(57)【要約】【課題】使用条件と最適なマッチングを図れる内面溝付管を水が流れる伝熱管として用いた熱交換システム、及びこれを用いた貯湯式ヒートポンプ式給湯機、暖房機並びに給湯機を提供する。【解決手段】内面に複数のフィン２０１を設けた伝熱管２０内に水ｗを流し、その伝熱管２０外の冷媒ｒで間接加熱して上記水ｗを加温する熱交換システムにおいて、上記伝熱管２０のフィン高さをＨｆ、最大内径をＤ、横断面におけるフィンとフィンの間隔をｂとして、攪拌効果が低下し始める下限レイノルズ数Ｒｅｄを、次式（１）  Ｒｅｄ＝２２６｛（Ｈｆ／Ｄ）（ｂ／Ｄ）｝(-0.46)  ・・・（１）  で定め、上記伝熱管２０内の水ｗの流れのレイノルズ数Ｒｅが、上記下限レイノルズ数Ｒｅｄ以上となるように、上記伝熱管２０の上記フィン高さＨｆ、上記最大内径Ｄ、上記間隔ｂを設定、あるいは上記伝熱管２０内での水ｗの流れを設定したものである。【選択図】図２
2009174832.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内面に複数のフィンを設けた伝熱管内に水を流し、その伝熱管外の加熱媒体で間接加熱して上記水を加温する熱交換システムにおいて、
上記伝熱管のフィン高さをＨｆ、最大内径をＤ、横断面におけるフィンとフィンの間隔をｂとして、攪拌効果が低下し始める下限レイノルズ数Ｒｅｄを、次式（１）
Ｒｅｄ＝２２６｛（Ｈｆ／Ｄ）（ｂ／Ｄ）｝(-0.46)  ・・・（１）
で定め、
上記伝熱管内の水の流れのレイノルズ数Ｒｅが、上記下限レイノルズ数Ｒｅｄ以上となるように、上記伝熱管の上記フィン高さＨｆ、上記最大内径Ｄ、上記間隔ｂを設定、あるいは上記伝熱管内での水の流れを設定したことを特徴とする熱交換システム。
【請求項２】
請求項１記載の熱交換システムを備え、その熱交換システムによりお湯を沸かすことを特徴とする貯湯式ヒートポンプ式給湯機。
【請求項３】
請求項１記載の熱交換システムを備え、その熱交換システムにより暖房用循環水の加温を行う暖房機。
【請求項４】
請求項１記載の熱交換システムを備え、その熱交換システムにより風呂のお湯を追焚きする給湯機。
【請求項５】
上記伝熱管の上記フィンが、らせん状に形成された請求項１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、給湯機または電気温水器などの水を加温する熱交換システムにおいて、水を流す伝熱管に内面溝付管を用いた熱交換システム、及びこれを用いた貯湯式ヒートポンプ式給湯機、暖房機並びに給湯機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年急速に普及している自然冷媒ヒートポンプ式給湯機は、一日に必要とされる給湯エネルギーとして割安な夜間電力を利用し、高温のお湯を沸かしてタンクに貯湯している（以下、貯湯式ヒートポンプ式給湯機と呼ぶ）。夜間に時間をかけてお湯を沸かすため、水の流速が小さく、層流となるため、熱交換器としての性能を向上させるには、ボトルネックになる水管（伝熱管）の伝熱性能の向上が不可欠となる。
【０００３】
伝熱性能の向上を目的とした熱交換器としては、水管を芯管として冷媒管を外側から巻き付けた熱交換器がある（特許文献１を参照）。当該芯管としては、平滑管のほか、コルゲート管や内面溝付管とする構成、或いは芯管内部にねじり板を挿入する構成が開示されている。特許文献１記載の熱交換器によれば、製造・運搬の容易性、熱交換性の向上、コストの低減等の面で効果を有する旨が記載されている。
【０００４】
また、貯湯式ヒートポンプ式給湯機以外でも、水を加温する熱交換システムとして、ヒートポンプで得られる高温熱源あるいはヒータなどで暖房用循環水を直接加温する熱交換器や、ヒートポンプ式給湯機あるいは電気温水器など夜間電力を利用してタンクに貯湯した高温のお湯を熱源として、風呂の追焚きを行う熱交換器、暖房用循環水の加温を行う熱交換器などがある。
【０００５】
水が流れる単相域で使用される伝熱管としては、非特許文献１に見られるように、内面溝付管の仕様の高性能化に関する検討結果がある。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２２８３７０号公報
【非特許文献１】ジョン・アール・トーメ（John R. Thome）著、「エンジニアリングデータブック３（Engineering Data Book III）」、ウルヴァリンチューブインコーポレイテッド（Wolverine Tube, Inc.）、第５章（Chapter 5）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１記載の熱交換器では、単純に芯管をコルゲート形状にしても、所望の伝熱性能を得られずに、コストや圧力損失の増大を招く場合がある。また、芯管を内面溝付管とした場合には、伝熱面積が増大しても、流速の小さい層流域では、伝熱面積の増大による効果を十分に得ることができない。また、水を加温する熱交換システムを構成する、被加熱流体の流れる伝熱管を高性能化するために、フロン系冷媒が流通する空気調和機用熱交換器に使用されている一般的な内面溝付管を用いたり、非特許文献１で検討された結果を仕様に反映させた内面溝付管を用いても、使用条件とのマッチングが図られていないと、流速低下時の性能低下が著しくなる。
【０００８】
従って、本発明の目的は、給湯機または電気温水器の水を加温する熱交換システムにおいて、使用条件と最適なマッチングを図れる内面溝付管を水が流れる伝熱管として用いた熱交換システムを提供することにある。特に、貯湯式ヒートポンプ式給湯機のように、常に水の流速が小さい状態で、使用される場合においても熱交換器の伝熱性能を向上させ得る熱交換システム、及びこれを用いた貯湯式ヒートポンプ式給湯機、暖房機並びに給湯機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、内面に複数のフィンを設けた伝熱管内に水を流し、その伝熱管外の加熱媒体で間接加熱して上記水を加温する熱交換システムにおいて、上記伝熱管のフィン高さをＨｆ、最大内径をＤ、横断面におけるフィンとフィンの間隔をｂとして、攪拌効果が低下し始める下限レイノルズ数Ｒｅｄを、次式（１）
Ｒｅｄ＝２２６｛（Ｈｆ／Ｄ）（ｂ／Ｄ）｝(-0.46)  ・・・（１）
で定め、上記伝熱管内の水の流れのレイノルズ数Ｒｅが、上記下限レイノルズ数Ｒｅｄ以上となるように、上記伝熱管の上記フィン高さＨｆ、上記最大内径Ｄ、上記間隔ｂを設定、あるいは上記伝熱管内での水の流れを設定した熱交換システムを提供する。
【００１０】
上記熱交換システムを備え、その熱交換システムによりお湯を沸かすものでもよい。
【００１１】
上記熱交換システムを備え、その熱交換システムにより暖房用循環水の加温を行うものでもよい。
【００１２】
上記熱交換システムを備え、その熱交換システムにより風呂のお湯を追焚きするものでもよい。
【００１３】
上記伝熱管の上記フィンが、らせん状に形成されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、貯湯式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得る熱交換システム、及びこれを用いた貯湯式ヒートポンプ式給湯機、暖房機並びに給湯機を得ることができるという優れた効果を発揮するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１６】
〔本発明の第１の実施の形態〕
以下に、二酸化炭素を冷媒とした貯湯式ヒートポンプ式給湯機を例にとって説明する。
【００１７】
図１は、本発明の第１の実施の形態における貯湯式ヒートポンプ式給湯機の概略構成を示したものである。
【００１８】
貯湯式ヒートポンプ式給湯機１０は、本実施形態の熱交換システムを有するものであり、その熱交換システムは、ヒートポンプユニット１８と貯湯ユニット１９とで構成される。
【００１９】
ヒートポンプユニット１８は、圧縮機１１、水熱交換器（ガスクーラ）１２、減圧器（膨張弁など）１３および吸熱器（蒸発器）１４を備え、これらを配管１５−１７で接続することにより冷凍サイクルを構成し、内部に自然冷媒（例えば、二酸化炭素冷媒）ｒを封入して循環させている。
【００２０】
ここで、「圧縮機１１の吐出部から水熱交換器１２を経て減圧器１３の入口部に至る」領域は、冷媒ｒが超臨界状態（臨界圧力を超える状態）になっている。この高温高圧の冷媒ｒと、貯湯ユニット１９からの水ｗとが水熱交換器１２にて熱交換を行い、水ｗが加温される。
【００２１】
貯湯ユニット１９は、水ｗまたはその水ｗを加熱してなる湯が貯留される貯湯タンク１９１と、その貯湯タンク１９１と水熱交換器１２とを接続する冷水配管１９２および温水配管１９３と、冷水配管１９２に設けられ貯湯タンク１９１と水熱交換器１２とで水ｗおよび湯を循環させるための循環ポンプ１９４とを備える。
【００２２】
（貯湯式ヒートポンプ式給湯機の動作）
次に、貯湯式ヒートポンプ式給湯機１０の動作について説明する。
【００２３】
圧縮機１１で圧縮された（本実施の形態では、例えば、約１０ＭＰａ）二酸化炭素冷媒ｒは、臨界圧力（約７．４ＭＰａ）を超える状態（超臨界状態）でガスクーラ（水熱交換器）１２へ導入される。
【００２４】
超臨界状態の二酸化炭素冷媒ｒは、液化しない（気液二相状態にならない）高温高圧状態となり、ガスクーラ（水熱交換器）１２において水ｗと熱交換（冷媒ｒから放熱）する。その後、減圧器１３で減圧されて（本実施の形態では、例えば、約３．５ＭＰａ）、低圧の気液二相状態となり、吸熱器１４へ導入される。
【００２５】
気液二相状態となった二酸化炭素冷媒ｒは、吸熱器１４において、空気（大気）から吸熱してガス状態（気相の単相状態）となり、再び圧縮機１１に吸入される。このようなサイクルを繰り返すことにより、ガスクーラ（水熱交換器）１２における冷媒ｒからの放熱による加熱作用、吸熱器１４における冷媒ｒの吸熱による冷却作用が行われる。
【００２６】
他方、貯湯ユニット１９では、貯湯タンク１９１に図示しない給水源から供給された水ｗが予め貯留されており、ヒートポンプユニット１８の作動時に、貯湯タンク１９１に貯留された水ｗが循環ポンプ１９４により水熱交換器１２に送られる。その水熱交換器１２に送られた水ｗは、水熱交換器１２の上記加熱作用により加温された後、貯湯タンク１９１に戻される。これにより、貯湯タンク１９１に湯が貯留（貯湯）される。
【００２７】
さて、貯湯式ヒートポンプ式給湯機の特徴として、一日に必要とされる給湯エネルギーに割安な夜間電力を利用し、高温のお湯を沸かして貯湯タンク１９１に貯湯していることが挙げられる。そのため、燃焼式給湯器のような高出力は必要とせず、例えば４．５ｋＷの出力で夜間に約５時間運転すれば、１７℃の水３７０Ｌを６５℃に加温することができる。
【００２８】
これより、一般的な家庭用空気調和機（ルームエアコン）と同程度の能力の圧縮機１１を内蔵した図１のヒートポンプユニット１８を熱源機とすることができる。
【００２９】
貯湯式ヒートポンプ式給湯機は、このような使用方法が前提となっているため、上記水熱交換器１２内を流れる水ｗの流量は極めて小さい。そして、流速と密度の積である慣性力と粘性力の比である無次元数レイノルズ数は、例えば外径９．５２ｍｍ、肉厚０．６ｍｍの伝熱管１本で構成される場合は２０００〜７０００と、チラーなど水が流れる熱交換器での使用条件（レイノルズ数１００００以上）と比べて小さく、乱流による攪拌効果が小さくなる。特に、粘度の大きい低温域では、水の流れが層流となり、攪拌効果が得られにくく、性能低下が著しい。従って、水用伝熱管として内面溝付管により高性能化を図る場合は、使用レイノルズ数に合わせてマッチングした仕様の内面溝付管で伝熱管を構成する必要がある。
【００３０】
そこで、本実施形態の熱交換システムでは、内面に複数のフィン２０１を設けた伝熱管２０に水ｗを流し、伝熱管２０外の加熱媒体をなす冷媒ｒで間接加熱して上記水ｗを加熱するものとし、かつ上記伝熱管２０内の水ｗの流れのレイノルズ数Ｒｅを求め、他方、上記伝熱管２０のフィン高さをＨｆ、最大内径をＤ、横断面におけるフィンとフィンの間隔をｂとして、攪拌効果が低下し始める下限レイノルズ数Ｒｅｄを、次式（１）
Ｒｅｄ＝２２６｛（Ｈｆ／Ｄ）（ｂ／Ｄ）｝(-0.46)  ・・・（１）
で定め、上記伝熱管２０内の水ｗの流れのレイノルズ数Ｒｅが、上記下限レイノルズ数Ｒｅｄ以上となるように、上記伝熱管２０の上記フィン高さＨｆ、上記最大内径Ｄ、上記間隔ｂを設定、あるいは上記伝熱管２０内での水ｗの流れを設定した。
【００３１】
以下、この点について説明する。
【００３２】
（熱交換器の構成）
図２は、本発明の第１の実施の形態に係る熱交換器の構造を示す説明図である。なお、図２では、図１とは上下が逆になっており、図２の上側にヒートポンプユニット１８、下側に貯湯ユニット１９が位置している。
【００３３】
本実施の形態に係る水熱交換器１２には、ヒートポンプユニット１８の配管１５、１６と貯湯ユニット１９の冷水および温水配管１９２、１９３とが各々接続される。
【００３４】
具体的には、水熱交換器１２は、二重管式熱交換器であり、内面溝付管から形成された伝熱管２０を内管として、その伝熱管２０の径方向外側に配置され伝熱管２０を囲繞する外管３１を備え、伝熱管２０と外管３１の間の環状路に冷媒ｒが流れるように形成されている。
【００３５】
図例では、外管３１の一端部（図２の右端部）に、入口ヘッド３１１が取り付けられ、その入口ヘッド３１１が、配管１５を介してヒートポンプユニット１８の圧縮機１１の吐出部に接続される。外管３１の他端部（図２の左端部）には、出口ヘッド３１２が設けられ、その出口ヘッド３１２が、配管１６を介してヒートポンプユニット１８の減圧器１３の入口部に接続される。
【００３６】
伝熱管２０は、外管３１内に同心状に配置され管軸方向に延びると共に、外管３１の入口ヘッド３１１、出口ヘッド３１２を貫いて管軸方向両側に各々突出する。伝熱管２０の一端部（図２の左端部）は、貯湯ユニット１９の冷水配管１９２に接続され、他端部（図２の右端部）が貯湯ユニット１９の温水配管１９３に接続される。伝熱管２０の中間部は、外管３１内に収容され、その中間部の壁面を介して伝熱管２０内の水ｗと外管３１内の冷媒ｒとが熱交換される。
【００３７】
（伝熱管の構成）
図３から図５は、第１の実施の形態に係る伝熱管の構造を示す説明図であり、図３は全体図を示し、図４は図３のＩＶ領域における拡大断面図を示す。
【００３８】
伝熱管２０は、転造加工により内面に複数のらせん状のフィン２０１が形成された内面溝付管であり、熱交換器２０（例えば、ヒートポンプ給湯機用の水−冷媒熱交換器）を構成する水管として使用されるものである。すなわち、伝熱管２０内を流れる水と、伝熱管２０の外を流れる冷媒との間で熱交換が行われる。
【００３９】
フィン２０１は、伝熱管２０の内面に周方向に間隔を隔てて複数、配置され、各フィン２０１は、伝熱管２０の内面を周方向に旋回しつつ管軸方向に延びて、所定のねじれ角βのらせん状に形成される。
【００４０】
上述したように、本実施の形態に係る伝熱管２０は、フィン高さをＨｆ、最大内径をＤ、横断面のフィンとフィンの間隔をｂとし、攪拌効果が低下し始める下限レイノルズ数をＲｅｄとして、次式（１）
Ｒｅｄ＝２２６｛（Ｈｆ／Ｄ）（ｂ／Ｄ）｝(-0.46)  ・・・（１）
で定まる下限レイノルズ数Ｒｅｄ以上のレイノルズ数の領域で動作するように、伝熱管パス数、伝熱管内径Ｄが選定される。
【００４１】
具体的に、伝熱管２０内の流れが下限レイノルズ数Ｒｅｄ以上のレイノルズ数の領域となるように熱交換器２０を動作させるには、伝熱管２０のレイノルズ数Ｒｅを設定するためのパラメータ（代表長さ、代表速度など）を決定し、そのパラメータを適宜設定して行う。パラメータとしては、伝熱管２０の長さ、管径（内径）、流量（または流速）などが考えられる。伝熱管２０の長さの設定は、例えば、複数の内面溝付管を並列に配置すると共にそれら内面溝付管の端部をベンドで各々接続して伝熱管を構成しその伝熱管のパス数を調整して行われる。また、流量の設定は、例えば、貯湯ユニット１９の循環ポンプ１９４の吐出圧（または吐出流量）の調整や、あるいは循環ポンプ１９４が所定の吐出流量で定格運転される場合には、伝熱管２０のパス数や管径の調整により行われる。
【００４２】
なお、以上のものは伝熱管２０内の水ｗの流れのレイノルズ数Ｒｅが、上記下限レイノルズ数Ｒｅｄ以上となるように、伝熱管２０内での水ｗの流れを設定する一例であり、本発明はこれに限定されない。また、循環ポンプ伝熱管２０内の水ｗの流れのレイノルズ数Ｒｅに応じて、伝熱管２０の上記フィン高さＨｆ、上記最大内径Ｄ、上記間隔ｂを設定するようにしてもよい。
【００４３】
以上により、給湯機または電気温水器などの水を加温する熱交換システムにおいて、使用条件と最適なマッチングを図れる内面溝付管を水が流れる伝熱管として用いた熱交換システムを提供することができる。特に、貯湯式ヒートポンプ式給湯機のように、常に水の流速が小さい状態で、使用される場合においても熱交換器の伝熱性能を向上させ得る熱交換システムを提供することができる。
【００４４】
次に、図６から図１０に基づき式（１）の導出について説明する。
【００４５】
本実施形態の式（１）は、内面に複数のフィンが設けられた複数の供試伝熱管を用意すると共に、各供試伝熱管のフィン高さＨｆ、最大内径Ｄ、間隔ｂを各々異なる値に設定し、各供試伝熱管について、レイノルズ数をパラメータとして、レイノルズ数と管摩擦係数との関係を各々求め、それら求めた関係から、管摩擦係数が低下し始める下限レイノルズ数を、各供試伝熱管について各々求め、それら求められた各供試伝熱管の下限レイノルズ数と、各供試伝熱管の上記フィン高さＨｆおよび上記間隔ｂを最大内径Ｄで各々無次元化し積算した積（Ｈｆ／Ｄ）（ｂ／Ｄ）との相関関係を累乗近似式で近似して求められる。
【００４６】
より詳細には、本発明の内面溝付管のフィン高さをＨｆ、最大内径をＤ、横断面におけるフィンとフィンの間隔をｂとしたときの、攪拌効果が低下し始める下限レイノルズ数をＲｅｄが次式（１）
Ｒｅｄ＝２２６｛（Ｈｆ／Ｄ）（ｂ／Ｄ）｝(-0.46)  ・・・（１）
であることを、以下に説明する実験により求めた。
【００４７】
図６に本発明に係る上記実験に用いた測定装置の概略図を示す。テストセクションは、供試管（供試伝熱管）である内管７１とその内管７１を囲繞する外管７２とで構成された二重管になっており、供試管７１内と、供試管７１と外管７２との間の環状路７３とは、冷水ｃおよび温水ｈを対向で流している。供試管７１としては、平滑管（Ｎｏ．１、Ｎｏ．１５）、コルゲート管（Ｎｏ．３）、および内面に複数のフィンをらせん状に設けた内面溝付管（Ｎｏ．７−１４、Ｎｏ．１６−１７）を使用した。
【００４８】
供試管７１、環状路７３それぞれの熱交換量を求め、熱収支±５％の範囲で実験を行った。供試管７１の外周壁に上下２点、管軸方向に３箇所の計６箇所に熱電対（銅−コンスタンタン素線径０．２ｍｍ）を埋め込んで管壁温度を測定した。管内熱伝達率Ｎｕ／Ｐｒ０．４は、管内面基準の熱流束を、管壁温度平均値と管内入口・出口温度の対数温度差で除して求めた。管内表面積は平滑管、コルゲート管は実測値を、内面溝付管は最大内径で計算される面積を用いた。管摩擦係数ｆは、計測値からＤａｒｃｙ−Ｗｅｉｓｂａｃｈの式で求めた。なお、水の熱物性値はＰＲＯＰＡＴＨにより算出した。
【００４９】
表１に供試管（Ｎｏ．１、Ｎｏ．７−１７）の外径ＤＯ、底肉厚Ｔｗ、フィン高さＨｆ、フィン数Ｎ及びねじれ角β（図３−５参照）を示す。
【００５０】
【表１】
2009174832.tif 000003
【００５１】
Ｎｏ．１及びＮｏ．１５はそれぞれφ９．５２、φ１２．７平滑管であり、実験精度の確認のために測定を行った。乱流域（Ｒｅ＞３０００）でＰｅｔｕｋｈｏｖ−Ｇｎｉｅｌｉｎｓｋｉの式で計算される熱伝達率と比較して、±１０％以内であった。
【００５２】
Ｎｏ．７〜１４はφ９．５２の内面溝付管、Ｎｏ．１６，１７はφ１２．７の内面溝付管である。なお、表１には示していないが、Ｎｏ．３は、φ９．５２コルゲート管である。
【００５３】
図７にＮｏ．１，３，９，１１の熱伝達率Ｎｕ／Ｐｒ０．４の測定結果を示す。Ｎｏ．９は高レイノルズ数領域ではＮｏ．３のコルゲート管の性能を上回るが、レイノルズ数２０００ではＮｏ．１の平滑管同等まで性能が低下してしまう。Ｎｏ．１１は、今回試験した内面溝付管の中で最も低レイノルズ数領域で性能の良かった仕様であるが、Ｎｏ．３のコルゲート管の性能はこれよりも高い。
【００５４】
そこで、低レイノルズ数領域で高い性能が得られる内面溝付管仕様を検討するために、今回試験した内面溝付管について、低レイノルズ数領域で性能が低下し始めるレイノルズ数を、管摩擦係数に着目して整理する。
【００５５】
図８はＮｏ．１１，１７の熱伝達率Ｎｕ／Ｐｒ０．４及び管摩擦係数ｆの測定結果である。レイノルズ数が小さくなると、摩擦係数が低下するポイントがあり、この点よりレイノルズ数が小さくなると層流に遷移し、熱伝達率も低下し始めることが分かる。
【００５６】
そこで、各内面溝付管を相対比較するために、性能が低下し始めるレイノルズ数（下限レイノルズ数）Ｒｅｄを、摩擦係数の最大値から、（最大値−最小値）の１０％低下したレイノルズ数と定義する。
【００５７】
フィン形状とＲｅｄの関係を考察するため、３つの無次元数ｓ／Ｄ（ｓは螺旋溝１周の管軸ピッチ、Ｄは最大内径ＩＤ）、ｂ／Ｄ（ｂはフィンとフィンの間隔）、Ｈｆ／Ｄで整理した結果を図９に示す。
【００５８】
図９より、ｂ／Ｄ、Ｈｆ／Ｄは相関関係があると推察できる。そこで、（ｂ／Ｄ）と（Ｈｆ／Ｄ）の積と、Ｒｅｄとの相関関係を図１０に示す。この図１０の相関関係は、累乗近似式である次式（１）で表せる。
【００５９】
Ｒｅｄ＝２２６｛（Ｈｆ／Ｄ）（ｂ／Ｄ）｝(-0.46)  ・・・（１）
これより、式（１）によれば、水を加温する用途の熱交換器で伝熱管として使用される内面溝付管を、熱交換システムの使用条件に合わせて選定、あるいは、内面溝付管が性能を十分発揮し得る熱交換システム（パス、流量、管径など）を選定できることが分かる。
【００６０】
次に、図１１から図１３に基づき本発明の他の実施の形態を説明する。
【００６１】
以下に説明する第２および第３の実施の形態に係る熱交換システムは、上述の第１の実施形態とはヒートポンプユニット１８の水熱交換器の構成が主に異なり、その他は同様となっている。そこで、水熱交換器の構成のみ説明し他の構成については説明を省略する。また、第１の実施形態と同一の要素については、図中同一符号を付すに止め、詳細な説明は省略する。
【００６２】
〔本発明の第２の実施の形態〕
（熱交換器の構成）
図１１および図１２は、本発明の第２の実施の形態に係る熱交換器の構造を示す説明図である。
【００６３】
本実施の形態に係る熱交換器４０は、三重管式熱交換器であり、上述した本発明の第１の実施の形態に係る伝熱管（内面溝付管）２０を内管として、その伝熱管２０の外周に漏洩検知部が形成されるように平滑管の内周に漏洩検知溝４１を設けてなる漏洩検知管４２が接して配置され、更に漏洩検知管４２の外側に外管３１が配置され、漏洩検知管４２と外管３１の間の環状路に冷媒ｒが流れるように形成されている。
【００６４】
図例では、漏洩検知管４２内に伝熱管２０が嵌め入れられ、伝熱管２０の外周面と漏洩検知管４２の内周面とが当接する。漏洩検知管４２の内周面には管軸方向に延びる複数の漏洩検知溝４１が周方向に間隔を隔てて形成され、それら漏洩検知溝４１と伝熱管２０の外周面とで漏洩検知部が区画形成される。その漏洩検知部は漏洩センサ６３（例えば、水分センサや圧力センサなど）に接続され、その漏洩センサ６３により伝熱管２０から漏洩検知部に漏洩した水ｗや漏洩による圧力変化などが検知される。
【００６５】
本実施形態でも上述の実施形態と同様の効果が得られ、さらに、水の漏洩を早期かつ容易に検知することができる。
【００６６】
〔本発明の第３の実施の形態〕
（熱交換器の構成）
図１３は、本発明の第３の実施の形態に係る熱交換器の構造を示す説明図である。
【００６７】
本実施の形態に係る熱交換器５０は、上述した第１の実施の形態に係る伝熱管２０の外面に、冷媒流通用の螺旋状伝熱管５１が巻き付けられて構成される。なお、必要に応じて、伝熱管２０の外面と螺旋状伝熱管５１をろう付け等で固着する場合もある。
【００６８】
本実施形態の熱交換器５０では、伝熱管２０内を流れる水と、伝熱管２０の外周で接触する螺旋状伝熱管５１内を流れる冷媒との間で熱交換が行われる。
【００６９】
本実施形態でも上述の実施形態と同様の効果が得られる。
【００７０】
なお、本発明は、上述の実施形態に限定されず、様々な変形例や応用例が考えられるものである。
【００７１】
例えば、上述の実施の形態では、本発明の熱交換システムをその熱交換システムによりお湯を沸かす貯湯式ヒートポンプ式給湯機に適用したが、これに限定されず、熱交換システムを、熱交換システムにより暖房用循環水の加温を行う暖房機や熱交換システムにより風呂のお湯を追焚きする給湯機などに適用してもよい。
【００７２】
また、加熱媒体は、ヒートポンプ用の自然冷媒（二酸化炭素冷媒など）に限定されず、様々なものが考えられる。例えば、加熱媒体は、ヒートポンプ用冷媒であるフロンでもよく、ヒートポンプ用冷媒以外にも、高温の湯、蒸気、ヒータなどでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】図１は、貯湯式ヒートポンプ式給湯機の概略構成図を示したものである。
【図２】図２は、本発明の第１の実施の形態に係る熱交換器の構造説明図である。
【図３】図３は、本発明の第１の実施の形態に係る伝熱管の構造説明図である。
【図４】図４は、図３のＩＶ領域の詳細図である。
【図５】図５は、本発明の第１の実施の形態に係る伝熱管の構造説明図である。
【図６】図６は、実験に用いた測定装置の概略図である。
【図７】図７は、内面溝付管の熱伝達率測定結果である。
【図８】図８は、内面溝付管の熱伝達率および圧力損失測定結果である。
【図９】図９は、攪拌効果が低下する下限レイノルズ数Ｒｅｄを、３つの無次元数ｓ／Ｄ、ｂ／Ｄ、Ｈｆ／Ｄで整理した結果を示したものである。
【図１０】図１０は、（ｂ／Ｄ）と（ＨＦ／Ｄ）の積と、下限レイノルズ数Ｒｅｄとの相関関係を示したものである。
【図１１】図１１は、本発明の第２の実施の形態に係る熱交換器の構造説明図である。
【図１２】図１２は、図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ線断面図である。
【図１３】図１３は、本発明の第３の実施の形態に係る熱交換器の構造説明図である。
【符号の説明】
【００７４】
１０  貯湯式ヒートポンプ式給湯機
１１  圧縮機
１２  ガスクーラ（水熱交換器）
１３  減圧器
１４  吸熱器（蒸発器）
２０  内面溝付管
３０  二重管式熱交換器
３１  二重管式熱交換器の外管
４０  三重管式熱交換器
４１  漏洩検知溝
４２  漏洩検知管
５０  熱交換器
５１  螺旋状伝熱管
【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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