(57)【要約】【課題】熱交換器内で発生する給湯水の圧力損失を低減する。【解決手段】２枚の外板２２間で構成された空間内において、複数枚の仕切部材２３を外板２２の厚み方向（紙面上下方向）に積層しているので、前記空間内において、外板２２の厚み方向に重なった複数列の蛇行路２４が形成されることとなる。したがって、給水量（Ｑ）に対する給湯水通路、つまり蛇行路２４と給湯水との伝熱面積（Ｓ）との比（＝Ｓ／Ｑ）を低下させることなく、蛇行路２４の通路断面積を大きくして圧力損失を低減できるので、水冷媒熱交換器２０の外形寸法を大きくすることなく、冷媒との熱交換経路を長くすることができる。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が内部で蛇行するとともに、少なくとも一方の断面形状が略凹状にプレス成形された２枚の外板（２２）を接合することによって構成された第１チューブ（２１）と、
前記２枚の外板（２２）間に形成された空間内に配置され、前記空間内を仕切るようにして流体が流れる蛇行路（２４）を構成する複数枚の仕切部材（２３）と、
前記外板（２２）に接合され、前記第１チューブ（２１）内を流れる流体と熱交換する流体が流れる第２チューブ（２６）とを備え、
前記複数枚の仕切部材（２３）は、前記空間内において、前記外板（２２）の厚み方向に積層されていることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
流体が内部で蛇行するとともに、少なくとも一方の断面形状が略凹状にプレス成形された２枚の外板（２２）を接合することによって構成された第１チューブ（２１）と、
前記２枚の外板（２２）間に形成された空間内に配置され、前記空間内を仕切るようにして流体が流れる蛇行路（２４）を構成する仕切部材（２３）と、
前記外板（２２）に接合され、前記第１チューブ（２１）内を流れる流体と熱交換する流体が流れる第２チューブ（２６）とを備え、
前記仕切部材（２３）は、前記空間内において、前記外板（２２）の厚み方向に重なった複数列の前記蛇行路（２４）が形成されるような形状に成形されていることを特徴とする熱交換器。
【請求項３】
流体が内部で蛇行するとともに、少なくとも一方の断面形状が略凹状にプレス成形された２枚の外板（２２）を接合することによって構成された第１チューブ（２１）と、
前記２枚の外板（２２）間に形成された空間内に配置され、前記空間内を仕切るようにして流体が流れる蛇行路（２４）を構成する仕切部材（２３）と、
前記外板（２２）に接合され、前記第１チューブ（２１）内を流れる流体と熱交換する流体が流れる第２チューブ（２６）とを備えることを特徴とする熱交換器。
【請求項４】
前記第２チューブ（２６）は、前記第１チューブ（２１）周りにコイル状に巻き付けられた状態で前記外板（２２）に接合されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体が内部で蛇行するとともに、少なくとも一方の断面形状が略凹（バスタブ）状にプレス成形された２枚の外板を接合することによって構成されたチューブを有する熱交換器に関するもので、給湯水を加熱するための加熱用熱交換器の水チューブに適用して有効である。
【０００２】
【従来の技術発明が解決しようとする課題】
給湯水と冷媒とを熱交換するヒートポンプ式給湯器用の熱交換器として、発明者は、断面形状が略凹（バスタブ）状にプレス成形された２枚の外板を接合するとともに、２枚の外板間で構成された空間を仕切板で仕切ることにより給湯水通路を蛇行させた水側チューブと細管状の冷媒側チューブとを接合して、給湯水と冷媒とが対向流状態で熱交換するものを開発検討した。
【０００３】
しかし、上記開発品では、給湯水通路を何度（例えば、１００回）も転向させることにより給湯水通路を蛇行路として、熱交換器の外形寸法を大きくすることなく、冷媒との熱交換経路を長くしているので、給湯水通路で発生する圧力損失が大きくなる易いという問題を有している。
【０００４】
本発明は、上記点に鑑み、第１には、従来と異なる新規な熱交換器を提供し、第２には、熱交換器内で発生する圧力損失を低減することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、流体が内部で蛇行するとともに、少なくとも一方の断面形状が略凹状にプレス成形された２枚の外板（２２）を接合することによって構成された第１チューブ（２１）と、２枚の外板（２２）間に形成された空間内に配置され、空間内を仕切るようにして流体が流れる蛇行路（２４）を構成する複数枚の仕切部材（２３）と、外板（２２）に接合され、第１チューブ（２１）内を流れる流体と熱交換する流体が流れる第２チューブ（２６）とを備え、複数枚の仕切部材（２３）は、空間内において、外板（２２）の厚み方向に積層されていることを特徴とする。
【０００６】
これにより、前記空間内において、外板（２２）の厚み方向に重なった複数列の蛇行路（２４）が形成され得ることとなる。
【０００７】
したがって、流量（Ｑ）に対する蛇行路（２４）と流体との伝熱面積（Ｓ）との比（＝Ｓ／Ｑ）を低下させることなく、蛇行路（２４）の通路断面積を大きくして圧力損失を低減できるので、熱交換器の外形寸法を大きくすることなく、流体との熱交換経路を長くすることができる。
【０００８】
請求項２に記載の発明では、流体が内部で蛇行するとともに、少なくとも一方の断面形状が略凹状にプレス成形された２枚の外板（２２）を接合することによって構成された第１チューブ（２１）と、２枚の外板（２２）間に形成された空間内に配置され、空間内を仕切るようにして流体が流れる蛇行路（２４）を構成する仕切部材（２３）と、外板（２２）に接合され、第１チューブ（２１）内を流れる流体と熱交換する流体が流れる第２チューブ（２６）とを備え、仕切部材（２３）は、空間内において、外板（２２）の厚み方向に重なった複数列の蛇行路（２４）が形成されるような形状に成形されていることを特徴とする。
【０００９】
これにより、請求項１に記載の発明と同様に、流量（Ｑ）に対する蛇行路（２４）と流体との伝熱面積（Ｓ）との比（＝Ｓ／Ｑ）を低下させることなく、蛇行路（２４）の通路断面積を大きくして圧力損失を低減できるので、熱交換器の外形寸法を大きくすることなく、流体との熱交換経路を長くすることができる。
【００１０】
請求項３に記載の発明では、流体が内部で蛇行するとともに、少なくとも一方の断面形状が略凹状にプレス成形された２枚の外板（２２）を接合することによって構成された第１チューブ（２１）と、２枚の外板（２２）間に形成された空間内に配置され、空間内を仕切るようにして流体が流れる蛇行路（２４）を構成する仕切部材（２３）と、外板（２２）に接合され、第１チューブ（２１）内を流れる流体と熱交換する流体が流れる第２チューブ（２６）とを備えることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項４に記載の発明では、第２チューブ（２６）は、第１チューブ（２１）周りにコイル状に巻き付けられた状態で外板（２２）に接合されていることを特徴とするものである。
【００１２】
因みに、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
本実施形態は、給湯水を加熱するための加熱用熱交換器の水チューブに本発明を適用したものであって、図１はヒートポンプ式給湯器であり、図２は本実施形態に係るチューブを用いた給湯水と冷媒と熱交換する水冷媒熱交換器２０の外形斜視図である。なお、本実施形態では、冷媒として二酸化炭素を用いている。
【００１４】
因みに、ヒートポンプ式給湯器とは、ヒートポンプ式給湯器は、図１に示すように、冷媒を吸入圧縮する圧縮機１０、水冷媒熱交換器２０、水冷媒熱交換器２０から流出した冷媒を減圧する減圧器３０、外気から吸熱して冷媒を蒸発させる蒸発器４０、及び蒸発器４０から流出した冷媒を液相冷媒と気相冷媒とに分離して余剰冷媒を液相冷媒として蓄えるとともに、気相冷媒を圧縮機１０に供給する気液分離器５０等から構成されたもので、外気から吸熱した熱及び圧縮機１０の圧縮仕事量に相当する熱量を給湯水に与えることにより給湯水を加熱する。
【００１５】
次に、水冷媒熱交換器２０の構造について述べる。
【００１６】
水冷媒熱交換器２０の水側チューブ２１は、図３に示すように、断面形状が略凹（バスタブ）状にプレス成形された２枚の外板２２を接合するとともに、図４に示すように、２枚の外板２２間で構成された空間を複数枚の仕切部材２３で仕切ることにより蛇行した給湯水通路、つまり蛇行路２４を構成したもので、本実施形態では、外板２２及び仕切部材２３を耐食性に優れた金属（例えば、銅やステンレス）製として、これらをろう接にて接合している。
【００１７】
そして、本実施形態では、図３に示すように、２枚の外板２２間で構成された空間内において、複数枚の仕切部材２３を外板２２の厚み方向（紙面上下方向）に積層することにより、前記空間内において、外板２２の厚み方向に重なった複数列の蛇行路２４を形成している。
【００１８】
なお、「ろう接」とは、例えば「接続・接合技術」（東京電機大学出版局）に記載されているように、ろう材やはんだを用いて母材を溶融させないように接合する技術を言う。因みに、融点が４５０℃以上の溶加材を用いて接合するときをろう付けと言い、その際の溶加材をろう材と呼び、融点が４５０℃以下の溶加材を用いて接合するときをはんだ付けと言い、その際の溶加材をはんだと呼ぶ。
【００１９】
因みに、本実施形態では、外板２２及び仕切部材２３の厚みを共に約０．５ｍｍとし、両者２２、２３は箔状のりん銅溶加材にろう接され、外板２２同士も箔状のりん銅溶加材にろう接されているが、例えば棒状の溶加材を所定箇所に配置してもよい。
【００２０】
また、仕切部材２３は、図５に示すように、板材を略矩形波状にプレス成形することにより、蛇行路２４の一部を構成する複数本の溝部２４ａを形成したもので、隣り合う溝部２４ａは、連通路２４ｂを介して連通する。
【００２１】
因みに、本実施形態では、仕切部材２３を金属製とすることにより、給湯水と水側チューブ２１との伝熱面積を増大させるフィンとして効果も担っている。
【００２２】
ところで、本実施形態では、圧縮機１０の吐出圧を冷媒の臨界圧力以上としているので、水冷媒熱交換器２０に冷媒と給湯水とが熱交換する際に、冷媒は凝縮することなく、冷媒温度を低下させながらそのエンタルピを低下させることから、図２に示すように、冷媒の流れと給湯水の流れとが対向流れとなるように、複数本（本実施形態では、３本）の細管状冷媒チューブ２６を束ねて１本とし、その束ねた冷媒チューブ２６を水側チューブ２１周りにコイル状に巻き付けた状態で外板２２にろう接している。
【００２３】
なお、本実施形態では、冷媒チューブ２６をりん脱酸銅をローラ成形機にてコイル状に成形したものであり、りん銅の溶加材にて水側チューブ２１、つまり外板２２にろう接している。
【００２４】
次に、本実施形態の作用効果を述べる。
【００２５】
本実施形態では、２枚の外板２２間で構成された空間内において、複数枚の仕切部材２３を外板２２の厚み方向（紙面上下方向）に積層しているので、前述のごとく、前記空間内において、外板２２の厚み方向に重なった複数列の蛇行路２４が形成されることとなる。
【００２６】
したがって、給水量（Ｑ）に対する給湯水通路、つまり蛇行路２４と給湯水との伝熱面積（Ｓ）との比（＝Ｓ／Ｑ）を低下させることなく、蛇行路２４の通路断面積を大きくして圧力損失を低減できるので、水冷媒熱交換器２０の外形寸法を大きくすることなく、冷媒との熱交換経路を長くすることができる。
【００２７】
（第２実施形態）
第１実施形態では、仕切部材２３を矩形波状にプレス成形したが、本実施形態は、図６に示すように、仕切部材２３を正弦波状にプレス成形したものである。
【００２８】
なお、本実施形態では、２枚の外板２２間で構成された空間内において、外板２２の厚み方向に重なった複数列の蛇行路２４は、第１実施形態ほど、厳密に区画されていない。
【００２９】
（第３実施形態）
上述の実施形態では、２枚の外板２２間で構成された空間内において、２枚の仕切部材２３にて外板２２の厚み方向に重なった複数列の蛇行路２４を形成したが、本実施形態は、図７に示すように、１枚の仕切部材２３にて外板２２の厚み方向に重なった複数列の蛇行路２４を形成したものである。
【００３０】
（第４実施形態）
上述の実施形態では、２枚の外板２２間で構成された空間内において、外板２２の厚み方向に重なった複数列の蛇行路２４を形成したが、本実施形態は、図８に示すように、外板２２の厚み方向に重なった複数列の蛇行路２４を設けることなく、蛇行路２４を１列としたものである。
【００３１】
そして、本実施形態においても、１列の蛇行路２４の通路断面積を十分に大きくすれば、圧力損失を十分に小さくすることができる。
【００３２】
（第５実施形態）
上述の実施形態では、冷媒チューブ２６を水側チューブ２１にコイル状に巻き付けたが、本実施形態は、図９に示すように、冷媒チューブ２６を蛇行路２４の進行方向（図９の上下方向）に延びる細管状としたものである。
【００３３】
なお、複数本の冷媒チューブ２６の長手方向両端側には、これら冷媒チューブ２６と連通する冷媒タンク２７が設けられており、給湯水の出口側（紙面上側）に設けられた冷媒タンク２７は、複数本の冷媒チューブ２６に冷媒を分配供給するもので、給湯水の入口側（紙面下側）に設けられた冷媒タンク２７は、複数本の冷媒チューブ２６から流出した冷媒を集合回収するものである。
【００３４】
（その他の実施形態）
第１、２実施形態では、２枚の外板２２間で構成された空間内において、２枚の仕切部材２３にて外板２２の厚み方向に重なった複数列の蛇行路２４を形成したが、本実施形態はこれに限定されるものではなく、例えば３枚以上の仕切部材２３にて外板２２の厚み方向に重なった複数列の蛇行路２４を形成してもよい。
【００３５】
上述の実施形態では、板材に矩形波状にプレス成形を施すことにより仕切部材２３を形成したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばコの字状断面又は目の字状断面を有す押し出し又は引き抜き材にて仕切部材２３を形成してもよい。
【００３６】
また、上述の実施形態では、２枚の外板２２を共にバスタブ状としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば一方側の外板２２のバスタブ状とし、他方側を平板状としてもよい。
【００３７】
また、上述実施形態では、冷媒と給湯水とを熱交換する水冷媒熱交換器２０の水側チューブ２１に本発明を適用したが、本発明の適用はこれに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るヒートポンプ式給湯器の模式図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る水冷媒熱交換器の外形斜視図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る水側チューブの断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る水側チューブの概念図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る仕切部材の斜視図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る水側チューブの断面図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る水側チューブの断面図である。
【図８】本発明の第３実施形態に係る水冷媒熱交換器の外形斜視図である。
【図９】本発明の第３実施形態に係る水冷媒熱交換器の外形斜視図である。
【符号の説明】
２１…チューブ、２２…外板、２３…仕切部材、２６…冷媒チューブ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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