(57)【要約】【課題】軽量で高効率な熱交換器を提供する。【解決手段】熱交換器１００は、第１流体が流れる複数の第１伝熱管１３と、第１流体と熱交換するべき第２流体が流れる複数の第２伝熱管１４とを備えている。第１伝熱管１３は、渦の形状を有している。第２伝熱管１４は、第１伝熱管１３の中心の軌跡と当該第２伝熱管１４の中心の軌跡とが並進対称の関係となるように、第１伝熱管１３に対応した渦の形状を有している。第１伝熱管１３と第２伝熱管１４とが、各伝熱管の長手方向に沿って互いに接触するように交互に積み重ねられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１流体が流れる複数の第１伝熱管と、
前記第１流体と熱交換するべき第２流体が流れる複数の第２伝熱管とを備え、
前記第１伝熱管は、一端が渦の中心側、他端が渦の外周側に位置する渦の形状を有し、
渦の中心側から外周側に向かう方向を水平方向、前記水平方向に関して互いに隣り合う前記第１伝熱管の任意の２つの部分を内側部分と外側部分と定義したとき、前記内側部分での前記第１伝熱管の中心と前記外側部分での前記第１伝熱管の中心との前記水平方向に関する距離が当該第１伝熱管の外径以上であり、
前記第２伝熱管は、前記第１伝熱管の中心の軌跡と当該第２伝熱管の中心の軌跡とが並進対称の関係となるように、前記第１伝熱管に対応した渦の形状を有し、
前記第１伝熱管と前記第２伝熱管とが、各伝熱管の長手方向に沿って互いに接触するように交互に積み重ねられている、熱交換器。
【請求項２】
全ての前記第１伝熱管および前記第２伝熱管が、前記水平方向に直交する鉛直方向に配列しており、
前記第１伝熱管および前記第２伝熱管は、同じ列に属する部分同士でのみ直接接している、請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記第１伝熱管および前記第２伝熱管は、これら伝熱管の積み重ねの方向に所定の振幅を持った波形部を含む、請求項１または２に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記水平方向および前記鉛直方向の双方に平行な断面において、前記内側部分の位置と前記外側部分の位置とが前記鉛直方向に関して一致するように、前記波形部が形成されている、請求項３に記載の熱交換器。
【請求項５】
前記第１伝熱管の本数と前記第２伝熱管の本数とが等しい、または前記第２伝熱管の本数が前記第１伝熱管の本数よりも１本少ない、請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項６】
前記第２伝熱管の外径が前記第１伝熱管の外径以上であり、
前記内側部分と前記外側部分との間に配置されたスペーサをさらに備え、
前記スペーサによって、前記内側部分と前記外側部分との間に空隙が形成されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項７】
前記第１伝熱管が、前記第２伝熱管との接触面として、平坦面を有する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項８】
前記第２伝熱管が、前記第１伝熱管との接触面として、平坦面を有する、請求項１〜７のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項９】
前記熱交換器が平面視で矩形の枠の形状を示すように前記第１伝熱管および前記第２伝熱管の渦の形状が定められており、
前記熱交換器の４つのコーナー部を構成する部分としての、前記第１伝熱管および第２伝熱管の全ての曲げ部が、所定の曲げ半径Ｒを有する、請求項１〜８のいずれか１項に記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のヒートポンプ式給湯機、空調機、床暖房装置等においては、２種類の流体（例えば、水と冷媒）の間で熱交換を行うための熱交換器が使用されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、矩形の流路を有する筺体と、筺体の内部の流路に配置された伝熱管とを備えた熱交換器が記載されている。
【０００４】
特許文献２には、内径が互いに相違する水管と冷媒管とを備えた熱交換器が記載されている。この熱交換器において、水管および冷媒管は、互いに接触した状態でトラック状に成形されている。
【特許文献１】特開２００５−２４１０９号公報
【特許文献２】特開２００６−１６２２０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載された熱交換器では、冷媒管が万が一破損しても水と冷媒とが混ざらないように、冷媒が流れる伝熱管を２重構造（いわゆる検知管構造）とする必要がある。そのため、軽量化（省資源化）を図りにくい問題がある。
【０００６】
特許文献２に記載された熱交換器は、検知管構造を採用する必要がないので、軽量化の面では有利である。ただし、昨今の地球温暖化の問題を受けて、この型式の熱交換器に対しても一層の高効率化が求められている。
【０００７】
そこで本発明は、軽量で高効率な熱交換器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】
【０００８】
すなわち、本発明は、
第１流体が流れる複数の第１伝熱管と、
前記第１流体と熱交換するべき第２流体が流れる複数の第２伝熱管とを備え、
前記第１伝熱管は、一端が渦の中心側、他端が渦の外周側に位置する渦の形状を有し、
渦の中心側から外周側に向かう方向を水平方向、前記水平方向に関して互いに隣り合う前記第１伝熱管の任意の２つの部分を内側部分と外側部分と定義したとき、前記内側部分での前記第１伝熱管の中心と前記外側部分での前記第１伝熱管の中心との前記水平方向に関する距離が当該第１伝熱管の外径以上であり、
前記第２伝熱管は、前記第１伝熱管の中心の軌跡と当該第２伝熱管の中心の軌跡とが並進対称の関係となるように、前記第１伝熱管に対応した渦の形状を有し、
前記第１伝熱管と前記第２伝熱管とが、各伝熱管の長手方向に沿って互いに接触するように交互に積み重ねられている、熱交換器を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
上記本発明において、第１伝熱管は渦の形状を有する。第１伝熱管と同様に、第２伝熱管も渦の形状を有する。第２伝熱管の渦の形状は、第１伝熱管の渦の形状に対応している。第１伝熱管と第２伝熱管とが交互に積み重ねられ、これによって第１伝熱管と第２伝熱管とが長手方向に沿って互いに接触している。最も上に位置する伝熱管と、最も下に位置する伝熱管とを除けば、一の伝熱管は他の１組の伝熱管によって挟まれる。このような構成によって、第１伝熱管と第２伝熱管との接触面積が十分に確保されるので、優れた熱交換効率を期待できる。また、本発明の熱交換器によれば、第１伝熱管を流れる流体が第２伝熱管に直接接触しないので、検知管構造を採用する必要がない。
【００１０】
また、第１伝熱管に関して、内側部分での中心と外側部分での中心との水平方向に関する距離が当該第１伝熱管の外径以上である。つまり、内側部分と外側部分とが、水平方向に関して離れている。そのため、渦状の第１伝熱管と、同じく渦状の第２伝熱管とを交互に積み重ねることができるとともに、熱交換器全体の高さを容易に制限できる。また、積み重ねの作業も容易となり、生産コストの低減に有利である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は、本発明の一実施形態にかかる熱交換器の平面図である。図２は、図１に示す熱交換器のII-II断面図である。図１および図２に示すように、本実施形態の熱交換器１００は、複数の第１伝熱管１３と、複数の第２伝熱管１４と、同種の伝熱管の端部を束ねるためのコネクタ１５とを備えている。
【００１２】
第１伝熱管１３の内部を第１流体が流通し、第２伝熱管１４の内部を第２流体が流通する。これにより、第１流体と第２流体との間で熱交換が行われる。第１流体の具体例は二酸化炭素やハイドロフルオロカーボンなどの冷媒であり、第２流体の具体例は水である。熱交換器１００の具体的用途は、例えばヒートポンプ式給湯機２００（図１１参照）である。ただし、各流体の種類、熱交換器１００の用途はこれらに限定されない。
【００１３】
図１に示すように、第１伝熱管１３は渦の形状を有している。第１伝熱管１３の一端１３ａが渦の中心側に位置し、第１伝熱管１３の他端１３ｂが渦の外周側に位置している。図２に示すように、水平方向ＷＬに関して互いに隣り合う第１伝熱管１３の任意の２つの部分を内側部分１３ｊと外側部分１３ｋと定義する。このとき、内側部分１３ｊでの第１伝熱管１３の中心Ｃ1と、外側部分１３ｋでの第１伝熱管１３の中心Ｃ1との水平方向ＷＬに関する距離Ｗ1が当該第１伝熱管の外径Ｄ1よりも大きい。言い換えれば、内側部分１３ｊと外側部分１３ｋとは、水平方向ＷＬに関して離れている。内側部分１３ｊと外側部分１３ｋとの間には空隙ＡＧが形成されている。
【００１４】
なお、本明細書では、渦の中心側から外周側に向かう方向を水平方向ＷＬ、水平方向ＷＬに直交する方向を鉛直方向ＨＬと定義する（図２参照）。図２の断面は、水平方向ＷＬおよび鉛直方向ＨＬの双方に平行な断面を示している。
【００１５】
図１および図２に示すように、第１伝熱管１３と同様に、第２伝熱管１４も渦の形状を有している。第２伝熱管１４の一端１４ｂが渦の中心側に位置し、第２伝熱管１４の他端１４ａが渦の外周側に位置している。第２伝熱管１４の渦の形状は、第１伝熱管１３の渦の形状と共通である。具体的には、第１伝熱管１３の中心Ｃ1の軌跡と第２伝熱管１４の中心Ｃ2の軌跡とが並進対称の関係となっている。「並進対称」とは、平行移動によって重ね合わせることができる関係をいう。本実施形態では、第２伝熱管１４の中心Ｃ2の軌跡を鉛直方向ＨＬに平行移動すると、第１伝熱管１３の中心Ｃ1の軌跡に重なる。
【００１６】
すなわち、第１伝熱管１３と第２伝熱管１４とが交互に積み重ねられることによって、熱交換器１００が構成されている。第１伝熱管１３および第２伝熱管１４は、長手方向に沿って互いに接触しているとともに、ロウ材や半田のような接合材を用いて互いに接合されている。最も上に位置する第１伝熱管１３と最も下に位置する第１伝熱管１３とを除けば、一の伝熱管は他の１組の伝熱管によって挟まれている。これにより、十分な広さの伝熱面積が確保されうる。また、一の伝熱管が他の１組の伝熱管によって挟まれていると、挟まれた伝熱管自身の温度分布が均一になる。
【００１７】
熱移動のしやすさは、熱源からの距離に反比例する。そのため、水管（例えば第２伝熱管１４）と冷媒管（例えば第１伝熱管１３）とが片側でのみ接している場合、冷媒管の熱が水管の反対側まで移動し難くなり、熱交換量は小さくなる。これに対し、水管が冷媒管で挟まれていると、水管の上下両側で効率的な熱移動が起こるので、熱交換量を大きくできる。
【００１８】
本実施形態では、第１伝熱管１３の本数が４本で、第２伝熱管１４の本数が３本である。言い換えれば、積み重ねられている伝熱管の総数が奇数である。第２伝熱管１４の方が第１伝熱管１３よりも１本少ないので、全ての第２伝熱管１４が第１伝熱管１３の組によって挟まれている。加熱するべき水を第２伝熱管１４に流す構成とすれば、全ての水管（第２伝熱管１４）が冷媒管（第１伝熱管１３）に上下から挟まれる形となり、熱交換量を大きくできる。ただし、第１伝熱管１３の本数と第２伝熱管１４の本数とが等しくてもよい。
【００１９】
一般的な熱交換器では、伝熱管の長さや伝熱管の直径を調節することによって、所望の熱交換能力が与えられる。このことに加え、本実施形態の熱交換器１００によれば、伝熱管の本数を増減することによっても熱交換能力の調節を行えるので、幅広い仕様のものを提供しやすくなる。
【００２０】
図２に示すように、第１伝熱管１３の外径と第２伝熱管１４の外径とが等しくてもよいし、図３に示すように、第１伝熱管１３の外径と第２伝熱管１４の外径とが相違していてもよい。図３に示す変形例では、第１伝熱管１３の外径が第２伝熱管１４の外径よりも小さい。通常は、第１伝熱管１３に流す流体の種類と、第２伝熱管１４に流す流体の種類とが相違するので、各伝熱管の外径も相違する。
【００２１】
また、本実施形態では、熱交換器１００が平面視で矩形の枠の形状、詳しくは４つのコーナー部が丸みを帯びた矩形の枠の形状を示すように、第１伝熱管１３および第２伝熱管１４の渦の形状が定められている。併せて、熱交換器１００の４つのコーナー部を構成する部分としての、第１伝熱管１３および第２伝熱管１４の全ての曲げ部が、所定の曲げ半径Ｒを有している。そのため、４つのコーナー部では、空隙ＡＧが、コーナー部以外の部分よりも広くなっている。
【００２２】
例えば、前述した特許文献２に記載された熱交換器の伝熱管は、曲げ半径が段階的に変化している。そのため、伝熱管を曲げる工程が煩雑化する可能性が高い。具体的には、伝熱管の巻き数に応じた数の金型を準備し、伝熱管の熱間曲げと金型の換装とを交互に実施する必要性に迫られる可能性がある。これに対し、本実施形態の熱交換器１００によれば、常に所定の曲げ半径Ｒで第１伝熱管１３および第２伝熱管１４を曲げればよいので、伝熱管を曲げる工程は容易である。
【００２３】
曲げ半径Ｒは、３．５Ｄ1＞Ｒ＞２．５Ｄ1（ただし、Ｄ1＝第１伝熱管の外径）の関係を満足するように調整するとよい。各伝熱管は、曲げ半径Ｒかつ曲げ角９０°の条件で曲げられている。
【００２４】
図１および図２に示すように、内側部分１３ｊと外側部分１３ｋとの間には、スペーサ１２が配置されている。スペーサ１２によって、内側部分１３ｊと外側部分１３ｋとの間に空隙ＡＧが形成されている。このようなスペーサ１２や空隙ＡＧが必須というわけではなく、内側部分１３ｊと外側部分１３ｋとの間の熱交換が熱交換効率に影響を及ぼさないほど小さい場合には、内側部分１３ｊと外側部分１３ｋとが接していてもよい。ただし、空隙ＡＧがあること、すなわち、内側部分１３ｊと外側部分１３ｋとが直接接していないことによって以下の効果がもたらされる。
【００２５】
例えば第１伝熱管１３に着目すると、内側部分１３ｊを流れる流体と、外側部分１３ｋを流れる流体との間には、必ず温度差がある。そのため、内側部分１３ｊと外側部分１３ｋとが接していると、内側部分１３ｊと外側部分１３ｋとの間で熱交換が起こってしまう。すると、第１伝熱管１３を流れる流体と、第２伝熱管１４を流れる流体との間で起こるべき熱交換が阻害され、結果として、熱交換効率が低下する可能性がある。これに対し、空隙ＡＧによって内側部分１３ｊと外側部分１３ｋとが隔てられていると、内側部分１３ｊと外側部分１３ｋとの間で熱交換がほとんど起こらない。
【００２６】
さらに、本実施形態では、全ての第１伝熱管１３および第２伝熱管１４が鉛直方向ＨＬに一列に配列している。そして、第１伝熱管１３と第２伝熱管１４とは、同じ列に属する部分同士でのみ直接接している。つまり、図２に示すように、第１伝熱管１３のある部分１３ｊは、これと同じ列に属する第２伝熱管１４の部分１４ｊとのみ直接接しており、一周外側の部分１４ｋや一周内側の部分１４ｉとは空隙ＡＧおよび／またはスペーサ１２で隔てられている。第２伝熱管１４を流通する第２流体（例えば水）の温度は、各部分１４ｉ，１４ｊ，１４ｋでそれぞれ異なる。そのため、同じ列に属する部分１３ｊ，１４ｊ同士のみが接していると、温度の異なる複数の部分と接しているよりも効率的な熱交換が行われうる。
【００２７】
なお、「全ての第１伝熱管１３および第２伝熱管１４が鉛直方向ＨＬに一列に配列している」とは、第１伝熱管１３の中心Ｃ1の位置と、第２伝熱管１４の中心Ｃ2との位置とが、水平方向ＷＬに関して一致していることを意味する。ただし、必ずしも完全一致を意味せず、上述した効果が得られる範囲内であれば、組み立て公差や微小なズレは許容される。
【００２８】
一般に、伝熱管１３，１４は銅やアルミニウムのような熱伝導率の高い金属でできている。スペーサ１２は、そのような金属よりも熱伝導率が低い材料でできていればよい。具体的に、スペーサ１２の材料として、ステンレスのような熱伝導率が低い金属、樹脂、ガラスおよびセラミックを例示できる。スペーサ１２は、最も上に位置している伝熱管と、最も下に位置している伝熱管とにまたがるように、鉛直方向ＨＬに延びている。伝熱管の長手方向に関するスペーサ１２の寸法は、特に限定されないが、大きすぎない方がよい。スペーサ１２を介して内側部分と外側部分との間で熱交換が起こるのを防ぐためである。
【００２９】
なお、スペーサ１２を設けなくても空隙ＡＧが形成されるように各伝熱管の曲げ加工を行うこともできる。しかしながら、スペーサ１２を設けることによって、曲げ加工が容易になり、各伝熱管に関して、内側部分と外側部分との接触を確実に阻止できる。
【００３０】
図４は、図１に示す熱交換器の部分的な側面図であり、図１中の破線ＳＤで囲まれた部分を示している。図４に示すように、第１伝熱管１３および第２伝熱管１４は、これら伝熱管の積み重ねの方向（＝鉛直方向ＨＬ）に所定の振幅Ｐを持った波形部１９を含んでいる。このような波形部１９では、各伝熱管の内部を流通する流体が鉛直方向ＨＬに蛇行するので、境界層が形成されにくくなり、熱交換効率が向上する。
【００３１】
波形部１９の振幅Ｐは、伝熱管の中心と水平基準面ＨＦとの距離で特定される値である。水平基準面ＨＦは、水平方向ＷＬに平行な平面であって、任意の第１伝熱管１３（例えば最も上に位置する第１伝熱管１３）を鉛直方向ＨＬに関して２等分する平面である。２．０Ｄ1＞Ｐ＞０．３Ｄ1（ただし、Ｄ1＝第１伝熱管１３の外径）の関係を満足するように、振幅Ｐが調整されうる。
【００３２】
波形部１９は、さらに、各伝熱管の長手方向に関して所定の周期Ｋ（例えば１周期が１０Ｄ1＞Ｋ＞３Ｄ1の範囲）を有していてもよい。その場合、波形部１９が形成されている区域では、各伝熱管の中心の軌跡が例えば正弦曲線を示す。波形部１９は、熱交換器１００の全周にわたって形成されていてもよいし、一部の区域にのみ形成されていてもよい。図１に示すように、例えば、４つのコーナー部を除いた直線区域Ｅ1，Ｅ2にのみ波形部１９が形成されていてもよい。直線区域Ｅ1は、熱交換器１００の長辺部分に対応する区域である。直線区域Ｅ2は、熱交換器１００の短辺部分に対応する区域である。さらに、直線区域Ｅ1および直線区域Ｅ2のいずれか一方にのみ波形部１９が形成されていてもよい。  
【００３３】
また、水平方向ＷＬおよび鉛直方向ＨＬの双方に平行な断面（本明細書では図２の断面）において、第１伝熱管１３の内側部分１３ｊの位置と、第１伝熱管１３の外側部分１３ｋの位置とが、鉛直方向ＨＬに関して一致するように、波形部１９が形成されている。つまり、内側部分１３ｊと外側部分１３ｋとが同位相である。図２（または図３）に示す断面図において、第１伝熱管１３および第２伝熱管１４が格子状の配列を示す。このような構成によると、熱交換器１００のコンパクト化を図りやすい。また、積み重ねた第１伝熱管１３および第２伝熱管１４に対してプレス成形を行い、波型部１９を形成することができる点で有利である。プレス成形に用いる金型も簡素になる。
【００３４】
ただし、図６Ａに示すように、第１伝熱管１３の内側部分１３ｊと第１伝熱管１３の外側部分１３ｋとが逆位相を示すように、波形部１９が形成されていてもよい。すなわち、水平方向ＷＬおよび鉛直方向ＨＬの双方に平行な断面において、第１伝熱管１３および第２伝熱管１４が千鳥状の配列を示すように、波形部１９が形成されていてもよい。内側部分１３ｊでの第１伝熱管１３の中心Ｃ12の軌跡と、外側部分１３ｋでの第１伝熱管１３の中心Ｃ11の軌跡とを、熱交換器１００の側面から観察すると、図６Ｂに示すように、各軌跡は、互いに逆位相の正弦曲線を示す。同様に、内側部分１４ｊでの第２伝熱管１４の中心Ｃ21の軌跡と、外側部分１４ｋでの第２伝熱管１４の中心Ｃ22の軌跡とが、互いに逆位相の正弦曲線を示す。このような構成によれば、各伝熱管に関して、内側部分と外側部分との距離を稼ぐことができるので、内側部分と外側部分との間の熱交換を効果的に抑制できる。
【００３５】
なお、図５に示すように、第１伝熱管１３および第２伝熱管１４が波形部を有さず、各伝熱管１３，１４が平板の形状を有していてもよい。すなわち、各伝熱管の中心の軌跡が水平基準面内で渦を示すように、各伝熱管の形状が定められていてもよい。この構成によれば、伝熱管を波形にする加工が不要なので、製造が容易である。
【００３６】
また、図７に示すように、第１伝熱管１３は、第２伝熱管１４との接触面として、平坦面１３ｐ，１３ｑを有する。同様に、第２伝熱管１４は、第１伝熱管１３との接触面として、平坦面１４ｐ，１４ｑを有する。第１伝熱管１３の平坦面１３ｑと、第２伝熱管１４の平坦面１４ｐとが接することによって、接合面（伝熱面）が形成されている。このような構成によれば、第１伝熱管１３と第２伝熱管１４との接合面の面積が広くなり、熱交換効率が高まる。また、平坦面１３ｐ，１３ｑ，１４ｐ，１４ｑがあることによって、組み立て公差が発生しにくくなる。これにより、第１伝熱管１３と第２伝熱管１４とを確実に接触させることが可能になる。なお、第１伝熱管１３および第２伝熱管１４の一方のみが平坦面を有していてもよい。
【００３７】
図７に示すように、第１伝熱管１３の中心Ｃ1を含み、鉛直方向ＨＬに平行な面ＶＦに関して、第１伝熱管１３の平坦面１３ｐおよび平坦面１３ｑは、それぞれ、左右対称である。同様に、上記面ＶＦに関して、第２伝熱管１４の平坦面１４ｐおよび平坦面１４ｑは、それぞれ、左右対称である。平坦面１３ｐおよび平坦面１３ｑの幅Ｗ1は、例えば、Ｗ1＞０．０５×（第１伝熱管１３の外径Ｄ1）の関係を満足するように調整されうる。同様に、平坦面１４ｐおよび平坦面１４ｑの幅Ｗ2は、例えば、Ｗ2＞０．０５×（第２伝熱管１４の外径Ｄ2）の関係を満足するように調整されうる。
【００３８】
図７に示すように、第１伝熱管１３および第２伝熱管１４は、ロウ材や半田などの接合材によって互いに接合されている。接合材１７は、第１伝熱管１３の平坦面１３ｑと第２伝熱管１４の平坦面１４ｐとに薄い層の形態で介在するとともに、第１伝熱管１３と第２伝熱管１４とにまたがる形でフィレットを形成している。フィレットは、第１伝熱管１３と第２伝熱管１４との接合強度を改善するだけでなく、熱交換効率の向上にも寄与する。なお、第１伝熱管１３と第２伝熱管１４との接触面の長手方向に関する全域に接合材１７が配置されている必要はない。例えば、スペーサ１２から所定の範囲内に接合材１７が配置されていない部分があってもよい。
【００３９】
図８に示すように、第１伝熱管１３の表面に微小なディンプル１３ｇ（凹部）が形成されていてもよい。第１伝熱管１３と第２伝熱管１４との接合面にディンプル１３ｇが存在すると、ディンプル１３ｇが第１伝熱管１３と第２伝熱管１４との接合面の面積の拡大に寄与するので、熱交換器１００の熱交換効率が向上する。また、ディンプル１３ｇが形成されていると、接合材１７と第１伝熱管１３との濡れ性が改善する。さらに、ディンプル１３ｇが第１伝熱管１３の内部に突出していると、第１伝熱管１３の内部で境界層が厚くなるのを防ぐ効果が得られる。このようなディンプル１３ｇは、ディンプル１３ｇの深さが第１伝熱管１３の肉厚よりも浅くなるように形成されているとよい。第２伝熱管１４の表面に同様のディンプル１４ｇが形成されていてもよい。ディンプル１３ｇ，１４ｇに代えて、またはディンプル１３ｇ，１４ｇとともに凸部が形成されていてもよい。
【００４０】
なお、図１に示すように、４本の第１伝熱管１３の一端１３ａおよび他端１３ｂが、それぞれ、コネクタ１５によって１つに束ねられている。コネクタ１５を介して第１伝熱管１３のそれぞれに流体が送られる。第１伝熱管１３を流通した後の流体は、下流側のコネクタ１５で合流して１つの流れになる。同様に、３本の第２伝熱管１４の一端１４ａおよび他端１４ｂが、それぞれ、コネクタ１５によって１つに束ねられている。各コネクタ１５は、流体の流れを分岐させる分岐管または流体の流れを合流させる合流管としての役割を担っている。
【００４１】
熱交換器１００を水−冷媒熱交換器として使用する場合、第１伝熱管１３に高温の冷媒を流し、第２伝熱管１４に水を流す。例えば、第１伝熱管１３に関して、渦の中心側に位置する端部１３ａを排出口とし、渦の外周側に位置する端部１３ｂを導入口とする。第２伝熱管１４に関して、渦の外周側に位置する端部１４ａを排出口とし、渦の中心側に位置する端部１４ｂを導入口とする。このようにすれば、第１伝熱管１３を流れる水と第２伝熱管１４を流れる冷媒とが対向流を形成することとなるので、熱交換効率の面で有利である。
【００４２】
次に、図１に示す熱交換器１００の製造方法について簡単に説明する。本実施形態において、第１伝熱管１３および第２伝熱管１４は、それぞれ、単一の伝熱管よって構成されている。ただし、第１伝熱管１３および第２伝熱管１４は、それぞれ、溶接または継ぎ手によって相互に接続された複数の部分を含むものであってもよい。
【００４３】
図９（Ｓ１）に示すように、ストレート形状の複数の第１伝熱管１３と、ストレート形状の複数の第２伝熱管１４を準備する。これらの伝熱管１３，１４を支持台上に交互かつ並列に並べる。これらの伝熱管１３，１４が互いに密着するように、スペーサ１２で仮留めする。第１伝熱管１３と第２伝熱管１４との接触部分に接合材（図７参照）を配置する。接合材として、線材の形状のものを用いると、各伝熱管の長手方向に沿って接合材を配置しやすい。また、第１伝熱管１３と第２伝熱管１４との間にシート状の接合材を配置してもよい。
【００４４】
次に、接合材を溶融させるために、第１伝熱管１３、第２伝熱管１４およびスペーサ１２を含む組立体２１を熱処理炉に搬入し、加熱する。この結果、第１伝熱管１３と第２伝熱管１４とが接合材によって接合され、一体化する。
【００４５】
なお、接合材は、各伝熱管の長手方向の全域に配置されていてもよいし、接合材が配置されていない区域があってもよい。例えば、スペーサ１２と、スペーサ１２から伝熱管の一端に向かって所定距離進んだ位置との間の区域Ｌを、接合材が配置されていない区域として定めることができる。接合材が配置されていない区域Ｌがあると、熱変形および曲げ加工時に生ずる歪みを当該区域Ｌに吸収させることが可能になり、熱交換器１００の寸法精度が向上する。なお、スペーサ１２と各伝熱管との接合作業を別途行うようにしてもよい。
【００４６】
次に、所定の曲げ半径Ｒ（図１参照）を各伝熱管に付与するための金型を用いて、渦の形状を有するように組立体２１を端から順に曲げる（Ｓ２）。さらに、各伝熱管を波形にするための金型で渦状の組立体２１をプレス加工する（Ｓ３）。この結果、図４を参照して説明した波形部１９が形成される。最後に、各伝熱管の両端部をコネクタに接続することによって、熱交換器１００が完成する。
【００４７】
なお、プレス加工によって波形部１９が形成されるのと同時に、伝熱管１３，１４が鉛直方向ＨＬに押しつぶされ、図７を参照して説明した平坦面１３ｐ，１３ｑ，１４ｐ，１４ｑが形成されうる。平坦面１３ｐ，１３ｑ，１４ｐ，１４ｑが形成されることによって、伝熱管１３，１４が多少横長（楕円状）に変形しても問題ない。
【００４８】
また、第１伝熱管１３および第２伝熱管１４を渦状に曲げる工程よりも前に、波形部１９（図４）を形成するためのプレス加工を実施してもよい。図１０に示すように、まず、ストレート状の第１伝熱管１３および第２伝熱管１４を準備する（ＳＴ１）。次に、第１伝熱管１３および第２伝熱管１４の各々を波状にプレス加工する（ＳＴ２）。この際、各伝熱管に平坦面１３ｐ，１３ｑ，１４ｐ，１４ｑが形成されうる。次に、波形が付けられた第１伝熱管１３と、同じく波形が付けられた第２伝熱管１４とを交互に並べる。これらの伝熱管１３，１４が互いに密着するように、スペーサ１２で仮留めする。第１伝熱管１３と第２伝熱管１４との接触部分に接合材を配置する（ＳＴ３）。
【００４９】
次に、接合材を溶融させるために、第１伝熱管１３、第２伝熱管１４およびスペーサ１２を含む組立体２３を熱処理炉に搬入し、加熱する。この結果、第１伝熱管１３と第２伝熱管１４とが接合材によって接合され、一体化する。最後に、組立体２３を渦状に曲げることによって、熱交換器１００が完成する（ＳＴ４）。
【００５０】
なお、プレス加工によって平坦面１３ｐ，１３ｑ，１４ｐ，１４ｑが予め形成された伝熱管１３，１４を用いて、図９のステップＳ１に示す組立体２１を準備してもよい。さらに、最初に、各伝熱管を渦状に曲げる工程を実施し、次に、各伝熱管に波形を付与する工程を実施し、最後に、各伝熱管を積み重ねてロウ付けする工程を実施するようにしてもよい。このように、各工程の順序が入れ替わっても、同じ熱交換器１００を製造できる。
【００５１】
次に、熱交換器１００の具体的用途について説明する。図１１は、熱交換器１００の適用対象としてのヒートポンプ式給湯機の構成図である。
【００５２】
ヒートポンプ式給湯機２００は、ヒートポンプユニット２０１と、タンクユニット２０３とを有する。ヒートポンプユニット２０１で作られた湯がタンクユニット２０３に貯められる。タンクユニット２０３から給湯栓２０４に湯が供給される。ヒートポンプユニット２０１は、冷媒を圧縮する圧縮機２０５、冷媒を放熱させる放熱器２０７、冷媒を膨張させる膨張弁２０９、冷媒を蒸発させる蒸発器２１１およびこれらの機器をこの順番で接続する冷媒管２１３を備えている。膨張弁２０９に代えて、冷媒の膨張エネルギーを回収可能な容積式膨張機を使用してもよい。放熱器２０７として、熱交換器１００を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の一実施形態にかかる熱交換器の斜視図
【図２】図１に示す熱交換器のII-II断面図
【図３】外径が互いに相違する第１伝熱管および第２伝熱管が用いられた変形例にかかる断面図
【図４】図１に示す熱交換器の部分的な側面図
【図５】ストレート形状の伝熱管が用いられた変形例にかかる側面図
【図６Ａ】伝熱管の内側部分と外側部分とが逆位相を示す変形例にかかる断面図
【図６Ｂ】伝熱管の中心の軌跡を示す概念図
【図７】第１伝熱管および第２伝熱管の拡大断面図
【図８】伝熱管の表面に形成されたディンプルを示す模式図
【図９】図１に示す熱交換器の製造方法の工程図
【図１０】図１に示す熱交換器の別の製造方法の工程図
【図１１】図１に示す熱交換器を含むヒートポンプ式給湯機の構成図
【符号の説明】
【００５４】
１２  スペーサ
１３  第１伝熱管
１４  第２伝熱管
１３ｐ，１３ｑ，１４ｐ，１４ｑ  平坦面
１３ｇ，１４ｇ  ディンプル
１３ｊ，１４ｊ  内側部分
１３ｋ，１４ｋ  外側部分
１９  波形部
１００  熱交換器
ＷＬ  水平方向
ＨＬ  鉛直方向
ＡＧ  空隙
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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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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