JP2009236374A - 給湯用伝熱管 - Google Patents

Abstract

【課題】ヒートポンプ式エコ給湯システム等の給湯装置に使用される給湯用伝熱管内周面のスケール蓄積を回避して、耐食性を向上させる。
【解決手段】上記のような問題を解決するために、例えば銅合金製等の給湯用伝熱管の内面に管長手方向に凸条を加工するなどの方法により、炭酸カルシウム等のスケールの析出サイトを人工的に作り、これをスケールコントロール手段として機能させ、スケールがある程度の大きさまで成長した段階で、流速により容易に脱落流出させることにより、実質的にスケールによる影響を少なくした。
【選択図】 図６

Description

本願発明は、ヒートポンプ式の給湯装置等で使用される給湯用の伝熱管に関するものである。

例えばヒートポンプ式のエコ給湯システムでは、常温の水道水を熱交換器で加熱して、約９０℃近くのお湯を作り、貯湯タンクに貯める方式を採用している（特許文献１参照）。そして、熱交換器の伝熱管には銅管を使用し、銅管外面から二酸化炭素冷媒の凝縮熱で加熱している。ヒートポンプによる加熱能力は、従来のガス燃焼方式にくらべて加熱能力が小さいため、銅管内の流速は遅く、また熱交換を効果的に行なうために、銅管の内径を小さくし、かつ長いものとしている。

通常、水を９０℃近くまで加熱すると、水中のカルシウムが炭酸イオンと反応して炭酸カルシウムを生成する。炭酸カルシウムは温度上昇とともに溶解度が低下するため、銅管内面の析出し易いサイトに徐々に析出する。

このような環境下で長期に渡り銅管が使用されると、次のような問題が発生する。

銅管内面が高温の水に接触し、かつ銅管外面側から内面側へ熱流速が生じている場合には、熱流速が無いか、または内面側から外面側へ生じる熱流速（通常の自然冷却に相当）の場合にくらべて腐食速度が数倍高くなる。

銅管内面へ炭酸カルシウム等が析出すると、外面側からの熱流の逃げ場が無くなり、その下部でスポット的に温度が上昇し、周辺の温度の低い部分との間で腐食電池が形成されて、析出物下部で局部的な腐食が発生しやすくなる。

銅管内面への炭酸カルシウム等の析出は、配管流路を狭めることになり、ポンプ動力の上昇や、最悪の場合には、銅管が詰まって水が流れなくなり、給湯機の機能停止に至る。

従来、このような問題に対する対策として、例えば給湯熱交換器で加熱できる給湯水の上限温度を変更する上限温度変更手段を設け、上限温度変更手段は、上記上限温度が、利用する給湯水の水質より判断できる硬度成分が析出しない上限の温度を越えた値になった場合には、上記上限温度を硬度成分が析出しない上限の温度、あるいは熱交換器を腐食させない上限の温度に変更するようにし、硬度成分が溶解している水、酸性水、アルカリ性水を給湯水として加熱する場合にも給湯熱交換器の伝熱管部の硬度成分の固着や腐食を抑制することができるようにしたものがある（特許文献２参照）。

また、一方上記伝熱管を形成する銅の優れた伝熱特性を低下させず、熱交換器の組み立て易さをも損なわない範囲で、微量の添加元素を銅中に含有させることによって、銅よりも耐食性に優れた銅合金で伝熱管を製作することが考えられている。

特開２００２−１０６９６３号公報 特開２００３−８３６０７号公報

しかし、前者の場合、所望の給湯温度が得られないし、使用される水の水質判定手段や温度など複雑な制御装置を必要とし、本質的な解決にはなっていない。

他方、後者のような銅合金を伝熱管に採用しても、それだけでは必ずしもスケール対策としては十分ではなく、水質が悪い時には相当量のスケールの発生を避けることができない。

本願発明は、このような問題を解決するためになされたもので、銅合金等の伝熱管の内面に管長手方向に凸条又は凹条を加工するなどの方法により、炭酸カルシウム等のスケールの析出サイトを人工的に作り、これを積極的にスケールコントロール手段として機能させ、同凸条又は凹条部間の山部の頂部にスケールがある程度の大きさまで成長した段階で、容易に脱落流出させることにより、実質的にスケールによる影響を少なくした給湯用伝熱管を提供することを目的とするものである。

本願発明は、上記の従来の問題を確実に解決し、その目的を達成するために、次のような課題解決手段を備えて構成されている。

（１） 第１の課題解決手段
この第１の課題解決手段は、管内面が高温の水に接触し、かつ管外面側から内面側へ熱流速が生じる給湯用の伝熱管であって、管内面に炭酸カルシウム等のスケールの析出サイトを備え、これをスケールコントロール手段として機能させるとともに、スケールが所定の大きさに成長した段階で、脱落流出させるようにしたことを特徴としている。

すでに述べたように、水を９０℃近くまで加熱すると、水中のカルシウムが炭酸イオンと反応して炭酸カルシウムを生成する。炭酸カルシウムは温度の上昇とともに溶解度が低下するため、当該伝熱管内面の析出し易いサイトに徐々に析出する。

そして、伝熱管内面へ炭酸カルシウム等が析出すると、外面側からの熱流の逃げ場が無くなり、その下部でスポット的に温度が上昇し、周辺の温度の低い部分との間で腐食電池が形成されて、析出物下部で局部的な腐食が発生しやすくなる。

伝熱管内面への炭酸カルシウム等の析出は、配管流路を狭めることになり、ポンプ動力の上昇や、最悪の場合は、伝熱管が詰まり水が流れなくなり、給湯機の機能停止に至る。

ところが、この第１の課題解決手段の場合、管内面に炭酸カルシウム等のスケールの析出サイトを備えており、これをスケールコントロール手段として積極的に機能させるとともに、スケールが所定の大きさに成長した段階で、水の作用により離脱流出させるようにしている。

そのため、伝熱管内面へ炭酸カルシウム等が析出しても、外面側からの熱流の逃げ場が無くなる前の一定の析出量の段階で流速により析出サイトから脱落せしめられて管外に流出してしまう。したがって、従来のように析出部でスポット的に温度が上昇し、周辺の温度の低い部分との間で腐食電池が形成されて、同析出物部で局部的な腐食が発生しやすくなるといった問題が解消される。

（２） 第２の課題解決手段
この第２の課題解決手段は、上記第１の課題解決手段の構成におけるスケール析出サイトが、管内周面にあって管軸方向に延びる平行な凸条部よりなることを特徴としている。

このように、給湯用伝熱管の管内周面に管軸方向に延びる平行な凸条部があると、同凸条部の頂部に特異的に炭酸カルシウム等のスケールが積極的に集中して析出するようになり、管内の他の面には析出しないようになる。

しかも、同スケールが特異的に集中して析出する凸条部の頂部は、管の中心側に近くなっており、面積も小さい。

そのため、析出したスケールの壁面に対する付着力も小さく、安定性も低い。したがって、所定の大きさまで成長すると、管内を流れる水によって順次容易に脱落し、外部に流出されてしまう。特に凸条部と凸条部との間に形成される谷部からは、管外面側から侵入する熱流によって加熱されて生じる管内水通路中心方向への上昇流が発生するので、これによって頂部にあるスケールが持ち上げられて、より離脱しやすくなる。

したがって、析出されたスケールが必要以上に多く管内に滞留するようなことがなくなり、管外面側からの熱流の逃げ場が無くなり、その下部でスポット的に温度が上昇し、周辺の温度の低い部分との間で腐食電池が形成されて、析出物下部で局部的な腐食が発生しやすくなるといった現象も生じにくくなる。

その結果、伝熱管内面への炭酸カルシウム等の析出により、配管流路を狭めたり、ポンプ動力の上昇や、銅管が詰まって水が流れなくなり、給湯機の機能停止に至るといった問題も確実に解消される。

（３） 第３の課題解決手段
この第３の課題解決手段は、上記第２の課題解決手段の構成における平行な凸条部が断面逆Ｖ字形状の凸条部よりなることを特徴としている。

このように、給湯用伝熱管の管内周面に管軸方向に延びる、頂部が鋭った断面逆Ｖ字形状の平行な凸条部があると、同凸条部の先鋭な頂部に特異的に炭酸カルシウム等のスケールが集中して析出するようになり、管内の他の面には析出しないようになる。

しかも、同スケールが特異的に集中して析出する凸条部の頂部は、管の中心側に近くなっており、面積も小さい。

そのため、析出したスケールの壁面に対する付着力も小さく、安定性も低い。したがって、所定の大きさまで成長すると、管内を流れる水によって順次容易に離脱し、外部に流出されてしまう。

特に凸条部と凸条部との間に形成されるＶ字状の谷部からは、管外面側から侵入する熱流によって加熱されて生じる管内水通路中心方向へのスムーズな上昇流が発生するので、これによって頂部にあるスケールが効果的に持ち上げられて、より離脱しやすくなる。

したがって、析出されたスケールが必要以上に多く管内に滞留するようなことがなくなり、管外面側からの熱流の逃げ場が無くなり、その下部でスポット的に温度が上昇し、周辺の温度の低い部分との間で腐食電池が形成されて、析出物下部で局部的な腐食が発生しやすくなるといった現象も生じにくくなる。

その結果、伝熱管内面への炭酸カルシウム等の析出により、配管流路を狭めたり、ポンプ動力の上昇や、銅管が詰まって水が流れなくなり、給湯機の機能停止に至るといった問題もより確実に解消される。

（４） 第４の課題解決手段
この第４の課題解決手段は、上記第１の課題解決手段の構成におけるスケール析出サイトが、管内周面にあって管軸方向に延びる平行な凹条溝部よりなることを特徴としている。

このような構成によると、給湯用銅管の管内周面に管軸方向に延びる上記凹条溝部間に平行な凸条部が形成され、やはり同凸条部の頂部に特異的に炭酸カルシウム等のスケールが集中して析出するようになり、管内の他の面に析出しないようになる。

しかも、同特異的に集中して析出する凸条部の頂部は、管の中心側に近くなっており、面積も小さい。

そのため、析出したスケールの壁面に対する付着力も小さく、安定性も低い。したがって、所定の大きさまで成長すると、管内を流れる水によって順次容易に離脱し、外部に流出されてしまう。

特に凹条溝部の溝部からは、管外面側から侵入する熱流によって加熱されて生じる管内水通路中心方向へのスムーズな上昇流が発生するので、これによって頂部にあるスケールが効果的に持ち上げられて、より離脱しやすくなる。

したがって、析出されたスケールが必要以上に多く管内に滞留するようなことがなくなり、管外面側からの熱流の逃げ場が無くなり、その下部でスポット的に温度が上昇し、周辺の温度の低い部分との間で腐食電池が形成されて、析出物下部で局部的な腐食が発生しやすくなるといった現象も生じにくくなる。

その結果、伝熱管内面への炭酸カルシウム等の析出により、配管流路を狭めたり、ポンプ動力の上昇や、銅管が詰まって水が流れなくなり、給湯機の機能停止に至るといった問題も解消される。

（５） 第５の課題解決手段
この第５の課題解決手段は、上記第１の課題解決手段の構成における平行な凹条溝部が、断面Ｖ字形状の凹条溝部よりなることを特徴としている。

このように、給湯用伝熱管の管内周面に管軸方向に延びる頂部が鋭った断面Ｖ字形状の平行な凹条溝部があると、同凹条溝部間に形成される断面逆Ｖ字形状の山部の先鋭な頂部に特異的に炭酸カルシウム等のスケールが集中して析出するようになり、管内の他の面には析出しないようになる。

しかも、同スケールが特異的に集中して析出する凹条溝部間の山部の頂部は、管の中心側に近くなっており、面積も小さい。

そのため、析出したスケールの壁面に対する付着力も小さく、安定性も低い。したがって、所定の大きさまで成長すると、管内を流れる水によって順次容易に離脱し、外部に流出されてしまう。

特に、それら山部の頂部と頂部との間の断面Ｖ字形状の凹条溝部からは、管外面側から侵入する熱流によって加熱されて生じる管内水通路中心方向へのスムーズな上昇流が発生するので、これによって頂部にあるスケールが効果的に持ち上げられて、より離脱しやすくなる。

したがって、析出されたスケールが必要以上に多く管内に滞留するようなことがなくなり、管外面側からの熱流の逃げ場が無くなり、その下部でスポット的に温度が上昇し、周辺の温度の低い部分との間で腐食電池が形成されて、析出物下部で局部的な腐食が発生しやすくなるといった現象も生じにくくなる。

その結果、伝熱管内面への炭酸カルシウム等の析出により、配管流路を狭めたり、ポンプ動力の上昇や、銅管が詰まって水が流れなくなり、給湯機の機能停止に至るといった問題も確実に解消される。

（６） 第６の課題解決手段
この第６の課題解決手段は、上記第１の課題解決手段の構成におけスケールる析出サイトが、管内周面にあって管軸方向に配設された部分的な凸部よりなることを特徴としている。

このように、給湯用伝熱管の管内周面に管軸方向に部分的な凸部があると、やはり該凸部の頂部に特異的に炭酸カルシウム等のスケールが集中して析出するようになり、管内の他の面には析出しないようになる。

しかも、同特異的に集中的に析出する凸部の頂部は、管の中心側に近くなっており、面積も小さい。

そのため、析出したスケールの壁面に対する付着力も小さく、安定性も低い。したがって、所定の大きさまで成長すると、管内を流れる水によって容易に離脱し、外部に流出されてしまう。

特に凸部の凸部との間に形成される谷部からは、管外面側から侵入する熱流によって加熱されて生じる管内水通路中心方向への上昇流が発生するので、これによって頂部にあるスケールが効果的に持ち上げられて、より離脱しやすくなる。

したがって、析出されたスケールが必要以上に多く管内に滞留するようなことがなくなり、管外面側からの熱流の逃げ場が無くなり、その下部でスポット的に温度が上昇し、周辺の温度の低い部分との間で腐食電池が形成されて、析出物下部で局部的な腐食が発生しやすくなるといった現象も生じにくくなる。

その結果、伝熱管内面への炭酸カルシウム等の析出により、配管流路を狭めたり、ポンプ動力の上昇や、銅管が詰まって水が流れなくなり、給湯機の機能停止に至るといった問題も解消される。

（７） 第７の課題解決手段
この第７の課題解決手段は、上記第６の課題解決手段の構成における部分的な凸部が円錐状のものよりなることを特徴としている。

このように、給湯用伝熱管の管内周面に管軸方向に部分的に円錐状のな凸部があると、やはり該凸部の頂部に特異的に炭酸カルシウム等のスケールが集中して析出するようになり、管内の他の面には析出しないようになる。

しかも、同特異的に集中的に析出する円錐状の凸部の頂部は、管の中心側に近くなっており、面積も小さい。

そのため、析出したスケールの壁面に対する付着力も小さく、安定性も低い。したがって、所定の大きさまで成長すると、管内を流れる水によって容易に離脱し、外部に流出されてしまう。

特に凸部の凸部との間に形成される谷部からは、管外面側から侵入する熱流によって加熱されて生じる管内水通路中心方向への上昇流が発生するので、これによって頂部にあるスケールが効果的に持ち上げられて、より離脱しやすくなる。

したがって、析出されたスケールが必要以上に多く管内に滞留するようなことがなくなり、管外面側からの熱流の逃げ場が無くなり、その下部でスポット的に温度が上昇し、周辺の温度の低い部分との間で腐食電池が形成されて、析出物下部で局部的な腐食が発生しやすくなるといった現象も生じにくくなる。

その結果、伝熱管内面への炭酸カルシウム等の析出により、配管流路を狭めたり、ポンプ動力の上昇や、銅管が詰まって水が流れなくなり、給湯機の機能停止に至るといった問題も解消される。

（８） 第８の課題解決手段
この第８の課題解決手段は、上記第１，第２又は第３の課題解決手段の構成におけるアルミを０．１〜３．０ｗｔ％の範囲で、またスズを０．１〜３．０ｗｔ％の範囲で含有し、さらにリンを０．００１〜０．１ｗｔ％の範囲で含有し、残部が銅である銅合金よりなることを特徴としている。

アルミは、銅表面に酸化アルミニウムとして濃縮することにより、高温水中での耐食性の向上に寄与する一方、アルミの添加量が、０．１ｗｔ％未満では、耐食性の向上効果は認められない。さらに添加量が３．０ｗｔ％を超えると、ロウ付け性能が低下する。

スズは、アルミと共添されることにより、耐食性の向上に寄与するだけでなく、アルミ添加によるロウ付け性の低下を抑制する。スズの添加量は、０．１Ｗｔ％未満では効果が得られない。一方、３．０ｗｔ％を超えて添加しても、その効果は飽和し、コスト上昇をもたらすだけである。

リンは、通常のリン脱酸銅に添加されているものと同じ効果を示し、添加範囲も同程度である。すなわち、リンが０．００１ｗｔ％未満では、有効な脱酸素効果が得られない。

一方、０．１Ｗｔ％を越えて添加されると、加工性が著しく低下する。

したがって、上記アルミを０．１〜３．０ｗｔ％の範囲、またスズを０．１〜３．０ｗｔ％の範囲、さらにリンを０．００１ｗｔ〜０．１ｗｔ％の範囲でそれぞれ含有し、残部が銅である場合が最も有効であり、かつスケールも生じにくい。

なお、通常のリン脱酸銅に含まれている程度の不純物が、該銅合金に含まれていても、上記特性に影響を与えることはない。

（９） 第９の課題解決手段
この第９の課題解決手段は、上記第１，第２，第３，第４，第５，第６，第７又は第８の課題解決手段の構成において、板材の片面にスケール析出サイトを転造加工するとともに、該転造加工された板材を筒状に曲げ、その合わせ面を溶接することにより円筒体に形成されていることを特徴としている。

このような構成によると、上記各請求項の構成の給湯用伝熱管が容易かつ低コストに実現される。

以上の結果、本願発明によれば、伝熱管内面への炭酸カルシウム等の析出量のコントロールが可能となり、必要以上に配管流路を狭め、ポンプ動力の上昇や、伝熱管が詰まって水が流れなくなり、給湯機の機能停止に至るような問題が確実に解消される。

したがって、例えば常温の水道水を熱交換器で加熱して、約９０℃近くのお湯を作り、タンクに貯めるヒートポンプ式のエコ給湯システム用の給湯用伝熱管に適したものとなる。

以下、本願発明の最良の実施の形態について、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。

（最良の実施の形態１）
図１〜図８は、例えば一例としてヒートポンプ給湯システムの給湯用伝熱管に適した本願発明の最良の実施の形態１に係る給湯用伝熱管の構成を示している。

先ず図１〜図３は、同給湯用伝熱管（以下、単に伝熱管という）１の全体および管内管外部分の構成を示しており、符号１ａは所定の肉厚の円筒状の管壁、２は該円筒状の管壁１ａ内に形成された断面円形の水通路、３，３・・・は上記管壁１ａの内周面に形成された断面逆Ｖ字形状の凸条部である。

凸条部３，３・・・は、図示のように、伝熱管１の管軸方向に平行に延び、周方向の全面に亘って山部と谷部が交互に隣接する形で多数本並設されている。

この銅管１は、例えば電縫管構造となっており、図４に示すようなロールフォーミング加工手段を用いてロールフォーミング加工することによって形成される。

図４のロールフォーミング加工手段は、上記管壁部１ａを形成する所定の厚さの平板状の帯状銅板Ａを相互に所定の押圧力を保って回転可能に対向設置されたＶ溝付ロウラー５と平面ロウラー６間を通してスケール析出サイトとしての多数本の平行な逆Ｖ字形状の凸条部３，３・・・を転造する（図５の（ａ）→（ｂ）参照）。その後、さらに製管機７を通して次第に円筒管状に製管して行く。

これにより、管壁１ａの両側縁同士を突き合わせた円筒構造の管体が形成される。

そこで、次に同管体を溶接機８の溶接穴８ａ内に通して、上記突き合わせた管壁１ａの側縁同士を溶着一体化することによって、内周面に管軸方向に平行に延びる断面逆Ｖ字形状の凸条部３，３・・・を多数本並設した図２のような円筒管に形成する。

このような構成の給湯用の伝熱管１によると、例えば図６に詳細に示すように、管内周面の管軸方向に延びる平行な断面逆Ｖ字形状の凸条部３，３・・・の線状の頂部３ａ，３ａ・・・が核、すなわちスケール析出サイトとなって、同部分に特異的に炭酸カルシウム等のスケールＳが集中して析出するようになり、管内の他の平面部には析出しないようになる。

しかも、同特異的に集中して析出する凸条部３，３・・・の頂部３ａ，３ａ・・・は、管の中心側に近くなっており、表面積も小さい。

そのため、上記析出したスケールＳの壁面に対する付着力も小さく、安定性も低い。したがって、上記スケールＳが所定の大きさまで成長すると、管外面側の熱源からの熱流の侵入によって生じる管内壁面付近の水の上昇力によって管中心部に持ち上げられて容易に離脱し、その後管中心部を流れる主流によって外部に流出されてしまう。

この図６のスケールコントロールメカニズムを整理すると、次のようになる。

（１） 先ず凸条部３，３・・・先端の頂部３ａ，３ａ・・・が核となって微細なスケールＳが付着し始める。

（２） 同微細なスケールＳが少しづつ大きく成長する。

（３） 各凸条部３，３・・・間の谷部３ｂ，３ｂ・・・は熱源に近いため、同谷部３ｂ，３ｂ・・・を起点として上記頂部３ａ，３ａ・・・方向に向かう上昇流が発生している。

（４） したがって、上記スケールＳが、ある程度の大きさまで成長すると、同谷部３ｂ，３ｂ・・・からの上昇流により管の中心方向に持ち上げられて頂部３ａ，３ａ・・・から離脱する。

（５） 離脱したスケールＳが、管中心部を流れる主流によって出口方向に押し流される。

したがって、同構成では、析出されたスケールＳが多く管内に滞留するようなことがなくなり、従来のような外面側からの熱流の逃げ場が無くなり、その下部でスポット的に温度が上昇し、周辺の温度の低い部分との間で腐食電池が形成されて、析出物下部で局部的な腐食が発生しやすくなるといった現象も生じにくくなる。

その結果、伝熱管（銅管）内面への炭酸カルシウム等の析出により、配管流路を狭めたり、ポンプ動力の上昇や、銅管が詰まって水が流れなくなり、給湯機の機能停止に至るといった問題も解消される。

以上の給湯用の銅製伝熱管１には、さらに、例えばアルミ（Ａｌ）を０．１〜３．０ｗｔ％の範囲、スズ（Ｓｎ）を０．１〜３．０ｗｔ％の範囲で含有し、さらにリン（Ｐ）を０．００１ｗｔ〜０．１ｗｔ％の範囲で含有し、残部が銅（Ｃｕ）である銅合金が適している。

アルミは、銅表面に酸化アルミニウムとして濃縮することにより、高温水中での耐食性の向上に寄与する一方、アルミの添加量が、０．１ｗｔ％未満では、耐食性の向上効果は認められない。さらに添加量が３．０ｗｔ％を超えると、ロウ付け性能が低下する。

スズは、アルミと共添されることにより、耐食性の向上に寄与するだけでなく、アルミ添加によるロウ付け性の低下を抑制する。スズの添加量は、０．１Ｗｔ％未満では効果が得られない。一方、３．０ｗｔ％を超えて添加しても、その効果は飽和しており、コスト上昇をもたらすだけである。

リンは、通常のリン脱酸銅に添加されているものと同じ効果を示し、添加範囲も同程度である。すなわち、リンが０．００１ｗｔ％未満では、有効な脱酸素効果が得られない。

一方、０．１Ｗｔ％を越えて添加されると加工性が著しく低下する。

したがって、耐食性、ロウ付け性、加工性などの観点から見ると、上記アルミを０．１〜３．０ｗｔ％の範囲で、スズを０．１〜３．０ｗｔ％の範囲で含有し、さらにリンを０．００１〜０．１ｗｔ％の範囲で含有し、残部が銅である場合が最も有効であり、かつスケールが生じにくい。

なお、通常のリン脱酸銅に含まれている程度の不純物が、本銅合金に含まれていても、上記特性に影響を与えることはない。

（変形例１）
以上の凸条部３，３・・・と谷部３ｂ，３ｂ・・・との関係は、相対的な関係にあるので、最初から断面Ｖ字形状の凹条溝部（谷部３ｂ，３ｂ・・・）を形成し、これら凹条溝部と凹条溝部との間に同様の凸条部３，３を形成するようにしても、全く上述の場合と同様の作用効果を実現することができる。

（変形例２）
なお、上記伝熱管１の内周面に管軸方向に平行に延びる多数本の凸条部３，３・・・を形成することによるスケール付着防止効果は、上記のような組成比率の銅合金の場合が最も有効であるが、それ以外にも例えば通常のリン脱酸銅やその他の金属、さらには種々の樹脂により製作された伝熱管においても略同様な効果が得られる。

（実施例）
＜供試管の製作方法＞
以下の表１に示す各組成の銅合金およびリン脱酸銅材（合金組成を含めた本発明実施例に対応する供試管ａ，ｂ材、その他の供試管ａ〜ｈ材）を鋳造し、圧延工程を経て、板厚１ｍｍの帯状の銅板を製造した。このようにして得られた帯状の銅板を連続的に溶接して、外径１３ｍｍの銅管１を製作し、試験に供した。さらに、該銅管を製造する工程において、供試管ａ，ｂ，ｄ，ｅ，ｆ，ｈについては、上述した図４のロールフォーミング加工手段を用いて内周面に管軸方向に平行な断面逆Ｖ字形状の凸条部３，３・・・（断面Ｖ字形状の谷部３ｂ，３ｂ・・・）を転造するとともに、ロールフォーミングした後、溶接機８で溶接して断面円形の伝熱管１を製作した。

＜試験方法＞
（１） ９０℃温水耐食性
以上の各供試管１（ａ〜ｈ）を図７のように水循環ポンプＰを介して貯湯タンク１０の上下湯循環口間に接続し、ポンプＰ吐出口側の供試管１の長さ２ｍ部分の外面に電気ヒータよりなる加熱部Ｈを設け、同供試管１内を流れるお湯Ｗの温度を８０℃から９０℃へ昇温する試験を行ない（それぞれ水温検出センサＴ₁，Ｔ₂で検出）、試験後の同供試管１（ａ〜ｈ）の供試部Ｘの内面の腐食状況を観察した（なお、Ｒは自然放熱部を示している）。

（２） ロウ付け性
また図８（ａ）に示すように板材試験片１１（ａ〜ｈ）の表面に一定料のロウ材１２を置き、バーナー１３でロウ材１２が溶けた図８（ｂ）の状態におけるロウ材１２の広がり面積を計測して、そのロウ付け性を評価した。

（３） スケール付着性
さらに図７の９０℃温水耐食性の試験装置を使用して、一定の期間内、貯湯タンク１０内に炭酸カルシウムと珪酸カルシウムの試薬を添加して、供試管１の供試部Ｘ内面へのスケールＳの付着性を単位面積あたりのスケール付着重量を求めることによって評価した。

これら各試験（１）〜（３）の評価結果を、次の＜表１＞に示す。

これらの評価結果によると、上述したアルミを０．１〜３．０ｗｔ％、またスズを０．１〜３．０ｗｔ％を含有し、さらにリンを０．００１ｗｔ〜０．１ｗｔ％含有し、残部が銅である銅合金の範囲に入り、上述した断面逆Ｖ字形状の凸条部３，３・・・を形成した本願発明の実施例に対応する供試管ａ，ｂは、その何れの場合にも、上記（１）〜（３）の各試験結果で全て基準となるレベルをクリアしており、ヒートポンプ式給湯機の伝熱管材として十分に実用に耐え得る最適なものであることが判明した。

一方、合金材料の組成としては、本願発明の供試管ａと同一であるが、管内周面に上述した断面逆Ｖ字形状の凸条部３，３・・・を全く形成していない供試管ｃでは、試験（１）の９０℃の温水耐食性と試験（２）のロウ付け性の基準はそれぞれクリアしているが、試験（３）のスケール付着性の点で若干劣り、水質レベル（硬度レベル）如何によっては実用に耐え得ないケースが生じる。

他方、銅合金材としての組成が、上記本願発明の組成の範囲に入らない供試管ｄ（スズが０．１ｗｔ％よりも少ない０．０５ｗｔ％のもの）では、試験（２）のロウ付け性の点で少し劣るが、断面Ｖ字形状の凸条部３，３・・・を形成したことから、試験（１）の９０℃温水耐食性および試験（３）のスケール付着性の各点で十分に基準をクリアしており、十分に実用に耐え得る。

また、一方供試管ｅ（アルミが０．１ｗｔ％よりも少ない０．０５ｗｔ％のもの）では試験（１）の９０℃温水耐食性の点で若干劣るが供試管ｄの場合と同様に凸条部３，３・・・を形成していることから、試験（２）のロウ付け性および試験（３）のスケール付着性の各点で基準をクリアしており、十分に実用に耐えることができる。

また、供試管ｆ（アルミが３．０ｗｔ％よりも遥かに多い５．０ｗｔ％）でも、断面逆Ｖ字形状の凸条部３，３・・・を設けたことから、試験（１）の９０℃温水耐食性と試験（３）のスケール付着性の基準はクリアしている。ただ、試験（２）のロウ付け性の点で大きく劣る点で製造上の問題がある。

さらに、供試管ｇのリン脱酸銅で、断面逆Ｖ字形状の凸条部３，３・・・がないものでは、試験（２）のロウ付け性の基準はクリアできても、試験（１）の９０℃温水耐食性の点で実用にならず、試験（３）のスケール付着性の点でも水質が悪いと実用にならい。

しかし、供試管ｈのように同じリン脱酸銅であっても、断面逆Ｖ字形状の凸条部３，３・・・を形成したものでは、試験（１）の９０℃温水耐食性の点で問題はあるが、試験（２）のロウ付け性に加えて、特に試験（３）のスケール付着性の点で確実に改善されている。

したがって、これらの観点から見ると、上述した本実施形態１の合金組成の範囲の銅合金を用いて、同実施形態１の断面逆Ｖ字形状の凸条部３，３・・・（断面Ｖ字形状の谷部３ｂ，３ｂ・・・）を形成した供試例ａ，ｂの場合が給湯用の伝熱管として最適であることが分る。

しかし銅合金組成が、上述した組成範囲内にない供試例ｄ，ｅ，ｆや供試例ｈのリン脱酸銅の場合にあっても、上述した本実施形態１のように、スケール析出サイトとしての断面逆Ｖ字形状の凸条部３，３・・・（断面Ｖ字形状の谷部３ｂ，３ｂ・・・）を形成すると、確実にスケール付着性が良くなり、特別に水質が悪いという環境にない限り、十分に実用に耐えられるようになることが分る。

（最良の実施の形態２）
さらに図９は、同じくヒートポンプ式給湯システムの給湯用伝熱管に適した本願発明の最良の実施の形態２に係る給湯用伝熱管の構成を示している。

この実施形態のものは、上記最良の実施の形態１の管軸方向に平行に延びる断面逆Ｖ字形状の凸条部３，３・・・を、例えば図９に示すような、部分的な凸部である円錐形状のピン部材４，４・・・列に変更し、該円錐形状のピン部材４，４・・・列を管軸方向に延びて周方向に多数列並設したことを特徴とするものである。

このような構成の場合にも、やはり円錐形状のピン部材４，４・・・よりなる凸条部の頂部４ａ，４ａ・・・に特異的に炭酸カルシウム等のスケールが集中して析出するようになり、管内の他の平面部には析出しないようになる。

しかも、同特異的にスケールが集中して析出するピン部材４，４・・・の頂部４ａ，４ａ・・・は、管の中心側に近くなっており、表面積も小さい。

そのため、析出したスケールの壁面に対する付着力も小さく、安定性も低い。したがって、スケールが所定の大きさまで成長すると、外部熱源の作用によって管外面から侵入する熱流の加熱作用で管壁１ａのピン部材間谷部４ｂ，４ｂ・・・から水の上昇流が生じ、同水の上昇流によって水通路２の中心方向に押し上げられて容易に離脱し、その後、管軸方向に流れる水の主流によって、スムーズに外部に流出されてしまう。

したがって、析出されたスケールが必要以上に多く管内に滞留するようなことがなくなり、外面側からの熱流の逃げ場が無くなり、その下部でスポット的に温度が上昇し、周辺の温度の低い部分との間で腐食電池が形成されて、析出物下部で局部的な腐食が発生しやすくなるといった従来の現象も生じにくくなる。

その結果、伝熱管内面への炭酸カルシウム等の析出により、配管流路を狭めたり、ポンプ動力の上昇や、伝熱管が詰まって水が流れなくなり、給湯機の機能停止に至るといった問題も解消される。

本願発明の最良の実施の形態１に係る給湯用伝熱管の全体的な構造を示す一部開放平面図である。 同給湯用伝熱管内部の構成を示す断面図である。 同給湯用伝熱管の内周面の構成を拡大して示す斜視図である。 同給湯用伝熱管を円筒体形状の電縫管構造にロールフォーミング加工する加工手段の構成を示す斜視図である。 同図４のロールフォーミング加工時の加工形態の変化を示す図である。 同給湯用伝熱管の要部の構成によるスケールコントロール作用を示す説明図である。 同給湯用伝熱管のスケールコントロール機能を確認するための試験装置の構成を示す図である。 同給湯用伝熱管のロウ付け性を確認したロウ付け試験状態を示す図である。 本願発明の最良の実施の形態２に係る給湯用伝熱管の構成を示す斜視図である。

符号の説明

１は給湯用伝熱管、１ａは管壁、２は水通路、３は凸条部、３ａは凸条部３の頂部、３ｂは谷部、４はピン部材、４ａはピン部材の頂部、４ｂは谷部である。

Claims (9)

1. 管内面が高温の水に接触し、かつ管外面側から内面側へ熱流速が生じる給湯用の伝熱管であって、管内面に炭酸カルシウム等のスケールの析出サイトを備え、これをスケールコントロール手段として機能させるとともに、スケールが所定の大きさに成長した段階で、脱落流出させるようにしたことを特徴とする給湯用伝熱管。
2. スケール析出サイトが、管内周面にあって管軸方向に延びる平行な凸条部よりなることを特徴とする請求項１記載の給湯用伝熱管。
3. 平行な凸条部は、断面逆Ｖ字形状の凸条部であることを特徴とする請求項２記載の給湯用伝熱管。
4. スケール析出サイトが、管内周面にあって管軸方向に延びる平行な凹条溝部よりなることを特徴とする請求項１記載の給湯用伝熱管。
5. 平行な凹条溝部は、断面Ｖ字形状の凹条溝部であることを特徴とする請求項４記載の給湯用伝熱管。
6. スケール析出サイトが、管内周面にあって管軸方向に所定の間隔で配設された部分的な凸部よりなることを特徴とする請求項１記載の給湯用伝熱管。
7. 部分的な凸部は、円錐状の凸部であることを特徴とする請求項６記載の給湯用伝熱管。
8. アルミを０．１〜３．０ｗｔ％、またスズを０．１〜３．０ｗｔ％含有し、さらにリンを０．００１〜０．１ｗｔ％含有し、残部が銅である銅合金よりなることを特徴とする請求項１，２，３，４，５，６又は７記載の給湯用伝熱管。
9. 板材の片面にスケール析出サイトを転造加工するとともに、該転造加工された板材を筒状に曲げ、その合わせ面を溶接することにより円筒体に形成されていることを特徴とする請求項１，２，３，４，５，６，７又は８記載の給湯用伝熱管。

Images