(57)【要約】【課題】この発明は、圧力損失の増大を抑制しつつ、管内熱伝達率の向上を図ることができる伝熱管の提供を目的とする。【解決手段】管内面１０に、管軸方向Ｄ１に対して所定角度（β１）を有する高さ（Ｈｆ）が０．１ｍｍ〜０．３０ｍｍの螺旋状のフィン１２が形成された外径７ｍｍより小さい伝熱管１１において、フィン１２が深さ（Ｈｎ）が０．１ｍｍ〜０．３０ｍｍ（Ｈｎ）の螺旋状の副溝１４で分断されたフィン構成部１２Ａを備える。フィン構成部１２Ａの少なくとも螺旋方向下流側Ｄ２ｄに、管軸方向上流側Ｄ１ｕで隣り合うフィン１２との間に、該フィン１２に対して５°≦α＜７０°の角度（α）を有して突出する突出片１６を備える。フィン構成部１２Ａを、フィン形成方向におけるフィン構成部１２Ａ間の間隔（Ｐｆ）を１．５ｍｍ以上、突出片１６のフィン１２間の間隔（Ｗ２）に対する突出長さ（Ｗ１）の割合（Ｗ１／Ｗ２）を０．３〜０．９で形成した。【選択図】図１
2010276270.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
管内面に、管軸方向に対して所定角度（β１）を有する高さ（Ｈｆ）が０．１ｍｍ〜０．３０ｍｍの螺旋状のフィンが形成された外径７ｍｍより小さい伝熱管であって、
前記管内面に、前記フィンを深さ（Ｈｎ）が０．１ｍｍ〜０．３０ｍｍの螺旋状の副溝によってフィン形成方向に分断されるとともに、該管内面に螺旋状に突出する複数のフィン構成部を形成し、
前記フィン構成部の少なくとも螺旋方向下流側で、前記管軸方向上流側で隣り合う前記フィンとの間に、前記フィンに対して５°≦α＜７０°の角度（α）を有して突出する突出片を備え、
前記フィン構成部を、前記フィン形成方向におけるフィン構成部間の間隔（Ｐｆ）を１．５ｍｍ以上、前記突出片の、フィン間の間隔（Ｗ２）に対する突出長さ（Ｗ１）の割合（Ｗ１／Ｗ２）を０．３〜０．９で形成した
伝熱管。
【請求項２】
前記請求項１に記載の伝熱管において、
前記フィン高さをＨｆ＞０．１２ｍｍ、前記副溝深さをＨｎ＞０．１２ｍｍ、前記突出片のフィンに対する角度（α）を２０°以上、前記管軸方向に対する副溝の角度（β２）を−１０°〜１５°、前記フィン形成方向におけるフィン構成部間の間隔（Ｐｆ）を２〜５ｍｍ、該フィン形成方向における副溝の幅（Ｗ３）を０．１ｍｍ以上として形成した凝縮用伝熱管。
【請求項３】
前記請求項１に記載の伝熱管において、
前記フィン高さ（Ｈｆ）を０．１ｍｍ以上、前記副溝深さ（Ｈｎ）を０．１ｍｍ以上、前記突出片のフィンに対する角度（α）を２０°以下、前記管軸方向に対する副溝の角度（β２）を１０°以上、前記フィン形成方向におけるフィン構成部間の間隔（Ｐｆ）を５ｍｍ以上として形成した蒸発用伝熱管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば冷凍機、空調機などの熱交換器に使用される伝熱管に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に空調機や冷凍機などに用いられる伝熱管は、管内の冷媒を蒸発または凝縮させて管外を流れる流体との間で熱交換を行なうもので、熱交換器の高効率化や省エネルギー化の観点から内面溝付管の使用が多くなっている。
【０００３】
この内面溝付管は、管内面に微細な三角形断面や台形断面の溝が管軸に対して直線状もしくは螺旋状に形成されている。これらの溝を管内面に備えたことにより、平滑管に比べ伝熱面積が増大するとともに、冷媒液を撹拌させる攪拌作用によって伝熱性能を向上することができる。
【０００４】
近年、特に空調機用熱交換器に対して高性能化や小型軽量化が強く求められており、また省エネ法（エネルギーの使用の合理化に関する法律）の改正に伴って伝熱管の高性能化がより一層求められている。  
しかしながら、従来の内面螺旋溝付管においては溝数、リード角、溝形状などの改良は行なわれているものの、上述したように求められている性能には不十分であった。
【０００５】
そこで、これら従来の螺旋フィン付管に代わる伝熱管として、例えば、特許文献１には、冷媒液の攪拌作用を促進するため、管内面に主溝と、フィンを分断する深さの副溝とで形成したクロス溝付き伝熱管が開示されている。
【０００６】
このクロス溝付き伝熱管は、フィンを副溝によって分断した平面視略Ｓ字形状をした複数の三次元突起（３）を管内面に備えている。  
より詳しくは、三次元突起（３）は、その先端部に、主溝に沿う冷媒流れを副溝の方向へ誘導可能に突出したバリ（３ａ）を備えるとともに、後端部に、該バリ（３ａ）と逆方向に突出したバリ（３ｂ）を備えている。
【０００７】
特許文献１によれば、主溝を流れる冷媒をバリ（３ａ）によって副溝方向へ誘導することで、冷媒の複雑な流れによる攪拌作用を得ることができ、結果的に、熱伝達率を得ることができる旨の記載がされている。
【０００８】
しかし、特許文献１における伝熱管は、三次元突起（３）に備えたバリ（３ａ），（３ｂ）により、冷媒の管内周面側付近での攪拌を図ることができるが、管の半径方向中心側を流れる冷媒については、攪拌されず、結果的に、上述した要求を満足する伝達性能を得ることができなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平８−１７８５７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
この発明は、圧力損失の増大を抑制しつつ、管内熱伝達率の向上を図ることができる伝熱管を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明は、管内面に、管軸方向に対して所定角度（β１）を有する高さ（Ｈｆ）が０．１ｍｍ〜０．３０ｍｍの螺旋状のフィンが形成された外径７ｍｍより小さい伝熱管であって、前記管内面に、前記フィンを深さ（Ｈｎ）が０．１ｍｍ〜０．３０ｍｍの螺旋状の副溝によってフィン形成方向に分断されるとともに、該管内面に螺旋状に突出する複数のフィン構成部を形成し、前記フィン構成部の少なくとも螺旋方向下流側で、前記管軸方向上流側で隣り合う前記フィンとの間に、前記フィンに対して５°≦α＜７０°の角度（α）を有して突出する突出片を備え、前記フィン構成部を、前記フィン形成方向におけるフィン構成部間の間隔（Ｐｆ）を１．５ｍｍ以上、前記突出片の、フィン間の間隔（Ｗ２）に対する突出長さ（Ｗ１）の割合（Ｗ１／Ｗ２）を０．３〜０．９で形成した伝熱管であることを特徴とする。
【００１２】
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である。
【００１３】
前記伝熱管は、上述したようにフィン高さ（Ｈｆ）が０．１ｍｍ〜０．３０ｍｍの範囲内でも、特に０．１ｍｍ以上の前記フィン構成部の少なくとも螺旋方向下流側に、管軸方向上流側で隣り合う前記フィンとの間に、フィン形成方向に対して５°以上の角度で突出する突出片を備えた構成である。
【００１４】
係る構成により、前記フィン間を流れる冷媒の一部は、前記突出片に衝突し、管半径方向内側へかき上げられるため、三次元的な非定常流れを効果的に発生させることができる。また、突出片への衝突により冷媒が滞留し、主溝内を流れる冷媒の液膜の厚さがフィン形成方向において不均一化されるため、液膜の厚さの薄い部分で熱伝達性能が向上する。  
したがって、単に、管内周面にクロス溝を形成した従来の伝熱管と比較して、管半径方向内側も含めた乱流促進や液冷媒の薄膜化を図ることができ、優れた熱伝達率を得ることができる。
【００１５】
また、副溝深さ（Ｈｎ）が０．１ｍｍ〜０．３０ｍｍの範囲内でも、特に０．１ｍｍ以上で、突出片と主溝のなす角度（α）を７０°より小さく形成することにより、前記フィン間を流れる冷媒の副溝への流入が容易に行われるため、フィンを跨いだ管内周面全体における冷媒攪拌を図ることができる。したがって、優れた乱流促進効果を得ることができるとともに、圧力損失の増大を防止することができる。
【００１６】
また、フィン高さ（Ｈｆ）が０．１ｍｍ〜０．３０ｍｍの範囲内でも、特に０．２５ｍｍ以下であれば、小径管において内径が小さくなり過ぎず、圧力損失の増大を抑えることができる。
【００１７】
また、前記フィン形成方向におけるフィン構成部間の間隔（Ｐｆ）を１．５ｍｍ以上で形成することにより、フィンに沿った冷媒の流れを過度に阻害することなく、十分な旋回力による冷媒攪拌作用を得ることができる。また、機械拡管時に耐え得るフィン強度を確保することができる。
【００１８】
また、突出長さ（Ｗ１）の割合（Ｗ１／Ｗ２）が０．３〜０．９の範囲内でも、特にＷ１／Ｗ２＝０．４〜０．９であることが好ましい。詳しくは、外径が７ｍｍより小さい小径管においては、上述の圧力損失の問題や加工上の制限からフィン高さ（Ｈｆ）が比較的低いため、突出片による冷媒のかき上げや副溝への誘導の効果を十分に得るためには、突出片のフィン間への突出長さ（Ｗ１）の割合（Ｗ１／Ｗ２）を０．４以上にする必要がある。
【００１９】
また、０．９以下とすることで、蒸発時にフィン間への液膜の供給が阻害されることがないため、ドライアウトによる蒸発熱伝達率の低下を防ぐことができる。また、外径が７ｍｍより小さい小径管における圧力損失の増減については、フィン高さ（Ｈｆ）やリード角（β２）、フィン構成部間の間隔（Ｐｆ）が支配的となり、突出長さ（Ｗ１）の影響が比較的小さくなるため、上記の構成としても圧力損失を過度に増大させることなく、上述の伝熱促進効果が得られる。
【００２０】
この発明の態様である凝縮用伝熱管は、前記フィン高さをＨｆ＞０．１２ｍｍ、前記副溝深さをＨｎ＞０．１２ｍｍ、前記突出片のフィンに対する角度（α）を２０°以上、管軸方向に対する副溝の角度（β２）を−１０°〜１５°、フィン形成方向におけるフィン構成部間の間隔（Ｐｆ）を２〜５ｍｍ、フィン形成方向における副溝の幅（Ｗ３）を０．１ｍｍ以上として形成することができる。
【００２１】
前記凝縮用伝熱管は、フィン高さ（Ｈｆ）が０．１２ｍｍより大きい凝縮管に適した構成を備えている。つまり、フィン構成部を高くすることによって、伝熱面全体が凝縮水に埋まってしまうことによる性能低下を防ぐことができる。
【００２２】
また、副溝深さ（Ｈｎ）が０．１２ｍｍより大きく、副溝のリード角（β２）が−１０〜１５°、副溝の幅（Ｗ３）が０．１ｍｍ以上であれば、副溝の流路断面積を大きく確保し、副溝のリード角（β２）を小さくすることにより管軸方向への凝縮水の排出作用が促進され、管頂面を乾いた状態に保てるため凝縮性能の向上が図れる。
【００２３】
また、突出片と主溝のなす角度（α）が２０°以上、フィン構成部間の間隔（Ｐｆ）が５ｍｍ以下であれば、フィン間を流れる冷媒流れが突出片と衝突しやすく、より大きな冷媒攪拌作用を得ることができる。
【００２４】
また、この発明の態様である蒸発用伝熱管は、前記フィン高さ（Ｈｆ）を０．１ｍｍ以上、前記副溝深さ（Ｈｎ）を０．１ｍｍ以上、前記突出片のフィンに対する角度（α）を２０°以下、管軸方向に対する副溝のリード角（β２）を１０°以上、フィン形成方向におけるフィン構成部間の間隔（Ｐｆ）を５ｍｍ以上として形成することができる。
【００２５】
前記蒸発用伝熱管は、フィン高さ（Ｈｆ）が０．１０ｍｍ以上の蒸発管に適した構成を備えている。つまり、管内面の有効伝熱面積を増大させるとともに、フィン頂部付近で液膜を薄くする効果が十分に得られ蒸発性能を向上させる。
【００２６】
また、副溝深さ（Ｈｎ）が０．１０ｍｍ以上、突出片と主溝のなす角度（α）が２０°以下であれば、フィン間を流れる冷媒が副溝へと流れ込み易くなるため、フィンを跨いだ冷媒の拡がりが図られ、濡れ面積の増大による蒸発促進効果を得ることができる。また、管軸方向への冷媒流量が増大するため圧力損失の増大を防ぐことができる。
【００２７】
また、フィン構成部間の間隔（Ｐｆ）が５ｍｍ以上であれば、冷媒流れを過度に妨げることなく、圧力損失増大を抑制できる。  
また、菅軸に対する副溝のリード角（β２）が１０°以上と大きい場合には、管内に液が長く保有されるため蒸発が繰り返され、結果的に熱伝達率が向上する。
【発明の効果】
【００２８】
この発明によれば、伝熱管による熱交換時において、圧力損失の増大を抑制しつつ、管内熱伝達率の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本実施形態の伝熱管を示す部分拡大展開斜視図。
【図２】図１の伝熱管におけるフィン構成部を有する管内面の拡大平面図。
【図３】本発明伝熱管の他の例を示す部分拡大展開斜視図。
【図４】図３の伝熱管を示すフィン構成部を有する管内面の拡大平面図。
【図５】本実施形態の伝熱管の性能評価に用いた実験装置の概略図。
【図６】本発明伝熱管のその他の例を示すフィン構成部を有する管内面の拡大平面図。
【発明を実施するための形態】
【実施例】
【００３０】
この発明の一実施形態を以下図面と共に説明する。
【００３１】
本実施形態における伝熱管１１は、図１、図２に示すように、管内面１０に、螺旋状のフィン１２を形成している。
【００３２】
なお、本実施形態における伝熱管１１は、管内面１０に螺旋状のフィン１２を形成することによりフィン１２間に、主溝１３を備えている。
【００３３】
さらに、前記伝熱管１１は、前記フィン１２を、該フィン１２の主溝螺旋方向Ｄ２（フィン形成方向）に分断することによって複数のフィン構成部１２Ａを形成している。
【００３４】
なお、本実施形態における伝熱管１１は、管内面１０に副溝螺旋方向Ｄ３に向けて螺旋状に突出する突出片１６を形成することにより、主溝螺旋方向Ｄ２のフィン構成部１２Ａの間には、副溝１４によってフィン１２を分断する副溝形成部分１５を備えている。
【００３５】
図１は、本実施形態の伝熱管１１の管内面１０の様子を模式的に示した部分拡大展開斜視図であり、図２は、フィン構成部１２Ａ付近の拡大平面図である。なお、図２では、前記フィン構成部１２Ａ、前記突出片１６の頂部のみを模式的に示している。
【００３６】
さらに、前記フィン構成部１２Ａは、主溝螺旋方向下流側Ｄ２ｄに、管軸方向上流側Ｄ１ｕの前記主溝１３に突出する突出片１６（第１突出片１６ａ）を備えている。
【００３７】
前記伝熱管１１は、外径が７ｍｍより小さい範囲内である５ｍｍの外径で形成している。  
前記フィン１２は、高さ（Ｈｆ）が０．１ｍｍ〜０．３０ｍｍの範囲内である０．１５ｍｍの高さで形成している。
【００３８】
前記副溝１４は、深さ（Ｈｎ）が０．１ｍｍ〜０．３０ｍｍの範囲内である０．１５ｍｍの深さで形成している。  
前記突出片１６は、前記フィン１２に対する角度（α）が５°≦α＜７０°の範囲内である３４°の角度で形成している。
【００３９】
前記フィン構成部１２Ａは、フィン形成方向におけるフィン構成部間の間隔（Ｐｆ）が１．５ｍｍ以上の範囲内である２．４ｍｍで形成されている。
【００４０】
より詳しくは、本実施形態の伝熱管１１において螺旋状のフィン１２は、管軸方向Ｄ１に対して４０°の角度（β１）で形成している。さらに、管周あたりのフィン数を５６、フィン高さ（Ｈｆ）を０．１５ｍｍ、フィン１２の断面形状を略台形形状で形成している。
【００４１】
副溝１４は、管軸方向Ｄ１に対して６°の角度（β２）で形成され、副溝螺旋方向Ｄ３に沿って形成している。さらに、フィン形成方向における副溝幅（Ｗ３）が０．１５ｍｍである逆三角断面の溝形状で形成している。
【００４２】
副溝１４の深さ（Ｈｎ）は、副溝螺旋方向Ｄ３の副溝螺旋方向上流側Ｄ３ｕから副溝螺旋方向下流側Ｄ３ｄに向けて同一の溝深さで形成している。
【００４３】
また、突出片１６は、前記主溝１３の幅（Ｗ２）に対して０．５の割合（Ｗ１／Ｗ２）から成る前記主溝１３への突出長さ（Ｗ１）で形成している。
【００４４】
さらに、前記フィン構成部１２Ａは、主溝螺旋方向下流側Ｄ２ｄに、管軸方向下流側Ｄ１ｄの前記主溝１３に突出する突出片１６（第２突出片１６ｂ）を備えている。
【００４５】
一方、前記フィン構成部１２Ａは、主溝螺旋方向上流側Ｄ２ｕにも、それぞれ管軸方向上流側Ｄ１ｕの前記主溝１３に突出する突出片１６（第３突出片１６ｃ）、管軸方向下流側Ｄ１ｄの前記主溝１３に突出する突出片１６（第４突出片１６ｄ）を備えている。
【００４６】
従って、図２に示すように、フィン構成部１２Ａは、平面視するとＨの文字を傾けた形状（傾斜型Ｈ形状）で形成している。
【００４７】
上述した伝熱管１１は、以下のような様々な作用、効果を得ることができる。  
本実施形態の伝熱管１１は、上述したように、前記フィン構成部１２Ａの少なくとも主溝螺旋方向下流側Ｄ２ｄに、管軸方向上流側Ｄ１ｕの前記主溝１３に突出する前記第１突出片１６ａを備えている。
【００４８】
このため、前記主溝１３を流れる冷媒の一部は、前記第１突出片１６ａに衝突し、管半径方向内側へかき上げられるため、三次元的な非定常流れを発生させることができる。
【００４９】
従って、管の半径方向内側も含めた乱流促進効果を得ることができるため、単に、管内面にクロス溝を形成した従来の伝熱管や、副溝近傍にバリを有した従来の伝熱管と比較して、更なる熱伝達率の向上を図ることができる。
【００５０】
さらに、上述したように螺旋状の前記フィン１２は、特に、前記フィン構成部１２Ａの少なくとも主溝螺旋方向上流側Ｄ２ｕに、管軸方向上流側Ｄ１ｕの主溝１３側へ突出した第３突出片１６ｃを備えているため、前記主溝１３を流れる冷媒が前記副溝１４に、より一層、流れ込み易くなるため、二次流れが発生し、特に管内周面付近において冷媒の攪拌効果を得ることができるとともに、圧力損失の増大を防止することができる。
【００５１】
また、本実施形態の伝熱管１１は、前記突出片１６を、上述したように前記主溝１３に対して３４°の角度（α）で形成している。  
このため、前記主溝１３を流れる冷媒の流れを過度に妨げることがなく、その一部を前記突出片１６に衝突させて主溝１３から副溝１４へと流れ込ませることが可能となるため、より大きな冷媒攪拌作用によって熱伝達率の向上を図ることができる。
【００５２】
さらに、管軸方向Ｄ１への冷媒流量が増大するため、圧力損失の増大を防止することができる。
【００５３】
また、本実施形態の伝熱管１１は、上述したようにフィン形成方向におけるフィン構成部間の間隔（Ｐｆ）を２．４ｍｍで形成することにより、十分な冷媒攪拌作用を得することができるとともに、機械拡管時に耐え得るフィン強度を得ることができる。
【００５４】
また、本実施形態の伝熱管１１は、上述したように、前記突出片１６を前記主溝１３の幅（Ｗ２）に対して０．５の割合（Ｗ１／Ｗ２）から成る前記主溝１３への突出長さ（Ｗ１）で形成することにより、半径方向内側への冷媒のかき上げが促進され、優れた冷媒攪拌作用を得ることができ、結果的に熱伝達率の向上を図ることができる。
【００５５】
また、前記副溝１４の深さ（Ｈｎ）は、本実施形態の伝熱管１１のように、０．１ｍｍ以上かつ主溝１３の深さの４０〜１００％で構成することが好ましい。
【００５６】
副溝１４を、深さ０．１ｍｍ以上かつ主溝１３の深さの４０％以上で構成することにより、主溝１３を流れる冷媒が副溝１４へ流れ込み易くなり、優れた熱伝達率を得ることができるとともに、圧力損失の増大を防止することができる。
【００５７】
一方、副溝１４を、主溝１３の深さの１００％以下の深さで構成することにより、管肉厚に主溝深さよりも深い切り込みを形成することがないため、管の品質（底肉厚の仕様）を保つことができる。
【００５８】
以上、本発明の一実施形態である伝熱管１１について詳述したが、続いて、本発明の伝熱管１１の性能を検証するために行った実験について説明する。
【００５９】
本実験では、本発明の伝熱管として実施例１乃至９までの９種類を製作するとともに、比較対象として用いる伝熱管を、比較例１乃至４までの４種類製作した。  
実施例１乃至９までの伝熱管は、それぞれ表１に示すような外径、フィン、副溝、突出片を有する形状に製作している。
【００６０】
【表１】
2010276270.tif 000003
ここで、実施例２の伝熱管は、表１に示した各部の形状からも明らかなとおり、前述した実施形態の伝熱管１１と同じ形状の伝熱管を用いている。
【００６１】
また、実施例１、２、８、９の伝熱管は、いずれも平面視傾斜型Ｈ形状をした複数の分断されたフィン構成部１２Ａを備えて形成している。一方、実施例３乃至７の伝熱管２１は、図３、及び、図４に示すように、平面視したとき、Ｊ字形をした形状（平面視Ｊ形状）をした複数のフィン構成部４２Ａを備えて形成している。
【００６２】
より詳しくは、実施例３乃至７の伝熱管２１における、平面視Ｊ形状をした分断されたフィン構成部４２Ａは、該フィン構成部４２Ａに第１突出片１６ａを備えるに加えて、第２突出片１６ｂ、及び、第３突出片１６ｃを備えた形態である。
【００６３】
ここで、図３は、実施例３乃至７の伝熱管２１の管内面１０の様子を模式的に示した部分拡大展開斜視図であり、図４は、実施例３乃至７の伝熱管２１の管内面１０の分断したフィン近傍の拡大平面図である。なお、図４では、前記フィン構成部４２Ａ、前記突出片１６の頂部のみを模式的に示している。  
なお、比較例については、比較例１乃至３が平面視傾斜型Ｈ形状、比較例４が平面視J形状のフィン構成部を備えた伝熱管である。
【００６４】
この実験では、伝熱管の管内の凝縮性能を検証する凝縮実験を図５（ａ）に示すような管内凝縮性能測定装置５０Ａを用いて行うとともに、蒸発性能を検証する蒸発実験を図５（ｂ）に示すような管内蒸発性能測定装置５０Ｂを用いて行った。  
なお、図５（ａ），（ｂ）は、それぞれ管内凝縮性能測定装置５０Ａ，管内蒸発性能測定装置５０Ｂの概略図を示し、いずれの装置５０Ａ，５０Ｂにおいても、一般の空調機と同様に全体が冷凍サイクルにより構成されている。
【００６５】
詳しくは、凝縮実験では、実施例１乃至９、比較例１乃至４までの伝熱管と、それぞれの伝熱管の管内面にフィンを形成しているが、該フィンに副溝（フィン形成部）を形成していない伝熱管、すなわち従来の内面螺旋溝付管を用意し、図５（ａ）に示すように凝縮器に供試管４４として組み込んだ。
【００６６】
この場合における、実施例１乃至９、及び、比較例１乃至４の伝熱管の熱伝達率（αｉ）と、それぞれと同じ形状の主溝のみを備える伝熱管の熱伝達率（αBASE）との比（αｉ／αBASE）をとることで、本発明の凝縮性能に対する効果の検証を行った。また、圧力損失の比（ΔＰ／ΔＰBASE）についても同様の比較を行った。
【００６７】
蒸発実験では、実施例１乃至９、比較例１乃至４までの伝熱管と、それぞれの伝熱管の管内面にフィンを形成しているが、該フィンに副溝（フィン形成部）を形成していない伝熱管、すなわち従来の内面螺旋溝付管を用意し、図５（ｂ）に示すように蒸発器に供試管４４として組み込んだ。
【００６８】
この場合における、実施例１乃至９、及び、比較例１乃至４の伝熱管の熱伝達率（αｉ）と、それぞれと同じ形状の主溝のみを備える伝熱管の熱伝達率（αBASE）との比（αｉ／αBASE）をとることで、本発明の蒸発性能に対する効果の検証を行った。また、圧力損失の比（ΔＰ／ΔＰBASE）についても同様の比較を行った。
【００６９】
図５（ａ），（ｂ）に示すように、管内凝縮性能測定装置５０Ａ，管内蒸発性能測定装置５０Ｂにおけるテストセクションは、二重管式熱交換器で構成しており、供試管４４内に冷媒を流し、外側シェルを構成する環状部４５の内部には、その冷媒流れと対向する方向へ熱交換用の水（以下、「熱交換用水」という。）を流して供試管４４の有効長さを２ｍに設定して熱交換を行った。  
なお、凝縮実験における熱交換用水としては、低温水を流し、蒸発実験における熱交換用水としては、高温水を流している。
【００７０】
また、図５（ａ），（ｂ）に示すように、テストセクションの各所定部位には、温度計、圧力計、流量計を配設している。なお、図５（ａ），（ｂ）中、Ｔは、温度計、Ｐは、圧力計、Ｇは、流量計を示す。
【００７１】
続いて、供試管４４の冷媒の入口と出口とにおける実験条件として、凝縮実験では、冷媒入口過熱度、冷媒出口過冷却度を、蒸発実験では、冷媒入口乾き度、冷媒出口過熱度を、それぞれ表２に示すように設定した。
【００７２】
【表２】
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これら凝縮実験、蒸発実験における実験条件は、いずれも空調機の熱交換器入口条件と同一となるように、水温を調節した後に測定を行った。  
さらまた、供試管４４の入口と出口における冷媒平均飽和温度は、表２に示すように凝縮実験では４８℃に設定するとともに、蒸発実験では５℃に設定した。
【００７３】
冷媒には、代替フロンとしてＲ４１０Ａを使用し、該Ｒ４１０Ａは混合冷媒であるため実験中に圧縮機出口部に設置している冷媒採取部（図５（ａ），（ｂ）参照）で冷媒を採取し、ガスクロマトグラフにより冷媒組成比を測定しながら実験を行った。  
なお、ガスクロマトグラフの分析結果は、計算により後述のｔｓ１とｔｓ２に反映している。
【００７４】
凝縮性能、蒸発性能を示す供試管４４の管内での圧力損失（ΔＰ、ΔＰBASE）、及び、熱伝達率（αｉ、αBASE）は、以下のようにして求めている。  
先ず管内での圧力損失は、供試管４４の入口、出口の圧力差として求めている。  
管内での熱伝達率は、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。
【００７５】
【数１】
2010276270.tif 000005
【００７６】
【数２】
2010276270.tif 000006
【００７７】
【数３】
2010276270.tif 000007
【００７８】
【数４】
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ここで、数式（１）中のＱは、交換熱量（ｋＷ）、Ａは、供試管外表面積（ｍ２）、ｔｍは、対数平均温度（Ｋ）、αＯは、管外熱伝達率（ｋＷ／ｍ２・Ｋ）を示す。
【００７９】
数式（２）中のＧは、熱交換用水の流量（ｋｇ／ｓ）、ＣＰは、熱交換用水の比熱（ｋＪ／ｋｇ・Ｋ）、ｔＷ１は、熱交換用水の入口温度（Ｋ）、ｔＷ２は、熱交換用水の出口温度（Ｋ）を示す。
【００８０】
数式（３）中のｔＳ１は、冷媒入口飽和温度（Ｋ）を示し、ｔＳ２は、冷媒出口飽和温度（Ｋ）を示す。
【００８１】
数式（４）中のｋは、熱交換用水の熱伝導率（ｋＷ／ｍ・Ｋ）、Ｄｅは、環状部相当直径（ｍ）を示す。Ｄは、シェル内径（ｍ）を示し、ｄは、供試管外径（ｍ）、Ｒｅは、熱交換用水のレイノルズ数、Ｐｒは、熱交換用水のプラントル数を示す。
【００８２】
すなわち、温度などの測定値、設定パラメータをもとに数式（２）よりＱ、数式（３）より凝縮時、蒸発時のｔｍ、数式（４）よりαＯを算出し、これら算出した値を数式（１）に代入することにより管内熱伝達率を算出することができる。  
かくして得られた凝縮性能および蒸発性能の評価結果を表３に示す。
【００８３】
【表３】
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表３より明らかなように、熱伝達率に関しては、実施例１乃至９のいずれの伝熱管においても、凝縮性能、蒸発性能ともに、従来の螺旋溝付管より高い熱伝達性能を示した。
【００８４】
これにより、前記主溝を流れる冷媒の一部が、特に第１突出片に衝突し、管半径方向内側へかき上げられることによる管半径方向内側も含めた顕著な乱流促進や液冷媒の薄膜化の効果、前記主溝を流れる冷媒の一部が、前記副溝に流れ込むことによる管内周面全体への冷媒拡散効果を実証することができた。
【００８５】
また、実施例１と比較例２の結果より、性能の向上には副溝深さ（Ｈｎ）が０．１ｍｍ以上必要であること、さらに、実施例１、２、３の比較により、凝縮性能の向上には副溝深さ（Ｈｎ）が０．１２ｍｍより大きいことが必要であり、深さが深いほど熱伝達率比は向上することがわかる。これは、副溝深さが浅い場合には、冷媒の副溝への流入量が不足することが要因と考えられる。
【００８６】
また、実施例１、５、７、８、９及び比較例１の結果より、凝縮、蒸発ともにフィン形成方向におけるフィン構成部間の間隔（Ｐｆ）が１．５ｍｍ以上のときに熱伝達率比が向上し、４ｍｍ付近でピークをとることがわかる。一方、圧力損失比については、フィン構成部間の間隔（Ｐｆ）が大きいほど低下する。
【００８７】
特に実施例８、９については、蒸発圧力損失比が１００以下となっており、圧力損失が重要視される蒸発管として使用した場合に優れた性能を発揮する管といえる。これはフィン構成部間の間隔（Ｐｆ）が大きいことに加えて、主溝と突出片の角度差（α）が１０°と小さいことにより、副溝への冷媒流入が容易に行われ、管軸方向への冷媒流量が増加したことが要因と考えられる。
【００８８】
また、実施例１と比較例３の結果より、主溝と突出片をなす角度（α）が７０°以上の場合には、圧力損失が極端に増大することがわかる。これは主溝内を流れる冷媒が大きく方向を変えて副溝内へと流入する必要があるためで、圧力損失の増大を抑制しつつ、熱伝達率を向上させるためには、主溝と突出片の角度差（α）を７０°未満として形成することが好ましいといえる。
【００８９】
実施例５、６及び比較例４の結果より、突出片のフィン間への突出長さ（Ｗ１）の割合（Ｗ１／Ｗ２）は大きいほど熱伝達率比の向上が大きく、Ｗ１／Ｗ２＝０．２の場合にはほとんど効果がないことがわかる。
【００９０】
実施例１では熱伝達率の向上が見られることから、十分な効果を得るためには突出長さ（Ｗ１）の割合は０．３以上とする必要があり、また、圧力損失比については、突出長さ（Ｗ１）を長くしてもそれほど増大していないことから、外径７ｍｍ未満の小径管においては突出長さ（Ｗ１）を大きく設定することが好ましいことが確認できた。
【００９１】
実施例４、６の比較により、副溝のリード角（β２）が大きく、主溝と突出片の角度差（α）が小さいほど、より大きな蒸発熱伝達率の向上効果が得られることが確認できた。
【００９２】
これは、実施例８、９がフィン構成部間の間隔（Ｐｆ）の大きさの割に、蒸発熱伝達比の向上が大きいことからも、比較的大きい副溝のリード角（β２）による液の保有、主溝と突出片の角度差が小さいことによるフィンを跨いだ液膜の拡がりが蒸発促進に繋がることが確認できた。
【００９３】
また、本発明は、上述した実施例１乃至９の伝熱管に限らず、様々な形態、態様で構成することができる。  
例えば、本発明の伝熱管は、上述した実施形態（実施例１、２、８、９）の伝熱管１１、或いは、実施例３乃至７の伝熱管２１のように、前記フィン構成部１２Ａ，４２Ａに、少なくとも第１突出片１６ａを備えた構成で形成することができる。
【００９４】
このように、前記第１突出片１６ａを備えることにより、主溝１３を流れる冷媒の一部が前記第１突出片１６ａに衝突し、管半径方向へかき上げられ、三次元的な非定常流れを発生させ、更なる乱流促進による熱伝達率の向上を図ることができるからである。
【００９５】
具体的には、本発明の伝熱管は、例えば、図６に示すように、平面視するとＺの字形を傾斜させた形状（平面視傾斜型Ｚ形状）をした複数のフィン構成部５２Ａを備えた伝熱管３１として形成することもできる。  
なお、図６は、平面視Ｚ形状をしたフィン構成部５２Ａを有する管内面の拡大平面図である。但し、図６中、前記フィン構成部５２Ａ、前記突出片１６の頂部のみを模式的に示している。
【００９６】
平面視Ｚ形状をした分断されたフィン構成部５２Ａは、該フィン構成部５２Ａに第１突出片１６ａを備えるに加えて、第４突出片１６ｄを備えた形態である。
【００９７】
さらに、前記伝熱管３１は、管軸方向Ｄ１の上流側と下流側を図６に示した方向と逆にして、冷媒を流しても、第４突出片１６ｄが前記フィン構成部５２Ａの主溝螺旋方向下流側Ｄ２ｄに、管軸方向上流側Ｄ１ｕの前記主溝１３に突出した構成となる（図６中、括弧内に示した矢印参照）。
【００９８】
すなわち、上述した構成の伝熱管３１は、管内に、管軸方向Ｄ１の一方側と他方側のいずれの側を上流側として下流側へ冷媒を流しても、第１突出片１６ａ、第４突出片１６ｄのいずれか一方が必ず、前記フィン構成部５２Ａの主溝螺旋方向下流側Ｄ２ｄに、管軸方向上流側Ｄ１ｕの前記主溝１３に突出した構成となる。
【００９９】
よって、前記構成の伝熱管は、熱交換器への取り付け方向に関らず、上述した優れた性能を確保することができ、取り付け方向を意識することなく容易に熱交換器に対して取り付けることができる。
【０１００】
本発明は、上述した本実施形態のように様々な構成により形成することができるが、上述した構成に限定されるものではなく、多くの実施形態を得ることができる。  
なお、上述した実施形態と、この発明の構成との対応において、この実施形態の主溝１３は、この発明のフィン間に対応するものとする。
【符号の説明】
【０１０１】
１０…管内面
１１，２１，３１…伝熱管
１２，４２，５２…フィン
１２Ａ，４２Ａ，５２Ａ…フィン構成部
１３…主溝
１４…副溝
１５…副溝形成部分
１６…突出片
Ｄ１…管軸方向
Ｄ２…主溝螺旋方向
Ｄ３…副溝螺旋方向
【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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