置がずらされていてもよい。

中心線からゆがめられた材料の最も遠い位置までの材料の最大横断寸法は、中心線から初期表面にある最も遠い位置までの最大横断寸法の１３５％より小さくてもよい。

中心線からゆがめられた材料の最も遠い位置までの材料の最大横断寸法は、中心線から初期表面にある最も遠い位置までの最大横断寸法の１５０％より小さくてもよい。

中心線からゆがめられた材料の最も遠い位置までの材料の最大横断寸法は、中心線から初期表面にある最も遠い位置までの最大横断寸法の３００％より小さくてもよい。

中心線からゆがめられた材料の最も遠い位置までの材料の最大横断寸法は、中心線から初期表面にある最も遠い位置までの最大横断寸法の７００％より小さくてもよい。

このようなゆがめられた表面の一方にある任意の位置から、このようなゆがめられた表面の反対側の方にある最も近い位置まで測定した場合の前記材料の最小寸法は、前記初期表面の一方にある任意の位置から、反対側の初期表面にある最も近い位置までの最小寸法の少なくとも９５％である。

このようなゆがめられた表面の一方にある任意の位置から、このようなゆがめられた表面の反対側の方にある最も近い位置まで測定した場合の材料の最小寸法は、初期表面の一方にある任意の位置から、反対側の初期表面にある最も近い位置までの最小寸法の少なくとも５０％であってもよい。

１次模様は、同じものであっても、異なるものであってもよい。

１次模様は、中心線から一方のさらにゆがめられた表面までの最大寸法が、中心線から他方のさらにゆがめられた表面までの最小寸法に対応するように、互いに対して位置がずらされていてもよい。

中心線から、さらにゆがめられた表面のどちらか一方にある任意の位置まで測定した場合のさらにゆがめられた材料の最小寸法は、中心線から初期表面のどちらか一方まで測定した場合の材料の最小寸法の少なくとも９５％であってもよい。

中心線から、さらにゆがめられた表面のどちらか一方にある任意の位置まで測定した場合のさらにゆがめられた材料の最小寸法は、中心線から初期表面のどちらか一方まで測定した場合の材料の最小寸法の少なくとも５０％であってもよい。

型押しされた１次模様は、中心線から、さらにゆがめられた材料の最も遠い位置までの寸法をさらに増大させてもよい。

よって、１つの目的は、処理を行うための装置で使用する表面改善壁部を形成する、改良された方法を提供することである。

別の目的は、改良された表面改善壁部を提供することである。

さらに別の目的は、改良された表面改善壁部を組み入れた改良された装置を提供することである。

これら及び他の目的及び利点は、前述の、及び、進行中の書面による明細書、図面及び添付の特許請求の範囲から明らかとなるであろう。

２次第１模様及び１次第１模様が型押しされているところを示す１本の材料の概略的な上平面図である。 図１Ａに概略的に示した構造の側面図である。 図１Ａ〜図１Ｂに示したような、材料に型押しされた２次第１模様の拡大上平面図である。 供給された材料の薄板に型押しされた１次第１模様の拡大上平面図あって、図２Ａの縮尺と同じ縮尺の図である。 図１Ａ〜図１Ｂに示したような、材料に型押しして重ね合わせた１次第１模様及び２次第１模様の上平面図であって、図２Ａ〜図２Ｂの縮尺と同じ縮尺の図である。 概して図１Ａの線３Ａ−３Ａでとられた、２次第１模様を型押しする前の材料の大きく拡大した部分横断縦断面図である。 概して図２Ａの線３Ｂ−３Ｂでとられた、材料の大きく拡大した部分横断縦断面図であって、材料に型押しされた２次第１模様を示す図である。 概して図２Ｂの線３Ｃ−３Ｃでとられた、大きく拡大した部分横断断面図であって、材料に型押しされた１次第１模様を示す図である。 概して図２Ｃの線３Ｄ−３Ｄでとられた、材料の大きく拡大した部分横断断面図であって、材料に型押しされた１次第１模様及び２次第２模様を示す図である。 ２次第１模様がどのようにして材料に型押しされるかを示す、材料の概略的な横断縦断面図である。 無地の薄板における２点間壁厚がどのように測定されるかを示す模式図である。 ２次第１模様が型押しされた後に、材料の２点間壁厚がどのように測定されるかを示す模式図である。 １次第１模様の２点間壁厚がどのように測定されるかを示す模式図である。 完成した表面改善材料の２点間壁厚をどのようにして測定するかを示す模式図であって、材料に重ね合わせた１次第１模様及び２次第１模様が型押しされている図である。 無地の薄板の領域厚さをどのように測定するかを示す模式図である。 ２次第１模様が型押しされた後に、領域壁厚がどのようにして測定されるかを示す模式図である。 １次第１模様が型押しされた後に、領域壁厚がどのようにして測定されるかを示す模式図である。 １次第１模様及び２次第１模様が型押しされた後に、表面改善壁部の領域壁厚がどのようにして測定されるかを示す模式図である。 薄板に型押しされた、１次第２模様と呼ばれる、別の１次模様を示す上平面図である。 図７Ａの線７Ｂ−７Ｂでとられた、１次第２模様の部分横断縦断面図である。 概して図７Ａの線７Ｃ−７Ｃでとられた、１次第２模様の部分横断横断面図である。 材料の薄板に型押しされた、１次第３模様と呼ばれる、第３の１次模様の上平面図である。 概して図８Ａの線８Ｂ−８Ｂでとられた、１次第３模様の部分横断縦断面図である。 概して図８Ａの線８Ｃ−８Ｃでとられた、１次第３模様の部分横断横断面図である。 材料の薄板に型押しされた、１次第４模様と呼ばれる、別の１次模様であって、特徴部面密度が０．５であるものの上平面図である。 図９Ａと同様の図であるが、特徴部面密度が１．０である、１次第４模様の異なる形式を示す図である。 図９Ａ及び図９Ｂと同様の図であるが、特徴部面密度が２．０である、１次第４模様の別の異なる形式を示す図である。 材料の薄板に型押しされた、１次第５模様と呼ばれる、別の１次模様の上平面図である。 概して図１０Ａの線１０Ｂ−１０Ｂでとられた、１次第５模様の部分横断縦断面図である。 概して図１０Ａの線１０Ｃ−１０Ｃでとられた、１次第５模様の部分横断横断面図である。 材料に型押しされた、２次第２模様と呼ばれる、別の２次模様の上平面図であって、個々の特徴部がいくらか楕円形状をしているように示す図である。 概して図１１Ａの線１１Ｂ−１１Ｂでとられた、２次第２模様の部分横断縦断面図である。 概して図１１Ａの線１１Ｃ−１１Ｃでとられた、２次第２模様の部分横断横断面図である。 １本の材料に型押しされた、２次第３模様と呼ばれる、別の２次模様の上平面図であって、個々の特徴部がいくらかレモン形状をしているように示す図である。 概して図１２Ａの線１２Ｂ−１２Ｂでとられた、２次第３模様の部分横断縦断面図である。 概して図１２Ａの線１２Ｃ−１２Ｃでとられた、２次第３模様の部分横断横断面図である。 １本の材料に型押しされた、１次第６模様と呼ばれる、別の１次模様の上平面図である。 概して図１３Ａの線１３Ｂ−１３Ｂでとられた、１次第６模様の部分横断縦断面図である。 １本の材料に型押しされた、１次第７模様と呼ばれる、十字形で方向性のある１次模様のさらに別の例であり、長手方向及び横断方向の両方において方向性がある模様の図である。 概して図１４Ａの線１４Ｂ−１４Ｂでとられた、１次第７模様の部分横断縦断面図である。 概して図１４Ａの線１４Ｃ−１４Ｃでとられた、１次第７模様の部分横断横断面図である。 １本の材料に型押しされた、２次第４模様と呼ばれる、小石状で方向性のない別の模様の部分図である。 概して図１５Ａの線１５Ｂ−１５Ｂでとられた、２次第４模様の部分横断縦断面図である。 概して図１５Ａの線１５Ｃ−１５Ｃでとられた、２次第４模様の部分横断横断面図である。 １本の材料に型押しされた、２次第４模様と呼ばれる、ハニカム状で方向性のないさらに別の模様の上平面図である。 概して図１５Ａの線１６Ｂ−１６Ｂでとられた、２次第４模様の部分横断縦断面図である。 概して図１６Ａの線１６Ｃ−１６Ｃでとられた、２次第４模様の部分横断横断面図である。 表面改善管を作るための一工程の模式図である。 図１８Ａは、外面に任意のコーティングを有する円管の側面図である。図１８Ｂは、図１８Ａに示した円管の右端立面図である。図１８Ｃは、図１８Ｂに示した円内でとられた円管の拡大詳細図であって、管の外面のコーティングを特に示す図である。 図１９Ａは、矩形管の等角図である。図１９Ｂは、概して図１９Ａの線１９Ｂ−１９Ｂでとられた矩形管の部分横断縦断面図である。図１９Ｃは、図１９Ｂに示した円内でとられた、矩形管の壁部の一部の拡大詳細図である。 Ｕ字管の側面図である。 概して図２０Ａの線２０Ｂ−２０Ｂでとられた、Ｕ字管の若干拡大した部分横断縦断面図である。 図２０Ｂに示す円内でとられた、管壁の一部をさらに拡大した詳細図である。 改善された内側面及び外側面を有する円管から形成された、らせん状に巻かれたコイルの側面図である。 図２１Ａに示したコイルの上平面図である。 概して図２１Ａの線２１Ｃ−２１Ｃでとられた、コイルの拡大部分縦断面図であり、コイルの管を示す図である。 図２１Ｃに示した円内でとられた、管壁の一部を示す、さらに拡大した詳細図である。 表面改善フィンを作るための一工程の模式図である。 １次模様及び２次模様が型押しされており、冷却管開口部及びフロー・スルー開口部を有する第１の表面改善フィンの正面図である。 概して図２３Ａの線２３Ｂ−２３Ｂでとられた、第１の表面改善フィンの部分縦断面図である。 １次模様及び２次模様が型押しされており、冷却管開口部及びフロー・スルー開口部を有する第２の表面改善フィンの正面図である。 概して図２４Ａの線２４Ｂ−２４Ｂでとられた、第２の表面改善フィンの部分縦断面図である。 冷却管開口部及び小さいフロー・スルー開口部を有する第３の表面改善フィンの正面図である。 冷却管開口部及び中間のフロー・スルー開口部を有する第４の表面改善フィンの正面図である。 冷却管開口部及び大きいフロー・スルー開口部を有する第５の表面改善フィンの正面図である。 冷却管開口部と、大、中、小のフロー・スルー開口部の一組み合わせを有する第６の表面改善フィンの正面図である。 冷却管開口部と、大、中、小のフロー・スルー開口部の別の組み合わせを有する第７の表面改善フィンの正面図である。 内部に表面改善熱伝達管がある改良された熱交換器の模式図である。 内部に表面改善管がある改良された流体冷却器の底部平面図である。 概して図２７Ａの線２７Ｂ−２７Ｂでとられた、改良された流体冷却器の部分横断面図である。 図２７Ａに示した改良された冷却器の、カバーが所定の位置にある状態での側面図である。 概して図２７Ｃの線２７Ｄ−２７Ｄでとられた、フィンの１つの底部平面図を示す、改良された冷却器の部分縦断面図である。 図２７Ｄで示す円内でとられた、フィンの１つの一部の拡大詳細図である。 改善された表面が中に組み入れられている流体流動容器の模式図である。 改善された表面が中に組み入れられている熱交換器平板の上平面図である。 熱交換器平板の一部の拡大詳細図であり、図２９Ａに示す円内でとられた図である。

最初に、明確に理解されなければならないのは、同様の参照番号が、いくつかの図面を通して、一貫して同じ構造要素、部分又は面を識別することが意図されているということであり、これは、このような要素、部分又は面が、書面による明細書全体でさらに記載され、説明される可能性があり、この詳細な説明がその明細書の不可欠の部分であることによる。別段示されない限り、図面は、本明細書とともに読み取られる（たとえば、クロスハッチング、部品の配置、比率、程度などが）ことが意図されており、本発明の書面による説明全体の一部であるとみなすべきである。以下の説明で用いられる場合、用語「横」、「縦」、「左」、「右」、「上」及び「下」、及びそれらの形容詞的及び副詞的派生語（たとえば、「横方向に」、「右方向に」、「上方向に」など）も、特定の図面が読み手と向き合ったときに、単に、説明された構造の向きをいうものである。同様に、用語「内側へ」及び「外側へ」は、概して、面の向きをその面の伸長軸又は回転軸に対して適宜いうものである。別段示されない限り、本明細書及び添付の図面に記載した全ての寸法は、インチで表されている。

以下、図面を、より詳細には図１〜図３を参照すると、本発明は、処理を実行するための装置において用いられる、表面改善壁部２０を形成する、改良された方法を広く提供する。この装置は、熱伝達機器、（関連する熱交換機能がある、又は、ない）一種の流体混合装置、又は、何らかの他の形式の装置であってもよい。

本願は、さまざまな１次模様及び／又は２次模様を有する表面改善壁部の複数の実施例を開示している。第１の実施例は図１Ａ〜図６Ｄに、第２の実施例は図７Ａ〜図７Ｃに、第３の実施例は図８Ａ〜図８Ｃに、第４の実施例は図９Ａ〜図９Ｃに、第５の実施例は図１０Ａ〜図１０Ｃに、第６の実施例は図１１Ａ〜図１１Ｃに、第７の実施例は図１２Ａ〜図１２Ｃに、第８の実施例は図１３Ａ〜図１３Ｃに、第９の実施例は図１４Ａ〜図１４Ｃに、第１０の実施例は図１５Ａ〜図１５Ｃに、第１１の実施例は図１６Ａ〜図１６Ｃに示されている。これらのさまざまな模様は、互いにさまざまな組み合わせで用いることができ、添付の特許請求の範囲に入る全ての模様を網羅するものではない。

表面改善管を作る１つの工程が図１７に概略的に示されており、このような管のいくつかの変形形態が図１８Ａ〜図２１Ｄに描かれている。

表面改善フィンを作る１つの工程が図２２に概略的に示されており、このようなフィンのいくつかの変形形態が図２３Ａ〜図２５Ｅに描かれている。

表面改善管を組み入れた改良された熱交換器が図２６に概略的に示されている。

このような表面改善フィンを組み入れた冷却器が図２７Ａ〜図２７Ｅに描かれている。

別の流体流動容器に組み入れられた改善された表面が図２８に描かれている。

最後に、さまざまな改善された表面を有する改良された平板が図２９Ａ〜図２９Ｂに示されている。

これらのさまざまな実施例及び用途を以下に順次述べる。

改良された方法は、広く、１本の材料を用意することから始まり、その断片部分が２１で全体を示されている。この材料は、１つの平板状のストックであってもよく、コイルから広げたものであってもよく、出所や形態が何らかの他のものであってもよい。材料は、平坦な上側初期表面２１ａ及び下側初期表面２１ｂを有する矩形であってもよく、これらの初期表面の間の実質的に中ほどに位置する長手方向横断中心線ｘ−ｘを有することであってもよい。図３Ａに示すように、材料の初期表面２１ａ〜２１ｂの間の厚さは、約０．８８９ｍｍ（０．０３５インチ）であってもよく、中心線からどちらか一方の面までの名目間隔は、したがって約０．４４４５ｍｍ（０．０１７５インチ）であってもよい（図１Ａ〜図６Ｄ）。

この第１の実施例の材料の前縁は、次に、右方向へ（図１Ａに示した矢印の方向へ）、一対の上下の第１ロール又は金型２２ａ、２２ｂの間を通され、第１ロール又は金型２２ａ、２２ｂが２次第１模様を材料の上面及び下面にそれぞれ型押しする。２次第１模様が型押しされた後の材料の上面及び下面は、２３ａ、２３ｂでそれぞれ示されている。材料は、次に、右方向へ、第２の対の上下のロール又は金型２４ａ、２４ｂの間を並進させられ、ロール又は金型２４ａ、２４ｂが１次第１模様を材料の上面及び下面にそれぞれ型押しする。

図２Ａ及び図３Ｂは、２次第１模様が型押しされた後の材料の形状及び形態を示している。２次第１模様は、上面図（図２Ａ）で見たときに、互いにかみ合った舗装ブロックが並んだ形状をしているが、断面（図３Ｂ）で見たときには、波打つ形状、又は、正弦曲線の形状をしている。

図２Ｂ及び図３Ｃは、１次第１模様を無地のストック材の薄板に型押し、２次第１模様を型押していない場合の１次第１模様の形状を示している。図２Ｂ及び図３Ｃに示されているように、１次第１模様は、繰り返される一連のステップ状関数の形をしている。図２Ｂ及び３Ｃでは、材料の上面が２５ａで示されており、材料の下面が２５ｂで示されている。

このように、第２の金型を出た材料には、１次第１模様及び２次第１模様を重ねて型押しされている。重ね合わせた１次第１模様及び２次第１模様を含む材料のこれら上面及び下面は、それぞれ、２６ａ、２６ｂで示されている。

図３Ａ〜図３Ｂに示すように、材料に２次第１模様を型押しするステップは、材料の最小初期領域壁厚を約０．８８９ｍｍ（０．０３５インチ）から約１．１４３ｍｍ（０．０４５インチ）まで増大させる。図３Ａ及び図３Ｃに示すように、最初に供給された材料に１次第１模様を型押しするステップは、初期領域壁厚を約０．８８９ｍｍ（０．０３５インチ）から約１．２７ｍｍ（０．０５０インチ）まで増大させるであろう。しかしながら、図３Ｄに示すように、１次第１模様を２次第２模様に重ねると、材料の厚さは、２次第１模様でゆがめられているので（すなわち、１．１４３ｍｍ（０．０４５インチ））、約１．３２１ｍｍ（０．０５２インチ）という寸法までさらにゆがめられる。

添付図面では、図２Ａ〜図２Ｃが（寸法６．０×６．０で示すように）同じ縮尺で描かれており、図１Ａに示した構造に対して拡大されている。図３Ａ〜図３Ｄもまた同じ縮尺で描かれており、図２Ａ〜図２Ｃの縮尺に対してさらに拡大されており、図１Ａ〜図１Ｂの縮尺に対して著しく拡大されている。

図４は、２次第１模様がどのように材料に型押しされるかを示している。この目的のために、上ロール２２ａ及び下ロール２２ｂは、一方の頂点が他方の谷と位置が揃うよう互いに縦方向に位置が合わせてある、波打つ正弦曲線を描く２次第１模様を与える。材料２１は、２つのロールによって部分的にのみ変形される。したがって、材料は、個別に２８で示す、中間弓状凸部で隔てられた、２７で示す、一連のくぼみ状の凹部を有することになる。代替工程では、材料を上下のロールの間で完全に変形させる、すなわち、「圧印加工」することもできよう。

好ましい実施例では、１次及び２次の模様を材料に型押しするステップに材料を冷間加工する効果がある。しかしながら、代替工程では、材料を加熱でき、材料を熱間加工するステップを工程が含むことができる。２次模様は、同じものであっても、互いに異なるものであってもよい。２次模様を材料に型押しするステップは、中心線から、ゆがめられた材料の最も遠い位置までの材料の最大横断寸法を、中心線から、初期表面の最も遠い位置までの最大横断寸法の、１つのケースでは１３５％、別のケースでは１５０％、第３のケースでは３００％、第４のケースでは７００％まで増大させる。１次及び２次の模様を材料に型押しするステップは、ゆがめられた面の一方にある任意の位置から、反対側のゆがめられた面にある最も近い位置まで測定したときの材料の最小寸法を、初期表面の一方にある任意の位置から、反対側の初期表面にある閉じた位置までの最小寸法の、１つのケースでは９５％、第２のケースでは５０％より減少させない。

材料の両側に型押しされる１次模様は、同じものであっても、異なるものであってもよい。１次模様を材料に型押しするステップは、中心線から、さらにゆがめられた面のどちらか一方の任意の位置まで測定したときのさらにゆがめられた材料の最小寸法を、中心線から、初期表面のどちらか一方まで測定したときの材料の最小寸法の９５％より小さくしない。

材料の両側に型押しされる１次模様は、同じものであっておよいし、異なるものであってもよい。１次模様を材料に型押しするステップは、中心線から、さらにゆがめられた面のどちらか一方にある任意の位置まで測定したときのさらにゆがめられた材料の最小寸法を、中心線から、初期表面のどちらか一方まで測定したときの材料の最小寸法の５０％より小さくしない。

一つの側面において、１次模様を各々の面に型押しするステップは、中心線から、さらにゆがめられた材料の最も遠い位置までの寸法をさらに大きくしてもよい。

初期表面は、平坦であっても、何らかの模様、又は、複数の模様が与えられていてもよい。１次模様及び２次模様を材料に型押しするステップは、硬化作業、型打ち作業、圧延作業、プレス加工作業、エンボス加工作業による、又は、何らかの他の種類の工程又は作業によるものであってもよい。同様に、材料には、望まれている型であればどんなものでも、冷却管開口部及び／又はフロー・スルー開口部が備えられてもよい。

本方法は、最も近い端部が互いに隣り合って位置するように表面改善壁部を曲げ、材料の最も近い端部を溶接などで接合して表面改善管を形成する追加的なステップをさらに含んでもよい。本方法は、材料に穴を通すさらなるステップを含んでもよい。

前述したように、表面改善壁部は、熱交換器、何らかの種類の流体処理装置、又は、さらに別の形式の装置に同様に取り付けてもよい。

１次模様は、方向性があっても、方向性がなくてもよい。表面改善壁部は、以下のＡＳＭＥ／ＡＳＴＭ規格、すなわち、Ａ２４９／Ａ、Ａ１３５、Ａ３７０、Ａ７５１、Ｅ２１３、Ｅ２７３、Ｅ３０９、Ｅ１８０６、Ａ６９１、Ａ１３９、Ａ２１３、Ａ２１４、Ａ２６８、Ａ２６９、Ａ２７０、Ａ３１２、Ａ３３４、Ａ３３５、Ａ４９８、Ａ６３１、Ａ６７１、Ａ６８８、Ａ６９１、Ａ７７８、Ａ２９９／Ａ、Ａ７８９、Ａ７８９／Ａ、Ａ７８９／Ｍ、Ａ７９０、Ａ８０３、Ａ４８０、Ａ７６３、Ａ９４１、Ａ１０１６、Ａ１０１２、Ａ１０４７／Ａ、Ａ２５０、Ａ７７１、Ａ８２６、Ａ８５１、Ｂ６７４、Ｅ１１２、Ａ３７０、Ａ９９９、Ｅ３８１、Ｅ４２６、Ｅ５２７、Ｅ３４０、Ａ４０９、Ａ３５８、Ａ２６２、Ａ２４０、Ａ５３７、Ａ５３０、Ａ４３５、Ａ３８７、Ａ２９９、Ａ２０４、Ａ２０、Ａ５７７、Ａ５７８、Ａ２８５、Ｅ１６５、Ａ３８０、Ａ２６２、及び、Ａ１７９の少なくとも１つを満たす。上記規格の各々は、参照することによりここに組み入れられる。

材料は、その初期表面の一方の少なくとも一部分にコーティング（たとえば、メッキなど）が施されてもよく、又は、このような初期表面は、化学的に処理（たとえば、電解研磨されるなど）されてもよい。このようなコーティング及び／又は化学的処理は、材料に改善された表面を形成する前、途中、又は、後に施してもよい。本明細書で用いる場合、「部分」という用語は、０〜１００％の範囲を含む。

本発明はまた、鍛造法によって形成される表面改善壁部を含む。

図５Ａ〜図５Ｄは、２点間壁厚が本方法のさまざまな段階でどのように測定されるかを示している。本明細書で使用する場合、「２点間壁厚」という用語は、材料の一方の面のある位置から、材料の反対側の面の最も近い位置までの材料の厚みを意味する。したがって、図５Ａは、マイクロメータが、平坦面２１ａ，２１ｂの間の初期の厚さを測定しているところを示している。図５Ｂは、マイクロメータが、２次第１模様が型押しされた後の壁厚を測定しているところを示している。この図は、２つの測定方向を概略的に示しており、一方は垂直厚みについてであり、他方は斜めであり、測定された２つの厚さの小さい方を使用できるようにしている。図５Ｃは、１次模様が材料に型押しされている場合に、２点間壁厚がどのように測定されるかを示している。最後に、図５Ｄは、マイクロメータが、１次第１模様及び２次第１模様が型押しされた後の材料の２点間壁厚を測定しているところを示している。ここでも再び、測定された２つの厚さの小さい方が、最小壁厚の測定値として使用される。マイクロメータの向きについてのこれら２つの実例は、可能性のある全ての向きを網羅したものではない。

図６Ａ〜図６Ｄは、材料の領域厚さが本方法を実行しているさまざまな段階でどのように測定されるかを示している。厚さは、両面の頂点間の距離を測定することにより測定され、また、普通は、２つの面の各々に沿っていくつかの頂点を取り囲むことによって測定される。したがって、図６Ａは、マイクロメータが、平坦な上面２１ａ及び下面２１ｂを有する、最初に供給された材料の厚みを測定しているところを示している。これらの面は平坦であるので、マイクロメータは、その間の距離を簡単に測定できる。図６Ｂは、マイクロメータが、２次第１模様が型押しされた後に、材料の厚みを測定しているところを示している。マイクロメータは、両方の面の振幅の頂点間の厚さを測定している点に留意しなければならない。図６Ｃは、最初に与えられた材料に１次第１模様が型押しされたとした場合に、マイクロメータが材料の厚さを測定しているところを示している。この図では、マイクロメータは、再び、面に型押しされた複数の特徴部の端から端までの頂点間厚さを測定している。最後に、図６Ｄは、マイクロメータが、１次第１模様及び２次第２模様が型押しされた後の材料の壁厚を測定しているところを示している。

「２点間壁厚」は、一方の面のある位置から、反対側の面の最も近い位置までの材料の厚さを意味するので、このような寸法を垂直方向とさまざまな角度の両方で測定して、最小の厚さがいずれであるかを決定することがときとして必要である。しかしながら、「領域厚さ」は、一方の面にある頂点から、反対側の面にある頂点までの寸法をいうので、これは、普通、垂直に測定できる。「領域厚さ」は、好ましくは、各面の複数の頂点を取り囲む。

１次第２模様と呼ばれる第２の１次模様が図７Ａ〜図７Ｃに示されており、３０で全体が示されている。この模様は、直立したハニカムにいくらか似ており、上面３１ａ及び下面３１ｂを有する。この模様は、縦方向に方向性があるが、横方向に方向性がない。縦及び横の横断面図が図７Ｂ〜図７Ｃに示されている（図７Ａ〜図７Ｃ）。

図８Ａ〜図８Ｃは、１次第３模様と呼ばれる別の筋状の１次模様を示している。この模様は、３２で全体が示されている。この模様は、縦方向に方向性があるが、横方向に方向性がない。縦及び横の横断面図が図８Ｂ〜図８Ｃに示されている。この模様は、その上面及び下面の２つの直交する横断方向の各々に、さまざまな周期ではあるが、正弦曲線の起伏を有する（図８Ａ〜図８Ｃ）。

図９Ａ〜図９Ｃは、２次第２模様と呼ばれる、別の２次模様を示している。この模様は、一方の面にある一連のくぼみ状のへこみ部と、反対側の面にある縦方向に位置を合わせた凸部とから構成されている。これらのくぼみ部は、要望に応じて、千鳥状にすることも、一列に並べることもできる。この模様は、図９Ａにおいて３４で全体が示されており、上面３５ａを有するように示されている（図９Ａ〜図９Ｃ）。

図９Ｂ〜図９Ｃは、図９Ａに示した模様の密度の変形形態を示している。図９Ａでは、模様は３４’で示されており、上面は３５ａ’で示されている。図９Ａに示した模様３４でのくぼみ状特徴部の面密度は、図９Ｂに示した変更された模様３４’に対する面密度の０．５倍であり、図９Ｃに示したさらに変更された模様３４’’に対する面密度の０．２５倍である。したがって、図９Ｂにおけるくぼみ状特徴部の面密度は、図９Ａに示した面密度の２倍である。同様に、図９Ｃにおけるくぼみ状特徴部の面密度は、図９Ｂにおける特徴部の面密度の２倍であり、図９Ａに示した特徴部の面密度の４倍である。

図９Ａ〜図９Ｃは、６．０×６．０の寸法で示されているように、同じ縮尺で描かれている。

図１０Ａ〜図１０Ｃは、１次第４模様と呼ばれる、別の、山形状の１次模様を示している。この模様は、横方向及び縦方向の両方において方向性がない。模様は、３６で全体が示されており、上面３８ａ及び下面３８ｂを有する（図１０Ａ〜図１０Ｃ）。

図１１Ａ〜図１１Ｃは、２次第２模様と呼ばれる、材料に型押しされた２次模様の別の形式を示している。この形式では、個々のくぼみ部又は特徴部がいくらか楕円形状をしている。くぼみ部の周期が、図１１Ｂ〜図１１Ｃに示すように、２つの直交方向で異なることに留意しなければならない。この模様は、３９で全体が示されており、上面４０ａ及び下面４０ｂがあるように示されている（図１１Ａ〜図１１Ｃ）。

図１２Ａ〜図１２Ｃは、２次第３模様と呼ばれる、さらに別の種類の２次模様を示している。この模様のくぼみ部又は特徴部は、いくらかレモン形状をしているように見える。ここでもまた、模様の周期が、図１２Ｂ〜図１２Ｃに示すように、２つの直行している横断方向の各々において異なっている点に留意しなければならない。この模様は、４１で全体が示されており、上面４２ａ及び下面４２ｂがあるように示されている（図１２Ａ〜図１２Ｃ）。

図１３Ａ〜図１３Ｂは、１次第６模様と呼ばれる、方向性のある模様を示すのに用いられる。この模様は、４３で全体が示されており、上面４４ａ及び下面４４ｂがあるように示されている。模様は、図１３Ｂに示すように、両面に一連のステップ関数を有するように見えることに留意しなければならない。特徴部は、一方の面の各突出部が、他方の面のへこみ部に対応するように位置が合わせてある点にも留意しなければならない。この模様は、横方向に方向性があるが、縦方向にはない（図１３Ａ〜図１３Ｂ）。

図１４Ａ〜図１４Ｃは、１次第７模様と呼ばれる、材料に型押しされた十字模様を示している。この模様は、４５で全体が示されており、上面４６ａ及び下面４６ｂがあるように示されている。この模様は、横方向及び縦方向の両方に方向性がある（すなわち、中断されていない）。特徴部の周期が２つの直行する横断方向の両方において同じであることに留意しなければならない（図１４Ａ〜図１４Ｃ）。

図１５Ａ〜図１５Ｃは、繰り返してはいるが不規則な小石状で、方向性がなく、材料に型押しされた２次模様を示している。この模様は、２次第４模様と呼ばれている。この模様は、４８で全体が示されており、上面４９ａ及び下面４９ｂを有する。直交軸における断面が図１５Ｂ〜図１５Ｃにそれぞれ示されている。図１５Ｂ〜図１５Ｃにおいて、一方の面のへこみ部が、他方の面の突出部と縦方向に位置が合っていることに留意しなければならない。この模様は、横方向及び縦方向の各々において、その模様が中断しているという意味で方向性がない。本明細書で使用する場合、模様についての「方向性」という用語は、その模様の並びが連続的であって、ある方向に沿って中断していないことを意味し、これに対して、「方向性がない」という用語は、その模様は繰り返していてもよいが、その模様の並びがある方向に沿って中断していることを意味する（図１５Ａ〜図１５Ｃ）。

図１６Ａ〜図１６Ｃは、さらに別のハニカム状の方向性のない２次模様を示しており、材料に型押しされた２次第５模様と呼ばれている。この模様は、５０で全体が示されており、上面５１ａ及び下面５１ｂがあるように示されている。この模様は、横方向及び縦方向に方向性がない（図１６Ａ〜図１６Ｃ）。
表面改善管を作る方法（図１７）

図１７は、改善された表面を有する円管を作る一方法を示す。この工程によれば、１次及び２次の模様（また、任意選択で、冷却管及びフロー・スルー開口部が望ましいどんなものでも）を有するコイル５２が広げられる。材料の前縁は、５３で個々に示されている一連のローラ及びローラ金型を通過し、平坦な薄板材は、この中で丸められて円管になり、２つの長手方向端部が互いに密接に隣接する、又は、好ましくは当接するように配置される。丸められた管は、次に、予備加熱器５４及び溶接器５５に通されて、長手方向端部を溶接される。溶接された管は、次に、２次加熱器５６に通されて、溶接部及び材料が焼きなまされ、次に、冷却器５８で冷却される。冷却した溶接済みの管は、次に、ばり取り装置に通されて、溶接端部が滑らかにされ、ローラ６０、６０によって右方向へさらに送られる。
円管（図１８Ａ〜図１８Ｃ）

管は、さまざまな形状及び断面を有してもよい。図１８Ａ〜図１８Ｃは、図１７に示した工程で製作しうる１本の溶接された円管を示す。管は、６２で全体が示されており、１次模様及び２次模様があるように示されている。図１８Ｂに最もよく示されているように、管６２は、壁部が薄い、円形の横断面を有する。

管の外側壁部は、コーティング６３が施されているようにも示されている。このコーティングは、メッキであっても、何らかの他の形式のコーティング又は積層部であってもよい。このコーティングは任意であり、本明細書に開示したどの改善された表面に設けてもよい。コーティングは、要望に応じて、管の内側又は外側の面に設けることができる。
矩形管（図１９Ａ〜図１９Ｃ）

前述したように、全ての管が円形横断面を有するのではない。管によっては、楕円形断面、多角形断面、又は同様のものを有する。

図１９Ａ〜図１９Ｃは、略矩形の横断面を有し、１次模様及び２次模様が内側面及び外側面にある管６４を示す。この管は、要望があれば、コーティング付きで形成しても、化学的に処理をしてもよい。
Ｕ字形管（図２０Ａ〜図２０Ｃ）

図２０Ａ〜図２０Ｃは、立面図で見たときにＵ字形となるように曲げられた円管を示す。このチューブは、６５で全体が示されており、１次模様及び２次模様を内側面及び外側面に有する。
円管から形成されたコイル（図２１Ａ〜図２１Ｄ）

図２１Ａ〜図２１Ｄは、１本の円管から形成された、らせん状に巻かれたコイルを示す。このコイルは、６８で全体が示されており、１次模様及び２次模様を内側面及び外側面に有する。
表面改善フィンの製造方法（図２２）

図２２は、表面改善フィンを形成するための一工程の模式図である。この工程では、１次模様及び２次模様がある材料のコイル６８が広げられる。材料の前縁は、遊びローラ６９ａ、６９ｂ、ｃ９ｃをまわり、次に、対向する一対のローラ金型７０ａ、７０ｂの間を通り、ローラ金型７０ａ、７０ｂは、材料の型抜きをする、又は、さまざまな穴（たとえば、望まれている型の冷却管孔及び／又はフロー・スルー孔であればなんでも）を形成する。前縁は、次に、第２の一対のローラ金型７１ａ、７１ｂに通され、ローラ金型７１ａ、７１ｂは、材料にフランジ部を形成する。前縁は、次に、切り離し剪断機７２の下を通され、ここで、７３で個別に示されている個々のフィンが、ロール材から切り取られる。これらのフィンは、ローラ７４の作用により、右方向に移動する。
冷却管開口部及びフロー・スルー開口部を有するフィン（図２３Ａ〜図２５Ｅ）

図２３Ａ〜図２５Ｅは、１次模様及び２次模様のさまざまな組み合わせを有し、且つ、冷却管開口部及びいろいろな大きさのフロー・スルー開口部を有する改良されたフィンのさまざまな形式を示している。

フィンの第１の形式が、図２３Ａ〜図２３Ｂにおいて、７５で全体が示されている。この第１の形式では、第１模様及び第２模様の個々の特徴部が７６’、７６’’でそれぞれ示されている。冷却管開口部（すなわち、さまざまな冷却管（不図示）を通せるようにするためのフィンにある開口部）が、７７で個別に示されており、比較的小さいフロー・スルー開口部が７８で個別に示されている。

フィンの第２の形式が、図２４Ａ〜図２４Ｂにおいて、７９で全体が示されている。この第２の形式では、第１模様及び第２模様の個々の特徴部が、再度、７６’、７６’’でそれぞれ示されている。冷却管開口部、及び、比較的小さいフロー・スルー開口部が、再度、それぞれ７７、７８で示されている。第２のフィン７８の方が薄く、第１のフィン７５よりも深くゆがめられている点に留意しなければならない。

５つの異なるフィンが図２５Ａ〜図２５Ｅに示されている。これらの図の各々において、冷却管開口部又は穴が７７で示されている。これら５つの図の顕著な相違は、フロー・スルー開口部の大きさ及び形態にある。図２５Ａでは、７９で全体が示されているフィンの第３の形式が、８０で個別に示した複数の小型フロー・スルー開口部を有するものとして示されている。図２５Ｂでは、７９’で全体が示されているフィンの第４の形式が、８０’で個別に示した中型フロー・スルー開口部を有するものとして示されている。図２５Ｃでは、７９’’で全体が示されているフィンの第５の形式が、８０’’で個別に示した大型フロー・スルー開口部を有するものとして示されている。図２５Ｄは、小、中，大のフロー・スルー開口部のさまざまな縦柱状部を有するフィンの第６の形式を示している。図２５Ｅは、小、中，大のフロー・スルー開口部の別の組み合わせを有するフィンの第７の形式を示している。これらの場合の各々において、フィンに１次模様及び２次模様がある。
改良された熱交換器（図２６）

８１で全体が示されている改良された熱交換器が、外殻８２を有するものとして、図２６に示されている。蛇行する表面改善熱伝達管８３が、殻にある高温注入口と高温排出口の間に延びている。冷たい流体が、低温注入口を介して殻に入れられ、管の周りを低温排出口へ向かって流れ、低温排出口を通って殻から出る。注入口及び排出口の接続部及び／又は管の幾何学的構造は、要望に応じて変更してもよい。
改良された冷却器（図２７Ａ〜図２７Ｅ）

図２７Ａ〜図２７Ｅは、改良された冷却器を描いており、８４で全体が示されている。この冷却器は、８５で個別に示す複数の表面改善管を有するものとして示されており、複数の表面改善管は、底部８６を貫通し、８８で個別に示す、縦方向に間隔をおいて配置された複数のフィンを通って上方へと上っている。管は、蛇行するようにフィンの中を曲がって進む。ここでも、流体接続部及び／又は管の幾何学的構造は、要望に応じて変更してもよい。各フィンは、管を通せるようにするために、複数の冷却管開口部を有するものとして示されている。各フィンには、１次模様及び２次模様があり、任意であるが、望まれる型であればなんでも、多数のフロー・スルー開口部があってもよい。

図２７Ａは、冷却器底部の平面図を示す。図２７Ｂは、概して図２７Ａの線２７Ｂ−２７Ｂでとられた、冷却器の部分縦断面図であり、管がフィンにある整列した冷却管開口部を上下に通っているところを示している。図２７Ｃは、冷却器の側面図である。図２７Ｄは、概して図２７Ｃの線２７Ｄ−２７Ｄでとられた、冷却器の部分横断面図であり、フィンの１つの底部平面図を示している。最後に、図２７Ｅは、フィンの右下部分の拡大詳細図であり、この図は、図２７Ｄ内で示す円内からとったものである。
改良された流体流動容器（図２８）

改良された流体流動容器が図２８において９０で全体が示されている。この容器は、９１で全体が示されている処理塔を含むものとして示されており、処理塔は、９２で個別に示されている、複数の縦方向に間隔をあけて配置された表面改善壁部を含む。蒸気は、さまざまな壁部を順次通過しながら塔の中を上方へ上っていき、液体は、同様にさまざまな壁部を通過しながら塔の中を下っていく。塔の最上部の蒸気は、導管９３を介して凝縮器９４へ進む。液体は、塔内の一番上の部屋に導管９５によって戻される。処理塔の底部では、集められた液体が、導管９６を介して、表面改善再沸騰器９８へ供給される。この再沸騰器を出ていく蒸気は、導管９９を介して、塔の一番下の部屋へ供給される。
改良された熱交換器平板（図２９Ａ〜図２９Ｂ）

図２９Ａは、１００で全体が示されている、改良された熱交換器平板を示す。複数のこのような平板が互いの上に積み重ねられてもよく、隣接する平板がガスケット（不図示）によって密閉状態で分離されて、間に流路を画定してもよい。図２９Ｂは、熱伝達を促進するために、熱交換器平板の部分々々に改善された表面があってもよいことを示している。図２９Ｂは、平板の図示した部分に１次模様１０１及び２次模様１０２があってもよいことを明確に示している。

したがって、本発明は、処理を行う装置において使用する表面改善壁部を形成する改良された方法、改良された表面改善壁部、及びその使い方を広く提供するものである。
変更

本発明は、多くの変更及び修正がなされうることを予期している。たとえば、材料をステンレススチールから形成することが好ましいであろうが、他の種類の材料（たとえば、アルミニウム、チタン、銅等のさまざまな合金、又は、さまざまなセラミックス）を使用してもよい。材料は均一であっても、不均一であってもよい。材料は、本明細書に記載の方法の前、途中、又は、後にコーティング又は化学的処理が施されてもよい。前述したように、１次模様及び２次模様は、さまざまな異なる形状及び形態にあり、一部は規則性及び方向性があり、他はなくてもよい。同じ種類又は形態の特徴部を１次模様及び２次模様に使用し、違いが、このような特徴部の深さ及び／又は面密度にあってもよい。本明細書に記載のさまざまな熱交換機器は、それ自体で、単独で完成したものであっても、より大きな機器の一部であり、示されたものと異なる形状を有してもよい。

したがって、改良された方法及び装置を示し、説明し、またいくつかの修正及び変更について論じたが、当業者は、以下の特許請求の範囲によって定義され、区別される、本発明の精神から逸脱することなく、さまざまな変更及び修正をさらに行いうることを容易に理解するであろう。

Claims (47)

1. 処理を行うための装置で使用する表面改善壁部を形成する方法において、
   両側に初期表面を有する１本の材料を用意するステップであって、前記材料が前記初期表面の間の実質的に中ほどに位置する長手方向中心線を有し、前記材料が、前記中心線から、前記初期表面のどちらか一方の、前記中心線から最も遠くにある位置まで測定された初期横断寸法を有し、前記初期表面の各々が初期面密度を有し、前記面密度が単位投影表面積あたりの表面にある特徴部の数として定義される、ステップと、
   ２次模様面密度を有する２次模様を前記初期表面の各々に型押しして、前記材料をゆがめ、且つ、前記表面の各々の面密度を増大させ、且つ、前記中心線からこのようなゆがめられた材料の最も遠い位置までの前記材料の横断寸法を増大させるステップと、
   １次模様面密度を有する１次模様をこのようなゆがめられた表面の各々に型押しして、前記材料をさらにゆがめ、且つ、各々の前記表面の面密度をさらに増大させるステップと、を含み、
   これにより、処理を行うための装置で使用する表面改善壁部を提供する、方法。
2. 各２次模様面密度は、各１次模様面密度よりも大きい、請求項１に記載の方法。
3. 前記２次模様を前記初期表面の各々に型押しするステップは、
   前記材料を冷間加工する追加のステップを含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記ゆがめられた表面の各々に前記１次模様を型押しするステップは、
   前記材料を冷間加工する追加のステップを含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記２次模様は、同じものである、請求項１に記載の方法。
6. 前記２次模様は、前記中心線から一方のゆがめられた表面までの最大寸法が、前記中心線から他方のゆがめられた表面までの最小寸法に対応するように、互いに位置がずらされている、請求項５に記載の方法。
7. 前記２次模様を前記材料に型押しするステップは、前記中心線から前記ゆがめられた材料の最も遠い位置までの前記材料の最大横断寸法を、前記中心線から前記初期表面の最も遠い位置までの最大横断寸法の１３５％まで増大させる、請求項１に記載の方法。
8. 前記２次模様を前記材料に型押しするステップは、前記中心線から前記ゆがめられた材料の最も遠い位置までの前記材料の最大横断寸法を、前記中心線から前記初期表面の最も遠い位置までの最大横断寸法の１５０％まで増大させる、請求項１に記載の方法。
9. 前記２次模様を前記材料に型押しするステップは、前記中心線から前記ゆがめられた材料の最も遠い位置までの前記材料の最大横断寸法を、前記中心線から前記初期表面の最も遠い位置までの最大横断寸法の３００％まで増大させる、請求項１に記載の方法。
10. 前記２次模様を前記材料に型押しするステップは、前記中心線から前記ゆがめられた材料の最も遠い位置までの前記材料の最大横断寸法を、前記中心線から前記初期表面の最も遠い位置までの最大横断寸法の７００％まで増大させる、請求項１に記載の方法。
11. 前記２次模様を前記材料に型押しするステップは、このようなゆがめられた表面の一方にある任意の位置から、このようなゆがめられた表面の反対側の方にある最も近い位置まで測定した場合の前記材料の最小寸法を、前記初期表面の一方にある任意の位置から、反対側の初期表面にある最も近い位置までの最小寸法の９５％より減少させない、請求項１に記載の方法。
12. 前記２次模様を前記材料に型押しするステップは、このようなゆがめられた表面の一方にある任意の位置から、このようなゆがめられた表面の反対側の方にある最も近い位置まで測定した場合の前記材料の最小寸法を、前記初期表面の一方にある任意の位置から、反対側の初期表面にある最も近い位置までの最小寸法の５０％より減少させない、請求項１に記載の方法。
13. 前記１次模様は、同じものである、請求項１に記載の方法。
14. 前記１次模様は、前記中心線から一方のさらにゆがめられた表面までの最大寸法が、前記中心線から他方のさらにゆがめられた表面までの最小寸法に対応するように、互いに位置がずらされている、請求項１３に記載の方法。
15. 前記１次模様を前記材料に型押しするステップは、前記中心線から、前記さらにゆがめられた表面のどちらか一方にある任意の位置まで測定した場合の前記さらにゆがめられた材料の最小寸法を、前記中心線から前記初期表面のどちらか一方まで測定した場合の前記材料の最小寸法の９５％より減少させない、請求項１に記載の方法。
16. 前記１次模様を前記材料に型押しするステップは、前記中心線から、前記さらにゆがめられた表面のどちらか一方にある任意の位置まで測定した場合の前記さらにゆがめられた材料の最小寸法を、前記中心線から前記初期表面のどちらか一方まで測定した場合の前記材料の最小寸法の５０％より減少させない、請求項１に記載の方法。
17. 前記１次模様を前記表面の各々に型押しするステップは、前記中心線から、前記さらにゆがめられた材料の最も遠い位置までの寸法をさらに増大させる、請求項１に記載の方法。
18. 前記材料の両面は、はじめは平坦である、請求項１に記載の方法。
19. 前記模様を型押しするステップは、型打ち作業及び圧延作業の少なくとも一方によって前記模様を型押しするステップを含む、請求項１に記載の方法。
20. 前記表面改善壁部を最も近い端部が互いに隣接して位置するように曲げる追加のステップと、
    前記材料の最も近い端部を接合する追加のステップと、をさらに含み、
    これにより表面改善管を形成する、請求項１に記載の方法。
21. 前記材料の最も近い端部を接合するステップは、
    前記材料の最も近い端部を溶接して接合するさらなるステップ、を含む、請求項２０に記載の方法。
22. 前記材料に穴を通す追加のステップ、
    をさらに含む、請求項１に記載の方法。
23. 前記表面改善壁部を熱伝達機器に取り付ける追加のステップ
    をさらに含む、請求項１に記載の方法。
24. 前記表面改善壁部を流体処理装置に取り付ける追加ステップ
    をさらに含む、請求項１に記載の方法。
25. 請求項１から２４までのいずれか１項によって定義される方法によって製作される表面改善壁部。
26. 前記１次模様に方向性がある、請求項２５に記載の表面改善壁部。
27. 前記２次模様に方向性がない、請求項２５に記載の表面改善壁部。
28. 前記壁部は、以下のＡＳＭＥ／ＡＳＴＭ規格、Ａ２４９／Ａ、Ａ１３５、Ａ３７０、Ａ７５１、Ｅ２１３、Ｅ２７３、Ｅ３０９、Ｅ１８０６、Ａ６９１、Ａ１３９、Ａ２１３、Ａ２１４、Ａ２６８、Ａ２６９、Ａ２７０、Ａ３１２、Ａ３３４、Ａ３３５、Ａ４９８、Ａ６３１、Ａ６７１、Ａ６８８、Ａ６９１、Ａ７７８、Ａ２９９／Ａ、Ａ７８９、Ａ７８９／Ａ、Ａ７８９／Ｍ、Ａ７９０、Ａ８０３、Ａ４８０、Ａ７６３、Ａ９４１、Ａ１０１６、Ａ１０１２、Ａ１０４７／Ａ、Ａ２５０、Ａ７７１、Ａ８２６、Ａ８５１、Ｂ６７４、Ｅ１１２、Ａ３７０、Ａ９９９、Ｅ３８１、Ｅ４２６、Ｅ５２７、Ｅ３４０、Ａ４０９、Ａ３５８、Ａ２６２、Ａ２４０、Ａ５３７、Ａ５３０、Ａ４３５、Ａ３８７、Ａ２９９、Ａ２０４、Ａ２０、Ａ５７７、Ａ５７８、Ａ２８５、Ｅ１６５、Ａ３８０、Ａ２６２、及び、Ａ１７９、の１つを満たす、請求項２５に記載の表面改善壁部。
29. 前記材料は均一である、請求項２５に記載の表面改善壁部。
30. 前記材料は、前記初期表面の少なくとも一方にコーティングが施されている、請求項２５に記載の表面改善壁部。
31. 前記材料が化学的に処理されている、請求項２５に記載の表面改善壁部。
32. 請求項２５から３１までのいずれか１項によって定義される表面改善壁部を組み入れた熱交換器。
33. 請求項２５から３１までのいずれか１項によって定義される表面改善壁部を組み込んだ流体処理装置。
34. 処理を行うための装置で使用する表面改善壁部において、
    両側に初期表面を有する１本の材料であって、前記初期表面の間の実質的に中ほどに位置する長手方向中心線を有し、前記中心線から、前記初期表面のどちらか一方にあり、前記中心線から最も遠くにある位置まで測定された初期横断寸法を有し、前記初期表面の各々が初期面密度を有し、前記面密度が単位投影表面積あたりの表面にある特徴部の数として定義される、材料と、
    ２次模様面密度を有し、前記初期表面の各々に型押しされた２次模様であって、前記材料をゆがめ、且つ、前記表面の各々の面密度を増大させ、且つ、前記中心線からこのようなゆがめられた材料の最も遠い位置までの前記材料の横断寸法を増大させる、２次模様と、
    １次模様面密度を有し、このようなゆがめられた表面の各々に型押しされ、前記材料をさらにゆがめ、前記表面の各々の面密度をさらに増大させる１次模様と、を備える、表面改善壁部。
35. 各２次模様面密度は、各１次模様面密度よりも大きい、請求項３４に記載の表面改善壁部。
36. 前記２次模様は、同じものである、請求項３４に記載の表面改善壁部。
37. 前記２次模様は、前記中心線から一方のゆがめられた表面までの最大寸法が、前記中心線から他方のゆがめられた表面までの最小寸法に対応するように、互いに対して位置がずらされている、請求項３４に記載の表面改善壁部。
38. 前記中心線から前記ゆがめられた材料の最も遠い位置までの前記材料の最大横断寸法は、前記中心線から前記初期表面にある最も遠い位置までの最大横断寸法の１３５％より小さい、請求項３４に記載の表面改善壁部。
39. 前記中心線から前記ゆがめられた材料の最も遠い位置までの前記材料の最大横断寸法は、前記中心線から前記初期表面にある最も遠い位置までの最大横断寸法の１５０％より小さい、請求項３４に記載の表面改善壁部。
40. 前記中心線から前記ゆがめられた材料の最も遠い位置までの前記材料の最大横断寸法は、前記中心線から前記初期表面にある最も遠い位置までの最大横断寸法の７００％より小さい、請求項３４に記載の表面改善壁部。
41. このようなゆがめられた表面の一方にある任意の位置から、このようなゆがめられた表面の反対側の方にある最も近い位置まで測定した場合の前記材料の最小寸法は、前記初期表面の一方にある任意の位置から、反対側の初期表面にある最も近い位置までの最小寸法の少なくとも９５％ある、請求項３４に記載の表面改善壁部。
42. このようなゆがめられた表面の一方にある任意の位置から、このようなゆがめられた表面の反対側の方にある最も近い位置まで測定した場合の前記材料の最小寸法は、前記初期表面の一方にある任意の位置から、反対側の初期表面にある最も近い位置までの最小寸法の少なくとも５０％である、請求項３４に記載の表面改善壁部。
43. 前記１次模様は、同じものである、請求項３４に記載の表面改善壁部。
44. 前記１次模様は、前記中心線から一方のさらにゆがめられた表面までの最大寸法が、前記中心線から他方のさらにゆがめられた表面までの最小寸法に対応するように、互いに対して位置がずらされている、請求項４３に記載の表面改善壁部。
45. 前記中心線から、前記さらにゆがめられた表面のどちらか一方にある任意の位置まで測定した場合の前記さらにゆがめられた材料の最小寸法は、前記中心線から前記初期表面のどちらか一方まで測定した場合の前記材料の最小寸法の少なくとも９５％である、請求項３４に記載の表面改善壁部。
46. 前記中心線から、前記さらにゆがめられた表面のどちらか一方にある任意の位置まで測定した場合の前記さらにゆがめられた材料の最小寸法は、前記中心線から前記初期表面のどちらか一方まで測定した場合の前記材料の最小寸法の少なくとも５０％である、請求項３４に記載の表面改善壁部。
47. 型押しされた１次模様は、前記中心線から、前記さらにゆがめられた材料の最も遠い位置までの寸法をさらに増大させる、請求項３４に記載の表面改善壁部。

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