(57)【要約】【課題】簡単な構造により熱交換効率が高められ、更に、コンパクト化及びローコスト化が可能な熱交換器を提供する。【解決手段】上側プレート１１と下側プレート１３は、矩形状の凸部とその両側に形成されたろう付け部１４による第１流路１２を備えるように接合されることにより、第１流路管１０が形成される。第１流路管１０内の下側プレート１３の内面には、第１流路１２に平行させて複数の第２流路管２０Ａ，２０Ｂが配設されている。第２流路管２０Ａ，２０Ｂは、下側プレート１３の内面にろう付けにより接合されているため、伝熱ルートは第２流路管２０Ａ，２０Ｂの管壁の厚み方向のみになり、伝熱効率が高くなる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溝状の凹部が少なくとも一方に形成された第１及び第２の板材を接合することにより第１の流路が形成された第１の流路管と、
前記第１の流路に平行させて前記第１の流路管の内部に配設されて第２の流路を形成する１又は複数本の中空の第２の流路管を備えることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記第１及び第２の板材は、少なくとも一方が前記溝状の凹部を有し、前記溝状の凹部の両側の前記第１の板材と前記第２の板材の接触部はろう付けされていることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
【請求項３】
前記第２の流路管は、漏洩検知管であることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
【請求項４】
前記第２の流路管は、内面に溝が形成された内面溝付き管と、前記内面溝付き管に内嵌して一体化された平滑管とを備えることを特徴とする請求項１又は３記載の熱交換器。
【請求項５】
前記第１の流路管及び前記第２の流路管は、同一材料が用いられ、前記第２の流路管は、前記第１の流路管の内面にろう付けされていることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
【請求項６】
前記第１の流路管は、前記第１の流路に水が流され、
前記第２の流路管は、前記第２の流路に冷媒が流されることを特徴とする請求項１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、熱交換器に関し、特に、給湯用などの熱交換器にあって、水などの第１の流体と冷媒などの第２の流体との間の熱交換を高効率に行うことのできる熱交換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４は従来の熱交換器を示す。この熱交換器１００は、成型した２枚の銅製の板材１０１と１０２を貼り合わせてなる第１チューブ（第１流路）１０３と、この第１チューブ１０３の片面には、第１チューブ１０３に直交させてろう付けされた、多数本の細管による銅製の第２チューブ（第２流路）１０４とにより構成されている（例えば、特許文献１参照）。第１チューブ１０３には水などの第１流体が流され、第２チューブ１０４には冷媒などの第２流体が流される。
【０００３】
上記構成の熱交換器は、第１流路の面積を大きくすることができるので、目詰まりが生じ難いことや、ステンレスや銅などの同材質であることから第１流路の板材と第２流路の細管の接合を、一括してろう付け接合することができるなどの特長を有している。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−３１４８８号公報（図４）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の熱交換器によると、第１流体と第２流体の熱交換は、第１流路と第２流路のろう付け部を介して行われるため、伝熱ルートが長くなり、伝熱効率が低い（すなわち、熱交換効率が低い）という問題がある。この構造では、少しでも伝熱経路を短かくし、伝熱効率を高めるためには、第２流路の細管を小ピッチで並べなければならず、その結果、多数本の第２流路を必要とし、構造が複雑になるとともにサイズも大きくなり、製造コストが高くなる。
【０００６】
したがって、本発明の目的は、簡単な構造により熱交換効率が高められ、更に、コンパクト化及びローコスト化が可能な熱交換器を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の目的を達成するため、溝状の凹部が少なくとも一方に形成された第１及び第２の板材を接合することにより第１の流路が形成された第１の流路管と、前記第１の流路に平行させて前記第１の流路管の内部に配設されて第２の流路を形成する１又は複数本の中空の第２の流路管を備えることを特徴とする熱交換器を提供する。
【０００８】
この構成によれば、２枚の板材を接合して、その板材間に第１の流路を形成し、この第１の流路内に中空の１又は複数本の第２の流路管を配設したことにより、伝熱ルートは第２の流路の管壁の厚み方向のみになり、伝熱効率が高くなる。このため、必要とする伝熱面積も少なくて済み、コンパクトな熱交換器を得ることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る熱交換器を示す。以下においては、家庭用給湯機に適用した熱交換器、特に、二酸化炭素を冷媒（又は熱媒）としたヒートポンプ式給湯機における熱交換器について説明する。なお、図１においては、上側プレート１１の大部分を除去した状態を示している。
【００１０】
熱交換器１は、板状の上側プレート１１と、内部に矩形状の第１流路１２（第１の流路）が上側プレート１１にろう付けにより貼り合わせられた下側プレート１３と、第１流路１２内に配設されると共に下側プレート１３の内面にろう付けにより接合された第２流路管２０Ａ，２０Ｂ（第２の流路管）とを備えて構成されている。図中、１４は、ろう付け部であり、このろう付け部１４で区分される矩形体が第１流路管１０（第１の流路管）となる。第１流路１２は、コの字状に順次折り返す様にして形成されている。
【００１１】
第２流路管２０Ａと２０Ｂは、第１流路１２内に所定の間隔に配設されると共に、Ｓ状に蛇行配置される。第２流路管２０Ａ，２０Ｂは中空の円管であり、この中空が第２流路１５（第２の流路）を形成する。第２流路管２０Ａ，２０Ｂには、漏洩検知管と称されている管を使用することができる。第１流路１２には給湯水が図１の左側から右側に流され、第２流路管２０Ａ，２０Ｂには二酸化炭素による冷媒（熱媒）が図１の右側から左側に流される。なお、水と冷媒は、通常、対向流である。
【００１２】
図２は、図１のＡ−Ａ断面を示す。上側プレート１１と下側プレート１３は、所定間隔に第１流路１２が形成されるように、ろう付け部１４が形成されている。更に、第１流路１２内に配設される第２流路管２０Ａ，２０Ｂは、その管外周面の一部（図２では下側）のみが下側プレート１３にろう付けされている。従って、第２流路管２０Ａ，２０Ｂの外表面の大部分は、第１流路１２内に露出している。図２の様に形成された第１流路１２は、図１においては、６区画が形成されている。
【００１３】
図３は、第２流路管２０Ａ，２０Ｂの詳細構成を示す。ここでは、第２流路管２０Ａについてのみ説明する。第２流路管２０Ａは、内面溝付き銅管２１（内面溝付き管）と、この内面溝付き銅管２１に内嵌される平滑銅管２２（平滑管）とを備えて構成されている。内面溝付き銅管２１と平滑銅管２２は一体化されているが、その製造方法としては、平滑銅管２２を内面溝付き銅管２１に内挿した後、引抜き或いは平滑銅管２２の拡管などにより内面溝付き銅管２１と平滑銅管２２とを密着させればよい。
【００１４】
第２流路管２０Ａ，２０Ｂに漏洩検知管を用いることによって、冷媒（二酸化炭素）が給湯水に混入するのを未然に防ぐことができる。例えば、長期間の使用のために、水（給湯水）側から内面溝付銅管２１の外面から内面方向に腐食が進行して腐食孔が溝まで達した場合や、冷媒側から平滑銅管２２に腐食や亀裂などが進展し、内面溝付き銅管２１の溝にまで達した場合などには、腐食孔などを通って溝まで漏洩してきた水或いは冷媒が第２流路管２０Ａ，２０Ｂの端部から漏れ出るため、腐食などの進行を知ることができる。これにより、熱交換器１の交換などの対策を取ることが可能になり、冷媒が給湯水に混入するのを確実に防止することができる。
【００１５】
次に、図１〜図３を参照して本発明の実施の形態に係る熱交換器の動作を説明する。図１において、第１流路１２には給湯用の水が流れ、第２流路１５には超臨界状態で、高圧（９ＭＰａ程度）及び６０〜１００℃程度の温度の二酸化炭素が流れている。二酸化炭素と水との熱交換は、主に、第２流路管２０Ａ，２０Ｂの管壁を通して行われる。この銅製の管壁の熱抵抗は非常に小さいため、効率良く二酸化炭素から水に熱が伝わる。更に、熱の一部は、ろう付け部１４を通して第２流路管２０Ａ，２０Ｂの壁から第１流路１２の下側プレート１２に伝わり、それから水に熱が伝わる。このため、この分の伝熱もプラスされ、全体として非常に効率良く伝熱（熱交換）されることになる。
【００１６】
したがって、必要とする伝熱面積も少なくて済み、コンパクトな熱交換器を得ることができる。更に、１回のろう付けで製造できるため、製造コストを下げることができる。また、形状、特に、外側形状がシンプルなため、重ね合わせ構造でも容易に組み立てられるため、大きな熱交換器もコンパクトで安価なものにすることができる。
【００１７】
次に、図１の構成の熱交換器の製造方法について説明する。第２流路管１を構成する上側プレートｌｌと下側プレート１２はそれぞれ１枚の銅板からプレス成型により成型している。第２流路管２０Ａ，２０Ｂは、平滑銅管２２を１回り大きい径の内面溝付き銅管２１に挿入した後、引抜き或いは平滑銅管２２の拡管などにより内面溝付き銅管２１と平滑銅管２２とを密着させることにより製造する。この第２流路管２０Ａ，２０Ｂは、図１に示すように、Ｓ字状に蛇行した形状に曲げ加工される。
【００１８】
ろう付けを行うに際しては、まず、上側プレート１１と下側プレート１３の接合面、及び第２流路管２０Ａ，２０Ｂと下側プレート１３との接合面にろう材を塗布しておき、ついで、上側プレート１１と下側プレート１３を加熱炉などに搬入し、所定時間の加熱を実施する。この加熱により、上側プレート１１と下側プレート１３の接合面、及び第２流路管２０Ａ，２０Ｂと下側プレート１３の接合面がろう付けされる。
【００１９】
図１及び図２においては、第１流路１２内に配設される第２流路管２０Ａ，２０Ｂの数は２本であるとしたが、２本に限定されるものではなく、１本でもよいし、３本以上でもよい。また、第１流路管１０と第２流路管２０Ａ，２０Ｂの材料は、銅であるとしたが、銅以外の金属、例えば、銅合金、ステンレス、アルミニウムなども用いることができる。
【００２０】
また、第２流路管２０Ａ，２０Ｂは、管壁に通路を持つ、所謂、漏洩検知管に限定されるものではなく、用途などに応じて、平滑管、内面や外面の一方や両方にフィンを持つフィン付き管などを用いることができる。あるいは、第２流路管２０Ａと２０Ｂの内の一方が平板で、他方が膨出部（凸部）を有する構成であってもよい。
【００２１】
更に、第２流路管２０Ａ，２０Ｂは、下側プレート１３にろう付けする構成にしたが、上側プレート１１にろう付けしてもよい。ろう付けに際しては、第２流路管２０Ａ，２０Ｂを同一プレート（下側プレート１３）にろう付けするものとしたが、第２流路管２０Ａ，２０Ｂの一方を下側プレート１３にろう付けし、他方を上側プレート１１にろう付けする構成であってもよい。
【００２２】
また、上記実施の形態においては、熱交換器が１層の構成にしたが、複数層を重ね合わせた構成にすることもできる。この構成により、熱交換能力を高めることができる。
【００２３】
また、第２流路管２０Ａ，２０Ｂは蛇行させ、その管路長が長くなるようにし、更に、ろう付け部１４はコの字を連結させた形状にしたが、この形状に限定されるものではなく、他の形状、例えば、一直線形、Ｕ字形、渦巻き形、コイル形などであってもよい。
【００２４】
【発明の効果】
以上より明らかなように、本発明の熱交換器によれば、２枚の板材を接合して、その間に第１の流路を形成し、この第１の流路内に中空の１又は複数本の第２流路管を配設したことにより、伝熱ルートは第２流路の管壁の厚み方向のみになり、伝熱効率が高くなる。これにより、熱交換器のコンパクト化が可能になるほか、ろう付けが１回で済むためにコストダウンが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る熱交換器を示す平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面を示す断面図である。
【図３】図１及び図２の第２流路管の詳細構成を示す断面図である。
【図４】従来の熱交換器を示す断面図である。
【符号の説明】
１  熱交換器
１０  第１流路管
１１  上側プレート
１２  第１流路
１３  下側プレート
１４  ろう付け部
１５  第２流路
２０Ａ，２０Ｂ  第２流路管
２１  内面溝付き銅管
２２  平滑銅管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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