熱交換器およびヒートポンプ式給湯装置
【課題】冷媒が水通路に混入することを防止することができる熱交換器を提供する。
【解決手段】給湯用熱交換器１４は、コアプレート２５の厚み方向Ｙを含む仮想一平面で切断した切断面において、複数のチューブ２３がチューブ用面部２８にそれぞれろう付け接合されるチューブ接合部分３１と、フィン２４がフィン用面部２７にろう付け接合されるフィン接合部分３２とが、コアプレート２５を介して対向する。
【解決手段】給湯用熱交換器１４は、コアプレート２５の厚み方向Ｙを含む仮想一平面で切断した切断面において、複数のチューブ２３がチューブ用面部２８にそれぞれろう付け接合されるチューブ接合部分３１と、フィン２４がフィン用面部２７にろう付け接合されるフィン接合部分３２とが、コアプレート２５を介して対向する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプ式給湯装置、およびヒートポンプ式給湯装置に用いられる熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の技術のヒートポンプ式給湯装置は、冷凍サイクルを構成するヒートポンプ装置と、水が循環する循環回路とを備える。ヒートポンプ装置は、循環回路の一部を構成する水通路と、冷凍サイクルの一部を構成する冷媒通路を備える水−冷媒熱交換器を備える。この熱交換器において、ヒートポンプ装置の圧縮機から吐出された高温冷媒と循環回路を循環する水とを熱交換する。これによって循環回路を循環する水が加熱され、加熱された水は、循環回路が備えるタンクなどに貯留される。
【０００３】
このような従来からよく知られた形態の熱交換器は、水が流れる水通路に設けられるフィンおよびコアプレートと、冷媒が流れる冷媒通路を形成するチューブとを有する。フィンとコアプレートとチューブとは、ろう付けによってそれぞれ接合される。ろう付けに用いられるろう材は、水通路および冷媒通路に基づいて適宜選択される（たとえば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−１５３３９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図８は、従来の技術の熱交換器５０の一部を拡大して示す断面図である。フィン５１、コアプレート５２およびチューブ５３は、伝熱性に優れる銅が用いられる。このような銅から成る部材同士を接合するために、ろう材５４は銅−燐合金からなる。
【０００５】
従来の技術の熱交換器５０のフィン５１およびコアプレート５２が循環させている水にさらされると、ろう材５４から銅が水に溶け出し、ろう材５４に欠陥が生じる。銅が水に溶け出すと、ろう材５４の銅と燐との含有率が変化し、燐の含有率が高くなる。これによって銅が溶け出した部分（Ｐリッチ部分）と、フィン５１またはコアプレート５２を構成する銅とで電位差が生じ、異種金属接触による腐食が生じる。この腐食が孔食５５となり、図８に示すように、コアプレート５２およびチューブ５３の内部に進行する。チューブ５３の内部に進行すると、チューブ５３とコアプレート５２とが１つの孔で連通される。したがってチューブ５３を流れる冷媒が、水通路に混入するおそれがある。
【０００６】
そこで、本発明は前述の問題点を鑑みてなされたものであり、冷媒が水通路に混入するような腐食の進行を防止することができる熱交換器、および熱交換器を備えるヒートポンプ式給湯装置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】
本発明は前述の目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。
【０００８】
本発明は、内部に冷媒が通過する冷媒通路（２１）を形成する複数のチューブ（２３）と、
水が通過する水通路（２２）に設けられるフィン（２４）と、
複数のチューブおよびフィンがろう材（２６）によってろう付け接合されるコア部材（２５）とを含み、
コア部材は、少なくとも一部が板状に形成され、
複数のチューブがろう付け接合されるチューブ用面部（２８）と、
チューブ用面部の裏面部であって、フィンがろう付け接合されるフィン用面部（２７）とを含み、
コア部材の板状の部分の厚み方向を含む仮想一平面で切断した切断面において、複数のチューブがチューブ用面部にそれぞれろう付け接合されるチューブ接合部分（３１）と、フィンがフィン用面部にろう付け接合されるフィン接合部分（３２）とが、コア部材の板状の部分を介して対向することを特徴とする熱交換器である。
【０００９】
本発明に従えば、切断面において、チューブ接合部分とフィン接合部分とが、コア部材の板状の部分を介して対向する。したがってチューブ接合部分とフィン接合部分とがコア部材を介して最も近接させることができる。これによってコア部材のフィン用面部に孔食が発生した場合、孔食はコア部材内を厚み方向の外方に向かって進行するが、複数のチューブまでに進行するためには、複数のチューブに対向する位置にフィンが設けられるので、孔食が厚み方向に交差する方向に進行する必要がある。したがって孔食の進行距離は、複数のチューブに至るためには、残余の部位より進行距離が大きくなる。これによって複数のチューブに孔食が進行することを確実に防止することができる。これによってフィンにおける孔食の発生に起因して、複数のチューブから不所望に冷媒が漏洩することを防ぐことができる。したがって冷媒がフィンを通過する水に混入することを確実に防止することができる。
【００１０】
また本発明は、切断面において、チューブ接合部分は、フィン接合部分を厚み方向に投影した範囲内に設けられることを特徴とする。
【００１１】
本発明に従えば、チューブ接合部分は、フィン接合部分を厚み方向に投影した範囲内に設けられるので、フィン接合部分の端部からチューブ接合部分までの距離をコア部材の厚み寸法以上にすることができる。孔食が発生するのは、ろう材が水にさらされている部分であるので、フィン接合部分の端部から発生する可能性が高い。このようなフィン接合部分の端部から孔食が発生した場合であっても、チューブ接合部分までの距離は、チューブ用面部より長いので、孔食がチューブ接合部分まで達する可能性をより小さくすることができる。
【００１２】
さらに本発明は、複数のチューブは、コア部材より電位が高い材料からなることを特徴とする。
【００１３】
本発明に従えば、複数のチューブは、コア部材より電位が高い材料からなるので、フィンを水が通過することによって孔食が発生した場合、孔食は電位が低い方向に進行するが、複数のチューブはコア部材より電位が高いので、複数のチューブに孔食が進行することを防止することができる。これによってフィンにおける孔食の発生に起因して、複数のチューブから不所望に冷媒が漏洩することを防ぐことができる。したがって冷媒がフィンを通過する水に混入することを確実に防止することができる。
【００１４】
さらに本発明は、圧縮機（１３）、前述の熱交換器（１４）、減圧手段（１５）および蒸発用熱交換器（１６）を、冷媒が循環可能に環状に接続して構成されるヒートポンプユニット（２）と、
熱交換器の水通路に水を流通させる循環回路（３）とを含むことを特徴とするヒートポンプ式給湯装置である。
【００１５】
本発明に従えば、前述のような孔食の進行を防止する効果を有する熱交換器が、ヒートポンプユニットに用いられる。したがってヒートポンプユニットによって循環回路の水を熱交換器にて加熱することができる。また熱交換器に発生する孔食に起因して、循環回路に流通する水に冷媒が混入することを確実に防ぐことができる。したがって循環回路を循環する水を、たとえば給湯用に用いる場合であっても、冷媒が混入した水が用いられることを確実に防ぐことができる。これによって腐食に対する信頼性の高いヒートポンプ式給湯装置を実現することができる。
【００１６】
なお、前述の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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照しながら本発明を実施するための形態を、複数の形態について説明する。各形態で先行する形態で説明している事項に対応している部分には同一の参照符を付し、重複する説明を略する場合がある。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、先行して説明している形態と同様とする。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組合せることも可能である。
【００１８】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態を図１〜図５を用いて説明する。図１は、ヒートポンプ式給湯装置２０の全体構成を示す模式図である。ヒートポンプ式給湯装置２０は、給湯用の湯を貯える貯湯タンク１、貯湯タンク１内から取水した水を沸き上げる給湯手段であるヒートポンプユニット２、貯湯タンク１とヒートポンプユニット２とを接続する循環回路３、ヒートポンプユニット２を制御する制御装置４を含んで構成される。
【００１９】
先ず、貯湯タンク１に関して説明する。貯湯タンク１は、耐食性に優れた金属、たとえばステンレス鋼からなり、縦長形状に形成され、外周部に断熱材（図示せず）が配置される。これによって高温の給湯用の湯を貯湯タンク１内にて長時間に渡って保温することができる。貯湯タンク１の底面には導入口５が設けられ、この導入口５には貯湯タンク１内に水道水を導入する給水経路である導入管６が接続されている。導入管６の上流には減圧逆止弁（図示せず）を介して上水に接続されて、所定圧の水道水を導入するようになっている。
【００２０】
貯湯タンク１の最上部には導出口７が設けられ、導出口７には貯湯タンク１内の湯を導出するための給湯配管８が接続されている。給湯配管８の下流側は、たとえばカラン、シャワーおよび風呂等が設けられる。給湯配管８の経路途中には、水道水を給湯配管８に混合する湯水混合手段（図示せず）が接続される。これによって貯湯タンク１内の高温の湯と水道水とを混合させて所定温度の給湯水が得られるように構成されている。貯湯タンク１の下部には、貯湯タンク１内の水を循環回路３に吸入するための吸入口１ａが設けられ、貯湯タンク１の上部には、貯湯タンク１内に湯を循環回路３から吐出する吐出口１ｂが設けられている。
【００２１】
次に、循環回路３に関して説明する。循環回路３は、上流側が貯湯タンク１の吸入口１ａに接続され、下流側が貯湯タンク１の吐出口１ｂに接続される。また循環回路３は、ヒートポンプユニット２を構成する給湯用熱交換器１４の水通路２２に水を流通させる。したがって循環回路３の一部は、ヒートポンプユニット２を構成する給湯用熱交換器１４内に配置されている。循環回路３は、吸入口１ａから吸入した貯湯タンク１内の水を、給湯用熱交換器１４を通過する高温冷媒との間で給湯用熱交換器１４によって熱交換して加熱し、吐出口１ｂから貯湯タンク１内に戻す。これによって貯湯タンク１内の水を沸き上げる。
【００２２】
吸入口１ａの下流側には、沸き上げのときに循環回路３内に貯湯タンク１内の水を循環させる送水ポンプ９が設けられる。また送水ポンプ９の下流側であって、給湯用熱交換器１４の上流側には、循環回路３内を循環する流量を調節する流量調節手段である流量調節弁１０が設けられる。
【００２３】
また給湯用熱交換器１４の下流側であって、吐出口１ｂの上流側には、給湯用熱交換器１４から流出された沸き上げ温度を検出する水温センサ１１が設けられる。また送水ポンプ９の下流側であって、流量調節弁１０の上流側には、給湯用熱交換器１４に流入する給水の温度を検出する給水温度センサ１２が設けられる。水温センサ１１および給水温度センサ１２は検出した温度情報を制御装置４に与える。
【００２４】
次に、ヒートポンプユニット２に関して説明する。ヒートポンプユニット２は、本実施の形態では超臨界ヒートポンプによって実現される。ここでいう超臨界ヒートポンプとは、高圧側の冷媒圧力が冷媒の臨界圧力以上となるヒートポンプサイクルであって、冷媒は、臨界温度の低い二酸化炭素（ＣＯ２）が用いられる。
【００２５】
ヒートポンプユニット２は、圧縮機１３、給湯用熱交換器１４、膨張弁１５、および蒸発用熱交換器１６を含み、これらを順に環状に冷媒配管１７によって接続して構成される。圧縮機１３は、内蔵する電動モータ（図示せず）によって駆動され、蒸発用熱交換器１６からの冷媒を一般的使用条件において臨界圧力以上まで圧縮して、給湯用熱交換器１４に吐出する。
【００２６】
給湯用熱交換器１４は、圧縮機１３より吐出された高圧のガス冷媒と貯湯タンク１内から取水した水とを熱交換する。これによって水が加熱される。給湯用熱交換器１４を流れる冷媒は、圧縮機１３で臨界圧力以上に加圧されているので、給湯用熱交換器１４を流通する水に放熱して温度低下しても凝縮することがない。
【００２７】
膨張弁１５は、減圧手段であって、給湯用熱交換器１４から流出する冷媒を減圧して、減圧した冷媒を蒸発用熱交換器１６に与える。膨張弁１５は、弁開度に応じて冷媒を減圧する。膨張弁１５は、制御装置４によって弁開度が電気的に制御される。
【００２８】
蒸発用熱交換器１６は、膨張弁１５で減圧された冷媒を送風機（図示せず）によって送風される大気との熱交換によって蒸発させる。蒸発用熱交換器１６は、蒸発した気相冷媒を圧縮機１３に与える。
【００２９】
ヒートポンプユニット２は、このような構成によって冷媒を循環させることによって、給湯用熱交換器１４に高温の冷媒を供給することができる。ヒートポンプユニット２は、超臨界ヒートポンプであるので、一般的なヒートポンプサイクルよりも高温（たとえば８５℃以上９０℃以下程度）の給湯水を沸き上げることができる。
【００３０】
次に、制御装置４に関して説明する。制御装置４は、ヒートポンプユニット２を制御することによって、ヒートポンプユニット２の沸き上げ運転を行なって貯湯タンク１に給湯用の湯を貯えるものである。制御装置４は、操作盤（図示せず）からの操作信号、水温センサ１１および給水温度センサ１２による温度情報に基づいて、圧縮機１３、膨張弁１５、送水ポンプ９および流量調整弁１０を制御する。制御装置４は、水温センサ１１によって検出された沸き上げ温度情報に基づいて、流量調節弁１０を制御する。本実施形態では、沸き上げ温度が一定となる流量に制御されている。沸き上げ運転は、貯湯タンク１の外壁面に設けられた複数の水位サーミスタ（図示せず）の温度情報により貯湯量を検出し、所定の貯湯量以下となったときに沸き上げ運転を行なうように構成されている。
【００３１】
次に、給湯用熱交換器１４に関して、さらに詳細に説明する。図２は、給湯用熱交換器１４を示す正面図である。図３は、図２の切断面線ＩＩＩ−ＩＩＩから見て、一部を拡大して示す斜視図である。図４は、図３の一部を拡大して示す断面図である。図５は、図４の一部を拡大して示す断面図である。給湯用熱交換器１４は、前述したように圧縮機１３より吐出された高温冷媒（ホットガス）と送水ポンプ９により貯湯タンク１内から供給された水とを熱交換する。給湯用熱交換器１４は、冷媒が流れる冷媒通路２１と、水が流れる水通路２２とを有する。給湯用熱交換器１４は、冷媒通路２１を流れる冷媒の冷媒流下方向と水通路２２を流れる水の水流下方向とが互いに逆方向となるように構成される。
【００３２】
給湯用熱交換器１４は、少なくとも、複数のチューブ２３、フィン２４および２つのコア部材であるコアプレート２５とを含んで構成される。２つのコアプレート２５には、複数のチューブ２３およびフィン２４がろう材２６によってそれぞれろう付け接合される。各コアプレート２５は、少なくとも一部が板状に形成され、本実施の形態では平板状に形成される。２つのコアプレート２５は、それぞれの厚み方向Ｙが互いに略平行（用語「略平行」は平行を含む）であって、厚み方向Ｙに離間して設けられる。２枚のコアプレート２５が厚み方向Ｙに対向する面部は、フィン用面部２７であって、フィン２４がろう付け接合される。またコアプレート２５の厚み方向Ｙの残余の面部、すなわちフィン用面部２７の裏面部はチューブ用面部２８であって、複数のチューブ２３がろう付け接合される。
【００３３】
フィン２４は、水通路２２に設けられる。フィン２４は、本実施の形態では２つのコアプレート２５と協働して、水が通過する水通路２２を形成する。フィン２４は、２つのコアプレート２５の間にろう付け接合によって設けられる。これによってコアプレート２５とフィン２４とによって、囲まれた空間が形成され、水通路２２が形成される。フィン２４は、波状であって、伝熱面積を増加させる目的で設けられる。したがって水通路２２を流れる水に接する面積が大きくなるように形成される。フィン２４は、図４に示すように、１枚の板部材が蛇行するように、換言すると凸状の部分２９と凹状の部分３０とが繰り返されるように形成される。
【００３４】
フィン２４は、２つのコアプレート２５に挟まれて、各コアプレート２５にろう付け接合される。フィン２４は波状であるので、フィン２４と厚み方向Ｙ一方のコアプレート２５にろう付け接合されるフィン接合部分３２は、フィン２４の隣接する凸状の部分２９においては、後述する配列方向Ｘに間隔があくことになる。本実施の形態では、フィン２４のコアプレート２５に臨む外表面のうちの少なくとも一部は、コアプレート２５のフィン用面部２７に当接、いわゆるメタルタッチしている状態である。またフィン２４は、水流通方向に関して全域でメタルタッチしてなく、部分的にはメタルタッチせずにろう材２６を介してコアプレート２５にろう付け接合される部分が存在することもある。このような部分が発生する原因としては、たとえばフィン２４およびコアプレート２５の製造上の寸法誤差の発生、ならびに製造工程におけるフィン２４およびコアプレート２５の変形などである。
【００３５】
複数のチューブ２３は、冷媒が通過する冷媒通路２１を形成する。各チューブ２３は、円管状に形成され、その内方の空間が冷媒通路２１となる。各チューブ２３は、軸線方向が略平行となるように配置される。各チューブ２３は、軸線方向が、コアプレート２５の厚み方向Ｙに略直交（用語「略直交」は直交を含む）するように配置される。また各チューブ２３は、各チューブ２３の軸線方向および厚み方向Ｙに略直交する配列方向Ｘに予め定める間隔をあけて、コアプレート２５のチューブ用面部２８に配置される。本実施の形態では、各チューブ２３の半径方向外表面のうちの少なくとも一部は、チューブ用面部２８に当接、いわゆるメタルタッチしている状態である。各チューブ２３は、このような配置状態で、コアプレート２５のチューブ用面部２８にろう付け接合される。また各チューブ２３は、冷媒流通方向に関して全域でメタルタッチしてなく、部分的にはメタルタッチせずにろう材６を介してろう付け接合される部分が存在する場合もある。このような部分が発生する原因としては、たとえばチューブ２３およびコアプレート２５の製造上の寸法誤差の発生、ならびに製造工程におけるチューブ２３およびコアプレート２５の変形などである。
【００３６】
次に、各チューブ２３がコアプレート２５に接合される位置と、フィン２４がコアプレート２５にろう付け接合される部分との位置関係に関して説明する。図４に示すように、コアプレート２５の厚み方向Ｙを含む仮想一平面であって、各チューブ２３の軸線に垂直な仮想一平面で熱交換器１４を切断した切断面において、複数のチューブ２３がチューブ用面部２８にそれぞれろう付け接合されるチューブ接合部分３１と、フィン２４がフィン用面部２７にろう付け接合されるフィン接合部分３２とが、コアプレート２５を介して対向するように配置される。ここでフィン接合部分３２とは、フィン用面部２７の一部であって、フィン２４をろう付け接合するためのろう材２６が付着している部分と、フィン２４がフィン用面部２７に当接している部分とを含む。またチューブ接合部分３１とは、チューブ用面部２８の一部であって、各チューブ２３をろう付け接合するためのろう材２６が付着している部分と、チューブ２３がチューブ用面部２８に当接している部分とを含む。
【００３７】
フィン２４の凸状の部分２９が対向する厚み方向Ｙ一方側に配置されるコアプレート２５（図５参照）では、チューブ接合部分３１は、フィン接合部分２４を厚み方向Ｙに投影した範囲３４内に設けられる。換言すると、チューブ接合部分３１は、配列方向Ｘに関して、フィン接合部分３２内に配置される。
【００３８】
さらにチューブ接合部分３１とフィン接合部分３２との距離は、コアプレート２５の厚み寸法に略等しい。チューブ接合部分３１とフィン接合部分３２との厚み方向Ｙの距離Ｔが、コアプレート２５の板状の部分の厚み寸法に略等しいとは、少なくとも前述の距離Ｔがコアプレート２５の厚み寸法以上であって、厚み寸法の予め定める割合、たとえば１割増の値以下である。
【００３９】
また本実施の形態では図６および図７にて仮想線で示すように、各チューブ２３の軸線を通過するコアプレート２５との厚み方向Ｙに沿って延びる仮想線が、フィン２４の凸状の部分２９の配列方向Ｘの中央を通過するように、各チューブ２３とフィン２４の凸状の部分２９が配置される。したがって各チューブ２３の軸心と、フィン２４の凸状の部分２９の配列方向Ｘの中央とは配列方向Ｘに関して略同位置（用語「略同位置」は同位置を含む）となるように配置される。換言すると、フィン２４の凸状の部分２９とチューブ２３の軸心とは、厚み方向Ｙに延びる仮想一直線上に配置される。またフィン２４の凹状の部分３０が当接するコアプレート２５に関しても、フィン２４の凸状の部分２９と同様の構成である。
【００４０】
以上、説明したように本実施の形態の給湯用熱交換器１４では、チューブ接合部分３１とフィン接合部分３２とが、コアプレート２５を介して対向する。したがってチューブ接合部分３１とフィン接合部分３２とがコアプレート２５を介して最も近接させることができる。給湯用熱交換器１４に孔食が発生した場合、孔食３３は、フィン用面部２７にフィン２４をろう付け接合するときに用いられるろう材２６が、水にさらされることによって発生する。したがってフィン用面部２７に前述のような孔食３３が発生し、その孔食３３がフィン用面部２７からチューブ用面部２８に向かって進行する。このように孔食３３はコアプレート２５内を厚み方向Ｙの外方に向かって進行するが、複数のチューブ２３までに進行するためには、複数のチューブ２３に対向する位置にフィン２４が設けられるので、孔食３３が厚み方向Ｙに交差する配列方向Ｘに進行する必要がある。したがって孔食３３の進行距離は、複数のチューブ２３に至るためには、残余の部位より進行距離が大きくなる。これによって複数のチューブ２３に孔食３３が進行することを確実に防止し、図５に示すように、コアプレート２５だけの腐食に抑えることができる。
【００４１】
これによってフィン２４における孔食３３の発生に起因して、複数のチューブ２３から不所望に冷媒が漏洩することを防ぐことができる。したがって冷媒がフィン２４を通過する水に混入することを確実に防止することができる。
【００４２】
また本実施の形態では、チューブ接合部分３１は、フィン接合部分３２を厚み方向Ｙに投影した範囲３４内に設けられるので、フィン接合部分３２の端部からチューブ接合部分３１までの距離をコアプレート２５の厚み寸法以上にすることができる。孔食３３が発生するのは、ろう材２６が水にさらされている部分であるので、フィン接合部分３２の端部から発生する可能性が高い。このようなフィン接合部分３２の端部から孔食３３が発生した場合であっても、チューブ接合部分３１までの距離は、チューブ用面部２８より長いので、孔食３３がチューブ接合部分３１まで達する可能性をより小さくすることができる。
【００４３】
また本実施の形態では、チューブ２３はチューブ用面部２８とメタルタッチしている部分は、フィン接合部分３２の配列方向Ｘの中央となるように、チューブ２３が配置される。これによってチューブ２３のメタルタッチしている部分から、フィン接合部分３２の配列方向Ｘの端部、すなわちフィン接合部分３２を構成するろう材２６までの距離を最も長くすることができる。これによって孔食３３がフィン接合部分３２のろう材２６付近から厚み方向Ｙに進行した場合であっても、最も距離が長い部分であるので、孔食３３がチューブ２３に至る可能性を最も小さくすることができる。
【００４４】
また本実施の形態では、前述のような孔食の進行を防止する効果を有する給湯用熱交換器１４が、ヒートポンプユニット２に用いられる。したがってヒートポンプユニット２によって循環回路３の水を給湯用熱交換器１４にて加熱することができる。また給湯用熱交換器１４に発生する孔食３３に起因して、循環回路３に流通する水に冷媒が混入することを確実に防ぐことができる。したがって循環回路３を循環する水を、給湯用にしても冷媒が混入した水が用いられることを確実に防ぐことができる。これによって腐食に対する信頼性の高いヒートポンプ式給湯装置２０を実現することができる。
【００４５】
また給湯用熱交換器１４を構成する各部材の材料は特に限定するものではないが、好ましくは、複数のチューブ２３は、コアプレート２５より電位が高い材料からなる。電位が高い材料とは、相対的にイオン化しにくい材料であり、電位が低い材料とは相対的にイオン化しやすい材料である。さらに好ましくは、複数のチューブ２３、コアプレート２５、フィン２４およびろう材２６のうち、フィン２４が最も電位が低くなるように材料が選択される。さらに具体的には、複数のチューブ２３、コアプレート２５、フィン２４およびろう材２６のうち、ろう材２６が最も電位が高く、２番目に複数のチューブ２３の電位が高く、３番目にコアプレート２５の電位が高く、フィン２４が最も電位が低くなるように材料が選択される。このような電位関係において、複数のチューブ２３は、銅合金からなり、コアプレート２５は、銅からなり、フィン２４は、銅合金からなる。このように熱伝導率が比較的大きい銅を主として用いることによって、冷媒と水との熱交換の性能を向上することができる。またこのような材料を用いることによって、前述のような電位の順序となる給湯用熱交換器１４を実現することができる。ここで銅からなるとは、純銅からなると同義である。また銅合金は、銅を５０質量％以上と合金元素とを含む合金である。
【００４６】
このように銅を主として用いる場合、たとえば、複数のチューブ２３は銅−ニッケル合金からなり、コアプレート２５は銅からなり、フィン２４は銅−亜鉛合金からなるように構成される。またたとえば複数のチューブ２３は、銅−ニッケル合金からなり、コアプレート２５は、銅からなり、フィン２４は、銅−錫合金からなるように構成される。これによって前述のような電位の順序となる給湯用熱交換器１４を実現することができる。
【００４７】
またろう材２６は、たとえば銅−燐合金からなる。このようなろう材２６を用いることによって、銅を主として用いられるコアプレート２５とフィン２４、およびコアプレート２５と複数のチューブ２３とを確実にろう付け接合することができる。
【００４８】
前述のような材料を給湯用熱交換器１４に適用することによって、フィン２４を水が通過することによって孔食３３が発生した場合、孔食３３は電位が低い方向に進行するが、複数のチューブ２３はコアプレート２５より電位が高いので、複数のチューブ２３を避けて孔食３３が進行し、コアプレート２５だけの腐食で抑えることができる。このような孔食３３が複数のチューブ２３に進行することを防止することができる。
【００４９】
このような腐食をおこしやすい水として、本件出願人は、たとえばイオン（塩素イオンおよび遊離炭酸イオンなど）の含有量の多い水であることを発見した。このようなイオンが多い水がヒートポンプ式給湯装置２０に用いられることは希であるが、イオンの多い水であっても、確実に腐食が発生することを防止することができる。
【００５０】
またイオンの多い水であっても、前述のような腐食がおこることは希であるが、給湯用熱交換器１４の寿命を長期に、たとえば１５年以上確保するため、前述のような電位設計が好適に用いられる。これによって給湯用熱交換器１４の長期寿命を確保することができる。したがってヒートポンプ式給湯装置２０の腐食に対する信頼性を確保することができる。
【００５１】
またさらに好ましくは、複数のチューブ２３、コアプレート２５、フィン２４およびろう材２６のうち、ろう材２６が最も電位が高く、２番目に複数のチューブ２３の電位が高く、３番目にコアプレート２５の電位が高く、フィン２４が最も電位が低くなるように構成される。このようにろう材２６が最も電位が高いので、コアプレート２５またはフィン２４にて発生した孔食３３は、複数のチューブ２３およびろう材２６に進行することを防止することができる。したがって孔食３３が発生した場合、フィン２４が最も腐食しやすいので、冷媒が漏れることなく、水漏れだけで抑えることができる。また隣接する水通路２２を構成する敷居となるフィン２４の一部が腐食した場合は、外部に水が漏洩することがない。したがってフィン２４に孔食３３が発生した場合は、その部位によっては外部に水漏れすることを防止することができるので、孔食３３による損傷を可及的に小さくすることができる。
【００５２】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に関して、図６を用いて説明する。図６は、給湯用熱交換器１４Ａの一部を拡大して示す断面図である。本実施の形態では、チューブ２３の形状に特徴を有する。
【００５３】
チューブ２３は、内部に冷媒通路を形成する管状であって、その軸線方向に垂直な仮想一平面で切断したときの切断面が、略楕円状となるように構成される。このようなチューブ２３をチューブ用面部２８に配置すると、チューブ２３の半径方向外表面のうちの少なくとも一部は、チューブ用面部２８に当接、いわゆるメタルタッチしている状態である。このようにチューブ２３がチューブ用面部２８に当接している部分は、チューブ２３の断面が略楕円状であるので配列方向Ｘに関して線接触している。このような線接触している部分は、チューブ接合部分３１に含まれる。前述のようにチューブ接合部分３１は、フィン接合部分３２の範囲内にあって対向するように配置される。
【００５４】
したがって本実施の形態では、チューブ２３の断面形状が略楕円状であっても、前述の実施の形態と同様の作用および効果を達成することができる。またチューブ２３の断面形状は、略楕円状に限ることはなく、矩形状であってもよく、多角形状であってもよい。たとえばチューブ２３の断面形状が扁平状である場合は、仮想一平面で切断したときの切断面において、チューブ２３がチューブ用面部２８に当接している部分は線接触している。このように線接触している部分、すなわちチューブ接合部分３１は、フィン接合部分３２の範囲内にあって対向するように配置される。したがって前述の実施の形態と同様の作用および効果を達成することができる。
【００５５】
また少なくともチューブ接合部分３１がフィン接合部分３２の範囲内にあって対向していればよいので、チューブ２３の外表面の配列方向Ｘの寸法が、フィン接合部分３２の配列方向Ｘの寸法より大きくてもよい。
【００５６】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に関して、図７を用いて説明する。図７は、給湯用熱交換器１４Ｂの一部を拡大して示す断面図である。本実施の形態では、１つのフィン接合部分３２に対向する範囲３４内に、複数、本実施の形態では２つのチューブ２３が配置される点に特徴を有する。
【００５７】
このように複数のチューブ２３をチューブ用面部２８にろう付け接合した場合であっても、複数のチューブ接合部分３１がフィン接合部分３２を厚み方向Ｙに投影した範囲３４内に設けられることによって、前述の実施の形態と同様の作用および効果を達成することができる。
【００５８】
（その他の実施形態）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。
【００５９】
前述の実施の各形態では、ヒートポンプ装置２は、圧縮機１３で冷媒を臨界圧力以上に加圧する所謂超臨界冷凍サイクルを構成していたが、超臨界冷凍サイクルに限ることはない。また、冷媒は二酸化炭素であったが、これに限ることはなく、フロン等の他の冷媒であってもよい。
【００６０】
また前述の実施の各形態では、給湯用熱交換器１４によって実現されるが、給湯用熱交換器１４に限ることはなく、他の熱交換器に適用してもよい。
【００６１】
また前述の実施の各形態では、貯湯タンク１は１つだけであったが、このような構成に限ることはなく、複数の貯湯タンク１を直列、または並列に連結させてもよい。これによって貯湯タンク１の設置スペースを適宜確保することができる。また貯湯タンク１を直列に連結することによって、タンク内の水の温度分布を制御することができる。
【００６２】
また前述の実施の各形態では、コア部材は平板状のコアプレート２５であるが、これに限ることはなく、少なくとも一部が平板状であればよく、波状のコア部材であってもよい。またコアプレート２５は、単数であっても、３枚以上であってもよい。フィン２４も波状に限ることはなく、他の形状であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】第１実施形態のヒートポンプ式給湯装置２０の全体構成を示す模式図である。
【図２】給湯用熱交換器１４を示す正面図である。
【図３】図２の切断面線ＩＩＩ−ＩＩＩから見て、一部を拡大して示す斜視図である。
【図４】図３の一部を拡大して示す断面図である。
【図５】図４の一部を拡大して示す断面図である。
【図６】第２実施形態の給湯用熱交換器１４Ａの一部を拡大して示す断面図である。
【図７】第３実施形態の給湯用熱交換器１４Ｂの一部を拡大して示す断面図である。
【図８】従来の技術の熱交換器５０の一部を拡大して示す断面図である。
【符号の説明】
【００６４】
２…ヒートポンプユニット
３…循環回路
１３…圧縮機
１４…給湯用熱交換器（熱交換器）
１５…膨張弁（減圧手段）
１６…蒸発用熱交換器
２０…ヒートポンプ式給湯装置
２１…冷媒通路
２２…水通路
２３…チューブ
２４…フィン
２５…コアプレート
２６…ろう材
２７…フィン用面部
２８…チューブ用面部
３１…チューブ接合部分
３２…フィン接合部分
３３…孔食
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒートポンプ式給湯装置、およびヒートポンプ式給湯装置に用いられる熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の技術のヒートポンプ式給湯装置は、冷凍サイクルを構成するヒートポンプ装置と、水が循環する循環回路とを備える。ヒートポンプ装置は、循環回路の一部を構成する水通路と、冷凍サイクルの一部を構成する冷媒通路を備える水−冷媒熱交換器を備える。この熱交換器において、ヒートポンプ装置の圧縮機から吐出された高温冷媒と循環回路を循環する水とを熱交換する。これによって循環回路を循環する水が加熱され、加熱された水は、循環回路が備えるタンクなどに貯留される。
【０００３】
このような従来からよく知られた形態の熱交換器は、水が流れる水通路に設けられるフィンおよびコアプレートと、冷媒が流れる冷媒通路を形成するチューブとを有する。フィンとコアプレートとチューブとは、ろう付けによってそれぞれ接合される。ろう付けに用いられるろう材は、水通路および冷媒通路に基づいて適宜選択される（たとえば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−１５３３９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図８は、従来の技術の熱交換器５０の一部を拡大して示す断面図である。フィン５１、コアプレート５２およびチューブ５３は、伝熱性に優れる銅が用いられる。このような銅から成る部材同士を接合するために、ろう材５４は銅−燐合金からなる。
【０００５】
従来の技術の熱交換器５０のフィン５１およびコアプレート５２が循環させている水にさらされると、ろう材５４から銅が水に溶け出し、ろう材５４に欠陥が生じる。銅が水に溶け出すと、ろう材５４の銅と燐との含有率が変化し、燐の含有率が高くなる。これによって銅が溶け出した部分（Ｐリッチ部分）と、フィン５１またはコアプレート５２を構成する銅とで電位差が生じ、異種金属接触による腐食が生じる。この腐食が孔食５５となり、図８に示すように、コアプレート５２およびチューブ５３の内部に進行する。チューブ５３の内部に進行すると、チューブ５３とコアプレート５２とが１つの孔で連通される。したがってチューブ５３を流れる冷媒が、水通路に混入するおそれがある。
【０００６】
そこで、本発明は前述の問題点を鑑みてなされたものであり、冷媒が水通路に混入するような腐食の進行を防止することができる熱交換器、および熱交換器を備えるヒートポンプ式給湯装置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】
本発明は前述の目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。
【０００８】
本発明は、内部に冷媒が通過する冷媒通路（２１）を形成する複数のチューブ（２３）と、
水が通過する水通路（２２）に設けられるフィン（２４）と、
複数のチューブおよびフィンがろう材（２６）によってろう付け接合されるコア部材（２５）とを含み、
コア部材は、少なくとも一部が板状に形成され、
複数のチューブがろう付け接合されるチューブ用面部（２８）と、
チューブ用面部の裏面部であって、フィンがろう付け接合されるフィン用面部（２７）とを含み、
コア部材の板状の部分の厚み方向を含む仮想一平面で切断した切断面において、複数のチューブがチューブ用面部にそれぞれろう付け接合されるチューブ接合部分（３１）と、フィンがフィン用面部にろう付け接合されるフィン接合部分（３２）とが、コア部材の板状の部分を介して対向することを特徴とする熱交換器である。
【０００９】
本発明に従えば、切断面において、チューブ接合部分とフィン接合部分とが、コア部材の板状の部分を介して対向する。したがってチューブ接合部分とフィン接合部分とがコア部材を介して最も近接させることができる。これによってコア部材のフィン用面部に孔食が発生した場合、孔食はコア部材内を厚み方向の外方に向かって進行するが、複数のチューブまでに進行するためには、複数のチューブに対向する位置にフィンが設けられるので、孔食が厚み方向に交差する方向に進行する必要がある。したがって孔食の進行距離は、複数のチューブに至るためには、残余の部位より進行距離が大きくなる。これによって複数のチューブに孔食が進行することを確実に防止することができる。これによってフィンにおける孔食の発生に起因して、複数のチューブから不所望に冷媒が漏洩することを防ぐことができる。したがって冷媒がフィンを通過する水に混入することを確実に防止することができる。
【００１０】
また本発明は、切断面において、チューブ接合部分は、フィン接合部分を厚み方向に投影した範囲内に設けられることを特徴とする。
【００１１】
本発明に従えば、チューブ接合部分は、フィン接合部分を厚み方向に投影した範囲内に設けられるので、フィン接合部分の端部からチューブ接合部分までの距離をコア部材の厚み寸法以上にすることができる。孔食が発生するのは、ろう材が水にさらされている部分であるので、フィン接合部分の端部から発生する可能性が高い。このようなフィン接合部分の端部から孔食が発生した場合であっても、チューブ接合部分までの距離は、チューブ用面部より長いので、孔食がチューブ接合部分まで達する可能性をより小さくすることができる。
【００１２】
さらに本発明は、複数のチューブは、コア部材より電位が高い材料からなることを特徴とする。
【００１３】
本発明に従えば、複数のチューブは、コア部材より電位が高い材料からなるので、フィンを水が通過することによって孔食が発生した場合、孔食は電位が低い方向に進行するが、複数のチューブはコア部材より電位が高いので、複数のチューブに孔食が進行することを防止することができる。これによってフィンにおける孔食の発生に起因して、複数のチューブから不所望に冷媒が漏洩することを防ぐことができる。したがって冷媒がフィンを通過する水に混入することを確実に防止することができる。
【００１４】
さらに本発明は、圧縮機（１３）、前述の熱交換器（１４）、減圧手段（１５）および蒸発用熱交換器（１６）を、冷媒が循環可能に環状に接続して構成されるヒートポンプユニット（２）と、
熱交換器の水通路に水を流通させる循環回路（３）とを含むことを特徴とするヒートポンプ式給湯装置である。
【００１５】
本発明に従えば、前述のような孔食の進行を防止する効果を有する熱交換器が、ヒートポンプユニットに用いられる。したがってヒートポンプユニットによって循環回路の水を熱交換器にて加熱することができる。また熱交換器に発生する孔食に起因して、循環回路に流通する水に冷媒が混入することを確実に防ぐことができる。したがって循環回路を循環する水を、たとえば給湯用に用いる場合であっても、冷媒が混入した水が用いられることを確実に防ぐことができる。これによって腐食に対する信頼性の高いヒートポンプ式給湯装置を実現することができる。
【００１６】
なお、前述の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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照しながら本発明を実施するための形態を、複数の形態について説明する。各形態で先行する形態で説明している事項に対応している部分には同一の参照符を付し、重複する説明を略する場合がある。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、先行して説明している形態と同様とする。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組合せることも可能である。
【００１８】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態を図１〜図５を用いて説明する。図１は、ヒートポンプ式給湯装置２０の全体構成を示す模式図である。ヒートポンプ式給湯装置２０は、給湯用の湯を貯える貯湯タンク１、貯湯タンク１内から取水した水を沸き上げる給湯手段であるヒートポンプユニット２、貯湯タンク１とヒートポンプユニット２とを接続する循環回路３、ヒートポンプユニット２を制御する制御装置４を含んで構成される。
【００１９】
先ず、貯湯タンク１に関して説明する。貯湯タンク１は、耐食性に優れた金属、たとえばステンレス鋼からなり、縦長形状に形成され、外周部に断熱材（図示せず）が配置される。これによって高温の給湯用の湯を貯湯タンク１内にて長時間に渡って保温することができる。貯湯タンク１の底面には導入口５が設けられ、この導入口５には貯湯タンク１内に水道水を導入する給水経路である導入管６が接続されている。導入管６の上流には減圧逆止弁（図示せず）を介して上水に接続されて、所定圧の水道水を導入するようになっている。
【００２０】
貯湯タンク１の最上部には導出口７が設けられ、導出口７には貯湯タンク１内の湯を導出するための給湯配管８が接続されている。給湯配管８の下流側は、たとえばカラン、シャワーおよび風呂等が設けられる。給湯配管８の経路途中には、水道水を給湯配管８に混合する湯水混合手段（図示せず）が接続される。これによって貯湯タンク１内の高温の湯と水道水とを混合させて所定温度の給湯水が得られるように構成されている。貯湯タンク１の下部には、貯湯タンク１内の水を循環回路３に吸入するための吸入口１ａが設けられ、貯湯タンク１の上部には、貯湯タンク１内に湯を循環回路３から吐出する吐出口１ｂが設けられている。
【００２１】
次に、循環回路３に関して説明する。循環回路３は、上流側が貯湯タンク１の吸入口１ａに接続され、下流側が貯湯タンク１の吐出口１ｂに接続される。また循環回路３は、ヒートポンプユニット２を構成する給湯用熱交換器１４の水通路２２に水を流通させる。したがって循環回路３の一部は、ヒートポンプユニット２を構成する給湯用熱交換器１４内に配置されている。循環回路３は、吸入口１ａから吸入した貯湯タンク１内の水を、給湯用熱交換器１４を通過する高温冷媒との間で給湯用熱交換器１４によって熱交換して加熱し、吐出口１ｂから貯湯タンク１内に戻す。これによって貯湯タンク１内の水を沸き上げる。
【００２２】
吸入口１ａの下流側には、沸き上げのときに循環回路３内に貯湯タンク１内の水を循環させる送水ポンプ９が設けられる。また送水ポンプ９の下流側であって、給湯用熱交換器１４の上流側には、循環回路３内を循環する流量を調節する流量調節手段である流量調節弁１０が設けられる。
【００２３】
また給湯用熱交換器１４の下流側であって、吐出口１ｂの上流側には、給湯用熱交換器１４から流出された沸き上げ温度を検出する水温センサ１１が設けられる。また送水ポンプ９の下流側であって、流量調節弁１０の上流側には、給湯用熱交換器１４に流入する給水の温度を検出する給水温度センサ１２が設けられる。水温センサ１１および給水温度センサ１２は検出した温度情報を制御装置４に与える。
【００２４】
次に、ヒートポンプユニット２に関して説明する。ヒートポンプユニット２は、本実施の形態では超臨界ヒートポンプによって実現される。ここでいう超臨界ヒートポンプとは、高圧側の冷媒圧力が冷媒の臨界圧力以上となるヒートポンプサイクルであって、冷媒は、臨界温度の低い二酸化炭素（ＣＯ２）が用いられる。
【００２５】
ヒートポンプユニット２は、圧縮機１３、給湯用熱交換器１４、膨張弁１５、および蒸発用熱交換器１６を含み、これらを順に環状に冷媒配管１７によって接続して構成される。圧縮機１３は、内蔵する電動モータ（図示せず）によって駆動され、蒸発用熱交換器１６からの冷媒を一般的使用条件において臨界圧力以上まで圧縮して、給湯用熱交換器１４に吐出する。
【００２６】
給湯用熱交換器１４は、圧縮機１３より吐出された高圧のガス冷媒と貯湯タンク１内から取水した水とを熱交換する。これによって水が加熱される。給湯用熱交換器１４を流れる冷媒は、圧縮機１３で臨界圧力以上に加圧されているので、給湯用熱交換器１４を流通する水に放熱して温度低下しても凝縮することがない。
【００２７】
膨張弁１５は、減圧手段であって、給湯用熱交換器１４から流出する冷媒を減圧して、減圧した冷媒を蒸発用熱交換器１６に与える。膨張弁１５は、弁開度に応じて冷媒を減圧する。膨張弁１５は、制御装置４によって弁開度が電気的に制御される。
【００２８】
蒸発用熱交換器１６は、膨張弁１５で減圧された冷媒を送風機（図示せず）によって送風される大気との熱交換によって蒸発させる。蒸発用熱交換器１６は、蒸発した気相冷媒を圧縮機１３に与える。
【００２９】
ヒートポンプユニット２は、このような構成によって冷媒を循環させることによって、給湯用熱交換器１４に高温の冷媒を供給することができる。ヒートポンプユニット２は、超臨界ヒートポンプであるので、一般的なヒートポンプサイクルよりも高温（たとえば８５℃以上９０℃以下程度）の給湯水を沸き上げることができる。
【００３０】
次に、制御装置４に関して説明する。制御装置４は、ヒートポンプユニット２を制御することによって、ヒートポンプユニット２の沸き上げ運転を行なって貯湯タンク１に給湯用の湯を貯えるものである。制御装置４は、操作盤（図示せず）からの操作信号、水温センサ１１および給水温度センサ１２による温度情報に基づいて、圧縮機１３、膨張弁１５、送水ポンプ９および流量調整弁１０を制御する。制御装置４は、水温センサ１１によって検出された沸き上げ温度情報に基づいて、流量調節弁１０を制御する。本実施形態では、沸き上げ温度が一定となる流量に制御されている。沸き上げ運転は、貯湯タンク１の外壁面に設けられた複数の水位サーミスタ（図示せず）の温度情報により貯湯量を検出し、所定の貯湯量以下となったときに沸き上げ運転を行なうように構成されている。
【００３１】
次に、給湯用熱交換器１４に関して、さらに詳細に説明する。図２は、給湯用熱交換器１４を示す正面図である。図３は、図２の切断面線ＩＩＩ−ＩＩＩから見て、一部を拡大して示す斜視図である。図４は、図３の一部を拡大して示す断面図である。図５は、図４の一部を拡大して示す断面図である。給湯用熱交換器１４は、前述したように圧縮機１３より吐出された高温冷媒（ホットガス）と送水ポンプ９により貯湯タンク１内から供給された水とを熱交換する。給湯用熱交換器１４は、冷媒が流れる冷媒通路２１と、水が流れる水通路２２とを有する。給湯用熱交換器１４は、冷媒通路２１を流れる冷媒の冷媒流下方向と水通路２２を流れる水の水流下方向とが互いに逆方向となるように構成される。
【００３２】
給湯用熱交換器１４は、少なくとも、複数のチューブ２３、フィン２４および２つのコア部材であるコアプレート２５とを含んで構成される。２つのコアプレート２５には、複数のチューブ２３およびフィン２４がろう材２６によってそれぞれろう付け接合される。各コアプレート２５は、少なくとも一部が板状に形成され、本実施の形態では平板状に形成される。２つのコアプレート２５は、それぞれの厚み方向Ｙが互いに略平行（用語「略平行」は平行を含む）であって、厚み方向Ｙに離間して設けられる。２枚のコアプレート２５が厚み方向Ｙに対向する面部は、フィン用面部２７であって、フィン２４がろう付け接合される。またコアプレート２５の厚み方向Ｙの残余の面部、すなわちフィン用面部２７の裏面部はチューブ用面部２８であって、複数のチューブ２３がろう付け接合される。
【００３３】
フィン２４は、水通路２２に設けられる。フィン２４は、本実施の形態では２つのコアプレート２５と協働して、水が通過する水通路２２を形成する。フィン２４は、２つのコアプレート２５の間にろう付け接合によって設けられる。これによってコアプレート２５とフィン２４とによって、囲まれた空間が形成され、水通路２２が形成される。フィン２４は、波状であって、伝熱面積を増加させる目的で設けられる。したがって水通路２２を流れる水に接する面積が大きくなるように形成される。フィン２４は、図４に示すように、１枚の板部材が蛇行するように、換言すると凸状の部分２９と凹状の部分３０とが繰り返されるように形成される。
【００３４】
フィン２４は、２つのコアプレート２５に挟まれて、各コアプレート２５にろう付け接合される。フィン２４は波状であるので、フィン２４と厚み方向Ｙ一方のコアプレート２５にろう付け接合されるフィン接合部分３２は、フィン２４の隣接する凸状の部分２９においては、後述する配列方向Ｘに間隔があくことになる。本実施の形態では、フィン２４のコアプレート２５に臨む外表面のうちの少なくとも一部は、コアプレート２５のフィン用面部２７に当接、いわゆるメタルタッチしている状態である。またフィン２４は、水流通方向に関して全域でメタルタッチしてなく、部分的にはメタルタッチせずにろう材２６を介してコアプレート２５にろう付け接合される部分が存在することもある。このような部分が発生する原因としては、たとえばフィン２４およびコアプレート２５の製造上の寸法誤差の発生、ならびに製造工程におけるフィン２４およびコアプレート２５の変形などである。
【００３５】
複数のチューブ２３は、冷媒が通過する冷媒通路２１を形成する。各チューブ２３は、円管状に形成され、その内方の空間が冷媒通路２１となる。各チューブ２３は、軸線方向が略平行となるように配置される。各チューブ２３は、軸線方向が、コアプレート２５の厚み方向Ｙに略直交（用語「略直交」は直交を含む）するように配置される。また各チューブ２３は、各チューブ２３の軸線方向および厚み方向Ｙに略直交する配列方向Ｘに予め定める間隔をあけて、コアプレート２５のチューブ用面部２８に配置される。本実施の形態では、各チューブ２３の半径方向外表面のうちの少なくとも一部は、チューブ用面部２８に当接、いわゆるメタルタッチしている状態である。各チューブ２３は、このような配置状態で、コアプレート２５のチューブ用面部２８にろう付け接合される。また各チューブ２３は、冷媒流通方向に関して全域でメタルタッチしてなく、部分的にはメタルタッチせずにろう材６を介してろう付け接合される部分が存在する場合もある。このような部分が発生する原因としては、たとえばチューブ２３およびコアプレート２５の製造上の寸法誤差の発生、ならびに製造工程におけるチューブ２３およびコアプレート２５の変形などである。
【００３６】
次に、各チューブ２３がコアプレート２５に接合される位置と、フィン２４がコアプレート２５にろう付け接合される部分との位置関係に関して説明する。図４に示すように、コアプレート２５の厚み方向Ｙを含む仮想一平面であって、各チューブ２３の軸線に垂直な仮想一平面で熱交換器１４を切断した切断面において、複数のチューブ２３がチューブ用面部２８にそれぞれろう付け接合されるチューブ接合部分３１と、フィン２４がフィン用面部２７にろう付け接合されるフィン接合部分３２とが、コアプレート２５を介して対向するように配置される。ここでフィン接合部分３２とは、フィン用面部２７の一部であって、フィン２４をろう付け接合するためのろう材２６が付着している部分と、フィン２４がフィン用面部２７に当接している部分とを含む。またチューブ接合部分３１とは、チューブ用面部２８の一部であって、各チューブ２３をろう付け接合するためのろう材２６が付着している部分と、チューブ２３がチューブ用面部２８に当接している部分とを含む。
【００３７】
フィン２４の凸状の部分２９が対向する厚み方向Ｙ一方側に配置されるコアプレート２５（図５参照）では、チューブ接合部分３１は、フィン接合部分２４を厚み方向Ｙに投影した範囲３４内に設けられる。換言すると、チューブ接合部分３１は、配列方向Ｘに関して、フィン接合部分３２内に配置される。
【００３８】
さらにチューブ接合部分３１とフィン接合部分３２との距離は、コアプレート２５の厚み寸法に略等しい。チューブ接合部分３１とフィン接合部分３２との厚み方向Ｙの距離Ｔが、コアプレート２５の板状の部分の厚み寸法に略等しいとは、少なくとも前述の距離Ｔがコアプレート２５の厚み寸法以上であって、厚み寸法の予め定める割合、たとえば１割増の値以下である。
【００３９】
また本実施の形態では図６および図７にて仮想線で示すように、各チューブ２３の軸線を通過するコアプレート２５との厚み方向Ｙに沿って延びる仮想線が、フィン２４の凸状の部分２９の配列方向Ｘの中央を通過するように、各チューブ２３とフィン２４の凸状の部分２９が配置される。したがって各チューブ２３の軸心と、フィン２４の凸状の部分２９の配列方向Ｘの中央とは配列方向Ｘに関して略同位置（用語「略同位置」は同位置を含む）となるように配置される。換言すると、フィン２４の凸状の部分２９とチューブ２３の軸心とは、厚み方向Ｙに延びる仮想一直線上に配置される。またフィン２４の凹状の部分３０が当接するコアプレート２５に関しても、フィン２４の凸状の部分２９と同様の構成である。
【００４０】
以上、説明したように本実施の形態の給湯用熱交換器１４では、チューブ接合部分３１とフィン接合部分３２とが、コアプレート２５を介して対向する。したがってチューブ接合部分３１とフィン接合部分３２とがコアプレート２５を介して最も近接させることができる。給湯用熱交換器１４に孔食が発生した場合、孔食３３は、フィン用面部２７にフィン２４をろう付け接合するときに用いられるろう材２６が、水にさらされることによって発生する。したがってフィン用面部２７に前述のような孔食３３が発生し、その孔食３３がフィン用面部２７からチューブ用面部２８に向かって進行する。このように孔食３３はコアプレート２５内を厚み方向Ｙの外方に向かって進行するが、複数のチューブ２３までに進行するためには、複数のチューブ２３に対向する位置にフィン２４が設けられるので、孔食３３が厚み方向Ｙに交差する配列方向Ｘに進行する必要がある。したがって孔食３３の進行距離は、複数のチューブ２３に至るためには、残余の部位より進行距離が大きくなる。これによって複数のチューブ２３に孔食３３が進行することを確実に防止し、図５に示すように、コアプレート２５だけの腐食に抑えることができる。
【００４１】
これによってフィン２４における孔食３３の発生に起因して、複数のチューブ２３から不所望に冷媒が漏洩することを防ぐことができる。したがって冷媒がフィン２４を通過する水に混入することを確実に防止することができる。
【００４２】
また本実施の形態では、チューブ接合部分３１は、フィン接合部分３２を厚み方向Ｙに投影した範囲３４内に設けられるので、フィン接合部分３２の端部からチューブ接合部分３１までの距離をコアプレート２５の厚み寸法以上にすることができる。孔食３３が発生するのは、ろう材２６が水にさらされている部分であるので、フィン接合部分３２の端部から発生する可能性が高い。このようなフィン接合部分３２の端部から孔食３３が発生した場合であっても、チューブ接合部分３１までの距離は、チューブ用面部２８より長いので、孔食３３がチューブ接合部分３１まで達する可能性をより小さくすることができる。
【００４３】
また本実施の形態では、チューブ２３はチューブ用面部２８とメタルタッチしている部分は、フィン接合部分３２の配列方向Ｘの中央となるように、チューブ２３が配置される。これによってチューブ２３のメタルタッチしている部分から、フィン接合部分３２の配列方向Ｘの端部、すなわちフィン接合部分３２を構成するろう材２６までの距離を最も長くすることができる。これによって孔食３３がフィン接合部分３２のろう材２６付近から厚み方向Ｙに進行した場合であっても、最も距離が長い部分であるので、孔食３３がチューブ２３に至る可能性を最も小さくすることができる。
【００４４】
また本実施の形態では、前述のような孔食の進行を防止する効果を有する給湯用熱交換器１４が、ヒートポンプユニット２に用いられる。したがってヒートポンプユニット２によって循環回路３の水を給湯用熱交換器１４にて加熱することができる。また給湯用熱交換器１４に発生する孔食３３に起因して、循環回路３に流通する水に冷媒が混入することを確実に防ぐことができる。したがって循環回路３を循環する水を、給湯用にしても冷媒が混入した水が用いられることを確実に防ぐことができる。これによって腐食に対する信頼性の高いヒートポンプ式給湯装置２０を実現することができる。
【００４５】
また給湯用熱交換器１４を構成する各部材の材料は特に限定するものではないが、好ましくは、複数のチューブ２３は、コアプレート２５より電位が高い材料からなる。電位が高い材料とは、相対的にイオン化しにくい材料であり、電位が低い材料とは相対的にイオン化しやすい材料である。さらに好ましくは、複数のチューブ２３、コアプレート２５、フィン２４およびろう材２６のうち、フィン２４が最も電位が低くなるように材料が選択される。さらに具体的には、複数のチューブ２３、コアプレート２５、フィン２４およびろう材２６のうち、ろう材２６が最も電位が高く、２番目に複数のチューブ２３の電位が高く、３番目にコアプレート２５の電位が高く、フィン２４が最も電位が低くなるように材料が選択される。このような電位関係において、複数のチューブ２３は、銅合金からなり、コアプレート２５は、銅からなり、フィン２４は、銅合金からなる。このように熱伝導率が比較的大きい銅を主として用いることによって、冷媒と水との熱交換の性能を向上することができる。またこのような材料を用いることによって、前述のような電位の順序となる給湯用熱交換器１４を実現することができる。ここで銅からなるとは、純銅からなると同義である。また銅合金は、銅を５０質量％以上と合金元素とを含む合金である。
【００４６】
このように銅を主として用いる場合、たとえば、複数のチューブ２３は銅−ニッケル合金からなり、コアプレート２５は銅からなり、フィン２４は銅−亜鉛合金からなるように構成される。またたとえば複数のチューブ２３は、銅−ニッケル合金からなり、コアプレート２５は、銅からなり、フィン２４は、銅−錫合金からなるように構成される。これによって前述のような電位の順序となる給湯用熱交換器１４を実現することができる。
【００４７】
またろう材２６は、たとえば銅−燐合金からなる。このようなろう材２６を用いることによって、銅を主として用いられるコアプレート２５とフィン２４、およびコアプレート２５と複数のチューブ２３とを確実にろう付け接合することができる。
【００４８】
前述のような材料を給湯用熱交換器１４に適用することによって、フィン２４を水が通過することによって孔食３３が発生した場合、孔食３３は電位が低い方向に進行するが、複数のチューブ２３はコアプレート２５より電位が高いので、複数のチューブ２３を避けて孔食３３が進行し、コアプレート２５だけの腐食で抑えることができる。このような孔食３３が複数のチューブ２３に進行することを防止することができる。
【００４９】
このような腐食をおこしやすい水として、本件出願人は、たとえばイオン（塩素イオンおよび遊離炭酸イオンなど）の含有量の多い水であることを発見した。このようなイオンが多い水がヒートポンプ式給湯装置２０に用いられることは希であるが、イオンの多い水であっても、確実に腐食が発生することを防止することができる。
【００５０】
またイオンの多い水であっても、前述のような腐食がおこることは希であるが、給湯用熱交換器１４の寿命を長期に、たとえば１５年以上確保するため、前述のような電位設計が好適に用いられる。これによって給湯用熱交換器１４の長期寿命を確保することができる。したがってヒートポンプ式給湯装置２０の腐食に対する信頼性を確保することができる。
【００５１】
またさらに好ましくは、複数のチューブ２３、コアプレート２５、フィン２４およびろう材２６のうち、ろう材２６が最も電位が高く、２番目に複数のチューブ２３の電位が高く、３番目にコアプレート２５の電位が高く、フィン２４が最も電位が低くなるように構成される。このようにろう材２６が最も電位が高いので、コアプレート２５またはフィン２４にて発生した孔食３３は、複数のチューブ２３およびろう材２６に進行することを防止することができる。したがって孔食３３が発生した場合、フィン２４が最も腐食しやすいので、冷媒が漏れることなく、水漏れだけで抑えることができる。また隣接する水通路２２を構成する敷居となるフィン２４の一部が腐食した場合は、外部に水が漏洩することがない。したがってフィン２４に孔食３３が発生した場合は、その部位によっては外部に水漏れすることを防止することができるので、孔食３３による損傷を可及的に小さくすることができる。
【００５２】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に関して、図６を用いて説明する。図６は、給湯用熱交換器１４Ａの一部を拡大して示す断面図である。本実施の形態では、チューブ２３の形状に特徴を有する。
【００５３】
チューブ２３は、内部に冷媒通路を形成する管状であって、その軸線方向に垂直な仮想一平面で切断したときの切断面が、略楕円状となるように構成される。このようなチューブ２３をチューブ用面部２８に配置すると、チューブ２３の半径方向外表面のうちの少なくとも一部は、チューブ用面部２８に当接、いわゆるメタルタッチしている状態である。このようにチューブ２３がチューブ用面部２８に当接している部分は、チューブ２３の断面が略楕円状であるので配列方向Ｘに関して線接触している。このような線接触している部分は、チューブ接合部分３１に含まれる。前述のようにチューブ接合部分３１は、フィン接合部分３２の範囲内にあって対向するように配置される。
【００５４】
したがって本実施の形態では、チューブ２３の断面形状が略楕円状であっても、前述の実施の形態と同様の作用および効果を達成することができる。またチューブ２３の断面形状は、略楕円状に限ることはなく、矩形状であってもよく、多角形状であってもよい。たとえばチューブ２３の断面形状が扁平状である場合は、仮想一平面で切断したときの切断面において、チューブ２３がチューブ用面部２８に当接している部分は線接触している。このように線接触している部分、すなわちチューブ接合部分３１は、フィン接合部分３２の範囲内にあって対向するように配置される。したがって前述の実施の形態と同様の作用および効果を達成することができる。
【００５５】
また少なくともチューブ接合部分３１がフィン接合部分３２の範囲内にあって対向していればよいので、チューブ２３の外表面の配列方向Ｘの寸法が、フィン接合部分３２の配列方向Ｘの寸法より大きくてもよい。
【００５６】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に関して、図７を用いて説明する。図７は、給湯用熱交換器１４Ｂの一部を拡大して示す断面図である。本実施の形態では、１つのフィン接合部分３２に対向する範囲３４内に、複数、本実施の形態では２つのチューブ２３が配置される点に特徴を有する。
【００５７】
このように複数のチューブ２３をチューブ用面部２８にろう付け接合した場合であっても、複数のチューブ接合部分３１がフィン接合部分３２を厚み方向Ｙに投影した範囲３４内に設けられることによって、前述の実施の形態と同様の作用および効果を達成することができる。
【００５８】
（その他の実施形態）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。
【００５９】
前述の実施の各形態では、ヒートポンプ装置２は、圧縮機１３で冷媒を臨界圧力以上に加圧する所謂超臨界冷凍サイクルを構成していたが、超臨界冷凍サイクルに限ることはない。また、冷媒は二酸化炭素であったが、これに限ることはなく、フロン等の他の冷媒であってもよい。
【００６０】
また前述の実施の各形態では、給湯用熱交換器１４によって実現されるが、給湯用熱交換器１４に限ることはなく、他の熱交換器に適用してもよい。
【００６１】
また前述の実施の各形態では、貯湯タンク１は１つだけであったが、このような構成に限ることはなく、複数の貯湯タンク１を直列、または並列に連結させてもよい。これによって貯湯タンク１の設置スペースを適宜確保することができる。また貯湯タンク１を直列に連結することによって、タンク内の水の温度分布を制御することができる。
【００６２】
また前述の実施の各形態では、コア部材は平板状のコアプレート２５であるが、これに限ることはなく、少なくとも一部が平板状であればよく、波状のコア部材であってもよい。またコアプレート２５は、単数であっても、３枚以上であってもよい。フィン２４も波状に限ることはなく、他の形状であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】第１実施形態のヒートポンプ式給湯装置２０の全体構成を示す模式図である。
【図２】給湯用熱交換器１４を示す正面図である。
【図３】図２の切断面線ＩＩＩ−ＩＩＩから見て、一部を拡大して示す斜視図である。
【図４】図３の一部を拡大して示す断面図である。
【図５】図４の一部を拡大して示す断面図である。
【図６】第２実施形態の給湯用熱交換器１４Ａの一部を拡大して示す断面図である。
【図７】第３実施形態の給湯用熱交換器１４Ｂの一部を拡大して示す断面図である。
【図８】従来の技術の熱交換器５０の一部を拡大して示す断面図である。
【符号の説明】
【００６４】
２…ヒートポンプユニット
３…循環回路
１３…圧縮機
１４…給湯用熱交換器（熱交換器）
１５…膨張弁（減圧手段）
１６…蒸発用熱交換器
２０…ヒートポンプ式給湯装置
２１…冷媒通路
２２…水通路
２３…チューブ
２４…フィン
２５…コアプレート
２６…ろう材
２７…フィン用面部
２８…チューブ用面部
３１…チューブ接合部分
３２…フィン接合部分
３３…孔食
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に冷媒が通過する冷媒通路（２１）を形成する複数のチューブ（２３）と、
水が通過する水通路（２２）に設けられるフィン（２４）と、
前記複数のチューブおよび前記フィンがろう材（２６）によってろう付け接合されるコア部材（２５）とを含み、
前記コア部材は、少なくとも一部が板状に形成され、
前記複数のチューブがろう付け接合されるチューブ用面部（２８）と、
前記チューブ用面部の裏面部であって、前記フィンがろう付け接合されるフィン用面部（２７）とを含み、
前記コア部材の前記板状の部分の厚み方向を含む仮想一平面で切断した切断面において、前記複数のチューブが前記チューブ用面部にそれぞれろう付け接合されるチューブ接合部分（３１）と、前記フィンが前記フィン用面部にろう付け接合されるフィン接合部分（３２）とが、前記コア部材の前記板状の部分を介して対向することを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記切断面において、前記チューブ接合部分は、前記フィン接合部分を前記厚み方向に投影した範囲内に設けられ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】
前記複数のチューブは、前記コア部材より電位が高い材料からな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】
圧縮機（１３）、請求項１〜３のいずれか１つに記載の熱交換器（１４）、減圧手段（１５）および蒸発用熱交換器（１６）を、冷媒が循環可能に環状に接続して構成されるヒートポンプユニット（２）と、
前記熱交換器の前記水通路に水を流通させる循環回路（３）とを含むことを特徴とするヒートポンプ式給湯装置。
【請求項１】
内部に冷媒が通過する冷媒通路（２１）を形成する複数のチューブ（２３）と、
水が通過する水通路（２２）に設けられるフィン（２４）と、
前記複数のチューブおよび前記フィンがろう材（２６）によってろう付け接合されるコア部材（２５）とを含み、
前記コア部材は、少なくとも一部が板状に形成され、
前記複数のチューブがろう付け接合されるチューブ用面部（２８）と、
前記チューブ用面部の裏面部であって、前記フィンがろう付け接合されるフィン用面部（２７）とを含み、
前記コア部材の前記板状の部分の厚み方向を含む仮想一平面で切断した切断面において、前記複数のチューブが前記チューブ用面部にそれぞれろう付け接合されるチューブ接合部分（３１）と、前記フィンが前記フィン用面部にろう付け接合されるフィン接合部分（３２）とが、前記コア部材の前記板状の部分を介して対向することを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記切断面において、前記チューブ接合部分は、前記フィン接合部分を前記厚み方向に投影した範囲内に設けられ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】
前記複数のチューブは、前記コア部材より電位が高い材料からな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】
圧縮機（１３）、請求項１〜３のいずれか１つに記載の熱交換器（１４）、減圧手段（１５）および蒸発用熱交換器（１６）を、冷媒が循環可能に環状に接続して構成されるヒートポンプユニット（２）と、
前記熱交換器の前記水通路に水を流通させる循環回路（３）とを含むことを特徴とするヒートポンプ式給湯装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００９−１２１７１２（Ｐ２００９−１２１７１２Ａ）
【公開日】平成２１年６月４日（２００９．６．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２９３５９５（Ｐ２００７−２９３５９５）
【出願日】平成１９年１１月１２日（２００７．１１．１２）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年６月４日（２００９．６．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１１月１２日（２００７．１１．１２）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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