(57)【要約】  本発明に係る熱交換器は、第１熱媒体が流れる第１の配管と、第１の配管に巻き付けられた、第２熱媒体が流れる第２の配管と、を有し、第１の配管は、内面に突出する突起を複数個有し、突起は、第１の配管を第１熱媒体が流れる方向に螺旋状に複数条形成されており、１つの条に形成されている突起のそれぞれを不等間隔で配置している。
2019111349.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１熱媒体が流れる第１の配管と、
前記第１の配管に巻き付けられた、第２熱媒体が流れる第２の配管と、
を有し、
前記第１の配管は、
内面に突出する突起を複数個有し、
前記突起は、
前記第１の配管を前記第１熱媒体が流れる方向に螺旋状に複数条形成されており、
１つの条に形成されている前記突起のそれぞれを不等間隔で配置している
熱交換器。
【請求項２】
１つの条に形成されている前記突起及び他の条に形成されている前記突起のうち前記第１の配管の管軸方向において隣接する２個の突起が、管軸方向に平行な、異なる直線上に形成されている
請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記第１の配管を管軸方向に投影した状態において、
前記突起の幅をＷとし、
前記第１の配管の内径をＤｗｉとし、
前記第１の配管の１周あたりに形成される前記突起の個数をｎとしたとき、
前記突起の間の角度θは、
【数５】
2019111349.tif 000007
の範囲とするように構成される
請求項１又は２に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記第１の配管がコルゲート管である
請求項１〜３のいずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項５】
前記第１の配管は、
前記第１の配管の径が拡がる拡径方向に突出する山部と、
前記山部が形成されている部分よりも外径が小さく、前記第２の配管が巻き付けられた谷部とを含み、
前記山部は、
前記第１の流路の前記第１熱媒体が流れる方向へ螺旋状に形成され、
前記谷部は、
前記山部に沿って螺旋状に形成され、
前記谷部の形成方向である螺旋方向に前記突起が形成された
請求項１〜３のいずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の熱交換器を凝縮器として備え、
前記熱交換器では、
前記熱交換器を構成している第１の配管の第１の流路を流れる第１熱媒体が、
前記熱交換器を構成している第２の配管の第２の流路を流れる第２熱媒体によって加温される
冷凍サイクル装置。
【請求項７】
第１熱媒体が流れる第１の流路が形成された第１の配管と、
第２熱媒体が流れる第２の流路が形成され、前記第１の配管に巻き付けられた第２の配管と、を有し、
前記第１の配管の外面を、複数個の凸部が形成されている歯車を有する治具を複数個用いて押圧し、前記第１の配管の内面に突出する複数個の突起を螺旋状に複数条形成する熱交換器の製造方法であって、
前記治具のそれぞれにおいて、前記複数個の凸部のそれぞれを不等間隔で前記歯車に配置し、前記突起のそれぞれを不等間隔で形成する
熱交換器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１の配管と第１の配管に巻き付けた第２の配管とを備えた熱交換器、その熱交換器を備える冷凍サイクル装置、及び、その熱交換器の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、第１熱媒体が流れる流路が形成された第１の配管と、第１の配管の外周に巻き付けられ、第２熱媒体が流れる流路が形成された第２の配管と、を備えた熱交換器が存在している。このような熱交換器では、第１の配管を流れる第１熱媒体と、第２の配管を流れる第２熱媒体と、で熱交換が行われることになる。第１の配管は、芯管と称される場合がある。第２の配管は、外管と称される場合がある。第１熱媒体としては、水又は不凍液が挙げられる。第２熱媒体としては、冷媒が挙げられる。【０００３】
そのようなものとして、特許文献１に記載されているように、「外面を押圧して内面に複数の突起が形成されている芯管と、前記芯管の外面に巻きつけられた巻管とを備える熱交換器」が提案されている。【０００４】
特許文献１に記載の熱交換器においては、外面を押圧して内面に複数の突起が形成されている芯管を備えている。このように芯管を構成することで、特許文献１に記載の熱交換器では、芯管内を流れる第１熱媒体の流れが突起によって撹拌され、芯管を流れる第１熱媒体である水と巻管を流れる第２熱媒体である冷媒との熱交換性能を改善している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３１７１１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の熱交換器においては、芯管の外面を押圧して内面に複数の突起を形成する場合、突起の形成方法として歯車状の形をした治具を用いて、歯車の歯の部分を芯管の外面に押しつけて、螺旋状に内面突起を形成する。以下の説明において、歯車状の形をした治具を、単に治具として表記する。また、突起付与による熱交換性能の更なる改善のため、治具を複数用いることで、螺旋方向へ内面突起を多数設置することができる。複数の治具をそれぞれ独立して稼働させることで、複数の突起が形成されることになる。【０００７】
複数の治具により突起を形成する場合、各歯車によって付与される突起の位置関係は、各歯車の位相差によって決定される。各治具の位相差により、一つの治具によって付与される突起と、それ以外の治具によって付与される突起と、が管軸方向に並ぶように設置される場合がある。第１熱媒体の流れにおいて上流側に設置された突起により、第１熱媒体の流れが撹拌され、熱交換性能が改善する。一方、第１熱媒体の流れにおいて下流側に設置された突起では、流速が小さくなり、撹拌効果が小さくなり、突起による熱交換性能の改善効果は小さくなる。【０００８】
本発明は、上記のような課題を背景としてなされたものであり、複数の突起における撹拌効果を低減させないようにすることで、熱交換性能の改善を図るようにした熱交換器、その熱交換器を備える冷凍サイクル装置、及び、その熱交換器の製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る熱交換器は、第１熱媒体が流れる第１の配管と、前記第１の配管に巻き付けられた、第２熱媒体が流れる第２の配管と、を有し、前記第１の配管は、内面に突出する突起を複数個有し、前記突起は、前記第１の配管を前記第１熱媒体が流れる方向に螺旋状に複数条形成されており、１つの条に形成されている前記突起のそれぞれを不等間隔で配置しているものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る熱交換器によれば、第１の配管を管軸方向に投影した状態において隣接する突起が重ならないため、第１熱媒体の流れ下流側に形成されている突起においても流速が小さくなることがなく、熱交換性能が改善する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１に係る熱交換器を備えた冷凍サイクル装置の回路構成の一例を概略的に示す概略構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る熱交換器の構成を概略的に示す斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る熱交換器の第１の配管の突起の形成の一例を説明するための説明図である。
【図４】比較例としての従来の第１の配管の突起の形成の一例を説明するための説明図である。
【図５】図３の方法により形成された突起を備えた第１の配管を説明するための説明図である。
【図６】図４の方法により形成された突起を備えた第１の配管を説明するための説明図である。
【図７】本発明の実施の形態１に係る第１の配管の突起の形成の他の一例を説明するための説明図である。
【図８】本発明の実施の形態１に係る熱交換器の第１の配管の突起の間隔を説明するための説明図である。
【図９】本発明の実施の形態１に係る熱交換器の第１の配管の突起の間隔を説明するための説明図である。
【図１０】本発明の実施の形態２に係る熱交換器の第１の配管の形状を説明するための説明図である。
【図１１】本発明の実施の形態３に係る熱交換器の第１の配管の形状を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を適宜参照しながら本発明の実施の形態について説明する。なお、図１を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。また、図１を含め、以下の図面において、同一の符号を付したものは、同一又はこれに相当するものであり、このことは明細書の全文において共通することとする。さらに、明細書全文に表わされている構成要素の形態は、あくまでも例示であって、これらの記載に限定されるものではない。
【００１３】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る熱交換器１００を備えた冷凍サイクル装置２００の回路構成の一例を概略的に示す概略構成図である。図１を参照して冷凍サイクル装置２００について説明する。
なお、実施の形態１では、第１熱媒体が水であるものとし、第２熱媒体が冷媒であるものとして説明する。
【００１４】
＜冷凍サイクル装置２００の全体構成＞
冷凍サイクル装置２００は、冷媒回路Ａ１と、熱媒体回路Ａ２と、を有している。冷媒回路Ａ１と熱媒体回路Ａ２とは、熱交換器１００を介して熱的に接続されている。また、熱媒体回路Ａ２は、貯湯タンク２０７を介して給水回路Ａ３と接続されている。給水回路Ａ３は、給湯利用部Ｕに接続され、給湯利用部Ｕに温水を供給するように構成されている。給湯利用部Ｕとしては、家庭の水道の蛇口及び風呂等、温水が要求される各種の負荷の少なくとも１つが挙げられる。給水回路Ａ３は、水道の配管等に接続され、給水可能に構成されている。
【００１５】
冷媒回路Ａ１には冷媒配管２０Ａを介して冷媒が循環する。冷媒としては、二酸化炭素を採用することができる。冷媒回路Ａ１は、冷媒を圧縮する圧縮機２０１と、凝縮器として機能する熱交換器１００と、絞り装置２０２と、蒸発器として機能する熱交換器２０３とを含んで形成される。
【００１６】
圧縮機２０１は、冷媒を圧縮するものである。圧縮機２０１で圧縮された冷媒は、圧縮機２０１から吐出されて熱交換器１００へ送られる。圧縮機２０１は、例えば、ロータリ圧縮機、スクロール圧縮機、スクリュー圧縮機、又は、往復圧縮機等で構成することができる。
【００１７】
熱交換器１００は、凝縮器として機能し、冷媒回路Ａ１を流れる高温高圧の冷媒と、熱媒体回路Ａ２を流れる水とで熱交換を行い、水を加温するとともに、冷媒を凝縮させるものである。熱交換器１００は、水と冷媒とを熱交換する水−冷媒熱交換器である。熱交換器１００については、後段で詳細に説明する。
熱交換器１００が、本発明の熱交換器に相当する。
【００１８】
絞り装置２０２は、熱交換器１００から流出した冷媒を膨張させて減圧するものである。絞り装置２０２は、例えば冷媒の流量を調整可能な電動膨張弁等で構成するとよい。なお、絞り装置２０２としては、電動膨張弁だけでなく、受圧部にダイアフラムを採用した機械式膨張弁、または、キャピラリーチューブ等を適用することも可能である。
【００１９】
熱交換器２０３は、蒸発器として機能し、絞り装置２０２から流出された低温低圧の冷媒と熱交換器２０３に付設されている送風機２０３Ａにより供給される空気とで熱交換を行い、低温低圧の液冷媒または二相冷媒を蒸発させるものである。熱交換器２０３は、例えば、フィンアンドチューブ型熱交換器、マイクロチャネル熱交換器、又は、ヒートパイプ式熱交換器等で構成することができる。
【００２０】
熱媒体回路Ａ２には熱媒体配管１０Ａを介して水が循環する。熱媒体回路Ａ２は、熱交換器１００と、水を搬送するポンプ２０５とを含んで形成される。
【００２１】
また、冷凍サイクル装置２００は、冷凍サイクル装置２００の全体を統括制御する制御装置６０を備えている。制御装置６０は、圧縮機２０１の駆動周波数を制御する。また、制御装置６０は、運転状態に応じて絞り装置２０２の開度を制御する。さらに、制御装置６０は、送風機２０３Ａ、及び、ポンプ２０５の駆動を制御する。つまり、制御装置６０は、運転指示に基づいて、図示省略の各温度センサー及び図示省略の各圧力センサーから送られる情報を利用し、圧縮機２０１、絞り装置２０２、送風機２０３Ａ、及び、ポンプ２０５等の各アクチュエーターを制御する。
【００２２】
制御装置６０に含まれる各機能部は、専用のハードウェア、又は、メモリに格納されるプログラムを実行するＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）で構成される。
【００２３】
＜熱交換器１００の構成＞
図２は、熱交換器１００の構成を概略的に示す斜視図である。
熱交換器１００は、第１熱媒体である水が流れる第１の流路ＦＰ１が形成された第１の配管１と、第２熱媒体である冷媒が流れる第２の流路ＦＰ２が形成された第２の配管２と、を有している。第２の配管２は、第１の配管１の外周に１条又は複数条巻き付けられ、第１の配管１と接触している。第１の配管１は、熱媒体配管１０Ａの一部を構成する。第２の配管２は、冷媒配管２０Ａの一部を構成する。
【００２４】
第１の配管１には、第１の流路ＦＰ１に連通する水の流入口１ａ及び水の流出口１ｂが形成されている。また、第２の配管２には、第２の流路ＦＰ２に連通する冷媒の流入口２ａ及び冷媒の流出口２ｂが形成されている。
なお、熱交換器１００は、第１の配管１を流れる水の方向と第２の配管２を流れる冷媒の方向とが対向するように冷媒回路Ａ１及び熱媒体回路Ａ２に接続することができる。これにより、熱媒体と冷媒との熱交換効率が向上する。
【００２５】
＜冷凍サイクル装置２００の動作＞
ここで、図１に戻って、冷凍サイクル装置２００の動作について説明する。
冷凍サイクル装置２００は、負荷側からの指示に基づいて、給湯運転が可能になっている。
なお、各アクチュエーターの動作は、制御装置６０により制御される。
【００２６】
低温低圧の冷媒が圧縮機２０１によって圧縮され、高温高圧のガス冷媒となって圧縮機２０１から吐出される。圧縮機２０１から吐出された高温高圧のガス冷媒は、熱交換器１００に流入する。熱交換器１００に流入した冷媒は、第２の配管２を流通し、第１の配管１を流れる水と熱交換される。このとき冷媒は凝縮されて低温高圧の液冷媒となって熱交換器１００から流出する。なお、二酸化炭素を冷媒として使用した場合、冷媒は超臨界状態のまま、温度変化することになる。
一方、第１の配管１に流入した水は、第２の配管２を流れる冷媒により加温され、負荷側に供給されることになる。
【００２７】
熱交換器１００から流出した低温高圧の液冷媒は、絞り装置２０２によって低温低圧の液冷媒又は二相冷媒となり、熱交換器２０３に流入する。熱交換器２０３に流入した冷媒は、熱交換器２０３に付設されている送風機２０３Ａにより供給される空気と熱交換して、低温低圧のガス冷媒となって熱交換器２０３から流出する。熱交換器２０３から流出した冷媒は、圧縮機２０１へ再度吸入される。
【００２８】
なお、図１では、冷媒回路Ａ１において冷媒の流れが一定方向となる場合を例に示しているが、圧縮機２０１の吐出側に流路切替装置を設けて、冷媒の流れを反転可能に構成してもよい。流路切替装置を設けた場合、熱交換器１００は蒸発器としても機能することになり、熱交換器２０３は凝縮器としても機能することになる。なお、流路切替装置としては、例えば、二方弁の組み合わせ、三方弁の組み合わせ、又は、四方弁を採用することができる。
【００２９】
また、冷凍サイクル装置２００に使用する冷媒としては二酸化炭素が望ましいが、二酸化炭素を用いることに限定するものではない。二酸化炭素の他にも、炭化水素もしくはヘリウムなどの自然冷媒、ＨＦＣ４１０Ａ、ＨＦＣ４０７ＣもしくはＨＦＣ４０４Ａなどの塩素を含まない代替冷媒、又は、Ｒ２２もしくはＲ１３４ａなどの既存の製品に使用されているフロン系冷媒も使用可能である。
【００３０】
＜熱交換器１００の詳細な構成＞
図３は、第１の配管の突起の形成の一例を説明するための説明図である。図４は、比較例としての従来の第１の配管の突起の形成の一例を説明するための説明図である。図３に基づいて、図４の第１の配管と比較しつつ第１の配管について詳細に説明する。なお、図４の従来例には、符号の末尾に「Ｘ」を付記して、第１の配管１と区別するものとする。なお、便宜的に、２つの治具を用いて、第１の配管に２条の突起を形成する場合について説明する。また、図３及び図４では、（ａ）が第１の配管を側面から見た状態を模式的に示し、（ｂ）が第１の配管を管軸方向に投影した状態を模式的に示している。さらに、図３及び図４では、管軸を管軸ＣＬとして図示している。
【００３１】
図３に示すように、第１の配管１に２条の突起３を形成する場合、歯車状の形をした治具を複数使用する。歯車状の形をした治具の一方を治具６ａと称し、他方を治具６ｂと称する。また、治具６ａによって形成される突起３を突起３ａと称し、治具６ｂによって形成される突起３を突起３ｂと称する。なお、図３に示した状態において、第１熱媒体の流れ上流側には、治具６ａで形成された突起３ａが設置され、第１熱媒体の流れ下流側には、治具６ｂで形成された突起３ｂが設置されているものとする。
【００３２】
治具６ａは、歯車９Ａを有している。歯車９Ａには、突起３ａを形成するための複数の凸部９ａが、それぞれの間隔を異なるように形成されている。治具６ａによって第１の配管１の外面を押圧すると、歯車９Ａの凸部９ａによって第１の配管１の内面が突出し、複数個の突起３ａが螺旋方向に条として形成される。なお、治具６ａによって形成された複数の突起３ａのそれぞれの間隔をピッチ５ａ、ピッチ５ｂ及びピッチ５ｃとして示している。
【００３３】
同様に、治具６ｂは、歯車９Ｂを有している。歯車９Ｂには、突起３ｂを形成するための複数の凸部９ｂが、それぞれの間隔を異なるように形成されている。治具６ｂによって第１の配管１の外面を押圧すると、歯車９Ｂの凸部９ｂによって第１の配管１の内面が突出し、複数個の突起３ｂが螺旋方向に他の条として形成される。なお、治具６ｂによって形成された複数の突起３ｂのそれぞれの間隔をピッチ５ｄ、ピッチ５ｅ及びピッチ５ｆとして示している。
【００３４】
図３に示すように、突起３ａのピッチ５ａ、ピッチ５ｂ、及び、ピッチ５ｃは、それぞれ異なる長さとなっている。つまり、複数の突起３ａは、不等間隔で形成されている。
同様に、突起３ｂのピッチ５ｄ、ピッチ５ｅ、及び、ピッチ５ｆは、それぞれ異なる長さとなっている。つまり、複数の突起３ｂは、不等間隔で形成されている。
ここで、不等間隔とは、治具６ａ及び治具６ｂによって形成された各突起３の間隔の長さが２つ以上存在する場合のことを指す。
【００３５】
突起３ａと突起３ｂとの位置関係は、治具６ａの歯車９Ａと治具６ｂの歯車９Ｂとの位相差によって決定される。すなわち、治具６ａにおいては、複数の凸部９ａの間隔が不等間隔で形成されているため、形成される複数の突起３ａも不等間隔になる。同様に、治具６ｂにおいては、複数の凸部９ｂの間隔が不等間隔で形成されているため、形成される複数の突起３ｂも不等間隔になる。そのため、突起３ａ及び突起３ｂの双方において、第１熱媒体の流れが撹拌され、熱交換性能が改善することになる。
【００３６】
一方、図４の従来例では、第１の配管１Ｘに２条の突起３Ｘを形成する場合、治具６ａＸと治具６ｂＸとを使用するが、治具６ａＸの歯車９ＡＸの凸部９ａＸの間隔、及び、治具６ｂＸの歯車９ＢＸの凸部９ｂＸの間隔が一定である。また、図４に示すように、管軸方向に隣接する突起３ａＸと突起３ｂＸとの間隔が等しい。そのため、図４に示すように、突起３ａＸのピッチ５ａＸ、ピッチ５ｂＸ、及び、ピッチ５ｃＸは、同じ長さとなっている。つまり、複数の突起３ａＸは、等間隔で形成されている。同様に、突起３ｂＸのピッチ５ｄＸ、ピッチ５ｅＸ、及び、ピッチ５ｆＸは、同じ長さとなっている。つまり、複数の突起３ｂＸは、等間隔で形成されている。
【００３７】
すなわち、治具６ａＸにおいては、複数の凸部９ａＸの間隔が等間隔で形成されているため、形成される複数の突起３ａＸも等間隔になる。同様に、治具６ｂＸにおいては、複数の凸部９ｂＸの間隔が等間隔で形成されているため、形成される複数の突起３ｂＸも等間隔になる。そのため、突起３ａＸ及び突起３ｂＸはすべて管軸方向に並んで設置されることになる。この場合、下流側に設置された突起３ｂＸによる熱交換性能改善効果が小さくなってしまう。これは、突起３ａＸでは、第１熱媒体の流れが撹拌され、熱交換性能が改善するが、突起３ｂＸでは、流速が小さくなり、第１熱媒体の流れの撹拌効果が小さくなってしまうからである。
【００３８】
＜第１の配管１の製造方法＞
図３に基づいて、第１の配管１の製造方法について、図４の従来例と比較しつつ説明する。ここでも、便宜的に、２つの治具を用いて、第１の配管に２条の突起を形成する場合について説明する。
【００３９】
第１の配管１の内面に複数の突起３を形成する方法として、図３に示すように、歯車９Ａを備えた治具６ａ及び歯車９Ｂを備えた治具６Ｂを使用する。歯車９Ａには、複数の凸部９ａが形成されている。歯車９Ｂには、複数の凸部９ｂが形成されている。そして、凸部９ａを第１の配管１に外壁に押し当てて、螺旋状の突起３ａを第１の配管１の内面に１条形成する。同様に、凸部９ｂを第１の配管１に外壁に押し当てて、螺旋状の突起３ｂを第１の配管１の内面に１条形成する。つまり、第１の配管１には、螺旋状に形成された複数の突起３が２条形成されることになる。
【００４０】
治具６ａ及び治具６ｂは独立して回転させ、断続的に形成されている凸部９ａ及び凸部９ｂを次々に第１の配管１の外面に押し当てる。こうすることによって、第１の配管１に２条の突起３が螺旋状に形成されていく。各凸部９ａの間隔、及び、各凸部９ｂの間隔は、不等間隔であるため、凸部９ａによって形成される突起３ａ、及び、凸部９ｂによって形成される突起３ｂも不等間隔となる。
【００４１】
それに対し、図４に示す従来例では、治具６ａＸ及び治具６ｂＸをそれぞれ回転させることで、第１の配管１Ｘに２条の突起３Ｘを螺旋状に形成していくが、各凸部９ａＸの間隔、及び、各凸部９ｂＸの間隔は、一定間隔、つまり等間隔となっている。そのため、凸部９ａＸによって形成される突起３ａＸ、及び、凸部９ｂＸによって形成される突起３ｂＸも一定間隔、つまり等間隔となる。
【００４２】
図５は、図３の方法により形成された突起３を備えた第１の配管１を説明するための説明図である。図６は、図４の方法により形成された突起３Ｘを備えた第１の配管１Ｘを説明するための説明図である。図５に基づいて、図６の第１の配管と比較しつつ第１の配管について詳細に説明する。なお、図５及び図６では、（ａ）が第１の配管を側面から見た状態を模式的に示し、（ｂ）が第１の配管を管軸方向に投影した状態を模式的に示している。また、図５及び図６では、管軸を管軸ＣＬとして図示している。
【００４３】
図５に示すように、第１の配管１には、突起３ａが不等間隔で形成されている。つまり、突起３ａのピッチ５ａ、ピッチ５ｂ、及び、ピッチ５ｃは、それぞれ異なる長さとなっている。
同様に、第１の配管１には、突起３ｂが不等間隔で形成されている。つまり、突起３ａのピッチ５ｄ、ピッチ５ｅ、及び、ピッチ５ｆは、それぞれ異なる長さとなっている。
そのため、突起３ａと突起３ｂとの間隔が等しくても、管軸方向に隣接する突起３ａと突起３ｂとは管軸方向に並ぶことがない。
【００４４】
図５に示すように、紙面最上段の突起３ａ−１は直線Ｌａ１上に形成され、紙面上から２番目の突起３ａ−２は直線Ｌａ２上に形成され、紙面上から３番目の突起３ａ−３は直線Ｌａ３上に形成され、紙面最下段の突起３ａ−４は直線Ｌａ４上に形成されている。
直線Ｌａ１〜Ｌａ４は、それぞれが管軸ＣＬに平行な直線である。以下の説明において、直線Ｌａ１〜Ｌａ４をまとめて直線Ｌａと称する場合があるものとする。なお、突起３ａが管軸ＣＬと平行な直線Ｌａ上に形成されているとは、突起３ａの頂点を含む部分が直線Ｌａ上に重なっているということである。
【００４５】
同様に、紙面最上段の突起３ｂ−１は直線Ｌｂ１上に形成され、紙面上から２番目の突起３ｂ−２は直線Ｌａｂ上に形成され、紙面上から３番目の突起３ｂ−３は直線Ｌｂ３上に形成され、紙面最下段の突起３ｂ−４は直線Ｌｂ４上に形成されている。
直線Ｌｂ１〜Ｌｂ４は、それぞれが管軸ＣＬに平行な直線である。以下の説明において、直線Ｌｂ１〜Ｌｂ４をまとめて直線Ｌｂと称する場合があるものとする。なお、突起３ｂが管軸ＣＬと平行な直線Ｌｂ上に形成されているとは、突起３ｂの頂点を含む部分が直線Ｌｂ上に重なっているということである。
【００４６】
すなわち、突起３ａ−１と突起３ｂ−１とは、管軸ＣＬに平行な異なる直線上に形成されており、管軸方向に重なって並んでいない同様に、突起３ａ−２と突起３ｂ−２とは、管軸ＣＬに平行な異なる直線上に形成されており、管軸方向に重なって並んでいない。同様に、突起３ａ−３と突起３ｂ−３とは、管軸ＣＬに平行な異なる直線上に形成されており、管軸方向に重なって並んでいない。同様に、突起３ａ−４と突起３ｂ−４とは、管軸ＣＬに平行な異なる直線上に形成されており、管軸方向に重なって並んでいない。
【００４７】
したがって、第１熱媒体の流れ下流側に形成されている突起３ｂにおいても、流速が小さくなることはなく、第１熱媒体の流れの撹拌効果が小さくなってしまうことがない。そのため、突起３ａ及び突起３ｂの双方で、第１熱媒体の流れが撹拌されることになり、熱交換性能の改善効果が小さくなることはない。
【００４８】
一方、図６の従来例では、第１の配管１Ｘには、突起３ａＸが一定間隔で形成されている。つまり、突起３ａＸのピッチ５ａＸ、ピッチ５ｂＸ、及び、ピッチ５ｃＸは、それぞれ同じ長さとなっている。
同様に、第１の配管１Ｘには、突起３ｂＸが一定間隔で形成されている。つまり、突起３ａＸのピッチ５ｄＸ、ピッチ５ｅＸ、及び、ピッチ５ｆＸは、それぞれ同じ長さとなっている。
そのため、突起３ａＸと突起３ｂＸとの間隔が等しい場合、ある位相差では、管軸方向に隣接する突起３ａＸと突起３ｂＸとは管軸方向に並んでしまう。
【００４９】
図６に示すように、紙面最下段の突起３ａ−５Ｘは直線Ｌａ５上に形成されている。
直線Ｌａ５は、直線Ｌａ１〜直線Ｌａ４と同様に、管軸ＣＬに平行な直線である。なお、突起３ａＸが管軸ＣＬと平行な直線Ｌａ上に形成されているとは、突起３ａＸの頂点を含む部分が直線Ｌａ上に重なっているということである。また、突起３ａ−４Ｘは、図６では紙面上から４番目に形成されている。
【００５０】
同様に、紙面最下段の突起３ｂ−５Ｘ４は直線Ｌｂ４上に形成されている。
直線Ｌｂ５は、直線Ｌｂ１〜Ｌｂ４と同様に、管軸ＣＬに平行な直線である。なお、突起３ｂＸが管軸ＣＬと平行な直線Ｌｂ上に形成されているとは、突起３ｂＸの頂点を含む部分が直線Ｌｂ上に重なっているということである。また、突起３ｂ−４Ｘは、図６では紙面上から４番目に形成されている。
【００５１】
ここで、図６に示すように、側面視した状態においては、直線Ｌａ１と直線Ｌｂ１とが管軸方向に重なっており、同一直線となっている。同様に、直線Ｌａ２と直線Ｌｂ２とが管軸方向に重なっており、同一直線となっている。同様に、直線Ｌａ３と直線Ｌｂ３とが管軸方向に重なっており、同一直線となっている。同様に、直線Ｌａ４と直線Ｌｂ４とが管軸方向に重なっており、同一直線となっている。同様に、直線Ｌａ５と直線Ｌｂ５とが管軸方向に重なっており、同一直線となっている。
【００５２】
すなわち、突起３ａ−１Ｘと突起３ｂ−１Ｘとは、管軸ＣＬに平行な同じ直線上に形成されており、管軸方向に重なって並んでいる。同様に、突起３ａ−２Ｘと突起３ｂ−２Ｘとは、管軸ＣＬに平行な同じ直線上に形成されており、管軸方向に重なって並んでいる。同様に、突起３ａ−３Ｘと突起３ｂ−３Ｘとは、管軸ＣＬに平行な同じ直線上に形成されており、管軸方向に重なって並んでいる。同様に、突起３ａ−４Ｘと突起３ｂ−４Ｘとは、管軸ＣＬに平行な同じ直線上に形成されており、管軸方向に重なって並んでいる。同様に、突起３ａ−５Ｘと突起３ｂ−５Ｘとは、管軸ＣＬに平行な同じ直線上に形成されており、管軸方向に重なって並んでいる。
【００５３】
したがって、図６の矢印Ｆで示すように、第１熱媒体の流れ上流側に形成されている突起３ａＸでは、第１熱媒体の流れが撹拌されるが、第１熱媒体の流れ下流側に形成されている突起３ｂＸでは、流速が小さくなり、第１熱媒体の流れの撹拌効果が小さくなってしまう。つまり、第１熱媒体の流れ下流側に形成されている突起３ｂＸによる熱交換性能の改善効果は小さくなってしまう。
【００５４】
＜第１の配管１の変形例＞
図７は、第１の配管の突起の形成の他の一例を説明するための説明図である。図７に基づいて、第１の配管１を備えた熱交換器１００が奏する効果について説明する。なお、図７では、（ａ）が第１の配管を側面から見た状態を模式的に示し、（ｂ）が第１の配管を管軸方向に投影した状態を模式的に示している。また、ここでは、便宜的に、２つの治具を用いて、第１の配管に２条の突起を形成する場合について説明する。
【００５５】
図７では、図３と同様に、複数の突起３を螺旋状に形成する場合において、同一の治具６ａ及び治具６ｂによって付与される各突起３ａの間隔及び各突起３ｂの間隔が異なる２種類以上の長さを持つ不等間隔で形成された場合を概略的に示している。治具６ａ及び治具６ｂは、構成は同じであるものの、凸部９ａの間隔と凸部９ｂの間隔とを異なる長さにしている。
【００５６】
図７に示すように、凸部９ａの間隔及び凸部９ｂの間隔を不等間隔とした場合、突起３ａ及び突起３ｂも不等間隔で第１の配管１に形成されることになる。また、凸部９ａの間隔と凸部９ｂの間隔とを異なるものとしているが、管軸方向において隣接する一部の突起３ａと突起３ｂとが、管軸方向に並んでしまう場合がある。この場合について検討する。なお、図７では、紙面最上段の突起３ａ−１と紙面最上段の突起３ｂ−１とが管軸方向において並んでいる場合を例に示している。
【００５７】
図７においても、凸部９ａの間隔及び凸部９ｂの間隔は不等間隔であり、また治具６ａと治具６ｂとでは、凸部９ａの間隔と凸部９ｂの間隔とを異ならせているため、最上段の突起３ａ−１及び最上段の突起３ｂ−１以外の突起３は管軸方向に並ぶことはない。そのため、一部の突起３が管軸方向において並んだとしても、従来例である第１の配管と比較して、熱交換性能の悪化を抑制し、熱交換性能を改善できる。
【００５８】
＜治具６ａ及び治具６ｂの詳細な構成について＞
図８及び図９は、第１の配管１の突起３の間隔を説明するための説明図である。図８及び図９に基づいて、突起３の不等間隔を実現するために、同一構成の治具、つまり治具６ａ及び治具６ｂによって形成される突起３ａ及び突起３ｂのそれぞれの間隔の最大角度及び最小角度について説明する。なお、図８及び図９では、（ａ）が第１の配管を側面から見た状態を模式的に示し、（ｂ）が第１の配管を管軸方向に投影した状態を模式的に示している。また、突起３ａの間の角度θとは、第１の配管１の中心と、対象となる突起３ａの中心とを結んだ２つの直線によって形成される。
【００５９】
まず、図８に基づいて治具６ａによって第１の配管１へ付与される各突起３ａの間隔の角度の最小値、つまり最小角度θ１［ｒａｄ］について説明する。
図８では、紙面上段から紙面下段に向けて５つの突起３ａが形成されている場合を例に示しており、紙面上段側から突起３ａ−１、突起３ａ−２、突起３ａ−３、突起３ａ−４、突起３ａ−５として図示している。なお、突起３ａ−１、突起３ａ−２、突起３ａ−３、突起３ａ−４、及び、突起３ａ−５は、同一の形状及び大きさで形成されているものとする。
【００６０】
ここで、図８（ｂ）に示すように、突起３ａの幅、つまり突起３ａの直径を幅Ｗとする。また、図８（ｂ）に示すように、突起３ａの幅Ｗに相当する分の長さを長さ３ｂ１とする。さらに、第１の配管１の内径を内径Ｄｗｉとする。
【００６１】
治具６ａによって付与される突起３ａ−１と、次に治具６ａによって付与される突起３ａ−２との間に、治具６ｂによって突起３ｂが付与される場合を考える。図８（ｂ）において、治具６ａによって付与される突起３ａと、治具６ｂによって付与される突起３ｂと、を重ならないようにする場合、突起３ａ−１と突起３ａ−２との間の最小角度θ１は式（１）で求めることができる。
【００６２】
【数１】
2019111349.tif 000003
【００６３】
次に、図９に基づいて治具６ａによって第１の配管１へ付与される各突起３ａの間隔の角度の最大値、つまり最大角度θ２［ｒａｄ］について説明する。なお、第１の配管１には、１周あたりｎ個の突起３を形成するものとして説明する。
図９では、紙面上段から紙面下段に向けて４つの突起３ａが形成されている場合を例に示しており、紙面上段側から突起３ａ−１、突起３ａ−２、突起３ａ−３、突起３ａ−４として図示している。なお、突起３ａ−１、突起３ａ−２、突起３ａ−３、及び、突起３ａ−４は、同一の形状及び大きさで形成されているものとする。
【００６４】
突起３ａ−１から突起３ａ−２までの距離は、上述した最小角度θ１により決定される。また、突起３ａ−２から突起３ａ−３までの角度は、突起３ａ−１から突起３ａ−２まで重ならず、不等間隔とするために、θ１×３／２、つまりθ１の１．５倍となる。同様に、突起３ａ−３から突起３ａ−４までの角度は、θ１×４／２となる。したがって、突起３ａ−１から突起３ａ−４までの角度は、θ１×９／２となる。
【００６５】
そのため、突起３ａが４つの場合の最大間隔となる最大角度θ２’［ｒａｄ］に相当する角度は式（２）で求めることができる。
【００６６】
【数２】
2019111349.tif 000004
【００６７】
式（２）において、突起３の設置個数をｎ個（ｎ＞２）とした場合における最大角度θ２は式（３）で表することができる。
【００６８】
【数３】
2019111349.tif 000005
【００６９】
以上より、治具６ａによって付与される各突起３の間の角度は式（４）の範囲となる。
【００７０】
【数４】
2019111349.tif 000006
【００７１】
なお、ここでは、２つの治具、つまり治具６ａ及び治具６ｂで突起３を形成する場合を例に挙げて、隣接する突起３ａと突起３ｂとの関係について説明した。つまり、上記の説明は、複数の治具を用いて突起を形成する場合、それぞれの治具で隣接して並ぶように形成される突起の関係に当てはまる。ただし、２つの治具で突起３を形成する場合を例に挙げたが、治具の個数を特に限定するものではない。治具が２つ以上の場合においても、各突起３の間の角度の範囲は、式（４）で求められる。このように、同一の治具によって付与される突起３の間隔を不等間隔とすれば、熱交換性能の改善効果が得られる。
【００７２】
[熱交換器１００、冷凍サイクル装置２００及び熱交換器の製造方法が奏する効果]
以上のように、熱交換器１００は、１つの突起３ａと、その突起３ａと隣り合う突起３ｂが、管軸方向に平行な、異なる直線上に形成されており、第１の配管１を管軸方向に投影した状態において隣接する突起３が重ならない。そのため、熱交換器１００によれば、図６で述べた現象が発生しにくく、熱交換性能が改善する。
【００７３】
熱交換器１００によれば、１つの条に形成されている突起３のそれぞれを不等間隔で配置しているので、第１の配管１を管軸方向に投影した状態において隣接する突起３が重ならないようにできる。
【００７４】
熱交換器１００によれば、突起３の間の角度θを、上記式（４）の範囲とするように構成しているので、第１の配管１を管軸方向に投影した状態において隣接する突起３が重ならないようにできる。
【００７５】
冷凍サイクル装置２００によれば、上記の熱交換器を凝縮器として備えているので、凝縮器における熱交換性能の改善が期待できる。
【００７６】
熱交換器１００の製造方法は、治具６ａの複数個の凸部９ａのそれぞれを不等間隔に配置することで突起３ａのそれぞれを不等間隔に形成し、治具６ｂの複数個の凸部９ｂのそれぞれを不等間隔に配置することで突起３ｂのそれぞれを不等間隔に形成している。そのため、熱交換器１００の製造方法によれば、特別な治具及び特別な工程を経ることなく、熱交換器１００を製造することが可能になる。
【００７７】
実施の形態２．
図１０は、本発明の実施の形態２に係る熱交換器の第１の配管１Ａの形状を説明するための説明図である。図１０に基づいて、実施の形態２に係る熱交換器の第１の配管１Ａの形状について説明する。
なお、実施の形態２では実施の形態１との相違点を中心に説明し、実施の形態１と同一部分には、同一符号を付して説明を省略するものとする。また、図１０では、（ａ）が第１の配管を側面から見た状態を模式的に示し、（ｂ）が第１の配管を管軸方向に投影した状態を模式的に示している。
【００７８】
実施の形態１では、第１の配管１が外周面に凹凸を有していない円管である場合を例に示したが、実施の形態２では、第１の配管１Ａが外周面に一条の螺旋状溝３５形成されているコルゲート管である場合を例に説明する。第１の配管１Ａに突起３を形成する場合、図１０に示すように、螺旋状溝３５以外の部分に形成するものとする。なお、第２の配管は、第１の配管１Ｂの螺旋状溝３５に巻き付けられる。
【００７９】
このように、第１の配管１Ａをコルゲート管で構成することで、第１の配管１Ａの内部において冷媒の乱流をさらに促進することが可能になる。そのため、実施の形態１で説明した第１の配管１に突起を付与する場合と比較して、熱交換性能をさらに改善できる。
【００８０】
実施の形態３．
図１１は、本発明の実施の形態３に係る熱交換器の第１の配管１Ｂの形状を説明するための説明図である。図１１に基づいて、実施の形態２に係る熱交換器の第１の配管１Ｂの形状について説明する。
なお、実施の形態３では実施の形態１との相違点を中心に説明し、実施の形態１と同一部分には、同一符号を付して説明を省略するものとする。また、図１１では、（ａ）が第１の配管を側面から見た状態を模式的に示し、（ｂ）が第１の配管を管軸方向に投影した状態を模式的に示している。
【００８１】
実施の形態１では、第１の配管１が外周面に凹凸を有していない円管である場合を例に示したが、実施の形態３では、第１の配管１Ｂが山部３０ａ及び谷部３０ｂを有している捩り管である場合を例に説明する。山部３０ａは、第１の配管１Ｂの径が拡がる拡径方向に突出する部分であり、第１の流路ＦＰ１の第１熱媒体が流れる方向へ螺旋状に形成される。谷部３０ｂは、山部３０ａが形成されている部分よりも外径が小さく、第２の配管が巻き付けられる部分であり、山部３０ａに沿って螺旋状に形成されている。第１の配管１Ｂに突起３を形成する場合、図１１に示すように、谷部３０ｂに形成するものとする。つまり、突起３は、谷部３０ｂの形成方向である螺旋方向に形成される。なお、第２の配管は、谷部３０ｂに嵌め込まれるように第１の配管１Ｂに巻き付けられる。
【００８２】
このように、第１の配管１Ｂを捩り管で構成することで、第１の配管１Ｂの内部において冷媒の乱流をさらに促進することが可能になる。また、第１の配管１Ｂと第２配管との接触面積を増大できる。そのため、実施の形態１で説明した第１の配管１に突起を付与する場合と比較して、熱交換性能をさらに改善できる。
【００８３】
以上、本発明を実施の形態を分けて説明したが、具体的な構成は、説明した実施の形態に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
【符号の説明】
【００８４】
１  第１の配管、１Ａ  第１の配管、１Ｂ  第１の配管、１Ｘ  第１の配管、１ａ  流入口、１ｂ  流出口、２  第２の配管、２ａ  流入口、２ｂ  流出口、３  突起、３Ｘ  突起、３ａ  突起、３ａ−１  突起、３ａ−１Ｘ  突起、３ａ−２  突起、３ａ−２Ｘ  突起、３ａ−３  突起、３ａ−３Ｘ  突起、３ａ−４  突起、３ａ−４Ｘ  突起、３ａ−５  突起、３ａ−５Ｘ  突起、３ａＸ  突起、３ｂ  突起、３ｂ−１  突起、３ｂ−１Ｘ  突起、３ｂ−２  突起、３ｂ−２Ｘ  突起、３ｂ−３  突起、３ｂ−３Ｘ  突起、３ｂ−４  突起、３ｂ−４Ｘ  突起、３ｂ−５Ｘ  突起、３ｂ−５Ｘ４  突起、３ｂＸ  突起、５ａ  ピッチ、５ａＸ  ピッチ、５ｂ  ピッチ、５ｂＸ  ピッチ、５ｃ  ピッチ、５ｃＸ  ピッチ、５ｄ  ピッチ、５ｄＸ  ピッチ、５ｅ  ピッチ、５ｅＸ  ピッチ、５ｆ  ピッチ、５ｆＸ  ピッチ、６Ｂ  治具、６ａ  治具、６ａＸ  治具、６ｂ  治具、６ｂＸ  治具、９Ａ  歯車、９ＡＸ  歯車、９Ｂ  歯車、９ＢＸ  歯車、９ａ  凸部、９ａＸ  凸部、９ｂ  凸部、９ｂＸ  凸部、１０Ａ  熱媒体配管、２０Ａ  冷媒配管、３０ａ  山部、３０ｂ  谷部、３５  螺旋状溝、６０  制御装置、１００  熱交換器、２００  冷凍サイクル装置、２０１  圧縮機、２０２  絞り装置、２０３  熱交換器、２０３Ａ  送風機、２０５  ポンプ、２０７  貯湯タンク、Ａ１  冷媒回路、Ａ２  熱媒体回路、Ａ３  給水回路、ＦＰ１  第１の流路、ＦＰ２  第２の流路、Ｕ  給湯利用部。
【図１】
2019111349.tif 000008
【図２】
2019111349.tif 000009
【図３】
2019111349.tif 000010
【図４】
2019111349.tif 000011
【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】
2019111349.tif 000016
【図１０】
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【図１１】
2019111349.tif 000018
【国際調査報告】
2019111349.tif 000019
2019111349.tif 000020
2019111349.tif 000021
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