(57)【要約】  本発明は、内部と外部との熱交換を行う給湯用コルゲート伝熱管に関するものである。コルゲート伝熱管の内部を流れる流体のレイノルズ数（Ｒｅ）が７０００未満の区間に位置する部分の内面の少なくとも一部に、高さＨ１が０．５ｍｍ〜１．５ｍｍの複数の突起が設けられ、突起の高さＨ１が内径Ｄの０．０５〜０．１５倍、または突起の高さＨ１がコルゲート溝の深さ（Ｈｍ）の１〜３倍である。その結果、簡単な構造で、低レイノルズ数域において伝熱性能の向上を図るとともに、管内の圧力損失が小さい。
2008029639.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部と外部との熱交換を行う給湯用コルゲート伝熱管であって、その特徴は、
管内に螺旋コルゲートが設けられており、
前記内部を流れる流体のレイノルズ数（Ｒｅ）が７０００未満の区間に位置する部分の内面の少なくとも一部に、高さ（Ｈ１）が０．５ｍｍ〜１．５ｍｍである複数の突起が設けられている、給湯用コルゲート伝熱管。
【請求項２】
内部と外部との熱交換を行う給湯用コルゲート伝熱管であって、その特徴は、
管内に螺旋コルゲートが設けられており、
前記内部を流れる流体のレイノルズ数（Ｒｅ）が７０００未満の区間に位置する部分の内面の少なくとも一部に、高さ（Ｈ１）が内径（Ｄ）の０．０５〜０．１５倍である複数の突起が設けられている、
給湯用コルゲート伝熱管。
【請求項３】
内部と外部との熱交換を行う給湯用コルゲート伝熱管であって、その特徴は、
管内に螺旋コルゲートが設けられており、
前記内部を流れる流体のレイノルズ数（Ｒｅ）が７０００未満の区間に位置する部分の内面の少なくとも一部に、高さ（Ｈ１）がコルゲート溝の深さ（Ｈｍ）の１〜３倍である複数の突起が設けられている、
給湯用コルゲート伝熱管。
【請求項４】
内部と外部との熱交換を行う給湯用コルゲート伝熱管であって、その特徴は、
管内に螺旋コルゲートが設けられており、
前記内部を流れる流体のレイノルズ数（Ｒｅ）が７０００未満の区間に位置する部分の内面の少なくとも一部に複数の突起が設けられており、
前記複数の突起のピッチ（Ｐ１）と前記コルゲートのピッチ（Ｐｍ）とは異なる値である、
給湯用コルゲート伝熱管。
【請求項５】
給湯器の熱交換器に用いられ、内部と外部との熱交換を行うコルゲート伝熱管であって、その特徴は、
管内に螺旋コルゲートが設けられており、
前記内部を流れる流体である水が流入する流入口の近傍に位置する部分の内面に、高さ（Ｈ１）が０．５ｍｍ〜１．５ｍｍである複数の突起が設けられている、
給湯用コルゲート伝熱管。
【請求項６】
給湯器の熱交換器に用いられ、内部と外部との熱交換を行うコルゲート伝熱管であって、その特徴は、
管内に螺旋コルゲートが設けられており、
前記内部を流れる流体である水が流入する流体入口の近傍に位置する部分の内面に、高さ（Ｈ１）が内径（Ｄ）の０．０５〜０．１５倍である複数の突起が設けられている、
給湯用コルゲート伝熱管。
【請求項７】
給湯器の熱交換器に用いられ、内部と外部との熱交換を行うコルゲート伝熱管であって、その特徴は、
管内に螺旋コルゲートが設けられており、
前記内部を流れる流体である水が流入する流体入口の近傍に位置する部分の内面に、高さ（Ｈ１）がコルゲート溝の深さ（Ｈｍ）の１〜３倍である複数の突起が設けられている、
給湯用コルゲート伝熱管。
【請求項８】
給湯器の熱交換器に用いられ、内部と外部との熱交換を行うコルゲート伝熱管であって、その特徴は、
管内に螺旋コルゲートが設けられており、
前記内部を流れる流体である水が流入する流入口の近傍に位置する部分の内面に、複数の突起が設けられており、
前記複数の突起のピッチ（Ｐ１）と前記コルゲートのピッチ（Ｐｍ）とは異なる値である、
給湯用コルゲート伝熱管。
【請求項９】
内部を流れる流体の流速が０．１ｍ/ｓ〜０．６ｍ/ｓである、請求項１から８のいずれかに記載の給湯用コルゲート伝熱管。
【請求項１０】
前記突起の任意の高さにおける断面形状は、円形、楕円形もしくは近似円形のような滑らかな曲線で構成されている、請求項１から８のいずれかに記載の給湯用コルゲート伝熱管。
【請求項１１】
前記流体が流出する流体出口の近傍に位置する部分の内面には、前記突起が設けられていない平滑部を有する
請求項１から８のいずれかに記載の給湯用コルゲート伝熱管。
【請求項１２】
前記突起の高さ（Ｈ１）よりも溝深さの浅い溝が前記内面に形成されている、
請求項１から８のいずれかに記載の給湯用コルゲート伝熱管。
【請求項１３】
前記複数の突起は、管軸の方向に平行して設けられている、
請求項１から８のいずれかに記載の給湯用コルゲート伝熱管。
【請求項１４】
前記複数の突起は、螺旋状に設けられている、
請求項１から８のいずれかに記載の給湯用コルゲート伝熱管。
【請求項１５】
前記複数の突起は、径方向の対向する位置で一対となるように設けられている、
請求項１から８のいずれかに記載の給湯用コルゲート伝熱管。
【請求項１６】
前記複数の突起のピッチ（Ｐ１）と内径（Ｄ）との比は、０．５〜１０である、
請求項１から８のいずれかに記載の給湯用コルゲート伝熱管。
【請求項１７】
前記複数の突起間には、高さ（Ｈ２）が０．５ｍｍ未満である小突起が設けられている、
請求項１から８のいずれかに記載の給湯用コルゲート伝熱管。
【請求項１８】
前記内面には、前記突起が設けられていない平滑部が存在する、
請求項１から８のいずれかに記載の給湯用コルゲート伝熱管。
【請求項１９】
前記突起は、前記外部から力を加えることにより形成されるものであり、直線部には前記突起が形成され、曲げ部には前記突起が形成されない、
請求項１から８のいずれかに記載の給湯用コルゲート伝熱管。
【請求項２０】
前記突起は、前記外部から力を加えることにより形成されるものであり、曲げ部においては、曲げられている面と交差する部分には前記突起が形成されていない、
請求項１から８のいずれかに記載の給湯用コルゲート伝熱管。
【請求項２１】
前記給湯用コルゲート伝熱管の外部には、前記流体と熱交換を行う第２流体を流すための第２伝熱管が配置されており、
給湯用コルゲート伝熱管の外面には、前記第２伝熱管が接触しており、
前記突起は、前記外面を凹ませることによって前記内面に形成されるものであって、前記第２伝熱管との接触部分以外の場所に形成されている、
請求項１から８のいずれかに記載の給湯用コルゲート伝熱管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、給湯器技術、特に管内を流れる流体のレイノルズ数Ｒｅが７０００未満の給湯用コルゲート伝熱管に関する。
【背景技術】
【０００２】
空気調和装置、給湯器などに用いられる熱交換装置においては、管内に水などの流体が流れるとともに管内外の温度差によって熱交換を行う伝熱管が設けられている。そして、伝熱管の伝熱性能を向上させるため、管内面に溝が形成された溝付管が使われることがある。また、伝熱管の内面に突起を設けて伝熱性能を向上させる技術も提案されている。
このように、伝熱管内部に突起を設けると、伝熱管の伝熱面積が大きくなるとともに、突起により流体が撹拌されることで、伝熱面における熱伝達率が増大され、伝熱性能が向上する。しかし、伝熱管内部に突起を設けると、突起によって管摩擦係数が増大し、管内の流れの圧力損失が大きくなる。そこで、伝熱管内部に高さが０．４５ｍｍ〜０．６ｍｍの突起を設けて、冷媒との熱伝達を促進しつつ圧力損失を抑える技術が提案されている（特許文献１）。また、伝熱管にコルゲート管を採用することで、伝熱能力の向上を図る技術も提案されている（特許文献２）。
【特許文献１】特公平６−７０５５６
【特許文献２】特開平２００２−２２８３７０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、伝熱管内の流体の流速が非常に低く、管内における流体の流れが層流域から乱流域への遷移領域である場合、特許文献１で開示された高さ０．４５ｍｍ〜０．６ｍｍの突起を設けても伝熱性能の向上は小さい。
例えば、図１に示すヒートポンプ式給湯器においては、電気代の安い夜間電力を効率的に利用するため、長い時間をかけて水を約１０℃から約９０℃まで一過式で沸かす。ここでは、製品のコンパクト化と高効率を確保するため、伝熱管内を流れる水の流量を非常に小さい値（例えば、０．８Ｌ／ｍｉｎ）に設定している。このように管内の水流量が小さい伝熱管においては、伝熱管の内径を小さくすることで管内の流速を高め、伝熱性能を向上させる方法を採用している。しかし、この場合でも管内の水流量が小さいため、管内における水の流れは、流入口付近では層流域から乱流域への遷移領域（Ｒｅ＝１５００〜３０００）、流出口付近でも乱流初期（Ｒｅ＝７０００）程度である。また、水の流入口付近の低温区間では、熱伝導率も小さいため、効率的な熱交換が期待できない。【０００４】
また、伝熱管内の流体の流速が非常に低く、管内における流体の流れが層流域から乱流域への遷移領域である場合、コルゲート管のみによる伝熱性能の向上は小さい。さらに、コルゲート管は管壁の境界において強い乱流を発生させるため、コルゲート溝の深さによっては、管摩擦係数が平滑管よりかなり増大し、管内の流れの圧力損失が大きくなる。
本発明の目的は、上記背景技術の問題点を克服し、簡単な構造で、低レイノルズ数域において伝熱性能の向上を図るとともに、管内の圧力損失が小さい給湯用コルゲート伝熱管を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
第１発明に係る給湯用コルゲート伝熱管は、内部と外部との熱交換を行う給湯用コルゲート伝熱管であって、内部を流れる流体のレイノルズ数Ｒｅが７０００未満の区間に位置する部分の内面の少なくとも一部に、高さＨ１が０．５ｍｍ〜１．５ｍｍである複数の突起が設けられている。
伝熱管としてコルゲート管を採用すると、コルゲート溝により乱流を発生させ、伝熱性能の向上効果を得ることができる。一方、層流域及び層流域から乱流域への遷移が発生する低レイノルズ数の区間において、コルゲート管のみによる伝熱性能の向上効果を得るためには、コルゲート溝の深さを高くする必要があり、それにより管摩擦係数が高くなり、管内の圧力損失が大きくなる。
そこで、層流域及び層流域から乱流域への遷移が発生する低レイノルズ数の区間、すなわちレイノルズ数Ｒｅが７０００未満の区間に位置する部分の内面に、管内に向けて突出する高さが０．５ｍｍ〜１．５ｍｍの複数の突起を設けた。その結果、コルゲート管及び管内に設けた突起による熱伝達率の向上が図られるとともに、コルゲート溝の深さを抑え、且つ突起が管内の圧力損失に与える影響が小さく、給湯用コルゲート伝熱管全体の性能が向上する。【０００６】
第２発明に係る給湯用コルゲート伝熱管は、内部と外部との熱交換を行う給湯用コルゲート伝熱管であって、内部を流れる流体のレイノルズ数Ｒｅが７０００未満の区間に位置する部分の内面の少なくとも一部に、高さＨ１が内径Ｄの０．０５〜０．１５倍である複数の突起が設けられている。
管内に突起が設けられた場合、管摩擦係数は、レイノルズ数Ｒｅ及び相対粗度の関数となる。ここでは、管内突起による管摩擦係数への影響を表すため、管内に設けた突起の高さと管内径との比（すなわち相対粗度）を用いている。層流域から乱流域への遷移が発生する低レイノルズ数の区間において、管内壁面の相対粗度を所定範囲内にすることにより、伝熱効果の向上を図るとともに圧力損失による影響を最小限に抑えることができる。
そこで、層流域及び層流域から乱流域への遷移が発生する低レイノルズ数の区間、すなわちレイノルズ数Ｒｅが７０００未満の区間に位置する部分の内面に、高さＨ１が内径Ｄの０．０５〜０．１５倍である複数の突起を設けた。その結果、管内に設けた突起による熱伝達率の向上が図られるとともに、突起が管内の圧力損失に与える影響が抑えられ、給湯用コルゲート伝熱管全体の性能が向上する。【０００７】
第３発明に係る給湯用コルゲート伝熱管は、給湯用熱交換器に用いられ、内部と外部との熱交換を行う伝熱管であって、内部を流れる流体のレイノルズ数（Ｒｅ）が７０００未満の区間に位置する部分の内面の少なくとも一部に、高さ（Ｈ１）がコルゲート溝の深さ（Ｈｍ）の１〜３倍である複数の突起が設けられている。
コルゲート溝が設けられている伝熱管内に突起を設けた場合、突起の高さ（Ｈ１）とコルゲート溝の深さ（Ｈｍ）による伝熱効果の向上を図るとともに圧力損失による影響を最小限に抑える必要がある。レイノルズ数（Ｒｅ）が７０００未満の低レイノルズ数の区間において、複数の突起の高さ（Ｈ１）がコルゲート溝の深さ（Ｈｍ）の１〜３倍である場合、コルゲート管及び管内に設けた突起による熱伝達率の向上が図られるとともに、コルゲート溝の深さを抑え、且つ突起が管内の圧力損失に与える影響が小さく、給湯用コルゲート伝熱管全体の性能が向上することができる。【０００８】
第４発明に係る給湯用コルゲート伝熱管は、給湯用熱交換器に用いられ、内部と外部との熱交換を行う伝熱管であって、内部を流れる流体のレイノルズ数（Ｒｅ）が７０００未満の区間に位置する部分の内面の少なくとも一部に複数の突起が設けられており、
複数の突起のピッチ（Ｐ１）とコルゲートのピッチ（Ｐｍ）とは異なる値である。
突起とコルゲート溝とが重なる位置に設けられた場合、管内の摩擦係数が高くなり、管内の圧力損失が急激に高くなる恐れがある。ここでは、突起のピッチ（Ｐ１）とコルゲートのピッチ（Ｐｍ）とは異なる値にすることで、突起がコルゲート溝と重ならない位置に設けられることとなり、管内における圧力損失の急増を抑えることができる。【０００９】
第５発明に係る給湯用コルゲート伝熱管は、給湯用熱交換器に用いられ、内部と外部との熱交換を行う伝熱管であって、内部を流れる流体である水が流入する流入口の近傍に位置する部分の内面に、高さＨ１が０．５ｍｍ〜１．５ｍｍである複数の突起が設けられている。
給湯用熱交換器に用いられる伝熱管の流入口付近の水の流れは、層流域および／または層流域から乱流域への遷移領域に該当する。一方、伝熱管の流入口付近では水温が低く、熱伝達率も低い。そこで、本発明では、少なくとも水の流入口近傍に位置する部分の内面に、高さが０．５ｍｍ〜１．５ｍｍの複数の突起を設けて、管内に設けた突起による熱伝達率の向上を図っている。また、突起による熱伝達率の向上が図られるとともに、突起が管内の圧力損失に与える影響が小さく、給湯用コルゲート伝熱管全体の性能が向上する。【００１０】
第６発明に係る給湯用コルゲート伝熱管は、給湯用熱交換器に用いられ、内部と外部との熱交換を行う伝熱管であって、内部を流れる流体である水が流入する流体流入口の近傍に位置する部分の内面に、高さＨ１が内径Ｄの０．０５〜０．１５倍である複数の突起が設けられている。
給湯用熱交換器においては、伝熱管の流入口付近の水の流れは、層流域および／または層流域から乱流域への遷移領域に該当する。また、伝熱管の流入口付近では水温が低く、熱伝達率も低い。そこで、この給湯用熱交換器において、少なくとも水の流入口近傍に位置する伝熱管の内面に、高さが伝熱管内径の０．０５〜０．１５倍である複数の突起を設けている。その結果、管内に設けた突起による熱伝達率の向上が図られるとともに、突起が管内の圧力損失に与える影響が抑えられ、給湯用コルゲート伝熱管全体の性能が向上する。【００１１】
第７発明に係る給湯用コルゲート伝熱管は、給湯用熱交換器に用いられ、内部と外部との熱交換を行う伝熱管であって、内部を流れる流体である水が流入する流体入口の近傍に位置する部分の内面に、高さ（Ｈ１）がコルゲート溝の深さ（Ｈｍ）の１〜３倍である複数の突起が設けられている。
伝熱管の流入口付近の水の流れは、層流域および／または層流域から乱流域への遷移領域に該当する。また、伝熱管の流入口付近では水温が低く、熱伝達率も低い。ここでは、コルゲート溝が設けられている伝熱管内に突起を設け、熱伝達率の向上を図っている。しかし、コルゲート溝が設けられている伝熱管内に突起を設けた場合、突起の高さ（Ｈ１）とコルゲート溝の深さ（Ｈｍ）による伝熱効果の向上を図るとともに圧力損失による影響を最小限に抑える必要がある。レイノルズ数（Ｒｅ）が７０００未満の低レイノルズ数の区間において、複数の突起の高さ（Ｈ１）がコルゲート溝の深さ（Ｈｍ）の１〜３倍である場合、コルゲート管及び管内に設けた突起による熱伝達率の向上が図られるとともに、コルゲート溝の深さを抑え、且つ突起が管内の圧力損失に与える影響が小さく、給湯用コルゲート伝熱管全体の性能が向上することができる。【００１２】
第８発明に係る給湯用コルゲート伝熱管は、給湯用熱交換器に用いられ、内部と外部との熱交換を行う伝熱管であって、内部を流れる流体である水が流入する流入口の近傍に位置する部分の内面に複数の突起が設けられており、複数の突起のピッチ（Ｐ１）とコルゲートのピッチ（Ｐ２）とは異なる値である。
伝熱管の流入口付近の水の流れは、層流域および／または層流域から乱流域への遷移領域に該当する。また、伝熱管の流入口付近では水温が低く、熱伝達率も低い。ここでは、コルゲート溝が設けられている伝熱管内に突起を設け、熱伝達率の向上を図っている。しかし、突起とコルゲート溝とが重なる位置に設けられた場合、管内の摩擦係数が高くなり、管内の圧力損失が急激に高くなる恐れがある。そこで、突起のピッチ（Ｐ１）とコルゲートのピッチ（Ｐ２）とは異なる値にすることで、突起がコルゲート溝と重ならない位置に設けられることとなり、管内における圧力損失の急増を抑えることができる。【００１３】
第９発明に係る給湯用コルゲート伝熱管は、第１発明から第８発明のいずれかに記載の給湯用コルゲート伝熱管において、内部を流れる流体の流速が０．１ｍ/ｓ〜０．６ｍ/ｓである。なお、給湯用コルゲート伝熱管の内部を流れる流体の流速が０．２ｍ/ｓ〜０．４ｍ/ｓであることが好ましい。ここで、管内の流体の流速が０．１ｍ/ｓ未満である場合、コルゲート伝熱管の熱伝達率が極めて低い。一方、管内の流体の流速が０．６ｍ/ｓを超えると、コルゲート管内の摩擦係数が大きくなり、管内の圧力損失が大きくなる。そこで、内部を流れる流体の流速範囲を０．１ｍ/ｓ〜０．６ｍ/ｓとする。その結果、コルゲート溝と管内に設けた突起による熱伝達率の向上が図られるとともに、突起が管内の圧力損失に与える影響が抑えられ、給湯用コルゲート伝熱管全体の性能が向上する。【００１４】
第１０発明に係る給湯用コルゲート伝熱管は、第１発明から第８発明のいずれかに記載の給湯用コルゲート伝熱管において、突起の任意の高さにおける断面形状は、円形、楕円形もしくは近似円形のような滑らかな曲線で構成されている。
コルゲート管内突起による管内流体の圧力損失への影響要素として、コルゲート溝の高さ、管内流体のレイノルズ数、速度、突起の高さなどのほか、突起の形状が挙げられる。突起の形状が鋭角状である場合、角を曲がる流れにより剥離渦が生じ、流体の圧力損失が高くなる。
そこで、突起の任意の高さにおける断面形状が、円形、楕円形もしくは近似円形のような滑らかな曲線で構成されているようにしている。すなわち、突起の外周面が滑らかな曲面で形成されているため、突起の形状が鋭角状であるものに比べて剥離渦の発生を抑えることができ、管内流体の圧力損失による影響が抑えられ、コルゲート伝熱管全体の性能が向上する。【００１５】
第１１発明に係る給湯用コルゲート伝熱管は、第１発明から第８発明のいずれかに記載の給湯用コルゲート伝熱管において、流体が流出する流体流出口の近傍に位置する区間には、突起が設けられていない。
コルゲート伝熱管の流体流出口部では、流体の温度が高く、例えば流体が水である場合、コルゲート管内面にスケールが付着するおそれがある。このような区間に突起を設けると、突起によりスケールの付着が促進されるおそれがある。そこで、流体の温度が高い流体流出口近傍に位置する区間には、突起が設けられていない管、例えば平滑管を使用することにより、スケールの発生を抑える。【００１６】
第１２発明に係る給湯用コルゲート伝熱管は、第１発明から第８発明のいずれかに記載の給湯用コルゲート伝熱管において、突起の高さＨ１よりも溝深さの浅い溝が管内面に形成されている。
低レイノルズ数域においては、コルゲート伝熱管内面に設けられた突起のうち、小さい突起より大きい突起の方が熱伝達率の向上に貢献する。そこで、コルゲート伝熱管内に溝付き管の溝の深さより高い突起を設けることで伝熱効果の向上を図る。一方、高レイノルズ数域においては、突起の高さより深さの浅い溝の方が熱伝達率の向上に貢献する。そこで、高レイノルズ域においては、突起の高さより溝深さの浅い溝が内面に形成されている溝付き管を採用することにより、コルゲート伝熱伝熱管の伝熱性能がさらに向上する。【００１７】
第１３発明に係る給湯用コルゲート伝熱管は、第１発明から第８発明のいずれかに記載の給湯用コルゲート伝熱管において、複数の突起は、管軸方向に平行して設けられている。
管軸方向に突起を設けることにより、伝熱促進が連続しておこなえる。また、流体の流れは管軸方向に直線的に流れるため、圧力損失の増加が小さく、伝熱管全体の性能が向上する。【００１８】
第１４発明に係る給湯用コルゲート伝熱管は、第１発明から第８発明のいずれかに記載の給湯用コルゲート伝熱管において、複数の突起は、螺旋状に設けられている。
螺旋状に突起を設けることにより、管内の流体の流れに旋回が発生し、流体の通過長さが長くなり、伝熱性能がさらに向上する。【００１９】
第１５発明に係る給湯用コルゲート伝熱管は、第１発明から第８発明のいずれかに記載の給湯用コルゲート伝熱管において、複数の突起は、伝熱管の径方向の対向する位置で一対となるように設けられている。
径方向の対向する位置で一対となるように突起を設けることにより、突起付近の断面積が減少し、流体の混合が促進され、伝熱性能がさらに向上される。【００２０】
第１６発明に係る給湯用コルゲート伝熱管は、第１発明から第８発明のいずれかに記載の給湯用コルゲート伝熱管において、複数の突起のピッチＰ１と伝熱管内径Ｄとの比は０．５〜１０である。
突起のピッチＰ１と伝熱管内径Ｄとの比が０．５以下の場合、伝熱促進効果は得られるが、上流側において突起の影響により圧力損失が大きくなる。また、突起のピッチＰ１と伝熱管内径Ｄとの比が１０以上の場合、伝熱促進効果が小さくなる。
そこで、突起のピッチＰ１と伝熱管内径Ｄとの比を０．５〜１０にすることで、伝熱促進効果を維持しつつ、圧力損失の増加が小さく、伝熱管全体の性能が向上する。【００２１】
第１７発明に係る給湯用コルゲート伝熱管は、第１発明から第８発明のいずれかに記載の給湯用コルゲート伝熱管において、複数の突起間には、高さ（Ｈ２）が０．５ｍｍ未満の小突起が設けられている。
低レイノルズ数域においては、小さい突起より大きい突起の方が熱伝達率の向上に貢献するが、高レイノルズ数域においては、大きい突起より小さい突起（小突起）の方が熱伝達率の向上に貢献する。ここでは、大きな突起の間に小さな突起を設けることにより、レイノルズ数が低い区間では大きな突起により伝熱性能が向上され、レイノルズ数が高い区間では小さな突起による伝熱性能の向上の相乗効果が図られることにより、熱交換器全体の性能が向上する。【００２２】
第１８発明に係る給湯用コルゲート伝熱管は、第１発明から第８発明のいずれかに記載の給湯用コルゲート伝熱管において、伝熱管の内面には、突起が設けられていない平滑部が存在する。
突起のない平滑部において、伝熱管内の断面積は最大となる。すなわち、突起を設けている部分と突起を設けていない部分との間の内面形状の変化が最大となり、伝熱性能が向上する。一方、伝熱管内面に平滑部が存在しない場合は、伝熱管の内径が減少したものと同じ効果となり、流体の流速が速くなること伝熱促進効果は得られるが、管内の圧力損失も大きくなる。【００２３】
第１９発明に係る給湯用コルゲート伝熱管は、第１発明から第８発明のいずれかに記載の給湯用コルゲート伝熱管において、突起は外部から力を加えることにより形成されるものであり、直線部には形成され、曲げ部には形成されない。
外部から力を加えることにより伝熱管の内面に突起を形成させる場合、外面が凹むとともに対応する内面において管内に向け突起が形成されることが多い。また、一般的に、伝熱管に直線部と曲げ部を有している。曲げ部には、直線部における圧力損失に加えて曲げによる付加的な圧力損失が存在する。ここで、曲げ部の内面にさらに突起を設けると、曲げ部における圧力損失がさらに増大されるおそれがある。また、曲げ作業過程で伝熱管外面の凹んだ部位に大きな変形が発生し、破損などが発生するおそれがある。そこで、直線部には突起を設け、曲げ部には突起を設けていない。【００２４】
第２０発明に係る給湯用コルゲート伝熱管は、第１発明から第８発明のいずれかに記載の給湯用コルゲート伝熱管において、突起は外部から力を加えることにより形成されるものであり、曲げ部においては、曲げられている面と交差する区間には形成されていない。
伝熱管の曲げ部において、曲げられている面と交差する部分の変形量がいちばん大きい。そこで、伝熱管の曲げ部において、曲げられている面と交差する区間には突起を設けていない。例えば、伝熱管が水平面で曲げられている場合、曲げ部における水平面と交差する区間には突起を設けない。【００２５】
第２１発明に係る給湯用コルゲート伝熱管は、第１発明から第８発明のいずれかに記載の給湯用コルゲート伝熱管において、外部には流体に熱を供給する第２流体を流すための第２伝熱管が配置されており、外面には第２伝熱管が接触しており、突起は外面を凹ませることによって内面に形成されるものであって、第２伝熱管との接触部分以外の場所に形成されている。
ここでは、突起は外面を凹ませることによって内面に形成されるものであるため、内面に突起が形成された部位に対応する外面には凹みが形成されている。第２伝熱管と接触する部分に突起が形成される。すなわち外面に凹みが形成されると、伝熱管と第２伝熱管との接触が悪くなり、第２伝熱管からの伝熱効果が低下する。そこで、第２伝熱管との接触区間には突起を設けないようにすることで、第２伝熱管からの伝熱効果の低下を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】ヒートポンプ給湯器の模式図
【図２】水熱交換器の概略図。
【図３】コルゲート伝熱管の平面図。
【図４】コルゲート伝熱管の管内流れのレイノルズ数を表すグラフ。
【図５】（ａ）コルゲート伝熱管の断面斜視図。
【００２７】
（ｂ）図５（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図。
（ｃ）図５（ｂ）のＢ−Ｂ矢視断面図。
【図６】実験１の結果を示すグラフ図。
【図７】実験２の結果を示すグラフ図。
【図８】実験３の結果を示すグラフ図。
【図９】実験４の結果グラフ図。
【図１０】実施例１に係るコルゲート伝熱管の平面図。
【図１１】実施例２に係るコルゲート伝熱管の平面図。
【図１２】（ａ）実施例３に係るコルゲート伝熱管の平面図。
【００２８】
（ｂ）実施例３に係るコルゲート伝熱管の斜視図。
【図１３】実施例４に係るコルゲート伝熱管の平面図。
【図１４】実施例５に係るコルゲート伝熱管の平面図。  （ａ）実施例５に係るコルゲート伝熱管の平面図。  （ｂ）実施例５に係るコルゲート伝熱管の斜視図。
【図１５】実施例６に係るコルゲート伝熱管の平面図。
【図１６】実施例７に係るコルゲート伝熱管の平面図。
【図１７】実施例８に係るコルゲート伝熱管の平面図。
【図１８】実施例９に係るコルゲート伝熱管の平面図。
【図１９】（ａ）実施例１０に係るコルゲート伝熱管の平面図。
【００２９】
（ｂ）実施例１０に係るコルゲート伝熱管の斜視図。
【図２０】実施例１１に係るコルゲート伝熱管の平面図。
【図２１】（ａ）コルゲート伝熱管の斜視図。  （ｂ）ハイフィン伝熱管の斜視図。  （ｃ）花柄伝熱管の斜視図。
【符号の説明】
【００３０】
１      貯湯ユニット
１００  ヒートポンプ給湯器
２      ヒートポンプユニット
３０    水熱交換器
３１１  水流入口
３１２  水流出口
３１３，４１３，５１３，６１３  突起
３１５  小突起
３１６，４１６，５１６，６１６  コルゲート溝
６４４  溝
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
本発明に係る給湯用コルゲート伝熱管について、添付図及び実施例に基づいて説明する。
図１は、本発明の給湯用コルゲート伝熱管を採用したヒートポンプ式給湯機の模式図である。ここで、ヒートポンプ式給湯機は、貯湯ユニット１とヒートポンプユニット２とを備えている。貯湯ユニット１は、水道管１１と、貯湯タンク１２と、水循環用ポンプ１３と、給水管３と、水熱交換器３０を構成するコルゲート伝熱管３１と、温湯管１６と、混合弁１７と、給湯管１８とが順に連結されている。ここでは、給水管１１から貯湯タンク１２に水道水が供給される。貯湯タンク１２の底部から温度の低い水が水循環用ポンプ１３より水熱交換器３０のコルゲート伝熱管３１に供給され加熱される。加熱された温湯は、貯湯タンク１２の上部に流入される。温湯管１６を経て貯湯タンク１２の上部から出湯される高温の温湯は、混合弁１７により混合水管１９の冷水と混合される。この混合弁１７により給湯の温度が調節され、給湯管１８によりユーザに供給される。【００３２】
次に、ヒートポンプユニット２は冷媒循環回路を備え、この冷媒循環回路は、圧縮機２１と、水熱交換器３０と、膨張弁２３と、空気熱交換器２４とを、冷媒管３２により順に接続して構成される。冷媒は圧縮機２１により高圧に圧縮された後、水熱交換器３０に送られる。水熱交換器３０において熱交換された冷媒は、膨張弁２３を通過し、空気熱交換器２４へ供給される。冷媒は、周囲からの熱を吸収して圧縮機２１に還流される。
図２は、ヒートポンプ給湯機における水熱交換器３０の概略図である。図２に示すように、水熱交換器３０は、コルゲート伝熱管３１と冷媒管３２とによって構成されている。コルゲート伝熱管３１は、同一平面上において長円形状となるように渦巻き形状に形成され、水通路Ｗを形成している。冷媒管３２は、伝熱管３１の外周に螺旋状に巻き付けられ、冷媒通路Ｒを形成している。そして、コルゲート伝熱管３１における渦巻きの外周側を水流入口３１１、コルゲート伝熱管３１における渦巻きの中心側を水流出口３１２としている。水熱交換器３０において、冷媒管３２内の冷媒は、冷媒流入口３２２においてＡ２２方向から流入し放熱する。その後、冷媒流出口３２１においてＡ２１方向から流出する。水流入口３１１においてＡ１１方向から供給された水道水はこの熱により加熱され、温湯となって水流出口３１２においてＡ１２方向に流出する。【００３３】
次に、コルゲート伝熱管３１について説明する。図３に示すように、コルゲート伝熱管３１の管内面には、コルゲート３１６が形成され、高さがＨ１の複数の突起３１３が、管軸方向において上下対称に設けられている。図３においては、紙面方向から見て上方に設けられた突起３１３のみが表示されている。本実施例では、伝熱管３１の水流入口３１１における水温は約１０℃、水流出口３１２における水温は約９０℃と設定されている。ここで、コルゲート伝熱管における水の流量は約０．８Ｌ/ｍｉｎである。また、コルゲート伝熱管の外径が８ｍｍ〜１４ｍｍ（内径が６ｍｍ〜１２ｍｍ）であることが好ましい。
コルゲート伝熱管３１の管内流のレイノルズ数Ｒｅを、図４に表している。図４で示すように、コルゲート伝熱管３１の水流入口３１１におけるレイノルズ数Ｒｅは約２０００であり、管内の流れは層流域である。水の流れが進むにつれ、流入口３１１から流入された水は、図２に示す冷媒管３２との熱交換を行い水温が高くなる。水温上昇により、水の粘性係数が小さくなり、レイノルズ数Ｒｅは段々大きくなる。図４において、水流出口３１２におけるレイノルズ数Ｒｅは約７０００であって、管内流は層流から乱流への遷移領域に位置する。ここで、コルゲート伝熱管３１の管内面に設けられた複数の突起３１３が、伝熱性能の向上に与える影響及び圧力損失に与える影響を調べるため、以下の実験を行った。【００３４】
（１）実験１
図５（ａ）はコルゲート伝熱管３１の断面斜視図である。実験１においては、内径Ｄが８ｍｍの管内面に、深さがＨｍのコルゲート３１６に、高さがＨ１の突起を上下対称に設けている。図５（ｂ）は、図５（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図であり、図５（ｃ）は、図５（ｂ）のＢ−Ｂ矢視断面図である。図５（ａ）及び図５（ｂ）から分るように、突起３１３は伝熱管の外面を凹ませることによって内面に形成されるようになっている。また、図５（ｃ）から分るように、突起３１３の横断面図の形状は楕円形になるように形成されている。ここで、コルゲート伝熱管３１の内面には、突起が設けられていない平面部３１ａが存在する。
図６（ａ）は、管内の流れが層流域及び層流域から乱流域への遷移が発生する低レイノルズ数の区間の各レイノルズ数Ｒｅにおいて、突起を設けていないコルゲート管を採用した場合と、コルゲートの深さＨｍ+突起の高さＨ１が１．２ｍｍの場合の伝熱性能を表したものである。ここで、横軸はレイノルズ数Ｒｅの値を表している。縦軸は、突起３１３を設けたコルゲート伝熱管及び突起を設けていないコルゲート伝熱管のヌセルト数Ｎｕと平滑管のＮｕｏの比（Ｎｕ／Ｎｕｏ）を表している。ここで、ヌセルト数は、固体壁から流体への熱の伝わりやすさの指標としての熱伝達率値を無次元化したものであり、その値が大きいほど、固体壁から流体へ熱が伝わりやすくなる。従って、Ｎｕ／Ｎｕｏの値が大きいほど、突起及びコルゲートによる伝熱管の伝熱性能の向上が大きい。実線は突起３１３を設けたコルゲート伝熱管、点線は突起を設けていないコルゲート伝熱管である場合の実験結果を表わしている。図６（ａ）から分るように、突起を設けていないコルゲート伝熱管の伝熱性能はレイノルズ数と関係なく平滑管の３倍ぐらいである。一方、突起の高さＨ１が１．２ｍｍの突起３１３を設けたコルゲート伝熱管の場合、レイノルズ数Ｒｅが４０００以下の状態で、管内に設けた突起３１３による伝熱性能の向上は明らかである。一方、レイノルズ数Ｒｅが４０００以上の場合、管内に設けた突起３１３による伝熱性能の向上は緩やかである。【００３５】
図６（ｂ）は、管内の流れが、層流域及び層流域から乱流域への遷移が発生する低レイノルズ数の区間の各レイノルズ数Ｒｅにおいて、突起を設けていないコルゲート管を採用した場合と、コルゲートの深さＨｍ+突起の高さＨ１が１．２ｍｍの場合のコルゲート伝熱管３１を採用した場合の管内圧力損失の推移を表したものである。ここで、横軸はレイノルズ数Ｒｅの値を表している。縦軸は、突起３１３を設けたコルゲート伝熱管及び突起を設けていないコルゲート管のファニングの摩擦係数ｆと平滑管のファニングの摩擦係数ｆｏとの比（ｆ／ｆｏ）を表している。ここで、ファニングの摩擦係数は、管内流れの圧力損失を表す無次元数であり、その値が大きいほど、管内流れの圧力損失は大きくなる。したがって、ｆ／ｆｏの値が大きいほど、管内の水圧損失は大きくなる。実線は突起３１３を設けたコルゲート伝熱管、点線は突起を設けていないコルゲート伝熱管である場合の実験結果を表わしている。図６（ｂ）から分るように、レイノルズ数Ｒｅが７０００以下である場合、管内面に設けた突起３１３による管内圧力損失の増加部分は、ほぼ一定している。【００３６】
（２）実験２
実験２においては、突起３１３の高さＨ１が伝熱性能及び管内流れの圧力損失に与える影響を調べるため、管内面に設けた突起３１３の高さＨ１を変更させながら実験を行った。図７（ａ）は、内径Ｄが８ｍｍのコルゲート伝熱管に、高さＨ１が異なる突起を、管軸方向のピッチＰが１５ｍｍになるように上下対称に設けた場合の伝熱性能を表したものである。ここで、横軸は突起３１３の高さＨ１の値を表している。縦軸は、突起３１３を設けたコルゲート伝熱管３１のヌセルト数Ｎｕと突起を設けていない平滑管のヌセルト数Ｎｕｏとの比（Ｎｕ／Ｎｕｏ）を表している。実線はレイノルズ数Ｒｅが４０００である場合、点線はレイノルズ数Ｒｅが２０００である場合の実験結果を表わしている。図７（ａ）から分るように、レイノルズ数Ｒｅが４０００及び２０００の場合ともに、突起３１３の高さＨ１が高くなるほど伝熱性能は向上する。【００３７】
図７（ｂ）は、管内圧力損失の推移を表したものである。ここで、横軸は突起３１３の高さＨ１の値を表している。縦軸は、突起３１３を設けたコルゲート伝熱管３１のファニングの摩擦係数ｆと突起を設けていない平滑管のファニングの摩擦係数ｆｏとの比（ｆ／ｆｏ）を表している。実線はレイノルズ数Ｒｅが４０００である場合、点線はレイノルズ数Ｒｅが２０００である場合の実験結果を表わしている。図７（ｂ）から分るように、レイノルズ数Ｒｅが４０００及び２０００の場合ともに、突起３１３の高さＨ１が高くなるほど管内圧力損失は大きくなる。特に、Ｈ１が１．０以上の場合、管内圧力損失の増加が顕著になっている。
図７（ｃ）は、内径Ｄが８ｍｍのコルゲート伝熱管に、高さＨ１が異なる突起を１５ｍｍ（管軸方向）ピッチで上下対称に設けた場合の伝熱管全体の性能を表したものである。すなわち、伝熱性能の向上と圧力損失の抑制を総合的に考慮した性能を表す。ここで、横軸は突起の高さの値を表している。縦軸は、突起を設けたコルゲート伝熱管のヌセルト数Ｎｕと突起を設けていない平滑管のヌセルト数Ｎｕｏとの比（Ｎｕ／Ｎｕｏ）を、突起を設けた伝熱管のファニングの摩擦係数ｆと突起を設けていない平滑管のファニングの摩擦係数ｆｏとの比（ｆ／ｆｏ）で割った値を表している。上述したように、Ｎｕ／Ｎｕｏの値が大きいほど伝熱性能が向上され、ｆ／ｆｏの値が大きいほど管内の水圧損は大きくなる。したがって、Ｎｕ／Ｎｕｏの値をｆ／ｆｏの値で割った値が大きいほど、伝熱性能の向上が図れるとともに、突起が管内の圧力損失に与える影響が抑えられ、伝熱管全体の性能が向上したこととなる。【００３８】
図７（ｃ）において、実線はレイノルズ数Ｒｅが４０００である場合、点線はレイノルズ数Ｒｅが２０００である場合の実験結果を表わしている。図７（ｃ）から分るように、レイノルズ数Ｒｅが２０００で、伝熱管内に設けられた突起の高さが０．７９ｍｍである場合、Ｎｕ／Ｎｕｏの値をｆ／ｆｏの値で割った値が一番大きく、突起の高さが２．０ｍｍを超えるとその値は顕著に小さくなる。すなわち、低レイノルズ数区間では、突起の高さが０．５ｍｍ〜１．５ｍｍの範囲内である場合、伝熱管全体の性能向上が図れる。特に、突起の高さが０．５ｍｍ〜０．７９ｍｍの範囲内であることが好ましい。
（３）実験３
実験３においては、突起３１３の高さＨ１をそのまま指標とするのではなく、相対粗度（Ｈ１／Ｄ）を指標としている。この相対粗度（Ｈ１／Ｄ）が伝熱性能及び管内流れの圧力損失に与える影響を調べるため、相対粗度（Ｈ１／Ｄ）を変更させながら実験を行った。図８（ａ）は、レイノルズ数Ｒｅが２０００である状態及び４０００である状態で、相対粗度（Ｈ１／Ｄ）が異なる場合のコルゲート伝熱管の伝熱性能を表したものである。ここで、横軸は相対粗度（Ｈ１／Ｄ）の値を表している。縦軸は、突起３１３を設けたコルゲート伝熱管３１のヌセルト数Ｎｕと突起を設けていない平滑管のヌセルト数Ｎｕｏとの比（Ｎｕ／Ｎｕｏ）を表している。図８（ａ）から分るように、突起の相対粗度（Ｈ１／Ｄ）の値が大きいほど伝熱性能は向上する。また、図８（ａ）の点線から分るように、レイノルズ数２０００の状態では、相対粗度（Ｈ１／Ｄ）の値が０．１以下では突起による伝熱性能の向上は小さい。【００３９】
図８（ｂ）は、管内圧力損失の推移を表したものである。ここで、横軸は相対粗度（Ｈ１／Ｄ）の値を表している。縦軸は、突起３１３を設けたコルゲート伝熱管３１のファニングの摩擦係数ｆと突起を設けていない平滑管のファニングの摩擦係数ｆｏとの比（ｆ／ｆｏ）を表している。実線はレイノルズ数Ｒｅが４０００である場合、点線はレイノルズ数Ｒｅが２０００である場合の実験結果を表わしている。図８（ｂ）から分るように、レイノルズ数Ｒｅが４０００及び２０００の場合ともに、突起３１３の高さＨ１／Ｄが高くなるほど管内圧力損失は大きくなる。特に、Ｈ１／Ｄが０．１２以上の場合、管内圧力損失の増加が顕著になっている。
図８（ｃ）は、突起の相対粗度（Ｈ１／Ｄ）が異なる場合のコルゲート伝達管全体の性能を表したものである。ここで、横軸は相対粗度（Ｈ１／Ｄ）の値を表している。縦軸は、突起を設けた伝熱管のヌセルト数Ｎｕと突起を設けていない平滑管のヌセルト数Ｎｕｏとの比（Ｎｕ／Ｎｕｏ）を、突起を設けたコルゲート伝熱管のファニングの摩擦係数ｆと突起を設けていない平滑管のファニングの摩擦係数ｆｏとの比（ｆ／ｆｏ）で割った値を表している。上述したように、Ｎｕ／Ｎｕｏの値が大きいほど伝熱性能が向上され、ｆ／ｆｏの値が大きいほど管内の水圧損は大きくなる。したがって、Ｎｕ／Ｎｕｏの値をｆ／ｆｏの値で割った値が大きいほど、熱伝達率の向上を図るとともに、突起が管内の圧力損失に与える影響を抑え、コルゲート伝熱管全体の性能が向上したこととなる。図８（ｃ）から分るように、レイノルズ数Ｒｅが２０００の場合、コルゲート伝熱管内に設けられた突起の相対粗度（Ｈ１／Ｄ）が０．１である場合、Ｎｕ／Ｎｕｏの値をｆ／ｆｏの値で割った値が一番大きく、突起の相対粗度（Ｈ１／Ｄ）が０．２０を超えるとその値は顕著に小さくなる。すなわち、低レイノルズ数Ｒｅの区間では、突起の相対粗度（Ｈ１／Ｄ）が０．０５〜０．１５の範囲内である場合は、伝熱管全体の性能向上が図れる。特に、突起の相対粗度（Ｈ１／Ｄ）が０．０５〜０．１５の範囲内であることが好ましい。【００４０】
（４）実験４
実験４においては、突起３１３の高さＨ１の指標だけでなく、突起３１３の高さＨ１とコルゲート溝の深さＨｍとの比（Ｈ１／Ｈｍ）を指標としている。この相対高さ（Ｈ１／Ｈｍ）が伝熱性能及び管内流れの圧力損失に与える影響を調べるため、相対高さ（Ｈ１／Ｈｍ）を変更させながら実験を行った。図９（ａ）は、レイノルズ数Ｒｅが２０００である状態及び４０００である状態で、相対高さ（Ｈ１／Ｈｍ）が異なる場合の伝熱性能を表したものである。ここで、横軸は相対高さ（Ｈ１／Ｈｍ）の値を表している。縦軸は、突起３１３を設けたコルゲート伝熱管３１のヌセルト数Ｎｕと突起を設けていない平滑管のヌセルト数Ｎｕｏとの比（Ｎｕ／Ｎｕｏ）を表している。図９（ａ）から分るように、突起の相対高さ（Ｈ１／Ｈｍ）の値が大きいほど伝熱性能は向上する。また、図９（ａ）の点線から分るように、レイノルズ数２０００の状態では、相対粗度（Ｈ１／Ｈｍ）の値が０．５以下では突起による伝熱性能の向上は小さい。【００４１】
図９（ｂ）は、管内圧力損失の推移を表したものである。ここで、横軸は相対高さ（Ｈ１／Ｈｍ）の値を表している。縦軸は、突起３１３を設けたコルゲート伝熱管３１のファニングの摩擦係数ｆと突起を設けていない平滑管のファニングの摩擦係数ｆｏとの比（ｆ／ｆｏ）を表している。実線はレイノルズ数Ｒｅが４０００である場合、点線はレイノルズ数Ｒｅが２０００である場合の実験結果を表わしている。図８（ｂ）から分るように、レイノルズ数Ｒｅが２０００の場合、突起３１３の高さ相対高さ（Ｈ１／Ｈｍ）が高くなるほど管内圧力損失は大きくなる。特に、Ｈ１／Ｈｍが１．８以上の場合、管内圧力損失の増加が顕著になっている。
図９（ｃ）は、突起の相対高さ（Ｈ１／Ｈｍ）が異なる場合の伝達管全体の性能を表したものである。ここで、横軸は相対高さ（Ｈ１／Ｈｍ）の値を表している。縦軸は、突起を設けた伝熱管のヌセルト数Ｎｕと突起を設けていない平滑管のヌセルト数Ｎｕｏとの比（Ｎｕ／Ｎｕｏ）を、突起を設けた伝熱管のファニングの摩擦係数ｆと突起を設けていない平滑管のファニングの摩擦係数ｆｏとの比（ｆ／ｆｏ）で割った値を表している。図９（ｃ）から分るように、レイノルズ数Ｒｅが２０００で、伝熱管内に設けられた突起の相対高さ（Ｈ１／Ｈｍ）が１．８である場合、Ｎｕ／Ｎｕｏの値をｆ／ｆｏの値で割った値が一番大きく、突起の相対高さ（Ｈ１／Ｈｍ）が３．０を超えるとその値は顕著に小さくなる。すなわち、低レイノルズ数Ｒｅの区間では、突起の相対高さ（Ｈ１／Ｈｍ）が１．０〜３．０の範囲内である場合は、伝熱管全体の性能向上が図れる。特に、突起の相対高さ（Ｈ１／Ｈｍ）が１．０〜２．０の範囲内であることが好ましい。【００４２】
本発明に係る給湯用コルゲート伝熱管の異なる構造については、下記の実施例でさらに説明する（下記の実施例における内径Ｄ、コルゲート溝の深さＨｍ、突起の高さＨ１，Ｈ２、ピッチ及び溝の深さなどの値は単に例示したものであり、実施例において特許請求の範囲に記載された各パラメータの数値範囲及び上記各実験で用いた値を用いることも可能である。）
＜実施例１＞
図１０では、実施例１で使用したコルゲート伝熱管４１の構造を示している。図１０（ａ）で示すように、内径Ｄが８ｍｍの平滑管に、溝の深さＨｍが０．５ｍｍ、管軸方向のピッチＰｍが１０ｍｍのコルゲート溝４１６が形成されている。図１０（ｂ）で示すように、高さＨ１が１ｍｍの突起４３を、管軸方向のピッチＰが１５ｍｍになるように上下対称に設けている。ここでは、複数の突起のピッチ（Ｐ１）とコルゲートのピッチ（Ｐｍ）の値が異なる値にすることで、突起４１３がコルゲート溝４１６と重ならない位置に設けられることとなり、管内における圧力損失の急増を抑えることができる。【００４３】
＜実施例２＞
実施例２のコルゲート伝熱管５１では、図１１で示すように、コルゲート溝５１６が設けられており、高さＨ１が１．０ｍｍの突起５１３の間には、高さＨ２が０．３ｍｍの小突起５１５を設けている。低レイノルズ数域においては、小さい突起より大きい突起の方が熱伝達率の向上に貢献するが、高レイノルズ数域においては、大きい突起より小さい突起の方が熱伝達率の向上に貢献する。そこで、高さＨ１が１．０ｍｍの突起５１３の間に、高さＨ２が０．３ｍｍの小突起５１５を設けることにより、レイノルズ数が低い区間ではコルゲート溝５１６と突起５１３により伝熱性能が向上され、レイノルズ数が高い区間ではコルゲート溝５１６と小突起５１５による伝熱性能の向上の相乗効果が図られることにより、熱交換器全体の性能が向上する。【００４４】
＜実施例３＞
図１２に示すように、実施例３で採用したコルゲート伝熱管６１は、管内面上螺旋Ｃ１に沿って突起６１３を設けている。図１２（ａ）は、コルゲート伝熱管６１の平面図であり、図１２（ｂ）はコルゲート伝熱管６１の斜視図である。ここで、突起６１３の高さＨ１は１．０ｍｍ、円周方向のピッチＰ１は６ｍｍ、管軸方向のピッチＰ２は６ｍｍである。
＜実施例４＞
図１３に示すように、実施例４で採用したコルゲート伝熱管６３は、深さが０．５ｍｍのコルゲート溝６３６が設けられた伝熱管に、突起６３３が設けられている区間６３ａと、突起が設けられていない区間６３ｂを有する。ここで、突起が設けられていない区間６３ｂは、水の流出口６３２近傍に位置する区間である。伝熱管６３の流出口６３２近傍では、流体である水の温度が高く、管壁にスケールが付着するおそれがある。このような区間に突起部を設けた場合、スケールの付着が促進される場合がある。そこで、水温が高い水流出口６３２近傍に位置する区間６３ｂには、突起を設けらないことにより、スケールの発生が抑えられる。【００４５】
＜実施例５＞
図１４に示すように、実施例５で採用したコルゲート伝熱管６４は、深さが０．５ｍｍのコルゲート溝６４６と深さと０．２ｍｍの溝６４４とが設けられた溝付き管に、高さＨ１が１．０ｍｍの突起６４３を、管軸方向のピッチＰが１５ｍｍになるように上下対称に設けている。ここで、コルゲート溝６４６は実線、溝６４４は細い実線で表わしている。ここでは、溝６４４が設けられている管に突起６４３を設けることで、コルゲート溝６４６、溝６４４と突起６４３による伝熱管全体の相乗効果が計られる。
＜実施例６＞
図１５に示すように、実施例６で採用したコルゲート伝熱管６５は、区間６５ａ、区間６５ｂより構成されている。水流出口６５２の近傍に位置する区間６５ｂには突起を設けていないコルゲート伝熱管を採用し、その他の区間６５ａには、深さが０．５ｍｍのコルゲート溝６５６と深さが０．２ｍｍの溝６５４が設けられた溝付き管に高さが１．０ｍｍの突起６５３を設けている。コルゲート溝６５６は実線、溝６５４は細い実線で表わしている。コルゲート溝６５６、溝６５４と突起６５３による伝熱管全体の相乗効果が計られるとともに、水温が高い水流出口６５２近傍に位置する区間６５ｂにおけるスケールの発生が抑えられる。【００４６】
＜実施例７＞
図１６に示すように、実施例７で採用したコルゲート伝熱管６６は、区間６６ａ、区間６６ｂ，区間６６ｃの３区間から構成されている。水流入口６６１から管内のレイノルズ数Ｒｅが４０００までの区間６６ａには、深さが０．５ｍｍのコルゲート溝６６６と深さが０．２ｍｍの溝６６４が設けられた溝付き管に高さが１．０ｍｍの突起６６３を設けたものを採用し、水流出口６６２の近傍に位置する区間６６ｃには深さが０．５ｍｍのコルゲート溝６６６付きのコルゲート管を採用し、区間６６ａと区間６６ｃとの間には深さが０．５ｍｍのコルゲート溝と６６４の深さが０．２ｍｍの溝付き管６６ｂを採用している。ここで、コルゲート溝６６６は実線、溝６６４は細い実線で表わしている。ここでは、レイノルズ数が低い区間では突起６６３と溝６６４とコルゲート溝６６６とにより伝熱性能が向上され、レイノルズ数が高い区間では溝６６４とコルゲート溝６６６による伝熱性能の向上の相乗効果が図られることにより、熱交換器全体の性能が向上する。また、水温が高い水流出口６６２近傍に位置する区間６６ｃにおいてはコルゲート溝６６６によるスケールの発生が抑えられる。【００４７】
＜実施例８＞
図１７に示すように、実施例８で採用した伝熱管６７は、区間６７ａ、区間６７ｂ，区間６７ｃの３区間から構成されている。水流入口６７１から管内のレイノルズ数Ｒｅが４０００までの区間６７ａには、深さが０．５ｍｍのコルゲート溝６６６と高さが１．０ｍｍの突起６７３を設けたものを採用し、水流出口６７２の近傍に位置する区間６７ｃには深さが０．５ｍｍのコルゲート溝６７６を有するコルゲート伝熱管を採用し、区間６７ａと区間６７ｃとの間には深さが０．５ｍｍのコルゲート溝６７６と、溝６７４の深さが０．２ｍｍの溝付き管６７ｂを採用している。ここで、コルゲート溝６７６は実線、溝６７４は細い実線で表わしている。ここでは、レイノルズ数が低い区間ではコルゲート溝６７６と突起６７３により伝熱性能が向上され、レイノルズ数が高い区間ではコルゲート溝６７６と溝６７４による伝熱性能の向上の相乗効果が図られることにより、熱交換器全体の性能が向上する。また、水温が高い水流出口６７２近傍に位置する区間６７ｃにおいてはコルゲート溝６７６によりスケールの発生が抑えられる。【００４８】
＜実施例９＞
図１８に示すように、実施例９で採用したコルゲート伝熱管６８は、直線部６８４には突起６８３を設けているが、曲げ部Ｂ１〜Ｂ７（点線部分）には突起を設けていない。曲げ部Ｂ１〜Ｂ７の内面に突起を設けることによる管内圧力損失の増大を回避し、また曲げ作業過程における大きな変形、破損などの発生を回避できる。
＜実施例１０＞
図１９（ａ）は、実施例１０で採用したコルゲート伝熱管６９の平面図を示したものであり、図１９（ｂ）は、伝熱管６９の斜視図を示したものである。ここで、直線部６９４には突起６９３が設けられているが、曲げ部Ｃ−Ｃにおいて、曲げられている面Ｓ１と交差する区間６９５には突起を設けていない。【００４９】
＜実施例１１＞
図２０に示すように、実施例１１で採用したコルゲート伝熱管７０は、コルゲート伝熱管の外面７１と冷媒管７２との接触部位には突起を設けていない。冷媒管７２が巻かれる部位に対応する管外面に凹みが設けられると、冷媒管７２と伝熱管外面７１との接触が悪くなり、冷媒管７２からの伝熱効果が低下するおそれがある。そこで、冷媒管７２が巻き付けられていない部位に突起７１３を設けることで、冷媒管７２からの伝熱効果の低下を防ぐことができる。
＜その他＞
上述した実験及び実施例においては、図２１（ａ）に示すように、伝熱管としてコルゲート溝を有するコルゲート管に突起が設けられている。なお、図２１（ｂ）に示すように、伝熱管としてハイフィン管に突起が設けられた管、または図２１（ｃ）に示すように、伝熱管として花柄管に突起が設けられた管を採用することもできる。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【国際調査報告】
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