(57)【要約】【課題】水の凍結による樹脂構造体の破裂を防止することができる熱交換器を提供する【解決手段】熱交換器１Ａは、水流路３を形成する樹脂構造体２と、冷媒管４を備えている。水流路３は、樹脂構造体２の外周側から中心側に向かって次第に小さくなるように構成された複数のＵ字部３１と、複数のＵ字部３１を連続させるように隣り合うＵ字部３１の端部同士を接続する連絡部３２を含む。複数のＵ字部３１のうち最も外周側に位置する最外Ｕ字部３１の端部は水入口３ａにつながり、複数のＵ字部３１のうち最も中心側に位置する最内Ｕ字部３１の端部が水出口３ｂにつながっている。最内Ｕ字部３１には、当該最内Ｕ字部３１内の圧力の上昇を吸収する圧力緩和手段が設けられている。【選択図】図２
2013113472.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水と冷媒との間で熱交換を行う熱交換器であって、
内部空間により平面的に水が流れる水流路を形成する樹脂構造体と、
前記水流路に沿って延びて前記樹脂構造体を貫通する、内部に冷媒が流れる冷媒管と、を備え、
前記水流路は、前記樹脂構造体の外周側から中心側に向かって次第に小さくなるように構成された複数のＵ字部と、前記複数のＵ字部を連続させるように隣り合うＵ字部の端部同士を接続する連絡部と、前記複数のＵ字部のうち最も外周側に位置する最外Ｕ字部の端部がつながる水入口と、前記複数のＵ字部のうち最も中心側に位置する最内Ｕ字部の端部がつながる水出口と、を含み、
前記最内Ｕ字部には、当該最内Ｕ字部内の圧力の上昇を吸収する圧力緩和手段が設けられている、熱交換器。
【請求項２】
前記樹脂構造体は、前記複数のＵ字部が並ぶ方向と直交する方向から見たときに矩形状であり、前記水入口および前記水出口が前記樹脂構造体の同じ辺に位置している、請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記圧力緩和手段は、前記最内Ｕ字部内の圧力が所定値以上になったときに前記最内Ｕ字部内の水を前記樹脂構造体外に流出させる圧力逃がし弁である、請求項１または２に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記圧力緩和手段は、前記最内Ｕ字部内に配置された、圧力を受けて体積収縮する弾性部材である、請求項１または２に記載の熱交換器。
【請求項５】
前記弾性部材は、中空体または発泡体である、請求項４に記載の熱交換器。
【請求項６】
前記冷媒管に貫通された前記樹脂構造体が複数積層されており、
隣り合う前記樹脂構造体内の前記最内Ｕ字部同士は、隣り合う前記樹脂構造体を貫通する貫通穴を通じて連通している、請求項１〜５のいずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項７】
前記貫通穴は、前記圧力緩和手段に対応する位置に配置されている、請求項６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、水と冷媒との間で熱交換を行う熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
昨今、ヒートポンプ給湯機が広く普及しつつある。ヒートポンプ給湯機は、一般に、冷媒の熱を水に移して湯を生成するための熱交換器を備えている。例えば、特許文献１には、図１２（ａ）および（ｂ）に示すようなヒートポンプ給湯機用の熱交換器１００が開示されている。
【０００３】
熱交換器１００は、内部空間により水流路１２０を形成する構造体１１０と、水流路１２０に沿って延びて構造体１１０を貫通する冷媒管１３０を備えている。構造体１１０は平面視で長方形状の一対の板が接合されたものであり、水流路１２０は蛇行しながら構造体１１０の短辺方向に延びている。より詳しくは、水流路１２０は、互いに平行な直線部と、直線部の端部同士をつなぐ屈曲部とを有している。なお、特許文献１には、一対の板を構成する材料として樹脂を用いてもよいことが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２４９３２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、構造体１１０が樹脂で構成された場合には、樹脂は金属のように大きく伸びることがないため、外気温が低下して水流路１２０内の水が凍結したときに、水の体積膨張によって構造体１１０が破裂するおそれがある。
【０００６】
本発明は、水の凍結による樹脂構造体の破裂を防止することができる熱交換器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するために、本発明の熱交換器は、水と冷媒との間で熱交換を行う熱交換器であって、内部空間により平面的に水が流れる水流路を形成する樹脂構造体と、前記水流路に沿って延びて前記樹脂構造体を貫通する、内部に冷媒が流れる冷媒管と、を備え、前記水流路は、前記樹脂構造体の外周側から中心側に向かって次第に小さくなるように構成された複数のＵ字部と、前記複数のＵ字部を連続させるように隣り合うＵ字部の端部同士を接続する連絡部と、前記複数のＵ字部のうち最も外周側に位置する最外Ｕ字部の端部がつながる水入口と、前記複数のＵ字部のうち最も中心側に位置する最内Ｕ字部の端部がつながる水出口と、を含み、前記最内Ｕ字部には、当該最内Ｕ字部内の圧力の上昇を吸収する圧力緩和手段が設けられている、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
上記の構成によれば、水の凍結による樹脂構造体の破裂を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施形態に係る熱交換器の斜視図
【図２】図１のII−II線に沿った横断面図
【図３】図３（ａ）は図１に示す熱交換器の圧力逃がし弁付近での拡大縦断面図、（ｂ）は圧力逃がし弁の動作を説明する図
【図４】変形例の熱交換器の横断面図
【図５】別の変形例の熱交換器の横断面図
【図６】本発明の第２実施形態に係る熱交換器の斜視図
【図７】図６に示す熱交換器の圧力逃がし弁付近での拡大縦断面図
【図８】参照例の熱交換器の横断面図
【図９】本発明の第３実施形態に係る熱交換器の斜視図
【図１０】図９のIX−IX線に沿った横断面図
【図１１】第１〜第３実施形態に係る熱交換器が用いられるヒートポンプ給湯機の構成図
【図１２】（ａ）は従来の熱交換器の平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の発明者らは、鋭意研究の結果、構造体の中心側よりも外周側で水流路内の水が早く凍結するため、従来の熱交換器のように水流路が蛇行していると、水流路の屈曲部で先に水が凍結し、各直線部で水の体積膨張による圧力上昇が発生することを見出した。さらに、発明者らは、水出口は通常貯湯タンクに接続されるため、水出口は水入口よりも水の凍結が生じ難いことを見出した。そして、水流路の形状を適切に設計することにより、水の凍結を水入口から水出口に向かって進ませ、水の体積膨張による圧力上昇を水出口近傍に集中させることを思い付いた。本発明は、このような観点からなされたものである。
【００１１】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。ただし、本発明は以下の実施形態によって限定されるものではない。
【００１２】
（第１実施形態）
図１および図２に、本発明の第１実施形態に係る熱交換器１Ａを示す。この熱交換器１Ａは、水と冷媒との間で熱交換を行って湯を生成するものであり、例えば図１１に示すヒートポンプ給湯機２００に用いられる。
【００１３】
ヒートポンプ給湯機２００は、ヒートポンプユニット２０５と貯湯タンク２２０を備えており、貯湯タンク２２０内の湯が給湯栓２３０に供給される。ヒートポンプユニット２０５は、冷媒を圧縮する圧縮機２１１、冷媒を冷却する放熱器２１２、冷媒を膨張させる膨張弁２１３および冷媒を蒸発させる蒸発器２１４がこの順に接続された、冷媒を循環させるヒートポンプ回路２１０を有している。そして、放熱器２１２として本実施形態の熱交換器１Ａが用いられる。なお、膨張弁２１３に代えて、冷媒の膨張エネルギーを回収可能な容積式膨張機が用いられていてもよい。冷媒としては、二酸化炭素や代替フロン等を用いることができるが、ＧＷＰ（Global Warming Potential）が低く、かつ、水を沸点に近い温度まで加熱することができる二酸化炭素を用いることが好ましい。なお、複数の熱交換器１Ａを並列に接続して使用してもよい。
【００１４】
具体的に、熱交換器１Ａは、樹脂構造体２と冷媒管４を備えている。樹脂構造体２は、内部空間により平面的に水が流れる水流路３を形成する。冷媒管４は、水流路３に沿って延びて樹脂構造体２を貫通している。冷媒管４の内部には、水流路３の水の流れ方向と反対向きに冷媒が流れる。すなわち、冷媒管４の上流端は水流路３の一端である水出口３ｂ側に位置し、下流端は水流路３の他端である水入口３ａ側に位置する。
【００１５】
図１１に示すヒートポンプ給湯機２００では、冷媒管４の上流端が圧縮機２１１に接続され、下流端が膨張弁２１３に接続される。そして、圧縮機２１１で圧縮された高温の冷媒が冷媒管４に流入し、水流路３を流れる水によって冷却された冷媒が冷媒管４から流出して膨張弁２１３に導かれる。一方、水流路３の水入口３ａは貯湯タンク２２０の下部に接続され、水出口３ｂは貯湯タンク２２０の上部に接続される。そして、貯湯タンク２２０内で低温となった水、あるいは水道水栓から貯湯タンク２２０内に供給された水が水流路３に流入し、冷媒管４内を流れる冷媒によって加熱された水（湯）が水流路３から流出して貯湯タンク２２０の上部に貯えられる。
【００１６】
冷媒管４としては、一対の管が寄り合わされたツイスト管を用いてもよいし、蛇行する複数の管が重ね合わされた重合管を用いてもよい。
【００１７】
樹脂構造体２を構成する材料としては、例えばポリアミド、ＰＰやＰＰＳなどの耐熱性の樹脂を用いることができる。樹脂構造体２の製造方法は、例えば、樹脂構造体２を上下に二分割した、水流路３を規定する溝を有する２枚の板を射出成形によって作製し、それらの板の間に水流路３に沿った形状の冷媒管４を介在させた状態で、それらの板を振動溶着等で貼り合わせる。
【００１８】
本実施形態では、樹脂構造体２は、平面視で（後述するＵ字部３１が並ぶ方向と直交する方向から見たときに）長方形状であり、水入口３ａおよび水出口３ｂが樹脂構造体２の同じ短辺に位置している。ただし、樹脂構造体２は平面視で正方形状であってもよい。また、樹脂構造体２は必ずしも平面視で矩形状である必要はなく、例えば円形状や長円状などであってもよい。
【００１９】
樹脂構造体２の厚さ方向の両主面は、水流路３に対応する部分が盛り上がるように凸凹していてもよい。
【００２０】
図２に示すように、水流路３は、樹脂構造体２の中央部から水出口３ｂまで延びる、樹脂構造体２の長辺と平行な直線を基準線とし、この基準線の両側で少なくとも一回ずつ略１８０度折り返す迷路状の形状を有している。より詳しくは、水流路３は、相似形の複数（図例では４つ）のＵ字部３１と、複数のＵ字部３１を連続させるように隣り合うＵ字部３１の端部同士を接続する連絡部３２と、を含む。そして、複数のＵ字部３１のうち最も外周側に位置する最外Ｕ字部３１の端部は水入口３ａにつながり、複数のＵ字部３１のうち最も中心側に位置する最内Ｕ字部の端部は水出口３ｂにつながっている。
【００２１】
複数のＵ字部３１は、樹脂構造体２の外周側から中心側に向かって次第に小さくなるように構成されている。本実施形態では、各Ｕ字部３１が一対の直線部とこれらをつなぐ折り返し部で構成されている。ただし、各Ｕ字部３１は、全体的に丸みを帯びたＣ字状であってもよい。折り返し部は、全体的にまたは両端部のみが丸みを帯びた形状を有している（図２では、図示を簡略化するために、折り返し部を直線状で描いている）。
【００２２】
本実施形態では、最外Ｕ字部３１とこれに隣接するＵ字部３１の間の連絡部３２が樹脂構造体２の短辺に沿って水出口３ｂに近づくようなＵ字状であり、その他の連絡部３２は樹脂構造体２の短辺に沿って隣り合うＵ字部３１の端部同士に跨っている。最内Ｕ字部３１とこれに隣接するＵ字部３１の間の連絡部３２は樹脂構造体２の短辺から少し離れた位置に位置しており、それらの間に確保される領域内に、最外Ｕ字部３１とこれに隣接するＵ字部３１の間の連絡部３２が張り出している。各連絡部３２は、全体的に丸みを帯びた形状を有していてもよいし、部分的に直線状の部分を有していてもよい。
【００２３】
最内Ｕ字部３１には、当該最内Ｕ字部３１内の圧力の上昇を吸収する圧力緩和手段として圧力逃がし弁５が設けられている。圧力逃がし弁５は、最内Ｕ字部３１内の圧力が所定値以上になったときに最内Ｕ字部３１内の水を樹脂構造体２外に流出させるものである。
【００２４】
本実施形態では、最内Ｕ字部３１の折り返し部の幅が広く設定されており、ここに圧力逃がし弁５が配置されている。ただし、圧力逃がし弁５は、必ずしも最内Ｕ字部３１の折り返し部に配置されている必要はない。例えば、圧力逃がし弁５は、最内Ｕ字部３１の各直線部のうち折り返し部側の半分の領域内に配置されていてもよい。
【００２５】
圧力逃がし弁５は、図３（ａ）および（ｂ）に示すように、樹脂構造体２に設けられた穴２１を水が漏れないように閉塞するゴム製の弁体５１、弁体５１を樹脂構造体２に押し付けるスプリング５２、スプリング５２を保持する保持具５３から構成されている。保持具５３は樹脂構造体２にボルト等（図示せず）で固定され、樹脂構造体２の穴２１から水が流出したときに水を排出する排出口５４を有する。
【００２６】
次に、本実施形態の熱交換器１Ａにおいて凍結が生じる際の動作について詳しく説明する。
【００２７】
従来から、ヒートポンプ給湯機用の熱交換器では、冬季の凍結防止策として、外気温が０℃以下になりそうな時に、熱交換器内に水を流すなどの策が講じられる。図１で説明するとすれば、水入口３ａより通常は０℃以上の水道水を流して内部が凍結しないようにしている。あるいは、使用者に水抜きを促して熱交換器内の水をある程度抜いてしまって、凍結する水自体を無くしてしまう対策もある。
【００２８】
しかしながら、停電時あるいは使用者が電源を切ってしまった場合で、あらかじめ水抜きをしなかったとき、従来の熱交換器では内部の水の凍結を回避する術は存在しない。本実施形態の熱交換器１Ａでは、このような場合の水の凍結によって起こる水の体積膨張による熱交換器１Ａの破裂を防止することができる。
【００２９】
樹脂構造体２の外周側は水流路３と外気との間の熱抵抗が小さいために放熱しやすい。従って、外気温が低下すると、樹脂構造体２の外周側から凍結が進む。特に水入口３ａは、図示していないが接続される配管等もあり、熱伝導によって放熱しやすく、最も凍結が進む場所である。
【００３０】
一方で、水出口３ｂにも配管が接続されるが、こちらは高温の湯側なので、比較的温度が高いままの場合が多く、また湯の温度を下げないための断熱材が巻かれていることが殆どであり、放熱し難い。つまり水出口３ｂは水入口３ａに比べて凍結の進みは遅い。
【００３１】
樹脂構造体２では、外周側から中心側に向かって水流路３と外気との間の熱抵抗が漸次大きくなるので、中心側に向かって放熱し難くなり、凍結の進み方向は外周側から中心側に向かう方向となる。水流路３は樹脂構造体２の外周側から中心側に徐々にシフトするので、Ｕ字部３１においては最外Ｕ字部３１から順に凍結が進む。
【００３２】
凍結は体積膨張を伴うので、凍結の進みに従い、体積膨張も進んでいく。水流路３は閉空間なので体積膨張の進む方向へ水が押し出されていくことになる。つまり、水は樹脂構造体２の外周側から中心側へ向かって押し出されていく。
【００３３】
一方で、水出口３ｂ付近も水入口３ａよりも遅れて凍結が進む。ただし、水出口３ｂ付近から最内Ｕ字部３１の折り返し部までは、水流路３と外気との間の熱抵抗が大きいので放熱がされ難く、凍結が進む速度は遅い。それでも徐々に水が水出口３ｂより最内Ｕ字部３１の折り返し部へ押し出されていくことになる。
【００３４】
以上のように、水入口３ａと水出口３ｂの両側から水が押し出されていくと、樹脂構造体２の最も中心側に位置する最内Ｕ字部３１内で圧力が高まっていく。本実施形態では、最内Ｕ字部３１に圧力逃がし弁５が設けられている。最内Ｕ字部３１内の圧力上昇により弁体５１が押し上げられ、圧力逃がし弁５が開く（図３（ｂ）参照）。これにより、最内Ｕ字部３１内の水が樹脂構造体２外へ流出する。
【００３５】
水道圧は通常、最大で０．７５ＭＰａとされているので、弁体５１を樹脂構造体２に押し付けるスプリング５２による圧力は１ＭＰａ以上であることが好ましい。スプリング５２による圧力は、例えば２ＭＰａである。また、樹脂構造体２の耐圧強度は例えば３ＭＰａであり、この耐圧強度よりもスプリング５２による圧力が低いことが肝要である。なお、スプリング５２による圧力は、スプリング５２の押し付け力を弁体５１が閉塞する穴２１の面積で割った値となる。また、スプリング５１の押し付け力は、スプリング５１のバネ定数およびたわみ量で決定される。
【００３６】
弁体５１を押し上げて樹脂構造体２外へ流出した水は、排出口５４を通じて圧力逃がし弁５の外に排出される。水の凍結による体積膨張により排出される水は水流路３内の水の９％以下であるので、その後の使用中に蒸発して無くなってしまうような問題ない量である。ただし、排出口５４に排水管を接続するなどして排出されて水を他の場所に導いてもよい。排出された水が凍結しないように、排水管は断熱されることが好ましい。
【００３７】
以上のように体積膨張に相当する量の水が穴２１から流出すると、最内Ｕ字部３１内の圧力は低下するので、弁体５１は下がって再び穴２１を閉塞する。このようにして、水流路３内の圧力は樹脂構造体２の耐圧強度未満に保たれるので、凍結による破裂を防ぐことが可能となる。
【００３８】
＜変形例＞
前記実施形態では、水入口３ａおよび水出口３ｂが樹脂構造体２の同じ短辺に位置していたが、図４に示すように、水入口３ａおよび水出口３ｂが樹脂構造体２の異なる辺に位置していてもよい。図４に示す例では、最外Ｕ字部３１の端部がＵ字状の方向変換部３３を介して水入口３ａにつながっている。
【００３９】
また、図５に示すように、全ての連絡部３２が樹脂構造体２の短辺に沿って隣り合うＵ字部３１の端部同士に跨っていてもよい。図５に示す水流路３の形状は、図２に示す水流路３の形状に比べて比較的に単純なので、冷媒管４の曲げ加工や冷媒管３の水流路３内への敷設が簡単になり製造コスト削減につながる。ただし、図５中に矢印Ａ〜Ｃで示すように、水流路３の水入口３ａから水出口３ｂに近づくほど連絡部３２が樹脂構造体２の短辺から遠ざかるように配置し、水流路３が樹脂構造体２の中心側へ向かうにしたがって水流路３と外気との間の熱抵抗を大きくとるようにすることが望ましい。
【００４０】
（第２実施形態）
次に、図６および図７を参照して、本発明の第２実施形態に係る熱交換器１Ｂを説明する。なお、本実施形態では、第１実施形態と同一構成部分には同一符号を付し、その説明を省略することがある。この点は、後述する第３実施形態でも同様である。
【００４１】
本実施形態では、冷媒管４に貫通された、同じ形状の水流路３を形成する複数（図例では３つ）の樹脂構造体２が積層されている。積層方向は、水平方向であってもよいが、本実施形態では鉛直方向である。そして、積層された樹脂構造体２のうち最も上方に位置する樹脂構造体２に圧力逃がし弁５が取り付けられている。
【００４２】
全ての樹脂構造体２には、隣り合う樹脂構造体２を貫通するように貫通穴６が設けられている。そして、この貫通穴６を通じて隣り合う樹脂構造体２内の最内Ｕ字部３１同士が連通している。なお、隣り合う樹脂構造体２の間には、貫通穴６から水が漏れることを防止するシール部材７（例えば、Ｏリング）が配置されている。
【００４３】
貫通穴６の位置は最内Ｕ字部３１に開口する位置であれば特に制限されるものではないが、貫通穴６は圧力逃がし弁５に対応する位置に配置されていることが好ましい。ここで、「対応する位置」とは、樹脂構造体２の厚さ方向において圧力逃がし弁５と重なる位置である。
【００４４】
以上のように構成された熱交換器１Ｂにおいて凍結が生じる際の動作について詳しく説明する。ただし、以下では、最も上方に位置する樹脂構造体２を一段目の樹脂構造体２、真ん中に位置する樹脂構造体２を二段目の樹脂構造体２、最も下方に位置する樹脂構造体２を三段目の樹脂構造体２という。
【００４５】
気温が低下すると、全ての樹脂構造体２において水入口３ａから凍結が進む。この理由は、第１実施形態でも述べたように、水入口３ａが放熱しやすい樹脂構造体２の外周側に位置するからである。その後、全ての樹脂構造体２内で外周側から中心側に向かって徐々に凍結が進む。これは、一段目の樹脂構造体２であっても二段目の樹脂構造体２であっても三段目の樹脂構造体２であっても、外周側が水流路３と外気との間の熱抵抗が最も小さく、中心側に近づくほど熱抵抗が大きくなっているからである。ただし、凍結が進む速度はそれぞれ異なる。凍結が進む速度が最も遅いのは二段目の樹脂構造体２である。これは一段目および三段目の樹脂構造体２の存在により二段目の樹脂構造体２の上側および下側での熱抵抗が大きいため、換言すれば二段目の樹脂構造体２が断熱されているため、二段目の樹脂構造体２内の水流路３からの放熱が小さいからである。
【００４６】
一方、一段目および三段目の樹脂構造体２内の凍結の進む速度は、どちらが速いか一概には言えない。例えば三段目の樹脂構造体２が熱容量の大きい物体の上に置かれている場合、つまり冷えにくいものに接している場合は三段目の樹脂構造体２では一段目の樹脂構造体２よりも遅く凍結が進む。
【００４７】
以上のように全ての樹脂構造体２で凍結の進む速度は違うものの、全ての樹脂構造体２で水平方向において熱抵抗が外周側から中心側に向かって漸次大きくなっている。このため、全ての樹脂構造体２で同じように凍結が進み、徐々に水が水入口３ａより樹脂構造体２の中心側へ押し出されていくことになる。
【００４８】
一方で、水出口３ｂ付近も水入口３ａよりも遅れて凍結が進む。ただし、水出口３ｂ付近から最内Ｕ字部３１の折り返し部までは、水流路３と外気との間の熱抵抗が小さいので放熱がされ難い。このため、水出口３ｂから進む凍結の速度は、水入口３ａから進む凍結の速度に比べて遅い。これは全ての樹脂構造体２に言えることで、徐々に水が水出口３ｂより最内Ｕ字部３１の折り返し部へ押し出されていくことになる。
【００４９】
以上のように、水入口３ａと水出口３ｂの両側から水が押し出されていくと、全ての樹脂構造体２において最も中心側に位置する最内Ｕ字部３１内で圧力が高まっていく。本実施形態では、全ての最内Ｕ字部３１が連通しており、最も上方に位置する最内Ｕ字部３１に圧力逃がし弁５が設けられている。三段目の樹脂構造体２内の水流路３においては、当該水流路３内での水の凍結による体積膨張に相当する量の水が貫通穴６を通じて二段目の樹脂構造体２内の水流路３に流入する。二段目の樹脂構造体２内の水流路３においては、当該水流路３内での水の凍結による体積膨張に相当する量の水、および三段目の樹脂構造体２から送り込まれた水と同量の水が貫通穴６を通じて二段目の樹脂構造体２内の水流路３に流入する。一段目の樹脂構造体２内の水流路３においては、当該水流路３内での水の凍結による体積膨張に相当する量の水、および二段目の樹脂構造体２から送り込まれた水と同量の水が、弁体５１を押し上げて一段目の樹脂構造体２外に流出する。なお、圧力逃がし弁５の動作は第１実施形態で説明した通りであるためその詳細な説明は省略する。
【００５０】
図８は、樹脂構造体２０の積層が困難な参照例の熱交換器１０である。熱交換器１０では、水流路３０および冷媒管４０の形状が渦巻き状となっている。このような水流路３０の形状は、水平方向における水流路３０と外気との間の熱抵抗が樹脂構造体２０の外周側から中心側に向かって漸次大きくなる最も単純な形である。しかしながら、この水流路３０を形成する樹脂構造体２０を本実施形態のように複数枚重ね合わせた場合、樹脂構造体２０の中心側で突出する水出口の存在により、樹脂構造体２０を密着して重ね合わせることができなくなる。密着して重ね合わせることができないならば、スペースを大きく取るばかりか、断熱性も悪くなり、熱交換性能の低下も招きかねない。
【００５１】
これに対し、本実施形態のような水流路３の形状であれば、水出口３ｂが水平方向に突出するため、樹脂構造体２を密着して重ね合わせることができる。
【００５２】
（第３実施形態）
次に、図９および図１０を参照して、本発明の第３実施形態に係る熱交換器１Ｃを説明する。本実施形態は、圧力緩和手段として、最内Ｕ字部３１内に配置された、圧力を受けて体積収縮する弾性部材８が採用されている。
【００５３】
より詳しくは、最内Ｕ字部３１では水出口３ｂ側の直線部の幅が広く設定されており、この直線部内にほぼ全長に亘って弾性部材８が配置されている。本実施形態では、弾性部材８として中空チューブが用いられている。中空チューブは、内部に空気が充填され、その両端が熱溶着によって閉じられた密閉構造となっている。中空チューブの材質は、例えばポリエチレンである。
【００５４】
前述した第１実施形態と同じように凍結が進むと、水入口３ａと水出口３ｂより徐々に水が押し出され、最内Ｕ字部３１内の圧力が高まっていく。ここに圧力を受けて体積収縮する弾性部材８である中空チューブが配置されているので、中空チューブが圧力によって変形し体積収縮を起こす。中空チューブの体積収縮によって最内Ｕ字部３１内の圧力の上昇が吸収され、凍結による熱交換器１Ｃの破裂を防ぐことが可能となる。
【００５５】
中空チューブの大きさとしては、空気が充填される内部容積が水流路３の全体容積の９％以上であることが望ましい。水が氷へと凍結する際、体積膨張が約９％あるからである。ただし、樹脂構造体２自体も圧力によって多少伸びるので、実際の体積収縮は９％以下でも破裂を防止することができる。例えば樹脂構造体２の最大の耐圧強度を発現する時の最大伸び率が２％であった場合、その差である７％がおおよその必要な中空チューブの内部容積となる。
【００５６】
より正確には、中空チューブ内の空気は圧力によって圧縮されるものの、消滅することはないので、圧縮後の空気の体積も残ることになる。その体積は、例えば樹脂構造体２の耐圧強度が３ＭＰａであった場合、大気圧が０．１ＭＰａとして、圧縮前の体積の１／３０となる。つまり圧縮前の体積の２９／３０が体積収縮分であるので、必要な体積収縮分に３０／２９をかけた分が必要な中空チューブの内部容積である。
【００５７】
したがって、中空チューブの内部容積は、水流路３の全体容積の９％に上記の最大伸び率を減じた値に、（耐圧強度と大気圧の比）／（耐圧強度と大気圧の比−１）を乗じた分となる。
【００５８】
本実施形態では、弾性部材８として中空チューブを用いたが、発泡体を用いることも可能である。発泡体としては、ゴムスポンジが圧縮されやすく好適であるが、内部の気泡は独立気泡であることが求められる。連続気泡であると内部へ水が浸入し、圧力を受けたときに体積収縮しなくなる恐れがあるからである。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明の熱交換器は、ヒートポンプ給湯機に好適に使用できる。ただし、本発明の熱交換器は、ヒートポンプ給湯機以外にも、ガス給湯機、温水暖房機等の他の機器に使用できる。また、給湯以外の用途、例えば冷水機に本発明の熱交換器を使用できる。
【符号の説明】
【００６０】
１Ａ〜１Ｃ  熱交換器
２    樹脂構造体
３    水流路
３ａ  水入口
３ｂ  水出口
３１  Ｕ字部
３２  連絡部
４    冷媒管
５    圧力逃がし弁（圧力緩和手段）
６    貫通穴
８    弾性部材（圧力緩和手段）
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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