(57)【要約】【課題】製造過程でのチューブの変形を抑制することができる熱交換器を提供する。【解決手段】第１伝熱管４１は、アルミニウム以上の硬さを有する金属材料からなり、断面外形が扁平状で内部に第１流体が流通する複数の通路を形成する。第２伝熱管４０は、銅を主成分とする材料からなり、断面外形が扁平状で内部に第２流体が流通する単一の通路を形成する。熱交換器４は、第１伝熱管４１の平坦部４１１間に第２伝熱管４０を挟持して全体として螺旋状に巻回積層してなる螺旋積層体４２を備える。螺旋積層体４２は、第１伝熱管４１と第２伝熱管４０との接触部分がろう付け接合されて一体に形成される。螺旋積層体４２は、軸方向Ｚの両端に第１伝熱管４１を配して構成される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム以上の硬さを有する金属材料からなり、断面外形が扁平状で内部に第１流体が流通する複数の通路（４１０）を形成する第１伝熱管（４１）と、
銅を主成分とする材料からなり、断面外形が扁平状で内部に第２流体が流通する単一の通路（４００）を形成する第２伝熱管（４０）と、
を備え、
前記第１伝熱管の平坦部（４１１）間に前記第２伝熱管を挟持して全体として螺旋状に巻回積層してなる螺旋積層体（４２；１４２）は、前記第１伝熱管と前記第２伝熱管との接触部分がろう付け接合されて一体に形成され、
前記螺旋積層体は、軸方向（Ｚ）の両端に前記第１伝熱管を配して構成されることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記螺旋積層体（１４２）は、前記ろう付け接合されて一体に形成される第１の分割積層体（１４２１）と、当該第１の分割積層体と連通する分割積層体であって、前記第１の分割積層体と間隔をあけて設けられ前記ろう付け接合されて一体に形成される第２の分割積層体（１４２２）と、を含んで構成され、
前記第１の分割積層体及び前記第２の分割積層体のそれぞれは、前記軸方向（Ｚ）の両端に前記第１伝熱管を配して構成されることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記第１伝熱管（４１）は、押出成形により断面に複数の円形状貫通穴が形成された多穴管であることを特徴とする請求項１または２に記載の熱交換器。
【請求項４】
アルミニウム以上の硬さを有する金属材料を用いて、断面外形が扁平状で内部に複数の通路（４１０）を有する形状に製作される第１伝熱管（４１）と、銅を主成分とする材料を用いて、断面外形が扁平状で内部に単一の通路（４００）を有する形状に製作される第２伝熱管（４０）と、を全体として螺旋状に巻回積層してなる螺旋積層体（４２；１４２）をろう付け接合する熱交換器（４；１０４）の製造方法であって、
前記第１伝熱管の平坦部（４１１）間に前記第２伝熱管を挟持して全体として螺旋状に巻回積層するとともに、軸方向（Ｚ）の両端に前記第１伝熱管を配する前記螺旋積層体を形成する積層体形成工程と、
前記軸方向（Ｚ）の両端に配した前記第１伝熱管に直接、治具（５）を接触させ、前記治具によって前記螺旋積層体に対して圧縮力を加えて圧縮する積層体圧縮工程と、
前記圧縮した状態の前記螺旋積層体を炉内に入れて、前記第１伝熱管と前記第２伝熱管との接触部分をろう付け接合する積層体ろう付け工程と、
を備えることを特徴とする熱交換器の製造方法。
【請求項５】
請求項１から３のいずれか一項に記載の熱交換器（４）と、
前記第１伝熱管に、前記第１流体として圧縮した冷媒を供給する加熱装置（１０）と、
前記第２伝熱管と循環回路（２０）によって接続され、前記圧縮された冷媒によって加熱された前記第２流体である水を給湯用水として貯えるタンク（２１）と、
前記タンクの水を前記循環回路で循環させる循環ポンプ（２２）と、
を備えることを特徴とする給湯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、互いに隣接する二つの伝熱管内をそれぞれ流れる流体同士の熱交換が行われる熱交換器、その製造方法等に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載の熱交換器は、冷媒が流通する冷媒伝熱管と、水が流通する水伝熱管と、これらを支持する支持部材とを備えて構成されている。冷媒伝熱管は、アルミニウム等の押出成形が可能で熱伝導性の優れた材料でできており、内部には複数の通路が形成されて外観が扁平状である。水伝熱管は、銅のように加工性及び熱伝導性に優れた材料でてきており、外観が扁平状に形成されている。このような冷媒伝熱管と水伝熱管は、互いの扁平面を接触させてコイル状に巻いた螺旋状積層体を構成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１０７０６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の熱交換器においては、螺旋状積層体の伝熱管同士をろう付け接合するときには、扁平面同士の密着性を確保するために、螺旋状積層体に圧縮力を作用させる必要がある。この圧縮の際に、銅からできている水伝熱管を治具等で直接押さえると、水伝熱管が変形し、管の潰れが発生するという問題がある。
【０００５】
また、この管の潰れを防止する方法として、水伝熱管を直接圧縮しないために、水伝熱管と治具との間に鉄製のスペーサを介在させる方法がある。この方法によれば、水伝熱管に対して均等に圧縮力を作用させて水伝熱管の変形を抑制できるが、圧縮行程でスペーサが必要になり、コストを要することにもつながる。
【０００６】
そこで本発明は、上記の問題点を鑑みてなされたものであり、製造過程での伝熱管の変形を抑制することができる熱交換器、これを備えた給湯装置、及び熱交換器の製造方法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】
【０００７】
本発明は上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、特許請求の範囲及び下記各手段に記載の括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【０００８】
開示される熱交換器に係る発明のひとつは、アルミニウム以上の硬さを有する金属材料からなり、断面外形が扁平状で内部に第１流体が流通する複数の通路（４１０）を形成する第１伝熱管（４１）と、銅を主成分とする材料からなり、断面外形が扁平状で内部に第２流体が流通する単一の通路（４００）を形成する第２伝熱管（４０）と、
を備え、
第１伝熱管の平坦部（４１１）間に第２伝熱管を挟持して全体として螺旋状に巻回積層してなる螺旋積層体（４２；１４２）は、第１伝熱管と第２伝熱管との接触部分がろう付け接合されて一体に形成され、
螺旋積層体は、軸方向（Ｚ）の両端に第１伝熱管を配して構成されることを特徴とする。
【０００９】
本発明のような熱交換器では、第１伝熱管と第２伝熱管との確実なろう付け接合を確保するために、両伝熱管の接触部分の密着性を確保した状態でろう付け接合を実施することが必要である。このためには、螺旋積層体に対して、所定以上の圧縮力を加えてろう付け接合を行わなければならない。
【００１０】
そこで、この発明によれば、第１伝熱管は、断面外形が扁平状で内部に複数の通路を形成するため、断面外形が扁平状で内部に単一の通路を形成する第２伝熱管よりも、平坦部にかかる外力に対する剛性が高い伝熱管となる。この剛性が高い方の第１伝熱管を螺旋積層体の軸方向の両端に設けることにより、外力を第１伝熱管に直接作用させて螺旋積層体を圧縮することができる。このため、第２伝熱管及び第１伝熱管の両方について、潰れ、割れ等の変形を抑止するとともに、ろう付け接合性を確保することができる。したがって、この発明によれば、製造過程での伝熱管の変形を抑制でき、熱交換性能を確保できる熱交換器が得られる。
【００１１】
また、開示される発明のひとつは、アルミニウム以上の硬さを有する金属材料を用いて、断面外形が扁平状で内部に複数の通路（４１０）を有する形状に製作される第１伝熱管（４１）と、銅を主成分とする材料を用いて、断面外形が扁平状で内部に単一の通路（４００）を有する形状に製作される第２伝熱管（４０）と、を全体として螺旋状に巻回積層してなる螺旋積層体（４２；１４２）をろう付け接合する熱交換器（４；１０４）の製造方法の発明であって、
第１伝熱管の平坦部（４１１）間に第２伝熱管を挟持して全体として螺旋状に巻回積層するとともに、軸方向（Ｚ）の両端に第１伝熱管を配する螺旋積層体を形成する積層体形成工程と、
軸方向（Ｚ）の両端に配した第１伝熱管に直接、治具（５）を接触させ、治具によって螺旋積層体に対して圧縮力を加えて圧縮する積層体圧縮工程と、
圧縮した状態の螺旋積層体を炉内に入れて、第１伝熱管と第２伝熱管との接触部分をろう付け接合する積層体ろう付け工程と、
を備えることを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、上記のように、外力に対する剛性が高い方の第１伝熱管を螺旋積層体の軸方向の両端に設けた状態で、治具によって外力を第１伝熱管に直接作用させて螺旋積層体を圧縮する工程を実施する。この工程により、第２伝熱管及び第１伝熱管の両方について、潰れ、割れ等の変形を抑止するとともに、第１伝熱管と第２伝熱管の接触部分の密着性を高めた状態でろう付け接合を実施できる。したがって、この発明によれば、製造過程での伝熱管の変形を抑制でき、熱交換性能を確保できる熱交換器の製造方法が得られる。
【００１３】
なお、特許請求の範囲及び上記手段の項に記載した括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態の熱交換器を備えるヒートポンプ式給湯装置の構成を示す概略図である。
【図２】第１実施形態の熱交換器の外観を示す正面図である。
【図３】図２に示すIII−III切断部を矢印方向にみた概要断面図である。
【図４】第１実施形態の熱交換器についての製造工程を示す工程図である。
【図５】第１実施形態の熱交換器についての他の例を示す概要断面図である。
【図６】本発明の第１実施形態の熱交換器の外観を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組み合わせが可能であることを明示している部分同士の組み合わせばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、明示していなくても実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。
【００１６】
（第１実施形態）
本発明を適用する第１実施形態を図１〜図５を用いて説明する。図１は、第１実施形態の熱交換器を備えるヒートポンプ式給湯装置の構成を示す概略図である。ヒートポンプ式給湯装置１は、給湯用水を貯えるタンク２１と、タンク２１内から取り出した水を沸き上げるヒートポンプユニット１０と、タンク２１とヒートポンプユニット１０とを接続する貯湯水が循環する循環回路２０と、を備えて構成される。
【００１７】
タンク２１に関して説明する。タンク２１は、耐食性に優れた金属、たとえばステンレス鋼からなり、外周部に断熱材が配置される。この構成により、高温の給湯用の湯をタンク２１内に長時間に渡って保温することができる。タンク２１の底面には、導入口２ａが設けられている。この導入口２ａにはタンク２１内に水道水を導入する給水経路である導入管２が接続されている。導入管２の上流側は、減圧逆止弁を介して上水に接続されて、所定圧の水道水を導入するようになっている。
【００１８】
タンク２１の最上部には導出口３ａが設けられている。導出口３ａにはタンク２１内の湯を導出するための給湯配管３が接続されている。給湯配管３の下流側は、例えばカラン、シャワー及び風呂等が設けられる。給湯配管３の経路途中には、水道水を給湯配管３内で混合する湯水混合手段である混合弁が接続される。この構成により、タンク２１内の高温の湯と水道水とを混合させて所定温度の給湯水が得られるように構成されている。タンク２１の下部には、タンク２１内の水を循環回路２０に吸入するための吸入口２１ａが設けられている。タンク２１の上部には、タンク２１内に湯を循環回路２０から吐出する吐出口２１ｂが設けられている。
【００１９】
循環回路２０に関して説明する。循環回路２０は、上流側がタンク２１の吸入口２１ａに接続され、下流側がタンク２１の吐出口２１ｂに接続されている。循環回路２０は、ヒートポンプユニット１０を構成する給湯用の熱交換器４に設けられる水通路（第２伝熱管４０）に接続されている。吸入口２１ａの下流側には、循環させるポンプ２２が設けられる。ポンプ２２は、沸き上げのときに循環回路２０内にタンク２１内の水を循環させる循環ポンプである。したがって、循環回路２０の一部は、ヒートポンプユニット１０を構成する熱交換器４の水通路に相当する。吸入口２１ａから吸入したタンク２１内の水は、熱交換器４に設けられる冷媒通路（第１伝熱管４１）を通過する高温冷媒との間で熱交換して加熱し、吐出口２１ｂからタンク２１内に戻される。これにより、タンク２１内には、上部に高温水が貯えられる。
【００２０】
ヒートポンプユニット１０に関して説明する。ヒートポンプユニット１０は、例えば、超臨界ヒートポンプによって実現される。ここでいう超臨界ヒートポンプとは、高圧側の冷媒圧力が冷媒の臨界圧力以上となるヒートポンプサイクルであって、冷媒は、臨界温度の低い二酸化炭素（ＣＯ２）が用いられる。
【００２１】
ヒートポンプユニット１０は、圧縮機１１、熱交換器４、膨張弁１３、及び蒸発器１２を含み、これらを順に環状に冷媒配管によって接続することで構成される。圧縮機１１は、内蔵する電動モータによって駆動され、蒸発器１２からの冷媒を一般的使用条件において臨界圧力以上まで圧縮して、熱交換器４に吐出する。
【００２２】
熱交換器４は、圧縮機１１から吐出された高圧のガス冷媒とタンク２１内から取水した水とを熱交換する熱交換器である。熱交換器４は、冷媒との熱交換によりタンク内下部の水を加熱する。熱交換器４の冷媒通路を流れる冷媒は、圧縮機１１で臨界圧力以上に加圧されているため、熱交換器４の水通路を流通する水に放熱して温度低下しても凝縮することがない。
【００２３】
熱交換器４は、圧縮機１１より吐出された高温の冷媒とポンプ２２によりタンク２１内から供給された水とを熱交換する。熱交換器４は、冷媒が流れる冷媒通路と、水が流れる水通路とを備える。
【００２４】
膨張弁１３は、固定式の減圧装置であり、熱交換器４から流出する冷媒を減圧して、減圧した冷媒を蒸発器１２に与える。膨張弁１３は、弁開度に応じて冷媒を減圧する。また膨張弁１３は、制御装置によって弁開度が電気的に制御されるものであってもよい。蒸発器１２は、膨張弁１３で減圧された冷媒を送風機によって送風される大気との熱交換によって蒸発させる。蒸発器１２は、蒸発した気相冷媒を圧縮機１１に与える。
【００２５】
ヒートポンプユニット１０は、冷媒を循環させることによって、熱交換器４に高温の冷媒を供給する加熱装置である。ヒートポンプユニット１０は、超臨界ヒートポンプであるので、一般的なヒートポンプサイクルよりも高温（例えば８５℃以上９０℃以下程度）の給湯水を沸き上げることができる。
【００２６】
図２に示すように、熱交換器４は、外形断面が矩形状で螺旋状に延びる第１伝熱管４１と、外形断面が矩形状で螺旋状に延びる第２伝熱管４０と、を少なくとも備えて構成される。熱交換器４は、それぞれ螺旋を描くように流れる二つの流体が伝熱管の管壁を介して熱交換する螺旋積層体４２を備える。螺旋積層体４２は、第１伝熱管４１の平坦部４１１間に第２伝熱管４０を挟持して全体として螺旋状に巻回した積層体である。
【００２７】
第１伝熱管４１は、アルミニウム以上の硬さを有する金属材料からなる。第１伝熱管４１は、金属材料の物性値としてアルミニウム以上の硬さを有する材料で形成される。この場合の硬さは、例えば、ビッカース硬さとする。ビッカース硬さの測定は、日本工業規格で規定されているビッカース硬さ試験方法による。
【００２８】
例えば、第１伝熱管４１は、材質としてアルミニウムを主成分とした材質で構成される。また、第１伝熱管４１は、アルミニウムを主成分するアルミニウム合金、各種のステンレス等の金属材料によっても構成することができる。第２伝熱管４０は、銅を主成分とする金属材料からなる。また、第２伝熱管４０は、銅を主成分とする銅合金、例えば、真鍮によっても構成することができる。
【００２９】
図３は、螺旋積層体４２において、隣接する第１伝熱管４１と第２伝熱管４０との断面を示している。図３に示すように、第１伝熱管４１と第２伝熱管４０は、外表面の平坦部４０１と平坦部４１１を互いに密着させた状態で、当該密着部分をろう付け接合されて一体に構成される。したがって、螺旋積層体４２は、第１伝熱管４１と第２伝熱管４０との接触部分がろう付け接合されて一体に形成される。このろう付け接合性を確保して、熱交換器４が所定の熱交換性能を有するためには、螺旋積層体４２に対して圧縮力を作用させて、当該接触部分の密着性を確保した状態でろう付け接合を行う必要がある。
【００３０】
図３に示すように、第１伝熱管４１は、断面外形が扁平状で内部に第１流体（例えば冷媒）が流通する複数の通路を形成する。第１伝熱管４１の断面外形は、長辺と短辺からなる長方形をなし、長辺を形成する面は平坦部４１１である。螺旋積層体４２において、第１伝熱管４１の平坦部４１１は、第２伝熱管４０の平坦部４０１に面接触する。
【００３１】
第１伝熱管４１内の冷媒通路４１０は、断面形状が円形の通路である。第１伝熱管４１内には、長手方向に並ぶ複数の冷媒通路４１０が形成されている。第１伝熱管４１は、断面に複数の円形状の貫通穴が形成された多穴管であり、各貫通穴は冷媒通路４１０を形成する。第１伝熱管４１は、例えば、押出成形により成形することができる。
【００３２】
貫通穴の直径は、第１伝熱管４１の横断面外形における短辺の長さに対して、できるだけ小さい寸法であることが好ましい。貫通穴の直径は、当該短辺の長さに対して、例えば６０％以下の寸法であることが好ましい。これらの寸法によれば、第１伝熱管４１の横断面において、空洞部分の占める面積を小さくでき、平坦部４１１に垂直方向（短辺に沿う方向）に作用する圧縮力に対して、容易に変形しない剛性（強度）を確保できるからである。
【００３３】
第２伝熱管４０は、断面外形が扁平状で内部に第２流体（例えば水）が流通する単一の通路を形成する。第２伝熱管４０の断面外形は、長辺と短辺からなる長方形をなし、長辺を形成する面は平坦部４０１である。第２伝熱管４０内の水通路４００は、断面形状が矩形状の単一の通路であり、その横断面形状は長辺と短辺からなる長方形をなす。したがって、第２伝熱管４０の横断面において、空洞部分の占める面積は、第１伝熱管４１に比べて大きい。このため、第２伝熱管４０は、平坦部４０１に垂直方向（短辺に沿う方向）に作用する圧縮力に対して、第１伝熱管４１よりも変形しやすい剛性（強度）を持っている。
【００３４】
したがって、それぞれの平坦部に対して垂直方向に同一の圧縮力を加えた場合、第１伝熱管４１が変形しない程度の圧縮力であっても、第２伝熱管４０は作用点が凹むように潰れて変形することがある。第２伝熱管４０の変形は、第２流体の流通抵抗になるため、熱交換器４における熱交換性能の低下をもたらす。
【００３５】
このような第２伝熱管４０の変形を回避するために、図３に図示するように、螺旋積層体４２は、軸方向Ｚの両端に第１伝熱管４１を配するように構成される。すなわち、螺旋積層体４２における軸方向Ｚの端部の両方には、第１伝熱管４１が存在するように、第１伝熱管４１を第２伝熱管４０よりも一巻き分長く設けている。この巻回構成によれば、治具５等で、螺旋積層体４２の両端部に螺旋積層体４２の軸方向Ｚ（巻回の積層方向）に圧縮力を直接加えた場合、治具５等は、必ず、剛性の大きい第１伝熱管４１の平坦部４１１を直接押すことになる。
【００３６】
治具５は、平坦部４１１との接触面積が所定値以上となる表面積を有する部材で構成する。治具５には、例えば、拘束バンド、プレート部材等を用いることができる。このような治具５によって螺旋積層体４２に対して圧縮力を作用させた状態で、ろう付け接合を行うことにより、第１伝熱管４１と第２伝熱管４０とのろう付け接合性を確保することができる。
【００３７】
また、熱交換器４においては、第１伝熱管４１内での複数の冷媒通路４１０を流れる冷媒の冷媒流れ方向と、第２伝熱管４０内での単一の水通路４００を流れる水の水流れ方向とが互いに逆方向になる。この構成によれば、第１伝熱管４１と第２伝熱管４０との密着部分を介して第１伝熱管４１内の冷媒と第２伝熱管４０内の水との間で熱交換が行われる。
【００３８】
また、図５に示す螺旋積層体４２Ａのように、第１伝熱管４１の平坦部４１１間に２個の第２伝熱管４０Ａを挟持して全体として螺旋状に巻回積層するようにしてもよい。これにより、第１伝熱管４１間で挟持される第２伝熱管４０Ａの剛性が向上するため、第２伝熱管の変形をさらに確実に防止することができる。
【００３９】
次に、熱交換器４の製造方法について、説明する。熱交換器４の製造方法は、第１伝熱管製作工程（ステップＳ１０）と、第２伝熱管製作工程（ステップＳ２０）と、積層体形成工程（ステップＳ３０）と、積層体圧縮工程（ステップＳ４０）と、積層体ろう付け工程（ステップＳ５０）と、を備える。なお、熱交換器４の製造方法の工程には、第１伝熱管製作工程と、第２伝熱管製作工程とを、必ずしも含む必要はない。すなわち、熱交換器４の製造方法は、外部の製造工場ですでに製作された第１伝熱管４１及び第２伝熱管４０を使用して、後のステップＳ３０以降の工程を実施するように構成してもよい。このように、熱交換器４の製造方法は、第１伝熱管４１と第２伝熱管４０と、を全体として螺旋状に巻回積層してなる螺旋積層体４２をろう付け接合する方法である。
【００４０】
第１伝熱管製作工程では、アルミニウム以上の硬さを有する金属材料を用いて、断面外形が扁平状で内部に複数の通路（複数の冷媒通路４１０）を有する形状の第１伝熱管４１を製作する。第２伝熱管製作工程では、銅を主成分とする材料を用いて、断面外形が扁平状で内部に単一の通路（単一の水通路４００）を有する形状の第２伝熱管４０を製作する。
【００４１】
積層体形成工程では、第１伝熱管４１の平坦部４１１間に第２伝熱管４０を挟持して全体として螺旋状に巻回積層するとともに、軸方向Ｚの両端に第１伝熱管４１を配する螺旋積層体４２を形成する。積層体圧縮工程では、軸方向Ｚの両端に配した第１伝熱管４１に直接、治具５を接触させ、治具５によって螺旋積層体４２に対して圧縮力を加えて圧縮する。積層体ろう付け工程では、圧縮した状態の螺旋積層体４２を炉内に入れて、第１伝熱管４１と第２伝熱管４０との接触部分をろう付け接合する。以上の工程を行うことにより、上記の、伝熱管の変形を抑制できる熱交換器４を製造することができる。
【００４２】
次に、第１実施形態の熱交換器４がもたらす作用効果を以下に述べる。熱交換器４は、アルミニウム以上の硬さを有する金属材料からなり、扁平状で内部に第１流体が流れる複数の通路を形成する第１伝熱管４１と、銅を主成分とする材料からなり、扁平状で内部に第２流体が流れる単一の通路を形成する第２伝熱管４０と、を備える。第１伝熱管４１の平坦部４１１間に第２伝熱管４０を挟持して全体として螺旋状に巻回積層してなる螺旋積層体４２は、第１伝熱管４１と第２伝熱管４０との接触部分がろう付け接合されて一体に形成される。螺旋積層体４２は、軸方向Ｚの両端に第１伝熱管４１を配して構成される。
【００４３】
接触する二つの伝熱管において熱交換を行う熱交換器では、第１伝熱管４１と第２伝熱管４０との確実なろう付け接合を実施する必要がある。すなわち、両伝熱管の接触部分の密着性を確保した状態でろう付け接合を実施しなければならない。このためには、螺旋積層体４２に対して、所定以上の圧縮力を加えてろう付け接合を行わなければならない。
【００４４】
そこで、熱交換器４によれば、第１伝熱管４１は、アルミニウム以上の硬さを有する金属材料からなり、断面外形が扁平状で内部に複数の通路を形成し、第２伝熱管４０は、断面外形が扁平状で内部に単一の通路を形成する。このため、第１伝熱管４１は、第２伝熱管４０よりも、平坦部にかかる外力に対する剛性が高い伝熱管となる。この剛性が高い方の第１伝熱管４１を螺旋積層体４２の軸方向Ｚの両端に設けることにより、外力を第１伝熱管４１に直接作用させても、伝熱管を破壊することなく、螺旋積層体４２を圧縮することができる。このため、第２伝熱管４０及び第１伝熱管４１の両方について、潰れ、割れ等の変形を抑止するとともに、ろう付け接合性を確保することができる。したがって、製造過程での伝熱管の変形を抑制でき、熱交換性能を確保できる熱交換器４が得られる。
【００４５】
また、第１伝熱管４１は、押出成形により断面に複数の円形状貫通穴が形成された多穴管である。これによれば、第１伝熱管４１の横断面において貫通穴を除く部分の肉厚が大きい第１伝熱管４１を容易に製作することができる。このように製作した第１伝熱管４１によれば、平坦部にかかる外力に対する剛性が高い伝熱管とすることができる。したがって、第２伝熱管４０及び第１伝熱管４１の両方について、潰れ、割れ等の変形を抑止するとともに、ろう付け接合性を確保することができる。
【００４６】
熱交換器４の製造方法は、積層体形成工程と、積層体圧縮工程と、積層体ろう付け工程と、を備える製造方法である。積層体形成工程は、第１伝熱管４１の平坦部４１１間に第２伝熱管４０を挟持して全体として螺旋状に巻回積層するとともに、軸方向Ｚの両端に第１伝熱管４１を配して螺旋積層体４２を形成する工程である。積層体圧縮工程は、軸方向Ｚの両端に配した第１伝熱管４１に直接、治具５を接触させ、治具５によって螺旋積層体４２に対して圧縮力を加えて螺旋積層体４２を圧縮する工程である。積層体ろう付け工程は、圧縮した状態の螺旋積層体４２を炉内に入れて、第１伝熱管４１と第２伝熱管４０との接触部分をろう付け接合する工程である。
【００４７】
この方法によれば、上記のように、外力に対する剛性が高い方の第１伝熱管４１を螺旋積層体４２の軸方向Ｚの両端に設けた状態で、治具５による外力を第１伝熱管４１に直接作用させて、螺旋積層体４２を圧縮する積層体圧縮工程を実施する。この積層体圧縮工程により、第２伝熱管４０及び第１伝熱管４１の両方について、潰れ、割れ等の変形を抑止し、かつ第１伝熱管４１と第２伝熱管４０の接触部分の密着性を高めた状態でろう付け接合を実施できる。したがって、開示する熱交換器４の製造方法によれば、製造過程での伝熱管の変形を抑制でき、熱交換性能を確保できる熱交換器４が得られる。
【００４８】
給湯装置は、熱交換器４と、第１伝熱管４１に圧縮冷媒を供給する加熱装置と、第２伝熱管４０と循環回路２０によって接続され、圧縮冷媒によって加熱された水を貯えるタンク２１と、タンク２１の水を循環回路２０で循環させるポンプ２２と、を備える。
【００４９】
これによれば、伝熱管の潰れ、割れ等の変形を抑制してろう付け接合性を確保した熱交換器を備えることにより、所望の沸き上げ能力を発揮する給湯装置を提供できる。
【００５０】
（第２実施形態）
第２実施形態では、第１実施形態の他の形態である熱交換器１０４について図６を参照して説明する。図６において、第１実施形態と同様の構成であるものは同一の符号を付し、同様の作用、効果を奏するものである。第２実施形態で特に説明しない構成、作用、効果については、第１実施形態と同様である。以下、第１実施形態と異なる点についてのみ説明する。また、第２実施形態において第１実施形態と同様の構成を有するものは、第１実施形態で説明した同様の作用、効果を奏するものとする。
【００５１】
図６に示すように、熱交換器１０４の螺旋積層体１４２は、二つの分割積層体によって構成される。そして、各分割積層体は、第１実施形態の螺旋積層体４２と同様の特徴的構成を有する。さらに、第１流体及び第２流体のうち粘性が高い方の流体が流れる伝熱管について、下流側に位置する方の分割積層体における伝熱管の通路断面積を、上流側の分割積層体における伝熱管の通路断面積よりも大きくなるように設定する。図６によれば、下流側に位置する第２の分割積層体１４２２における第２伝熱管４０は、上流側の第１の分割積層体１４２１における第１伝熱管４１よりも、通路断面積が大きく設定されることが好ましい。これによれば、第２伝熱管４０内に流れる水の方が冷媒よりも粘性が大きいため、螺旋積層体１４２の下流側での流通抵抗を下げることができる。
【００５２】
第２実施形態の熱交換器１０４によれば、螺旋積層体１４２は、ろう付け接合されて一体に形成される第１の分割積層体１４２１と、第１の分割積層体１４２１と連通する第２の分割積層体１４２２と、を含んで構成される。第２の分割積層体１４２２は、第１の分割積層体１４２１と間隔をあけて設けられ、ろう付け接合されて一体に形成される。第１の分割積層体１４２１及び第２の分割積層体１４２２のそれぞれは、軸方向Ｚの両端に第１伝熱管４１を配して構成される。
【００５３】
この構成によれば、第１の分割積層体１４２１と第２の分割積層体１４２２の両方について、剛性が高い方の第１伝熱管４１を螺旋積層体４２の軸方向Ｚの両端に設ける。これにより、外力を第１伝熱管４１に直接作用させても、伝熱管を破壊することなく、第１の分割積層体１４２１及び第２の分割積層体１４２２の両方を圧縮することができる。このため、両方の分割積層体について、第２伝熱管４０及び第１伝熱管４１の両方の潰れ、割れ等の変形を抑止するとともに、ろう付け接合性を確保することができる。
【００５４】
（他の実施形態）
上述の実施形態では、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。上記実施形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものである。
【００５５】
上記実施形態において、螺旋積層体１４２は、二つに分割された分割積層体からなるが、本発明に含まれる熱交換器は、この個数の分割積層体に限定されない。すなわち、本発明に係る螺旋積層体は、３個以上の分割積層体を含むものである。
【００５６】
本発明に含まれる熱交換器は、上記実施形態において給湯用の熱交換器４によって実現しているが、給湯用の熱交換器４に限るものではなく、他の熱交換器に適用してもよい。第１流体は冷媒に限定されるものではなく、第２流体は水に限定されるものではなく、各種の流体に広く適用することができる。
【００５７】
上記の各実施形態では、ヒートポンプユニット１０は、圧縮機１１で冷媒を臨界圧力以上に加圧する超臨界冷凍サイクルを構成しているが、超臨界冷凍サイクルに限るものではない。また、冷媒は二酸化炭素であるが、これに限ることはなく、フロン等の他の冷媒であってもよい。
【符号の説明】
【００５８】
４０…第２伝熱管
４１…第１伝熱管
４２，１４２…螺旋積層体
４００…水通路（単一の通路）
４１０…冷媒通路（複数の通路）
４１１…平坦部
Ｚ…軸方向
【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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