(57)【要約】【課題】冷凍機油を含む二酸化炭素冷媒を使用するヒートポンプシステムにおいても、圧力損失が増加せず、伝熱性能が優れたガスクーラー用内面溝付伝熱管を提供することを目的とする。【解決手段】ヒートポンプシステムのガスクーラーに使用されるガスクーラー用内面溝付伝熱管１であって、管内に冷凍機油含有量が６．０質量％以下である二酸化炭素冷媒を流通するために、管外径を２〜７ｍｍとし、管内面には、形成された溝深さ（ｈ）が０．１０〜０．３０ｍｍである螺旋状の溝２を有しており、管内面における管軸方向に平行な直線と溝２が延びる方向とがなすねじれ角（θ）が５〜４５°、溝２間に形成されるフィン３の管軸直交断面における山頂角（δ）が１０〜４５°、溝底幅（Ｗ）／溝深さ（ｈ）の値が０．５０〜３．５０であることを特徴とする。【選択図】図１
2007271220.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒートポンプシステムのガスクーラーに使用されるガスクーラー用内面溝付伝熱管であって、
前記管内に冷凍機油含有量が６．０質量％以下である二酸化炭素冷媒を流通するために、管外径を２〜７ｍｍとし、管内面には、形成された溝深さ（ｈ）が０．１０〜０．３０ｍｍである螺旋状の溝を有しており、管内面における管軸方向に平行な直線と前記溝が延びる方向とがなすねじれ角（θ）が５〜４５°、前記溝間に形成されるフィンの管軸直交断面における山頂角（δ）が１０〜４５°、溝底幅（Ｗ）／溝深さ（ｈ）の値が０．５０〜３．５０であることを特徴とするガスクーラー用内面溝付伝熱管。
【請求項２】
前記二酸化炭素冷媒が超臨界状態で流通されることを特徴とする請求項1に記載のガスクーラー用内面溝付伝熱管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプシステムのガスクーラーに使用されるガスクーラー用内面溝付伝熱管に係り、特に、冷凍機油を含有する二酸化炭素冷媒を使用するガスクーラー用内面溝付伝熱管に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、空調機、カーエアコン、冷蔵庫、冷凍機、給湯器および自動販売機などに設けられている熱交換器にはフロン系の冷媒が使用されていたが、フロン系の冷媒は地球温暖化への影響が懸念されており、近時、毒性および可燃性がなく安全で、安価で、さらに環境への負荷が小さい自然冷媒が注目されている。
このような自然冷媒の１種である二酸化炭素（ＣＯ２）は、熱特性に大きく影響を与える液定圧比熱および液熱伝導率が高く、フロン系冷媒（Ｒ２２、Ｒ１３４ａ、Ｒ４１０Ａなど）よりも伝熱性能が優れていることから、二酸化炭素ヒートポンプ式給湯器が使用されるようになってきた。図８は、二酸化炭素冷媒を用いたヒートポンプ給湯システムの構成を示す模式図である。ヒートポンプ給湯システム４０では、ヒートポンプユニット４１において、二酸化炭素冷媒（ＣＯ２冷媒）が蒸発器１１で大気熱を吸収した後、圧縮器１２により圧縮され、高温高圧の流体（超臨界状態）としてガスクーラー１３に送られる。ガスクーラー１３では、二酸化炭素と、水ユニット４２の貯湯タンク４３よりポンプＰで供給される水とが熱交換することにより、水に二酸化炭素の熱が伝達され、水が湯となって貯湯タンク４３に戻る。ガスクーラー１３には、二重管式熱交換器、管と管または管と箱体が接触する形式の熱交換器などがある。二酸化炭素は、ガスクーラー１３で凝縮せずに連続的に冷却された後、膨張弁１４に送られ、膨張弁１４により断熱膨張し、蒸発器１１で再度吸熱する。
前記ガスクーラー１３を構成する二酸化炭素冷媒用伝熱管（冷媒管）としては、管内を流れる二酸化炭素冷媒の圧力が高く、その流速も大きいことから、平滑管が多用されている（特許文献１、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００５−６９６２０号公報（段落００１３、図２）
【特許文献２】特開２００３−１４３８３号公報（段落００２５〜００２７、００３２、図５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来の平滑管を冷媒管とした技術には以下に示す問題点があった。
二酸化炭素ヒートポンプ式給湯器においては、夜間蓄熱および昼間追い炊きを行うため、給湯器での負荷変動が大きく、ガスクーラーにおける水の流量変動幅が大きい。このような使用環境の中で、ガスクーラーの伝熱性能を向上させることによる給湯器の夜間蓄熱の時間短縮化、蓄熱量の改善、昼間の追い炊き時における給湯器のエネルギー消費効率ＣＯＰ（Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  ｏｆ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）の改善が望まれている。また、家庭用給湯器においては、給湯器の設置容積を大きくできないため、ガスクーラーには、容積を小さくしつつ、伝熱性能を向上させることが望まれている。
しかし、特許文献１および２に記載されている平滑管を冷媒管とした場合、二酸化炭素冷媒の攪拌効果がなく、また管内の伝熱面積の増大も管内径により定まるため、熱伝達性能の向上に対して限界があり、より高性能なガスクーラーを平滑管で製作するには限界がある。
また、二重管式熱交換器の内側の管を、漏洩検知溝を有する二重管構造とした三重管において、二酸化炭素の冷媒管（最内管）を内面溝付伝熱管とした熱交換器が用いられるようになってきている。
しかし、通常、伝熱管内を流通する二酸化炭素冷媒中には、圧縮器用の潤滑剤である冷凍機油が含まれており、単に伝熱管の内面に溝を形成しただけのガスクーラーでは、凝縮性能が向上しない。このため、フロン系冷媒で使用されている内面溝付伝熱管を二酸化炭素冷媒用として使用しても、十分な伝熱性能は得られないという問題があった。また、このようなガスクーラーにおいては、冷凍機油を含んだ二酸化炭素冷媒を使用した場合、圧力損失が増加して、十分な蒸発性能が得られず、このような圧力損失の増加は、二酸化炭素冷媒中の冷凍機油含有量が高い程著しいという問題があった。
さらに、二酸化炭素冷媒を使用する場合、伝熱管内の圧力が高くなるため、フロン系冷媒を使用する場合よりも伝熱管の厚さを厚くしなければならない。このため、伝熱管の内面に溝を形成する場合は、その溝深さが制限されるため、溝形状を考慮する必要がある。
【０００４】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、冷凍機油を含む二酸化炭素冷媒を使用するヒートポンプシステムにおいても、圧力損失が増加せず、伝熱性能が優れたガスクーラー用内面溝付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】
【０００５】
前記課題を解決するため、請求項１に係るガスクーラー用内面溝付伝熱管は、ヒートポンプシステムのガスクーラーに使用されるガスクーラー用内面溝付伝熱管であって、前記管内に冷凍機油含有量が６．０質量％以下である二酸化炭素冷媒を流通するために、管外径を２〜７ｍｍとし、管内面には、形成された溝深さ（ｈ）が０．１０〜０．３０ｍｍである螺旋状の溝を有しており、管内面における管軸方向に平行な直線と前記溝が延びる方向とがなすねじれ角（θ）が５〜４５°、前記溝間に形成されるフィンの管軸直交断面における山頂角（δ）が１０〜４５°、溝底幅（Ｗ）／溝深さ（ｈ）の値が０．５０〜３．５０であることを特徴とする。
【０００６】
このように構成すれば、冷凍機油含有量が６．０質量％以下である二酸化炭素を冷媒として使用した場合に、圧力損失を増加させずに、熱伝達率を向上させることができ、伝熱性能が優れた伝熱管を得ることができる。
【０００７】
請求項２に係るガスクーラー用内面溝付伝熱管は、前記二酸化炭素冷媒が超臨界状態で流通されることを特徴とする。
【０００８】
このように構成すれば、前記内面溝付伝熱管内を流れる二酸化炭素を超臨界状態とすることにより、ガスクーラーとしての伝熱性能を一層向上させることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、冷凍機油を含有する二酸化炭素冷媒を用いるヒートポンプシステムのガスクーラー用内面溝付伝熱管において、管外径、ねじれ角、溝間に形成されるフィンの管軸直交断面における山頂角、および溝底幅／溝深さの値を最適化しているため、従来使用されていた平滑管に比べて、圧力損失を増加させずに、伝熱性能を向上させることができる。
また、内面溝付伝熱管内を流れる二酸化炭素を超臨界状態とすることにより、ガスクーラーとしての伝熱性能を一層向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明は、ヒートポンプシステムのガスクーラーに使用される二酸化炭素冷媒を流通させるガスクーラー用内面溝付伝熱管に係るものであり、ガスクーラーとしては、二重管式熱交換器、管と管または管と箱体が接触する形式の熱交換器などがある。
以下、本発明の実施の形態に係るガスクーラー用内面溝付伝熱管について、図面を参照して詳細に説明する。図１（ａ）は、管軸方向と平行な断面を示す断面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＸ−Ｘ線における端面図、図１（ｃ）は、溝底幅を示す模式図、図２は、内面溝付伝熱管が組み込まれたガスクーラーを備えたヒートポンプユニットの構成を示す模式図である。
【００１１】
図１（ａ）および（ｂ）に示すように、本実施形態の内面溝付伝熱管１は、銅または銅合金などの金属材料からなり、管内面には相互に平行な複数の螺旋状の溝２が一定の間隔で形成され、隣り合う溝２間は山形状のフィン３となっている。この内面溝付伝熱管１の外径は２〜７ｍｍであり、溝２の深さｈは０．１０〜０．３０ｍｍであり、管内面における管軸方向に平行な直線と溝２が延びる方向とがなす角度、即ち、ねじれ角（リード角）θは、５〜４５°である。
この内面溝付伝熱管１は、冷凍機油を６．０質量％以下含有する二酸化炭素冷媒を使用するヒートポンプシステムのガスクーラーに組み込まれる。図２に示すように、ヒートポンプシステムにおけるヒートポンプユニット１０には、二酸化炭素冷媒（ＣＯ２冷媒）を蒸発させ、その際の気化熱により空気および水などを冷却する蒸発器１１と、蒸発器１１から排出された二酸化炭素冷媒を圧縮し、高温にしてガスクーラー１３に供給する圧縮器１２と、二酸化炭素冷媒の熱により空気および水などを加熱するガスクーラー１３と、ガスクーラー１３から排出された二酸化炭素冷媒を膨張させ、低温にして蒸発器１１に供給する膨張弁１４とが設けられている。そして、本実施形態の内面溝付伝熱管１（図１（ａ）参照）は、ガスクーラー１３に組み込まれ、その内部には冷凍機油を６．０質量％以下含有する二酸化炭素冷媒が流される。
次に、図１および図２を参照して、本実施形態の内面溝付伝熱管１における数値限定理由について説明する。
【００１２】
≪二酸化炭素冷媒中の冷凍機油含有量：６．０質量％以下≫
通常、伝熱管内を流通する二酸化炭素冷媒中には、ポリアルキレングリコール系油などの冷凍機油が含まれている。この冷凍機油は、圧縮器１２用の潤滑剤であり、ベアリングおよびシリンダなどの可動部の潤滑性を向上させるとともに、摩擦により発生する熱を吸収することにより可動部を冷却して、圧縮器１２を良好に稼働させるものである。ポリアルキレングリコール系油などの有極性油は二酸化炭素と相溶性があり、二酸化炭素冷媒と分離しにくいが、熱交換器内に存在する水分、経時変化などにより、使用中、二酸化炭素と分離し、ガスクーラー１３の伝熱管内に冷凍機油の皮膜が形成されることがある。前記二酸化炭素と分離した油分が発生しても、本発明の内面溝付伝熱管１は、平滑管に比べ、管内全面が冷凍機油の皮膜で覆われることがなく、伝熱性能の点で有利であるが、二酸化炭素冷媒中の冷凍機油含有量が６．０質量％を超えると、冷凍機油皮膜の量が増加し、高い伝熱性能を保つことが難しくなる。したがって、二酸化炭素冷媒中の冷凍機油含有量は６．０質量％以下、好ましくは４．０質量％以下とする。なお、二酸化炭素冷媒中の冷凍機油含有量は、伝熱性能の点からは少ないほどよいが、潤滑の点からは０．１質量％以上含有されることが好ましい。
【００１３】
≪管外径：２〜７ｍｍ≫
管の外径が小さいほど、熱伝達率の点では有利であるが、外径が２ｍｍ未満であると、熱伝達率の増加量よりも圧力損失の増加量の方が多くなり、ＣＯＰの向上にとって不利となる。また、転造加工により製造する場合、外径の大きい内面溝付伝熱管１を転造加工し、縮径を行うことにより細径化するが、管の外径が２ｍｍ未満になると、縮径加工の加工率が大きく、管の肉厚が大きく、内径が小さくなってしまい、有効な管内断面積を確保することが難しくなる。一方、外径が７ｍｍを超えると、伝熱管内の圧力が高くなり、伝熱管の厚さを厚くする必要があり、管の質量が大きくなってしまう。よって、管外径は、２〜７ｍｍとする。
【００１４】
≪溝の深さ：０．１０〜０．３０ｍｍ≫
本発明の内面溝付伝熱管１においては、溝２の深さが大きい程、その熱伝達率も高くなる。しかしながら、溝２の深さが０．１０ｍｍ未満の場合、熱伝達率が向上しない。一方、溝２の深さが０．３０ｍｍを超えると、熱伝達率の増加量よりも圧力損失の増加量の方が多くなり、結果として、ガスクーラー１３に用いた場合の熱伝達性能が低下する。よって、溝２の深さは、０．１０〜０．３０ｍｍとする。
【００１５】
≪ねじれ角：５〜４５°≫
冷凍機油含有量が６．０質量％以下である二酸化炭素冷媒をガスクーラー１３に使用する場合、内面溝付伝熱管１の伝熱性能には、図１（ａ）に示すねじれ角θによる影響が大きい。このねじれ角θとは、管内面における管軸方向に平行な直線と溝２が延びる方向とがなす角度である。ねじれ角θが５°未満の場合、従来使用されていた平滑管と同等の伝熱性能しか得られない。一方、ねじれ角θが４５°を超えると、圧力損失が増加する。したがって、ねじれ角θは、５〜４５°とする。
【００１６】
≪山頂角：１０〜４５°≫
図１（ｂ）に示す山頂角δが小さい程、熱伝達率が高くなる。山頂角δが１０°未満の場合、本発明のような小径の内面溝付伝熱管１の加工が難しくなり、コストアップの原因となる。一方、山頂角δが４５°を超えると、内面溝付伝熱管１の内表面積が低下するため、伝熱性能を向上させる効果が小さくなる。したがって、山頂角δは、１０〜４５°とする。
【００１７】
≪管軸直交断面における溝底幅Ｗ／溝深さｈ：０．５０〜３．５０≫
溝底幅Ｗとは、図１（ｃ）に示すように、溝２の両端におけるフィン３の傾斜部の延長線上と、溝２の底部の延長線上の交差する位置の幅をいう。
ここで、分かりやすくするために、溝深さｈを固定して考えると、Ｗ／ｈが小さいほど溝底幅が小さく、またＷ／ｈが大きいほど溝底幅が大きくなる。即ち、管軸直交断面における管内表面積は、Ｗ／ｈが大きいほど小さくなり、Ｗ／ｈが小さいほど大きくなる。そのため、Ｗ／ｈが小さいほうが、内面溝付伝熱管１の熱伝達率が高くなる。しかしながら、Ｗ／ｈが０．５０未満の場合、伝熱性能の増加に比べて圧力損失の増加が大きくなる。一方、Ｗ／ｈが３．５０を超える場合、平滑管に比べて熱伝達率向上の効果が小さい。したがって、Ｗ／ｈの範囲は、０．５０〜３．５０とする。
【００１８】
本発明の好ましい例として、内面溝付伝熱管１において、管内の溝数や管の材質は次のようなものを用いることが好ましい。
≪溝数≫
溝数が多いほど、管内表面積が増大し、フィン数が増加するため、管内熱伝達率が増加するが、単位長さあたりの管の質量が増加する。また、本発明の内面溝付伝熱管１は小径であるため、溝数が多くなると、その加工が困難になりやすい。本発明においては、外径に合わせ、溝数を３０〜７０の範囲で選択すればよい。好ましい溝数は、外径２〜３ｍｍでは３０〜５０、外径３〜４ｍｍでは３５〜５５、外径４〜５ｍｍでは４０〜６０、外径５〜７ｍｍでは５０〜７０程度である。
【００１９】
≪管の材質≫
本発明の内面溝付伝熱管１には、伝熱性能(熱伝導率)、ろう付け性、曲げなどの加工性、耐食性、および冷媒として高温・高圧の超臨界の炭酸ガスを使用するため、耐圧性能(強度)などの特性が必要になる。そこで、無酸素銅、りん脱酸銅、Ｓｎ、Ｐなどを計１質量％程度含有させた銅合金などの素材を用いることにより、これらの要求を満足させることができる。無酸素銅、りん脱酸銅などの純銅系の素材を用いると、耐圧強度を満足させるために肉厚を厚くする必要があり、内面溝付伝熱管１の転造加工性が低下し、単位長さあたりの質量が増加しやすい。このような場合には、例えば、室温およびろう付け後の引張り強さがりん脱酸銅より優れるＣｕ−０．６５質量％Ｓｎ−０．０３質量％Ｐ合金などの合金を用いれば、前記の問題を解決することができる。
【００２０】
≪二酸化炭素冷媒≫
本発明の好ましい例として、二酸化炭素冷媒は、超臨界状態であることがより好ましい。超臨界状態とは、気相と液相の境界がなくなった状態であり、密度および粘度が気相状態に近似した低い状態であるにもかかわらず、熱伝達率が気相状態の２倍以上の高い値を示す。このため、内面溝付伝熱管１を用いても、平滑管を用いた場合に比べ、管内の圧力損失の増加を低くしながら、管内熱伝達率を高めることが可能となる。
【実施例】
【００２１】
以下、本発明の要件を満たす実施例および本発明の要件を満たさない比較例について、具体的に説明する。
表１〜３に示す構成を備える内面溝付伝熱管を製作し、性能比を求めた。
ここで、性能比とは、ガスクーラーとしての平滑管の伝熱性能に対して内面溝付伝熱管の伝熱性能を評価したものであり、以下に説明するように、内面溝付伝熱管の熱伝達率および圧力損失から求めたものである。
【００２２】
以下に、内面溝付伝熱管の熱伝達率および圧力損失の測定方法を述べる。
図３は、熱伝達率および圧力損失の測定に使用した装置の構成を示す模式図、図４（ａ）は、そのガスクーラーの構成を示す模式図、図４（ｂ）は、内面溝付伝熱管が配置された二重管の断面を示す模式図である。
図３に示すように、本実施例で使用した測定装置には、二酸化炭素冷媒（ＣＯ２冷媒）を圧縮することにより高温にする圧縮器１２と、試験部であるガスクーラー１３と、二酸化炭素冷媒を膨張させて低温にする膨張弁１４と蒸発器１１が設けられている。この蒸発器１１の出入口には、それぞれ、二酸化炭素冷媒を加熱する予熱器１８および過熱器１９が設けられている。また、圧縮器１２の出口には、冷媒中の冷凍機油を分離するオイルセパレータ１５ａが設けられており、更に、圧縮器１２の入口およびガスクーラー１３の出口には、それぞれ冷媒の脈動をなくすアキュームレータ１６ａおよび１６ｂが設けられている。
【００２３】
本実施例においては、圧縮器１２用の冷凍機油としてポリアルキレングリコール系油を使用した。そして、蒸発器１１の出口に設けたオイルセパレータ１５ｂによって二酸化炭素冷媒中の冷凍機油を分離し、この分離した冷凍機油をオイル冷却器２０で冷却した後、オイルポンプ２１および流量計２２を経由して再度二酸化炭素冷媒中に添加することにより、蒸発器１１の直前の部分における冷凍機油含有量を調節した。なお、二酸化炭素冷媒中の冷凍機油含有量は、予熱器１８の直前のサンプリングポート２３において二酸化炭素冷媒を採取し、精密化学天秤によりその質量を測定することにより求めた。また、蒸発器１１に熱源水を供給している間は、ガスクーラー１３およびオイル冷却器２０に冷却水を供給した。さらに、予熱器１８および過熱器１９には、直流電流を供給した。
【００２４】
本実施例においては、ガスクーラー１３と膨張弁１４との間に、精度が±０．４％のマイクロモーション型質量流量計１７を設け、この流量計１７により冷媒の流量を測定した。また、蒸発器１１と過熱器１９との間、オイルセパレータ１５ｂと圧縮器１２との間、圧縮器１２とガスクーラー１３との間、ガスクーラー１３とアキュームレータ１６ｂとの間、流量計１７と膨張弁１４との間には、それぞれ冷媒混合室２４ａ〜２４ｅが設けられている。そして、冷媒の温度および圧力は、それぞれ、冷媒混合室２４ａ〜２４ｅ内に備えられた直径が０．５ｍｍクロメル−アルメル被覆熱電対２５ａ〜２５ｅおよび精度が０．０２ＭＰａの圧力変換器２６ａ〜２６ｅにより測定した。その際、熱電対２５ａ〜２５ｅは、予め誤差が±０．０５Ｋ以内になるように校正した。
【００２５】
また、図４（ａ）および（ｂ）に示すように、ガスクーラー１３には、材質は、りん脱酸銅（ＪＩＳＨ３３００  Ｈ１２２０）を用い、直径が１８ｍｍで、内径が１２ｍｍの外管３５の内部に、実施例または比較例の内面溝付伝熱管１が配置された３つの二重管３１ａ〜３１ｃが、直列に接続されている。なお、これらの二重管３１ａ〜３１ｃは、長さが０．７０ｍであり、有効熱伝達長さが０．５ｍである。そして、実施例または比較例の内面溝付伝熱管１の内部には二酸化炭素冷媒（ＣＯ２冷媒）を流通させ、これらの内面溝付伝熱管１と外管３５との間には冷却水を流通させた。その際、二酸化炭素冷媒の流通方向と冷却水の流通方向とが相互に逆になるようにした。
【００２６】
このガスクーラー１３には、熱源３０が設けられており、冷却水の流量は、この熱源３０内に設けられた精度が±０．５％のギア式流量計により測定した。また、二重管３１ａ〜３１ｃの両端部には、それぞれ熱源水混合室３２ａ〜３２ｆが設けられており、冷却水の温度は、この熱源水混合室３２ａ〜３２ｆに設置された外径が２．０ｍｍの抵抗温度計により測定した。その際、各抵抗温度計は、誤差が±０．０２Ｋ以内になるように校正した。更に、二重管３１ａ〜３１ｃ間の圧力差は、精度が±０．２５％の差圧変換器３３ａ〜３３ｄにより測定した。
ここで、直列に配列した３台の二重管３１ａ〜３１ｃのうち、３１ａと３１ｃは制御、調整用で、圧力損失は、差圧変換器３３ｂと３３ｃの測定値との差から求めた。
さらにまた、各内面溝付伝熱管１の外壁の温度は、外径が０．１ｍｍの銅線およびコンスタンタン線により形成されている銅−コンスタンタン熱電対を、内面溝付伝熱管１の外面の上下左右に配置して測定した。その際、これらの熱電対は、誤差が±０．０５Ｋ以内になるように校正した。さらにまた、ガスクーラー１３の冷媒出口付近には冷媒混合室２４ｄが設けられており、この冷媒混合室２４ｄに設けられた熱電対２５ｄおよび圧力変換器２６ｄにより、冷媒の温度および圧力を測定した。
各内面溝付伝熱管１の内壁の温度Ｔｗｉは、下式（１）から求めた。
【００２７】
【数１】
2007271220.tif 000003
【００２８】
なお、上記式（１）におけるＴｗｏは内面溝付伝熱管１の外壁の温度、λｗは内面溝付伝熱管１の熱伝導率、ｄｗｉおよびｄｗｏはそれぞれ内面溝付伝熱管１の内径および外径、Ｑは二重管３１ａ〜３１ｃの熱伝導率、Δｚは二重管３１ａ〜３１ｃの有効熱伝達長さである。
また、全熱収支、即ち、冷却水による熱量の増加と冷媒による熱量の損失との比は５％未満とし、二酸化炭素の熱力学的性質および移送性能は、ＲＥＦＰＲＯＰ  Ｖeｒ．７．０（Ｍ．Ｏ．ＭｃＬｉｎｄｅｎ、外２名、２００２、Ｐｅｓｋｉｎ  ＡＰ、ＮＩＳＴ  ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃ  ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ  ｒｅｆｒｉｇｅｒａｎｔｓ  ａｎｄ  ｒｅｆｒｉｇｅｒａｎｔ  ｍｉｘｔｕｒｅｓ  ｄａｔａｂａｓｅ  （ＲＥＦＰＲＯＰ）、Ｖｅｒ．７．０）に定義されている計算式により計算した。
更に、内面溝付伝熱管１の局所熱伝達率αは、下式（２）から求めた。
なお、局所熱伝達率αは、二重管３１ｂについて測定したものである。
【００２９】
【数２】
2007271220.tif 000004
【００３０】
ここで、上記式（２）におけるＴｂは二重管３１ａ〜３１ｃにおける標準圧力時の二酸化炭素冷媒の温度である。また、ｑは二重管３１ａ〜３１ｃにおける熱流束であり、下式（３）により求められる。
【００３１】
【数３】
2007271220.tif 000005
【００３２】
なお、上記式（２）により求められる局所熱伝達率αの不確実性は１０％未満であり、上記式（３）により求められる熱流束ｑの不確実性は６％未満である。
そして、前記した方法により、冷凍機油含有量を０．６質量％、冷媒圧力を１０ＭＰａ、冷媒流速を６００ｋｇ／ｍ２ｓとして測定した各内面溝付伝熱管１の熱伝達率および圧力損失から、下式（４）により定義される性能比を求めた。この性能比は、ガスクーラーとしての平滑管の伝熱性能に対して内面溝付伝熱管１の伝熱性能を評価したものであり、内面溝付伝熱管１の熱伝達率と平滑管の熱伝達率が同じ値で、且つ内面溝付伝熱管１の圧力損失と平滑管の圧力損失が同じ値である場合、即ち、内面溝付伝熱管１の蒸発性能と平滑管の蒸発性能とが同じである場合、性能比の値は１となる。その際、平滑管の熱伝達率および圧力損失は、内面溝付伝熱管１と外径および肉厚が同一（内面溝付伝熱管１の底肉厚＝平滑管の肉厚）である平滑管を使用し、前記した内面溝付伝熱管１と同様の方法および条件により測定した値を使用した。
【００３３】
【数４】
2007271220.tif 000006
【００３４】
以上の結果を下記表１〜３に示す。なお、表１は、外径、ねじれ角、山頂角および溝底幅／溝深さを本発明の範囲にした内面溝付伝熱管において、熱伝達率および圧力損失に対する溝深さの影響を調査した結果を示す。表２および表３は、同様にねじれ角および、溝底幅／溝深さの影響をそれぞれ調査したものを示す。
なお、請求項の発明の構成を満たさないものについては、数値に下線を引いて示す。
【００３５】
【表１】
2007271220.tif 000007
【００３６】
【表２】
2007271220.tif 000008
【００３７】
【表３】
2007271220.tif 000009
【００３８】
表１に示すように、実施例１〜６の内面溝付伝熱管は、溝深さの値が本発明の範囲内であるため、圧力損失の増加を抑えながら、熱伝達率を向上させることが可能であり、性能比が１以上となった。一方、比較例１および３の内面溝付伝熱管は、溝深さが本発明の範囲より小さいため、平滑管に比べて熱伝達率の改善が小さく、また、比較例２および４の内面溝付伝熱管は、溝深さが本発明の範囲より大きいため、熱伝達率は向上するが、平滑管に比べて圧力損失が大きくなるため、いずれも性能比が１より小さかった。
図５は、横軸に溝深さをとり、縦軸に性能比をとって、溝深さと性能比との関係を示すグラフ図である。
図５に示すように、内面溝付伝熱管の性能比は、外径６．０ｍｍの内面溝付伝熱管の場合、溝深さが０．１ｍｍ程度より小さいと、性能比が１より小さくなり、０．３ｍｍ程度より大きくても、性能比が１より小さくなることがわかる。
外径３．０ｍｍの内面溝付伝熱管の場合でも、溝深さが０．１ｍｍ程度より小さいと性能比が１より小さくなり、０．３ｍｍ程度より大きくても、性能比が１より小さくなることがわかる。
【００３９】
表２に示すように、実施例７〜９の内面溝付伝熱管は、ねじれ角の値が本発明の範囲内であるため、圧力損失の増加を抑えながら、熱伝達率を向上させることが可能であり、性能比が１以上となった。一方、比較例５の内面溝付伝熱管はねじれ角の値が本発明の範囲より小さいため、平滑管に比べて熱伝達率の向上改善が小さく、また、比較例６の内面溝付伝熱管は、ねじれ角の値が本発明の範囲より大きいため、平滑管に比べて圧力損失が大きくなり、いずれも性能比が１より小さかった。
図６は、横軸にねじれ角をとり、縦軸に性能比をとって、ねじれ角と性能比との関係を示すグラフ図である。
図６に示すように、内面溝付伝熱管の性能比は、ねじれ角が５°程度より小さいと、性能比が１より小さくなり、４５°程度より大きくても、性能性が１より小さくなることがわかる。
【００４０】
表３に示すように、実施例１０〜１２の内面溝付伝熱管は、溝底幅／溝深さの値が本発明の範囲内であるため、圧力損失の増加を抑えながら、熱伝達率を向上させることが可能であり、性能比が１以上となった。一方、比較例７の内面溝付伝熱管は、溝底幅／溝深さの値が本発明の範囲より大きいため、平滑管に比べて熱伝達率の向上改善が小さく、また、比較例８の内面溝付伝熱管は、溝底幅／溝深さの値が本発明の範囲よりが小さいため、平滑管に比べて圧力損失が大きくなり、いずれも性能比が１より小さかった。
図７は、横軸に溝底幅／溝深さをとり、縦軸に性能比をとって、溝底幅／溝深さと性能比との関係を示すグラフ図である。
図７に示すように、溝底幅／溝深さの値が０．５程度より小さいと性能性が１より小さくなり、３．５程度より大きくても性能性が１より小さくなることがわかる。
【００４１】
次に、実施例８の内面溝付伝熱管を用い、二酸化炭素冷媒の冷凍機油含有量を０．２５〜６．６質量％まで変えて試験を行った。試験条件は前述の条件と同一である。その結果を表４に示す。
なお、請求項の発明の構成を満たさないものについては、数値に下線を引いて示す。
【００４２】
【表４】
2007271220.tif 000010
【００４３】
実施例１３〜１７の内面溝付伝熱管は二酸化炭素の冷凍機油の含有量が６．０質量％以下であり、本発明の範囲内であることから、いずれも性能比が１以上であった。比較例９の内面溝付伝熱管は二酸化炭素の冷凍機油の含有量が６．０質量％を超えるため、性能比が１より小さかった。
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく本発明の範囲を逸脱しない範囲で変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】（ａ）は本発明に係る内面溝付伝熱管における管軸方向と平行な断面を示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線における端面図であり、（ｃ）は溝底幅を示す模式図である。
【図２】本発明に係る内面溝付伝熱管が組み込まれたガスクーラーを備えたヒートポンプユニットの構成を示す模式図である。
【図３】熱伝達率および圧力損失の測定に使用した装置の構成を示す模式図である。
【図４】（ａ）は図３に示すガスクーラーの構成を示す模式図であり、（ｂ）は内面溝付伝熱管が配置された二重管の断面を示す模式図である。
【図５】横軸に溝深さをとり、縦軸に性能比をとって、溝深さと性能比との関係を示すグラフ図である。
【図６】横軸にねじれ角をとり、縦軸に性能比をとって、ねじれ角と性能比との関係を示すグラフ図である。
【図７】横軸に溝底幅／溝深さをとり、縦軸に性能比をとって、溝底幅／溝深さと性能比との関係を示すグラフ図である。
【図８】二酸化炭素冷媒を用いたヒートポンプ給湯システムの構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【００４５】
１      内面溝付伝熱管
２      溝
３      フィン
１０    ヒートポンプユニット
１１    蒸発器
１２    圧縮器
１３    ガスクーラー
１４    膨張弁
【図１】
2007271220.tif 000011
【図２】
2007271220.tif 000012
【図３】
2007271220.tif 000013
【図４】
2007271220.tif 000014
【図５】
2007271220.tif 000015
【図６】
2007271220.tif 000016
【図７】
2007271220.tif 000017
【図８】
2007271220.tif 000018