WO2019111349A1 - 熱交換器、冷凍サイクル装置及び熱交換器の製造方法 - Google Patents

熱交換器、冷凍サイクル装置及び熱交換器の製造方法 Download PDF

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heat exchanger
projections
protrusions
heat medium
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健太 村田
徹 小出
謙作 畑中
孝彦 河合
亨淳 太田
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三菱電機株式会社
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    • F28F2210/06—Heat exchange conduits having walls comprising obliquely extending corrugations, e.g. in the form of threads

Definitions

  • the present invention relates to a heat exchanger including a first pipe and a second pipe wound around the first pipe, a refrigeration cycle apparatus including the heat exchanger, and a method of manufacturing the heat exchanger. is there.
  • a heat exchanger equipped.
  • heat exchange is performed between the first heat medium flowing in the first pipe and the second heat medium flowing in the second pipe.
  • the first pipe may be referred to as a core pipe.
  • the second pipe may be referred to as an outer pipe.
  • the first heat medium includes water or antifreeze.
  • the second heat medium may, for example, be a refrigerant.
  • the heat exchanger described in Patent Document 1 includes a core tube in which a plurality of protrusions are formed on the inner surface by pressing the outer surface.
  • the gear teeth are formed using a jig having a gear shape as a method of forming the protrusions.
  • the inner portion of the core tube is pressed against the outer surface of the core tube to form the inner surface protrusion in a spiral shape.
  • a gear-shaped jig is simply referred to as a jig.
  • many internal surface projections can be installed in the spiral direction by using a plurality of jigs. By operating the plurality of jigs independently, a plurality of projections are formed.
  • the positional relationship of the projection given by each gear is determined by the phase difference of each gear.
  • the projections provided by one jig and the projections provided by the other jigs may be installed in line in the tube axis direction.
  • the projections disposed upstream in the flow of the first heat medium stir the flow of the first heat medium to improve the heat exchange performance.
  • the flow velocity becomes smaller, the stirring effect becomes smaller, and the improvement effect of the heat exchange performance by the projections becomes smaller.
  • the present invention has been made against the above-mentioned problems as a background, and is intended to improve the heat exchange performance by not reducing the stirring effect of a plurality of protrusions, and the heat exchange thereof It is an object of the present invention to provide a refrigeration cycle apparatus provided with a vessel and a method of manufacturing the heat exchanger.
  • a heat exchanger includes a first pipe in which a first heat medium flows, and a second pipe wound around the first pipe and in which a second heat medium flows,
  • the pipe has a plurality of projections that project on the inner surface, and the projections are formed in a plurality of spirals in the direction in which the first heat medium flows in the first pipe, and are formed in one strip
  • the protrusions are disposed at unequal intervals.
  • the adjacent projections do not overlap in a state where the first pipe is projected in the axial direction of the pipe, the flow velocity of the projections formed on the downstream side of the flow of the first heat medium is also small.
  • the heat exchange performance is improved without becoming smaller.
  • FIG. 1 It is a schematic block diagram which shows roughly an example of a circuit structure of the refrigerating-cycle apparatus provided with the heat exchanger which concerns on Embodiment 1 of this invention. It is a perspective view which shows roughly the structure of the heat exchanger which concerns on Embodiment 1 of this invention. It is an explanatory view for explaining an example of formation of a projection of the 1st piping of a heat exchanger concerning Embodiment 1 of the present invention. It is explanatory drawing for demonstrating an example of formation of the proceedings
  • FIG. 1 is a schematic configuration view schematically showing an example of a circuit configuration of a refrigeration cycle apparatus 200 provided with a heat exchanger 100 according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the refrigeration cycle apparatus 200 will be described with reference to FIG.
  • the first heat medium is water
  • the second heat medium is a refrigerant.
  • the refrigeration cycle apparatus 200 includes a refrigerant circuit A1 and a heat medium circuit A2.
  • the refrigerant circuit A1 and the heat medium circuit A2 are thermally connected via the heat exchanger 100.
  • the heat medium circuit A2 is connected to the water supply circuit A3 via the hot water storage tank 207.
  • the water supply circuit A3 is connected to the hot water supply utilization unit U and configured to supply hot water to the hot water supply utilization unit U.
  • As the hot water supply utilization unit U at least one of various loads for which hot water is required, such as a faucet of a household water tap and a bath, may be mentioned.
  • the water supply circuit A3 is connected to a water pipe or the like, and is configured to be able to supply water.
  • a refrigerant circulates to refrigerant circuit A1 via refrigerant piping 20A.
  • Carbon dioxide can be employed as the refrigerant.
  • the refrigerant circuit A1 is formed to include a compressor 201 for compressing a refrigerant, a heat exchanger 100 functioning as a condenser, a throttling device 202, and a heat exchanger 203 functioning as an evaporator.
  • the compressor 201 compresses a refrigerant.
  • the refrigerant compressed by the compressor 201 is discharged from the compressor 201 and sent to the heat exchanger 100.
  • the compressor 201 can be configured by, for example, a rotary compressor, a scroll compressor, a screw compressor, or a reciprocating compressor.
  • the heat exchanger 100 functions as a condenser, performs heat exchange between the high-temperature high-pressure refrigerant flowing in the refrigerant circuit A1 and the water flowing in the heat medium circuit A2, heats water, and condenses the refrigerant. is there.
  • the heat exchanger 100 is a water-refrigerant heat exchanger that exchanges heat between water and a refrigerant.
  • the heat exchanger 100 will be described in detail later.
  • the heat exchanger 100 corresponds to the heat exchanger of the present invention.
  • the expansion device 202 expands and reduces the pressure of the refrigerant flowing out of the heat exchanger 100.
  • the expansion device 202 may be configured by, for example, an electric expansion valve capable of adjusting the flow rate of the refrigerant.
  • an electric expansion valve capable of adjusting the flow rate of the refrigerant.
  • the expansion device 202 not only a motorized expansion valve but also a mechanical expansion valve employing a diaphragm in a pressure receiving portion, a capillary tube or the like can be applied.
  • the heat exchanger 203 functions as an evaporator, and performs heat exchange between the low-temperature low-pressure refrigerant flowing out of the expansion device 202 and the air supplied by the blower 203A attached to the heat exchanger 203.
  • the liquid refrigerant or the two-phase refrigerant is evaporated.
  • the heat exchanger 203 can be configured by, for example, a fin and tube type heat exchanger, a microchannel heat exchanger, a heat pipe type heat exchanger, or the like.
  • the heat medium circuit A2 is formed to include the heat exchanger 100 and the pump 205 for transporting water.
  • the refrigeration cycle apparatus 200 includes a control device 60 that generally controls the entire refrigeration cycle apparatus 200.
  • the control device 60 controls the drive frequency of the compressor 201. Further, the control device 60 controls the degree of opening of the expansion device 202 according to the operating state. Further, the control device 60 controls the driving of the blower 203A and the pump 205. That is, based on the operation instruction, the control device 60 uses information sent from each temperature sensor not shown and each pressure sensor not shown, and the compressor 201, the expansion device 202, the fan 203A, the pump 205, etc. Control each actuator.
  • Each functional unit included in control device 60 is configured of dedicated hardware or an MPU (Micro Processing Unit) that executes a program stored in a memory.
  • MPU Micro Processing Unit
  • FIG. 2 is a perspective view schematically showing the configuration of the heat exchanger 100.
  • the heat exchanger 100 includes a first pipe 1 in which a first flow path FP1 through which water as a first heat medium flows is formed, and a second flow path FP2 through which a refrigerant which is a second heat medium flows And a second pipe 2.
  • the second pipe 2 is wound around the outer periphery of the first pipe 1 in one or more lines, and is in contact with the first pipe 1.
  • the first pipe 1 constitutes a part of the heat medium pipe 10A.
  • the second pipe 2 constitutes a part of the refrigerant pipe 20A.
  • the first pipe 1 is formed with a water inlet 1a and a water outlet 1b communicating with the first flow path FP1. Further, in the second pipe 2, an inlet 2a for the refrigerant and an outlet 2b for the refrigerant that are in communication with the second flow path FP2 are formed.
  • the heat exchanger 100 can be connected to the refrigerant circuit A1 and the heat medium circuit A2 such that the direction of the water flowing through the first pipe 1 and the direction of the refrigerant flowing through the second pipe 2 face each other. Thereby, the heat exchange efficiency between the heat medium and the refrigerant is improved.
  • the refrigeration cycle apparatus 200 is capable of hot water supply operation based on an instruction from the load side.
  • the operation of each actuator is controlled by the controller 60.
  • the low-temperature low-pressure refrigerant is compressed by the compressor 201 and is discharged from the compressor 201 as a high-temperature high-pressure gas refrigerant.
  • the high-temperature and high-pressure gas refrigerant discharged from the compressor 201 flows into the heat exchanger 100.
  • the refrigerant flowing into the heat exchanger 100 flows through the second pipe 2 and exchanges heat with the water flowing through the first pipe 1.
  • the refrigerant is condensed to be a low temperature and high pressure liquid refrigerant and flows out of the heat exchanger 100.
  • carbon dioxide is used as a refrigerant
  • coolant will change in temperature with a supercritical state.
  • the water flowing into the first pipe 1 is heated by the refrigerant flowing through the second pipe 2 and supplied to the load side.
  • the low-temperature and high-pressure liquid refrigerant flowing out of the heat exchanger 100 becomes a low-temperature and low-pressure liquid refrigerant or a two-phase refrigerant by the expansion device 202 and flows into the heat exchanger 203.
  • the refrigerant flowing into the heat exchanger 203 exchanges heat with the air supplied by the blower 203A attached to the heat exchanger 203, and becomes a low-temperature low-pressure gas refrigerant and flows out from the heat exchanger 203.
  • the refrigerant flowing out of the heat exchanger 203 is again drawn into the compressor 201.
  • FIG. 1 shows an example in which the flow of the refrigerant in the refrigerant circuit A1 is in a fixed direction
  • a flow path switching device is provided on the discharge side of the compressor 201 so that the flow of the refrigerant can be reversed.
  • the heat exchanger 100 also functions as an evaporator
  • the heat exchanger 203 also functions as a condenser.
  • the combination of a two-way valve, the combination of a three-way valve, or a four-way valve is employable, for example.
  • a carbon dioxide is desirable as a refrigerant
  • natural refrigerants such as hydrocarbons or helium, chlorine-free alternative refrigerants such as HFC410A, HFC407C or HFC404A, or fluorocarbon refrigerants used in existing products such as R22 or R134a are also used. It is possible.
  • Drawing 3 is an explanatory view for explaining an example of formation of a projection of the 1st piping.
  • FIG. 4 is an explanatory view for explaining an example of the formation of a protrusion of a conventional first pipe as a comparative example. Based on FIG. 3, the first pipe will be described in detail in comparison with the first pipe of FIG. 4. In the conventional example of FIG. 4, “X” is added to the end of the reference numeral to distinguish it from the first pipe 1. Note that, for convenience, the case where two projections are formed in the first pipe by using two jigs will be described.
  • FIG.3 and FIG.4 (a) shows typically the state which looked at 1st piping from the side, and (b) shows typically the state which projected the 1st piping to the pipe axial direction.
  • the pipe axis is illustrated as the pipe axis CL.
  • a plurality of jigs in a gear shape are used.
  • One of the gear-shaped jigs is referred to as a jig 6a, and the other is referred to as a jig 6b.
  • the projections 3 formed by the jig 6a are referred to as projections 3a, and the projections 3 formed by the jig 6b are referred to as projections 3b.
  • the protrusion 3a formed of the jig 6a is disposed on the upstream side of the flow of the first heat medium, and is formed of the jig 6b on the downstream side of the flow of the first heat medium. It is assumed that the protrusion 3b is installed.
  • the jig 6a has a gear 9A. On the gear 9A, a plurality of convex portions 9a for forming the projections 3a are formed so as to have different intervals.
  • a plurality of projections 3a are formed as a strip in the spiral direction.
  • the intervals of the plurality of projections 3a formed by the jig 6a are shown as a pitch 5a, a pitch 5b, and a pitch 5c.
  • the jig 6b has a gear 9B.
  • a plurality of convex portions 9 b for forming the protrusions 3 b are formed on the gear 9 B so as to have different intervals.
  • the outer surface of the first pipe 1 is pressed by the jig 6b, the inner surface of the first pipe 1 is protruded by the convex portion 9b of the gear 9B, and the plurality of projections 3b are formed as other strips in the spiral direction.
  • the intervals between the plurality of protrusions 3b formed by the jig 6b are shown as a pitch 5d, a pitch 5e, and a pitch 5f.
  • the pitch 5a, the pitch 5b, and the pitch 5c of the protrusions 3a have different lengths. That is, the plurality of protrusions 3a are formed at unequal intervals.
  • the pitch 5d, the pitch 5e, and the pitch 5f of the protrusions 3b have different lengths. That is, the plurality of protrusions 3 b are formed at unequal intervals.
  • the unequal spacing refers to the case where two or more lengths of the distance between the protrusions 3 formed by the jig 6 a and the jig 6 b exist.
  • the positional relationship between the projections 3a and the projections 3b is determined by the phase difference between the gear 9A of the jig 6a and the gear 9B of the jig 6b. That is, in the jig 6a, since the intervals of the plurality of convex portions 9a are formed at unequal intervals, the plurality of projections 3a to be formed also become unequal intervals. Similarly, in the jig 6b, since the intervals of the plurality of convex portions 9b are formed at unequal intervals, the plurality of projections 3b to be formed also become unequal intervals. Therefore, the flow of the first heat medium is agitated in both the projections 3a and the projections 3b, and the heat exchange performance is improved.
  • the plurality of protrusions 3aX are formed at equal intervals.
  • the pitch 5dX, the pitch 5eX, and the pitch 5fX of the protrusions 3bX have the same length. That is, the plurality of protrusions 3bX are formed at equal intervals.
  • the plurality of projections 3aX to be formed are also equally spaced.
  • the plurality of projections 3bX to be formed are also equally spaced. Therefore, the protrusions 3aX and the protrusions 3bX are all installed side by side in the tube axis direction. In this case, the heat exchange performance improvement effect by the projections 3bX disposed downstream is reduced. This is because the flow of the first heat medium is agitated in the projections 3aX and the heat exchange performance is improved, but the flow velocity is decreased in the projections 3bX, and the stirring effect of the flow of the first heat medium is decreased. is there.
  • a jig 6a provided with a gear 9A and a jig 6B provided with a gear 9B are used.
  • a plurality of convex portions 9a are formed on the gear 9A.
  • the gear 9B is provided with a plurality of convex portions 9b.
  • the convex portion 9 a is pressed against the outer wall of the first pipe 1 to form a single spiral projection 3 a on the inner surface of the first pipe 1.
  • the convex portion 9 b is pressed against the outer wall of the first pipe 1 to form one spiral protrusion 3 b on the inner surface of the first pipe 1. That is, the plurality of projections 3 formed in a spiral shape are formed in two lines in the first pipe 1.
  • the jig 6 a and the jig 6 b are independently rotated, and the convex portions 9 a and the convex portions 9 b which are formed intermittently are pressed to the outer surface of the first pipe 1 one after another. As a result, two projections 3 are formed in a spiral on the first pipe 1. Since the intervals between the convex portions 9a and the intervals between the convex portions 9b are uneven, the protrusions 3a formed by the convex portions 9a and the protrusions 3b formed by the convex portions 9b are also uneven. Become.
  • the two projections 3X are formed spirally on the first pipe 1X by rotating the jig 6aX and the jig 6bX, respectively.
  • the intervals of and the intervals of the convex portions 9bX are constant intervals, that is, equal intervals. Therefore, the projections 3aX formed by the projections 9aX and the projections 3bX formed by the projections 9bX are also at regular intervals, that is, at regular intervals.
  • FIG. 5 is an explanatory view for explaining a first pipe 1 provided with the projection 3 formed by the method of FIG. 3.
  • FIG. 6 is an explanatory view for explaining a first pipe 1X provided with a projection 3X formed by the method of FIG.
  • the first pipe will be described in detail in comparison with the first pipe of FIG. 5 and 6, (a) schematically shows the first pipe viewed from the side, and (b) schematically shows the first pipe projected in the pipe axial direction. ing.
  • the pipe axis is illustrated as pipe axis CL.
  • projections 3 a are formed on the first pipe 1 at unequal intervals. That is, the pitch 5a, the pitch 5b, and the pitch 5c of the protrusions 3a have different lengths.
  • projections 3 b are formed on the first pipe 1 at unequal intervals. That is, the pitch 5d, the pitch 5e, and the pitch 5f of the projections 3a have different lengths. Therefore, even if the distance between the protrusions 3a and the protrusions 3b is equal, the protrusions 3a and the protrusions 3b adjacent to each other in the tube axis direction are not aligned in the tube axis direction.
  • the protrusion 3a-1 at the top of the drawing is formed on the straight line La1
  • the second protrusion 3a-2 from the drawing is formed on the straight La2
  • the third protrusion 3a- from the drawing 3 is formed on the straight line La3
  • the protrusion 3a-4 at the lowermost stage in the drawing is formed on the straight line La4.
  • the straight lines La1 to La4 are straight lines parallel to the tube axis CL.
  • the straight lines La1 to La4 may be collectively referred to as a straight line La.
  • the protrusion 3a is formed on the straight line La parallel to the tube axis CL means that a portion including the apex of the protrusion 3a overlaps the straight line La.
  • the protrusion 3b-1 at the top of the drawing is formed on a straight line Lb1
  • the second protrusion 3b-2 from the drawing is formed on a straight line Lab
  • the third protrusion 3b-3 from the drawing is a straight line Lb3.
  • the projection 3b-4 which is formed on the lower side of the drawing, is formed on the straight line Lb4.
  • the straight lines Lb1 to Lb4 are straight lines parallel to the pipe axis CL.
  • the straight lines Lb1 to Lb4 may be collectively referred to as a straight line Lb.
  • the protrusion 3b is formed on the straight line Lb parallel to the tube axis CL means that a portion including the apex of the protrusion 3b overlaps the straight line Lb.
  • the projection 3a-1 and the projection 3b-1 are formed on different straight lines parallel to the pipe axis CL, and the projection 3a-2 and the projection 3b-2 are similarly not overlapped and aligned in the pipe axis direction.
  • the projections 3a-3 and the projections 3b-3 are formed on different straight lines parallel to the pipe axis CL, and do not overlap and align in the pipe axis direction.
  • the protrusions 3a-4 and the protrusions 3b-4 are formed on different straight lines parallel to the tube axis CL, and do not overlap and align in the tube axis direction.
  • the flow velocity does not decrease even in the protrusions 3 b formed on the downstream side of the flow of the first heat medium, and the stirring effect of the flow of the first heat medium does not decrease. Therefore, the flow of the first heat medium is agitated by both the projections 3a and the projections 3b, and the improvement effect of the heat exchange performance is not reduced.
  • the projections 3aX are formed at regular intervals on the first pipe 1X. That is, the pitch 5aX, the pitch 5bX, and the pitch 5cX of the protrusions 3aX have the same length.
  • projections 3bX are formed at regular intervals on the first pipe 1X. That is, the pitch 5dX, the pitch 5eX, and the pitch 5fX of the protrusions 3aX have the same length. Therefore, when the distance between the protrusion 3aX and the protrusion 3bX is equal, the protrusions 3aX and the protrusions 3bX adjacent in the tube axis direction are aligned in the tube axis direction with a certain phase difference.
  • the lowermost protrusion 3a-5X in the drawing is formed on a straight line La5.
  • the straight line La5 is a straight line parallel to the tube axis CL, similarly to the straight lines La1 to La4.
  • that the projections 3aX are formed on a straight line La parallel to the tube axis CL means that a portion including the apexes of the projections 3aX overlaps the straight line La.
  • the projections 3a-4X are formed fourth from the drawing in FIG.
  • the lowermost protrusion 3b-5X4 in the drawing is formed on the straight line Lb4.
  • the straight line Lb5, like the straight lines Lb1 to Lb4, is a straight line parallel to the tube axis CL.
  • the fact that the protrusion 3bX is formed on a straight line Lb parallel to the tube axis CL means that the portion including the apex of the protrusion 3bX overlaps the straight line Lb.
  • the protrusion 3b-4X is formed fourth from the drawing in FIG.
  • the straight line La1 and the straight line Lb1 overlap in the tube axis direction, and are the same straight line.
  • the straight line La2 and the straight line Lb2 overlap in the tube axis direction, and are the same straight line.
  • the straight line La3 and the straight line Lb3 overlap in the tube axis direction, and are the same straight line.
  • the straight line La4 and the straight line Lb4 overlap in the tube axis direction, and are the same straight line.
  • the straight line La5 and the straight line Lb5 overlap in the tube axis direction, and are the same straight line.
  • the protrusions 3a-1X and the protrusions 3b-1X are formed on the same straight line parallel to the tube axis CL, and are overlapped and aligned in the tube axis direction.
  • the protrusions 3a-2X and the protrusions 3b-2X are formed on the same straight line parallel to the tube axis CL, and are overlapped and aligned in the tube axis direction.
  • the protrusions 3a-3X and the protrusions 3b-3X are formed on the same straight line parallel to the tube axis CL, and are overlapped and aligned in the tube axis direction.
  • the protrusions 3a-4X and the protrusions 3b-4X are formed on the same straight line parallel to the tube axis CL, and are overlapped and aligned in the tube axis direction.
  • the projections 3a-5X and the projections 3b-5X are formed on the same straight line parallel to the pipe axis CL, and are overlapped and aligned in the pipe axis direction.
  • the flow of the first heat medium is agitated at the projections 3aX formed on the upstream side of the flow of the first heat medium, but on the downstream side of the flow of the first heat medium.
  • the formed projections 3bX the flow velocity is reduced, and the stirring effect of the flow of the first heat medium is reduced. That is, the improvement effect of the heat exchange performance by the projections 3bX formed on the downstream side of the flow of the first heat medium is reduced.
  • FIG. 7 is an explanatory view for explaining another example of the formation of the projection of the first pipe. Based on FIG. 7, an effect of the heat exchanger 100 provided with the first pipe 1 will be described.
  • FIG. 7 (a) schematically shows a state in which the first pipe is viewed from the side, and (b) schematically shows a state in which the first pipe is projected in the pipe axial direction.
  • two projections are formed on the first pipe by using two jigs will be described.
  • FIG. 7 shows an example in which the projection 3a-1 at the top of the drawing and the projection 3b-1 at the top of the drawing are aligned in the tube axis direction.
  • the intervals between the convex portions 9a and the intervals between the convex portions 9b are uneven, and the distance between the convex portions 9a and the intervals between the convex portions 9b are different between the jig 6a and the jig 6b. Therefore, the projections 3 other than the uppermost projections 3a-1 and the uppermost projections 3b-1 are not aligned in the tube axis direction. Therefore, even if some of the protrusions 3 are aligned in the pipe axis direction, the deterioration of the heat exchange performance can be suppressed and the heat exchange performance can be improved, as compared with the first example of the prior art.
  • FIGS. 8 and 9 are explanatory diagrams for explaining the distance between the protrusions 3 of the first pipe 1.
  • the angle and the minimum angle will be described.
  • FIGS. 8 and 9 (a) schematically shows a state in which the first pipe is viewed from the side, and (b) schematically shows a state in which the first pipe is projected in the pipe axial direction. ing.
  • the angle ⁇ between the protrusions 3a is formed by two straight lines connecting the center of the first pipe 1 and the center of the target protrusion 3a.
  • FIG. 8 shows an example in which five projections 3a are formed from the upper side to the lower side of the sheet, and the projections 3a-1, 3a-2, 3a-3, and 3a are formed from the upper side of the sheet. -4, illustrated as a protrusion 3a-5.
  • the projections 3a-1, 3a-2, 3a-3, 3a-4, and 3a-5 are assumed to have the same shape and size.
  • the width of the protrusion 3a that is, the diameter of the protrusion 3a is referred to as a width W.
  • the length corresponding to the width W of the protrusion 3a is taken as a length 3b1.
  • the inner diameter of the first pipe 1 is taken as the inner diameter Dwi.
  • FIG. 9 shows an example in which four projections 3a are formed from the upper side to the lower side of the sheet, and the projections 3a-1, 3a-2, 3a-3, and 3a are formed from the upper side of the sheet. It is illustrated as -4.
  • the projections 3a-1, 3a-2, 3a-3, and 3a-4 are assumed to have the same shape and size.
  • the distance from the projection 3a-1 to the projection 3a-2 is determined by the above-described minimum angle ⁇ 1. Further, the angle from the projection 3a-2 to the projection 3a-3 does not overlap from the projection 3a-1 to the projection 3a-2, and in order to make the unequal intervals, ⁇ 1 ⁇ 3/2, that is, 1.5 of ⁇ 1. It will be doubled. Similarly, the angle from the projection 3a-3 to the projection 3a-4 is ⁇ 1 ⁇ 4/2. Therefore, the angle from the projection 3a-1 to the projection 3a-4 is ⁇ 1 ⁇ 9/2.
  • equation (2) the maximum angle ⁇ 2 can be expressed by equation (3) when the number of installed projections 3 is n (n> 2).
  • the relationship between the adjacent protrusion 3 a and the protrusion 3 b has been described by taking the case of forming the protrusion 3 with two jigs, that is, the jig 6 a and the jig 6 b as an example. That is, when the projections are formed using a plurality of jigs, the above description applies to the relationship between the projections formed to be adjacent to each other in each jig.
  • the protrusions 3 are formed by two jigs has been described as an example, the number of jigs is not particularly limited. Even in the case where there are two or more jigs, the range of the angle between the protrusions 3 can be obtained by the equation (4). As described above, if the intervals between the protrusions 3 provided by the same jig are uneven, the heat exchange performance can be improved.
  • the projections 3 formed in one strip are arranged at unequal intervals, the projections 3 adjacent to each other in the state of projecting the first pipe 1 in the axial direction of the pipe You can avoid overlapping.
  • the angle ⁇ between the protrusions 3 is set to be in the range of the above equation (4), the first pipe 1 is adjacent in the state of being projected in the tube axial direction The projections 3 can be prevented from overlapping.
  • the protrusions 3a are formed at unequal intervals by arranging the plurality of protrusions 9a of the jig 6a at unequal intervals, and the protrusions of the jig 6b are formed. By arranging the portions 9 b at unequal intervals, the protrusions 3 b are formed at unequal intervals. Therefore, according to the manufacturing method of the heat exchanger 100, it becomes possible to manufacture the heat exchanger 100, without going through a special jig
  • FIG. 10 is an explanatory view for explaining the shape of the first pipe 1A of the heat exchanger according to Embodiment 2 of the present invention.
  • the shape of the first piping 1A of the heat exchanger according to the second embodiment will be described based on FIG.
  • differences from the first embodiment will be mainly described, and the same parts as the first embodiment will be assigned the same reference numerals and descriptions thereof will be omitted.
  • FIG. 10 (a) schematically shows a state in which the first pipe is viewed from the side, and (b) schematically shows a state in which the first pipe is projected in the pipe axial direction.
  • the case where the first pipe 1 is a circular pipe having no unevenness on the outer peripheral surface is shown as an example, but in the second embodiment, the first pipe 1A has one line on the outer peripheral surface.
  • the case of a corrugated pipe in which the spiral groove 35 is formed will be described as an example.
  • the projections 3 are formed in the first pipe 1A, as shown in FIG. 10, the projections 3 are formed in portions other than the spiral groove 35.
  • the second pipe is wound around the spiral groove 35 of the first pipe 1B.
  • the first pipe 1A As described above, by forming the first pipe 1A with a corrugated pipe, it is possible to further promote the turbulent flow of the refrigerant inside the first pipe 1A. Therefore, the heat exchange performance can be further improved as compared with the case where the first pipe 1 described in the first embodiment is provided with a protrusion.
  • FIG. 11 is an explanatory view for explaining the shape of the first pipe 1B of the heat exchanger according to Embodiment 3 of the present invention.
  • the shape of the first pipe 1B of the heat exchanger according to the second embodiment will be described based on FIG.
  • differences from the first embodiment will be mainly described, and the same parts as the first embodiment will be assigned the same reference numerals and descriptions thereof will be omitted.
  • FIG. 11 shows typically the state which looked at 1st piping from the side, and (b) has shown typically the state which projected the 1st piping to the pipe axial direction.
  • the first pipe 1 is a circular pipe having no unevenness on the outer peripheral surface
  • the first pipe 1B has the peak portion 30a and the valley.
  • the case of a torsion tube having the portion 30b will be described as an example.
  • the mountain portion 30a is a portion protruding in the radial direction in which the diameter of the first pipe 1B is expanded, and is formed spirally in the direction in which the first heat medium of the first flow path FP1 flows.
  • the valley portion 30 b is smaller in outer diameter than the portion where the peak portion 30 a is formed, is a portion around which the second pipe is wound, and is formed in a spiral shape along the peak portion 30 a.
  • the valleys 30b are formed. That is, the projections 3 are formed in the spiral direction which is the formation direction of the valleys 30b.
  • the second pipe is wound around the first pipe 1B so as to be fitted into the valley portion 30b.
  • the first pipe 1B by forming the first pipe 1B with a torsion pipe, it is possible to further promote the turbulent flow of the refrigerant inside the first pipe 1B. Further, the contact area between the first pipe 1B and the second pipe can be increased. Therefore, the heat exchange performance can be further improved as compared with the case where the first pipe 1 described in the first embodiment is provided with a protrusion.

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Abstract

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。

Description

熱交換器、冷凍サイクル装置及び熱交換器の製造方法
　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。
　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。
　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。
　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。
特開２００６－３１７１１４号公報
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。
　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。
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。
＜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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
＜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。
　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。
＜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。
　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。
　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。
　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。
　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。
＜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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
＜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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
＜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。
　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。
　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。
　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。
＜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。
　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。
　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。
　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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　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。
　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。
　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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　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。
[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。
　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。
　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。
　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。
　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。
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。
　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。
　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。
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。
　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。
　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。
　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。
　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。

Claims (7)

  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。
  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。
  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、
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
     　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。
  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。
  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。
  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。
  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。
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