熱交換器、及び、伝熱管
【課題】熱伝導性能に優れ、小型化、軽量化、省資源化を図ることができ、効率よく製造することができる伝熱管及びこのような伝熱管を備えた熱交換器の提供を目的とする。
【解決手段】管内面１１に複数の溝１３が形成され、管内に単相流体を流通させる内面溝付きの伝熱管１０であって、管軸に対する前記溝１３の捩れ角（β）、前記溝同士の間に形成されるフィン１２の高さ（Ｈ）と最大内径（ｄ）との比（Ｈ／ｄ）、及び、前記フィン１２の高さ（Ｈ）と前記溝１３の底幅（Ｗ）との比（Ｗ／Ｈ）のうち少なくとも１つが、管内面１１に前記溝１３を形成したことによる伝達率の増加率が、前記溝１３を形成したことによる圧力損失の増加率より大きくなるよう形成した伝熱管１０、及び、該伝熱管１０を備えた熱交換器４３。
【解決手段】管内面１１に複数の溝１３が形成され、管内に単相流体を流通させる内面溝付きの伝熱管１０であって、管軸に対する前記溝１３の捩れ角（β）、前記溝同士の間に形成されるフィン１２の高さ（Ｈ）と最大内径（ｄ）との比（Ｈ／ｄ）、及び、前記フィン１２の高さ（Ｈ）と前記溝１３の底幅（Ｗ）との比（Ｗ／Ｈ）のうち少なくとも１つが、管内面１１に前記溝１３を形成したことによる伝達率の増加率が、前記溝１３を形成したことによる圧力損失の増加率より大きくなるよう形成した伝熱管１０、及び、該伝熱管１０を備えた熱交換器４３。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、冷凍機器、家庭用空調機（エアコン）、業務用空調機（パッケージエアコン）、給湯機等の空調機器に備えられる熱交換器、及び、熱交換器に備えられる管内溝付の伝熱管に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、冷凍機器、家庭用空調機、業務用空調機、給湯機には、フロン系冷媒が使用され、該フロン系冷媒を熱交換器と蒸発器との間を循環させるヒートポンプ式の熱サイクル機器が多く用いられてきた。
【０００３】
しかし、フロン系冷媒は、オゾン層破壊や地球温暖化の要因となるため、最近ではフロン系以外の冷媒についても研究開発が進められ、実用化が進んでいる状況にある。
【０００４】
しかし、このようなヒートポンプ給湯器用の熱交換器に備える伝熱管は、管内の流速が低く、レイノルズ数（Ｒｅ数）が低い状態（層流）になっており、伝熱性能が向上し難いことが課題となっていた。
【０００５】
伝熱管の内部に流れる流体は、管内面の摩擦抵抗（接触抵抗）により、管内面付近に流れの緩やかな層（層流）が形成され、管中心を流れる層と分けられる。この内面付近に形成される層により熱交換が阻害されるため、伝熱性能の低下が起こる。
【０００６】
近年ではヒートポンプにより沸かしたお湯を床暖房などに使用する製品の開発も進んでおり、管内に水を流通させた伝熱管の高性能化が求められ、伝熱性能の向上を目的として内面溝付管やコルゲート管といった伝熱管の通水を目的とした使用が検討されている。
【０００７】
例えば、特許文献１では、伝熱管として内面溝付管を用いた熱交換システムが提案され、特許文献２では、コルゲート管を用いた熱交換器が提案されている。
【０００８】
特許文献１によれば、水の流速が小さい状態で使用する場合においても熱交換器の伝熱性能が低下しないような条件として内面溝付きの伝熱管の内面形状と下限レイノルズ数との所定の関係を満たすよう内面形状を加工した伝熱管を用いるとともに、該伝熱管内への水の流れを設定して用いる熱交換システムが記載されている。
【０００９】
しかし、特許文献１の熱交換システムは、このような所定の関係を満たした上で、水の流速が小さく、低レイノルズ数の状態での使用を実現するためには、事実上、伝熱管の外径をある程度大きくする必要がある。
【００１０】
ところが、熱交換器の小型化、低コスト化のためには伝熱管の外径を小さくする必要があるが、特許文献１に記載の熱交換システムでは、伝熱管の外径を小さくすると低レイノルズ数の状態において伝熱性能の低下が起きてしまうという難点を有する。
【００１１】
また、特許文献２に記載のコルゲート管には、内面に螺旋状の溝が形成されている。このような特許文献２に記載の伝熱管を得るには、コルゲート加工と内面溝加工の両方の加工を行う必要があり、いずれか一方の加工を施した伝熱管と比較して、加工が複雑になるとともに加工コストが増加してしまうという難点を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００９−１７４８３２号公報
【特許文献２】特開２００９−１７４８３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
そこで本発明は、熱伝導性能に優れ、小型化、軽量化、省資源化を図ることができ、効率よく製造することができる伝熱管及びこのような伝熱管を備えた熱交換器の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、管内面に複数の溝が形成された内面溝付きの伝熱管であって、管軸に対する前記溝の捩れ角（β）、前記溝同士の間に形成されるフィンの高さ（Ｈ）と最大内径（ｄ）との比（Ｈ／ｄ）、及び、前記フィン高さ（Ｈ）と前記溝の底幅（Ｗ）との比（Ｗ／Ｈ）のうち少なくとも１つが、管内面に前記溝を形成したことによる伝達率の増加率が、前記溝を形成したことによる圧力損失の増加率より大きくなるよう形成したことを特徴とする。
【００１５】
この発明の態様として、前記伝熱管は、前記捩れ角（β）を３５°〜６０°の範囲内で形成することができる。
【００１６】
またこの発明の態様として、前記伝熱管は、前記溝同士の間で形成されるフィンの高さ（Ｈ）と最大内径（ｄ）との前記比（Ｈ／ｄ）を、０．０４〜０．０９の範囲内で形成することができる。
【００１７】
またこの発明の態様として、前記伝熱管は、前記フィン高さ（Ｈ）と前記溝の底幅（Ｗ）の比（Ｗ／Ｈ）を、内面溝のフィン高さ（Ｈ）と最大内径（ｄ）との前記比（Ｈ／ｄ）が１．４〜２．０の範囲内で形成することができる。
【００１８】
また本発明は、管内面に複数の溝が形成され、管内に単相流体を流通させる伝熱管であって、管軸に対する前記溝の捩れ角（β）を３５°〜６０°の範囲内で形成し、前記溝同士の間に形成されるフィンの高さ（Ｈ）と最大内径（ｄ）との前記比（Ｈ／ｄ）を、０．０４〜０．０９の範囲内で形成し、前記溝同士の間で形成されるフィンの高さ（Ｈ）と前記溝の底幅（Ｗ）の前記比（Ｈ／Ｗ）を、１．４〜２．０の範囲内で形成した伝熱管であることを特徴とする。
【００１９】
また本発明は、前記伝熱管を備えた熱交換器であることを特徴とする。
【００２０】
ここで、上述した前記溝を形成したことによる伝達率の増加率とは、溝付管の熱伝達率から平滑管の熱伝達率を除した値を示し、上述した前記溝を形成したことによる圧力損失の増加率とは、溝付管の圧力損失から平滑管の圧力損失を除した値を示すものとする。
【００２１】
前記伝熱管は、管内に例えば、水などの単相流体を流通させる熱交換器用伝熱管であることが好ましい。
【００２２】
なお、本発明の特許請求の範囲及び明細書にて「〜」の記号を使って記載される範囲は、記号の前に記載される数値と、記号の後に記載される数値とを含むものとする。
【発明の効果】
【００２３】
この発明によれば、熱伝導性能に優れ、小型化、軽量化、省資源化を図ることができ、効率よく製造することができる伝熱管及びこのような伝熱管を備えた熱交換器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本実施形態の伝熱管の構成説明図。
【図２】ヒートポンプ給湯器を示す概略図。
【図３】本実施形態の伝熱管の作用説明図。
【図４】本実施形態の伝熱管の性能評価実験に用いた実験装置の概略図。
【図５】本実施形態の熱交換器の説明図。
【図６】本実施形態の熱交換器の説明図。
【図７】本実施形態の熱交換器の説明図。
【図８】従来の伝熱管の作用説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
この発明の一実施形態を、以下図面を用いて説明する。
本実施形態の伝熱管１０は、図１（ａ），（ｂ）に示すように、管内面１１に複数の溝１３が形成され、管内に単相流体を流通させる管である。
なお、図１（ａ）は、伝熱管１０を管軸に対して直角に切断した一部を示す断面図であり、図１（ｂ）は、伝熱管１０の管軸を通る面における一部断面図である。
【００２６】
さらに、前記伝熱管１０は、管軸に対する前記溝１３の捩れ角（β）（リード角）、前記溝１３同士の間に形成されるフィン１２の高さ（Ｈ）と最大内径（ｄ）との比（Ｈ／ｄ）、及び、前記フィン１２の高さ（Ｈ）と前記溝１３の底幅（Ｗ）の比（Ｗ／Ｈ）のうち少なくとも１つが、管内面１１に前記溝１３を形成したことによる伝達率の増加率が、前記溝１３を形成したことによる圧力損失の増加率より大きくなるよう形成している。
【００２７】
詳しくは、前記伝熱管１０は、前記捩れ角（β）を３５°〜６０°の範囲内で形成することができる。
【００２８】
前記伝熱管１０は、前記溝１３同士の間に形成されるフィン１２の高さ（Ｈ）と最大内径（ｄ）の前記比（Ｈ／ｄ）を、０．０４〜０．０９の関係を満たす範囲内で形成することができる。
【００２９】
前記伝熱管１０は、前記フィン１２の高さ（Ｈ）と前記溝１３の底幅（Ｗ）との前記比（Ｗ／Ｈ）を、１．４〜２．０の関係を満たす範囲内で形成することができる。
【００３０】
また、前記構成の伝熱管１０は、ヒートポンプ給湯器３７の熱交換器４３に備えることができる。
ヒートポンプ給湯器３７は、一般的に図２に示すようなシステムで構成されている。
なお、図２は、ヒートポンプ給湯器３７のシステムフロー図である。
【００３１】
ヒートポンプ給湯器３７では、圧縮機４１で高温高圧化された例えば、高温水を、ガスクーラーと呼ばれる熱交換器４３に送り、該熱交換器４３で伝熱管１０内に流れる高温水と別の伝熱管１０内に流れる水道水と熱交換することにより給湯に用いる温水を得ることがきる。ガスクーラー４３で低温化された冷媒は、膨張弁４５で低圧化されて、室外に設置される蒸発器４６で外気により気化されて再び圧縮機４１で高温高圧化される。
【００３２】
このようなヒートポンプ給湯器３７には、電力の使用量を平準化させるために安価に設定されている深夜間電力を使用して沸かした湯を、貯湯タンク４７に貯めておき、翌日の日中にその貯湯タンク４７内の湯を使用するものがある。
【００３３】
具体的には、貯湯タンク４７には、約６時間かけて、６５〜９０℃の湯が３００〜５００Ｌ貯められるため、ガスクーラー４３には大体０．８〜１．４Ｌ／ｍｉｎ．程度で水道水が供給される。
【００３４】
上述した熱交換器、及び、伝熱管１０により、以下のような様々な作用、効果を得ることができる。
通常、伝熱管の内部に流れる流体は、管内面１１の摩擦抵抗により、管内面１１付近に流れの緩やかな層ＬＦが形成され、緩やかな層ＬＦと、該緩やかな層ＬＦよりも管中央を流れる層ＴＦとに分けられる。従来の伝熱管１００は、管内面１１付近に形成される層ＬＦにより熱交換が阻害されるため、伝熱性能の低下が起こっていた。
【００３５】
これに対して本実施形態の伝熱管１０は、捩れ角（β）を、３５°以上で形成することにより、管内の流れを旋回させて流体の攪拌を促進することができるため、管内流速が低い場合でも、管内面１１付近に流れる流体層ＬＦと管の中央を流れる流体層ＴＦとの境界層ＢＬ（境界面）の影響を抑制し、伝熱性能を向上させることができる。
一方、本実施形態の伝熱管１０は、捩れ角（β）を、６０°以下で形成することにより、圧力損失の影響が大きくなりすぎず、優れた伝熱性能を確保することができる。
【００３６】
また、本実施形態の伝熱管１０は、上述したように、前記溝１３，１３同士の間で形成されるフィン１２の高さ（Ｈ）と最大内径（ｄ）との前記比（Ｈ／ｄ）を、０．０４以上で形成することにより、管内流速が低い場合でも、管内面１１付近に流れる流体層ＬＦと管の中央を流れる流体層ＴＦとの境界層ＢＬの影響を抑制し、伝熱性能を向上させることができる。
【００３７】
詳しくは、図８に示すように、従来の伝熱管１０における管内面１１０に形成されたフィン１２は、管内面１１０付近に流れる流体層ＬＦにおいてのみ管内面１１０から突出し、境界層ＢＬを越えて管の中央を流れる流体層ＴＦの側へ突き出すことがない高さである。
【００３８】
このような従来のフィン１２０は、管内面１１０付近を流れる流体層ＬＦのみを攪拌できても、境界層ＢＬの影響を受け、管の中央を流れる流体層ＴＦを積極的に攪拌できず、伝熱性能を向上させることができない。
なお、図８は、従来の伝熱管１００の管内に流体を流したときに奏する作用を、管軸に対して直角に切断した一部を示す断面で示した作用説明図である。
【００３９】
これに対して、図３に示すように、本発明の伝熱管１０における管内面１１に形成されたフィン１２は、境界層ＢＬを越えて管の中央を流れる流体層ＴＦの側へ管内面１１から突き出すため、このようなフィン１２により、管内面１１付近を流れる流体のみならず、管の中央を流れる流体も含めて管内の流れを旋回させることができる。
【００４０】
よって、管内流速が低い場合でも、管内面１１付近に流れる流体層ＬＦと管の中央を流れる流体層ＴＦとの境界層ＢＬの影響を抑制し、伝熱性能を向上させることができる。
【００４１】
一方、伝熱管１０は、上述したとおり前記溝１３同士の間で形成されるフィン１２の高さ（Ｈ）と最大内径（ｄ）の前記比（Ｈ／ｄ）を、０．０９以下で形成することで、フィン１２の高さが高くなりすぎることにより流体の流れを過度に妨げることがないため、圧力損失の影響が大きくなりすぎることを防ぐことができる。さらにまた、拡管時にフィン１２倒れが発生することのない高品質な伝熱管１０を得ることができる。
【００４２】
また、伝熱管１０は、上述したように、前記フィン１２の高さ（Ｈ）と前記溝１３の底幅（Ｗ）との比（Ｗ／Ｈ）を、１．４以上で形成することで、溝１３の容積を大きくし、該溝１３に流体がながれ易くなるため、伝熱性能を向上させることができる。
【００４３】
一方、前記フィン１２の高さ（Ｈ）と前記溝１３の底幅（Ｗ）との比（Ｗ／Ｈ）を、２．０以下で形成することで、管軸方向において隣り合うフィン１２の間隔（ピッチ）が広がりすぎないため、フィン１２による優れた流体の旋回作用を確保することができる。
なお、図３は、本実施形態の伝熱管１０の管内に流体を流したときに奏する作用を、管軸に対して直角に切断した一部を示す断面で示した作用説明図である。
【００４４】
また、本実施形態の伝熱管１０は、管内面１１に対して溝加工を行うだけでよく、管外面に例えばコルゲート加工を施す必要がなく、複雑な加工を要さず、加工コストが増加することなく、優れた伝熱性能を得ることができる。
【００４５】
続いて、本実施形態の伝熱管１０の性能検証のために行った伝熱性能評価実験について説明する。
本実験では、外径（φＤ）がφ７．９４ｍｍ、φ７．２０ｍｍ、φ６．３５ｍｍのそれぞれについて発明例１乃至１３の伝熱管１０（以下、「発明例１乃至１３」という。）、及び、比較例１，２の伝熱管１００（以下、「比較例１，２」という。）を製作した。
【００４６】
発明例１乃至１３、及び、比較例１，２は、表１（ａ）から（ｃ）に示すような形状、すなわち、肉厚、内径、溝数、フィン高さ（Ｈ）（溝深さ）、溝底幅（Ｗ）、捩れ角（β）、フィン高さ（Ｈ）と最大内径（ｄ）との比（Ｈ／ｄ）、フィン高さ（Ｈ）と溝底幅（Ｗ）との比（Ｗ／Ｈ）で形成している。
【００４７】
【表１】
表１（ａ），（ｂ），（ｃ）は、外径（Ｄ）がそれぞれφ７．９４ｍｍ、φ７．２０ｍｍ、φ６．３５ｍｍである場合の発明例１乃至１３、及び、比較例１，２の形状を示している。
【００４８】
なお、発明例１乃至１３、及び、比較例１，２は、表１（ａ）に示すとおり、外径（Ｄ）がφ７．９４ｍｍである場合は、発明例、及び、比較例の番号の末尾にＡを付して示している。同様に、表１（ｂ）に示すとおり、外径（Ｄ）がφ７．２０ｍｍである場合は、発明例、及び、比較例の番号の末尾にＢを付して示し、表１（ｃ）に示すとおり、外径（Ｄ）がφ６．３５ｍｍである場合は、発明例、及び、比較例の番号の末尾にＣを付して示している。
【００４９】
表１（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、比較例１，２は、外径（Ｄ）がφ７．９４ｍｍ、φ７．２０ｍｍ、φ６．３５ｍｍのいずれにおいても捩れ角（β）が３５°より小さく、前記比（Ｈ／ｄ）が０．０４よりも小さく、且つ、前記比（Ｗ／Ｈ）が１．４よりも小さく形成している。
【００５０】
これに対して発明例１乃至３，７，１１，１３は、表１（ａ），（ｂ），（ｃ）中に「※１」を付して示したとおり、外径（Ｄ）がφ７．９４ｍｍ、φ７．２０ｍｍ、φ６．３５ｍｍのいずれにおいても捩れ角（β）を３５°〜６０°の範囲内で形成している。
発明例４乃至７，１２，１３は、表１（ａ），（ｂ），（ｃ）中に「※２」を付して示したとおり、外径（Ｄ）がφ７．９４ｍｍ、φ７．２０ｍｍ、φ６．３５ｍｍのいずれにおいても前記比（Ｈ／ｄ）を、０．０４〜０．０９の範囲内で形成している。
【００５１】
発明例８乃至１３は、表１（ａ），（ｂ），（ｃ）中に「※３」を付して示したとおり、外径（Ｄ）がφ７．９４ｍｍ、φ７．２０ｍｍ、φ６．３５ｍｍのいずれにおいても前記比（Ｗ／Ｈ）を、１．４〜２．０の範囲内で形成している。
【００５２】
本実験は、図４に示すような伝熱性能評価装置を用いて行った。
なお、図４は、伝熱性能評価装置の概略図を示している。
【００５３】
評価装置の構成については、二重管式熱交換器となっており、供試管内に冷水を流通させ、供試管の外側に配置した外管に冷媒として温水を流通させて熱交換を行う。
【００５４】
また、図４に示すように、二重管式熱交換器の各所定部位には、圧力計Ｐ、温度計Ｔ、流量計Ｇを配置している。
【００５５】
本実験は、外径（Ｄ）がφ７．９４ｍｍ、φ７．２０ｍｍ、φ６．３５ｍｍのそれぞれについて発明例１乃至１３、及び、比較例１，２のそれぞれを、図４に示す二重管式熱交換器に供試管として組み込んだ場合における伝熱性能を評価した。
【００５６】
供試管の伝熱性能については、熱伝達率比、圧力損失比を測定し、この測定値をもとに（溝付管の熱伝達率／平滑管の熱伝達率）／（溝付管の圧力損失／平滑管の圧力損失）から導出した。
【００５７】
供試管の管内での圧力損失比、及び、熱伝達率比αｉは、以下のようにして求めている。
先ず管内での圧力損失比は、供試管の入口、出口の圧力差として圧力計Ｐにより求めている。
また、管内での熱伝達率比αｉは、本実験での測定値をもとに式（１）から式（４）を用いて算出する。
【００５８】
【数１】
【００５９】
【数２】
【００６０】
【数３】
【００６１】
【数４】
ここで、数式（１）中のＧは、低温流量（ｋｇ／ｓｅｃ．）、Ｃｐは、低温水比熱（ｋＪ／（ｋｇ・Ｋ））を示す。
数式（１），（２）中のＴＬ１は、低温水側入口温度（Ｋ）、ＴＬ２は、低温水側出口温度（Ｋ）を示す。
数式（２）中のＴＨ１は、高温水側入口温度（Ｋ）、ＴＨ２は、高温水側出口温度（Ｋ）を示す。
数式（３）中のＤｅは、環状部相当直径（ｍ）、Ｄｉは、外管内径（ｍ）、ＲｅＨは、高温水側レイノルズ数（−）、ＰｒＨは、高温水側プラントル数（−）、ｋＨは、高温水側熱伝導率（ｋＷ／（ｍ・Ｋ））、ｖＨは、高温水流速（ｍ／ｓｅｃ．）、ρＨは、高温水密度（ｋｇ／ｍ３）、μＨは、高温水動粘性係数（ｍ２／ｓｅｃ．）、ＮｕＨは、高温水側ヌセルト数（−）を示す。
【００６２】
数式（４）中のｄｏは、供試管外径（ｍ）、ｄｉは、供試管内径（ｍ）、Ａは、供試管外表面積（ｍ２）を示す。
【００６３】
すなわち、式（１）は、交換熱量：Ｑ（ｋＷ）、式（２）は、対数平均温度差：ΔＴ（Ｋ）、式（３）は、管外熱伝達率：αｏ（ｋＷ／（ｍ２・Ｋ））を算出する式であり、式（１）から式（３）により算出した値を式（４）に代入することにより管内熱伝達率：αｉ（ｋＷ／（ｍ２・Ｋ））を算出することができる。
【００６４】
かくして得られた評価結果を示す伝熱性能比は、表１に示すとおりである。
なお、この性能比は、Ｒｅ数が２０００におけるものである。
【００６５】
表１（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、外径（Ｄ）がそれぞれφ７．９４ｍｍ、φ７．２０ｍｍ、φ６．３５ｍｍのいずれにおいても、比較例１，２は、伝熱性能比が１．０未満であった。
【００６６】
これに対して、発明例１乃至１３は、外径（Ｄ）がそれぞれφ７．９４ｍｍ、φ７．２０ｍｍ、φ６．３５ｍｍのいずれにおいても、全て伝熱性能比が１．０より大きく、熱伝達率の増加率が圧力損失の増加率を上回ることが実証できた。
【００６７】
従って、このような発明例１乃至１３を熱交換器４３に使用することで、熱交換器４３の高性能化や、小型化を図ることができることを実証できた。
【００６８】
特に、発明例１乃至１３の中でも前記捩れ角（β）が３５°〜６０°の範囲内、前記比（Ｈ／ｄ）が０．０４〜０．０９の範囲内、及び、前記比（Ｗ／Ｈ）が１．４〜２．０の範囲内との３つの条件のうち、いずれか２つ以上の条件を満たす場合には、１つの条件のみを満たす場合よりも性能比が高くなった。
【００６９】
例えば、発明例７は、前記捩れ角（β）が３５°〜６０°の範囲内であり、前記比（Ｈ／ｄ）が０．０４〜０．０９の範囲内であるとの２つの条件を満たす。発明例１１は、前記捩れ角（β）が３５°〜６０°の範囲内であり、前記比（Ｗ／Ｈ）が１．４〜２．０の範囲内であるとの２つの条件を満たす。発明例１２は、前記比（Ｈ／ｄ）が０．０４〜０．０９の範囲内を満たし、前記比（Ｗ／Ｈ）が１．４〜２．０の範囲内であるとの２つの条件を満たす。
【００７０】
これら発明例７，１１，１２は、１つの条件しか満たしていない発明例１及至６，８及至１０よりも性能比が高くなっていた（表１（ａ），（ｂ），（ｃ）中の「※４」を付した値参照）。
【００７１】
特筆すべきは発明例１３は、前記捩れ角（β）が３５°〜６０°の範囲内であり、（Ｈ／ｄ）比が０．０４〜０．０９の範囲内を満たし、（Ｗ／Ｈ）が１．４〜２．０の範囲内であるとの３つの条件を全て満たした伝熱管１０である。
【００７２】
発明例１３は、比較例１，２は勿論、他の発明例１乃至１２と比較しても性能比が格段に高い値となっており、このように３つ条件を満たすことで特に高性能な伝熱管１０を得ることができることが明らかになった（表１（ａ），（ｂ），（ｃ）中の「※５」を付した値参照）。
【００７３】
また、本実施形態の熱交換器４３は、上述した実験に用いた二重管式熱交換器４３Ａとして構成するに限らず、他の実施形態で構成することができる。
（熱交換器の他の実施形態Ｂ）
例えば、熱交換器４３は、図５に示すような熱交換器４３Ｂで構成することができる。
【００７４】
本実施形態の熱交換器４３Ｂは、直線状の内面溝付の伝熱管１０の外面に冷媒流通用伝熱管１０Ｘが螺旋状に巻き付けられて構成している。
【００７５】
前記熱交換器４３Ｂは、伝熱管１０の内部を流れる水と、冷媒流通用伝熱管１０Ｘを流れる冷媒との間で熱交換を行うことができる。
【００７６】
（熱交換器の他の実施形態Ｃ）
また、熱交換器４３は、図６に示すような熱交換器４３Ｃで構成することができる。
【００７７】
本実施形態の熱交換器４３Ｃは、内部に冷媒が流れる２本の伝熱管１０を互いの外面同士を接触させた状態で平行に並べた一組の伝熱管１０，１０と、管内に水が流れる断面長孔形状の伝熱管１０Ｙとをそれぞれ複数本ずつ備えている。
【００７８】
前記熱交換器４３Ｃは、一組の伝熱管１０，１０と、断面長孔形状の伝熱管１０Ｙとを交互に配置している。伝熱管１０Ｙの長軸方向に対して少なくとも一方の側方の外面において一組の伝熱管１０，１０のそれぞれを接触させた状態としている。
【００７９】
前記熱交換器４３Ｃは、伝熱管１０の内部を流れる冷媒と、伝熱管１０Ｙを流れる水との間で熱交換を行うことができる。
【００８０】
（熱交換器の他の実施形態Ｄ）
また、熱交換器４３は、図７に示すような熱交換器４３Ｄで構成することができる。
【００８１】
本実施形態の熱交換器４３Ｄは、内部に水が流れる直線状の伝熱管１０と放熱フィン１２とで形成している。
【００８２】
前記熱交換器４３Ｄは、複数の放熱フィン７０のそれぞれが所定のピッチを隔てて積層されるよう配置され、各放熱フィン７０には、該放熱フィン７０の配置方向に貫通する貫通孔７０Ｈが形成されている。貫通孔７０Ｈには伝熱管１０が挿通され、伝熱管１０の拡管により伝熱管１０の外面と貫通孔７０Ｈの内面とを熱溶着して一体に構成している。
【００８３】
前記熱交換器４３Ｄは、伝熱管１０の内部を流れる水と、放熱フィン７０との間で熱交換を行うことができる。
【００８４】
この発明の構成と、上述した実施形態との対応において、単相流体は、水に対応するものとする。
【符号の説明】
【００８５】
１０…伝熱管
１１…管内面
１２…フィン
１３…溝
４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃ，４３Ｄ…熱交換器
β…管軸に対する前記溝の捩れ角
Ｈ…フィンの高さ
φｄ…最大内径
Ｗ…溝の底幅
【技術分野】
【０００１】
この発明は、冷凍機器、家庭用空調機（エアコン）、業務用空調機（パッケージエアコン）、給湯機等の空調機器に備えられる熱交換器、及び、熱交換器に備えられる管内溝付の伝熱管に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、冷凍機器、家庭用空調機、業務用空調機、給湯機には、フロン系冷媒が使用され、該フロン系冷媒を熱交換器と蒸発器との間を循環させるヒートポンプ式の熱サイクル機器が多く用いられてきた。
【０００３】
しかし、フロン系冷媒は、オゾン層破壊や地球温暖化の要因となるため、最近ではフロン系以外の冷媒についても研究開発が進められ、実用化が進んでいる状況にある。
【０００４】
しかし、このようなヒートポンプ給湯器用の熱交換器に備える伝熱管は、管内の流速が低く、レイノルズ数（Ｒｅ数）が低い状態（層流）になっており、伝熱性能が向上し難いことが課題となっていた。
【０００５】
伝熱管の内部に流れる流体は、管内面の摩擦抵抗（接触抵抗）により、管内面付近に流れの緩やかな層（層流）が形成され、管中心を流れる層と分けられる。この内面付近に形成される層により熱交換が阻害されるため、伝熱性能の低下が起こる。
【０００６】
近年ではヒートポンプにより沸かしたお湯を床暖房などに使用する製品の開発も進んでおり、管内に水を流通させた伝熱管の高性能化が求められ、伝熱性能の向上を目的として内面溝付管やコルゲート管といった伝熱管の通水を目的とした使用が検討されている。
【０００７】
例えば、特許文献１では、伝熱管として内面溝付管を用いた熱交換システムが提案され、特許文献２では、コルゲート管を用いた熱交換器が提案されている。
【０００８】
特許文献１によれば、水の流速が小さい状態で使用する場合においても熱交換器の伝熱性能が低下しないような条件として内面溝付きの伝熱管の内面形状と下限レイノルズ数との所定の関係を満たすよう内面形状を加工した伝熱管を用いるとともに、該伝熱管内への水の流れを設定して用いる熱交換システムが記載されている。
【０００９】
しかし、特許文献１の熱交換システムは、このような所定の関係を満たした上で、水の流速が小さく、低レイノルズ数の状態での使用を実現するためには、事実上、伝熱管の外径をある程度大きくする必要がある。
【００１０】
ところが、熱交換器の小型化、低コスト化のためには伝熱管の外径を小さくする必要があるが、特許文献１に記載の熱交換システムでは、伝熱管の外径を小さくすると低レイノルズ数の状態において伝熱性能の低下が起きてしまうという難点を有する。
【００１１】
また、特許文献２に記載のコルゲート管には、内面に螺旋状の溝が形成されている。このような特許文献２に記載の伝熱管を得るには、コルゲート加工と内面溝加工の両方の加工を行う必要があり、いずれか一方の加工を施した伝熱管と比較して、加工が複雑になるとともに加工コストが増加してしまうという難点を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００９−１７４８３２号公報
【特許文献２】特開２００９−１７４８３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
そこで本発明は、熱伝導性能に優れ、小型化、軽量化、省資源化を図ることができ、効率よく製造することができる伝熱管及びこのような伝熱管を備えた熱交換器の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、管内面に複数の溝が形成された内面溝付きの伝熱管であって、管軸に対する前記溝の捩れ角（β）、前記溝同士の間に形成されるフィンの高さ（Ｈ）と最大内径（ｄ）との比（Ｈ／ｄ）、及び、前記フィン高さ（Ｈ）と前記溝の底幅（Ｗ）との比（Ｗ／Ｈ）のうち少なくとも１つが、管内面に前記溝を形成したことによる伝達率の増加率が、前記溝を形成したことによる圧力損失の増加率より大きくなるよう形成したことを特徴とする。
【００１５】
この発明の態様として、前記伝熱管は、前記捩れ角（β）を３５°〜６０°の範囲内で形成することができる。
【００１６】
またこの発明の態様として、前記伝熱管は、前記溝同士の間で形成されるフィンの高さ（Ｈ）と最大内径（ｄ）との前記比（Ｈ／ｄ）を、０．０４〜０．０９の範囲内で形成することができる。
【００１７】
またこの発明の態様として、前記伝熱管は、前記フィン高さ（Ｈ）と前記溝の底幅（Ｗ）の比（Ｗ／Ｈ）を、内面溝のフィン高さ（Ｈ）と最大内径（ｄ）との前記比（Ｈ／ｄ）が１．４〜２．０の範囲内で形成することができる。
【００１８】
また本発明は、管内面に複数の溝が形成され、管内に単相流体を流通させる伝熱管であって、管軸に対する前記溝の捩れ角（β）を３５°〜６０°の範囲内で形成し、前記溝同士の間に形成されるフィンの高さ（Ｈ）と最大内径（ｄ）との前記比（Ｈ／ｄ）を、０．０４〜０．０９の範囲内で形成し、前記溝同士の間で形成されるフィンの高さ（Ｈ）と前記溝の底幅（Ｗ）の前記比（Ｈ／Ｗ）を、１．４〜２．０の範囲内で形成した伝熱管であることを特徴とする。
【００１９】
また本発明は、前記伝熱管を備えた熱交換器であることを特徴とする。
【００２０】
ここで、上述した前記溝を形成したことによる伝達率の増加率とは、溝付管の熱伝達率から平滑管の熱伝達率を除した値を示し、上述した前記溝を形成したことによる圧力損失の増加率とは、溝付管の圧力損失から平滑管の圧力損失を除した値を示すものとする。
【００２１】
前記伝熱管は、管内に例えば、水などの単相流体を流通させる熱交換器用伝熱管であることが好ましい。
【００２２】
なお、本発明の特許請求の範囲及び明細書にて「〜」の記号を使って記載される範囲は、記号の前に記載される数値と、記号の後に記載される数値とを含むものとする。
【発明の効果】
【００２３】
この発明によれば、熱伝導性能に優れ、小型化、軽量化、省資源化を図ることができ、効率よく製造することができる伝熱管及びこのような伝熱管を備えた熱交換器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本実施形態の伝熱管の構成説明図。
【図２】ヒートポンプ給湯器を示す概略図。
【図３】本実施形態の伝熱管の作用説明図。
【図４】本実施形態の伝熱管の性能評価実験に用いた実験装置の概略図。
【図５】本実施形態の熱交換器の説明図。
【図６】本実施形態の熱交換器の説明図。
【図７】本実施形態の熱交換器の説明図。
【図８】従来の伝熱管の作用説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
この発明の一実施形態を、以下図面を用いて説明する。
本実施形態の伝熱管１０は、図１（ａ），（ｂ）に示すように、管内面１１に複数の溝１３が形成され、管内に単相流体を流通させる管である。
なお、図１（ａ）は、伝熱管１０を管軸に対して直角に切断した一部を示す断面図であり、図１（ｂ）は、伝熱管１０の管軸を通る面における一部断面図である。
【００２６】
さらに、前記伝熱管１０は、管軸に対する前記溝１３の捩れ角（β）（リード角）、前記溝１３同士の間に形成されるフィン１２の高さ（Ｈ）と最大内径（ｄ）との比（Ｈ／ｄ）、及び、前記フィン１２の高さ（Ｈ）と前記溝１３の底幅（Ｗ）の比（Ｗ／Ｈ）のうち少なくとも１つが、管内面１１に前記溝１３を形成したことによる伝達率の増加率が、前記溝１３を形成したことによる圧力損失の増加率より大きくなるよう形成している。
【００２７】
詳しくは、前記伝熱管１０は、前記捩れ角（β）を３５°〜６０°の範囲内で形成することができる。
【００２８】
前記伝熱管１０は、前記溝１３同士の間に形成されるフィン１２の高さ（Ｈ）と最大内径（ｄ）の前記比（Ｈ／ｄ）を、０．０４〜０．０９の関係を満たす範囲内で形成することができる。
【００２９】
前記伝熱管１０は、前記フィン１２の高さ（Ｈ）と前記溝１３の底幅（Ｗ）との前記比（Ｗ／Ｈ）を、１．４〜２．０の関係を満たす範囲内で形成することができる。
【００３０】
また、前記構成の伝熱管１０は、ヒートポンプ給湯器３７の熱交換器４３に備えることができる。
ヒートポンプ給湯器３７は、一般的に図２に示すようなシステムで構成されている。
なお、図２は、ヒートポンプ給湯器３７のシステムフロー図である。
【００３１】
ヒートポンプ給湯器３７では、圧縮機４１で高温高圧化された例えば、高温水を、ガスクーラーと呼ばれる熱交換器４３に送り、該熱交換器４３で伝熱管１０内に流れる高温水と別の伝熱管１０内に流れる水道水と熱交換することにより給湯に用いる温水を得ることがきる。ガスクーラー４３で低温化された冷媒は、膨張弁４５で低圧化されて、室外に設置される蒸発器４６で外気により気化されて再び圧縮機４１で高温高圧化される。
【００３２】
このようなヒートポンプ給湯器３７には、電力の使用量を平準化させるために安価に設定されている深夜間電力を使用して沸かした湯を、貯湯タンク４７に貯めておき、翌日の日中にその貯湯タンク４７内の湯を使用するものがある。
【００３３】
具体的には、貯湯タンク４７には、約６時間かけて、６５〜９０℃の湯が３００〜５００Ｌ貯められるため、ガスクーラー４３には大体０．８〜１．４Ｌ／ｍｉｎ．程度で水道水が供給される。
【００３４】
上述した熱交換器、及び、伝熱管１０により、以下のような様々な作用、効果を得ることができる。
通常、伝熱管の内部に流れる流体は、管内面１１の摩擦抵抗により、管内面１１付近に流れの緩やかな層ＬＦが形成され、緩やかな層ＬＦと、該緩やかな層ＬＦよりも管中央を流れる層ＴＦとに分けられる。従来の伝熱管１００は、管内面１１付近に形成される層ＬＦにより熱交換が阻害されるため、伝熱性能の低下が起こっていた。
【００３５】
これに対して本実施形態の伝熱管１０は、捩れ角（β）を、３５°以上で形成することにより、管内の流れを旋回させて流体の攪拌を促進することができるため、管内流速が低い場合でも、管内面１１付近に流れる流体層ＬＦと管の中央を流れる流体層ＴＦとの境界層ＢＬ（境界面）の影響を抑制し、伝熱性能を向上させることができる。
一方、本実施形態の伝熱管１０は、捩れ角（β）を、６０°以下で形成することにより、圧力損失の影響が大きくなりすぎず、優れた伝熱性能を確保することができる。
【００３６】
また、本実施形態の伝熱管１０は、上述したように、前記溝１３，１３同士の間で形成されるフィン１２の高さ（Ｈ）と最大内径（ｄ）との前記比（Ｈ／ｄ）を、０．０４以上で形成することにより、管内流速が低い場合でも、管内面１１付近に流れる流体層ＬＦと管の中央を流れる流体層ＴＦとの境界層ＢＬの影響を抑制し、伝熱性能を向上させることができる。
【００３７】
詳しくは、図８に示すように、従来の伝熱管１０における管内面１１０に形成されたフィン１２は、管内面１１０付近に流れる流体層ＬＦにおいてのみ管内面１１０から突出し、境界層ＢＬを越えて管の中央を流れる流体層ＴＦの側へ突き出すことがない高さである。
【００３８】
このような従来のフィン１２０は、管内面１１０付近を流れる流体層ＬＦのみを攪拌できても、境界層ＢＬの影響を受け、管の中央を流れる流体層ＴＦを積極的に攪拌できず、伝熱性能を向上させることができない。
なお、図８は、従来の伝熱管１００の管内に流体を流したときに奏する作用を、管軸に対して直角に切断した一部を示す断面で示した作用説明図である。
【００３９】
これに対して、図３に示すように、本発明の伝熱管１０における管内面１１に形成されたフィン１２は、境界層ＢＬを越えて管の中央を流れる流体層ＴＦの側へ管内面１１から突き出すため、このようなフィン１２により、管内面１１付近を流れる流体のみならず、管の中央を流れる流体も含めて管内の流れを旋回させることができる。
【００４０】
よって、管内流速が低い場合でも、管内面１１付近に流れる流体層ＬＦと管の中央を流れる流体層ＴＦとの境界層ＢＬの影響を抑制し、伝熱性能を向上させることができる。
【００４１】
一方、伝熱管１０は、上述したとおり前記溝１３同士の間で形成されるフィン１２の高さ（Ｈ）と最大内径（ｄ）の前記比（Ｈ／ｄ）を、０．０９以下で形成することで、フィン１２の高さが高くなりすぎることにより流体の流れを過度に妨げることがないため、圧力損失の影響が大きくなりすぎることを防ぐことができる。さらにまた、拡管時にフィン１２倒れが発生することのない高品質な伝熱管１０を得ることができる。
【００４２】
また、伝熱管１０は、上述したように、前記フィン１２の高さ（Ｈ）と前記溝１３の底幅（Ｗ）との比（Ｗ／Ｈ）を、１．４以上で形成することで、溝１３の容積を大きくし、該溝１３に流体がながれ易くなるため、伝熱性能を向上させることができる。
【００４３】
一方、前記フィン１２の高さ（Ｈ）と前記溝１３の底幅（Ｗ）との比（Ｗ／Ｈ）を、２．０以下で形成することで、管軸方向において隣り合うフィン１２の間隔（ピッチ）が広がりすぎないため、フィン１２による優れた流体の旋回作用を確保することができる。
なお、図３は、本実施形態の伝熱管１０の管内に流体を流したときに奏する作用を、管軸に対して直角に切断した一部を示す断面で示した作用説明図である。
【００４４】
また、本実施形態の伝熱管１０は、管内面１１に対して溝加工を行うだけでよく、管外面に例えばコルゲート加工を施す必要がなく、複雑な加工を要さず、加工コストが増加することなく、優れた伝熱性能を得ることができる。
【００４５】
続いて、本実施形態の伝熱管１０の性能検証のために行った伝熱性能評価実験について説明する。
本実験では、外径（φＤ）がφ７．９４ｍｍ、φ７．２０ｍｍ、φ６．３５ｍｍのそれぞれについて発明例１乃至１３の伝熱管１０（以下、「発明例１乃至１３」という。）、及び、比較例１，２の伝熱管１００（以下、「比較例１，２」という。）を製作した。
【００４６】
発明例１乃至１３、及び、比較例１，２は、表１（ａ）から（ｃ）に示すような形状、すなわち、肉厚、内径、溝数、フィン高さ（Ｈ）（溝深さ）、溝底幅（Ｗ）、捩れ角（β）、フィン高さ（Ｈ）と最大内径（ｄ）との比（Ｈ／ｄ）、フィン高さ（Ｈ）と溝底幅（Ｗ）との比（Ｗ／Ｈ）で形成している。
【００４７】
【表１】
表１（ａ），（ｂ），（ｃ）は、外径（Ｄ）がそれぞれφ７．９４ｍｍ、φ７．２０ｍｍ、φ６．３５ｍｍである場合の発明例１乃至１３、及び、比較例１，２の形状を示している。
【００４８】
なお、発明例１乃至１３、及び、比較例１，２は、表１（ａ）に示すとおり、外径（Ｄ）がφ７．９４ｍｍである場合は、発明例、及び、比較例の番号の末尾にＡを付して示している。同様に、表１（ｂ）に示すとおり、外径（Ｄ）がφ７．２０ｍｍである場合は、発明例、及び、比較例の番号の末尾にＢを付して示し、表１（ｃ）に示すとおり、外径（Ｄ）がφ６．３５ｍｍである場合は、発明例、及び、比較例の番号の末尾にＣを付して示している。
【００４９】
表１（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、比較例１，２は、外径（Ｄ）がφ７．９４ｍｍ、φ７．２０ｍｍ、φ６．３５ｍｍのいずれにおいても捩れ角（β）が３５°より小さく、前記比（Ｈ／ｄ）が０．０４よりも小さく、且つ、前記比（Ｗ／Ｈ）が１．４よりも小さく形成している。
【００５０】
これに対して発明例１乃至３，７，１１，１３は、表１（ａ），（ｂ），（ｃ）中に「※１」を付して示したとおり、外径（Ｄ）がφ７．９４ｍｍ、φ７．２０ｍｍ、φ６．３５ｍｍのいずれにおいても捩れ角（β）を３５°〜６０°の範囲内で形成している。
発明例４乃至７，１２，１３は、表１（ａ），（ｂ），（ｃ）中に「※２」を付して示したとおり、外径（Ｄ）がφ７．９４ｍｍ、φ７．２０ｍｍ、φ６．３５ｍｍのいずれにおいても前記比（Ｈ／ｄ）を、０．０４〜０．０９の範囲内で形成している。
【００５１】
発明例８乃至１３は、表１（ａ），（ｂ），（ｃ）中に「※３」を付して示したとおり、外径（Ｄ）がφ７．９４ｍｍ、φ７．２０ｍｍ、φ６．３５ｍｍのいずれにおいても前記比（Ｗ／Ｈ）を、１．４〜２．０の範囲内で形成している。
【００５２】
本実験は、図４に示すような伝熱性能評価装置を用いて行った。
なお、図４は、伝熱性能評価装置の概略図を示している。
【００５３】
評価装置の構成については、二重管式熱交換器となっており、供試管内に冷水を流通させ、供試管の外側に配置した外管に冷媒として温水を流通させて熱交換を行う。
【００５４】
また、図４に示すように、二重管式熱交換器の各所定部位には、圧力計Ｐ、温度計Ｔ、流量計Ｇを配置している。
【００５５】
本実験は、外径（Ｄ）がφ７．９４ｍｍ、φ７．２０ｍｍ、φ６．３５ｍｍのそれぞれについて発明例１乃至１３、及び、比較例１，２のそれぞれを、図４に示す二重管式熱交換器に供試管として組み込んだ場合における伝熱性能を評価した。
【００５６】
供試管の伝熱性能については、熱伝達率比、圧力損失比を測定し、この測定値をもとに（溝付管の熱伝達率／平滑管の熱伝達率）／（溝付管の圧力損失／平滑管の圧力損失）から導出した。
【００５７】
供試管の管内での圧力損失比、及び、熱伝達率比αｉは、以下のようにして求めている。
先ず管内での圧力損失比は、供試管の入口、出口の圧力差として圧力計Ｐにより求めている。
また、管内での熱伝達率比αｉは、本実験での測定値をもとに式（１）から式（４）を用いて算出する。
【００５８】
【数１】
【００５９】
【数２】
【００６０】
【数３】
【００６１】
【数４】
ここで、数式（１）中のＧは、低温流量（ｋｇ／ｓｅｃ．）、Ｃｐは、低温水比熱（ｋＪ／（ｋｇ・Ｋ））を示す。
数式（１），（２）中のＴＬ１は、低温水側入口温度（Ｋ）、ＴＬ２は、低温水側出口温度（Ｋ）を示す。
数式（２）中のＴＨ１は、高温水側入口温度（Ｋ）、ＴＨ２は、高温水側出口温度（Ｋ）を示す。
数式（３）中のＤｅは、環状部相当直径（ｍ）、Ｄｉは、外管内径（ｍ）、ＲｅＨは、高温水側レイノルズ数（−）、ＰｒＨは、高温水側プラントル数（−）、ｋＨは、高温水側熱伝導率（ｋＷ／（ｍ・Ｋ））、ｖＨは、高温水流速（ｍ／ｓｅｃ．）、ρＨは、高温水密度（ｋｇ／ｍ３）、μＨは、高温水動粘性係数（ｍ２／ｓｅｃ．）、ＮｕＨは、高温水側ヌセルト数（−）を示す。
【００６２】
数式（４）中のｄｏは、供試管外径（ｍ）、ｄｉは、供試管内径（ｍ）、Ａは、供試管外表面積（ｍ２）を示す。
【００６３】
すなわち、式（１）は、交換熱量：Ｑ（ｋＷ）、式（２）は、対数平均温度差：ΔＴ（Ｋ）、式（３）は、管外熱伝達率：αｏ（ｋＷ／（ｍ２・Ｋ））を算出する式であり、式（１）から式（３）により算出した値を式（４）に代入することにより管内熱伝達率：αｉ（ｋＷ／（ｍ２・Ｋ））を算出することができる。
【００６４】
かくして得られた評価結果を示す伝熱性能比は、表１に示すとおりである。
なお、この性能比は、Ｒｅ数が２０００におけるものである。
【００６５】
表１（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、外径（Ｄ）がそれぞれφ７．９４ｍｍ、φ７．２０ｍｍ、φ６．３５ｍｍのいずれにおいても、比較例１，２は、伝熱性能比が１．０未満であった。
【００６６】
これに対して、発明例１乃至１３は、外径（Ｄ）がそれぞれφ７．９４ｍｍ、φ７．２０ｍｍ、φ６．３５ｍｍのいずれにおいても、全て伝熱性能比が１．０より大きく、熱伝達率の増加率が圧力損失の増加率を上回ることが実証できた。
【００６７】
従って、このような発明例１乃至１３を熱交換器４３に使用することで、熱交換器４３の高性能化や、小型化を図ることができることを実証できた。
【００６８】
特に、発明例１乃至１３の中でも前記捩れ角（β）が３５°〜６０°の範囲内、前記比（Ｈ／ｄ）が０．０４〜０．０９の範囲内、及び、前記比（Ｗ／Ｈ）が１．４〜２．０の範囲内との３つの条件のうち、いずれか２つ以上の条件を満たす場合には、１つの条件のみを満たす場合よりも性能比が高くなった。
【００６９】
例えば、発明例７は、前記捩れ角（β）が３５°〜６０°の範囲内であり、前記比（Ｈ／ｄ）が０．０４〜０．０９の範囲内であるとの２つの条件を満たす。発明例１１は、前記捩れ角（β）が３５°〜６０°の範囲内であり、前記比（Ｗ／Ｈ）が１．４〜２．０の範囲内であるとの２つの条件を満たす。発明例１２は、前記比（Ｈ／ｄ）が０．０４〜０．０９の範囲内を満たし、前記比（Ｗ／Ｈ）が１．４〜２．０の範囲内であるとの２つの条件を満たす。
【００７０】
これら発明例７，１１，１２は、１つの条件しか満たしていない発明例１及至６，８及至１０よりも性能比が高くなっていた（表１（ａ），（ｂ），（ｃ）中の「※４」を付した値参照）。
【００７１】
特筆すべきは発明例１３は、前記捩れ角（β）が３５°〜６０°の範囲内であり、（Ｈ／ｄ）比が０．０４〜０．０９の範囲内を満たし、（Ｗ／Ｈ）が１．４〜２．０の範囲内であるとの３つの条件を全て満たした伝熱管１０である。
【００７２】
発明例１３は、比較例１，２は勿論、他の発明例１乃至１２と比較しても性能比が格段に高い値となっており、このように３つ条件を満たすことで特に高性能な伝熱管１０を得ることができることが明らかになった（表１（ａ），（ｂ），（ｃ）中の「※５」を付した値参照）。
【００７３】
また、本実施形態の熱交換器４３は、上述した実験に用いた二重管式熱交換器４３Ａとして構成するに限らず、他の実施形態で構成することができる。
（熱交換器の他の実施形態Ｂ）
例えば、熱交換器４３は、図５に示すような熱交換器４３Ｂで構成することができる。
【００７４】
本実施形態の熱交換器４３Ｂは、直線状の内面溝付の伝熱管１０の外面に冷媒流通用伝熱管１０Ｘが螺旋状に巻き付けられて構成している。
【００７５】
前記熱交換器４３Ｂは、伝熱管１０の内部を流れる水と、冷媒流通用伝熱管１０Ｘを流れる冷媒との間で熱交換を行うことができる。
【００７６】
（熱交換器の他の実施形態Ｃ）
また、熱交換器４３は、図６に示すような熱交換器４３Ｃで構成することができる。
【００７７】
本実施形態の熱交換器４３Ｃは、内部に冷媒が流れる２本の伝熱管１０を互いの外面同士を接触させた状態で平行に並べた一組の伝熱管１０，１０と、管内に水が流れる断面長孔形状の伝熱管１０Ｙとをそれぞれ複数本ずつ備えている。
【００７８】
前記熱交換器４３Ｃは、一組の伝熱管１０，１０と、断面長孔形状の伝熱管１０Ｙとを交互に配置している。伝熱管１０Ｙの長軸方向に対して少なくとも一方の側方の外面において一組の伝熱管１０，１０のそれぞれを接触させた状態としている。
【００７９】
前記熱交換器４３Ｃは、伝熱管１０の内部を流れる冷媒と、伝熱管１０Ｙを流れる水との間で熱交換を行うことができる。
【００８０】
（熱交換器の他の実施形態Ｄ）
また、熱交換器４３は、図７に示すような熱交換器４３Ｄで構成することができる。
【００８１】
本実施形態の熱交換器４３Ｄは、内部に水が流れる直線状の伝熱管１０と放熱フィン１２とで形成している。
【００８２】
前記熱交換器４３Ｄは、複数の放熱フィン７０のそれぞれが所定のピッチを隔てて積層されるよう配置され、各放熱フィン７０には、該放熱フィン７０の配置方向に貫通する貫通孔７０Ｈが形成されている。貫通孔７０Ｈには伝熱管１０が挿通され、伝熱管１０の拡管により伝熱管１０の外面と貫通孔７０Ｈの内面とを熱溶着して一体に構成している。
【００８３】
前記熱交換器４３Ｄは、伝熱管１０の内部を流れる水と、放熱フィン７０との間で熱交換を行うことができる。
【００８４】
この発明の構成と、上述した実施形態との対応において、単相流体は、水に対応するものとする。
【符号の説明】
【００８５】
１０…伝熱管
１１…管内面
１２…フィン
１３…溝
４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃ，４３Ｄ…熱交換器
β…管軸に対する前記溝の捩れ角
Ｈ…フィンの高さ
φｄ…最大内径
Ｗ…溝の底幅
【特許請求の範囲】
【請求項１】
管内面に複数の溝が形成された内面溝付きの伝熱管であって、
管軸に対する前記溝の捩れ角（β）、前記溝同士の間に形成されるフィンの高さ（Ｈ）と最大内径（ｄ）との比（Ｈ／ｄ）、及び、前記フィン高さ（Ｈ）と前記溝の底幅（Ｗ）との比（Ｗ／Ｈ）のうち少なくとも１つが、管内面に前記溝を形成したことによる伝達率の増加率が、前記溝を形成したことによる圧力損失の増加率より大きくなるよう形成した
伝熱管。
【請求項２】
前記捩れ角（β）を３５°〜６０°の範囲内で形成した
請求項１に記載の伝熱管。
【請求項３】
前記溝同士の間で形成されるフィンの高さ（Ｈ）と最大内径（ｄ）との前記比（Ｈ／ｄ）を、０．０４〜０．０９の範囲内で形成した
請求項１、又は、２に記載の伝熱管。
【請求項４】
前記フィン高さ（Ｈ）と前記溝の底幅（Ｗ）の比（Ｗ／Ｈ）を、内面溝のフィン高さ（Ｈ）と最大内径（ｄ）との前記比（Ｈ／ｄ）が１．４〜２．０の範囲内で形成した
請求項１〜３のいずれかに記載の伝熱管。
【請求項５】
管内面に複数の溝が形成され、管内に単相流体を流通させる伝熱管であって、
管軸に対する前記溝の捩れ角（β）を３５°〜６０°の範囲内で形成し、
前記溝同士の間に形成されるフィンの高さ（Ｈ）と最大内径（ｄ）との前記比（Ｈ／ｄ）を、０．０４〜０．０９の範囲内で形成し、
前記溝同士の間で形成されるフィンの高さ（Ｈ）と前記溝の底幅（Ｗ）の前記比（Ｈ／Ｗ）を、１．４〜２．０の範囲内で形成した
伝熱管。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の伝熱管を備えた熱交換器。
【請求項１】
管内面に複数の溝が形成された内面溝付きの伝熱管であって、
管軸に対する前記溝の捩れ角（β）、前記溝同士の間に形成されるフィンの高さ（Ｈ）と最大内径（ｄ）との比（Ｈ／ｄ）、及び、前記フィン高さ（Ｈ）と前記溝の底幅（Ｗ）との比（Ｗ／Ｈ）のうち少なくとも１つが、管内面に前記溝を形成したことによる伝達率の増加率が、前記溝を形成したことによる圧力損失の増加率より大きくなるよう形成した
伝熱管。
【請求項２】
前記捩れ角（β）を３５°〜６０°の範囲内で形成した
請求項１に記載の伝熱管。
【請求項３】
前記溝同士の間で形成されるフィンの高さ（Ｈ）と最大内径（ｄ）との前記比（Ｈ／ｄ）を、０．０４〜０．０９の範囲内で形成した
請求項１、又は、２に記載の伝熱管。
【請求項４】
前記フィン高さ（Ｈ）と前記溝の底幅（Ｗ）の比（Ｗ／Ｈ）を、内面溝のフィン高さ（Ｈ）と最大内径（ｄ）との前記比（Ｈ／ｄ）が１．４〜２．０の範囲内で形成した
請求項１〜３のいずれかに記載の伝熱管。
【請求項５】
管内面に複数の溝が形成され、管内に単相流体を流通させる伝熱管であって、
管軸に対する前記溝の捩れ角（β）を３５°〜６０°の範囲内で形成し、
前記溝同士の間に形成されるフィンの高さ（Ｈ）と最大内径（ｄ）との前記比（Ｈ／ｄ）を、０．０４〜０．０９の範囲内で形成し、
前記溝同士の間で形成されるフィンの高さ（Ｈ）と前記溝の底幅（Ｗ）の前記比（Ｈ／Ｗ）を、１．４〜２．０の範囲内で形成した
伝熱管。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の伝熱管を備えた熱交換器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−２０８８２４（Ｐ２０１１−２０８８２４Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−７４４８５（Ｐ２０１０−７４４８５）
【出願日】平成２２年３月２９日（２０１０．３．２９）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２９日（２０１０．３．２９）
【出願人】（０００００５２９０）古河電気工業株式会社 (4,457)
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