(57)【要約】【課題】コルゲート溝に応力が加わっても破断する恐れのない所望長のコルゲート伝熱管を容易に供給できるコルゲート伝熱管のレベルワウンドコイル、及びコルゲート伝熱管の製造方法を提供する。【解決手段】本発明に係るレベルワウンドコイル２は、所定の硬度、所定の長さ、及び所定の管厚を有し、整列巻き時に加わる応力に応じて伸縮する平坦部１２と、平坦部１２の間に所定のコルゲートピッチ（Ｐｃ）で設けられ、平坦部１２の所定の硬度より高い硬度のコルゲート溝１０とを有するコルゲート伝熱管１を備え、コルゲート伝熱管１を、整列巻き、かつトラバース巻きした複数のコイル層から構成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の硬度、所定の長さ、及び所定の管厚を有し、整列巻き時に加わる応力に応じて伸縮する平坦部と、前記平坦部の間に所定のコルゲートピッチ（Ｐｃ）で設けられ、前記平坦部の前記所定の硬度より高い硬度のコルゲート溝とを有するコルゲート伝熱管
を備え、
前記コルゲート伝熱管を、整列巻き、かつトラバース巻きした複数のコイル層から構成されるレベルワウンドコイル。
【請求項２】
前記コルゲート伝熱管の前記所定の管厚が、０．５ｍｍ以上である請求項１に記載のレベルワウンドコイル。
【請求項３】
前記コルゲート伝熱管が、曲率半径５６０ｍｍ以上で整列巻き、かつトラバース巻きされて前記複数のコイル層が構成される請求項１又は２に記載のレベルワウンドコイル。
【請求項４】
前記コルゲート伝熱管が、前記所定の硬度として１／２Ｈ材未満の硬度を有する銅又は銅合金からシームレスに形成され、熱交換器を構成する水管として用いられる請求項１から３のいずれか１項に記載のレベルワウンドコイル。
【請求項５】
前記コルゲート伝熱管が、前記コルゲート溝のコルゲート深さ（Ｈｃ）と前記コルゲート伝熱管のコルゲート外径（ＯＤ）との関係が、０．０４≦Ｈｃ／ＯＤ≦０．１を満たし、かつ、前記コルゲート溝間のコルゲートピッチ（Ｐｃ）と前記コルゲート伝熱管の前記平坦部の長さ（Ｌｈ）との関係が、０．５≦Ｌｈ／Ｐｃ＜１を満たし、かつ、前記Ｐｃが前記コルゲート伝熱管のコルゲート内径（ＩＤ）に等しい関係を満たす
請求項１から４のいずれか１項に記載のレベルワウンドコイル。
【請求項６】
１／２Ｈ材未満の硬度を有する材料から形成される原管を準備する原管準備工程と、
前記原管に応力が加わった際に前記原管の軸心に向かって実質的に均等に応力が加わる位置に、コルゲート加工ディスクと複数のバックアップロールとを前記原管の外周に沿って配置して前記原管を保持する原管保持工程と、
保持した前記原管に、前記コルゲート加工ディスクによってコルゲート加工を施すコルゲート加工工程と
を備えるコルゲート伝熱管の製造方法。
【請求項７】
前記原管保持工程が、前記原管の周りに１つのコルゲート加工ディスクと３つ以上のバックアップロールとを配置する
請求項６に記載のコルゲート伝熱管の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レベルワウンドコイル、及びコルゲート伝熱管の製造方法に関する。特に、本発明は、自然冷媒ヒートポンプ式給湯機の水―冷媒熱交換器用伝熱管等の製造に用いられるレベルワウンドコイル、及びコルゲート伝熱管の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の自然冷媒ヒートポンプ式給湯器の熱交換器として、コルゲート溝を有する芯管としてのコルゲート管と、コルゲート管の外周に螺旋状に巻き付けられる熱媒管とを備える熱交換器が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
特許文献１に係る熱交換器は、コルゲート管の外周に熱媒管を巻き付けた簡易な構成を有するので、製造・運搬の容易性、熱交換性の向上、及びコストの低減等を図ることができる。
【０００４】
また、熱交換器は、コルゲート溝深さをＨｃ、コルゲート外径をＯＤと規定した場合、０．０４≦Ｈｃ／ＯＤであり、コルゲート溝と管軸Ｔａとのなす角をねじれ角βｃとするとβｃ≧４０゜であるコルゲート伝熱管と、その外側に配置される外管とから構成される熱交換機が提案されている（例えば、特許文献２を参照）。
【０００５】
特許文献２に係る熱交換器は、コルゲート溝と管軸とのなす角を適切に設定することにより、伝熱性能を平滑管より向上させることができる。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２２８３７０号公報
【特許文献２】特開２００７−２１８４８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１及び２に記載の熱交換器を構成するコルゲート管は、製造時の変形を防ぐために、硬度の大きい材料を使用しているため、整列巻き時においてコルゲート溝を除く平坦部が伸縮せず、コルゲート溝に応力が集中して管が破断する恐れがある。したがって、コルゲート管は直管として提供され、定尺以上の所望の長さの伝熱管を備える熱交換器を組み立てるときは、複数のコルゲート管をロウ付け等により接続することになるため、熱交換器の組み立てにおいて、作業工数が増加するという不都合がある。
【０００８】
したがって、本発明の目的は、コルゲート溝に応力が加わっても破断する恐れのない所望長のコルゲート伝熱管を容易に供給できるコルゲート伝熱管のレベルワウンドコイル、及びコルゲート伝熱管の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記目的を達成するため、所定の硬度、所定の長さ、及び所定の管厚を有し、整列巻き時に加わる応力に応じて伸縮する平坦部と、平坦部の間に所定のコルゲートピッチ（Ｐｃ）で設けられ、平坦部の所定の硬度より高い硬度のコルゲート溝とを有するコルゲート伝熱管を備え、コルゲート伝熱管を、整列巻き、かつトラバース巻きした複数のコイル層から構成されるレベルワウンドコイルが提供される。
【００１０】
また、上記レベルワウンドコイルは、コルゲート伝熱管の所定の管厚が、０．５ｍｍ以上であってもよく、また、コルゲート伝熱管が、曲率半径５６０ｍｍ以上で整列巻き、かつトラバース巻きされていてもよい。更に、コルゲート伝熱管が、所定の硬度として１／２Ｈ材未満の硬度を有する銅又は銅合金からシームレスに形成され、熱交換器を構成する水管として用いられてもよい。
【００１１】
また、上記レベルワウンドコイルは、コルゲート伝熱管が、コルゲート溝のコルゲート深さ（Ｈｃ）とコルゲート伝熱管のコルゲート外径（ＯＤ）との関係が、０．０４≦Ｈｃ／ＯＤ≦０．１を満たし、かつ、コルゲート溝間のコルゲートピッチ（Ｐｃ）とコルゲート伝熱管の平坦部の長さ（Ｌｈ）との関係が、０．５≦Ｌｈ／Ｐｃ＜１を満たし、かつ、Ｐｃがコルゲート伝熱管のコルゲート内径（ＩＤ）に等しい関係を満たしてもよい。
【００１２】
また、本発明は、上記目的を達成するため、１／２Ｈ材未満の硬度を有する材料から形成される原管を準備する原管準備工程と、原管に応力が加わった際に原管の軸心に向かって実質的に均等に応力が加わる位置に、コルゲート加工ディスクと複数のバックアップロールとを原管の外周に沿って配置して原管を保持する原管保持工程と、保持した原管に、コルゲート加工ディスクによってコルゲート加工を施すコルゲート加工工程とを備えるコルゲート伝熱管の製造方法が提供される。
【００１３】
また、上記コルゲート伝熱管の製造方法は、原管保持工程が、原管の周りに１つのコルゲート加工ディスクと３つ以上のバックアップロールとを配置してもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のレベルワウンドコイルによれば、コルゲート溝に応力が加わっても破断する恐れのない所望長のコルゲート伝熱管を、熱交換器の組立時に使用しやすい形態で提供することができ、本発明のコルゲート伝熱管の製造方法によれば、レベルワウンドコイルの形態にできるコルゲート伝熱管を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るコルゲート伝熱管の側面及び部分断面を示す。
【００１６】
（コルゲート伝熱管１の構造）
第１の実施の形態に係るコルゲート伝熱管１は、所定のコルゲートピッチで外壁１６に形成されたコルゲート形状のコルゲート加工部としてのコルゲート溝１０と、コルゲート溝１０間に所定のピッチで設けられるフラット部としての平坦部１２とを備え、１条で加工された金属製のシームレスコルゲート管である。コルゲート伝熱管１は、外壁１６にコルゲート溝１０を備えることにより、内壁１４と外壁１６とに波形のスパイラル構造を有する。コルゲート伝熱管１は、一例として、ヒートポンプ給湯機用の水―冷媒熱交換器などの熱交換器を構成する水管として用いることができる。すなわち、コルゲート伝熱管１内を流れる流体としての水と、コルゲート伝熱管１の外を流れる冷媒との間で熱交換される。
【００１７】
コルゲート伝熱管１を形成する金属材料としては、所定の熱伝導率、所定の機械的強度、所定の硬度、及び所定のロウ付け性を呈する金属材料を用いることができ、一例として、銅又は銅合金を用いることができる。コルゲート伝熱管１の材質を銅又は銅合金とすることで、所定の熱交換器を製造する際に、例えば、外部の冷媒管との間でロウ付けが容易となる。また、コルゲート伝熱管１の用途に応じて所定の熱伝導率、所定の機械的強度、所定の硬度、及び所定のロウ付け性を呈する金属材料であれば、アルミニウム合金等の他の金属材料を用いることもできる。
【００１８】
コルゲート伝熱管１の外径としてのコルゲート外径１ａは、コルゲート伝熱管１を用いる用途に応じて決定され、決定されたコルゲート外径１ａを有してコルゲート伝熱管１は形成される。そして、管厚１ｃは、コルゲート伝熱管１内を流通する流体（例えば、水）による内壁１４の腐食及び形成されるコルゲート溝深さ１０ｂを考慮した厚さに形成される。すなわち、管厚１ｃは、厚肉に形成される。一例として、コルゲート伝熱管１内に水を流通させる場合、管厚１ｃを０．５ｍｍ以上にした厚肉管としてのコルゲート伝熱管１が形成される。本実施の形態に係るコルゲート伝熱管１おいては厚肉管を用いるので、薄肉管（例えば、０．２ｍｍ程度の肉厚を有する管）においてはその外面に形成することが困難であったコルゲート溝１０を、容易に形成することができる。
【００１９】
コルゲート溝１０は、コルゲート内径１ｂと略等しい距離のコルゲートピッチ１０ａで外壁１６に形成される。また、コルゲートピッチ１０ａをＰｃとすると共に、平坦部長１２ａをＬｈとすると、外壁１６に隣り合って設けられるコルゲート溝１０間の距離としての平坦部長１２ａは、０．５≦Ｌｈ／Ｐｃ＜１の範囲で形成される。この範囲で平坦部長１２ａを形成することにより、コルゲート伝熱管１の外壁１６に、所定の冷媒管をロウ付けすることができる。なお、コルゲート内径１ｂは、コルゲート伝熱管１を製造する前の原管の内径又は最大内径である。また、コルゲート溝１０の硬度は平坦部１２の硬度よりも高い。すなわち、平坦部１２の方が、コルゲート溝１０よりも外力に対して変形しやすい性質を有する。
【００２０】
また、コルゲート伝熱管１のコルゲート溝深さ１０ｂをＨｃ、コルゲート外径１ａをＯＤとすると、外径に対する凹凸の比はＨｃ／ＯＤで表される。そして、本実施の形態に係るコルゲート伝熱管１は、０．０４≦Ｈｃ／ＯＤ≦０．１の関係を満たすコルゲート溝１０が外壁１６に形成される。また、更なる良好な伝熱性能の実現、及び低圧力損失の実現を目的として、０．０４≦Ｈｃ／ＯＤ≦０．０７の関係を満たすコルゲート溝１０を外壁１６に形成することができる。なお、本実施の形態に係るコルゲート伝熱管１のＨｃ／ＯＤの値は、通常の内面溝付管における凹凸の比である「溝深さ／外径」と比べて大きい。
【００２１】
図２は、本発明の第１の実施の形態に係るコルゲート伝熱管のレベルワウンドコイルの斜視図である。
【００２２】
（レベルワウンドコイル２の構造）
レベルワウンドコイル２は、第１の実施の形態に係るコルゲート伝熱管１を、所定の内径を有して整列巻きして形成されるレベルワウンドコイル（Ｌｅｖｅｌ  Ｗｏｕｎｄ  Ｃｏｉｌ：ＬＷＣ）である。レベルワウンドコイル２は、一例として、最小の内径（内径２０）が５６０ｍｍ以上となる曲率でコルゲート伝熱管１を整列巻きすることにより、複数のコイル層を有して構成される。
【００２３】
また、レベルワウンドコイル２は、最小の内径が５６０ｍｍ以上となる曲率でコルゲート伝熱管１を整列巻きすると共に、トラバース巻きすることにより、複数のコイル層を有して構成することもできる。例えば、第１の実施の形態に係るコルゲート伝熱管１を最小の内径が５６０ｍｍ程度の胴体（又は最大の外径が５６０ｍｍ程度のドラム状の胴体）に整列巻きすることにより、レベルワウンドコイル２が形成される。
【００２４】
なお、コルゲート伝熱管１を整列巻きする場合には、レベルワウンドコイル２の外側に対応するコルゲート伝熱管１が伸長すると共に、レベルワウンドコイル２の内側に対応するコルゲート伝熱管１が縮むこととなる。コルゲート伝熱管１を巻くことによりレベルワウンドコイル２が構成されるので、コルゲート伝熱管１は、整列巻き時に平坦部１２が伸縮する硬度の材料から形成される。
【００２５】
（レベルワウンドコイル２の効果）
本実施の形態に係るレベルワウンドコイル２は、コルゲート伝熱管１をＬＷＣの形態としたので、直管でコルゲート伝熱管１を供給する場合に比べて、供給時のスペース効率を倍にすることができる。したがって、コルゲート伝熱管１を用いて所望の熱交換器を組み立てる際、コルゲート伝熱管１を直管で供給する場合に比べて作業スペースの削減、及び所望長のコルゲート伝熱間１を容易に切り出すことができる点で作業効率の向上を図ることができる。
【００２６】
また、自然冷媒ヒートポンプ式給湯機のような水の流速が小さい使用形態においても熱交換器の伝熱性能を向上させることができるコルゲート伝熱管１を、熱交換器の組立時に使用しやすいレベルワウンドコイル２の形態で提供できる。
【００２７】
更に、本実施の形態に係るレベルワウンドコイル２は、銅又は銅合金から形成されると共に、外面に平坦部１２を備えるコルゲート伝熱管１から構成されるので、例えば、熱交換器等を構成する冷媒管との間でロウ付けなどによる良好な密着接合性を有する所望の長さのコルゲート伝熱管１を端部に端切れが生じない状態で提供することができる。
【００２８】
（コルゲート伝熱管１の製造方法）
図３（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１の実施の形態に係るコルゲート伝熱管の製造方法の概要を示す。
【００２９】
本実施の形態に係るコルゲート伝熱管１は、整列巻きした場合において整列巻き時に加わる圧力に応じて平坦部１２が伸縮する硬度を有する材料を用いて形成される。具体的に、本実施の形態に係るコルゲート伝熱管１は、ＪＩＳ  Ｈ３３００規格で規定される質別の１／２Ｈ材及びＨ材よりも柔らかい材料を用いて形成される。すなわち、コルゲート伝熱管１は、１／２Ｈ材未満の硬度を有する材料から形成され、一例として、銅又は銅合金の１／４Ｈ材又はＯ材からなる原管を用いてコルゲート伝熱管１は形成される。なお、１／４Ｈ材は、Ｏ材と１／２Ｈ材との中間の硬度を有する材料である。
【００３０】
まず、１／４Ｈ材又はＯ材からなる原管を準備する。そして、図３（ａ）を参照すると、１／４Ｈ材又はＯ材からなる原管としての素管３を、複数のバックアップロール３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、及び３２ｄで保持する（本実施の形態において、バックアップロールの数は４つである）。すなわち、複数のバックアップロール３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、及び３２ｄを素管３の外周に沿って配置して、素管３を拘束することにより保持する。
【００３１】
続いて、加工ディスク３０を素管３に接触させる。この場合において、素管３に圧力が加わった際に素管３の断面中心、すなわち、素管３の軸心に向かって実質的に均等に圧力が加わる位置に、コルゲート加工ディスクとしての加工ディスク３０と複数のバックアップロール３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄとを素管３の外周に沿って配置する。
【００３２】
次に、加工ディスク３０を用いて、コルゲート溝１０を素管３の外部表面に形成することによりコルゲート伝熱管１を製造する。なお、図３（ｂ）を参照すると、加工ディスク３０とバックアップロール３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、及び３２ｄとを素管３の外周に沿って略等間隔に配置することにより、巻き加工時における素管３に加わる圧力を均等化する。
【００３３】
（コルゲート伝熱管の製造方法の効果）
本実施の形態に係るコルゲート伝熱管の製造方法によれば、バックアップロールの個数を４つにすることにより、巻き加工時における素管３の変形を抑制することができる。これにより、巻き加工後のコルゲート伝熱管１を整列巻きした場合であっても、コルゲート溝１０の部分から破断することを防止できる。
【００３４】
また、本実施の形態に係るコルゲート伝熱管１の材質として、１／４Ｈ材又はＯ材を用いるので、加工ディスク３０で加工したコルゲート加工部としてのコルゲート溝１０の部分だけを加工硬化することができる。すなわち、平坦部１２は加工硬化しない。したがって、本実施の形態に係るコルゲート伝熱管１の平坦部１２の硬さは、素管３を形成する材料と同一の硬さを保持すると共に、平坦部１２を挟む位置に存在するコルゲート溝１０の部分だけを素管３より硬化することができる。これにより、コルゲート伝熱管１を整列巻きした場合には、コルゲート溝１０より低い硬度の平坦部１２がコルゲート溝１０より優先的に伸縮するので、コルゲート溝１０には整列巻きによる応力が集中することがない。
【００３５】
以上より、本実施の形態に係るコルゲート伝熱管の製造方法により得られたコルゲート伝熱管１によれば、例えば、従来のように１／２Ｈ材又はＨ材を用いて形成したコルゲート伝熱管を曲率半径５６０ｍｍとして整列巻きすると、平坦部が伸縮しないために平坦部より強度が弱いコルゲート溝に応力が集中して管が破断するという現象をなくすことができる。すなわち、本実施の形態に係るコルゲート伝熱管の製造方法により加工して得られたコルゲート伝熱管１であれば、整列巻きした場合であっても管の破断を防止することができると共に、断面形状がほとんど変形していないレベルワウンドコイル２を形成することができる。
【００３６】
図４（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１の実施の形態の変形例に係るコルゲート伝熱管の製造方法の概要を示す。
【００３７】
第１の実施の形態の変形例に係るコルゲート伝熱管の製造方法は、素管３を保持するバックアップロールの数が３つである点を除き、図３の上記説明におけるコルゲート伝熱管の製造方法と同一の工程を備える。よって、相違点を除き詳細な説明は省略する。
【００３８】
図４（ａ）を参照すると、素管３を、複数のバックアップロール３２ａ、３２ｂ、及び３２ｃで保持する（変形例においては、バックアップロールの数は３つである）。続いて、コルゲート加工ディスクとしての加工ディスク３０を素管３に接触させて、コルゲート溝１０を素管３の外部表面に形成することによりコルゲート伝熱管１を製造する。なお、図４（ｂ）を参照すると、加工ディスク３０とバックアップロール３２ａ、３２ｂ、及び３２ｃとは、素管３の外周に沿って略等間隔に配置される。
【００３９】
バックアップロールの個数を３つにすることで、素管３の変形を抑制すると共に、巻き加工により形成されたコルゲート伝熱管１を整列巻きした場合であっても、コルゲート溝１０の部分からの破断を防止できる。なお、図３の上記説明において説明したバックアップロールの個数が４つの場合には、バックアップロールが３つの場合に比べてコルゲート溝深さ１０ｂをより深くすることができ、コルゲート溝１０の加工の安定化を図ることができる。
【００４０】
図５は、本発明の第１の実施の形態に係るコルゲート伝熱管のレベルワウンドコイルの使用形態の概要を示す。
【００４１】
本実施の形態に係るコルゲート伝熱管１は、例えば、熱交換器用の伝熱管として、最小内径が５６０ｍｍ程度の胴体としてのボビン５５に整列巻きされる。すなわち、コルゲート伝熱管１はボビン５５に整列巻きされることにより、ＬＷＣの形態を有している。そして、コルゲート伝熱管１が巻き付けられたボビン５５は、管引き出し装置５（例えば、縦型アンコイラー）に搭載される。続いて、熱交換器の組立て時に、当該熱交換器の水管等に要求される所望の長さだけボビン５５からガイド５０に沿ってコルゲート伝熱管１を引き出す。次に、引き出したコルゲート伝熱管１を切断機（図示しない）で切断する。これにより、所望の長さを有するコルゲート伝熱管１が製造される。
【００４２】
なお、管引き出し装置５は、ボビン５５を巻きとり方向に回転させることによりコルゲート伝熱管１を巻き取ることができると共に、ボビン５５を巻き取り方向と反対方向である巻き解き方向（引き出し方向）に回転させることによりコルゲート伝熱管１を引き出すことができる。
【００４３】
図６は、本発明の第１の実施の形態に係るコルゲート伝熱管のレベルワウンドコイルの使用形態の他の例の概要を示す。具体的に、図６（ａ）は、横型アンコイラーとしての管引き出し装置の斜視図を示し、（ｂ）は、ＥＴＴＳ方式でＬＷＣからコルゲート伝熱管をアンコイルする方法の斜視図を示す。なお、ＥＴＴＳ方式とは、コイル中心軸が載置面に対して垂直となるように載置したＬＷＣの内側から上方に向かって管を引き出していく方式である。
【００４４】
図６（ａ）を参照すると、管引き出し装置５ａのターンテーブル５７上に、ＬＷＣ形態のコルゲート伝熱管１が巻き付けられているボビン５５が横に搭載される。そして、ガイド５０により引き出し方向にガイドされてボビン５５からコルゲート伝熱管１が引き出される。続いて、引き出されたコルゲート伝熱管１が切断機（図示しない）によって所定長に切断される。これにより、所望長のコルゲート伝熱管１が得られる。
【００４５】
図６（ｂ）は、ＬＷＣの形態を有するコルゲート伝熱管を、ＬＷＣの内側からアンコイルする方法の斜視図である。図６（ｂ）を参照すると、所定の台座６０上に緩衝材６２を介してレベルワウンドコイル２が搭載される。そして、レベルワウンドコイル２の内側から上方に向かってガイド５０を介してコルゲート伝熱管１が引き出し方向に引き出される。
【００４６】
［第２の実施の形態］
図７（ａ）は、本発明の第２の実施の形態に係る熱交換器の概要を示し、（ｂ）は、第２の実施の形態の他の形態に係る熱交換器の概要を示す。
【００４７】
図７（ａ）を参照すると、第１の実施の形態に係るコルゲート伝熱管１を、熱交換器４を構成する二重管の内管として用いる。そして、内管としてのコルゲート伝熱管１の所定の範囲を外管６で覆うことにより、熱交換器４が構成される。外管６とコルゲート伝熱管１の外側との間には、所定の冷媒が流通する。そして、コルゲート伝熱管１の内部には、水等の所定の流体が流通する。なお、複数本のコルゲート伝熱管１の所定の範囲を外管６で覆うことにより、熱交換器４を構成することもできる。
【００４８】
図７（ｂ）を参照すると、第１の実施の形態に係るコルゲート伝熱管１のコルゲート溝１０に沿って冷媒管７を巻き付けることにより、熱交換器４ａが形成される。この場合において、冷媒管７は、コルゲート伝熱管１にロウ付けされる。熱交換器４ａにおいては、コルゲート伝熱管１内に水等の所定の流体が流通すると共に、冷媒管７を冷媒が流通する。
【００４９】
［第３の実施の形態］
図８は、本発明の第３の実施の形態に係る半熱交換器の側面の概要を示す。
【００５０】
第３の実施の形態に係る半熱交換器８は、第１の実施の形態に係るコルゲート伝熱管１をとぐろ状に所定の巻き高さｈを有するように巻き取ることにより形成される。例えば、半熱交換器８は、素管３に対してコルゲート溝１０を形成してコルゲート伝熱管１を製造した直後に、コルゲート伝熱管１を所望の巻き高さｈに巻き取ることにより形成することができる。
【実施例】
【００５１】
図９は、コルゲート伝熱管のレイノルズ数（Ｒｅ）が１０００のときのＨｃ／ＯＤと伝熱性能比との関係を示す。
【００５２】
自然冷媒ヒートポンプ式給湯機のような水の流速が小さい使用形態において、いかなる形状のコルゲート溝１０を形成すると効果的であるかについて本発明者は検討している。以下、詳述する。
【００５３】
コルゲート伝熱管１は、ＪＩＳ  Ｈ３３００のＣ１２２０（りん脱酸銅）の１／４Ｈ材から形成されると共に、条数が１条であり、コルゲートピッチ１０ａが８ｍｍである。図９を参照すると、コルゲート外径１ａ（ＯＤ）に対するコルゲート溝深さ１０ｂ（Ｈｃ）の比、Ｈｃ／ＯＤが０．０４未満になると、平滑管に対する伝熱性能比が急激に低下することが分かる。例えば、Ｈｃ／ＯＤが０．０４の場合の伝熱性能比（対平滑管）が約３．５であるが、Ｈｃ／ＯＤが０．０３になると、伝熱性能比（対平滑管）が約１．２程度まで急減する。なお、Ｈｃ／ＯＤが０．１１のときの伝熱性能比は４．３である。
【００５４】
これにより、Ｈｃ／ＯＤは、０．０４≦Ｈｃ／ＯＤを満たすことが望ましいという知見を発明者は得ている。すなわち、伝熱性能を従来の平滑管の３．５倍以上に向上させることを目的とする場合、コルゲート溝１０は、コルゲート外径１ａの少なくとも０．０４倍以上のコルゲート溝深さ１０ｂとなるように形成することが望ましいという知見を本発明者は得ている。
【００５５】
図１０は、コルゲート伝熱管のレイノルズ数（Ｒｅ）が１０００のときのＨｃ／ＯＤと管摩擦係数との関係を示す。
【００５６】
ここで、管摩擦係数とは、ΔＰ＝λ×Ｌ／ｄｅ×（ρｖ２）／２の関係式で規定される無次元数λである（ΔＰ：伝熱管の圧力損失、Ｌ：伝熱管長さ、ｄｅ：伝熱管の相当直径（４×流路面積／濡れ縁長さ）、ρ：流体の密度、ｖ：流体の流速）。管摩擦係数は、流路面積や流体の流速等の影響を相殺した圧力損失の指標とみなすことができる。なお、コルゲート伝熱管１は、図９の上記説明と同様に、そのコルゲートピッチ１０ａは８ｍｍであり、条数は１条である。
【００５７】
図１０を参照すると、Ｈｃ／ＯＤが０．０４未満では、図９において説明した伝熱性能比と同様に、管摩擦係数比（対平滑管）も急激に減少して、乱流促進ができなくなることが分かる。一方、Ｈｃ／ＯＤが０．０４以上になると、管摩擦係数比（すなわち、圧力損失）は増加し続ける。更に、Ｈｃ／ＯＤが０．１を超えると（０．１＜（Ｈｃ／ＯＤ））、管摩擦係数比が伝熱性能比を超えることが分かる（例えば、Ｈｃ／ＯＤ＝０．１１において、伝熱性能比４．３に対し、管摩擦係数比４．５となる）。
【００５８】
以上より、Ｈｃ／ＯＤは、０．０４≦Ｈｃ／ＯＤ≦０．１を満たすことが望ましいという知見を発明者は得ている。Ｈｃ／ＯＤを上記の範囲に設定することにより、低圧力損失で高性能なコルゲート伝熱管１を提供できる。
【００５９】
図１１は、本発明の実施例に係るコルゲート伝熱管のＰｃ／ＩＤと管内熱伝達率及び圧力損失の関係を示す。
【００６０】
具体的に図１１は、Ｈｃ／ＯＤｗｏ０．０６に設定し、Ｒｅを２０００とした上で、コルゲートピッチ１０ａ（Ｐｃ）とコルゲート内径１ｂ（ＩＤ）との比Ｐｃ／ＩＤを０．６から１．５に変化させたときの管内熱伝達率、圧力損失の実験結果を示す。なお、コルゲート条数は１条とした。
【００６１】
図１１を参照すると、圧力損失（単位：ｋＰａ）は、コルゲートピッチ１０ａが増大するにつれて低下した。一方、管内熱伝達率（単位：ｋＷ／（ｍ２Ｋ））は、コルゲートピッチ１０ａがコルゲート内径１ｂと略等しいとき、すなわち、Ｐｃ／ＩＤが１．０のとき、最大値を示した。したがって、圧力損失の低減を図ると共に、管内熱伝達率の向上を図ることを目的とする場合、コルゲートピッチ１０ａがコルゲート内径１ｂと一致するようにコルゲート溝１０を形成することが好ましいとの知見を本発明者は得た。
【比較例】
【００６２】
図１２は、比較例に係るコルゲート伝熱管の製造方法の概要を示す。
【００６３】
図１２（ａ）及び（ｂ）を参照すると、比較例においては、素管３の外周の３つの方向に、加工ディスク３０と、２つのバックアップロール３２ａ及び３２ｂとを配置した。素管３をバックアップロール３２ａ及び３２ｂで拘束したので、平滑管に近い、平坦部の多いコルゲート伝熱管を作成することができた。ここで、比較例に係る素管３は、１／２Ｈ材又はＨ材から形成されている。仮にＯ材を用いた場合、Ｏ材は巻き加工に対して柔らかすぎるので、素管３が多角形に変形するからである。
【００６４】
比較例に係る製造方法で作成したコルゲート伝熱管は、曲率半径５６０ｍｍで整列巻きした際、コルゲート溝１０から破断した。これは、比較例に係るコルゲート伝熱管の平坦部１２が、整列巻きの際に伸縮せず、整列巻きの際の応力が強度が平坦部１２より弱いコルゲート溝１０に集中したためである。
【００６５】
【表１】
2009180453.tif 000003
【００６６】
表１は、素管３からコルゲート伝熱管１を形成する際の巻き加工において、バックアップロールの数を変更した場合における素管３の加工の可否を実験した結果を示す。なお、実験に用いた素管３は、１／４Ｈ材から形成され、巻き加工後の管の外径が９．５２ｍｍとなるように素管３を加工した。
【００６７】
バックアップロールが２個の場合は、比較例に係る製造方法に対応する（比較例）。また、バックアップロールが３個の場合は、図４において説明した本発明の第１の実施の形態の変形例に係る製造方法に対応する（実施例１）。更に、バックアップロールが４個の場合は、図３において説明した本発明の第１の実施の形態に係る製造方法に対応する（実施例２）。
【００６８】
表１を参照すると、比較例に係る製造方法ではバックアップロールが２個であるため、素管３が変形してＬＷＣに加工することができなかった。一方、実施例１に係る製造方法ではバックアップロールが３個であり、素管３の断面は変形せずにコルゲート伝熱管を製造することができた。実施例１に係るコルゲート溝深さ１０ｂは、０．４ｍｍであった。更に、実施例２に係る製造方法ではバックアップロールが４個であり、この場合も素管３の断面は変形せずにコルゲート伝熱管を製造することができた。また、実施例２に係るコルゲート溝深さ１０ｂは、０．５５ｍｍであり、実施例１よりも０．１５ｍｍ深いコルゲート溝１０を形成することができた。
【００６９】
以上、本発明の実施の形態及び実施例を説明したが、上記に記載した実施の形態及び実施例は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態及び実施例の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】第１の実施の形態に係るコルゲート伝熱管の側面図及び部分断面である。
【図２】第１の実施の形態に係るコルゲート伝熱管のレベルワウンドコイルの斜視図である。
【図３】（ａ）及び（ｂ）は、第１の実施の形態に係るコルゲート伝熱管の製造方法の概要図である。
【図４】（ａ）及び（ｂ）は、第１の実施の形態の変形例に係るコルゲート伝熱管の製造方法の概要図である。
【図５】第１の実施の形態に係るコルゲート伝熱管のレベルワウンドコイルの使用形態の概要図である。
【図６】第１の実施の形態に係るコルゲート伝熱管のレベルワウンドコイルの使用形態の他の例の概要図であり、（ａ）は、横型アンコイラーとしての管引き出し装置の斜視図であり、（ｂ）は、ＥＴＴＳ方式でＬＷＣからコルゲート伝熱管をアンコイルする方法の斜視図である。
【図７】（ａ）は、第２の実施の形態に係る熱交換器の概要図であり、（ｂ）は、第２の実施の形態の他の形態に係る熱交換器の概要図である。
【図８】第３の実施の形態に係る半熱交換器の側面の概要図である。
【図９】コルゲート伝熱管のレイノルズ数（Ｒｅ）が１０００のときのＨｃ／ＯＤと伝熱性能比との関係を示す図である。
【図１０】コルゲート伝熱管のレイノルズ数（Ｒｅ）が１０００のときのＨｃ／ＯＤと管摩擦係数との関係を示す図である。
【図１１】実施例に係るコルゲート伝熱管のＰｃ／ＩＤと管内熱伝達率及び圧力損失の関係を示す図である。
【図１２】比較例に係るコルゲート伝熱管の製造方法の概要図である。
【符号の説明】
【００７１】
１  コルゲート伝熱管
１ａ  コルゲート外径
１ｂ  コルゲート内径
１ｃ  管厚
２  レベルワウンドコイル
３  素管
４、４ａ  熱交換器
５、５ａ  管引き出し装置
６  外管
７  冷媒管
８  半熱交換器
１０  コルゲート溝
１０ａ  コルゲートピッチ
１０ｂ  コルゲート溝深さ
１２  平坦部
１２ａ  平坦部長
１４  内壁
１６  外壁
２０  内径
３０  加工ディスク
３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ  バックアップロール
５０  ガイド
５５  ボビン
５７  ターンテーブル
６０  台座
６２  緩衝材
【図１】
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【図２】
2009180453.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
2009180453.tif 000008
【図６】
2009180453.tif 000009
【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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