(57)【要約】【課題】二重管式熱交換器の環状部に低粘性流体を高流量で流す場合に、熱伝達率を向上させると共に、環状部流体の圧力損失を低減できる過冷却二重管式熱交換器用伝熱管を提供する。【解決手段】伝熱管は、管外表面に平面視で矩形をなして管軸方向及び管周方向に整列するように形成され、台形台状をなす複数個の突起と、管内表面に螺旋状に形成された１又は複数個のリブと、を有する。前記突起は、管軸方向に隣接する突起間の第１溝の幅が０．３乃至０．８０ｍｍであり、管周方向に隣接する突起間の第２溝の幅が０．１０乃至０．３０ｍｍであり、前記リブは、管軸方向に隣接するリブ間の溝の幅が０．１５乃至１．１０ｍｍであり、前記リブの管軸方向に対してなす角度であるリード角が、４０乃至６５°である。【選択図】図２
2015232415.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
管外表面に平面視で矩形をなして管軸方向及び管周方向に整列するように形成され、台形台状をなす複数個の突起と、
管内表面に螺旋状に形成された１又は複数個のリブと、
を有し、
前記突起は、管軸方向に隣接する突起間の第１溝の幅が０．３乃至０．８０ｍｍであり、管周方向に隣接する突起間の第２溝の幅が０．１０乃至０．３０ｍｍであり、
前記リブは、管軸方向に隣接するリブ間の溝の幅が０．１５乃至１．１０ｍｍであり、
前記リブの管軸方向に対してなす角度であるリード角が、４０乃至６５°であり、前記リブの管軸方向の山頂角は、５５乃至１１０°であることを特徴とする過冷却二重管式熱交換器用伝熱管。
【請求項２】
前記リブの管軸方向の形成ピッチは、０．６０乃至１．２４ｍｍであり、
前記リブの高さは、０．１２乃至０．３５ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の過冷却二重管式熱交換器用伝熱管。
【請求項３】
前記突起の高さは、０．１８乃至０．５０ｍｍであり、
前記突起の管軸方向の形成ピッチは、０．６５乃至１．１５ｍｍであり、
管周方向の前記突起間の第２溝の管周方向のピッチは、０．５１乃至１．０４ｍｍであり、前記突起の管軸方向の山頂角は、４乃至６５°であり、前記突起の管軸直角方向の山頂角は、２５乃至７５°であることを特徴とする請求項１又は２に記載の過冷却二重管式熱交換器用伝熱管。
【請求項４】
管軸方向の前記突起間の第１溝及び管周方向の前記突起間の第２溝の断面形状は、逆台形であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の過冷却二重管式熱交換器用伝熱管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気調和機の凝縮器の出口側に設置され、凝縮器の冷媒を過冷却させるために使用される二重管式熱交換器に組み込まれる伝熱管に関し、特に、二重管のリング状環状部を流れる単相流流体と、管中央の内管内を流れる流体（単相流又は相変化する二相流）との間の熱交換に適した過冷却二重管式熱交換器用伝熱管に関する。
【背景技術】
【０００２】
空気調和機は、例えば、特許文献１に記載されている。この空気調和機においては、図７に示すように、凝縮器１を出た冷媒は、主回路Ｆ１と、バイパス回路Ｆ２とを通流して、凝縮器１に戻る。主回路Ｆ１においては、凝縮器１を出た冷媒は、分岐点Ａ１を経て、過冷却熱交換器２に組み込まれる二重管式伝熱管の外管と内管との間のリング状の環状部を流れ、次いで、膨張弁３を経て減圧した後、蒸発器４に入る。そして、蒸発器４を出た冷媒は、合流点Ａ２を経て、圧縮器５に入り、圧縮器５を出た冷媒は、凝縮器１に戻る。一方、バイパス回路Ｆ２は、凝縮器１を出た冷媒が、分岐点Ａ１から膨張弁６を経て減圧し、その後、過冷却熱交換器２に組み込まれる二重管式伝熱管の内管の内部を流れる。その後、この冷媒は、合流点Ａ２を経て、圧縮器５に入り、圧縮器５を出た冷媒は、凝縮器１に戻る。
【０００３】
この空気調和機においては、凝縮器１で凝縮された冷媒は、主に、主回路Ｆ１を流れて、蒸発器４で蒸発した後、圧縮機５で圧縮される。一方、凝縮器１で凝縮された冷媒の一部は、バイパス回路Ｆ２を流れて膨張弁６にて膨張して減圧され、液相及び気相の二相状態となって冷却され、この低温の冷媒は、過冷却熱交換器２にて、主回路Ｆ１を流れる冷媒を過冷却させる。これにより、主回路Ｆ１側の液冷媒が冷却されて温度が下がり、主回路Ｆ１の膨張弁３を経て、蒸発器４に流れ込む。このため、この蒸発器４の入口に流入する冷媒と、蒸発器４の出口から出る冷媒との間のエンタルピー差、即ち蒸発潜熱が大きくなり、冷凍能力が高まる。これにより、主回路Ｆ１を流れる冷媒による空気調和機の冷凍能力を向上させることができる。また、冷媒の一部をバイパス回路Ｆ２に流すことにより、主回路Ｆ１の冷媒流量が減少し、蒸発器４及び圧縮器５の入り口における圧力損失を低減することができる。このように、二重管式熱交換器を使用して、冷媒を過冷却させることにより、空気調和機の冷凍能力の高性能化及び省エネルギ化が図られている。
【０００４】
この過冷却二重管式熱交換器に使用される伝熱管においては、二重管伝熱管の環状部に流す冷媒として、低粘性流体を使用するが、従来の二重管式伝熱管は、その低粘性流体の流量が多い場合に、熱伝達率が低いという問題点がある。
【０００５】
平滑管は、管表面が平滑であり、この管内に流体を流すと、管壁面に速度境界層及び温度境界層が形成され、この境界層が流体間の熱交換を阻害するため、伝熱性能が低い。
【０００６】
特許文献２には、管外面にくさび状の突起を設け、管内面に螺旋状の溝を多数設けて、乱流を促進することにより、流体を撹拌して、管壁面での速度境界層及び温度境界層の形成を抑制した伝熱管が開示されている。
【０００７】
また、特許文献３には、管外面に螺旋状のフィンを設け、管内面に螺旋状の溝を多数設けて、乱流を促進することにより、流体を撹拌して、管壁面での速度境界層及び温度境界層の形成を抑制した過冷却器用伝熱管が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−５４６１６号公報
【特許文献２】特開昭６１−２６５４９９号公報
【特許文献３】特開２０１３−７９７６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献２に開示された伝熱管は、管内に形成された多数の溝のリード角が１６〜３５°と小さいため、過冷却熱交換器に使用した場合に、管内の流体が管外の流体と熱交換する前に、熱交換器出口から抜けてしまい、熱交換性能の向上に限界がある。また、管外面に形成されたくさび状の突起は、管外側の性能向上に寄与し、管外（環状部）に低粘性流体を使用した場合に、その乱流が促進されるものの、特に、環状部の流量が多い場合に、くさび状突起先端部において剥離流が発生することにより、圧力損失が増大すると共に、伝熱性能が飽和するという問題点がある。また、この伝熱管を過冷却式熱交換器に使用した場合に、圧力損失が増大して、冷凍サイクル側の冷媒搬送動力、即ち、圧縮器の動力が増大するという問題点がある。
【００１０】
また、特許文献３に開示された伝熱管は、管内面に成形された多数の溝のリード角が１２〜２０°と小さいことから、過冷却式熱交換器に使用した場合に、管内の流体が管外の流体と熱交換する前に、熱交換器出口から抜けてしまい、熱交換性能の向上に限界があるという問題点がある。また、管外面に形成されたフィンも、管外面側の性能向上に寄与し、低粘性流体を使用した場合に、乱流が促進されるものの、特に環状部の流量が多い場合に、フィン先端部において剥離流が発生することにより圧力損失が増大すると共に、伝熱性能が飽和してしまう。また、この伝熱管を過冷却熱交換器に使用した場合、圧力損失の増大により冷凍サイクル側の冷媒搬送動力である圧縮器の動力が増大するという問題点がある。
【００１１】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、二重管式熱交換器の環状部に低粘性流体を高流量で流す場合に、熱伝達率を向上させると共に、環状部流体の圧力損失を低減できる過冷却二重管式熱交換器用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】
【００１２】
本発明に係る過冷却二重管式熱交換器用伝熱管は、
管外表面に平面視で矩形をなして管軸方向及び管周方向に整列するように形成され、台形台状をなす複数個の突起と、
管内表面に螺旋状に形成された１又は複数個のリブと、
を有し、
前記突起は、管軸方向に隣接する突起間の第１溝の幅が０．３乃至０．８０ｍｍであり、管周方向に隣接する突起間の第２溝の幅が０．１０乃至０．３０ｍｍであり、
前記リブは、管軸方向に隣接するリブ間の溝の幅が０．１５乃至１．１０ｍｍであり、
前記リブの管軸方向に対してなす角度であるリード角が、４０乃至６５°であり，前記リブの管軸方向の山頂角は，５５乃至１１０°であることを特徴とする。
【００１３】
なお、この伝熱管は、二重管式熱交換器の内管に使用される。従って、この伝熱管の外面に、二重管のリング状環状部を流れる流体が接触し、通常、この流体が単相流流体であり、この伝熱管の内面に、二重管式熱交換器の内管内を流れる流体が接触し、通常、この流体が単相流又は相変化する二相流である。そして、この伝熱管の内面と外面に接触する流体間で、熱交換がなされる。二重管式熱交換器の外管は、この外管と内管との間のリング状の環状部に、流体を流すための環状部を規定する。
【００１４】
この過冷却二重管式熱交換器用伝熱管において、好ましくは、
前記リブの管軸方向の形成ピッチは、０．６０乃至１．２４ｍｍであり、
前記リブの高さは、０．１２乃至０．３５ｍｍである。
【００１５】
また、好ましくは、
前記突起の高さは、０．１８乃至０．５０ｍｍであり、
前記突起の管軸方向の形成ピッチは、０．６５乃至１．１５ｍｍであり、
管周方向の前記突起間の第２溝の管周方向のピッチは、０．５１乃至１．０４ｍｍであり、前記突起の管軸方向の山頂角は、４乃至６５°であり、前記突起の管軸直角方向の山頂角は、２５乃至７５°である。
【００１６】
更に、好ましくは、
管軸方向の前記突起間の第１溝及び管周方向の前記突起間の第２溝の断面形状は、逆台形である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、二重管式熱交換器の環状部に低粘性流体を高流量で流す過冷却二重管式熱交換器用伝熱管において、伝熱管の熱伝達率を向上させることができると共に、環状部流体の圧力損失を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態に係る伝熱管の外面の突起３１を示す平面分解図である。
【図２】（ａ）は同じく実施形態の伝熱管の管軸方向の断面図（一部斜視図）、（ｂ）は伝熱管の管軸直角方向の断面図である。
【図３】外面の流体の流れを示す模式図である。
【図４】同じく外面の流体の流れを示す模式図である。
【図５】溝形状を示す図である。
【図６】熱交換量及び圧力損失の試験装置である。
【図７】過冷却二重管式熱交換器を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照して具体的に説明する。本発明の実施形態の伝熱管は、過冷却二重管式熱交換器に組み込まれる内管となる伝熱管である。この内管の外側に、外管が同心的に配置されて、二重管となる。そして、この二重管の内管の伝熱管の外面に、二重管のリング状環状部を流れる流体が接触し、通常、この流体が単相流流体である。また、この二重管の内管の伝熱管の内面に、二重管式熱交換器の内管内を流れる流体が接触し、通常、この流体が単相流又は相変化する二相流である。そして、この伝熱管の内面と外面に接触する流体間で、熱交換がなされる。二重管式熱交換器の外管は、この外管と内管との間のリング状の環状部を規定するものであり、前記外管の内面が、流体が流れる環状部の外面を規定する。
【００２０】
図１は、この内管の伝熱管の外表面を示し、図２は、この伝熱管の管軸に沿う断面図（一部斜視図）及び管軸直角方向の断面図である。本実施形態の伝熱管１１は、二重管式熱交換器の内管となるものであり、この伝熱管１１と同心的に、外管１２が内管の伝熱管の外側に配置される。外管１２の内面１５と、内管（伝熱管１１）の外面１３との間の空間が、リング状の環状部となり、例えば、単相流流体が流れる。内管（伝熱管１１）の内面１４に囲まれる空間は、二重管の中心部であり、例えば、単相流流体又は相変化する二相流流体が流れる。
【００２１】
伝熱管１１の外面１３には、平面視で矩形をなす複数個の突起３１が形成されている。この突起３１は高さがｈ１の台形台状をなす。そして、この突起３１は、管外面に螺旋状に配列されており、従って、円周方向及び管軸方向に整列する位置に形成されている。管軸方向に隣接する突起３１の間には、第１の溝３３が形成され、この第１の溝３３は管周方向に連なっている。また、管周方向に隣接する突起３１の間には、第２の溝３４が形成され、この第２の溝３４は管軸方向に連なっている。但し、突起３１は伝熱管１１の管外周面に螺旋状に配列されているので、第１の溝３３は厳密に管周方向に延びているのではなく、管周方向から若干傾斜している。また、第２の溝３４は、同様に、厳密には管軸方向に延びているのではなく、管軸方向から若干傾斜している。突起３１の高さはｈ１、溝３３、３４の深さはｈ２である。そして、第１の溝３３の第１の溝３３の延長方向に垂直の方向のピッチはＰ２、第２の溝３４の第２の溝３４の延長方向に垂直の方向のピッチはＰ１である。但し、このピッチＰ１は、突起３１の管周方向のピッチでもあり、ピッチＰ２は、突起３１の管軸方向のピッチでもある。なお、突起３１間の第１溝３３の幅は、０．３乃至０．８０ｍｍであり、第２溝の幅は、０．１０乃至０．３０ｍｍである。流体が通流する溝の幅として、この範囲が適切である。
【００２２】
また、伝熱管１１の内面には、螺旋状に延びるリブ３２が形成されており、隣接するリブ３２の間には、溝３５が形成されている。リブ３２の高さはｈ３、リブ３２の管軸方向に対してなす角度（リード角）はθ、リブ３２の管軸方向のピッチはＰ３である。なお、伝熱管１１の内面１４の最大直径（溝３５の底面から構成される周面の直径）はＤである。なお、リブ３２間の溝３５の幅は、０．１５乃至１．１０ｍｍである。同様に、流体が通流する溝の幅として、適切なものである。
【００２３】
次に、このように構成された伝熱管の動作について説明する。過冷却二重管式熱交換器においては、その管状部に、低粘性の単相流流体からなる冷媒を流し、内管に、気液二層流流体からなる冷媒を流して、両冷媒間の熱交換を行う。内管に流れる冷媒は、気液二相状態の流体であり、管状部を流れる単相流流体の熱を奪って、これを冷却させると共に、内管内を流れる液体冷媒は、熱を受けて蒸発し、気化する。よって、内管内には、液体からなる単相流体又は液体及び気体からなる二相流体が流れる。この場合に、二重管内で完全に熱交換がなされると、内管内の液体は、全て気体に変化する。よって、内管から出てくる冷媒が、全量が気体ではなく、液体が残存し、気体と液体との２相流体である場合は、熱交換が不十分であったことになる。本発明に係る伝熱管は、内管の伝熱管１１の外面に、突起３１を螺旋状に設け、内面にリブ３２を螺旋状に設けて、突起３１及びリブ３２の形状因子等を適切に規定したため、内管内を流れる冷媒が、管状部を流れる冷媒との熱交換により、全て気体になり、このため、内管から出てくる冷媒中に、液体が熱交換されずに残存するという状態を回避できる。
【００２４】
低粘性流体とは、一例として、フロン冷媒が挙げられる。その代表的なものとして、空調用に使用されるフロンＲ４１０Ａ、Ｒ３２、Ｒ１３４ａ、Ｒ２４５ｆａ等がある。各種液体流体の粘性を、下記表１に示す。
【００２５】
【表１】
2015232415.tif 000003
【００２６】
フロン冷媒は、水よりも粘性係数が小さく、フロンの中で粘性係数が大きなＲ２４５ｆａであっても、水の粘性係数と比較して約５３％と粘性係数が小さい。本発明は、管状部に低粘性流体を流す過冷却二重管式熱交換器に適用されるが、低粘性流体としては、フロンに限らず、水よりも粘性係数が低い流体、概ね粘性係数が３５０μＰａ・ｓ以下の流体が使用される。
【００２７】
伝熱管の材質は、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、又はステンレス等の金属材料が使用される。特に、銅又は銅合金は熱伝導率が高いために好適である。また、高強度銅合金を使用することにより、薄い素材を使用して伝熱管を構成することができるので、管状部側の圧力が高い場合でも、薄い素材を使用することができ、材料の使用量が低減されると共に、熱交換における熱抵抗が小さくなり、伝熱性能がより向上する。
【００２８】
「内面リブのリード角θ：４０乃至６５°」
本発明においては、内面リブ３２のリード角θは、４０乃至６５°である。内面リブ３２のリード角θが４０°未満であると、管内面の溝３５の長さが短くなり、管内の液相状態の冷媒の保有量が少なくなり、かつ冷媒の滞留時間が短くなり、長さが短い伝熱管、又は長さが短い熱交換器の場合は、液体冷媒が完全に気化せず、熱交換効率が低下する。内面リブのリード角θが６５°より大きくなると、管内面の溝３５の長さが長くなりすぎ、管内二相状態の冷媒の保有量がより多くなり、かつ滞留時間が長くなる。このため、主回路である管状部に流す単相流流体の流量が、相対的に減少する。つまり、凝縮器１を出た冷媒は、主回路とバイパス回路に分離するが、内管内のバイパス回路を流れる流体冷媒の保有量が多くなると、相対的に、管状部を流れる主回路の流体冷媒の量が減少する。このため、内面リブ３２のリード角θは、４０乃至６５°とする。この範囲にリード角シータを設定することにより、伝熱管内面に形成されたリブ３２間の溝３５の長さが適切なものとなり、管内面の液相状態の冷媒の保有量が十分に多く適切なものとなり、且つ、伝熱管内面における冷媒の滞留時間が十分に長くなり、熱効率が高く、長さが短い伝熱管又は長さが短い熱交換器でも、液体冷媒が完全に気化し、熱交換効率が向上する。
【００２９】
「前記リブの管軸方向の山頂角：５５乃至１１０°」
本発明においては，リブの管軸方向の山頂角は５５乃至１１０°である。内面リブの山頂角が５５°よりも小さくなると、リブ間溝部が狭くなり、液相冷媒が溝部に保持され難くなり、長さの短い伝熱管又は長さの短い熱交換器は、伝熱管内の液冷媒が完全に気化しにくくなり、熱交換効率が向上し難くなる。内面リブの山頂角が１１０°よりも大きくなると、リブ間溝部が広がり、液相冷媒が保持されにくく、かつ溝部の液相冷媒が溝長手方向に流れやすくなることで、滞留時間が短くなり、長さの短い伝熱管又は長さの短い熱交換器であると、管内の液冷媒が完全に気化しにくくなり、熱交換効率が向上し難くなる。このため、リブの管軸方向の山頂角は５５乃至１１０°とする。この範囲に内面リブの山頂角を設定することにより、リブ間溝部においても、液相冷媒が保持されやすくなり、かつ滞留時間がより長くなり、長さの短い伝熱管又は長さの短い熱交換器でも、液冷媒がより完全に気化し、熱交換効率が向上する。
【００３０】
「内面リブの管軸方向の形成ピッチＰ３：０．６０乃至１．２４ｍｍ」
内面リブの管軸方向ピッチＰ３：０．６０乃至１．２４ｍｍ」
内面リブ３２の管軸方向ピッチＰ３を０．６０乃至１．２４ｍｍの範囲にすることにより、内面の溝３５において、液相冷媒が保持されやすくなり、且つ滞留時間がより長くなる。このため、長さが短い伝熱管（又は長さが短い熱交換器）でも、その伝熱管内で、液相冷媒が完全に気化し、高い熱交換効率を得ることができる。内面リブ３２のピッチＰ３が１．２４ｍｍより大きくなると、リブ間の溝３５が広がりやすくなり、液相冷媒を溝３５内に保持しにくくなる。また、溝３５内の液相冷媒が溝３５の長手方向に流れやすくなり、滞留時間が短くなり、長さが短い伝熱管（又は長さが短い熱交換器）の場合に、液体冷媒が伝熱管内で完全に気化することが困難となり、熱交換効率が低下する。一方、内面リブ３２のピッチＰ３が０．６０ｍｍ未満であると、リブ３２間の溝３５の幅が狭くなりやすく、液相冷媒を溝３５内に保持しにくくなり、長さが短い伝熱管（又は長さが短い熱交換器）の場合に、液体冷媒が伝熱管内で完全に気化することが困難となり、熱交換効率が低下する。よって、内面リブ３２の管軸方向のピッチＰ３は、０．６０乃至１．２４ｍｍとすることが好ましい。
【００３１】
「内面リブの高さｈ３：０．１２乃至０．３５ｍｍ」
内面リブ３２の高さｈ３を０．１２乃至０．３５ｍｍの範囲にすることにより、溝３５において、液相冷媒を保持しやすくなり、長さが短い伝熱管（又は長さが短い熱交換器）であっても、液体冷媒がより一層完全に気化しやすくなり、熱交換効率が高まる。内面リブ３２の高さｈ３が０．１２ｍｍより小さくなると、溝３５の断面積が小さくなり、溝３５内に液相冷媒を保持しにくくなり、滞留時間が短くなることにより、長さが短い伝熱管（又は長さが短い熱交換器）の場合に、液体冷媒が完全には気化しにくくなり、熱交換効率が低下してしまう。一方、内面リブ高さｈ３が０．３５ｍｍより高くなると、管内を流れる液相冷媒の溝内の保有量が過剰となり、液相冷媒の管内面の保持膜厚が厚くなり、熱伝導にとって抵抗となるため、熱交換量が減少する。よって、内面リブ３２の高さｈ３は、０．１２乃至０．３５ｍｍとすることが好ましい。
【００３２】
「外面突起の高さｈ１：０．１８乃至０．５０ｍｍ」
図３に示すように、流体Ｆ１が第２溝３４を下流側に向けて流れる。このとき、上流側の突起３１間の第２溝３４から下流側の突起３１間の第２溝３４間に冷媒が流入しようとするが、この上流側の突起３１間の第２溝３４を流れてきた冷媒は、その一部が流体Ｆ１として、下流側の突起３１間の第２溝３４に流入し、残部が流体Ｆ２，Ｆ３として、第１溝３３に分かれて流入する。一方、第１溝３３間を流れてきた冷媒は、その一部の流体Ｆ４、Ｆ５が、下流側の突起３１間の第２溝３４間に流れ込む。よって、下流側の突起３１間の第２溝３４には、流体Ｆ１、Ｆ４，Ｆ５が流れる。伝熱管（内管）１１の外面と、外管１２との間の管状部を流れる冷媒は、このように突起３１間の第１溝３３及び第２溝３４を流れて、伝熱管１１内を流れる冷媒との間で、熱交換を行う。
【００３３】
このとき、伝熱管１１の外面突起３１の高さｈ１を、０．１８乃至０．５０ｍｍにすることにより、上述のように流れる流体の流動性が向上する。この冷媒流体の流動性が高いことにより、伝熱管１１の熱交換性が向上すると共に、冷媒の圧力損失が低減される。
【００３４】
突起高さｈ１が０．５０ｍｍよりも高くなると、管軸方向と平行に単相流を流した場合、第２溝３４を管軸方向と平行に流れる冷媒の流速は更に増加するものの、第１溝３３の流体が下流側の第２溝３４に流体が流れ込む際に、第２溝３４が抵抗となり、その結果、圧力損失が増加する。即ち、第２溝３４において、上流側の突起３１間の部分から、第１溝３３を交差して、下流側の突起３１間の部分に移る際に、突起３１の高さが高いと、突起３１が抵抗となって、圧力損失が増加する。一方、外面突起３１の高さｈ１が０．１８ｍｍより低いと、管軸方向に平行に単相流を流した場合に、第２溝３４を流れる流体の流速が低下すると共に、上流側の突起３１間の第２溝３４から、第１溝３３及び下流側の突起３１間の第２溝３４に流体が流れるときの流体の流入力が低下する。その結果、冷媒の流動性が低下することにより、熱交換性が低下する。従って、突起高さｈ１は、０．１８乃至０．５０ｍｍとすることが好ましい。
【００３５】
「外面突起の管軸方向のピッチＰ２：０．６５乃至１．１５ｍｍ」
外面突起３１の管軸方向の形成ピッチＰ２を０．６５乃至１．１５ｍｍの範囲にすることにより、管軸方向と平行に単相流を流した場合に、上流側の突起３１間の第２溝３４から、第１溝３３及び下流側の突起３１間の第２溝３４に流体が流れる際に、第１溝３３から下流側の突起３１間の第２溝３４への冷媒の流入が促進され、第１溝３３内の流体の停滞が抑制される。これにより、冷媒の流動性が向上することにより、圧力損失の増加が抑制されると共に、流体の流出入により、更に熱交換が促進される。
【００３６】
外面突起３１のピッチＰ２が１．１５ｍｍより大きくなると、管軸方向と平行に単相流を流した場合に、上流側の突起３１間の第２溝３４から、第１溝３３及び下流側の突起３１間の第２溝３４に流体が流れる際に、第１溝３３から下流側の突起３１間の第２溝３４への冷媒の流入力が低下し、第１溝３３内の流体が停滞することにより、冷媒の流動性が低下し、熱交換が阻害される。一方、外面突起３１のピッチＰ２が０．６５ｍｍより小さいと、管軸方向と平行に単相流を流した場合に、上流側の突起３１間の第２溝３４から、第１溝３３及び下流側の突起３１間の第２溝３４に流体が流れる際に、第１溝３３から下流側の突起３１間の第２溝３４への冷媒の流入が阻害されると共に、溝内の流体が管外周方向に流れてしまい、また溝内の流体の流動性が低下することにより、冷媒の圧力損失が増加する。従って、突起ピッチＰ２は、０．６５乃至１．１５ｍｍとすることが好ましい。
【００３７】
「外面突起の管周方向のピッチＰ１：０．５１乃至１．０４ｍｍ」
外面突起３１の管周方向の形成ピッチＰ１を０．５１乃至１．０４ｍｍの範囲にすることにより、管軸方向と平行に単相流を流した場合に、上流側の突起３１間の第２溝３４から、第１溝３３及び下流側の突起３１間の第２溝３４に流体が流れる際に、第１溝３３から下流側の突起３１間の第２溝３４への冷媒の流入が促進され、第１溝３３内の流体の停滞が抑制される。これにより、冷媒の流動性が向上することにより、圧力損失の増加が抑制されると共に、流体の流出入により、更に熱交換が促進される。
【００３８】
外面突起３１のピッチＰ１が１．０４ｍｍより大きくなると、管軸方向と平行に単相流を流した場合に、上流側の突起３１間の第２溝３４から、第１溝３３及び下流側の突起３１間の第２溝３４に流体が流れる際に、第１溝３３から下流側の突起３１間の第２溝３４への冷媒の流入力が低下し、第１溝３３内の流体が停滞することにより、冷媒の流動性が低下し、熱交換が阻害される。一方、外面突起３１のピッチＰ１が０．５１ｍｍより小さいと、管軸方向と平行に単相流を流した場合に、管軸方向への冷媒の流入性は向上するものの、第１溝３３内の流体が熱交換に寄与する前に、下流側に流れやすくなるため、熱交換が阻害される。従って、突起ピッチＰ１は、０．５１乃至１．０４ｍｍとすることが好ましい。
【００３９】
「外面突起の管軸方向の山頂角：４乃至６５°」
突起部の管軸方向の山頂角をこの範囲にすることにより、管軸方向と平行に単相流を流した際、この単相流は溝部２と略平行に流れ、溝部１に流体が到達する際、溝部２から溝部１に流体が流入する際に、溝底部への流体が流入しやすくなる。その結果、流体の停滞が抑制され、流体の流動性が向上することにより、圧力損失の増加が抑制されると共に、流体の流出入により更に熱交換が促進される。
【００４０】
突起部の管軸方向の山頂角_が４°よりも小さくなると、溝部１への流体が流入しにくく、管外周方向へ流体が流れやすく、かつ溝部１の流体が停滞することにより流体の熱交換が阻害され、かつ二重管に組み込んだ場合に、環状部の外管内周側に流体が流れ、その後、内管外面突起を基点に外管内周側の流体が溝部１に流入しやすくなることで、流体の流動性が阻害され、圧力損失が増加する。
【００４１】
突起部の管軸方向の山頂角_が６５°よりも大きくなると、管軸方向と平行に単相流を流した際、上流側の溝部２から溝部１に流体が流入し、下流側の溝部２に流体が流れる際に、溝部１の流体が下流側の溝部２への流入力が低下し、溝部１の流体が停滞することにより流体の流動性が低下し、熱交換が阻害される。従って、外面突起の管軸方向の山頂角は４乃至６５°とすることが好ましい。
【００４２】
「外面突起の管軸直角方向の山頂角：２５乃至７５°」
外面突起の管軸直角方向の山頂角をこの範囲にすることにより、管軸方向と平行に単相流を流した際、単相流は溝部２と略平行に流れ、溝部１に流体が到達する際、溝部２から溝部１に流体が流入する際に、溝底部への流体が流入しやすくなる。その結果、流体の停滞が抑制されることにより、流体の流動性が向上し、圧力損失の増加が抑制されると共に、流体の流出入により、更に熱交換が促進される。
【００４３】
外面突起の管軸直角方向の山頂角が２５°よりも小さくなると、溝部２への流体が流入しにくく、管外周方向へ流体が流れやすく、かつ溝部２の流体が停滞することにより流体の熱交換が阻害され、かつ二重管に組み込んだ場合に環状部の外管内周側に流体が流れ、その後、内管外面突起を基点に外管内周側の流体が溝部１に流入しやすくなることで、流体の流動性が阻害され、圧力損失が増加する。
【００４４】
外面突起の管軸直角方向の山頂角が７５°よりも大きくなると、管軸方向と平行に単相流を流した際、単相流が上流側の溝部２から溝部１に流体が流入し、下流側の溝部２に流体が流れる際に、溝部１の流体が下流側の溝部２への流入力が低下し、溝部１の流体が停滞することにより流体の流動性が低下し、熱交換が阻害される。従って、外面突起の管軸直角方向の山頂角は２５乃至７５°とすることが好ましい。
【００４５】
「第１溝及び第２溝の溝形状：逆台形」
第１溝３３及び第２溝３４の断面形状は、逆台形であることが好ましい。第１溝３３及び第２溝３４の溝形状を逆台形とすることにより、管軸方向と平行に単相流を流した場合に、流体は、第２溝３４とほぼ並行に流れ、第１溝３３に流体が到達する際、第２溝３４から第１溝３３に流体が流入する。その際、溝形状が逆台形状であれば、溝の底部に流体が流入しやすくなり、その結果、流体の溝内の停滞が抑制され、流体の流動性が向上する。これにより、流体の圧力損失の増加が抑制されると共に、流体の流出入により、更に熱交換が促進される。
【００４６】
図４（ａ）に示すように、第１溝３３の断面形状が逆台形であると、溝の底部に平坦な面があるため、上述のように流体の流動性が向上する。しかし、図４（ｂ）に示すように、突起４１間の溝４３の形状が逆三角形であると、溝４３の根元部への流体の流入力が小さく、管外面から離隔する方向の流体が流れやすい。即ち、台形状溝以外の例えば溝底に平坦部を有しない逆三角形状断面の場合、管軸方向と平行に単相流を流すと、上流側の突起４１間の第２溝４３とほぼ平行に冷媒が流れ、第１溝に流体が到達する際、第２溝４３から第１溝に流体が流入するものの、溝部が台形状ではないために、溝底部へ流体が流入しにくく、管外周方向、即ち、突起４１の表面から遠ざかる方向に流体が流れやすい。また、溝底部に流体が滞留しやすく、流体の熱交換性が阻害される。更に、三角形断面の溝形状の場合、台形断面の場合よりも、溝部断面積が小さくなりやすい。更にまた、二重管構造に組み込んだ場合に、環状部の外管内周部側に先ず流体が流れ、その後、内管の外面突起を起点として、外管内周面側の流体が台１溝に流入する。このため、流体の流動性が阻害され、圧力損失が増加する。
【００４７】
なお、前述の如く、溝の断面形状は図５（ｄ）に示す逆台形が好ましいが、図５（ａ）に示す逆三角形の外、図５（ｂ）に示す底面を有し溝内に中心を設けた曲面溝、図５（ｃ）に示す底面を有し溝外に中心を設けた曲面溝にしても良い。また、図５（ｅ）に示すように、上に凸の曲面の底面を有する台形溝、図５（ｆ）に示すように、下に凸の曲面の底面を有する台形溝等でも良い。
【００４８】
「その他」
なお、伝熱管１１の外面の突起の上面の直径は、例えば、７．９５乃至１３．５ｍｍである。また、伝熱管１１の突起部における内径Ｄは、６．００乃至１１．５ｍｍである。また、伝熱管１１の内面に形成されたリブ３２の数は、内面リブ３２のピッチ及び内面リブ３２のリード角より算出可能である。
【実施例】
【００４９】
次に、本発明の実施例について、本発明の範囲から外れる比較例と対比して説明する。図６は、熱交換性能及び圧力損失の試験装置を示す。この試験装置は、夫々独立した冷凍サイクル及び液冷媒のサイクルを構成している。試験部になる供試部は、二重管式熱交換器を使用しており、外管に平滑管を配置し、内管には本発明の実施例及び比較例の伝熱管を配置して、比較試験を行った。
【００５０】
内管の管内は、冷凍サイクルを構成した回路に接続し、内管の入口には、凝縮器で液化した冷媒を、膨張弁により減圧した冷媒を供給した。この内管の管内に供給する冷媒は、気液二相流状態（ガスと液体冷媒とが混在した状態）である。一方、外管の内面と内管の外面との間の環状部には、評価条件に昇温した液体冷媒を供給して、内管内の流体と対向流で熱交換させる。下記表２は実施例・比較例の評価条件を示す。
【００５１】
【表２】
2015232415.tif 000004
【００５２】
評価のために、評価条件に装置を安定化させた後、環状部流体の流量、供試部出入口の温度，供試部環状部出入口の圧力差を測定した。その後、環状部の流体の流量及び供試部の出入口の温度を使用して、交換熱量ＱＲを下記数式１に従って算出した。
【００５３】
【数１】
2015232415.tif 000005
【００５４】
下記表３−１、表３−２及び表４−１，表４−２は、本発明の実施例及び比較例の伝熱管の突起部外面及び突起部内面の突起及びリブ形状を示す。また、下記表５は、その熱交換の性能（交換熱量比及び圧力損失）を示す。
【００５５】
【表３−１】
2015232415.tif 000006
【００５６】
【表３−２】
2015232415.tif 000007
【００５７】
【表４−１】
2015232415.tif 000008
【００５８】
【表４−２】
2015232415.tif 000009
【００５９】
【表５】
2015232415.tif 000010
【００６０】
この表３−１、表３−２、表４−１、表４−２に示すように、実施例１〜２２は、請求項１を満たす。しかし、実施例１は突起高さが請求項３から外れ、実施例２は突起ピッチが請求項３から外れ、実施例３は突起間の第２溝の管周方向ピッチが請求項３から外れ、実施例４は突起の管軸方向の山頂角が請求項３から外れ、実施例５は突起の管軸直角方向の山頂角が請求項３から外れるものである。また、実施例１９及び２０は、リブの管軸方向の形成ピッチ及びリブの高さが請求項２から外れ、実施例２１はリブの管軸方向の形成ピッチが請求項２から外れ、実施例２２はリブの高さが請求項２から外れるものである。一方、実施例６〜１８は、請求項１、請求項２及び請求項３の全ての要件を満たす。これに対し、比較例１７，１８は、請求項１のみ外れるものである。また、比較例１，２，３，８，９，１０，１１，１２，１３，１４は、請求項１，２，３の要件の全てが外れるものである。比較例４，５，６，７，１５，１６は、請求項１、３の要件が外れるものである。
【００６１】
表５は実施例１〜２２及び比較例１〜１８の熱交換の交換熱量比及び圧力損失比を、比較例１に対する相対値として示す。実施例１乃至２２は、本発明の請求項１を満たすものであり、熱交換の交換熱量比及び圧力損失比のいずれも、優れたものであった。特に、実施例６乃至１８は、請求項２及び３も満たすため、実施例１乃至５及び実施例１９乃至２２に比して、熱交換の交換熱量比が優れたものであった。一方、比較例１乃至１３は、熱交換の交換熱量比又は圧力損失比の少なくともいずれかが、実施例よりも劣るものであった。
【符号の説明】
【００６２】
１：凝縮器
２：過冷却熱交換器
３、５：膨張弁
４：凝縮器
５：圧縮器
１１：伝熱管
１２：外管
２２：環状部
３１：突起
３２：リブ
３３：第１溝
３４：第２溝
３５：溝
【図１】
2015232415.tif 000011
【図２】
2015232415.tif 000012
【図３】
2015232415.tif 000013
【図４】
2015232415.tif 000014
【図５】
2015232415.tif 000015
【図６】
2015232415.tif 000016
【図７】
2015232415.tif 000017