(57)【要約】【課題】内パイプとねじれ板とを固定して熱交換器使用時のねじれ板の振動を確実に防止すると共に、内パイプの耐食性を向上して寿命を延長することができる熱交換器を提供する。【解決手段】熱交換器（冷媒対水用熱交換器２２）を、外パイプ４２と、この外パイプ４２内に所定の間隔を存して配設された内パイプ４４とから構成する。内パイプ４４内に長手方向に渡って螺旋状のねじれ板４６を挿入する。内パイプ４４を縮径して、ねじれ板４６の螺旋状の外縁全体を、内パイプ４４内面に圧接固定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外パイプと、この外パイプ内に所定の間隔を存して配設された内パイプとから構成され、前記内パイプ内を流れる熱媒体と当該内パイプと前記外パイプ間を流れる熱媒体とを熱交換させる熱交換器において、
前記内パイプ内に長手方向に渡って挿入された螺旋状のねじれ板を備え、該ねじれ板は、螺旋状の外縁全体が前記内パイプ内面に圧接固定されていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項２】
前記ねじれ板には透孔が形成されてい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】
外パイプと、この外パイプ内に所定の間隔を存して配設された内パイプとから構成され、前記内パイプ内を流れる熱媒体と当該内パイプと前記外パイプ間を流れる熱媒体とを熱交換させる熱交換器の製造方法であって、
前記内パイプ内に長手方向に渡って螺旋状のねじれ板を挿入し、前記内パイプを縮径することにより、当該ねじれ板を前記内パイプ内に固定することを特徴とする熱交換器の製造方法。
【請求項４】
前記内パイプを加熱して拡径した後、前記ねじれ板を当該内パイプ内に挿入し、その後、該内パイプを冷却して縮径することにより、前記ねじれ板を前記内パイプ内に固定することを特徴とする請求項３に記載の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、外パイプと、この外パイプ内に所定の間隔を存して配設された内パイプとから構成された熱交換器及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来外パイプと、この外パイプ内に所定の間隔を存して配設された内パイプとから構成された二重配管式の熱交換器は、外パイプと、この外パイプ内に所定の間隔を存して配設された内パイプとから構成されている。そして、内パイプ内を流れる熱媒体と当該内パイプと前記外パイプ間を流れる熱媒体とを熱交換させることにより熱交換器を構成していた。このような熱交換器の熱交換効率を向上させる方法が提案されている。
【０００３】
即ち、熱交換器の熱交換効率を向上させる方法は、内パイプ内に長手方向に渡って所定のピッチで螺旋状に捻られたねじれ板を挿入し、内パイプ内の一端から他端まで熱媒体が流れる距離を延長させている。このように内パイプ内にねじれ板を挿入することにより、内パイプ内を流れる熱媒体の流速を速くすると共に乱流にして同一径、同一長さの内パイプを用いた熱交換器の熱交換効率を向上していた。これにより、ねじれ板を挿入していない内パイプに対して、ねじれ板を挿入した内パイプは熱交換効率が２４０〜２６０％向上していた。
【０００４】
また、ねじれ板を挿入した内パイプを用いた熱交換器の熱交換効率を更に向上させる方法も開示されている。この場合、内パイプとねじれ板とを溶接固定（この場合、一般的な溶接としてはロー材と母材の２種類の異種金属によりロー付け溶接固定していた）。することにより更に伝熱性を向上させているが、内パイプとねじれ板とを溶接固定した熱交換器は、内パイプ内にねじれ板を挿入した場合の熱伝達率（２４０〜２６０％向上）に対して８〜１１％の向上していた（非特許文献１参照）。
【非特許文献１】著作者＝安西敏浩、井手正治、他２名、文献の名前＝空気・空気熱交換器の伝熱性能向上に関する研究（第３２〜３４頁参照）、発行所＝足利工業大学：総合研究センター年報：第７号。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、熱交換器の熱交換効率を向上させるために内パイプとねじれ板との溶接固定は、内パイプとねじれ板とを構成する金属に対して異種金属が使用されていた。この場合、特に給湯器などに用いられる熱交換器では内パイプと外パイプ間に水を流すため、溶接箇所が腐食し易くなり、熱交換器の寿命が短縮されてしまうという問題があった。
【０００６】
また、挿入したねじれ板は内パイプの外側からは視認することができない。この場合、内パイプと挿入したねじれ板との溶接固定が困難であり、内パイプとねじれ板とを確実に溶接固定することができない。このため、熱交換効率が高い内パイプ内にねじれ板を挿入した熱交換器の普及率が低迷している一因になっていた。
【０００７】
また、内パイプとねじれ板とを確実に溶接固定できないと、熱交換器の使用時、ねじれ板が振れて内パイプに接触したり離れたりする。このため、熱交換器から騒音が発生してしまうと共に、長期間使用するとねじれ板の振動により内パイプが損傷してしまうという問題もあった。
【０００８】
本発明は、係る従来技術の課題を解決するために成されたものであり、内パイプとねじれ板とを固定して熱交換器使用時のねじれ板の振動を確実に防止すると共に、内パイプの耐食性を向上して寿命を延長することができる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】
【０００９】
即ち、本発明の熱交換器は、外パイプと、この外パイプ内に所定の間隔を存して配設された内パイプとから構成され、内パイプ内を流れる熱媒体と当該内パイプと外パイプ間を流れる熱媒体とを熱交換させるもので、内パイプ内に長手方向に渡って挿入された螺旋状のねじれ板を備え、このねじれ板は、螺旋状の外縁全体が内パイプ内面に圧接固定されていることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項２の発明の熱交換器は、上記において、ねじれ板には透孔が形成されていることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項３の発明の熱交換器の製造方法は、外パイプと、この外パイプ内に所定の間隔を存して配設された内パイプとから構成され、内パイプ内を流れる熱媒体と当該内パイプと外パイプ間を流れる熱媒体とを熱交換させるもので、内パイプ内に長手方向に渡って螺旋状のねじれ板を挿入し、内パイプを縮径することにより、当該ねじれ板を内パイプ内に固定することを特徴とする。
【００１２】
また、請求項４の発明の熱交換器の製造方法は、請求項３において、内パイプを加熱して拡径した後、ねじれ板を当該内パイプ内に挿入し、その後、該内パイプを冷却して縮径することにより、ねじれ板を内パイプ内に固定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
以上詳述した如く本発明によれば、外パイプと、この外パイプ内に所定の間隔を存して配設された内パイプとから構成され、内パイプ内を流れる熱媒体と当該内パイプと外パイプ間を流れる熱媒体とを熱交換させるもので、内パイプ内に長手方向に渡って挿入された螺旋状のねじれ板を備え、このねじれ板は、螺旋状の外縁全体が内パイプ内面に圧接固定されているので、従来のように、内パイプとねじれ板とを溶接固定しなくても、当該内パイプとねじれ板とを確実に固定することができる。この場合、従来のように内パイプとねじれ板との固定に、溶接による異種金属を使用していないので、ヒートポンプ給湯器などに熱交換器を用いた場合には、水や湯により内パイプとねじれ板を固定した箇所の耐食性が向上して、腐食してしまうのを確実に防止することが可能となる。従って、熱交換器の寿命を、従来に比較して大幅に延長することができ、当該熱交換器を長期間使用することができるようになる。
【００１４】
また、ねじれ板により内パイプ内壁面を流れる熱媒体の流速を速くすることが可能になり、内パイプ内を流れる熱媒体の流れに乱流を引き起こすことができる。これにより、熱交換器の熱交換効率を大幅に向上させることが可能となる。
【００１５】
特に、内パイプ内に挿入したねじれ板を溶接する場合には、挿入したねじれ板を内パイプの外側からは視認することができないが、内パイプの縮径では挿入したねじれ板を内パイプの外側からは視認することができなくても当該内パイプとねじれ板とを確実に固定することができる。これにより、熱交換効率が高い内パイプ内にねじれ板を挿入した熱交換器の普及率を大幅に向上させることが可能となる。従って、熱交換器の利便性を極めて向上させることができるようになるものである。
【００１６】
また、挿入したねじれ板を内パイプの外側からは視認することができなくても、内パイプを縮径しているので当該内パイプとねじれ板とを確実に固定することができる。特に、内パイプとねじれ板とを確実に固定することができるので、熱交換器の使用時にねじれ板が振動してしまうなどといった不都合を阻止することが可能となる。これにより、従来発生していた熱交換器から騒音を未然に阻止することができる。従って、熱交換器を長期間使用した場合でもねじれ板の振動により内パイプが損傷してしまうなどといった不都合も確実に解消することができる。
【００１７】
また、請求項２の発明によれば、上記において、ねじれ板には透孔が形成されているので、内パイプ内を流れる熱媒体が透孔内を通過するとき、或いは、熱媒体が透孔に接触することにより、熱媒体に乱流を引き起こし易くなる。これにより、例えば、熱交換器の使用状態により当該熱交換器の温度が低くなる方向に制御され、内パイプを流れる熱媒体の流速が遅くなった場合でも、透孔により熱媒体に乱流を引き起こすことができるので熱交換器の熱交換効率を極めて向上させることができる。即ち、熱媒体の流れが層流である場合に、螺旋状のねじれ板で乱流が作れることにより熱交換効率の大幅な向上を図れる効果がある。
【００１８】
また、請求項３の発明によれば、外パイプと、この外パイプ内に所定の間隔を存して配設された内パイプとから構成され、内パイプ内を流れる熱媒体と当該内パイプと外パイプ間を流れる熱媒体とを熱交換させるもので、例えば、内パイプ内に長手方向に渡って螺旋状に形成したねじれ板を挿入した後、内パイプを縮径することにより、当該ねじれ板を内パイプ内に固定するので、例えば、従来のように、内パイプとねじれ板とを溶接固定しなくても、当該内パイプとねじれ板とを確実に固定することができる。これにより、内パイプ内を流れる熱媒体の流速を速くすることが可能になると共に、内パイプ内を流れる熱媒体に乱流を引き起こすことができ、熱交換器の熱交換効率を大幅に向上させることが可能となる。また、内パイプとねじれ板との固定に、異種金属を使用していないので、特に給湯器などに熱交換器を用いた場合には、水や湯により内パイプとねじれ板を固定した箇所の耐食性が向上して、腐食してしまう不都合を防止することが可能となる。従って、熱交換器の寿命を延長することができ、当該熱交換器を長期間使用することができるようになるものである。
【００１９】
また、挿入したねじれ板を内パイプの外側からは視認することができなくても、内パイプを縮径しているので当該内パイプとねじれ板とを確実に固定することができる。特に、内パイプとねじれ板とを確実に固定することができるので、熱交換器の使用時にねじれ板が振動してしまうなどといった不都合を阻止することができる。これにより、従来発生していた熱交換器から発生する騒音を未然に阻止することが可能となる。従って、熱交換器を長期間使用した場合でもねじれ板の振動により内パイプが損傷してしまうなどという不都合も確実に解消することができる。
【００２０】
更に、請求項４の発明によれば、請求項３において、内パイプを加熱して拡径した後、ねじれ板を当該内パイプ内に挿入し、その後、該内パイプを冷却して縮径することにより、ねじれ板を内パイプ内に固定するので、例えば、従来のように、内パイプとねじれ板とを溶接固定しなくても、当該内パイプとねじれ板とを確実に固定することができる。これにより、内パイプ内を流れる熱媒体の流速を速くすることが可能になると共に、内パイプ内を流れる熱媒体に乱流を引き起こすことができ、熱交換器の熱交換効率を大幅に向上させることが可能となる。また、内パイプとねじれ板との固定に、異種金属を使用していないので、特に給湯器などに熱交換器を用いた場合には、水や湯により内パイプとねじれ板を固定した箇所の耐食性が向上し、腐食してしまう不都合を防止することが可能となる。従って、熱交換器の寿命を延長することができ、当該熱交換器を長期間使用することができるようになるものである。
【００２１】
また、挿入したねじれ板を内パイプの外側からは視認することができなくても、内パイプを縮径しているので当該内パイプとねじれ板とを確実に固定することができる。特に、内パイプとねじれ板とを確実に固定することができるので、熱交換器の使用時にねじれ板が振動してしまうなどといった不都合を阻止することができる。これにより、従来発生していた熱交換器から発生する騒音を未然に阻止することが可能となる。従って、熱交換器を長期間使用した場合でもねじれ板の振動により内パイプが損傷してしまうなどという不都合も確実に解消することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明は、内パイプ内に長手方向に渡って挿入された螺旋状のねじれ板が振動して騒音を発生すると共に、熱交換器を長期間使用した場合でも振動によってパイプが損傷してしまうのを防止することを主な特徴とする。内パイプとねじれ板とが振動してしまうのを防止し、且つ、熱交換器を長期間使用することによるパイプの損傷を防止するため、内パイプを縮径することにより内パイプ内面に螺旋状に形成されたねじれ板の外縁全体を固定することで実現した。
【実施例１】
【００２３】
以下、本発明の一実施の形態を説明する。図１は本発明の熱交換器を備えたヒートポンプ給湯器１０の冷媒回路図、図２は本発明の熱交換器の平面図、図３は同図２の熱交換器の正面図、図４は同図２の熱交換器の側面図、図５は本発明の熱交換器を構成するねじれ板４６の正面図をそれぞれ示している。
【００２４】
図１に示すように、本発明の熱交換器を備えたヒートポンプ給湯器１０は、熱源側の冷媒回路ＬＡ（図中上側）と、給湯側の給湯回路ＷＢ（図中下側）とから構成されている。該ヒートポンプ給湯器１０は、例えば、圧縮機として二酸化炭素（ＣＯ2）ガスを冷媒とする内部中間圧型多段圧縮機（以降コンプレッサ２０と称す）を備えており、このコンプレッサ２０の出口側には冷媒用配管２０Ａの一端が接続され、この冷媒用配管２０Ａの他端は、冷媒と水との熱交換を行う冷媒対水用熱交換器２２（本発明の熱交換器に相当）の入口側に接続されている。
【００２５】
該冷媒対水用熱交換器２２の出口側には冷媒用配管２２Ａの一端が接続され、この冷媒用配管２２Ａの他端は減圧装置２４の入口側に接続されている。減圧装置２４の出口側には冷媒用配管２６Ａの一端が接続され、この冷媒用配管２６Ａの他端は送風ファン２８を備えた蒸発器２６の入口側に接続されている。そして、蒸発器２６の出口側には冷媒用配管２６Ｂの一端が接続され、この冷媒用配管２６Ｂの他端がコンプレッサ２０の入口側に接続されて環状の冷媒回路ＬＡが構成されている。この冷媒回路ＬＡには、二酸化炭素冷媒（本発明の内パイプ４４内を流れる熱媒体に相当）が所定量封入されている。尚、コンプレッサ２０、冷媒対水用熱交換器２２、減圧装置２４、蒸発器２６、送風ファン２８等はヒートポンプユニット（図示せず）内に収容されている。
【００２６】
また、前記冷媒対水用熱交換器２２の出口側には給湯用配管２２Ｂの一端が接続されており、この給湯用配管２２Ｂの他端は循環ポンプ３０に接続されている。循環ポンプ３０の出口側には給湯用配管３０Ａの一端が接続され、この給湯用配管３０Ａの他端は貯湯タンク３２の入口側に接続されている。貯湯タンク３２の出口側には給湯用配管３２Ａの一端が接続されており、この給湯用配管３２Ａの他端が冷媒対水用熱交換器２２の入口側に接続されて給湯回路ＷＢが構成されている。
【００２７】
冷媒対水用熱交換器２２には水温検出センサ３４が設けられており、この水温検出センサ３４は当該冷媒対水用熱交換器２２の水入口側近傍に設けられている。この水温検出センサ３４は、貯湯タンク３２から冷媒対水用熱交換器２２に供給される入水温度の検出を行う。また、冷媒対水用熱交換器２２には湯温検出センサ３６が設けられており、この湯温検出センサ３６は当該冷媒対水用熱交換器２２の湯出口側近傍に設けられている。この湯温検出センサ３６は、冷媒対水用熱交換器２２で熱交換され加熱された出湯温度の検出を行う。尚、水温検出センサ３４及び湯温検出センサ３６の取り付け位置は後に詳しく説明する。
【００２８】
一方、ヒートポンプ給湯器１０には、図示していないが当該ヒートポンプ給湯器１０の運転を制御するためのメモリやタイマを備えた汎用マイクロコンピュータからなる制御装置を備えている。この制御装置は、室内に設置されているコントローラーで設定された温度と、前記湯温検出センサ３６で検出された湯温度が等しくなるようにコンプレッサ２０の運転周波数、減圧装置２４の開度、循環ポンプ３０の回転数、及び、送風ファン２８の回転数等を制御する。尚、循環ポンプ３０、貯湯タンク３２及び制御装置等はタンクユニット（図示せず）内に収容されている。
【００２９】
該ヒートポンプ給湯器１０では、コンプレッサ２０より吐出された高温・高圧のガス冷媒は冷媒用配管２０Ａから冷媒対水用熱交換器２２に流入する。そして、冷媒対水用熱交換器２２で水道配管３７から水が流入（図中矢印Ａ）し、貯湯タンク３２を通じて循環ポンプ３０にて水道水が冷媒対水用熱交換器２２に供給され加熱される。尚、３７は水道配管で、貯湯タンク３２内の湯が使用され少なくなった場合、この水道配管３７から貯湯タンク３２内に水道水が導入される。また、３８は給湯配管で、冷媒対水用熱交換器２２にて所定の温度に加熱された貯湯タンク３２内の湯がこの給湯配管３８から各使用箇所に給湯される。また、ヒートポンプ給湯器１０は、循環ポンプ３０にて冷媒対水用熱交換器２２と貯湯タンク３２に水を循環させながら加熱するものであっても差し支えない。
【００３０】
該冷媒回路ＬＡに封入された二酸化炭素冷媒は、凝縮域がなく超臨界域で熱交換されることになるため、冷媒温度は冷媒対水用熱交換器２２内で緩やかに低下する。そして、冷媒は減圧装置２４にて減圧された後蒸発器４に流入し、ここで送風ファン２８による外気の送風により大気中の熱を吸熱して蒸発ガス化されてコンプレッサ２０へ戻る循環が繰り返される。
【００３１】
他方、前記給湯回路ＷＢ内の水（後述する本発明の内パイプ４４と外パイプ４２間を流れる熱媒体に相当）は、冷媒対水用熱交換器２２で加熱されることにより温度が上昇して湯となり、前記貯湯タンク３２の上部に流入して、この貯湯タンク３２内に一時貯湯される。そして、貯湯タンク３２に貯湯された湯は必要に応じて給湯配管３８から利用部へ供給される。尚、二酸化炭素を冷媒とするコンプレッサ２０を備えたヒートポンプ給湯器１０にて水を加熱して湯とする技術については、従来より周知の技術であり、詳細な説明を省略する。
【００３２】
ここで、冷媒対水用熱交換器２２は、図２、図３、図４に示すように肉厚約０．５０ｍｍ、直径（外径）約１６．００ｍｍ、長さ約２１０ｍｍのステンレス製の外パイプ４２と、この外パイプ４２の内側に所定の間隔を存して配設され、肉厚約０．５０ｍｍ、直径（外径）約８．００ｍｍ、長さ約２９０ｍｍの内パイプ４４とからなる二重配管にて構成されている。該二重配管式熱交換器（冷媒対水用熱交換器２２）においては、ヒートポンプ給湯器１０の給湯回路ＷＢ内の常温水（以降水と称す）と、冷媒回路ＬＡの、高温の二酸化炭素冷媒とを熱交換して、水を加熱できるように構成されている。
【００３３】
外パイプ４２の一側にはスリーブ４２Ａ、他側にはスリーブ４２Ｂが設けられており、スリーブ４２Ａ内は内パイプ４４と外パイプ４２との間を通りスリーブ４２Ｂ内に連通している。両スリーブ４２Ａ、４２Ｂは、外パイプ４２と同じ金属（ステンレス製）にて構成されており、それぞれ外パイプ４２と同じ金属にて溶接固定される。尚、外パイプ４２は合成樹脂にて構成しても良く、この場合外パイプ４２の内径は内パイプ４４外径の約２倍程度に構成される。尚、冷媒対水用熱交換器２２は、外パイプ４２と、この外パイプ４２内に所定の間隔を存して配設された内パイプ４４（内部にねじれ板４６が固定されたねじれ板４６）が複数併設されるが、実施例では説明のため、外パイプ４２と、この外パイプ４２内に所定の間隔を存して配設された内パイプ４４のみ図示している。
【００３４】
係る冷媒対水用熱交換器２２は、内パイプ４４内に高温の二酸化炭素冷媒を流し、内パイプ４４と外パイプ４２間に水を流して、高温の二酸化炭素冷媒と水との熱交換を行えるように構成している。そして、前記給湯回路ＷＢの給湯用配管３０Ｂは、外パイプ４２の一側のスリーブ４２Ａに接続され、給湯用配管３２Ａは外パイプ４２の他側のスリーブ４２Ｂに接続されている。また、冷媒回路ＬＡの冷媒用配管２０Ａは、内パイプ４４の入口側（外パイプ４２のスリーブ４２Ｂ側）に接続され、冷媒用配管２２Ａは内パイプ４４の出口側（外パイプ４２のスリーブ４２Ａ側）に接続される。尚、前記水温検出センサ３４は、スリーブ４２Ａ近傍の給湯用配管３０Ｂ、湯温検出センサ３６は、スリーブ４２Ｂ近傍の給湯用配管３２Ａに取り付けられる。
【００３５】
ここで、内パイプ４４内には冷媒回路ＬＡの高温・高圧のガス冷媒が流れ、外パイプ４２と内パイプ４４との間の隙間に対向流の形で給湯回路ＷＢの水が流れることにより、高温の二酸化炭素冷媒と熱交換して水が加熱されるが、従来例で示した如き内パイプ４４内を流通するガス冷媒の流速を速くすることにより、冷媒対水用熱交換器２２の熱交換効率は向上する。即ち、内パイプ４４内には、当該内パイプ４４の長手方向に渡って螺旋状に形成したねじれ板４６を挿入して内パイプ４４内を流通するガス冷媒の流速を速くしている。
【００３６】
該ねじれ板４６は、図５に示すように肉厚約１．０ｍｍ、幅約７．０ｍｍ、長さ約２５０ｍｍに構成されると共に、ねじれピッチ約１０．０ｍｍで時計方向、若しくは、反時計方向に螺旋状にねじられている。このねじれ板４６は、ピッチ約１０．０ｍｍにねじられた状態で、当該ねじれ板４６の外縁全体が内パイプ４４内面に略接する端外縁にて構成されている。これによって、内パイプ４４内にはねじれ板４６の両面に螺旋状の冷媒通路が形成される。
【００３７】
また、ねじれ板４６には、内パイプ４４内を流れる二酸化炭素冷媒に乱流を引き起こすための円形の透孔４８が複数形成されている。これら複数の透孔４８は、ねじれ板４６を貫通し、当該ねじれ板４６の両面に連通している。また、透孔４８は、一つのねじれピッチに対して２個の透孔４８が形成されている。そして、内パイプ４４は、ねじれ板４６が挿入された状態で、当該内パイプ４４が中心方向に圧接される。これにより、内パイプ４４が縮径されて、ねじれ板４６の端縁が内パイプ４４内面に当接すると共に、内パイプ４４とねじれ板４６の外縁全体（ねじれ板４６の長手方向両端ではなくて、ねじれている箇所の両端全体）とが密着して強固に固定される。
【００３８】
即ち、内パイプ４４内を流れる二酸化炭素冷媒が透孔４８内を通過、或いは、透孔４８に接触することにより、当該二酸化炭素冷媒に乱流を引き起こす。これにより、冷媒対水用熱交換器２２の使用状態により、内パイプ４４を流れる二酸化炭素冷媒の流速が遅くなるように制御された場合などでも、冷媒対水用熱交換器２２の熱交換効率が低下しないように構成されている。
【００３９】
次に、上述のように構成された内パイプ４４の製造方法を、図６を参照して説明する。即ち、内パイプ４４内にねじれ板４６が挿入された状態で、内パイプ４４は第１のローラ５２と第２のローラ５４と第３のローラ５６と第４のローラ５８とを備えた圧接装置５０にて縮径される。該第１のローラ５２は、一方のローラ５２Ａと他方のローラ５２Ｂとの一対にて構成されており、一方のローラ５２Ａと他方のローラ５２Ｂは外周縁が少許離間させた状態で突き合わされ、当該一方のローラ５２Ａと他方のローラ５２Ｂとの間に、内パイプ４４の外周よりも僅か小径の円形となる空間（図示せず）が形成されている。他の一方と他方のローラ５４Ａ、５４Ｂにて構成される第２のローラ５４と、一方と他方のローラ５６Ａ、５６Ｂにて構成される第３のローラ５６と、一方と他方のローラ５８Ａ、５８Ｂにて構成される第４のローラ５８も第１のローラ５２同様に構成されている。尚、図６の圧接装置５０は、複数のローラのみ図示し、他は図示していない。
【００４０】
そして、第２のローラ５４の一方のローラ５４Ａと他方のローラ５４Ｂとの間に形成された円形空間（以降第２のローラ５４の円形空間と称し、他の第１のローラ５２と第３のローラ５６と第４のローラ５８も同様に円形となる空間を円形空間と称す）は、第１のローラ５２の円形空間よりも少許小径に形成されている。また、第３のローラ５６の円形空間は、第２のローラ５４の円形空間よりも少許小径に形成され、第４のローラ５８の円形空間は、第３のローラ５６の円形空間よりも少許小径に形成されている。
【００４１】
各第１、第２、第３、第４のローラ５２、５４、５６、５８は所定の間隔を存して順次配設されると共に、第１、第２、第３、第４のローラ５２、５４、５６、５８の各円形空間は、当該円形空間の中心が一直線上に配設されている。また、第１のローラ５２（突き合わせた一方のローラ５２Ａと他方のローラ５２Ｂ）の円周方向に対して、第２のローラ５４（突き合わせた一方のローラ５４Ａと他方のローラ５４Ｂ）の円周方向が直交して配設されている。同様に、第２のローラ５４の円周方向に対して第３のローラ５６の円周方向が直交して配設され、第３のローラ５６の円周方向に対して第４のローラ５８の円周方向は直交して配設されている。
【００４２】
そして、各円形空間部が第１のローラ５２側から第４のローラ５８方向に移動するように各第１、第２、第３、第４のローラ５２、５４、５６、５８が回転する。次に、第１のローラ５２の円形空間内に、第２のローラ５４の反対側から予めねじれ板４６が内部に挿入された内パイプ４４が挿入される。これにより、内パイプ４４は第１のローラ５２の空間部で縮径されながら第４のローラ５８方向に移動し、第２のローラ５４、第３のローラ５６、第４のローラ５８を通過する過程で順次圧接されると共に所定寸法縮径されることとなる。
【００４３】
詳しくは、第１のローラ５２を構成する一方のローラ５２Ａと他方のローラ５２Ｂとの間に形成された円形空間内に、第２のローラ５４の反対側からねじれ板４６が挿入された内パイプ４４の一端側から挿入される。これにより、内パイプ４４は、一方のローラ５２Ａと他方のローラ５２Ｂの回転によって第４のローラ５８方向に移動（図中矢印方向）し、１段目の縮径が行われる。１段目の縮径が行われた後、内パイプ４４の一端は第２のローラ５４を構成する一方のローラ５４Ａと他方のローラ５４Ｂとの間に形成された円形空間内に入る。これにより、内パイプ４４は一方のローラ５４Ａと他方のローラ５４Ｂの回転によって第４のローラ５８方向に移動して２段目の縮径が行われる。
【００４４】
そして、２段目の縮径が行われた後、内パイプ４４の一端は第３のローラ５６を構成する一方のローラ５６Ａと他方のローラ５６Ｂとの間に形成された円形空間内に入る。これにより、内パイプ４４は一方のローラ５６Ａと他方のローラ５６Ｂの回転によって第４のローラ５８方向に移動し、３段目の縮径が行われる。更に、３段目の縮径が行われた後、内パイプ４４の一端は第４のローラ５８を構成する一方のローラ５８Ａと他方のローラ５８Ｂとの間に形成された円形空間内に入る。
【００４５】
これにより、内パイプ４４は、一方のローラ５８Ａと他方のローラ５８Ｂの回転によって第４のローラ５８を出て、４段目の縮径が終了し、内パイプ４４の一端から他端まで所定の縮径が行われて、内パイプ４４とねじれ板４６とが固定される。即ち、内パイプ４４内に長手方向に渡って螺旋状に形成したねじれ板４６を挿入し、この内パイプ４４を圧接装置５０にて縮径することにより、当該螺旋状に形成したねじれ板４６の外縁全体を内パイプ４４内に圧接固定している。
【００４６】
この場合、ねじれ板４６や内パイプ４４の寸法や強度にもよるが、実験では内パイプ４４の縮径以前の外径は約８．００ｍｍ、縮径後の外径は約７．６５ｍｍである。即ち、内パイプ４４は、縮径以前の外径に対して０．３５ｍｍ縮径している。これにより、内パイプとねじれ板とが確実に固定され、内パイプ４４が完成する。尚、複数のローラを備えた圧接装置５０によって内パイプ４４を縮径する技術については、従来より周知の技術であり、詳細な説明を省略する。
【００４７】
そして、完成した内パイプ４４は外パイプ４２内に挿入されると共に、当該外パイプ４２は内パイプ４４の長手方向略中間に位置する。そして、外パイプ４２の両端には、内パイプ４４と同じ金属（ステンレス製）にて構成された隙間保持具６０が挿入され、隙間保持具６０と外パイプ４２、隙間保持具６０と内パイプ４４とが、当該内パイプ４４と同じ金属（ステンレス製）で溶接固定される。これにより、二重配管式の冷媒対水用熱交換器２２（熱交換器）が完成する。尚、隙間保持具６０と内パイプ４４とを、当該内パイプ４４と同じ金属で溶接固定（この場合、溶接固定に異種金属を使用していない）しているので、冷媒対水用熱交換器２２を給湯器などに用いた場合でも、溶接箇所の耐食性が向上（水や湯による耐食性が向上）し、応力解除及び結合状況補完に役立つ。
【００４８】
このように、内パイプ４４内に長手方向に渡って挿入し、螺旋状に形成したねじれ板４６を備え、この螺旋状に形成したねじれ板４６の外縁全体を内パイプ４４内面に圧接固定しているので、従来のように、内パイプ４４とねじれ板４６とを溶接固定しなくても内パイプ４４とねじれ板４６とを確実に固定することができる。この場合、従来のように内パイプ４４とねじれ板４６との固定に、溶接による異種金属を使用していないので、例えばヒートポンプ給湯器１０などに冷媒対水用熱交換器２２を用いた場合には、水や湯により内パイプ４４とねじれ板４６を固定した箇所の耐食性が向上して、腐食してしまう不都合を防止することが可能となる。従って、冷媒対水用熱交換器２２の寿命を、従来に比較して大幅に延長することができ、冷媒対水用熱交換器２２を長期間使用することができるようになる。
【００４９】
また、ねじれ板４６により内パイプ４４内壁面を流れる熱媒体の流速を速くすることが可能になり、内パイプ４４内を流れる熱媒体の流れに容易に乱流を引き起こすことができる。これにより、冷媒対水用熱交換器２２の熱交換効率を大幅に向上させることが可能となる。
【００５０】
特に、内パイプ４４を縮径して、螺旋状に形成したねじれ板４６の外縁全体を内パイプ４４内面に圧接しているので、挿入したねじれ板４６を内パイプ４４の外側からは視認することができなくても、当該内パイプ４４と螺旋状に形成したねじれ板４６の外縁全体を確実に固定することができる。これにより、熱交換効率が高い内パイプ４４内にねじれ板４６を挿入した冷媒対水用熱交換器２２を提供することができる。従って、冷媒対水用熱交換器２２の普及率を大幅に向上させることが可能となると共に、冷媒対水用熱交換器２２の利便性を極めて向上させることができる。
【００５１】
また、内パイプ４４の縮径により、内パイプ４４とねじれ板４６とを確実に固定することができるので、冷媒対水用熱交換器２２の使用時にねじれ板４６が振動してしまうなどといった不都合を阻止することができる。これにより、従来発生していた冷媒対水用熱交換器２２から発生する騒音を未然に阻止することが可能となる。従って、ねじれ板４６の振動により内パイプ４４が損傷してしまうなどという不都合も確実に解消することができる。
【００５２】
また、ねじれ板４６には透孔４８を形成しているので、内パイプ４４内を流れる二酸化炭素冷媒が透孔４８内を通過するとき、或いは、透孔４８に接触することにより、二酸化炭素冷媒に乱流を引き起こし易くなる。これにより、例えば、冷媒対水用熱交換器２２の使用状態により、内パイプ４４を流れる二酸化炭素冷媒の流速が遅くなるように制御された場合などでも、冷媒対水用熱交換器２２の交換効率が低下することがないので、冷媒対水用熱交換器２２の利便性を極めて向上させることができる。
【００５３】
また、内パイプ４４内に長手方向に渡って螺旋状に形成したねじれ板４６を挿入した後、内パイプ４４を縮径することにより当該ねじれ板４６を内パイプ４４内に固定しているので、従来のように、ねじれ板４６を内パイプ４４に溶接固定しなくても、当該内パイプ４４とねじれ板４６とを確実に固定することができる。
【実施例２】
【００５４】
次に、本発明の他の実施例の冷媒対水用熱交換器２２の製造方法を説明する。該冷媒対水用熱交換器２２は、前述の実施形態と略同じ構成を有している。以下、異なる部分について説明する。尚、前述の実施の形態と同じ部分は説明を省略する。即ち、冷媒対水用熱交換器２２の製造方法は、前記実施例同様の外パイプ４２と、肉厚約０．５０ｍｍ、直径（内径）約７．００ｍｍの内パイプ４４とからなる二重配管にて構成されている。また、ねじれ板４６は、肉厚約１．０ｍｍ、幅約７．３５ｍｍに構成されている。
【００５５】
そして、冷媒対水用熱交換器２２を製造する場合は、内パイプ４４を所定の温度に加熱して、内径約７．３５ｍｍ以上に拡径した所で、内パイプ４４内にねじれ板４６を挿入する。その後、空冷、若しくは、水冷することにより内パイプ４４を縮径させる。即ち、加熱して、内径約７．３５ｍｍ以上に拡径した内パイプ４４を、空冷、若しくは、水冷して縮径し、直径（内径）を約７．００ｍｍまで戻す。これにより、ねじれ板４６が内パイプ４４内に確実に固定される。
【００５６】
このように、内パイプ４４を所定の温度に加熱して拡径した後、ねじれ板４６を内パイプ４４内に挿入し、その後、内パイプ４４を冷却して縮径することにより、ねじれ板４６を内パイプ４４内に固定しているので、従来のように、ねじれ板４６を内パイプ４４内に溶接固定しなくても内パイプ４４とねじれ板４６とを確実に固定することができる。これにより、前記実施例同様内パイプ４４とねじれ板４６とを確実に固定することができ、前述の実施例同様の効果を得ることができる。
【００５７】
尚、実施の形態では、冷媒対水用熱交換器２２の寸法や形状を記載したが、冷媒対水用熱交換器２２の寸法や形状はこれに限られるものではない。
【００５８】
また、内パイプ４４内に長手方向に渡って螺旋状に形成したねじれ板４６を挿入し、この内パイプ４４を圧接装置５０にて４段縮径を行ったが、内パイプ４４の縮径は４段に限らず、ねじれ板４６を内パイプ４４内に確実に固定することができれば、内パイプ４４やねじれ板４６の材質により２段、３段、５段或いはそれ以上の段で縮径を行っても差し支えない。この場合も、実施の形態同様の効果を得ることができる。
【００５９】
また、内パイプ４４内に長手方向に渡ってねじれ板４６を挿入し、この内パイプ４４を圧接装置５０にて縮径を行い、内パイプ４４内にねじれ板４６を固定したが、内パイプ４４の縮径後、更に、金属を高温熱処理温度（約＋１０５０〜＋１１５０℃）に加熱して、内パイプ４４とねじれ板４６とを備えた冷媒対水用熱交換器２２の固溶化熱処理行っても差つかいない。これにより、前述の効果に加えて、内パイプ４４とねじれ板４６との材料同士の一体化と金属組織が均質になる為、更なる熱交換効率向上と熱処理による加工後の残留応力解除ができ、ステンレス特有の応力腐食割れの防止や耐食性の向上を図ることができる。
【００６０】
また、透孔４８を円形に形成したが、透孔４８は円形に限らず、三角、四角、多角形、星形、及び、それらの形状で突起形状、凹陥形状にするなど等しても差し支えない。これにより、円形の同様の効果を得ることができる。
【００６１】
また、冷媒対水用熱交換器２２をヒートポンプ給湯器１０に用いたが、冷媒対水用熱交換器２２はヒートポンプ給湯器１０に限らず、冷凍冷蔵庫、空調機器などに適用しても、本発明の冷媒対水用熱交換器２２同様の効果を得ることができる。
【００６２】
また、熱交換器を内燃機関や燃料電池などを用いた冷媒対水用熱交換器２２で説明したが、熱交換器は内燃機関、燃料電池などを用いた冷媒対水用熱交換器２２に限らず、内燃機関や燃料電池の運転時に発生する熱を循環水で熱交換する廃ガス熱交換器（冷媒対水用熱交換器２２）に用いても本発明は有効である。これにより、冷媒対水用熱交換器２２の利便性を更に向上させることができる。
【００６３】
また、内パイプ４４内に二酸化炭素、内パイプ４４と外パイプ４２との間に水を流したが、これに限らず、内パイプ４４内に水、内パイプ４４と外パイプ４２との間に二酸化炭素を流しても本発明は有効である。この場合、外パイプ４２も金属にて構成する必要がある。勿論本発明は、上記実施例のみに限定されるものではなく、この発明の趣旨を逸脱しない範囲で他の様々な変更を行っても本発明は有効である。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の熱交換器を備えたヒートポンプ給湯器の冷媒回路図である（実施例１）。
【図２】本発明の熱交換器の平面図である。
【図３】同図２の熱交換器の正面図である。
【図４】同図２の熱交換器の側面図である。
【図５】本発明の熱交換器を構成するねじれ板の正面図である。
【図６】本発明の熱交換器を構成する内パイプの縮径説明を行うための模式図である。
【符号の説明】
【００６５】
１０  ヒートポンプ給湯器
２０  コンプレッサ
２２  冷媒対水用熱交換器（熱交換器）
２４  減圧装置
２６  蒸発器
３０  循環ポンプ
３２  貯湯タンク
４２  外パイプ
４４  内パイプ
４６  ねじれ板
４８  透孔
５０  圧接装置
５２  第１のローラ
５４  第２のローラ
５６  第３のローラ
５８  第４のローラ
ＬＡ  冷媒回路
ＷＢ  給湯回路
【図１】
2009186063.tif 000003
【図２】
2009186063.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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