(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が流れる流路の内壁面に形成されると共に前記流路の長さ方向に延びる複数の波状リブレットであって、溝幅方向に蛇行すると共に前記流路における乱流渦の発生を抑制する複数の波状リブレットを有し、
前記流路の内壁面が平滑面である場合の該流路におけるヌセルト数をＮｕｆｌａｔとし、
前記流路の内壁面に前記複数の波状リブレットが形成された場合の該流路におけるヌセルト数をＮｕｒｉｂｌｅｔとし、
前記流路における熱伝達率比であるＨＴＲを式（１）で表した場合に、
0006577875.tif 000025
前記流路における熱伝達率比がＨＴＲ＞１となるように、前記複数の波状リブレットの波長及び振幅が設定されている、
流路の内壁面構造。
【請求項２】
流体が流れる流路の内壁面に形成されると共に前記流路の長さ方向に延びる複数の波状リブレットであって、溝幅方向に蛇行すると共に前記流路における乱流渦の発生を抑制する複数の波状リブレットを有し、
前記流路の内壁面が平滑面である場合の該流路におけるヌセルト数をＮｕｆｌａｔとし、
前記流路の内壁面に前記複数の波状リブレットが形成された場合の該流路におけるヌセルト数をＮｕｒｉｂｌｅｔとし、
前記流路における熱伝達率比であるＨＴＲを式（１）で表し、
0006577875.tif 000026
前記複数の波状リブレットの振幅をａ、波長をλとして、前記複数の波状リブレットの進入角であるβを式（２）で表した場合に、
0006577875.tif 000027
前記流路における熱伝達率比がＨＴＲ＞１となるように、前記複数の波状リブレットの進入角βが設定されている、
流路の内壁面構造。
【請求項３】
流体が流れる流路の内壁面に形成されると共に前記流路の長さ方向に延びる複数の波状リブレットであって、溝幅方向に蛇行すると共に前記流路における乱流渦の発生を抑制する複数の波状リブレットを有し、
前記流路の内壁面が平滑面である場合の該流路におけるヌセルト数をＮｕｆｌａｔとし、
前記流路の内壁面に前記複数の波状リブレットが形成された場合の該流路におけるヌセルト数をＮｕｒｉｂｌｅｔとし、
前記流路における熱伝達率比であるＨＴＲを式（１）で表し、
0006577875.tif 000028
前記流路の内壁面が平滑面である場合の該流路における抵抗係数をＣｆｆｌａｔとし、
前記流路の内壁面に前記複数の波状リブレットが形成された場合の該流路における抵抗係数をＣｆｒｉｂｌｅｔとし、
前記流路における抵抗比であるＤＲを式（２）で表し、
0006577875.tif 000029
性能向上比であるｅを式（３）で表し、
0006577875.tif 000030
前記複数の波状リブレットの振幅をａ、波長をλとして、前記複数の波状リブレットの進入角であるβを式（４）で表した場合に、
0006577875.tif 000031
前記流路における性能向上比がｅ＞１となるように、前記複数の波状リブレットの進入角βが設定されている、
流路の内壁面構造。
【請求項４】
流体が流れる第一流路と、前記第一流路の内壁面に形成されると共に前記第一流路の長さ方向に延びる複数の第一波状リブレットであって、溝幅方向に蛇行する複数の第一波状リブレットとを有する流路部材と、
前記第一流路と連通する第二流路と、前記第二流路の内壁面に形成されると共に前記第二流路の長さ方向に延びる複数の第二波状リブレットであって、溝幅方向に蛇行しており、前記複数の第一波状リブレットよりも波長が短く振幅が大きい複数の第二波状リブレットとを有する熱交換器と、
を備える熱交換システム。
【請求項５】
流体が流れる流路の内壁面が平滑面である場合の該流路におけるヌセルト数をＮｕｆｌａｔとし、
前記流路の内壁面に複数の波状リブレットが形成された場合の該流路におけるヌセルト数をＮｕｒｉｂｌｅｔとし、
前記流路における熱伝達率比であるＨＴＲを式（１）で表し、
0006577875.tif 000032
前記流路の内壁面が平滑面である場合の該流路における抵抗係数をＣｆｆｌａｔとし、
前記流路の内壁面に前記複数の波状リブレットが形成された場合の該流路における抵抗係数をＣｆｒｉｂｌｅｔとし、
前記流路における抵抗比であるＤＲを式（２）で表した場合に、
0006577875.tif 000033
前記第一流路における抵抗比がＤＲ＜１となるように、前記複数の第一波状リブレットの波長及び振幅が設定され、
前記第二流路における熱伝達率比がＨＴＲ＞１となるように、前記複数の第二波状リブレットの波長及び振幅が設定されている、
請求項４に記載の熱交換システム。
【請求項６】
流体が流れる流路の内壁面が平滑面である場合の該流路におけるヌセルト数をＮｕｆｌａｔとし、
前記流路の内壁面に複数の波状リブレットが形成された場合の該流路におけるヌセルト数をＮｕｒｉｂｌｅｔとし、
前記流路における熱伝達率比であるＨＴＲを式（１）で表し、
0006577875.tif 000034
前記流路の内壁面が平滑面である場合の該流路における抵抗係数をＣｆｆｌａｔとし、
前記流路の内壁面に前記複数の波状リブレットが形成された場合の該流路における抵抗係数をＣｆｒｉｂｌｅｔとし、
前記流路における抵抗比であるＤＲを式（２）で表し、
0006577875.tif 000035
性能向上比であるｅを式（３）で表した場合に、
0006577875.tif 000036
前記第一流路における抵抗比がＤＲ＜１となるように、前記複数の第一波状リブレットの波長及び振幅が設定され、
前記第二流路における性能向上比がｅ＞１となるように、前記複数の第二波状リブレットの波長及び振幅が設定されている、
請求項４に記載の熱交換システム。
【請求項７】
流体が流れる流路の内壁面が平滑面である場合の該流路におけるヌセルト数をＮｕｆｌａｔとし、
前記流路の内壁面に複数の波状リブレットが形成された場合の該流路におけるヌセルト数をＮｕｒｉｂｌｅｔとし、
前記流路における熱伝達率比であるＨＴＲを式（１）で表し、
0006577875.tif 000037
前記流路の内壁面が平滑面である場合の該流路における抵抗係数をＣｆｆｌａｔとし、
前記流路の内壁面に前記複数の波状リブレットが形成された場合の該流路における抵抗係数をＣｆｒｉｂｌｅｔとし、
前記流路における抵抗比であるＤＲを式（２）で表し、
0006577875.tif 000038
前記複数の波状リブレットの振幅をａ、波長をλとして、前記複数の波状リブレットの進入角であるβを式（３）で表した場合に、
0006577875.tif 000039
前記第一流路における抵抗比がＤＲ＜１となるように、前記複数の第一波状リブレットの波長ａ及び振幅λが設定され、
前記第二流路における熱伝達率比がＨＴＲ＞１となるように、前記複数の第二波状リブレットの進入角βが設定されている、
請求項４に記載の熱交換システム。
【請求項８】
流体が流れる流路の内壁面が平滑面である場合の該流路におけるヌセルト数をＮｕｆｌａｔとし、
前記流路の内壁面に複数の波状リブレットが形成された場合の該流路におけるヌセルト数をＮｕｒｉｂｌｅｔとし、
前記流路における熱伝達率比であるＨＴＲを式（１）で表し、
0006577875.tif 000040
前記流路の内壁面が平滑面である場合の該流路における抵抗係数をＣｆｆｌａｔとし、
前記流路の内壁面に前記複数の波状リブレットが形成された場合の該流路における抵抗係数をＣｆｒｉｂｌｅｔとし、
前記流路における抵抗比であるＤＲを式（２）で表し、
0006577875.tif 000041
性能向上比であるｅを式（３）で表し、
0006577875.tif 000042
前記複数の波状リブレットの振幅をａ、波長をλとして、前記複数の波状リブレットの進入角であるβを式（４）で表した場合に、
0006577875.tif 000043
前記第一流路における抵抗比がＤＲ＜１となるように、前記複数の第一波状リブレットの波長ａ及び振幅λが設定され、
前記第二流路における性能向上比がｅ＞１となるように、前記複数の第二波状リブレットの進入角βが設定されている、
請求項４に記載の熱交換システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流路の内壁面構造及び熱交換システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
流路を流れる流体と流路の内壁面との間の摩擦抵抗を低減することを目的として、流路の長さ方向に延びる複数のリブレット（微細な凹凸）を流路の内壁面に設ける技術が知られている（例えば、特許文献１〜５参照）。
【０００３】
つまり、特許文献１には、流体用流入管の内面に、流体の流入方向に延びる複数のリブレットを有するシートを貼り付けることにより、流体の摩擦抵抗を低減させる技術が記載されている。
【０００４】
また、特許文献２には、リブレット付フィルムを航走体の船殻材に貼り付けることにより、航走体の流体抵抗と自己放射雑音レベルの低減を同時に実現する技術が記載されている。
【０００５】
また、特許文献３には、流体が流れる第一流路と、相変化する冷媒が流れる第二流路とを備える熱交換器において、第二流路の内壁に複数のリブレットを設けることにより、第二流路の抵抗低減効果と表面積拡大による伝熱促進効果を両立させる技術が記載されている。
【０００６】
また、特許文献４には、石炭層内のメタンガスを極低温に冷却し液化するガス液化装置において、熱交換を行う冷媒管の内壁にリブレットを付加することにより、主流方向の渦の発生を抑制して流体抵抗を低減させつつ、主流方向と垂直な方向の渦を誘起して伝熱効果を高める技術が記載されている。
【０００７】
また、特許文献５には、物体の表面にジグザグ状又は曲線状のリブレットを配列させることで、流体の進行方向を左右に周期的に変えつつ流動させることで、乱流渦の発生と成長を阻害し、摩擦抵抗を低減させる技術が記載されている。
【０００８】
また、特許文献６〜１０にも、上記と同様に、リブレットを用いる技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０００−９７２１１号公報
【特許文献２】特開２００４−３５２０２４号公報
【特許文献３】特開２０１０−８４９８２号公報
【特許文献４】特開２０１２−２３３６５２号公報
【特許文献５】特開２００２−２６６８１６号公報
【特許文献６】米国特許出願公開第２００２／０１９５２３３号明細書
【特許文献７】米国特許出願公開第２０１１／０２４７７９０号明細書
【特許文献８】米国特許出願公開第２０１０／０２６３８４３号明細書
【特許文献９】欧州特許出願公開第１８５７７２２号明細書
【特許文献１０】欧州特許出願公開第０６３２７７３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述のリブレットを用いた従来の技術は、いずれも抵抗低減を第一の目的としているため、リブレットの形状及びサイズは、抵抗低減に有効となるように最適化されている。例えば、特許文献３、４に記載の技術では、抵抗低減と伝熱促進の両立を目的としているが、あくまでも抵抗低減用のリブレットを流用し、表面積拡大による伝熱促進を期待する程度である。したがって、それらのリブレットの形状は、伝熱促進に最適化されたものではなく、伝熱促進に対して必ずしも有効に作用するわけではない。
【００１１】
加えて、一般に、流れ（抵抗）と熱（伝熱）にはアナロジーが成り立つことが知られており、抵抗低減した場合には伝熱性能も低下する。すなわち、従来の技術のように、単一のストレート形状のリブレットの使用において、抵抗を下げながら表面積の拡大効果による伝熱促進を達成できる可能性は低い。
【００１２】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、伝熱量を維持又は向上させながら通水抵抗を低減できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
第一態様に係る流路の内壁面構造は、流体が流れる流路の内壁面に形成されると共に前記流路の長さ方向に延びる蛇行形状とされた複数の波状リブレットを有し、前記流路の内壁面が平滑面である場合の該流路におけるヌセルト数をＮｕｆｌａｔとし、前記流路の内壁面に前記複数の波状リブレットが形成された場合の該流路におけるヌセルト数をＮｕｒｉｂｌｅｔとし、前記流路における熱伝達率比であるＨＴＲを式（１）で表した場合に、前記流路における熱伝達率比がＨＴＲ＞１となるように、前記複数の波状リブレットの波長及び振幅が設定されている。
0006577875.tif 000002
【００１４】
第二態様に係る流路の内壁面構造は、流体が流れる流路の内壁面に形成されると共に前記流路の長さ方向に延びる蛇行形状とされた複数の波状リブレットを有し、前記流路の内壁面が平滑面である場合の該流路におけるヌセルト数をＮｕｆｌａｔとし、前記流路の内壁面に前記複数の波状リブレットが形成された場合の該流路におけるヌセルト数をＮｕｒｉｂｌｅｔとし、前記流路における熱伝達率比であるＨＴＲを式（１）で表し、前記複数の波状リブレットの振幅をａ、波長をλとして、前記複数の波状リブレットの進入角であるβを式（２）で表した場合に、前記流路における熱伝達率比がＨＴＲ＞１となるように、前記複数の波状リブレットの進入角βが設定されている。
0006577875.tif 000003
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【００１５】
第三態様に係る流路の内壁面構造は、流体が流れる流路の内壁面に形成されると共に前記流路の長さ方向に延びる蛇行形状とされた複数の波状リブレットを有し、前記流路の内壁面が平滑面である場合の該流路におけるヌセルト数をＮｕｆｌａｔとし、前記流路の内壁面に前記複数の波状リブレットが形成された場合の該流路におけるヌセルト数をＮｕｒｉｂｌｅｔとし、前記流路における熱伝達率比であるＨＴＲを式（１）で表し、前記流路の内壁面が平滑面である場合の該流路における抵抗係数をＣｆｆｌａｔとし、前記流路の内壁面に前記複数の波状リブレットが形成された場合の該流路における抵抗係数をＣｆｒｉｂｌｅｔとし、前記流路における抵抗比であるＤＲを式（２）で表し、性能向上比であるｅを式（３）で表し、前記複数の波状リブレットの振幅をａ、波長をλとして、前記複数の波状リブレットの進入角であるβを式（４）で表した場合に、前記流路における性能向上比がｅ＞１となるように、前記複数の波状リブレットの進入角βが設定されている。
0006577875.tif 000005
0006577875.tif 000006
0006577875.tif 000007
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【００１６】
第四態様に係る熱交換システムは、流体が流れる第一流路と、前記第一流路の内壁面に形成されると共に前記第一流路の長さ方向に延びる蛇行形状とされた複数の第一波状リブレットとを有する流路部材と、前記第一流路と連通する第二流路と、前記第二流路の内壁面に形成されると共に前記第二流路の長さ方向に延びる蛇行形状とされ前記複数の第一波状リブレットよりも波長が短く振幅が大きい複数の第二波状リブレットとを有する熱交換器と、を備える。
【００１７】
第五態様に係る熱交換システムは、第四態様に係る熱交換システムにおいて、流体が流れる流路の内壁面が平滑面である場合の該流路におけるヌセルト数をＮｕｆｌａｔとし、前記流路の内壁面に複数の波状リブレットが形成された場合の該流路におけるヌセルト数をＮｕｒｉｂｌｅｔとし、前記流路における熱伝達率比であるＨＴＲを式（１）で表し、前記流路の内壁面が平滑面である場合の該流路における抵抗係数をＣｆｆｌａｔとし、前記流路の内壁面に前記複数の波状リブレットが形成された場合の該流路における抵抗係数をＣｆｒｉｂｌｅｔとし、前記流路における抵抗比であるＤＲを式（２）で表した場合に、前記第一流路における抵抗比がＤＲ＜１となるように、前記複数の第一波状リブレットの波長及び振幅が設定され、前記第二流路における熱伝達率比がＨＴＲ＞１となるように、前記複数の第二波状リブレットの波長及び振幅が設定されている。
0006577875.tif 000009
0006577875.tif 000010
【００１８】
第六態様に係る熱交換システムは、第四態様に係る熱交換システムにおいて、流体が流れる流路の内壁面が平滑面である場合の該流路におけるヌセルト数をＮｕｆｌａｔとし、前記流路の内壁面に複数の波状リブレットが形成された場合の該流路におけるヌセルト数をＮｕｒｉｂｌｅｔとし、前記流路における熱伝達率比であるＨＴＲを式（１）で表し、前記流路の内壁面が平滑面である場合の該流路における抵抗係数をＣｆｆｌａｔとし、前記流路の内壁面に前記複数の波状リブレットが形成された場合の該流路における抵抗係数をＣｆｒｉｂｌｅｔとし、前記流路における抵抗比であるＤＲを式（２）で表し、性能向上比であるｅを式（３）で表した場合に、前記第一流路における抵抗比がＤＲ＜１となるように、前記複数の第一波状リブレットの波長及び振幅が設定され、前記第二流路における性能向上比がｅ＞１となるように、前記複数の第二波状リブレットの波長及び振幅が設定されている。
0006577875.tif 000011
0006577875.tif 000012
0006577875.tif 000013
【００１９】
第七態様に係る熱交換システムは、第四態様に係る熱交換システムにおいて、流体が流れる流路の内壁面が平滑面である場合の該流路におけるヌセルト数をＮｕｆｌａｔとし、前記流路の内壁面に複数の波状リブレットが形成された場合の該流路におけるヌセルト数をＮｕｒｉｂｌｅｔとし、前記流路における熱伝達率比であるＨＴＲを式（１）で表し、前記流路の内壁面が平滑面である場合の該流路における抵抗係数をＣｆｆｌａｔとし、前記流路の内壁面に前記複数の波状リブレットが形成された場合の該流路における抵抗係数をＣｆｒｉｂｌｅｔとし、前記流路における抵抗比であるＤＲを式（２）で表し、前記複数の波状リブレットの振幅をａ、波長をλとして、前記複数の波状リブレットの進入角であるβを式（３）で表した場合に、前記第一流路における抵抗比がＤＲ＜１となるように、前記複数の第一波状リブレットの波長ａ及び振幅λが設定され、前記第二流路における熱伝達率比がＨＴＲ＞１となるように、前記複数の第二波状リブレットの進入角βが設定されている。
0006577875.tif 000014
0006577875.tif 000015
0006577875.tif 000016
【００２０】
第八態様に係る熱交換システムは、第四態様に係る熱交換システムにおいて、流体が流れる流路の内壁面が平滑面である場合の該流路におけるヌセルト数をＮｕｆｌａｔとし、前記流路の内壁面に複数の波状リブレットが形成された場合の該流路におけるヌセルト数をＮｕｒｉｂｌｅｔとし、前記流路における熱伝達率比であるＨＴＲを式（１）で表し、前記流路の内壁面が平滑面である場合の該流路における抵抗係数をＣｆｆｌａｔとし、前記流路の内壁面に前記複数の波状リブレットが形成された場合の該流路における抵抗係数をＣｆｒｉｂｌｅｔとし、前記流路における抵抗比であるＤＲを式（２）で表し、性能向上比であるｅを式（３）で表し、前記複数の波状リブレットの振幅をａ、波長をλとして、前記複数の波状リブレットの進入角であるβを式（４）で表した場合に、前記第一流路における抵抗比がＤＲ＜１となるように、前記複数の第一波状リブレットの波長ａ及び振幅λが設定され、前記第二流路における性能向上比がｅ＞１となるように、前記複数の第二波状リブレットの進入角βが設定されている。
0006577875.tif 000017
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【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、伝熱量を維持又は向上させながら通水抵抗を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】波状リブレットを有する流路の内壁面構造の概略図である。
【図２】波状リブレットを模式的に示した縦断面図である。
【図３】波状リブレットを模式的に示した平面図である。
【図４】熱伝達率比と抵抗比の関係を示す図である。
【図５】熱伝達率比と進入角の関係を示す図である。
【図６】性能向上比と進入角の関係を示す図である。
【図７】エンジン冷却システムの構成図である。
【図８】長波長の波状リブレットを有する配管の概略図である。
【図９】短波長・大振幅の波状リブレットを有する伝熱管の概略図である。
【図１０】本発明と従来技術について抵抗比を比較した結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の一実施形態について説明する。
【００２４】
（流路の内壁面構造）
最初に、本発明で対象とする波状リブレットについて、その形状と抵抗・伝熱特性を述べる。
【００２５】
図１に波状リブレットを有する流路の内壁面構造１０の概略図を示す。流路の内壁面構造１０が適用された流路１２の内壁面には、流路１２の長さ方向に延びる蛇行形状とされた複数の波状リブレット１４が形成されている。図２は、波状リブレット１４を模式的に示した縦断面図、図３は、波状リブレット１４を模式的に示した平面図である。
【００２６】
図２において、αは、断面三角形状に形成された波状リブレット１４の頂角、ｈは、波状リブレット１４の高さを示している。また、図３において、βは、波状リブレット１４の進入角、ａは、波状リブレット１４の振幅（片振幅）を示している。
【００２７】
一般に、リブレット（微細な凹凸）は、流れの方向と溝の方向とが一致したストレートタイプのものが広く知られているが、本発明で扱うリブレットは、x、y、z方向をそれぞれ主流、壁垂直、幅方向としたとき、x−z面内で溝が正弦波状に蛇行した波状リブレットである。
【００２８】
波状リブレットについては、既往研究にて抵抗低減効果が調べられており、波長λ+≒1000、あるいはλ+≒1000かつ進入角β（=2πa/λ）5.7°付近（aは振幅）が最も効果的であることが報告されている[参考文献1，2を参照]（上付き”+”は壁面摩擦速度と動粘性係数による無次元化を表す）。ただし、伝熱性能との関係については調べられておらず、不明である。
【００２９】
そこで、数値シミュレーションにより波状リブレットの抵抗と伝熱特性を調べた結果を図４に示す（流路半幅と壁面摩擦速度に基づく摩擦レイノルズ数は180（平均流速と流路高さに基づくバルクレイノルズ数は約5500）、プラントル数は6.7）。リブレットのy−z断面形状は、頂角（α）60°の三角形状であり、溝高さh+は9とする。
【００３０】
ここでは、波状リブレットの設置による効果を、平板流路（内壁面が平滑面である流路）に対する抵抗の変化（抵抗比DR）と熱伝達率の変化（熱伝達率比HTR）で表す。抵抗比DR、熱伝達比HTRは、次式でそれぞれ表される。
【００３１】
0006577875.tif 000021
【００３２】
0006577875.tif 000022
【００３３】
CfとNuはそれぞれ抵抗係数とヌセルト数である。流路の内壁面が平滑面である場合の該流路におけるヌセルト数は、Ｎｕｆｌａｔであり、流路の内壁面に複数の波状リブレットが形成された場合の該流路におけるヌセルト数は、Ｎｕｒｉｂｌｅｔである。また、流路の内壁面が平滑面である場合の該流路における抵抗係数は、Ｃｆｆｌａｔであり、流路の内壁面に複数の波状リブレットが形成された場合の該流路における抵抗係数は、Ｃｆｒｉｂｌｅｔである。同図には参考のため、同じ断面形状を有するストレート状のリブレットの結果（図中の＊印）もあわせて示す。
【００３４】
図４より、長波長の波状リブレットは抵抗低減に有効であり、既往研究でも報告されているように、ストレート状のリブレットを大きく上回る抵抗低減効果が得られる。特に、λ+≧1100において抵抗低減率は最大となる（この傾向は上の既往研究と概ね一致する）。
【００３５】
一方、短波長・大振幅の波状リブレットは伝熱促進に対して有効である。今回の条件では、「a+=18,λ+＜283」の組み合わせ、あるいは、「a+=36,λ+＜565」の組み合わせで平板流路以上の伝熱性能（HTR＞1）が得られる。図５に、HTRと波状リブレットの進入角（β）の関係を示す。進入角（β）は、次式で表される。ａは波状リブレットの振幅、λは波状リブレットの波長である（図３参照）。
【００３６】
0006577875.tif 000023
【００３７】
上記の振幅と波長の組み合わせはいずれもβ≒39°である。また、図５より、HTR＞1を満たす波状リブレットの進入角はβ＞25°であると判断できる。
【００３８】
図６に、性能向上率eと進入角βの関係を示す。ここで、eは平板流路に対する熱伝達率の変化（熱伝達率比HTR）と抵抗の変化（抵抗比DR）の比である。性能向上比eは、次式で表される。
【００３９】
0006577875.tif 000024
【００４０】
図６より、β＞15°の条件においてe＞1となることがわかる。図５との比較により、15°＜β＜25°の波状リブレットはHTR＜1であり、熱伝達率が平板流路の値を上回らないが、e＞1であることにより、伝熱量を確保するために流量を上げたとしても抵抗はそれほど増大せず、伝熱促進側に有利に作用する。
【００４１】
波状リブレットを設置した場合には、壁近傍の流れが波状の溝により幅方向に偏向され、なおかつそれは周期的に変化する。この周期的な幅方向の流れが、乱流渦の発生と成長を阻害し、通水抵抗の低減をもたらすことが報告さている[参考文献1参照]。
【００４２】
短波長・大振幅の波状リブレットにおいても同様の渦構造の抑制効果が生じるが、一方で蛇行した波状リブレットに流れが衝突することにより、通水抵抗が増大する。それと同時に、波状リブレットへの流れの衝突によって熱伝達率も増大し、その伝熱促進効果は短波長・大振幅のものほど顕著に現れる。
【００４３】
以上のように、波状リブレットでは波長や振幅によって抵抗・伝熱特性が大きく変化し、これらを制御することで抵抗と伝熱性能を制御できることが新たに分かった。また、抵抗が低減した長波長の波状リブレットでは伝熱性能も低下、抵抗が増大した短波長・大振幅の波状リブレットでは伝熱性能も増大し、（他の多くの抵抗低減技術と同じように）単一形状の波状リブレットだけで伝熱量を維持（もしくは向上）しながら抵抗低減を達成することは困難である。
【００４４】
すなわち、長波長の波状リブレットを例えば熱交換器の伝熱管内壁に使った場合、抵抗を下げることができる一方で熱伝達率も低下し、熱交換器に要求される伝熱性能を確保することができない。一方、短波長・大振幅の波状リブレットを使った場合には、熱伝達率が上がるが、抵抗も増大し、通水抵抗の低減は達成できない。 
【００４５】
（エンジン冷却システム）
そこで、以下では熱交換システムに有用な波状リブレットの利用方法を提案する。熱交換システムの冷却系の一例として、図７に示す自動車用のエンジン冷却システム２０を対象に考える。
【００４６】
エンジン冷却システム２０（熱交換システムの一例）は、エンジン２２を一定温度に保つためのものであり、エンジン２２で発生した燃焼熱は冷却液を介して車両前方に設置されたラジエータ２４（熱交換器の一例）で放熱される。したがって、ラジエータ２４の内部の伝熱管４０では、ある所定の伝熱量を確保する必要があるが、燃費効率の観点から、それと同時に冷却液の抵抗を下げることも望まれる。
【００４７】
一方、エンジン２２とラジエータ２４の間には、冷却液を循環させるための配管３０が存在する。配管３０は、冷却液を輸送することが目的であるから、伝熱性能に対する要求性能は存在しない（エンジンルームの熱害を防ぐ点では、むしろ熱伝達率が下がったほうが望ましい）。
【００４８】
そこで、図４のような波状リブレットの特性を利用して、冷却系の場所と目的に応じて波状リブレットの形状を使い分けることを提案する。
【００４９】
すなわち、伝熱性能を考慮する必要のない配管３０（流路部材の一例）では、抵抗低減に有効な（伝熱性能も下がる）長波長の波状リブレットを利用する。つまり、図８に示すように、配管３０は、冷却液が流れる第一流路３２と、第一流路３２の内壁面に形成されると共に第一流路３２の長さ方向に延びる蛇行形状とされた複数の第一波状リブレット３４とを有する。この複数の第一波状リブレット３４は、第一流路３２における抵抗比がＤＲ＜１となるように、波長及び振幅が設定される。
【００５０】
一方、伝熱量（放熱量）を確保しなければならない伝熱管４０では、伝熱促進に有効な短波長・大振幅の波状リブレットを利用する。つまり、図９に示すように、伝熱管４０は、上述の第一流路と連通する第二流路４２と、第二流路４２の内壁面に形成されると共に第二流路４２の長さ方向に延びる蛇行形状とされた複数の第二波状リブレット４４とを有する。複数の第二波状リブレット４４は、上述の配管３０に形成された複数の第一波状リブレット３４（図８参照）よりも波長が短く振幅が大きい、すなわち、進入角βが大きいリブレットである。
【００５１】
この複数の第二波状リブレット４４は、第二流路４２における熱伝達率比がＨＴＲ＞１となるように、波長及び振幅が設定されるか、第二流路４２における熱伝達率比がＨＴＲ＞１となるように、進入角βが設定されるか、第二流路４２における性能向上比がｅ＞１となるように、進入角βが設定される。この伝熱管４０の内壁面には、本発明の流路の内壁面構造が適用されている。
【００５２】
このエンジン冷却システム２０では、伝熱管４０により伝熱促進した分だけ流量を下げる。この流量の低下は、エンジン冷却システム２０に設けられたウォータポンプの回転数を下げることにより可能である。
【００５３】
（作用効果）
これらの波状リブレットの使い分けにより、次に挙げる作用効果が期待できる。
（１）伝熱管４０の伝熱性能は維持（もしくは向上）しながら、流量低減によって、システム全体の抵抗を下げることが可能となる。
（２）配管３０では、流量低減の効果に加えて、長波長の第一波状リブレット３４による摩擦抵抗低減効果が重畳され、より高い抵抗低減効果が得られる。
（３）配管３０に用いる長波長の第一波状リブレット３４は熱伝達率が低いことから、配管３０における熱輸送中の放熱量が少なく、熱害の低減にもつながる。
（４）いずれの波状リブレットも従来の伝熱促進技術に比べて微細であることから、例えばロウ付けや溶接等による配管３０や伝熱管４０の組み付け工程においては、接合面積を十分に確保でき、組付不良の発生割合を少なくできることが期待できる。
【００５４】
この波状リブレットの使い分けによってシステム全体で得られる効果を試算する。ここでは、エンジン側の冷却部分（ウォータージャケット）を除いたラジエータ冷却系を対象とし、伝熱管の内壁には最も伝熱促進したa+=36,λ+=283の波状リブレット、配管の内壁には最も抵抗が低減したa+=18,λ+=1696の波状リブレットを適用する。
【００５５】
試算に際し、冷却系全体の抵抗の約半分がラジエータの抵抗であり、さらにラジエータの抵抗の半分が伝熱管の抵抗とした。また、曲りや絞りによる波状リブレットの性能低下は生じないものとした。試算結果を図１０に示す。
【００５６】
全体の抵抗に対して、伝熱管で約8％、配管では25％抵抗が低減され、全体として約33％の抵抗低減効果が得られることがわかる。前記の仮定があるため、実際に得られる効果はこれより低下すると考えられるが、本結果は第一次近似的な簡易試算として、本発明の有用性を示すものである。
【００５７】
[参考文献1] Peet, Y. and Sagault, P., “The theoretical prediction of turbulent skin friction on geometrically complex surfaces”, Physics of Fluids, Vol. 21, No. 105105 (2009), pp.1-17.
[参考文献2] 山田，岡林，淺井, “波状リブレットによる抵抗低減効果改善メカニズムの解明に関する数値解析”, 第27回数値流体力学シンポジウム, (2013), B06-4.
【００５８】
（変形例）
なお、上記実施形態では、伝熱管について説明したが、本発明の流路の内壁面構造は、伝熱管以外の部材に適用されても良い。
【００５９】
つまり、図１に示される流路の内壁面構造１０が伝熱管以外の部材に適用された場合において、流路１２における熱伝達率比がＨＴＲ＞１となるように、複数の波状リブレット１４の波長及び振幅が設定されるか、流路１２における熱伝達率比がＨＴＲ＞１となるように、複数の波状リブレット１４の進入角βが設定されるか、流路１２における性能向上比がｅ＞１となるように、複数の波状リブレット１４の進入角βが設定されても良い。
【００６０】
また、上記実施形態では、熱交換システムの一例として、エンジン冷却システムについて説明したが、本発明は、エンジン冷却システム以外の熱交換システムに適用されても良い。
【００６１】
また、上記実施形態では、流体の一例として、液体が用いられる場合について説明したが、本発明は、気体が用いられるシステムに適用されても良い。
【００６２】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【００６３】
１０  流路の内壁面構造
１２  流路
１４  波状リブレット
２０  エンジン冷却システム
２２  エンジン
２４  ラジエータ
３０  配管
３２  第一流路
３４  第一波状リブレット
４０  伝熱管
４２  第二流路
４４  第二波状リブレット
【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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