(57)【要約】【課題】熱交換性能が高く、少ない工数で作製可能な熱交換器を提供する。【解決手段】第１の流体と第２の流体とを熱交換させる熱交換器であって、第１の流体を流通させる流体通路１１と、第２の流体を流通させる流体通路１２とを備え、銅を用いた押し出し加工により一体成形された多穴管１０を有するようにする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の流体と第２の流体とを熱交換させる熱交換器であって、
前記第１又は第２の流体を流通させる複数の第１の流体通路（１１、１２）を備え、銅を用いて一体成形された第１の多穴管（１０）を有することを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
互いに隣り合う２つの前記第１の流体通路（１１、１２）の一方は前記第１の流体を流通させ、
前記２つの第１の流体通路（１１、１２）の他方は前記第２の流体を流通させ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】
前記第１の多穴管（２９）を外部から断熱するために前記第１の多穴管（２９）の外周に設けられた断熱部（３２）をさらに有することを特徴とする請求項２に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記断熱部（３２）は、ウレタンフォームで形成されていることを特徴とする請求項３に記載の熱交換器。
【請求項５】
前記第１の多穴管（１０）は、押し出し加工により成形されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項６】
前記断熱部（３２）は、押し出し加工により前記第１の多穴管（２９）と同時に成形されていることを特徴とする請求項５に記載の熱交換器。
【請求項７】
前記第１の多穴管（１０）は、螺旋状に巻かれていることを特徴とする請求項２乃至請求項６のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項８】
前記第１の多穴管（３３）の一部分（３３ａ）と前記一部分（３３ａ）に対し１螺旋ピッチ分ずれて隣り合う他の部分（３３ｂ）との間に形成された間隙部（３４）をさらに有することを特徴とする請求項７に記載の熱交換器。
【請求項９】
前記２つの第１の流体通路（４１、４２）は、互いに異なる断面積を有することを特徴とする請求項２乃至請求項８のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項１０】
前記第１又は第２の流体の一方を流通させる第２の流体通路（６６）を画定し、前記第１の多穴管（６０）に熱的に接続された箱体（６３）をさらに有し、
前記複数の第１の流体通路（６７、６８）はいずれも前記第１又は第２の流体の他方を流通させることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項１１】
前記第１の多穴管（６０）は、扁平な断面形状を有し、前記断面形状の扁平方向が前記箱体（６３）の表面にほぼ平行になるように前記箱体（６３）に巻き付けられていることを特徴とする請求項１０に記載の熱交換器。
【請求項１２】
前記第１の多穴管（９０）は、前記箱体（６３）の表面に面接触する平坦面（９４）を有していることを特徴とする請求項１１に記載の熱交換器。
【請求項１３】
前記第１の流体通路（１０７、１０８）に並列する複数の第３の流体通路（１０９）を備えて一体成形され、前記第１の多穴管（１０１）に熱的に接続された第２の多穴管（１０２）をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項１４】
前記第１の多穴管（１０１）は、押し出し加工により成形されていることを特徴とする請求項１３に記載の熱交換器。
【請求項１５】
前記第２の多穴管（１０２）は、押し出し加工により前記第１の多穴管（１０１）と同時に成形されていることを特徴とする請求項１４に記載の熱交換器。
【請求項１６】
前記第２の多穴管（１０２）は、前記第１の多穴管（１０１）にクラッド接合されていることを特徴とする請求項１４又は請求項１５に記載の熱交換器。
【請求項１７】
前記第２の多穴管（１０２）は、アルミニウムで形成されていることを特徴とする請求項１３乃至請求項１６のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項１８】
前記第２の多穴管（１０２）は、前記第１の多穴管（１０１）の外周を囲むように配置されていることを特徴とする請求項１３乃至請求項１７のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項１９】
前記第１の流体通路（１１、１２）は、それぞれ略円状の断面形状を有することを特徴とする請求項１乃至請求項１８のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項２０】
前記第１の流体通路（５１、５２、５３）は、それぞれ略長方形状の断面形状を有することを特徴とする請求項１乃至請求項１８のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項２１】
前記第１又は第２の流体の少なくともいずれか一方は水であることを特徴とする請求項１乃至請求項２０のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項２２】
給湯器又は床暖房装置に用いられることを特徴とする請求項１乃至請求項２１のいずれか１項に記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体間の熱交換を行う熱交換器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、それぞれコイル状に巻かれて交互に配置された一次側及び二次側のチューブをろう付けにより互いに接合した熱交換器が開示されている。
【０００３】
また特許文献２には、２枚のプレートが貼り合わされて内部に通水路が形成された薄型形状の箱体の外周に、冷媒通路として複数本の銅製細管が螺旋状に巻装された熱交換器が開示されている。一般に、このような熱交換器の複数本の細管は、螺旋軸方向に見て長円形となるコイル状にコイル成形機を用いて巻き上げられた後に、箱体に組み付けられる。
【特許文献１】特開２００５−３１５５５３号公報
【特許文献２】特開２００３−３１４９７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、特許文献１に開示された熱交換器では、一次側及び二次側のチューブをろう付けにより互いに接合する工程が必要になるため、熱交換器を作製する際の工数が増加してしまうという問題があった。
【０００５】
また、特許文献２に開示された熱交換器を作製する際の巻き上げ工程では、複数本の細管がまとめて巻き上げられるため、各細管がばらばらにならないように押さえが必要になる。このため、巻き段数を増やすと巻き上げ工程での工数が増加してしまうという問題があった。さらに、互いに固定されていない複数本の細管を箱体に組み付ける必要があるため、組み付け工程においても工数が増加してしまうという問題があった。
【０００６】
本発明の目的は、少ない工数で作製可能な熱交換器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。
【０００８】
請求項１に記載の発明は、第１の流体と第２の流体とを熱交換させる熱交換器であって、前記第１又は第２の流体を流通させる複数の第１の流体通路（１１、１２）を備え、銅を用いて一体成形された第１の多穴管（１０）を有することを特徴としている。
【０００９】
これにより、複数本の管を互いに接合する工程や、複数本の管を他の管や箱体に巻き付ける工程を削減できるため、少ない工数で作製可能な熱交換器を実現できる。また、耐腐食性の高い銅を用いて多穴管（１０）を成形しているため、腐食等の問題が生じ難い。
【００１０】
ところで、複数本の管を熱的接合（ろう付けなど）したものにおいてはろう切れにより、また複数本の管を機械的接合（ボルト締めなど）したものにおいては接合状態の不備などにより、接合部の接触熱抵抗が大きくなるため、熱交換器としての熱交換性能が低下する。
【００１１】
よって請求項２に記載の発明は、互いに隣り合う２つの前記第１の流体通路（１１、１２）の一方は前記第１の流体を流通させ、前記２つの第１の流体通路（１１、１２）の他方は前記第２の流体を流通させることを特徴としている。
【００１２】
これにより、一体成形された複数本の管を用いて２つの流体の熱交換を行うことができるので、上記のような接触熱抵抗による流体間の熱伝導性の低下が抑制でき、高い熱交換性能を有する熱交換器を実現できる。また、複数本の管を熱的接合あるいは機械的接合するための接合工程が不要になるので、熱交換器の製造工程が簡略化する。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、前記第１の多穴管（２９）を外部から断熱するために前記第１の多穴管（２９）の外周に設けられた断熱部（３２）をさらに有することを特徴としている。
【００１４】
これにより、第１の多穴管（２９）からの熱損失を抑えられるため、熱交換性能の高い熱交換器を実現できる。
【００１５】
請求項４に記載の発明のように、断熱部（３２）はウレタンフォームで形成することができる。また請求項５に記載の発明のように、第１の多穴管（１０）は押し出し加工により成形することができる。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、断熱部（３２）は、押し出し加工により第１の多穴管（２９）と同時に成形されていることを特徴としている。
【００１７】
これにより、断熱部（３２）の形成工程の工数を削減できるため、少ない工数で作製可能な熱交換器を実現できる。
【００１８】
請求項７に記載の発明のように、第１の多穴管（１０）を螺旋状に巻くこともできる。
【００１９】
請求項８に記載の発明は、第１の多穴管（３３）の一部分（３３ａ）とこの一部分（３３ａ）に対し１螺旋ピッチ分ずれて隣り合う他の部分（３３ｂ）との間に形成された間隙部（３４）をさらに有することを特徴としている。
【００２０】
仮に、第１の流体を高温流体、第２の流体を低温流体とした場合、熱交換により温度の上昇した第２の流体側から、熱交換により温度の低下した第１の流体側に再び熱が移動してしまうことがないため、熱交換器の熱交換性能がさらに向上する。
【００２１】
請求項９に記載の発明のように、２つの第１の流体通路（４１、４２）は、互いに異なる断面積を有していてもよい。
【００２２】
請求項１０に記載の発明は、第１又は第２の流体の一方を流通させる第２の流体通路（６６）を画定し、第１の多穴管（６０）に熱的に接続された箱体（６３）をさらに有し、複数の第１の流体通路（６７、６８）はいずれも第１又は第２の流体の他方を流通させることを特徴としている。
【００２３】
これにより、管を箱体（６３）に巻き付けるための工数が減少するため、少ない工数で作製可能な熱交換器を実現できる。
【００２４】
請求項１１に記載の発明のように、第１の多穴管（６０）は、扁平な断面形状を有し、前記断面形状の扁平方向が箱体（６３）の表面にほぼ平行になるように箱体（６３）に巻き付けられるようにしてもよい。
【００２５】
請求項１２に記載の発明は、第１の多穴管（９０）は、箱体（６３）の表面に面接触する平坦面（９４）を有していることを特徴としている。
【００２６】
これにより、第１の多穴管（９０）と箱体（６３）との間の接触面積が増加するため、熱交換器の熱交換性能が向上する。
【００２７】
請求項１３に記載の発明は、第１の流体通路（１０７、１０８）に並列する複数の第３の流体通路（１０９）を備えて一体成形され、第１の多穴管（１０１）に熱的に接続された第２の多穴管（１０２）をさらに有することを特徴としている。
【００２８】
これにより、複数本の管を互いに接合する工程や、複数本の管を他の管に巻き付ける工程を削減できるため、少ない工数で作製可能な熱交換器を実現できる。
【００２９】
請求項１４に記載の発明のように、第１の多穴管（１０１）を押し出し加工により成形してもよい。また、請求項１５に記載の発明のように、第２の多穴管（１０２）を、押し出し加工により第１の多穴管（１０１）と同時に成形してもよい。さらに、請求項１６に記載の発明のように、第２の多穴管（１０２）は、第１の多穴管（１０１）にクラッド接合されるようにしてもよい。また、請求項１７に記載の発明のように、第２の多穴管（１０２）をアルミニウムで形成してもよい。さらに、請求項１８に記載の発明のように、第２の多穴管（１０２）は、第１の多穴管（１０１）の外周を囲むように配置されるようにしてもよい。
【００３０】
また、請求項１９に記載の発明のように、第１の流体通路（１１、１２）は、それぞれ略円状の断面形状を有するようにしてもよい。さらに、請求項２０に記載の発明のように、第１の流体通路（５１、５２、５３）は、それぞれ略長方形状の断面形状を有するようにしてもよい。
【００３１】
また、請求項２１に記載の発明のように、第１又は第２の流体の少なくともいずれか一方に水を用いることができる。さらに、請求項２２に記載の発明のように、上記の熱交換器は給湯器又は床暖房装置に用いることもできる。
【００３２】
ここで、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図１乃至図５を用いて説明する。
【００３４】
図１は、本実施形態における熱交換器の全体構成を示す正面図である。図中の実線矢印は１次側の流体が流れる方向を表し、破線矢印は２次側の流体が流れる方向を表している。図１に示すように、温水式床暖房装置に用いられる熱交換器１は、互いに並列する２つの流体通路（第１の流体通路）１１、１２を備え、螺旋軸がほぼ鉛直になるように螺旋状に巻かれた１本の多穴管（第１の多穴管）１０と、多穴管１０を保持するブラケット２０とを有している。多穴管１０は、流体通路１１、１２が螺旋軸方向に交互に配列するように隙間なく巻かれている。
【００３５】
流体通路１１には、例えば水道水が加熱されて温水タンク内に貯められる温水が１次側の流体として流通する。流体通路１１の一端側の端部１１ａは、配管２５の一端に接続されている。配管２５の他端は、温水タンク（不図示）側からの温水が流入する流入部２１に接続されている。また、流体通路１１の他端側の端部１１ｂは、配管２６の一端に接続されている。配管２６の他端は、温水タンク側に温水が流出する流出部２２に接続されている。配管２５、２６は、例えば流体通路１１の直径にほぼ等しい外径を有している。
【００３６】
一方、流体通路１１に並列する流体通路１２には、居室の床下に配置される暖房用配管（不図示）を循環して床を暖める熱媒体（例えば水又は防錆液若しくは不凍液が入った液体）が２次側の流体として流通する。流体通路１１の端部１１ｂに隣接する流体通路１２の端部１２ｂは、配管２７の一端に接続されている。配管２７の他端は、暖房用配管側からの熱媒体が流入する流入部２３に接続されている。流体通路１１の端部１１ａに隣接する流体通路１２の端部１２ａは、配管２８の一端に接続されている。配管２８の他端は、暖房用配管側に熱媒体が流出する流出部２４に接続されている。配管２７、２８は、例えば流体通路１２の直径にほぼ等しい外径を有している。
【００３７】
図２は、多穴管１０の構成を示す部分断面図である。図２では、多穴管１０の一部分１０ａと、一部分１０ａに対して螺旋軸方向（図２中の下方）に１螺旋ピッチ分ずれて隣り合う他の部分１０ｂとにおける断面を示している。図２に示すように、多穴管１０は、互いに並列して延伸する２つの円筒状の管壁部１３、１４と、両管壁部１３、１４を接続する接続部１５とを有している。また多穴管１０は、管壁部１３により画定され、円状の断面形状を備える流体通路１１と、管壁部１４により画定され、同様に円状の断面形状を備える流体通路１２とを有している。多穴管１０は、銅（純銅又はりん脱酸銅）を用いた押し出し加工により一体成形されている。
【００３８】
流体通路１１の直径（管壁部１３の内径）ｄ１と流体通路１２の直径（管壁部１４の内径）ｄ２とはほぼ等しい。すなわち、流体通路１１、１２はほぼ同一の断面積を有している。流体通路１１、１２の直径ｄ１、ｄ２は、いずれも１０〜１２ｍｍ程度であるのが望ましい。接続部１５を除く管壁部１３、１４の肉厚ｔ１と、接続部１５の肉厚ｔ２との関係は、例えばｔ１≦ｔ２＜２ｔ１である。本実施形態では多穴管１０が螺旋軸方向に隙間なく巻かれているため、管壁部１４の一部分１０ａと管壁部１３の他の部分１０ｂとは互いに接触している。
【００３９】
本実施形態の熱交換器は以上のように構成されており、次に、この熱交換器の作動について説明する。
【００４０】
床暖房装置の暖房用配管内の熱媒体は、流入部２３及び配管２７を介して多穴管１０の流体通路１２に流入する。一方、温水タンクに貯えられている所定温度の温水は、流入部２１及び配管２５を介して多穴管１０の流体通路１１に所定の流量で流入する。多穴管１０では、流体通路１１内を流通する温水と流体通路１２内を流通する熱媒体との間で熱交換が行われ、熱媒体が加熱される。加熱された熱媒体は、配管２８及び流出部２４を介して流出し、暖房用配管側に供給される。そして、床暖房装置は加熱された熱媒体によって暖房機能を発揮する。熱媒体との熱交換によって温度の低下した温水は、配管２６及び流出部２２を介して流出する。流出した温水は温水タンクに戻り、所定温度に加熱される。
【００４１】
本実施形態の熱交換器１には、互いに異なる流体が流れる２つの流体通路１１、１２を備え、一体成形された多穴管１０が用いられている。これにより本実施形態では、複数本の管を機械的に接触させる必要がないため、管同士の接触界面を介さずに流体間の熱交換が可能となる。例えばボルトを用いて１次側及び２次側の２本の管が接合されている場合、金属表面の微細な凹凸のために両者の間には極めて薄い空気層が存在する。空気の熱伝導率は金属より低いため、空気層が存在すると２本の管の間の接触熱抵抗が高まり、熱交換器の熱交換性能が低下してしまう。また、ろう付けを用いて１次側及び２次側の管が接合されている場合、ろう付けの性質上、１次側及び２次側の管の接合部にボイド（ろう切れ）が発生することがある。ボイドが発生した部分では熱の流れが阻害されるため、熱交換器の熱交換性能が低下してしまう。本実施形態では、ボルトやろう付けにより１次側及び２次側の管を機械的に接触させていないため、接触熱抵抗による流体間の熱伝導性の低下が生じず、熱交換性能の高い熱交換器を実現できる。
【００４２】
また、本実施形態では、ボルトやろう付け等を用いて１次側及び２次側の管を接合する工程が不要になるので、熱交換器の製造工程が簡略化する。さらに、一般にろう付け工程では、管が加熱されるため結晶粒の粗大化が生じ、管の機械的な強度が低下する。これに対し本実施形態では、１次側及び２次側の管を熱的に接続するためのろう付け工程が不要であるため、多穴管１０の機械的強度の低下を抑制できる。
【００４３】
また、一般に２本の管を接合する場合、管同士が完全に密着して接合されたとしても、２つの流体通路は双方の管壁によって隔てられる。つまり、接合された管と管の間は、各管の管壁の肉厚ｔ１の２倍の肉厚（２ｔ１）を有している。これに対し本実施形態では、管壁部１３、１４の肉厚ｔ１の２倍より薄い肉厚ｔ２を有する接続部１５によって２つの流体通路１１、１２が隔てられている。このため、管壁での熱抵抗が減少して流体間の熱伝導性が高まり、熱交換器の熱交換性能が向上する。
【００４４】
さらに、多穴管１０は銅を用いて成形されている。銅はアルミニウム等と比較して電位が高く耐腐食性が高いため、流体通路１１、１２を流通する流体として、塩素等を含有する水道水が用いられても多穴管１０の腐食等の問題が生じ難い。
【００４５】
図３は、本実施形態における多穴管の構成の変形例を示す断面図である。図３に示すように、本変形例の多穴管３０は、互いに並列して延伸する２つの四角筒状の管壁部３７、３８と、両管壁部３７、３８を接続する接続部３９とを有している。また多穴管３０は、管壁部３７により画定され、正方形状の断面形状を備える流体通路３５と、管壁部３８により画定され、同様に正方形状の断面形状を備える流体通路３６とを有している。管壁部３７の平面状の内壁面３７ａは、管壁部３８の平面状の内壁面３８ａに接続部３９を介して対向している。すなわち図２に示した多穴管１０と比較すると、本変形例では接続部３９を介して互いに対向する内壁面３７ａ、３８ａの面積が大きいため、流体通路３５、３６をそれぞれ流通する流体間の熱交換性能がさらに向上する。流体通路３５、３６の断面形状は正方形に限られず、長方形等の他の形状であってももちろんよい。本実施形態では押し出し加工により多穴管を成形しているため、比較的複雑な断面形状を有する多穴管の成形も可能である。
【００４６】
図４は、本実施形態における多穴管の構成の他の変形例を示す断面図である。図４に示すように、本変形例では、図２に示した多穴管１０と同様の構成を備える多穴管２９の外周部（管側面）の例えば全周に、多穴管２９を外部から断熱するための断熱部３２が被覆形成されている。断熱部３２は例えばウレタンフォーム等の断熱材で形成され、押し出し加工によって多穴管２９と同時に成形されている。
【００４７】
本変形例では、多穴管２９の外周に形成された断熱部３２により優れた断熱効果が得られるため、熱損失が少なく熱交換性能の高い熱交換器を実現できる。また、螺旋状に巻かれた多穴管２９の外側に断熱材を円筒状に巻く工程を削減できる。さらに、断熱部３２は押し出し加工によって多穴管２９と同時に成形できるため、工数の増加が抑えられる。したがって、本変形例によれば、熱損失が少なく熱交換性能の高い熱交換器を少ない工数で作製できる。
【００４８】
図５は、本実施形態における多穴管の構成のさらに他の変形例を示す断面図である。図５では、多穴管３３の一部分３３ａと、一部分３３ａに対し螺旋軸方向（図中下方）に１螺旋ピッチ分ずれて隣り合う他の部分３３ｂとにおける断面を示している。図５に示すように、一部分３３ａでの管壁部１４と他の部分３３ｂでの管壁部１３とは直接接触せず、管壁部１４と管壁部１３との間に幅ｇ１の間隙部（空気層）３４が形成されている。間隙部３４は、一部分３３ａでの流体通路１２と他の部分３３ｂでの流体通路１１との間を断熱する断熱層として機能する。
【００４９】
一部分３３ａの流体通路１２内の２次側の流体は、他の部分３３ｂから一部分３３ａまでの１周の間における１次側の流体との間の熱交換により、他の部分３３ｂの２次側の流体よりも温度が上昇している。一方、他の部分３３ｂの流体通路１１内の１次側の流体は、一部分３３ａから他の部分３３ｂまでの１周の間における２次側の流体との間の熱交換により、一部分３３ａの１次側の流体よりも温度が低下している。このため、他の部分３３ｂの流体通路１１内の１次側の流体の温度が、一部分３３ａの流体通路１２内の２次側の流体の温度よりも高くなる場合がある。その場合、一部分３３ａでの管壁部１４と他の部分３３ｂでの管壁部１３とが直接接触していると、一部分３３ａの２次側の流体から他の部分３３ｂの１次側の流体に熱が移動してしまう現象が生じ得る。本変形例では断熱層として間隙部３４が設けられているので、上記のような場合であっても２次側の流体から１次側の流体に熱が移動してしまうことはない。したがって、本変形例によれば熱交換器の熱交換性能がさらに向上する。間隙部３４には、ウレタンフォーム等の断熱材を充填してもよい。
【００５０】
本実施形態では温水式床暖房装置に用いられる熱交換器について説明したが、本実施形態はヒートポンプ給湯機や風呂の追い炊きシステムに用いられる熱交換器等の種々の熱交換器に適用可能である。本実施形態では耐腐食性の高い銅を用いて多穴管が成形されているため、１次側及び２次側の流体の一方又は双方に水道水が用いられる熱交換器に本実施形態を適用しても腐食等の問題が生じ難い。
【００５１】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図６及び図７を用いて説明する。
【００５２】
図６は、本実施形態における熱交換器の構成を示す断面図である。図６に示すように、給湯器におけるヒートポンプサイクルに用いられる熱交換器２は、流体通路４１と、流体通路４１を挟んで両側に隣り合って配置され、流体通路４１にそれぞれ並列する２つの流体通路４２、４３とを備えた多穴管４０を有している。多穴管４０は、銅（純銅又はりん脱酸銅）を用いた押し出し加工により一体成形されている。流体通路４１は管壁部４４により画定され、円状の断面形状を有している。流体通路４２、４３は、管壁部４５、４６によりそれぞれ画定され、いずれも円状の断面形状を有している。流体通路４２の直径（管の内径）ｄ４と流体通路４３の直径ｄ５とはほぼ等しく、流体通路４１の直径ｄ３は流体通路４２、４３の直径ｄ４、ｄ５より大きい。すなわち、流体通路４２、４３はほぼ同一の断面積を有し、流体通路４２、４３に隣り合う流体通路４１は、流体通路４２、４３の断面積より大きい断面積を有している。管壁部４４と管壁部４５とは、接続部４７を介して互いに接続されている。また管壁部４４と管壁部４６とは、接続部４８を介して互いに接続されている。接続部４７、４８を除く管壁部４４の肉厚ｔ３及び管壁部４５、４６の肉厚ｔ４と、接続部４７、４８の肉厚ｔ５との関係は、例えばｔ４≦ｔ３≦ｔ５＜ｔ３＋ｔ４である。
【００５３】
流体通路４１は例えば水を流通させ、流体通路４２、４３は例えばＣＯ２等の冷媒を流通させる。水を流通させる流体通路４１は、圧力損失を減少させるために比較的大きい断面積を有している。一方、耐圧性の必要な冷媒を流通させる流体通路４２、４３は、比較的小さい断面積を有している。流体通路４１の直径ｄ３は８〜１５ｍｍ程度が望ましく、流体通路４２、４３の直径ｄ４、ｄ５は３〜５ｍｍ程度が望ましい。
【００５４】
本実施形態の熱交換器２には、複数の流体通路４１、４２、４３を備えた銅製の多穴管４０が用いられている。多穴管４０は一体成形されているため、ろう付けやボルト等を用いて複数本の管を機械的に接触させる必要がなく、接触熱抵抗が生じることもない。したがって、熱交換性能の高い熱交換器を少ない工数で作製できる。
【００５５】
また、一般に複数本の管を接合する場合、管同士が完全に密着して接合されたとしても、２つの流体通路は双方の管壁により隔てられる。これに対し本実施形態では、管壁部４４の肉厚ｔ３と管壁部４５の肉厚ｔ４との和（ｔ３＋ｔ４）より薄い肉厚ｔ５を有する接続部４７を介して２つの流体通路４１、４２が隔てられている。このため、流体間の熱伝導性が高まり、熱交換器の熱交換性能が向上する。
【００５６】
さらに、多穴管４０は耐腐食性の高い銅を用いて成形されているため、例えば流体通路４１に流通する流体として水道水を用いても腐食等の問題が生じ難い。
【００５７】
本実施形態の熱交換器２では、水が流通する１本の流体通路４１と冷媒が流通する２本の流体通路４２、４３とを備えた多穴管４０が用いられているが、多穴管の備える各流体通路の本数はこれに限られない。例えば、２本の流体通路４２、４３はいずれか一方のみとしてもよい。また、冷媒が流通する流体通路の内壁面には、例えば管軸に平行に延びる溝（凹凸）を形成してもよい。内壁面に溝を形成することによって、冷媒と管壁部との接触面積が増加するため流体間の熱交換性能が向上する。本実施形態では押し出し加工により多穴管を成形しているため、内壁面に溝を備える多穴管の成形も容易である。
【００５８】
図７は、本実施形態における熱交換器の構成の変形例を示す断面図である。図７に示すように、熱交換器３の多穴管５０は、管壁部５４と、管壁部５４を挟んで両側に配置され、管壁部５４に並列して延伸する２つの管壁部５５、５６とを有している。また多穴管５０は、管壁部５４により画定され、正方形状の断面形状を備えた流体通路５１と、管壁部５５、５６によりそれぞれ画定され、流体通路５１の断面における一辺にほぼ等しい長さの長辺を有する長方形状の断面形状をそれぞれ備えた流体通路５２、５３とを有している。例えば冷媒を流通させる流体通路５２、５３は、耐圧性を高めるために、互いにほぼ同一で比較的小さい断面積を有している。一方、例えば水を流通させる流体通路５１は、圧力損失を減少させるために、流体通路５２、５３の断面積より大きい断面積を有している。管壁部５４の平面状の内壁面５４ａは、管壁部５５の平面状の内壁面５５ａに接続部５７を介して対向している。また管壁部５４の平面状の内壁面５４ｂは、管壁部５６の平面状の内壁面５６ａに接続部５８を介して対向している。
【００５９】
本変形例では、接続部５７を介して対向する内壁面５４ａ、５５ａの面積、及び接続部５８を介して対向する内壁面５４ｂ、５６ａの面積が比較的大きいため、流体通路５１を流通する水と流体通路５２、５３を流通する冷媒との間の熱交換性能がさらに向上する。
【００６０】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について図８乃至図１３を用いて説明する。
【００６１】
図８は本実施形態における熱交換器の構成を示す正面図であり、図９は本実施形態における熱交換器の構成を示す下面図である。図８及び図９に示すように、給湯器や床暖房装置に用いられる熱交換器４は、浅底容器状の２枚のプレート６１、６２が貼り合わされた薄型形状の箱体６３と、箱体６３の周囲に螺旋状に巻きつけられた１本の多穴管６０とを有している。多穴管６０は、例えばろう付けにより箱体６３に熱的に接続されている。箱体６３の一端辺には例えば水が流入する入口６４が開口され、入口６４に対向する端辺には水が流出する出口６５が開口されている。
【００６２】
図１０は、図９のＸ−Ｘ線で切断した熱交換器の断面図であり、箱体６３内部の流体通路を示している。図１０に示すように、箱体６３内には、平面的に形成されたコルゲート状の流体通路（第２の流体通路）６６が画定されている。入口６４と出口６５の間は、流体通路６６を介して接続されている。
【００６３】
図１１は、図８のＸＩ−ＸＩ線で切断した熱交換器の模式的な断面図である。図１１では、箱体６３内部の流体通路６６の図示を省略している。図１１に示すように、多穴管６０は互いに並列する２つの円筒状の管壁部６９、７０を備え、全体として扁平な断面形状を有している。また多穴管６０は、管壁部６９により画定され、円状の断面形状を備える流体通路６７と、管壁部７０により画定され、同様に円状の断面形状を備える流体通路６８と、両管壁部６９、７０間を接続する接続部７１とを有している。多穴管６０は、銅を用いた押し出し加工により一体成形されている。流体通路６７、６８には、例えば共に冷媒が流通する。流体通路６７、６８の直径は、いずれも３〜５ｍｍ程度が望ましい。多穴管６０は断面の扁平方向（図１１の上下方向）が箱体６３の表面にほぼ平行になるように巻き付けられ、管壁部６９、７０は共に箱体６３に接触している。熱交換器４は、コイル成形機を用い、螺旋軸方向に見て長円形となるコイル状に多穴管６０を巻き上げる巻き上げ工程と、巻き上げられた多穴管６０を箱体６３に組み付ける組み付け工程とを経て作製される。
【００６４】
本実施形態における熱交換器４では、入口６４から流入した水は、箱体６３内のコルゲート状の流体通路６６を流通する。一方、箱体６３に螺旋状に巻き付けられて熱的に接続された多穴管６０の２つの流体通路６７、６８には、冷媒が流通する。流体通路６６を流通する水は、多穴管６０の流体通路６７、６８を流通する冷媒と熱交換することにより加熱され、出口６５から流出する。
【００６５】
本実施形態における熱交換器４は、内部に流体通路６６が形成された箱体６３に、２つの流体通路６７、６８が形成された１本の多穴管６０を巻き付けた構成を有している。したがって、複数本の細管をまとめて巻き上げたり、複数本の細管を箱体に組み付けたりする必要がないため、巻き上げ工程及び組み付け工程での工数が減少する。これにより本実施形態によれば、少ない工数で作製可能な熱交換器を実現できる。
【００６６】
図１２は、本実施形態における熱交換器の構成の変形例を模式的に示す断面図であり、図１１に対応している。図１２に示すように、本変形例における熱交換器５は、３つの円筒状の管壁部８４、８５、８６と、管壁部８４、８５を接続する接続部８７と、管壁部８５、８６を接続する接続部８８とを備えた多穴管８０を有している。多穴管８０は全体として扁平な断面形状を有している。また多穴管８０は、管壁部８４、８５、８６によりそれぞれ画定され、いずれも円状の断面形状を有する流体通路８１、８２、８３を有している。多穴管８０は、銅を用いた押し出し加工により一体成形されている。多穴管８０は断面の扁平方向（図１２の上下方向）が箱体６３の表面にほぼ平行になるように巻き付けられ、管壁部８４、８５、８６は、いずれも箱体６３に接触している。
【００６７】
本変形例によれば、図８乃至図１１に示した熱交換器と同様に、少ない工数で作製可能な熱交換器を実現できるとともに、冷媒が３つの流体通路８１、８２、８３を流通するため、当該冷媒と箱体６３内の流体通路６６を流通する水との間の熱交換性能が向上する。
【００６８】
図１３は、本実施形態における熱交換器の構成の他の変形例を模式的に示す断面図であり、図１１に対応している。図１３に示すように、本変形例における熱交換器６は、扁平な長円状の断面形状を備えた多穴管９０を有している。多穴管９０は、互いに並列し円状の断面形状をそれぞれ備えた２つの流体通路９１、９２を有している。多穴管９０の外周部には、互いにほぼ平行な２つの平坦面９３、９４と、平坦面９３、９４間を繋ぐ２つの部分円筒面９５、９６とが形成されている。平坦面９３、９４は、流体通路９１、９２の延伸方向と互いの並列方向とを含む面にほぼ平行になっている。多穴管９０の一方の平坦面９４は、箱体６３の平坦な表面に面接触している。
【００６９】
本変形例によれば、図８乃至図１１に示した熱交換器と同様に、少ない工数で作製可能な熱交換器を実現できる。また本変形例では、多穴管９０の平坦面９４と箱体６３の平坦な表面とが面接触しているため、多穴管９０と箱体６３との間の接触面積が増加して接触熱抵抗が減少する。したがって、多穴管９０の流体通路９１、９２を流通する冷媒と箱体６３の流体通路６６を流通する水との間の熱交換性能が向上する。
【００７０】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について図１４乃至図１８を用いて説明する。
【００７１】
図１４は、本実施形態における熱交換器の構成を示す断面図である。図１５は、図１４に示す熱交換器の断面の一部を拡大して示す断面図である。図１４及び図１５に示すように、給湯器や床暖房装置に用いられる熱交換器７は、銅を用いて一体成形されて長円状の断面形状を備える多穴管（第１の多穴管）１０１と、多穴管１０１の外周のうち３方を囲むように配置され、例えば純アルミニウムを用いて一体成形されて馬蹄形状の断面形状を備える多穴管（第２の多穴管）１０２とを有している。多穴管１０２は、多穴管１０１の３方を囲むように配置され、多穴管１０１に熱的に接続されている。多穴管１０１と多穴管１０２とは、例えばコンフォーム押し出し加工によって同時に成形されており、共に螺旋状に巻かれている。アルミニウム製の多穴管１０２の表面は、銅製の多穴管１０１の表面にクラッド接合されている。多穴管１０１の表面と多穴管１０２の表面との間には、金属間化合物が形成されておらず、両表面は金属接合もされていない。
【００７２】
多穴管１０１は、２〜３個程度（図１５では２個）の流体通路１０７、１０８を有している。各流体通路１０７、１０８は、長円筒状の外壁部１０５と、外壁部１０５の内側に形成された平面状の仕切り壁部１０６とにより画定されている。各流体通路１０７、１０８には、例えば共に水が流通する。例えば多穴管１０１の幅Ｗ１は５ｍｍ程度であり、長さＬ１は２０ｍｍ程度である。
【００７３】
多穴管１０２は、流体通路１０７、１０８に並列する５〜２０個程度（図１５では１３個）の流体通路（第３の流体通路）１０９を有している。各流体通路１０９は、内径０．５〜３ｍｍ程度の円状の断面形状を有し、流体通路１０７、１０８の断面積より小さい断面積を有している。各流体通路１０９には例えば冷媒が流通する。流体通路１０９の内壁には、熱交換性能を高めるために溝を形成してもよい。
【００７４】
図１６は、本実施形態における熱交換器のヘッダ近傍の構成を模式的に示す正面図である。図１６に示すように、多穴管１０２の端部にはヘッダ１０４が接続されている。多穴管１０２とヘッダ１０４との間は、トーチろう付け等により接合されている。多穴管１０１の端部にはヘッダ１０３が接続されている。ヘッダ１０３近傍での多穴管１０１は、多穴管１０２に囲まれていない方向（図１５中の下方向）に曲げられて多穴管１０２から引き剥がされている。多穴管１０１とヘッダ１０３との間は、トーチろう付け等により接合されている。
【００７５】
本実施形態では、水が流通する複数の流体通路１０７、１０８を備える多穴管１０１が銅で形成されている。銅は耐腐食性が高いため、流体通路１０７、１０８に水道水を流通させても腐食等の問題が生じ難い。また本実施形態では、冷媒が流通する流体通路１０９を備える多穴管１０２がアルミニウムで形成されている。アルミニウムは微細な加工が可能であるため、熱交換性能を高めるために流体通路１０９を多数設けたり、流体通路１０９の内壁に溝を形成したりするのが容易である。さらに、アルミニウムは銅よりも軽量かつ安価である。また本実施形態では、同時に一体成形された多穴管１０１、１０２が用いられているため、複数本の管を互いに接合する工程や、管を他の管に巻き付ける工程を削減できる。したがって本実施形態によれば、軽量で熱交換性能が高く、低コストで作製可能な熱交換器を実現できる。
【００７６】
図１７は、本実施形態における熱交換器の構成の変形例を模式的に示す正面図である。図１７に示すように、本変形例の熱交換器８では、互いにクラッド接合された銅製の多穴管１０１及びアルミニウム製の多穴管１０２がサーペンタイン状に折り曲げられている。本変形例によっても図１４乃至図１６に示した熱交換器７と同様の効果が得られる。
【００７７】
図１８は、本実施形態における熱交換器の構成の他の変形例を示す断面図である。図１８に示すように、本変形例の熱交換器９は、銅を用いて一体成形されて長円状の断面形状を備える多穴管１０１と、多穴管１０１の全周を囲むように配置され、例えば純アルミニウムを用いて一体成形されて長円筒状の断面形状を備える多穴管１１０とを有している。多穴管１１０は、円状の断面形状を備える例えば１６個の流体通路１０９を有している。多穴管１０１と多穴管１１０とは、例えばコンフォーム押し出し加工によって同時に成形されている。多穴管１０１の表面と多穴管１１０の表面とはクラッド接合されている。本変形例では、多穴管１１０が多穴管１０１の全周を囲むように配置されているため、図１４乃至図１６に示した熱交換器７よりも多穴管１０１、１１０間の接触面積が大きく、熱交換性能がさらに向上する。本変形例では、図１６に示したように多穴管１０１を多穴管１１０から引き剥がして曲げるのが困難であるため、例えば別の配管を介してそれぞれのヘッダに接続される。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の第１実施形態における熱交換器の全体構成を示す正面図である。
【図２】本発明の第１実施形態における多穴管の構成を示す部分断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態における多穴管の構成の変形例を示す断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態における多穴管の構成の他の変形例を示す断面図である。
【図５】本発明の第１実施形態における多穴管の構成のさらに他の変形例を示す断面図である。
【図６】本発明の第２実施形態における熱交換器の構成を示す断面図である。
【図７】本発明の第２実施形態における熱交換器の構成の変形例を示す断面図である。
【図８】本発明の第３実施形態における熱交換器の構成を示す正面図である。
【図９】本発明の第３実施形態における熱交換器の構成を示す下面図である。
【図１０】図９のＸ−Ｘ線で切断した熱交換器の断面図である。
【図１１】図８のＸＩ−ＸＩ線で切断した熱交換器の模式的な断面図である。
【図１２】本発明の第３実施形態における熱交換器の構成の変形例を模式的に示す断面図である。
【図１３】本発明の第３実施形態における熱交換器の構成の他の変形例を模式的に示す断面図である。
【図１４】本発明の第４実施形態における熱交換器の構成を示す断面図である。
【図１５】本発明の第４実施形態における熱交換器の断面の一部を拡大して示す断面図である。
【図１６】本発明の第４実施形態における熱交換器のヘッダ近傍の構成を模式的に示す正面図である。
【図１７】本発明の第４実施形態における熱交換器の構成の変形例を模式的に示す正面図である。
【図１８】本発明の第４実施形態における熱交換器の構成の他の変形例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００７９】
１０、２９、３０、３３、４０、５０、６０、８０、９０、１０１  多穴管（第１の多穴管）
１１、１２、３５、３６、４１、４２、４３、５１、５２、５３、６７、６８、８１、８２、８３、９１、９２、１０７、１０８  流体通路（第１の流体通路）
３２  断熱部
３４  間隙部
６３  箱体
６６  流体通路（第２の流体通路）
９４  平坦面
１０２、１１０  多穴管（第２の多穴管）
１０９  流体通路（第３の流体通路）
【図１】
2008116112.tif 000003
【図２】
2008116112.tif 000004
【図３】
2008116112.tif 000005
【図４】
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【図５】
2008116112.tif 000007
【図６】
2008116112.tif 000008
【図７】
2008116112.tif 000009
【図８】
2008116112.tif 000010
【図９】
2008116112.tif 000011
【図１０】
2008116112.tif 000012
【図１１】
2008116112.tif 000013
【図１２】
2008116112.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
2008116112.tif 000016
【図１５】
2008116112.tif 000017
【図１６】
2008116112.tif 000018
【図１７】
2008116112.tif 000019
【図１８】
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