(57)【要約】【課題】品質を確保しつつ、なるべく簡易な方法で製造可能な２つの流体を熱交換させる熱交換器及びその製造方法。【解決手段】第１流体と第２流体とを熱交換させる熱交換器１０であって、第１流体用の第１組立体６０と、第２流体用の第２組立体とを備える。第１組立体６０では、扁平管２０が、その両端の出入口部３０が隣接する扁平管２０の出入口部３０と連通するように、複数積層されている。扁平管２０は、一対の金属プレート８０の周縁部８４を重ね合わせて形成される。第２組立体は、隙間を空けて積層される扁平多穴管を有する。第１組立体６０と、第２組立体とは、各扁平管２０および各扁平多穴管が交互に積層されるように組み合わされて一体となっている。第１組立体の、一対の金属プレート８０の周縁部８４の重ね合わせ部分の第１接合と、隣接する扁平管２０の出入口部３０同士の第２接合とが、炉中ロウ付によって行われている。【選択図】図１１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１流体と第２流体とを熱交換させる熱交換器（１０、１０Ｄ、１１、１２）において、
一対のプレス加工板（８０、１８０ａ、１８０ｂ、２８０ａ、２８０ｂ）の周縁（８４、１８４ａ、１８４ｂ、２８４ａ、２８４ｂ）を重ね合わせて形成される熱交換流路（２０、１２０，２２０）が、その両端の出入口部（３０、１３０、２３０）が隣接する熱交換流路の出入口部と連通するように、複数積層された、前記第１流体用の第１組立体（６０）と、
隙間を空けて積層される扁平多穴管（４０）を有する、前記第２流体用の第２組立体（７０）と、
を備え、
前記第１組立体と、前記第２組立体とは、前記各熱交換流路および前記各扁平多穴管が交互に積層されるように組み合わされて一体となっており、
前記第１組立体の、前記一対のプレス加工板の周縁の重ね合わせ部分の第１接合と、隣接する前記熱交換流路の出入口部同士の第２接合とが、炉中ロウ付によって行われている、
熱交換器（１０、１０Ｄ、１１、１２）。
【請求項２】
前記第２組立体は、前記第２流体を前記扁平多穴管に分配する分配管（５０）を更に有し、
前記扁平多穴管と前記分配管との第３接合が、ロウ付により行われている、
請求項１に記載の熱交換器（１０、１０Ｄ、１１、１２）。
【請求項３】
前記第１組立体と前記第２組立体との第４接合が、ロウ付、ハンダ付け、又は接着剤により行われている、
請求項１又は２に記載の熱交換器（１０、１０Ｄ、１１、１２）。
【請求項４】
前記第１組立体は、ステンレス鋼製であり、
前記第２組立体は、アルミニウム又はアルミニウム合金製である、
請求項１〜３のいずれかに記載の熱交換器（１０、１０Ｄ、１１、１２）。
【請求項５】
前記第１組立体及び前記第２組立体は、アルミニウム又はアルミニウム合金製であり、
前記第１組立体と前記第２組立体とが一体となった状態で、前記第１接合、前記第２接合、前記第３接合、及び前記第４接合が炉中ロウ付により行われている、
請求項１〜３のいずれかに記載の熱交換器（１０、１０Ｄ、１１、１２）。
【請求項６】
前記第１接合及び第２接合が行われた前記第１組立体と、前記第３接合が行われた前記第２組立体とを組み合わせて前記第４接合が行われている、
請求項１〜４のいずれかに記載の熱交換器（１０、１０Ｄ、１１、１２）。
【請求項７】
前記第１組立体は、前記熱交換流路同士の間に隙間を確保するための治具（Ｔ）を挟むことにより仮組みされた状態で、前記第１接合及び前記第２接合が行われる、
請求項６に記載の熱交換器（１０、１０Ｄ、１１、１２）。
【請求項８】
前記一対のプレス加工板は、
前記出入口部に、凸部（１３３ａ）と、前記隣接する熱交換流路の出入口部に向かって突出した突出部（１３４ａ）とが、前記第２接合する部分（２０２）を挟むように形成されている第１プレス加工板（１８０ａ）、
を含む、
請求項１〜７のいずれかに記載の熱交換器（１１）。
【請求項９】
前記一対のプレス加工板は、
前記第１接合する部位（２０１）の外周に前記第１プレス加工板に向かって折れ曲がった折曲部（１８４ｔ）が形成された第２プレス加工板（１８０ｂ）、
をさらに含む、
請求項８に記載の熱交換器（１１）。
【請求項１０】
前記一対のプレス加工板（２８０ａ、２８０ｂ）のうち少なくとも一つ（２８０ｂ）は、前記周縁から突起したツメ（２８４ｔ）を有し、
前記一対のプレス加工板は、前記ツメを折り曲げることにより互いに固定される、
請求項１〜７のいずれかに記載の熱交換器（１２）。
【請求項１１】
前記プレス加工板は、前記周縁に隣接して隆起し、前記熱交換流路を形成する流路部（９５）を更に有し、
前記周縁が有する面に対する前記流路部の隆起角度（θ）が４５°よりも大きく、且つ、９０°以下である、
請求項１〜１０のいずれかに記載の熱交換器（１０、１０Ｄ、１１、１２）。
【請求項１２】
前記隆起角度が８０°又は８０°に近い角度である、
請求項１１に記載の熱交換器（１０、１０Ｄ、１１、１２）。
【請求項１３】
一対のプレス加工板（８０、１８０ａ、１８０ｂ、２８０ａ、２８０ｂ）の周縁（８４、１８４ａ、１８４ｂ、２８４ａ、２８４ｂ）を重ね合わせて形成される熱交換流路（２０、１２０、２２０）が、その両端の出入口部（３０、１３０、２３０）が隣接する熱交換流路の出入口部と連通するように、複数積層された、第１流体用の第１組立体（６０）と、
隙間を空けて積層される扁平多穴管（４０）を有する、第２流体用の第２組立体（７０）と、
を備え、
前記第１組立体と、前記第２組立体とは、前記各熱交換流路および前記各扁平多穴管が交互に積層されるように組み合わされて一体となっており、
前記第１流体と前記第２流体とを熱交換させる、
熱交換器（１０、１０Ｄ、１１、１２）の製造方法において、
前記第１組立体の、前記一対のプレス加工板の周縁の重ね合わせ部分の第１接合と、隣接する前記熱交換流路の出入口部同士の第２接合とを、炉中ロウ付によって行う、
熱交換器（１０、１０Ｄ、１１、１２）の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２つの流体の間で熱交換を行わせるための熱交換器及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ヒートポンプ式給湯装置の冷媒回路においては、例えば水と冷媒等、２つの流体の間で熱交換させるプレート型熱交換器が用いられてきた。例えば、特許文献１（特開平９−８９４８７号公報）及び特許文献２（特表平９−５００９５８号公報）には、２つの伝熱プレート同士を溶接することにより作られた扁平管を積層したプレート型熱交換器が記載されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、伝熱プレート同士を溶接により接合したプレート型熱交換器には、シール性等の品質の問題がある。例えば、溶接ビードにより形成される凹凸によりシール性が劣化しやすくなる。また、溶接による局所的な高温加熱及びその後の冷却による伝熱プレートの伸縮の結果、溶接後に応力が生じ、伝熱プレートが変形することがある。特許文献１及び特許文献２には、この問題を克服するための工夫が提案されているが、品質を十分に向上させるまでには至っていない。また、高い寸法精度や、高精度な固定治具が必要となり、金型の高額化や溶接速度の低速化を招き、コストも増大する。
【０００４】
そこで、本発明の課題は、品質を確保しつつ、なるべく簡易な方法で製造可能な２つの流体を熱交換させる熱交換器及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１観点に係る熱交換器は、第１流体と第２流体とを熱交換させる熱交換器であって、第１流体用の第１組立体と、第２流体用の第２組立体とを備える。第１組立体では、熱交換流路が、その両端の出入口部が隣接する熱交換流路の出入口部と連通するように、複数積層されている。熱交換流路は、一対のプレス加工板の周縁を重ね合わせて形成される。第２組立体は、隙間を空けて積層される扁平多穴管を有する。第１組立体と、第２組立体とは、各熱交換流路および各扁平多穴管が交互に積層されるように組み合わされて一体となっている。第１組立体の、一対のプレス加工板の周縁の重ね合わせ部分の第１接合と、隣接する熱交換流路の出入口部同士の第２接合とが、炉中ロウ付によって行われている。
【０００６】
本発明の第１観点に係る熱交換器は、第１組立体の、一対のプレス加工板の周縁の重ね合わせ部分の第１接合と、隣接する熱交換流路の出入口部同士の第２接合とが、炉中ロウ付によって行われていることを特徴とする。プレス加工板を溶接で接合するには高い寸法精度や、高精度な固定治具が必要となり、金型の高額化や溶接速度の低速化を招き、コストも増大する。本発明の第１観点に係る熱交換器では、一対のプレス加工板の周縁の重ね合わせ部分の第１接合と、隣接する熱交換流路の出入口部同士の第２接合とが、炉中ロウ付によって行われるので、溶接に比べて、品質を確保しやすく、かつ簡易であり、コストを抑えることができる。
【０００７】
本発明の第２観点に係る熱交換器は、第１観点に係る熱交換器において、第２組立体は、第２流体を扁平多穴管に分配する分配管を更にする。扁平多穴管と分配管との第３接合が、ロウ付により行われている。
【０００８】
ここでは、扁平多穴管と分配管との接合が、ロウ付により行われるので、溶接に比べて、品質を確保しやすく、かつ簡易である。
【０００９】
本発明の第３観点に係る熱交換器は、第１観点又は第２観点の熱交換器において、第１組立体と第２組立体との第４接合が、ロウ付、ハンダ付け、又は接着剤により行われている。
【００１０】
これにより、第１組立体と第２組立体との接合も簡易に行うことができる。
【００１１】
本発明の第４観点に係る熱交換器は、第１観点から第３観点のいずれかの熱交換器において、第１組立体は、ステンレス鋼製である。第２組立体は、アルミニウム又はアルミニウム合金製である。
【００１２】
これにより、第１組立体は、水による腐食に強く、扁平多穴管は、押し出し成形しやすくなっている。
【００１３】
本発明の第５観点に係る熱交換器は、第１観点から第３観点のいずれかの熱交換器において、第１組立体及び第２組立体は、アルミニウム又はアルミニウム合金製である第１組立体と第２組立体とが一体となった状態で、第１接合、第２接合、第３接合、及び第４接合が炉中ロウ付により行われている。
【００１４】
ここでは、第１組立体及び第２組立体が同じ材料から製造されているので、一体炉中ロウ付により接合可能となっている。したがって、第５観点に係る熱交換器は、簡易な方法で製造される。
【００１５】
本発明の第６観点に係る熱交換器は、第１観点から第４観点のいずれかの熱交換器において、第１接合及び第２接合が行われた第１組立体と、第３接合が行われた第２組立体とを組み合わせて第４接合が行われている。
【００１６】
ここでは、各組立体を個別に組み立てて接合してから、両組立体同士を接合する。これにより、本発明の第６観点に係る熱交換器は、簡易な方法により製造可能である。
【００１７】
本発明の第７観点に係る熱交換器は、第６観点の熱交換器において、第１組立体は、熱交換流路同士の間に隙間を確保するための治具を挟むことにより仮組みされた状態で、第１接合及び第２接合が行われる。
【００１８】
第７観点の熱交換器によれば、第１組立体を組み立てる際に各熱交換流路同士の間に隙間を確保する治具を用いる。これにより、第１組立体を個別に炉中ロウ付することができる。
【００１９】
本発明の第８観点に係る熱交換器は、第１観点から第７観点のいずれかの熱交換器において、一対のプレス加工板は、第１プレス加工板を含む。第１プレス加工板では、出入口部に、凸部と、突出部とが、第２接合する部分を挟むように形成されている。突出部は、隣接する熱交換流路の出入口部に向かって突出している。
【００２０】
第８観点の熱交換器では、出入口部に設けられた凸部と、突出部とにより、ロウのハミ出しを抑制し、品質の劣化を抑制する。
【００２１】
本発明の第９観点に係る熱交換器は、第８観点の熱交換器において、一対のプレス加工板は、第２プレス加工板を含む。第２プレス加工板は、第１接合する部位の外周に第１プレス加工板に向かって折れ曲がった折曲部が形成されている。
【００２２】
第９観点の熱交換器では、折曲部により、ロウのハミ出しを抑制し、品質の劣化を抑制する。
【００２３】
本発明の第１０観点に係る熱交換器は、第１観点から第７観点のいずれかの熱交換器において、一対のプレス加工板のうち少なくとも一つは、周縁から突起したツメを有する。一対のプレス加工板は、ツメを折り曲げることにより互いに固定される。
【００２４】
第１０観点の熱交換器では、周縁に接合部固定のためのツメが設けられている。ツメを折り曲げてプレス加工板同士を固定することにより、作業効率の低下や接合不良、歪み等の品質劣化を抑制することができる。
【００２５】
本発明の第１１観点に係る熱交換器は、第１観点から第１０観点のいずれかの熱交換器において、プレス加工板は、その周縁に隣接して隆起し、熱交換流路を形成する流路部を更に有する。周縁が有する面に対する流路部の隆起角度が４５°よりも大きく、且つ、９０°以下である。
【００２６】
第１１観点の熱交換器では、流路部の隆起角度が４５°より大きく、かつ、９０°以下となっている。これにより、熱交換流路の耐圧強度が向上する。
【００２７】
第１２観点に係る熱交換器は、第１１観点の熱交換器において、隆起角度が８０°又は８０°に近い角度である。
【００２８】
これにより、熱交換流路の耐圧強度がさらに向上する。
【００２９】
本発明の第１３観点に係る熱交換器の製造方法は、第１流体用の第１組立体と、第２流体用の第２組立体とを備え、第１流体と第２流体とを熱交換させる熱交換器の製造方法であって、第１組立体の、一対のプレス加工板の周縁の重ね合わせ部分の第１接合と、隣接する熱交換流路の出入口部同士の第２接合とを、炉中ロウ付によって行う。第１組立体は、一対のプレス加工板の周縁を重ね合わせて形成される熱交換流路が、その両端の出入口部が隣接する熱交換流路の出入口部と連通するように、複数積層されている。第２組立体は、隙間を空けて積層される扁平多穴管を有する。第１組立体と、第２組立体とは、各熱交換流路および各扁平多穴管が交互に積層されるように組み合わされて一体となっている。
【００３０】
本発明の第１３観点に係る熱交換器の製造方法は、第１組立体の、一対のプレス加工板の周縁の重ね合わせ部分の第１接合と、隣接する熱交換流路の出入口部同士の第２接合とが、炉中ロウ付によって行われていることを特徴とする。プレス加工板を溶接で接合するには高い寸法精度や、高精度な固定治具が必要となり、金型の高額化や溶接速度の低速化を招き、コストも増大する。本発明の第１２観点に係る熱交換器の製造方法によると、一対のプレス加工板の周縁の重ね合わせ部分の第１接合と、隣接する熱交換流路の出入口部同士の第２接合とが、炉中ロウ付によって行われるので、溶接に比べて、品質を確保しやすく、かつ簡易であり、コストを抑えることができる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明の第１観点に係る熱交換器は、品質を確保しつつ、なるべく簡易な方法で製造することができる。
【００３２】
本発明の第２観点に係る熱交換器では、扁平多穴管と分配管との接合が、ロウ付により行われるので、溶接に比べて、品質を確保しやすく、かつ簡易である。
【００３３】
本発明の第３観点に係る熱交換器では、第１組立体と第２組立体との接合も簡易に行うことができる。
【００３４】
本発明の第４観点に係る熱交換器では、第１組立体は、水による腐食に強く、扁平多穴管は、押し出し成形しやすくなる。
【００３５】
本発明の第５観点又は第６観点に係る熱交換器は、簡易な方法で製造することが可能である。
【００３６】
本発明の第７観点に係る熱交換器では、第１組立体を個別に炉中ロウ付することができる。
【００３７】
本発明の第８観点又は第９観点に係る熱交換器では、ロウのハミ出しを抑制し、品質の劣化を抑制することができる。
【００３８】
本発明の第１０観点に係る熱交換器では、作業効率の低下や接合不良、歪み等の品質劣化を抑制することができる。
【００３９】
本発明の第１１観点又は第１２観点に係る熱交換器では、熱交換流路の耐圧強度を向上させることができる。
【００４０】
本発明の第１３観点に係る熱交換器の製造方法では、品質を確保しつつ、なるべく簡易な方法で製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本実施形態の熱交換器を含むヒートポンプ式給湯装置の概要を示す回路図。
【図２】冷凍装置の内部構造を模式的に示す断面図である。
【図３】本実施形態に係る熱交換器の構成の概要を示す概念図。
【図４】熱交換器の外観を示す部分斜視図。
【図５】図４のＶ−Ｖ断面図。
【図６】図５を拡大した図。
【図７】熱交換器の一構成部材の金属プレートを示す平面図。
【図８】図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ断面図。
【図９】重ね合わされた金属プレートの断面図。
【図１０】（ａ）プレス加工工程を経た金属プレートを示す部分平面図、（ｂ）重ね合わされた金属プレートを示す部分平面図、（ｃ）仮組みされた扁平管２０の断面を示す図、（ｄ）第１接合及び第２接合を得た扁平管及び出入口ポートを示す断面図、（ｅ）第１組立体と第２組立体との組立工程を示す部分斜視図、（ｆ）第４接合後の熱交換器を示す部分斜視図。
【図１１】第１組立体の組み立て工程を示す図。
【図１２】熱交換器の平面構成を模式的に示す平面図。
【図１３】右側出入口部の周辺の構造を示す断面図。
【図１４】変形例Ａに係る熱交換器の右側出入口部の周辺の構造を示す断面図。
【図１５】変形例Ａに係る第２接合部の拡大図。
【図１６】変形例Ｂに係る熱交換器の一構成部材の金属プレートを示す平面図。
【図１７】変形例Ｂに係る熱交換器の右側出入口部の周辺の構造を示す断面図。
【図１８】変形例Ｂに係る第１接合部の拡大図。
【図１９】変形例Ｆに係る熱交換器の構成の概要を示す概念図。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、本発明にかかる熱交換器の実施形態は、以下に説明する実施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。本発明に係る熱交換器は、Ｒ４１０Ａ、Ｒ４０７Ｃなどのフロン系冷媒から二酸化炭素（ＣＯ2）冷媒を含む自然冷媒を対象としているが、以下においては、ＣＯ2冷媒を対象とする熱交換器を例に挙げて説明する。
【００４３】
（１）ヒートポンプ式給湯装置の構成
図１には、第１実施形態に係る熱交換器を含むヒートポンプ式給湯装置が示されている。ヒートポンプ式給湯装置１は、温水熱源装置である冷凍装置２と、貯湯ユニット３とを備える。
【００４４】
冷凍装置２は、冷媒であるＣＯ2を圧縮する圧縮機４と、ＣＯ2と水との間で熱交換を行うための熱交換器１０と、ＣＯ2の減圧手段としての膨張弁５と、外気とＣＯ2との間で熱交換を行うための空気熱交換器６とを有している。圧縮機４と熱交換器１０と膨張弁５と空気熱交換器６とが接続されて、ＣＯ2の循環する冷媒回路が構成される。また、貯湯ユニット３は、貯湯タンク８と、水循環ポンプ９とを備える。水熱交換器１０と貯湯タンク８と水循環ポンプ９とが接続されて、水の循環する水循環回路が構成される。
【００４５】
図２には、冷凍装置の内部構造が模式的に示されている。図２において、断熱壁２ｃの右側区画が機械室２ａであり、断熱壁２ｃの左側区画が送風機室２ｂである。機械室２ａには、圧縮機４や膨張弁５が配置されている。送風機室２ｂには、モータ（図示省略）によって駆動されるファン７が配置されている。送風機室２ｂの下方には、断熱壁２ｄを隔てて熱交換器１０が配置されている。熱交換器１０内にて、冷媒回路を循環するＣＯ2と、水循環回路を循環する水との間で熱交換が行われる。また、図２において、空気熱交換器６は、送風機室２ｂの左側と背面側に配置されている。
【００４６】
（２）熱交換器の構成の概要
本発明の第１実施形態に係る熱交換器１０は、図３〜図５に示されているように、多数の扁平管２０と多数の扁平多穴管４０と出入口分配管５０とを含んで構成される。多数の扁平管２０は、その両端の出入口部３０が隣接する扁平管２０の出入口部３０と連通するように、積層されている。当該積層された多数の扁平管２０は、第１組立体６０を構成する。多数の扁平多穴管４０は、その両端がそれぞれ出入口分配管５０に接続され、隣接する扁平多穴管４０同士の間に隙間を空けて積層されている。当該積層された多数の扁平多穴管４０は、その両端が出入口分配管５０に接合され、共に第２組立体７０を構成する。第１組立体６０と、第２組立体７０とは、各扁平管２０および各扁平多穴管４０が交互に積層されるように組み合わされて一体となり、熱交換器１０を形成している。図３〜図５には、５つの扁平管２０と４つの扁平多穴管４０とが交互に積層されている例が示されている。ただし、これら積層される扁平管２０や扁平多穴管４０の数は、要求される性能などに応じて適宜選定されるものである。また、この例では、最下段と最上段に扁平管２０が配置されているが、扁平多穴管４０を最下段や最上段に配置することもできる。なお、図４では、扁平管２０の外面の凹凸の記載が省かれている。
【００４７】
扁平管２０には低圧の水が流れ、扁平多穴管４０には高圧によって超臨界状態になっているＣＯ2が流れる。扁平多穴管４０には高い耐圧が要求される一方、水が流れる扁平管２０には高い耐食性が要求される。そのため、高い耐圧が要求される扁平多穴管４０には、多数の細い流路４１が設けられている。扁平多穴管４０は、アルミニウム、アルミニウム合金、銅合金、ステンレス鋼などを用いて形成するのが好適である。このような細い多数の流路４１を有する扁平多穴管４０の形成には、アルミニウム及びアルミニウム合金の引き抜き加工や押し出し加工が好適に用いられ、このような加工を用いると安価に扁平多穴管４０を製造することができる。本実施形態においては、扁平多穴管４０は、アルミニウム又はアルミニウム合金製である。
【００４８】
扁平管２０の母材には、水の腐食性を考慮して、ステンレス鋼や銅合金を用いることが好ましい。ステンレス鋼の種類としては、例えば、ＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１６などがある。扁平管２０をアルミニウムやアルミニウム合金からつくることもできるが、その場合には、内面に、アルマイト加工や樹脂コーティングなどの防食処理を施すことが好ましい。本実施形態においては、扁平管２０は、ステンレス鋼製の金属プレート８０によって構成されている。即ち、扁平管２０の母材は、ステンレス鋼である。
【００４９】
熱交換器１０は、図３に示されているように扁平管２０及び扁平多穴管４０が水平に配置された状態において、出入口部３０として、扁平管２０の右端部に配置される右側出入口部３１と、左端部に配置される左側出入口部３２とを含んでいる。左側出入口部３２の端部や図４に示されている右側出入口部３１の端部には、配管などと接続される出入口ポート３４が設けられる。なお、ここでは、説明を分かり易くするために図３の状態に熱交換器１０を置いた場合について説明しているが、この熱交換器１０は、必ずしも図３の状態で使用されなければならないものではない。
【００５０】
扁平管２０の側においては、水は、まず、左側出入口部３２に入り、５つの扁平管２０に分かれてその中を左から右に向かって流れ、右側出入口部３１から出る。そして、水は、扁平管２０の中を流れる間に扁平多穴管４０内のＣＯ2から与えられる熱で加熱される。
【００５１】
また、熱交換器１０には、出入口分配管５０として、扁平多穴管４０の右端部に配置される右側出入口分配管５１と、左端部に配置される左側出入口分配管５２とを含んでいる。ＣＯ2は、左側出入口分配管５２に入り、４つの扁平多穴管４０に分かれてその中を左から右に向かって流れ、右側出入口分配管５１から出る。そして、ＣＯ2は、扁平多穴管４０の中を流れる間に扁平管２０内の水に熱を奪われて冷却される。
【００５２】
（３）扁平管の構成
扁平管２０は、その両端に出入口部３０を有する。扁平管２０は、一対のプレス加工板である金属プレート８０の周縁を重ね合わせて形成されている。
【００５３】
図７は、扁平管２０を形成するための金属プレート８０の平面図である。金属プレート８０の平面形状が、左右に長い略長方形であって、第１長辺８１の左右の両端部に２つの膨出部８６，８７が形成されている。２つの膨出部８６，８７は、右側膨出部８６、左側膨出部８７である。右側膨出部８６には第１開口部９１が形成され、左側膨出部８７には第２開口部９２が形成されている。第１開口部９１及び第２開口部９２は、まとめて単に開口部９０と呼ぶ。
【００５４】
これら開口部９０は、円形であって、全て同じ大きさである。また、開口部９０は、第１長辺８１の延長線よりも外側にはみ出して配置されている。ただし、これらの形状は、水漏れし難くするために同じ形状であればよく、円形には限られない。また、配置される位置や大きさは流量や流路に合わせて設定される。
【００５５】
図８は図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ断面図である。図８に示されているように、金属プレート８０には、凹面部９５がプレス加工によって形成されている。凹面部９５は、金属プレート８０の外周８３に沿って形成されている所定幅の周縁部８４の内側の領域を占める。そして、開口部９０は凹面部９５に形成されている。これら開口部９０は、凹面部９５の中でもさらに一段深くなった凹部９８に配置されている。
【００５６】
ここで、凹面部９５の周縁部８４からの隆起角度は、４５°よりも大きく、且つ、９０°以下であることが、好ましい。できれば、当該隆起角度は、８０°又は８０°に近い角度であることが好ましい。これは、２つの凹面部９５によって形成される流路２１を形成する扁平管２０の周縁部８４からの隆起角度（図６におけるθ）が４５°よりも大きく、且つ、９０°以下である方が、さらには８０°又は８０°に近い角度である方が、扁平管２０の耐圧強度が向上するからである。
【００５７】
そして、一対の金属プレート８０は、図９に示すように、凹面部９５同士が対向する状態で周縁部８４が重なるように接合された扁平管２０を形成する。金属プレート８０が重ね合わされると、２つの凹面部９５によって水が流れる流路２１が形成される。流路２１は、一方の端の開口部９０から他方の端の開口部９０まで続いている。金属プレート８０が重ね合わされることによって、開口部９０同士が対向して配置される。これにより、出入口部３０が真直ぐに形成される。金属プレート８０において重なっている周縁部８４が接合されて一本の扁平管２０が形成される。なお、接合方法としてロウ付や溶接を用いることが可能であるが、ロウ付、特に炉中ロウ付がより好ましい。
【００５８】
また、凹面部９５が形成されるプレス加工の際に、凹面部９５には、凹面部９５の底面側から周縁部８４の側に向かって突出しているシェブロンと呼ばれる凸条２２が形成される。凸条２２は、図７においては、第１長辺８１に対して同じ角度で傾斜している。そのため、金属プレート８０同士が重ね合わされたときには、平面視において、それぞれの金属プレート８０の凸条２２同士が交わるように配置される（図１０（ｂ）参照）。これら凸条２２によって、流路２１を水が流れるときに乱流が発生し、水と金属プレート８０との間の熱伝達の効率が良くなる。
【００５９】
（４）扁平管と扁平多穴管との積層構造
図１２は、本実施形態の熱交換器１０の平面構成を模式的に示す平面図である。図１２においては、扁平多穴管４０の接合面４２が見えるようにするために、図４に示す最上段の扁平管２０の記載を省略している。
【００６０】
扁平管２０及び扁平多穴管４０は、平面視において、真直ぐな形状を有している。右側出入口部３１及び左側出入口部３２が扁平多穴管４０の脇に形成されている。一方、右側出入口分配管５１及び左側出入口分配管５２は、扁平多穴管４０の両端部に設けられている。
【００６１】
（５）熱交換器の製造工程
図１０は、熱交換器の製造の概略を示す工程図である。図１０（ａ）は、プレス加工工程によって成形された金属プレート８０を示す部分平面図である。図１０（ｂ）は、重ね合わされた金属プレート８０を示す部分平面図である。図１０（ｃ）は、仮組みされた扁平管２０の断面を示す断面図である。図１０（ｄ）は、第１接合及び第２接合を得た扁平管２０及び出入口ポート３４を示す断面図である。図１０（ｅ）は、第１組立体６０と第２組立体７０との組立工程を示す部分斜視図である。図１０（ｆ）は、第４接合後の熱交換器１０を示す部分斜視図である。以下、図１０等を用いて熱交換器の製造工程を説明する。
【００６２】
熱交換器１０の製造は、金属プレート８０や扁平多穴管４０、等、各パーツを接合して組み立てることにより行われる。接合は、後述するように、主にロウ付等、熱を用いて行われる。この場合、後の接合温度の方が先の接合温度よりも高いと、後の接合を行なっている際に先の接合部分が離れる恐れがある。そのため、接合温度の高い順に接合していくことが好ましい。
【００６３】
熱交換器１０の製造工程には、金属プレート８０同士を接合する第１接合と、扁平管２０同士を接合する第２接合、扁平多穴管４０と出入口分配管５０とを接合する第３接合、及び第１組立体と第２組立体とを接合する第４接合がある。本実施形態においては、第１接合及び第２接合を同時に行い、また、これとは別に第３接合を行い、最後に第４接合を行う。
【００６４】
（５−１）第１接合及び第２接合
ここでは、第１組立体６０を仮組する。
【００６５】
既に説明したように、金属製平板のプレス加工を行なうことによって、図１０（ａ）に示されている形状の金属プレート８０が成形される。すなわち、一度のプレス加工によって、平面状の金属製平板が外周８３に沿って打ち抜かれ、開口部９０が形成される。このとき同時に、凹面部９５と凸条２２（図７参照）や凹部９８が形成される。金属プレート８０の厚さは、約０．３ｍｍである。
【００６６】
図１０（ａ）及び（ｂ）に示すように、周縁部８４同士を突き合わせ、凹面部９５同士及び開口部９０同士が向き合うように、金属プレート８０を重ね合わせる。周縁部８４同士の間には、後述するロウ材が挟まれる。金属プレート８０の重ね合わせにより図１０（ｃ）に示すような扁平管２０が仮組みされる。周縁部８４同士が重なり合っている部分（符号１０１がついている部分）が第１接合において接合される第１接合部１０１である。扁平管２０同士は、図１０（ｄ）に示すようにその出入口部３０同士が接合されて積層される。出入口部３０同士が重なっている部分（符号１０２ついている部分）が第２接合において接合される第２接合部１０２である。第２接合部１０２である出入口部３０には、後述するロウ材がクラッドされている。
【００６７】
このように扁平管２０を多数積層するように金属プレート８０を順に重ね合わせていく。重ね合わされた一対の金属プレート８０と他の対の金属プレート８０との間には、図１１（ａ）及び（ｂ）に示すように、隙間治具Ｔを挟み、各対の金属プレート８０同士の間に隙間を確保する。最上段の金属プレート８０の開口部９０には、図１０（ｄ）に示すように、出入口ポート３４を取り付ける。このようにして第１組立体６０が仮組みされる。
【００６８】
なお、隙間治具Ｔは、金属製であり、鉛直の板に複数の板が間隔を開けて水平に取り付けられて構成されている。
【００６９】
仮組みされた第１組立体６０は、隙間治具Ｔが隙間に挿入された状態で炉の中に入れられ、第１接合部と第２接合部とが炉中ロウ付される。特に、真空ロウ付又はノコロックロウ付を用いると好適である。金属プレート８０は、厚さ約０．３ｍｍであり、非常に薄いので、溶接で接合するよりも炉中ロウ付による接合の方がシール性等の品質がよく、且つ、より簡易な方法である。ここでは、ロウ材として、銅ロウ、鉄クロムロウ、又は銀ロウを用いることが好ましい。因みに、接合温度は、銅ロウの場合は、１０８０〜１１００℃である。鉄クロムロウの場合は、１０００〜１２００℃である。銀ロウの場合は、８００〜９００℃である。
【００７０】
炉中ロウ付により、金属プレート８０の周縁部８４同士の接合（第１接合）、扁平管２０の出入口部３０同士の接合（第２接合）、及び最上段の扁平管２０の出入口部３０と出入口ポート３４との接合が行われる。その結果、第１組立体６０が完成する。
【００７１】
（５−２）第３接合
図１０（ｄ）及び図１１に示した扁平管２０の接合工程と並行して、ロウ付によって扁平多穴管４０と右側出入口分配管５１及び左側出入口分配管５２の接合（第３接合）が行なわれ、図１０（ｅ）に示されている第２組立体７０が準備される。第３接合により接合される部分は、図１０（ｅ）において第３接合部１０３として示されている。第３接合部１０３は、扁平多穴管４０の端部と出入口分配管５０の側面とが接合される部分である。第３接合部１０３には、後述するロウ材がクラッドされている。
【００７２】
なお、ロウ付は、手ロウ付又は高周波ロウ付を用いて行うことが好ましい。ロウ材としては、ＡＬ−Ｓｉ４０００系等のアルミニウムのロウ材を用いるのが好ましく、この場合、接合温度は、５８０〜５９０℃である。
【００７３】
（５−３）第４接合
そして、図１０（ｅ）及び（ｆ）に示すように、上述の扁平管２０の接合体である第１組立体６０と第２組立体７０とが接合（第４接合）される。第４接合される第４接合部１０４は、扁平管２０の出入口部３０を除く凹面部９５により隆起した面と扁平多穴管４０の幅広な面（図１２に示した接合面４２）とが接する部分である。第４接合は、ロウ付、ハンダ付、又は、高熱伝導の接着剤により行うことが好ましく、いずれにしても第１接合、第２接合、及び第３接合の接合温度よりも低い温度を用いて行うことが好ましい。例えば、ロウ付を用いる場合は、ＡＬ−Ｓｉ４０００系のアルミニウムのロウ材等の低融点のろう材を用いることが好ましい。ハンダ付の場合は、ＡＬ−Ｚｎ等のアルミニウム系はんだを用いることが好ましい。高熱伝導の接着剤を用いる場合は、銀ペーストが配合された接着剤が好ましい。本実施形態では、アルミニウムのロウ材を用いてロウ付する。したがって、第４接合部１０４では扁平管２０及び扁平多穴管４０の両方にロウ材がクラッドされている。
【００７４】
第１組立体６０と第２組立体７０とが接合されると熱交換器１０が完成する。図１３は、熱交換器１０の右側出入口部３１の周辺の構造を示す断面図である。図示されているように第１接合部１０１は、周縁部８４同士が接している部分であり、第２接合部１０２は、出入口部３０同士が接している部分である。図１３中に１０４で示されている部分が第４接合部１０４であり、出入口部３０を除く扁平管２０と扁平多穴管４０とが接している部分である。
【００７５】
（６）特徴
（６−１）
上記実施形態では、一対の金属プレート８０の周縁部８４同士の第１接合と、隣接する扁平管２０の出入口部３０同士の第２接合とが、炉中ロウ付によって行われている。金属プレート８０は厚さ約０．３ｍｍであり、この様な薄い金属プレート８０を溶接で接合するには高い寸法精度や、高精度な固定治具が必要となり、金型の高額化や溶接速度の低速化を招き、コストも増大する。上記実施形態では、一対の金属プレート８０の周縁部８４同士の第１接合と、隣接する扁平管２０の出入口部３０同士の第２接合とが、炉中ロウ付によって行われているので、溶接に比べて、品質を確保しやすく、かつ簡易であり、コストを抑えることができている。
【００７６】
（６−２）
上記実施形態では、扁平多穴管４０と出入口分配管５０との第３接合が、ロウ付により行われている。これにより、溶接に比べて、品質を確保しやすく、かつ簡易な方法で熱交換器１０を製造することができている。
【００７７】
（６−３）
上記実施形態では、第１組立体６０と第２組立体７０との第４接合が、ロウ付により行われている。これにより、第１組立体６０と第２組立体７０との第４接合も簡易に行うことができている。
【００７８】
（６−４）
上記実施形態では、第１組立体６０は、ステンレス鋼製である。第２組立体７０は、アルミニウム又はアルミニウム合金製である。これにより、第１組立体６０は、水による腐食に強く、扁平多穴管４０は、押し出し成形しやすくなっている。
【００７９】
（６−５）
上記実施形態では、第１接合及び第２接合が行われた第１組立体６０と、第３接合が行われた第２組立体７０とを組み合わせて第４接合が行われている。
【００８０】
ここでは、各組立体を個別に組み立てて接合してから、両組立体同士を接合する。これにより、熱交換器１０は、簡易な方法により製造可能となっている。
【００８１】
（６−６）
上記実施形態では、第１組立体６０を組み立てる際に仮組みされた各扁平管２０同士の間に隙間を確保するための隙間治具Ｔを用いている。これにより、第１組立体６０を個別に炉中ロウ付することができている。
【００８２】
（７）変形例
（７−１）Ａ
上記実施形態では、第３接合と第４接合とを別々に行なっていた。しかし、他の実施形態においては、第３接合と第４接合とを同時に行なっても良い。
【００８３】
この場合、例えば、第１接合及び第２接合の接合温度以下における炉中ロウ付により第３接合と第４接合とを同時に行う。この場合、ＡＬ−Ｓｉ４０００系等のアルミニウムのロウ材を用いると好適である。
【００８４】
（７−２）Ｂ
また、他の実施形態においては、第１接合、第２接合、第３接合、及び第４接合を全て同時に行なっても良い。例えば、第１接合部１０１、第２接合部１０２、第３接合部１０３、及び第４接合部１０４を全て炉中にて一体ロウ付する。特に、真空ロウ付又はノコロックロウ付を用いると好適である。この場合、金属プレート８０の母材を扁平多穴管４０と同じくアルミニウム又はアルミニウム合金とし、ＡＬ−Ｓｉ４０００系等のアルミニウムのロウ材を用いると好適である。これにより、より簡易な方法での製造が可能となる。
【００８５】
（７−３）Ｃ
上記実施形態では、第２接合部１０２では、図１３に示されているように接合される出入口部３０は、いずれも平面形状であった。しかし、他の実施形態においては、第２接合部１０２に凹凸を設けても良い。
【００８６】
例えば、他の実施形態においては、一対の金属プレートは、図１４に示すような第１金属プレート１８０ａと、第２金属プレート１８０ｂとの２種類から構成されてもよい。図１４において、同じ種類の金属プレートには、同じ符号をつけている。図１５は、図１４の第２接合部２０２の拡大図である。第１金属プレート１８０ａでは、その膨出部１８７ａに凸部１８８ａと、突出部１８９ａとが、第２接合部２０２を挟むように形成されている。凸部１８８ａは、出入口部１３１ａの外側の周縁に形成されている。突出部１３４ａは、開口部１９０の縁に設けられており、隣接する扁平管１２０の出入口部１３０に向かって突出している。第１金属プレート１８０ｂは、第１接合部２０１の外周に第１接合している第１金属プレート１８０ａに向かって折れ曲がった折曲部１８４ｔが形成されている。
【００８７】
これにより、出入口部に設けられた凸部１８８ａと、突出部１８９ａとにより、ロウ材Ｒを挟み、ロウ材Ｒのハミ出しを抑制し、品質の劣化を抑制することができる。
【００８８】
（７−４）Ｄ
上記実施形態では、第１接合部１０１では、図１３に示されているように接合される周縁部８４は、いずれも水平に延びた平面であった。しかし、他の実施形態においては、次のように周縁部のいずれか一方にツメを設けて、周縁部を重ねあわせた後にツメを折り返して周縁部同士を固定しても良い。
【００８９】
この場合、具体的には、例えば、図１６〜１８に示すようになる。図１６は、金属プレート２８０ａ及び金属プレート２８０ｂの部分平面図である。金属プレート２８０ｂの周縁部２８４ａには、ツメ２８４ｔが間隔を開けて複数設けられている。金属プレート２８０ａには、ツメは設けられておらず、金属プレート８０と同様の構成をしている。図１７は、金属プレート２８０ａと金属プレート２８０ｂとの第１接合部３０１を示している。図１８（ａ）は、ツメ２８４ｔが折り曲げられる前の第１接合部３０１を拡大した図である。図１８（ｂ）は、ツメ２８４ｔが折り曲げられた後の第１接合部３０１を拡大した図である。ツメ２８４ｔは、ロウ材Ｒを挟んで金属プレート２８０ａの周縁部２８４ａと金属プレート２８０ｂの周縁部２８４ｂとが重ね合わされた後、周縁部２８４ａを覆うように折り返して曲げられている。
【００９０】
これにより、作業効率の低下や接合不良、歪み等の品質劣化を抑制することができる。
【００９１】
（７−５）Ｅ
上記実施形態では、金属プレート８０の凹面部９５にシェブロン（凸状２２）が形成されていた。しかし、他の実施形態においては、凹面部９５にシェブロンの代わりにディンプルを形成しても良い。
【００９２】
（７−６）Ｆ
上記実施形態では、扁平管２０を水が流れる向きは全て左から右で、扁平多穴管４０をＣＯ2が流れる向きは全て右から左である。しかし、他の実施形態においては、水を左右に複数回往復させても良い。
【００９３】
例えば、図１９に示されている熱交換器１０Ｄでは、      上から２段目と３段目の扁平管２０Ｄの間の左側出入口部３２を塞ぐ仕切部材３２ａ、上から４段目と５段目の扁平管２０Ｄの間の右側出入口部３１を塞ぐ仕切部材３１ａ、及び上から６段目と７段目の扁平管２０Ｄの間の左側出入口部３１を塞ぐ仕切部材３２ｂを備えている。これにより、水が流れる流路を往復させることができる。
【００９４】
また、熱交換器１０Ｄは、下から２段目と３段目の扁平多穴管４０Ｄの間の左側出入口分配管５２を塞ぐ仕切部材５２ａ、下から４段目と５段目の扁平多穴管４０Ｄの間の右側出入口分配管５１を塞ぐ仕切部材５１ａ、及び下から６段目と７段目の扁平多穴管４０Ｄの間の左側出入口分配管５２を塞ぐ仕切部材５２ｂを備えている。それにより、ＣＯ2が流れる流路を往復させることができる。
【符号の説明】
【００９５】
１０、１０Ｄ、１１、１２                        熱交換器
２０、１２０、２２０                            扁平管（熱交換流路）
３０，３１，３２、１３０、２３０                出入口部
４０                                            扁平多穴管
５０，５１，５２                                出入口分配管（分配管）
６０                                            第１組立体
７０                                            第２組立体
８０、１８４、１８４、２８４、２８４            金属プレート（プレス加工板）
８４、１８４ａ、１８４ｂ、２８４ａ、２８４ｂ    周縁部
９５                                            凹面部（流路部）
１０１、２０１、３０１                          第１接合部
１０２、２０２、３０２                          第２接合部
１８４ｔ                                        折曲部
１８８ａ                                        凸部
１８９ｂ                                        突出部
２８４ｔ                                        ツメ
Ｔ                                              隙間治具（治具）
【先行技術文献】
【特許文献】
【００９６】
【特許文献１】特開平９−８９４８７号公報
【特許文献２】特表平９−５００９５８号公報
【図１】
2014052147.tif 000003
【図２】
2014052147.tif 000004
【図３】
2014052147.tif 000005
【図４】
2014052147.tif 000006
【図５】
2014052147.tif 000007
【図６】
2014052147.tif 000008
【図７】
2014052147.tif 000009
【図８】
2014052147.tif 000010
【図９】
2014052147.tif 000011
【図１０】
2014052147.tif 000012
【図１１】
2014052147.tif 000013
【図１２】
2014052147.tif 000014
【図１３】
2014052147.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
2014052147.tif 000017
【図１６】
2014052147.tif 000018
【図１７】
2014052147.tif 000019
【図１８】
2014052147.tif 000020
【図１９】
2014052147.tif 000021