(57)【要約】【課題】使用に伴い熱変形しても熱交換率を維持することができるとともに、配設スペースに応じた自在な形状に加工することも容易で、広範囲な用途に使用することのできる製造コストの安価な熱交換器、及びその製造方法を提供すること。【解決手段】流水管１０及び流湯管２０の両管材が接触するように組み合わされて構成されるものであり、流水管１０（または流湯管２０）を軸管として、該軸管の外周に沿って流湯管２０（または流水管１０）が螺旋状に巻回されていることを特徴としている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒の流通する冷媒管、及び被冷媒の流通する被冷媒管の両管材が接触するように組み合わされて構成される熱交換器において、
前記冷媒管または被冷媒管のうちの何れか一方の管材を軸管として、該軸管の外周に沿って他方の管材が螺旋状に巻回されていることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
軸管となる管材においては、他方の管材が螺旋状に巻回される部分の径が、巻回されていない部分に比べて大きくされていることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
【請求項３】
螺旋状に巻回された前記他方の管材のうち隣合う管材間に凸部が形成されてい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】
冷媒の流通する冷媒管、及び被冷媒の流通する被冷媒管の両管材が接触するように組み合わせることにより熱交換器を製造する熱交換器製造方法において、
前記冷媒管および被冷媒管の両管材を組み合わせるために、該両管材のうちの何れか一方の管材を軸管として、該軸管の外周に沿って他方の管材を螺旋状に巻回する巻回工程と、
該巻回工程後、螺旋状に巻回された前記他方の管材のうち隣合う管材間に凸部を形成するために、前記軸管内を加圧する加圧工程とを備えていることを特徴とする熱交換器製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱交換器に関し、特に、使用に伴い熱変形した場合にも、熱交換率を維持することの可能な熱交換器、及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱交換器は、冷媒の流通する冷媒管や、高温の湯の流通する流湯管を備えており、これら冷媒管や流湯管内を流通する冷媒や湯の有する熱量を管材外部の気体や流体と熱交換をするものである。ここで、図９に、一従来例の流湯管９０を示す。図９に示すように、流湯管９０は、螺旋状（コイル状）に巻回されている。
【０００３】
このような螺旋状に巻回された流湯管９０の製造方法においては、まず、略真円状の断面積を有する管材９１を螺旋状に巻回する。巻回後、隣り合う螺旋の管材相互が接触し、且つ管材の断面積が偏平となるように、流湯管９０には螺旋の軸方向（矢印Ｚ方向、及び、反矢印Ｚ方向）より圧縮加工が施される。このように形成することにより、収納スペースを小さくすることができるとともに、隣合う流湯管９０，９０同士の接触面積を増やして、熱交換率を増やすことができるのである。
【０００４】
また、夫々螺旋状に巻回された冷媒管と給湯水管とが交互に配置するように組み合わされるとともに、螺旋の両端に設けた端板をボルトとナットとにより前記管ば互いに圧接するように締結した熱交換器もある（特許文献１および２参照）。このように構成することにより、隣合う冷媒管と給湯水管との間で熱交換率を向上させるとともに、使用に伴って熱変形した場合にも隣合う冷媒管と給湯水管との密着状態を維持することができるのである。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−２４１８６５号公報
【特許文献２】
特開昭６２−２６８９９０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、熱交換器を構成する管材には銅管が用いられるのが通常であるが、流湯管９０内に湯が流通すると、流湯管９０が熱変形により反りが発生する。すると、図１０に示すように、螺旋の隣り合う流湯管９０，９０の間に隙間９２が発生してしまう。即ち、隣合う流湯管９０，９０同士が面接触から線接触となってしまい、熱交換率が悪くなるという問題点があった。更には、図９に示す熱交換器の場合、単独で使用されず、図１１に示すように、給湯タンク９００１等に内接する必要があり、使用範囲が限定されてしまうという問題点もあった。
【０００７】
また、夫々螺旋状に巻回された冷媒管と給湯水管とが交互に配置するように組み合わされる熱交換器においては、複数の管材を螺旋状に巻回する工程や、螺旋状に巻回した後、両管材を螺旋の両側より圧接する工程を行わなければならず、製造工程が煩雑で製造コストが高くなってしまうという問題点があった。また、両側より圧接すると両管材の残留内部応力が高くなり、使用に伴い熱変形すると、却って両管材間に間隙が発生してしまうという問題点もあった。更には、加工技術状（両管材ともに熱交換率の向上を目的として螺旋の径方向の長さを軸方向の長さよりも大きくされているため）、螺旋の径の小径化も限定され、その形状が限定されてしまうという問題点もあった。
【０００８】
そこで、案出されたのが本発明であって、本発明は、使用に伴い熱変形しても熱交換率を維持することができるとともに、配設スペースに応じた自在な形状に加工することも容易で、広範囲な用途に使用することのできる製造コストの安価な熱交換器、及びその製造方法を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、請求項１記載の熱交換器は、冷媒の流通する冷媒管、及び被冷媒の流通する被冷媒管の両管材が接触するように組み合わされて構成されるものであり、更に、前記冷媒管または被冷媒管のうちの何れか一方の管材を軸管として、該軸管の外周に沿って他方の管材が螺旋状に巻回されているものである。
請求項２記載の熱交換器は、請求項１記載の熱交換器において、軸管となる管材は、他方の管材が螺旋状に巻回される部分の径が、巻回されていない部分に比べて大きくされているものである。
請求項３記載の熱交換器は、請求項１または２に記載の熱交換器において、軸管となる管材は、他方の管材を巻回した後、軸管内を加圧することにより、螺旋状に巻回された前記他方の管材のうち隣合う管材間に凸部が形成されているものである。
請求項４記載の熱交換器の製造方法は、冷媒の流通する冷媒管、及び被冷媒の流通する被冷媒管の両管材が接触するように組み合わせることにより熱交換器を製造する方法であり、前記冷媒管および被冷媒管の両管材を組み合わせるために、前記両管材のうちの何れか一方の管材を軸管として、該軸管の外周に沿って他方の管材を螺旋状に巻回する巻回工程と、該巻回工程後、螺旋状に巻回された前記他方の管材のうち隣合う管材間に凸部を形成するために、前記軸管内を加圧する加圧工程とを備えている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施例について説明する。勿論、下記実施例は、本発明の好ましい実施例を示すに過ぎず、本発明の技術的範囲は、下記実施例そのものに何ら限定されるものではない。例えば、下記実施例においては、冷媒が水であり被冷媒が湯である場合について説明しているが、冷媒は水以外の液体であっても更には気体であってもよく（例えば、クーラントや油、その他の低温流体）、同様に、被冷媒についても湯以外の液体であっても更には気体であっても良い（例えば、フロン２２やＣＯ２、メタンガス、その他の高温流体）。
【００１１】
図１は、本発明の一実施例である熱交換器１００の側面図である。図１に示すように、熱交換器１００は、流水管１０と、流湯管２０とによって構成されている。流水管１０は、水の流通するための管材であり、流湯管２０は、湯の流通するための管材である。
【００１２】
流湯管２０は、流水管１０を軸（軸管）として、流水管１０の外周に沿って螺旋状に巻回されている。これにより、流水管１０と流湯管２０とを簡素に且つ強固に組み合わせることができる。また、本熱交換器１００の配設スペースが縦長に限定されている場合にも、流水管１０の形状を縦長（細長）等に加工することにより、熱交換器１００全体の形状を配設スペースに応じた形状に加工することが容易である。特に、後述するような円筒形状の給湯タンク１００１と併用する場合に、その給湯タンク１００１の側方に沿って配設すれば、給湯タンク１００１のデッドスペース（設置場所における壁材との間のスペース等）を有効活用することができるのである。
【００１３】
また、流湯管２０は、螺旋の軸方向の径が螺旋の径方向の径よりも大きくされている（楕円形状に形成されている）。これにより、流水管１０と流湯管２０との組合せ状態を安定させることができるとともに、熱交換率を高めることも可能となる。更には、熱交換器１００全体の径を、より小さくすることもできる。
【００１４】
一方、流水管１０は、その中央部（流湯管２０の巻回部）１１ａが両端部（流湯管２０の非巻回部）１１ｂに比べて、径が大きくされている。これにより、流水管１０の周囲に巻回されている流湯管２０の全巻回長を長くすることが、ひいては、流水管１０と流湯管２０との接触面積を大きくすることができる。また、内部に流通する流水管１０が中央部１１ａにおいて攪拌し、熱交換率を高めることもできる。
【００１５】
また、流水管１０には、螺旋状に巻回された隣合う流湯管２０，２０の間に凸部１１ｃが形成されている。従って、流水管１０と流湯管２０とを強固に密着させることができるとともに、使用に伴い流湯管２０が熱変形した場合にも、流水管１０との接触面積が減少してしまうことを防止できる。むしろ、熱変形に伴って、凸部１１ｃの形状に合うように流湯管２０が変形し、流水管１０と流湯管２０との接触面積がより増大するのである。ひいては、使用に伴い熱変形しても、熱交換率を高く維持できる。
【００１６】
次に、図２および図３を参照して、上記のように構成された熱交換器１００の製造方法について説明する。まず、図２に示すように、予め別工程で製造された流水管１０の外周に沿って、同じく別工程において製造された流湯管２０を巻回する（巻回工程）。流湯管２０の巻回後、流水管１０の両端より流体（流体であれば、空気等の気体、水等の液体、水銀等の固体等、その如何を問わない）を圧入する。この圧入に伴って、流水管１０の内部が加圧され、螺旋状に巻回された隣合う流湯管２０，２０の間に凸部１１ｃが形成されるのである。この凸部１１ｃの形成がされたら、内部の気体等を排出して、熱交換器１００の製造が終了する。
【００１７】
次に、図４および図５を参照して、上記のように熱交換器１００の設置例について説明する。
【００１８】
図４は、熱交換器１００を給湯タンク１００１（給湯器の一種）と併用した風呂湯沸かしシステム１０００の模式図であり、図５は、床暖房システム２０００の模式図である。風呂湯沸かしシステム１０００は、給湯タンク１００１、風呂桶１００２および混合弁１００３が配管１００４で接続されて構成されており、給湯タンク１００１で温められた湯（飲料水等にも使用される）を混合弁１００３を介して直接に供給することができることは勿論のこと、熱交換器１００を利用して、風呂桶１００２内の貯水を沸かす（又は、保温する）ものである。一方、床暖房システム２０００は、床１００５の暖房を行うものであり、風呂湯沸かしシステム１０００と同様に構成されているので、その詳細な説明は割愛する。
【００１９】
ここで、熱交換器１００は、流水管１０と流湯管２０とが交互に接触するように組み合わされて構成されているので、給湯タンク１００１の外側に設置することができる。ひいては、図１１に示すような従来のシステム９０００と異なり、給湯タンク９００１の内部の配管１００４ａが破損した場合にも、給湯タンク９００１内において、風呂の水が飲み水とが混ざったり、水道水の塩素分が混入してしまうことを防止することができる（即ち、衛生を確保したり、給湯タンク９００１内部の腐食を防止することができる）。また、従来技術の熱交換器９１が内蔵されている給湯タンク９０１のような専用タイプでなくても、汎用タイプの給湯タンクをそのまま有効活用することもできる。更には、図示はしないが、給湯タンク９００１の大きさを小さくすることが可能となるし、給湯タンク９００１以外の給湯器と併用することも可能となる。
【００２０】
以上、実施例に基づき本発明を説明したが、上記実施例は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形することができることはいうまでもなく、本発明の技術的範囲内には、それら種々の改良変形をも含まれている。
【００２１】
例えば、上記実施例においては、流水管１０が軸管、流湯管２０が螺旋管とされている。しかしながら、流水管１０が螺旋管とされ、流湯管２０が軸管とされても良いことはいうまでもない。
【００２２】
また、上記実施例においては、流湯管２０の形状が偏平（楕円）状とされている。しかしながら、その形状は偏平状に限られるものではなく、図６に示すように、真円状であっても良いし、図７に示すように、四角状であっても良い。この場合、図６に示すように、凸部１１ｃを形成しても良いし、図７に示すように、凸部１１ｃを形成しないようにしても良い。
【００２３】
更に、上記実施例においては、流湯管２０が流水管１０の外周に間隔を空けて巻回されている。しかしながら、図８に示すように、間隔を空けないで巻回するようにしても良い。
【００２４】
更に、上記実施例においては、流湯管２０と流水管１０とを密着させる方法として、流水管１０内に流体を圧入することにより流水管１０内を加圧する方法が用いられている。しかしながら、流水管１０内に高温流体又は低温流体を流するとともに流湯管２０内にその逆の流体を流して、その温度差により流湯管２０及び流水管１０を熱変形させて密着させる方法を用いても良い。
【００２５】
更に、本実施例においては、流水管１０は冷媒管の一例であり、流湯管２０は被冷媒管の一例であるが、本発明に係る冷媒管は、温度の低い流体が流れる管であれば（低温流体管）、流水管１０に限られるものではない。同様に、本発明に係る被冷媒管も、温度の高い流体が流れる管であれば（高温流体管）、流湯管２０に限られるものではない。勿論、温度の高低は、相対的なものである。
【００２６】
【発明の効果】
請求項１記載の熱交換器によれば、冷媒管または被冷媒管のうちの何れか一方の管材を軸管として、該軸管の外周に沿って他方の管材が螺旋状に巻回されているので、使用に伴い螺旋管が変形しても、両管材の密着状態を保持することができるという効果を奏する。
請求項２記載の熱交換器によれば、請求項１記載の熱交換器の奏する効果に加え、軸管となる管材は他方の管材が螺旋状に巻回される部分の径が巻回されていない部分に比べて大きくされているので、両管材の接触長さを増やすことができ、ひいては、熱交換率を高めることができるという効果を奏する。
請求項３記載の熱交換器によれば、請求項１または２に記載の熱交換器の奏する効果に加え、螺旋状に巻回された前記他方の管材のうち隣合う管材間に凸部が形成されているので、冷媒管および被冷媒管の一体性をより高めることができるという効果を奏する。
請求項４記載の熱交換器製造方法によれば、巻回工程において、前記冷媒管および被冷媒管の両管材のうちの何れか一方の管材を軸管として、該軸管の外周に沿って他方の管材が螺旋状に巻回されるので、使用に伴い螺旋管が変形しても、両管材の密着状態を保持することができるという効果を奏する。また、加圧工程において、軸管内が加圧されることにより、螺旋状に巻回された前記他方の管材のうち隣合う管材間に凸部が形成されるので、冷媒管および被冷媒管の一体性をより高めることができるという効果も奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例である熱交換器の部分断面側面図である。
【図２】上記熱交換器の製造方法の一部（巻回工程）を示す図である。
【図３】上記熱交換器の製造方法の一部（加圧工程）を示す図である。
【図４】本発明の熱交換器の設置例を示す図である。
【図５】本発明の熱交換器の他の設置例を示す図である。
【図６】上記実施例の熱交換器の変形例を示す部分断面側面図である。
【図７】上記実施例の熱交換器の他の変形例を示す部分断面側面図である。
【図８】上記実施例の熱交換器の更に他の変形例を示す部分断面側面図である。
【図９】従来技術の熱交換器の斜視図である。
【図１０】上記従来技術の熱交換器を構成する管材が熱変形することにより、隣合う管材間に隙間が発生した様子を示す断面図である。
【図１１】従来技術の熱交換器の設置例を示す図である。
【符号の説明】
１０    流水管
２０    流湯管
１００  熱交換器
【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】
2004332969.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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