(57)【要約】      （修正有）【課題】熱交換性能のよい低コスト、低圧力損失、コンパクトな熱交換装置を提供する。【解決手段】第一流体が流れる第一伝熱管２０ａ、２０ｂと、第一伝熱管２０ａと２０ｂ内に配置され、第二流体が流れる複数本の伝熱管を螺旋状にねじって構成した第二伝熱管２２ａと２２ｂと、第一伝熱管は第一流体が外周から中心に向かって流れる平面渦巻き状の内巻部と、第一伝熱管は第一流体が中心から外周に向かって流れる平面渦巻き状の外巻部とを備える。【選択図】図１
2005257189.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一流体が流れる第一伝熱管と、前記第一伝熱管内に配置され、第二流体が流れる複数の伝熱管を螺旋状にねじって構成した第二伝熱管とを有し、前記第一伝熱管と第二伝熱管からなる伝熱管は、伝熱管の内部を外周から中心に向かって第１流体が渦巻き状に流れる平面渦巻き状の内巻部と、伝熱管の内部を中心から外周に向かって第１流体が渦巻き状に流れる平面渦巻き状の外巻部とを有する熱交換装置。
【請求項２】
内巻部と外巻部とは交互に複数積層されることを特徴とする請求項１記載の熱交換装置。
【請求項３】
第一流体の外巻部での渦巻き流れ方向は、第一流体の内巻部での渦巻き流れ方向と方向が同一であることを特徴とする請求項１または２記載の熱交換装置。
【請求項４】
第一伝熱管が異なる管径の大管径管段と小管径管段とを備え、大管径管段は外巻部に配置したことを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載の熱交換装置。
【請求項５】
第一伝熱管の大管径管段と小管径管段とは異径連通部によって連通され、この異径連通部に対応する第二伝熱管部分においては、繋ぎ目のないことを特徴とする請求項４記載の熱交換装置。
【請求項６】
第二伝熱管は内管と外管によって構成される二重管で、内管と外管の間に、漏洩用溝を設けたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の熱交換装置。
【請求項７】
圧縮機、放熱器、減圧器、吸熱器とを有するヒートポンプサイクル装置を備え、請求項１〜６のいずれか１項に記載の熱交換装置を用いて第二流体の冷媒が第一流体を加熱することを特徴とするヒートポンプ給湯装置。
【請求項８】
第二流体の冷媒は二酸化炭素を用い、前記冷媒は超臨界圧以上になるようにした請求項７記載のヒートポンプ給湯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第一流体と第二流体とを熱交換させる熱交換装置（たとえばヒートポンプ式給湯機の水／冷媒熱交換器）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の第一流体と第二流体とを熱交換させる熱交換装置として、例として、図８に示すように、水通路Ｗを構成する芯管１と、該芯管１の外周に螺旋状に巻き付けられて冷媒通路Ｒを構成する巻管２とからなり、水通路Ｗを流れる水は冷媒通路を流れる冷媒により加熱する熱交換装置において、芯管１は渦巻き形状に巻かれ、上下二段に（即ち、二本）重ね合わせて接続するようになっている。このように、上段の芯管１と下段の芯管１とは渦巻きの中心側において接続部３を介して接続され、上段の芯管１の外周に巻き付けられている巻管２と下段の芯管１の外周に巻き付けられている巻管２とは渦巻きの中心側において接続部４を介して接続される構成のものが知られている（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−９７８９８号公報（第１―９頁、図１１、図１３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら上記従来の熱交換装置では、渦巻き形状の芯管を二段重ねるという手法で、コンパクトで熱交換器の性能を大幅に向上させることができるが、芯管を流れる水と巻管を流れる冷媒との熱交換を効率的に行わせるには、巻管と芯管とを熱的に接触させる手段例えばロウ付け加工の必要がある。ロウ付け加工すれば、巻管と芯管とが一体となるため、芯管を渦巻く時、芯管の伸び縮みなどが制限され加工性が低下し、芯管の渦巻き形状、曲げ半径などが制限される問題がある。また、芯管の外周に巻管が巻き付けられていることによって、芯管の外周は連続平滑曲面でないため、専用の曲げ冶具が必要となり、加工コストが上昇するという問題があった。
【０００４】
また、冷媒が流れる巻管は芯管の外周に螺旋状に巻き付けられているため、巻管と芯管との接触面積を増加させようとすると、密に芯管まわりに巻管を巻いておく必要がある、そのため、巻管が長尺となるとともに、密なピッチで芯管外周に沿って螺旋状となるので、冷媒の圧力損失が大きくなる。さらに、上下二段重ねて接続することによって、水通路Ｗを流れる水は接続部３にて、冷媒通路を流れる冷媒は接続部４にて、それぞれ流れ方向は反転されるため、水も冷媒も流れ抵抗が大きくなり、不必要に流れ圧力損失が増加し、熱交換効率が低下する課題もあった。
【０００５】
そこで本発明は、上記従来の課題を解決するもので、複数本の伝熱管を螺旋状にねじって構成した第二伝熱管を内包する第一伝熱管は外周から中心に向かって流れる平面渦巻き状の内巻部と中心から外周に向かって流れる平面渦巻き状の外巻部とを備えて、熱交換性能のよいコンパクトな低コストなおかつ圧力損失の少ない熱交換装置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】
【０００６】
上記目的を達成するために本発明の熱交換装置は、第一流体が流れる第一伝熱管と、前記第一伝熱管内に配置され、第二流体が流れる複数の伝熱管を螺旋状にねじって構成した第二伝熱管とを有し、前記第一伝熱管と第二伝熱管からなる伝熱管は、伝熱管の内部を外周から中心に向かって第１流体が渦巻き状に流れる平面渦巻き状の内巻部と、伝熱管の内部を中心から外周に向かって第１流体が渦巻き状に流れる平面渦巻き状の外巻部とを有することを特徴とする。
【０００７】
この構成により、複数本の伝熱管を螺旋状にねじって構成した第二伝熱管を内包する第一伝熱管は内巻部と外巻部とを交互して積層することによって、熱交換性能のよいコンパクトな低コスト低圧力損失の熱交換装置を提供することができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、複数本の伝熱管を螺旋状にねじって構成した第二伝熱管を内包する第一伝熱管は内巻部と外巻部とを交互して積層することによって、熱交換性能のよいコンパクトな低コスト低圧力損失の熱交換装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
第１の発明は、第一流体が流れる第一伝熱管と、前記第一伝熱管内に配置され、第二流体が流れる複数の伝熱管を螺旋状にねじって構成した第二伝熱管とを有し、前記第一伝熱管と第二伝熱管からなる伝熱管は、伝熱管の内部を外周から中心に向かって第１流体が渦巻き状に流れる平面渦巻き状の内巻部と、伝熱管の内部を中心から外周に向かって第１流体が渦巻き状に流れる平面渦巻き状の外巻部とを有することを特徴とするものである。
【００１０】
本実施の形態によれば、螺旋状に捻れた複数本の第二伝熱管を第一伝熱管内に配置することによって、第一伝熱管の内壁と複数本の第二伝熱管の外壁との間に、自然に螺旋状の第一流体の流路が形成されるとともに、第二流体も螺旋状に旋回されるため、第一流体と第二流体ともに乱流化され、第一伝熱管を流れる第一流体と第二伝熱管を流れる第二流体とは効率よく熱交換でき、熱交換性能のよい熱交換装置を得られる。
【００１１】
また、第二伝熱管を螺旋状に捻ることによって、ロウ付けなどを施する必要がなく、第二伝熱管の全表面を伝熱面積として寄与させるとともに、第二流体と第一流体を旋回流とし、乱流撹乱の効果で熱伝達率の向上を図れ、低コストの熱交換装置を得られる。
【００１２】
また、第二伝熱管は螺旋状に捻って、第一伝熱管内に配置されるため、第二伝熱管を流れる第二流体の圧力損失を抑えながら、伝熱面積の有効活用と伝熱促進を実現することができる。
【００１３】
このように、螺旋状に捻った第二伝熱管を内包した第一伝熱管を第一流体が外周から中心に向かって流れる平面渦巻き状の内巻部と、第一流体が中心から外周に向かって流れる平面渦巻き状の外巻部とを備えることによって、高密度に第一伝熱管を収納することができ、熱交換性能のよいコンパクトな低コスト低圧力損失の熱交換装置を提供することができる。
【００１４】
第２の発明は、特に、第１の発明の熱交換装置において、内巻部と外巻部とを交互して積層したものである。本実施の形態によれば、内巻部と外巻部とを交互して積層することによって、高密度なレイアウトで、連通した第一伝熱管及び第二伝熱管の通路を形成することができるため、コンパクト性のよい熱交換装置を提供することができる。
【００１５】
第３の発明は、特に、第１または第２の発明の熱交換装置において、外巻部での第一流体の渦巻き流れ方向は、内巻部での第一流体の渦巻き方向と同一方向であること。本実施の形態によれば、外巻部での第一流体の渦巻き流れ方向は、内巻部での第一流体の渦巻き方向と同一方向であるため、熱交換装置内において、第一流体の渦巻き流れ方向は一つしかないため、急な屈曲部などがなくて、第一流体の流れ圧力損失を最小限に抑えることができる。同様に、第二流体の渦巻き流れ方向も一つしかなく、急な曲がり箇所などがなくて、第二流体の圧力損失も最小限に抑えることができる。
【００１６】
第４の発明は、特に、第１〜３のいずれか一つの発明の熱交換装置において、第一伝熱管が異なる管径の大管径管段と小管径管段とを備え、大管径管段は外巻部に配置したことである。本実施の形態によれば、管径の大きい大管径管段の第一伝熱管を備えることで、大管径管段の第一伝熱管部分において、第一流体の流れる断面積を大きくすることができるため、第一流体のスケール析出による流路閉塞を考慮した安全性、耐久性のよい熱交換装置を提供することができる。また、第一伝熱管の大管径管段を外巻部に位置させることによって、渦巻きの中心から外周に向かって流れる第一流体は次第に大管径管段を流れるとともに、第一伝熱管のストレート部の長さも増えてくるので、よりスケール耐久性のよい熱交換装置を提供することができる。
【００１７】
第５の発明は、特に、第４の発明の熱交換装置において、第一伝熱管の大管径管段と小管径管段とは異径連通部によって連通され、この異径連通部に対応する第二伝熱管部分においては、繋ぎ目のないことである。本実施の形態によれば、第一伝熱管内に内包され、第一流体の旋回流路中に配置される第二伝熱管は、継目がないため、第一流体と触れるのは第二伝熱管の管表面だけで、第一流体に対する耐食性と熱交換装置全体の信頼性を向上させることができる。
【００１８】
また、異径連通部に対応する第二伝熱管部分において、繋ぎ目がなく、一本ものであることによって、第一伝熱管の異径連通部においての接続作業は第一伝熱管のみでよいので、作業利便性が向上するとともに、繋ぎなどによる圧力損失の増加などをなくすことができる。
【００１９】
また、第二伝熱管は継目がなく、一本ものであるため、螺旋状に捻る作業などの効率がよくなり、繋ぎ作業などは要らなくなり、作業性をアップさせることができる。
【００２０】
第６の発明は、特に、第１〜５のいずれか一つの発明の熱交換装置において、第二伝熱管を内管と外管とよって構成される二重管とすることである。本実施の形態によれば、第二伝熱管を二重管とすることによって、内管もしくは外管のどちらか一方が破損した場合でも、内管を流れる第二流体と第一伝熱管を流れる第一流体との間に、漏洩用溝を設けたため、第一流体と第二流体が混じりあうのを防止できるとともに、早期故障診断と迅速な修理を実現でき、信頼性の高い熱交換装置を提供することができる。また、この二重構成の第二伝熱管は捻られているので、内管と外管とはより密着するようになり、内管と外管の間の熱抵抗が小さくなり、熱交換装置の熱交換性能を確保することができる。
【００２１】
第７の発明は、特に、圧縮機と放熱器と減圧器と吸熱器などから構成する冷媒圧力が臨界圧力以上となるヒートポンプサイクル装置を備え、放熱器として第１〜６のいずれか一つの発明の熱交換装置を用い、第二流体の冷媒が第一流体を加熱するものである。本実施の形態によれば、第二伝熱管を流れる第二流体を臨界圧力以上のヒートポンプサイクルの冷媒とし、その冷媒の放熱を用いて第一流体を加熱することによって、冷媒の圧力損失を抑え、高いサイクル成績効率を実現することができる。また、臨界圧力以上とすることによって、必要な高温度レベルまで第一流体を効率的に加熱できる。このように、コンパクトな高効率の熱交換装置をヒートポンプサイクルの放熱器として使用することによって、高効率なサイクル装置を実現することができる。
【００２２】
第８の発明は、特に、第７の発明のヒートポンプサイクル装置おいて、第二伝熱管を流れる第二流体は二酸化炭素冷媒としたものである。本実施の形態によれば、管径の小さい第二伝熱管内に超臨界圧力の二酸化炭素冷媒を流すことによって、第一伝熱管の管壁は比較的薄い肉厚で設計できるとともに、二酸化炭素冷媒の管内熱伝達特性を損なうことなく、低重量、コンパクト、高性能な熱交換装置を提供することができる。また、例えば第一流体を水とすることによって、第二伝熱管外周の全周が有効伝熱面積として寄与し二酸化炭素冷媒の熱をもって、水を加熱することができ、高効率な給湯装置を提供することができる。
【００２３】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施形態における熱交換装置の収納状態を示す熱交換装置構成図である。図１の（ａ）は同熱交換装置の平面図で、図１の（ｂ）は同熱交換装置の側面図である。図２は図１に示すＡ−Ａ平面における同熱交換装置部分の構成図、図３は図１に示すＢ−Ｂ平面における同熱交換装置部分の構成図で、図４は図１に示すＣ−Ｃ平面における同熱交換装置部分の構成図で、図５は同熱交換装置の要部拡大図、図６は第二伝熱管の断面図、図７は同熱交換装置を用いたヒートポンプサイクル装置構成図である。
【００２４】
図１において、２０ａ、２０ｂは例えば第一流体の水が流れる管径の異なる第一伝熱管で、その中、２０ａは管径が２０ｂより小さくて小管径管段で、２０ｂは管径が２０ａより大きくて大管径管段である。２１はこの第一伝熱管２０ａと２０ｂとを連通させる異径連通部で、この異径連通部２１によって、小管径管段の第一伝熱管２０ａと大管径管段の第一伝熱管２０ｂとは連通されている。２２ａ、２２ｂはこの第一伝熱管２０ａ、２０ｂ内に内包され例えば第二流体の二酸化炭素冷媒が流れる第二伝熱管（詳細後述）、Ａ−Ａは第一伝熱管２０ａの部分が平面渦巻き状に巻かれ収納する第一平面、Ｂ―Ｂは同じく第一伝熱管２０ａの部分が平面渦巻き状に巻かれ収納する第二平面である。Ｃ−Ｃは第一伝熱管２０ｂの部分が平面渦巻き状に巻かれ収納する第三平面である。２３は第二伝熱管２２ａ、２２ｂと連通し第二流体が流入する入口ヘッダー、２４は第二伝熱管２２ａ、２２ｂと連通し第二流体が流出する出口ヘッダーで、第二伝熱管２２ａと２２ｂはそれぞれ、入口ヘッダー２３と出口ヘッダー２４の間にある部分においては、継目がなく一本構成となっている。２５は入口ヘッダー２３に対応する第一流体が流出する出湯部、２６は出口ヘッダー２４に対応する第一流体が流入する入水部である。
【００２５】
図２〜図４において、Ｗは第一伝熱管２０ａと２０ｂを流れる第一流体の流れ方向を示すものである。図１〜図４に示すように、第二伝熱管２２ａと２２ｂを内包した第一伝熱管の一部はＡ−Ａ断面にて平面渦巻きされ、外巻部Ｍを形成した後、Ｂ−Ｂ断面でさらに平面渦巻きされ、内巻部Ｎを形成し、そしてさらにＣ−Ｃ断面で平面渦巻きされ外巻部Ｆを形成した構成になっている。そして、Ａ−Ａ断面の外巻部ＭとＢ−Ｂ断面の内巻部ＮとＣ−Ｃ断面の外巻部Ｆにおける第一伝熱管部分の第一流体の渦巻き流れ方向Ｗは同様である。
【００２６】
図５において、第一伝熱管２０ａ内に、二本の第二伝熱管２２ａと２２ｂはお互いに密接しながら、所定のピッチで螺旋状に捻られている。２７はこの第二伝熱管２２ａ、２２ｂの外壁と第一伝熱管２０ａの内壁の間に、第二伝熱管２２ａと２２ｂのねじりによって、自然に形成される螺旋状の第一流体例えば水の流路である。
【００２７】
図６において、２８は第二伝熱管２２ａ、または２２ｂを構成する外管、２９は第二伝熱管２２ａ、または２２ｂを構成する内管で、この外管２８の内壁と内管２９の外壁とを密着させることによって、第二伝熱管２２ａ、２２ｂは二重管構造となっている。３０は外管２８の内壁側にある漏洩用溝で、外管２８の内壁と内管２９の外壁の間に漏洩した流体を第二伝熱管の端部へ導く構成となっている。
【００２８】
図７において、圧縮機３１、放熱器３２、減圧手段３３、吸熱器３４が冷媒循環回路により閉回路に接続されている。冷媒循環回路は、例えば炭酸ガス（ＣＯ２）を冷媒として使用し、高圧側の冷媒圧力が冷媒の臨界圧以上となる超臨界ヒートポンプサイクルを使用している。そして圧縮機３１は、内蔵する電動モータ（図示せず）によって駆動され、吸引した冷媒を臨界圧力まで圧縮して吐出する。減圧手段３３はステッピングモータ（図示せず）により駆動する絞り弁で、冷媒流路抵抗を制御している。
【００２９】
放熱器３２は冷媒流路と、その冷媒流路と熱交換を行う水流路を備える。そして、この放熱器３２は前述の熱交換装置を用い、冷媒流路は第二伝熱管２２ａ、２２ｂとし、水流路は第一伝熱管２０ａ、２０ｂの内壁と第二伝熱管２２ａ、２２ｂの外壁との間の流路２７としている。このように、前述熱交換装置の第二伝熱管の入口ヘッダー２３は圧縮機３１からの冷媒循環回路部分と接続し、出口ヘッダー２４は減圧器３３への冷媒循環回路部分と連通するように接続されている。そして、この第二伝熱管の冷媒流路の流れ方向は水流路の流れ方向とを対向としている。
【００３０】
この水流路２７に水または予温水を供給する給水管３５と、水流路２７から出湯される湯を貯湯タンク３６へ通水させるための給湯回路３７が接続されている。そして、給水管３５は前述の熱交換装置の入水部２６と接続し、前述の熱交換装置の出湯部２５は給湯回路３７と連通している。３８は給水管３５に設けた水または予温水を輸送する積層ポンプである。このように、貯湯タンク３６から水または予温水が積層ポンプ３８に輸送され、水流路２７で所定温度まで加熱された後、貯湯タンク３６へ輸送され貯留されるようになっている。そして、３９は貯湯タンク３６と連通する出湯管である。
【００３１】
次に動作、作用を説明すると、給水管３５を通じて水または予温水が貯湯タンク３６から供給されると、圧縮機３１が起動し、冷媒を高温高圧の臨界状態まで圧縮し、ヒートポンプサイクルが作動する。
【００３２】
そして、圧縮機３１から吐出される高温高圧の冷媒ガスは放熱器３２へ流入し、水流路２７を流れる水を加熱する。そして、加熱された水は給湯回路３７を経て貯湯タンク３６へ流れ貯留される、いわゆる積層沸き上げを行う。一方、放熱器３２で冷却された冷媒は減圧手段３３で減圧されて吸熱器３４に流入し、ここで大気熱、太陽熱、地中熱など自然エネルギーを吸熱して蒸発ガス化し、圧縮機３１に戻る。
【００３３】
そして、給湯需要のある時、給湯管３９を通じて貯湯タンク３６内に貯湯される湯がユーザーの使用する給湯蛇口（図示せず）などへ供給される。給湯需要の温度レベルに応じて、途中で水道水などとミキシングして所定の温度となり供給することもできる。
【００３４】
放熱器３２において、放熱器３２の冷媒流路第二伝熱管２２ａ、２２ｂを流れる冷媒は、圧縮機３１で臨界圧力以上に加圧されているので、放熱器３２の水流路２７を流れる水により熱を奪われて温度低下しても凝縮することがない。したがって放熱器３２全域で冷媒と水とに温度差を形成しやすくなり、高温の湯が得られ、かつ熱交換効率を高めることができ、高効率なヒートポンプサイクル式給湯装置を提供することができる。
【００３５】
そして、螺旋状に捻れた複数本の第二伝熱管２２ａと２２ｂを第一伝熱管２０ａと２０ｂ内に配置することによって、第一伝熱管の内壁と複数本の第二伝熱管２２ａと２２ｂの外壁との間に、自然に螺旋状の第一流体の流路２７が形成されるとともに、第二流体も螺旋状に旋回されるため、第一流体と第二流体ともに乱流化され、第一伝熱管２０ａと２０ｂを流れる第一流体と第二伝熱管２２ａと２２ｂを流れる第二流体とは効率よく熱交換でき、熱交換性能のよい熱交換装置を得られる。
【００３６】
そして、このようなの熱交換性能のよい熱交換装置を放熱器３２として用いることによって、ヒートポンプ給湯装置の圧縮機３１の吐出冷媒圧力上昇を抑えることができ、ヒートポンプ給湯装置のサイクル成績係数を高めることができる。また、第二伝熱管２２ａ、２２ｂを流れる冷媒の圧力損失を小さく抑えることができるため、例えば同一外気温、同一能力、同一給水温度など同条件の下で、圧縮機３１から吐出した冷媒の圧力を抑えることができ、圧縮機３１の圧縮比を小さくて済み、より高効率のヒートポンプサイクルの成績係数が得られる。
【００３７】
そして、外巻部Ｍと内巻部Ｎと外巻部Ｆとを交互して積層することによって、高密度なレイアウトで、連通した第一伝熱管及び第二伝熱管の通路を形成することができるため、コンパクト性のよい熱交換装置が提供できるとともに、ヒートポンプ給湯装置全体のコンパクトが図れる。
【００３８】
そして、外巻部Ｍ、Ｆの第一流体の渦巻き流れ方向Ｗは、内巻部Ｎでの第一流体の渦巻き方向Ｗと同一方向であることによって、熱交換装置内において、第一流体の渦巻き流れ方向は一つしかないため、急な屈曲部などがなくて、第一流体の流れ圧力損失を最小限に抑えることができる。よって、第一流体の水を駆動する積層ポンプ３８の出力を抑えることができ、必要消費電力低減によってヒートポンプサイクル給湯装置全体の効率をアップさせることができる。また、同様に、第二流体の渦巻き流れ方向も一つしかなく、急な曲がり箇所などがなくて、第二流体の圧力損失も最小限に抑えることができる。よって、第二流体の冷媒の圧力損失を抑えることによって、圧縮機の吐出圧力を低くすることができ、ヒートサイクルの成績係数を高めることができる。
【００３９】
そして、第一伝熱管が異なる管径の大管径管段２０ｂと小管径管段２０ａとを備え、大管径管段２０ｂは外巻部Ｆに配置することによって、大管径管段２０ｂの第一伝熱管部分において、第一流体の流れる断面積を大きくすることができるため、第一流体のスケール析出による流路閉塞を考慮した安全性、耐久性のよい熱交換装置を提供することができる。また、第一伝熱管の大管径管段２０ｂを外巻部Ｆに位置させることによって、渦巻きの中心から外周に向かって流れる第一流体は次第に大管径の管段を流れるとともに、第一伝熱管のストレート部の長さも増えてくるので、よりスケール耐久性のよい熱交換装置を提供することができる。
【００４０】
そして、第一伝熱管２０ａと２０ｂ内に内包され、第一流体の旋回流路中に配置される第二伝熱管２２ａと２２ｂは、継目がないため、第一流体と触れるのは第二伝熱管２２ａまたは２２ｂの管表面だけで、第一流体に対する耐食性と熱交換装置全体の信頼性を向上させることができる。また、異径連通部２１に対応する第二伝熱管部分において、繋ぎ目がなく、一本ものであることによって、第一伝熱管の異径連通部２１においての接続作業は第一伝熱管のみでよいので、作業利便性が向上するとともに、繋ぎなどによる圧力損失の増加などをなくすことができる。
【００４１】
そして、第二伝熱管２２ａと２２ｂを二重管とすることによって、二重管の内管２９もしくは外管２８のどちらか一方が破損した場合でも、内管２９を流れる第二流体の冷媒と第一伝熱管を流れる第一流体の水との間に、漏洩用溝３０を設けたため、第一流体と第二流体が混じりあうのを防止できるとともに、早期故障診断と迅速な修理を実現でき、信頼性の高い熱交換装置を提供することができる。また、この二重構成の第二伝熱管２２ａと２２ｂはお互いに密着するように捻られているので、内管２９と外管２８とより密着するようになり、内管と外管の間の熱抵抗が小さくなり、熱交換装置の熱交換性能を確保することができる。
【００４２】
また、第二伝熱管２２ａと２２ｂを螺旋状に捻ることによって、ロウ付けなどを施する必要がなく、第二伝熱管２２ａと２２ｂの全表面を伝熱面積として寄与させるとともに、第二流体と第一流体を旋回流とし、乱流撹乱の効果で熱伝達率の向上を図れ、低コストの熱交換装置を得られる。この低コストの熱交換装置を用いることで、ヒートポンプ給湯装置全体のコストダウンの効果も得られる。
【００４３】
また、第二伝熱管２２ａ、２２ｂは第一伝熱管２０ａと２０ｂ内に配置されていることによって、第一伝熱管２０ａと２０ｂの表面は連続平滑曲面なので、曲げる時、特別な冶具と設備などを要らず、通常のパイプベンダーなどで作業できるので、加工コストと設備投資を抑えることができる。
【００４４】
また、第二伝熱管２２ａ、２２ｂは管同士が密着しながら螺旋状に捻られて第一伝熱管２０ａと２０ｂ内に配置されることによって、第一伝熱管２０ａまたは２０ｂを曲げる際に、捻った第二伝熱管２２ａと２２ｂは管内芯がねの作用を働き、より小さな曲げ半径で第一伝熱管２０ａまたは２０ｂを曲げることができるので、コンパクト性の高い熱交換装置を提供することができる。
【００４５】
このように、螺旋状に捻った第二伝熱管２２ａと２２ｂを内包した第一伝熱管はＡ−Ａ平面にて平面渦巻きされ、外巻部Ｍを形成した後、さらにＢ−Ｂ平面にて平面渦巻きされ、内巻部Ｎを形成し、さらにＣ−Ｃ平面にて平面渦巻きされて熱交換装置を構成することによって、高密度に第一伝熱管を収納することができ、熱交換性能のよいコンパクトな低コスト低圧力損失の熱交換装置とそれを用いたヒートポンプ給湯装置を提供することができる。
【００４６】
なお、上記実施１の形態において、管径の異なる第一伝熱管２０ａ、２０ｂを用いたが、同一管径の第一伝熱管２０ａのみを用いて、例えばスケールが析出しない環境で使用しても同様な効果が得られる。
【００４７】
また、上記実施１の形態において、第二伝熱管を２本としたが、２本以上例えば３本を捻った場合でも同様な効果が得られる。
【００４８】
また、上記実施１の形態において、第二流体は自然冷媒炭酸ガスとしたが、その他の冷媒、例えばＲ４１０、ＨＣ（ハイドロカーボン）冷媒などを用いても同様な効果が得られる。
【００４９】
また、上記実施１の形態において、ヒートポンプサイクル式給湯装置で用いた熱交換装置としたが、その他の用途で熱交換装置として用いても、同様な効果が得られる。
【００５０】
さらに、上記実施１の形態において、水流路で加熱された湯は貯湯タンクに貯留するとしたが、直接ユーザーが使用する給湯端末例えばシャワー蛇口などへ流れても同様な効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
以上のように、本発明にかかる熱交換装置及びそれを用いたヒートポンプサイクル装置は、熱交換性能のよい低コストなおかつ低圧力損失、コンパクトな熱交換装置を提供することができ、それをヒートポンプサイクル給湯装置で用いると、高効率なヒートポンプ給湯装置が得られる。その他、幅広く熱交換、熱搬送などの用途にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】（ａ）本発明の実施の形態１における熱交換装置の収納状態を示す熱交換装置の平面図（ｂ）同熱交換装置の側面図
【図２】（ａ）図１のＡ−Ａ平面（外巻部）の平面図（ｂ）図１のＡ−Ａ平面（外巻部）の側面図
【図３】（ａ）図１のＢ−Ｂ平面（内巻部）の平面図（ｂ）図１のＢ−Ｂ平面（内巻部）の側面図
【図４】（ａ）図１のＣ−Ｃ平面（外巻部）の平面図（ｂ）図１のＡ−Ａ平面（外巻部）の側面図
【図５】本発明の実施の形態１における熱交換装置の要部拡大横断面図
【図６】本発明の実施の形態１における熱交換装置の第二伝熱管の縦断面図
【図７】本発明の実施の形態１における熱交換装置を用いたヒートポンプ給湯装置構成図
【図８】従来の熱交換装置の構成図
【符号の説明】
【００５３】
２０ａ  第一伝熱管（小管径管段）
２０ｂ  第一伝熱管（大管径管段）
２２ａ、２２ｂ  第二伝熱管
２８  外管
２９  内管
３０  漏洩用溝
３１  圧縮機
３２  放熱器
３３  減圧器
３４  吸熱器
Ｍ、Ｆ  外巻部
Ｎ  内巻部
【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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