(57)【要約】【課題】水冷媒熱交換器１５において金属製プレート１５ａ、１５ｂにガルバニック腐食により穴が開くことを抑制できる。【解決手段】水冷媒熱交換器１５において、インナーフィン１７０に予め塗布されたろう材を用いて、プレート１５ａ、１５ｂとインナーフィン１７０とがろう付けにより接合されている。プレート１５ａ、１５ｂのうち接合部３００、３０１以外の部分３７０が水通路２５０ａに対して露出することになる。したがって、プレート１５ａ、１５ｂのうち水通路側に露出する露出面の面積を広くすることができる。このため、プレート１５ａ、１５ｂの露出面にはその全体に亘ってガルバニック腐食が生じるため、プレート１５ａ、１５ｂにガルバニック腐食により穴が開くことを抑制できる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向するように配置され、間に、水を流す水通路を構成する金属製プレート（１５ｂ）と、
前記金属製プレート（１５ａ、１５ｂ）の間に配置された金属製インナーフィン（１７０）と、を備える熱交換器であって、
前記金属製インナーフィン（１７０）に予め塗布されたろう材を用いて、前記金属製プレート（１５ａ、１５ｂ）と前記金属製インナーフィン（１７０）とが接合部（３００、３０１）にのみ前記ろう材が配置されてろう付けにより接合されていることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記金属製インナーフィン（１７０）は、前記金属製プレート（１５ａ、１５ｂ）の間で蛇行状の水通路（２５０ａ）を構成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３】
さらに、前記金属製プレート（１５ａ、１５ｂ）の外周を巻かれた金属製チューブ（１６０）を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の熱交換器。
【請求項４】
金属製インナーフィン（１７０）を用意する第１の工程（Ｓ１００、Ｓ１０１）と、
前記金属製インナーフィン（１７０）を金属製プレート（１５ａ、１５ｂ）の間に挟んだ状態で前記金属製プレートの間に水通路を形成するように前記金属製プレートを対向させる第２の工程（Ｓ１０３）と、
前記第２の工程の後で、前記金属製プレート（１５ａ、１５ｂ）、および前記金属製インナーフィン（１７０）をろう付けにより接合する第３の工程（Ｓ１０５）と、を有する熱交換器の製造方法であって、
前記第１の工程（Ｓ１００、Ｓ１０１）では、ろう材が予め塗られている前記金属製インナーフィン（１７０）を用意し、
前記第３の工程（Ｓ１０５）では、前記金属製インナーフィンに予め塗られている前記ろう材を用いて、前記金属製インナーフィン（１７０）と前記金属製プレート（１５ａ、１５ｂ）とをろう付けにより接合することを特徴とする熱交換器の製造方法。
【請求項５】
前記第１の工程（Ｓ１００、Ｓ１０１）では、ろう材が塗られている金属製板材を用意し、この用意された金属製板材から前記金属製インナーフィン（１７０）を成形することを特徴とする請求項４に記載の熱交換器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プレートの間にインナーフィンを挟んでなる熱交換器およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、熱交換器では、特許文献１に示すように、２枚の銅製プレートを接合されてなる扁平形状の箱体と、２枚の銅製プレートの間に挟まれ、かつ箱体内に蛇行状の水通路を形成する銅製インナーフィンと、箱体の外側に配置され、かつ冷媒を流すチューブとを備え、水通路内の水とチューブ内を流れる冷媒との間で熱交換するものがある。
【０００３】
この熱交換器を製造に際して、二枚の銅製プレートの間に銅製インナーフィンを挟み込んだ状態にし、この状態の二枚の銅製プレートにチューブを仮組み付けをし、その後、二枚の銅製プレート、銅製インナーフィン、およびチューブをろう付けにより接合している。
【特許文献１】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】
本発明者等は、上述の熱交換器の製造に際して、予めろう材がそれぞれ塗布された二枚の銅製プレートを用いて、銅製プレートと銅製インナーフィンとをろう付けにより接合することを検討したこところ、次のような問題が生じることが分かった。
【０００５】
ろう付けによる接合に際して、銅製プレートの表面に塗布されてなるろう材の一部がフィレットに引っ張られ、微小な凹部（すなわち、ヒケ）が形成されて銅製プレートの金属面の一部が水通路内に露出する露出部が形成される場合がある。このため、水通路内に水が流れると、銅製プレートの露出部が水通路内の水を介してろう材と接触することになる。
【０００６】
銅製プレートを構成する銅材は、ろう材に対して電位が卑な金属となる。このため、銅製プレートとろう材との間でガルバニック腐食が生じる。特に、残留塩素や遊離炭素の濃度が高い水道水が水通路に流れる場合には、ガルバニック腐食が加速され、銅製プレートに露出部から穴が開きこの穴から水漏れが生じることがある。
【０００７】
本発明は上記点に鑑みて、金属製プレートにガルバニック腐食により穴が開くことを抑制できるようにした熱交換器およびその製造方法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】
【０００８】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、金属製インナーフィン（１７０）に予め塗布されたろう材を用いて、金属製プレート（１５ａ、１５ｂ）と金属製インナーフィン（１７０）とが接合部（３００、３０１）にのみろう材が配置されてろう付けにより接合されていることを特徴とする。
【０００９】
以上により、金属製プレートのうち接合部以外の部分が水通路に対して露出することになる。したがって、金属製プレートのうち水通路側に露出する露出面の面積を広くすることができる。このため、金属製プレートの露出面にはその全体に亘ってガルバニック腐食が生じるため、金属製プレートにガルバニック腐食により穴が開くことを抑制できる。
【００１０】
請求項２に記載の発明では、金属製インナーフィン（１７０）は、金属製プレート（１５ａ、１５ｂ）の間で蛇行状の水通路（２５０ａ）を構成することを特徴とする。
【００１１】
これにより、水通路の経路長を長くすることができるので、熱交換効率を上げることができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明では、さらに、金属製プレート（１５ａ、１５ｂ）の外周を巻かれた金属製チューブ（１６０）を備えることを特徴とする。
【００１３】
これにより、金属製チューブの経路長を長くすることができるので、熱交換効率を上げることができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明では、第１の工程（Ｓ１００、Ｓ１０１）では、ろう材が予め塗られている金属製インナーフィン（１７０）を用意し、
第３の工程（Ｓ１０５）では、金属製インナーフィンに予め塗られているろう材を用いて、金属製インナーフィン（１７０）と金属製プレート（１５ａ、１５ｂ）とをろう付けにより接合することを特徴とする。
【００１５】
以上により、金属製プレートのうち金属製インナーフィンに接合する接合部以外の部分が水通路に対して露出することになる。したがって、金属製プレートのうち水通路側に露出する露出面の面積を広くすることができる。このため、金属製プレートの露出面にはその全体に亘ってガルバニック腐食が生じるため、金属製プレートにガルバニック腐食により穴が開くことを抑制できる。
【００１６】
例えば、請求項５に記載の発明では、第１の工程（Ｓ１００、Ｓ１０１）では、ろう材が塗られている金属製板材を用意し、この用意された金属製板材から金属製インナーフィン（１７０）を成形することを特徴とする。
【００１７】
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した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ものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１に本発明に係る熱交換器が適用されたヒートポンプ式給湯機の一実施形態の全体構成を示す。
【００１９】
ヒートポンプ式給湯機は、給湯水を貯留する貯湯タンク１０、貯湯タンク１０内の給湯水を循環する水循環通路１１、および、給湯水を加熱するためのヒートポンプサイクル装置１２を備えている。貯湯タンク１０は、高温の給湯水を長時間保温することができる温水タンクである。貯湯タンク１０に貯留された給湯水は、貯湯タンク１０の上部に設けられた出湯口１０ａから出湯され、台所や風呂等に給湯される。貯湯タンク１０内の下部に設けられた給水口１０ｂから水道水が補給されるようになっている。
【００２０】
水循環通路１１には、給湯水を循環させる電動水ポンプ１３が配置されており、給湯水は、貯湯タンク１０下部の給湯水出口１０ｃ→電動水ポンプ１３→水冷媒熱交換器１５→貯湯タンク１０上部の給湯水入口１０ｄの順に流れる。
【００２１】
ヒートポンプサイクル装置１２は、電動圧縮機１４、水冷媒熱交換器１５、膨張弁１６、蒸発器１７等を順次配管接続した周知の冷凍サイクルである。
【００２２】
電動圧縮機１４は冷媒を吸入、圧縮、吐出する。電動圧縮機１４の冷媒吐出口側は、水冷媒熱交換器１５の冷媒入口側に接続されている。水冷媒熱交換器１５は、給湯水が通過する水通路２５０ａと、電動圧縮機１４吐出冷媒（高温高圧冷媒）が通過する冷媒通路２５０ｂとを有し、給湯水と電動圧縮機１４の吐出冷媒との間で熱交換させて、給湯水を加熱する加熱用熱交換器である。水冷媒熱交換器１５の詳細については後述する。
【００２３】
水冷媒熱交換器１５の冷媒通路２５０ｂ出口側は、膨張弁１６の入口側に接続されている。膨張弁１６は冷媒通路２５０ｂから流出した高圧冷媒を減圧する減圧装置である。
【００２４】
膨張弁１６の出口側は、蒸発器１７に接続されている。蒸発器１７は、膨張弁１６で減圧された低圧冷媒と外気（室外空気）とを熱交換させることで、低圧冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮させる室外熱交換器である。蒸発器１７の冷媒出口側は、電動圧縮機１４の吸入口側に接続されている。
【００２５】
次に、本実施形態の水冷媒熱交換器１５の具体的構造について図２〜図５を参照して説明する。図２は水冷媒熱交換器１５の全体構造を示す斜視図である。
【００２６】
水冷媒熱交換器１５は、扁平形状の箱体１５０、およびチューブ１６０を備える。
【００２７】
箱体１５０は、図３（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、空間を挟んで対向する２枚の側壁部１５１ａ、１５１ｂと、側壁部１５１ａ、１５１ｂの周縁を囲むように形成される外周部１５２とから構成される。なお、図３（ａ）に箱体１５０の正面図、図３（ｂ）に箱体１５０の上面図、図３（ｃ）に箱体１５０の左側面を示す。
【００２８】
チューブ１６０は、図２に示すように、冷媒を３本の細管１６１ａ、１６１ｂ、１６１ｃから構成されている金属製チューブである。３本の細管１６１ａ、１６１ｂ、１６１ｃは１組となって、箱体１５０の外周を螺旋状に巻くように形成されている。
【００２９】
なお、チューブ１６０は、３本の細管１６１ａ、１６１ｂ、１６１ｃを１組として箱体１５０の外周を螺旋状に巻く場合に限らず、チューブ１６０は、２本の細管を１組として箱体１５０の外周を螺旋状に巻くようにしてもよい。
【００３０】
３本の細管１６１ａ、１６１ｂ、１６１ｃの上側端部には、分岐管１６２ａが接続されている。分岐管１６２ａは、電動圧縮機１４から吐出された冷媒を細管１６１ａ、１６１ｂ、１６１ｃに分流する。
【００３１】
３本の細管１６１ａ、１６１ｂ、１６１ｃの下側端部には、分岐管１６２ｂが接続されている。分岐管１６２ｂは、細管１６１ａ、１６１ｂ、１６１ｃから流出する冷媒を集合して膨張弁１６の入口側に流す。
【００３２】
図４に図３（ｂ）中４’−４’断面図を示す。図５に図３（ａ）中５’−５’断面図を示す。
【００３３】
箱体１５０内には、図４に示すように、波形状に形成されたインナーフィン１７０（図６（ｂ）参照）が配置されている。
【００３４】
インナーフィン１７０は、後述するように蛇行状の水通路２５０ａを構成し、水（水道水）と冷媒との間の熱交換を促進する金属製インナーフィンである。インナーフィン１７０は、図５に示すように、複数の山部１７１、複数の谷部１７２、および複数の平面部１７３から構成されている。
【００３５】
複数の山部１７１と複数の谷部１７２とは、山部１７１と谷部１７２とが交互になるよう第１の所定方向（図４参照）に並べられている。隣り合う山部１７１と谷部１７２とは、平面部１７３により繋がれている。
【００３６】
複数の平面部１７３は、それぞれ、第２の所定方向に延びる長方形状に形成されている。第２の所定方向（図５参照）は、第１の所定方向に直交する方向である。複数の平面部１７３のうち隣り合う２つの平面部１７３は、水通路２５０ａを構成する。
【００３７】
複数の平面部１７３には、図４に示すように、開口部１７４ａ、１７４ｂのうちいずれか一方の開口部が形成されている。開口部１７４ａ、１７４ｂは、水通路２５０ａの一部を構成する。
【００３８】
開口部１７４ａは、平面部１７３のうち第２の所定方向の一端側（図４中左側）に形成されている。開口部１７４ｂは、平面部１７３のうち第２の所定方向の他端側（図４中右側）位置に設けられている。複数の平面部１７３は、開口部１７４ａと開口部１７４ｂとが第１の所定方向に向かって交互に並ぶように形成されている。
【００３９】
以上により、インナーフィン１７０により図４中太字の矢印の如く蛇行状の水通路２５０ａを構成することができる。
【００４０】
箱体１５０の外周部１５２のうち第２の所定方向一端側には水入口１６０ａおよび水出口１６１ｂが設けられている。水入口１６０ａには、図２に示すように、水配管１８０が接続されている。水出口１６１ｂには、水配管１８１が接続されている。
【００４１】
なお、本実施形態では図２に示すように水配管１８０の先端部には継ぎ手１８０ａが接続され、水配管１８１の先端部には継ぎ手１８１ａが接続されている。
【００４２】
ここで、箱体１５０、チューブ１６０、およびインナーフィン１７０は、それぞれ銅材から成る。
【００４３】
次に、本実施形態の水冷媒熱交換器１５の製造方法について図６、図７、図８を参照して説明する。図８は製造工程を示すフローチャートである。
【００４４】
まず、ステップ１００の工程で、銅製板状芯材（金属製板材）の両面にろう材が予め塗布されてなるクラッド材２００（図６（ａ）参照）を用意する。
【００４５】
次に、ステップ１０１の工程で、クラッド材２００に対して複数の開口部１７４ａおよび複数の開口部１７４ｂを形成し、かつ波状に成形してインナーフィン１７０（図６（ｂ）参照）を成形する。
【００４６】
次に、ステップ１０２の工程で、図６（ｃ）に示すプレート１５ａ、１５ｂをそれぞれ用意する。
【００４７】
第１のプレート１５ａは、側壁部１５１ａと、この側壁部１５１ａの外周を囲むように形成されている環状縁部１５２ａとからなる容器形状に形成されている。
【００４８】
第２のプレート１５ｂは、側壁部１５１ｂと、この側壁部１５１ｂの外周を囲むように形成されている環状縁部１５２ｂとからなる容器形状に形成されている。
【００４９】
次に、ステップ１０３の工程で、図６（ｄ）に示すように、プレート１５ａ、１５ｂの間にインナーフィン１７０を挟んだ状態で、第１のプレート１５ａの側壁部１５１ａと第２のプレート１５ｂの側壁部１５１ｂとを接合して箱体１５０を成形する。
【００５０】
次に、ステップ１０４の工程で、箱体１５０の外側にチューブ１６０を配置する。チューブ１６０としては、例えばその外表面に予め塗布されてなるクラッド材が用いられる。
【００５１】
次に、ステップ１０５の工程で、箱体１５０、チューブ１６０、およびインナーフィン１７０を加熱炉内に投入して、ろう付けにより、箱体１５０、チューブ１６０、およびインナーフィン１７０を接合する。
【００５２】
ここで、インナーフィン１７０の複数の山部１７１は、それぞれ第１のプレート１５ａに接合し、インナーフィン１７０の複数の谷部１７２は、それぞれ第２のプレート１５ｂに接合する。
【００５３】
第１のプレート１５ａのうち水通路２５０ａ側において山部１７１に接合する接合部３００以外の部分には、第１のプレート１５ａを構成する金属面（銅）が露出する。
【００５４】
第２のプレート１５ｂのうち水通路２５０ａ側において谷部１７２に接合する接合部３０１以外の部分には、第２のプレート１５ｂを構成する金属面（銅）が露出する。
【００５５】
なお、インナーフィン１７０と箱体１５０とは、インナーフィン１７０に予め塗布されたろう材によりろう付けされる。チューブ１６０と箱体１５０とは、チューブ１６０の外表面に予め塗布されたろう材によりろう付けされる。
【００５６】
なお、ステップＳ１００、Ｓ１０１が特許請求の範囲に記載の第１の工程に相当し、ステップＳ１０３が特許請求の範囲に記載の第２の工程に相当し、ステップＳ１０５が特許請求の範囲に記載の第３の工程に相当する。
【００５７】
次に、本実施形態の水冷媒熱交換器１５の作動について説明する。
【００５８】
電動圧縮機１４からの吐出冷媒が分岐管１６２ａにより細管１６１ａ、１６１ｂ、１６１ｃに分流し、これら分流された冷媒は細管１６１ａ、１６１ｂ、１６１ｃを通過後、分岐管１６２ｂにより集合され膨張弁１６の入口側に流れる。
【００５９】
水配管１８０から流入した水は水入口１６０ａを通して水通路２５０ａに流入し、この流入した水は水通路２５０ａに沿って蛇行状に流れ、水通路２５０ａを通過後、水出口１６０ｂを通して水配管１８１に流れる。このとき、細管１６１ａ、１６１ｂ、１６１ｃに流れる冷媒と水通路２５０ａに流れる水との間で熱交換されて水が加熱されることになる。
【００６０】
以上説明した本実施形態によれば、インナーフィン１７０に予め塗布されたろう材を用いて、プレート１５ａ、１５ｂとインナーフィン１７０とがろう付けにより接合されている。
【００６１】
一方、本発明者等の検討によれば、予めろう材が塗布された２枚のプレート１５ｃを用いて、プレート１５ｃとインナーフィン１７１とをろう付けにより接合する場合、図９（ａ）に示すように、プレート１５ｃの角部の内側においてろう材３００の凹部３６０（すなわち、ヒケ）が形成されてプレート１５ｃの金属面の一部が水通路２５０ａ内に露出する場合がある。
【００６２】
この場合、ガルバニック腐食が進行して図９（ｂ）に示すように、プレート１５ｃの金属面の一部に穴３６０ａが開くことがある。
【００６３】
また、図１０（ａ）に示すように、ろう付けによる接合に際して、プレート１５ｃの表面に塗布されてなるろう材３００の一部がフィレット３５０に引っ張られ、微小な凹部３６０が形成されて銅製プレートの金属面の一部が水通路内に露出する場合がある。
【００６４】
この場合、ガルバニック腐食が進行して図１０（ｂ）に示すように、プレート１５ｃの金属面の一部に穴３６０ａが開くことがある。
【００６５】
これに対し、本実施形態では、プレート１５ａ、１５ｂのうち接合部３００、３０１（図５参照）以外の部分３７０（図１１参照）が水通路２５０ａに対して露出することになる。図１１は図５中符号４００の部分を拡大した図である。
【００６６】
したがって、プレート１５ａ、１５ｂのうち水通路側に露出する露出面の面積を広くすることができる。このため、プレート１５ａ、１５ｂの露出面にはその全体に亘ってガルバニック腐食が生じるため、金属製プレート１５ａ、１５ｂにガルバニック腐食により穴が開くことを抑制できる。
【００６７】
（他の実施形態）
上述の実施形態では、本発明に係る熱交換器をヒートポンプ式給湯機に適用した例を示したが、これに代えて、本発明に係る熱交換器を各種の装置に適用してもよい。
上述の実施形態では、二枚のプレート１５ａ、１５ｂを接合して箱体を構成した例を示したが、これに限らず、１枚の板をＵ字状に曲げて箱体を構成してもよい。
【００６８】
上述の実施形態では、銅製板状芯材（金属製板材）の両面にろう材が予め塗布されてなるクラッド材２００を波状に成形してインナーフィン１７０を成形した例を示したが、これに代えて、インナーフィン１７０を成形する際に、金属製板材を波状に成形してから、その頂面にのみろう材を塗布する製造方法を採用してもよい。
【００６９】
上述の実施形態では、本発明に係る金属製チューブに流す流体としては冷媒を用いた例を示したが、これに限らず、チューブに流す流体としては、冷媒以外の流体を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の一実施形態におけるヒートポンプ式給湯機の全体構成を示す図である。
【図２】図１の水冷媒熱交換器の外観を示す図である。
【図３】図２の水冷媒熱交換器の箱体を示す図である。
【図４】図３（ｂ）中４’−４’断面図である。
【図５】図３（ａ）中５’−５’断面図である。
【図６】図２の水冷媒熱交換器の製造工程を示す図である。
【図７】図２の水冷媒熱交換器の製造工程を示す図である。
【図８】図２の水冷媒熱交換器の製造工程を示すフローチャートである。
【図９】水冷媒熱交換器の比較例を示す図である。
【図１０】水冷媒熱交換器の比較例を示す図である。
【図１１】図５中の部分４００の拡大図である。
【符号の説明】
【００７１】
１０      貯湯タンク
１１      水循環通路
１２      ヒートポンプサイクル装置
１４      電動圧縮機
１５      水冷媒熱交換器
１６      膨張弁
１７      蒸発器
１５０    箱体
１６０    チューブ
１６１ａ  細管
１６１ｂ  細管
１６１ｃ  細管
１７０    インナーフィン
１７１    山部
１７２    谷部
１７３    平面部
１７４ａ  開口部
１７４ｂ  開口部
１８０    水配管
１８１    水配管
２５０ａ  水通路
【図１】
2009257687.tif 000003
【図２】
2009257687.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2009257687.tif 000008
【図７】
2009257687.tif 000009
【図８】
2009257687.tif 000010
【図９】
2009257687.tif 000011
【図１０】
2009257687.tif 000012
【図１１】
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