熱交換器
【課題】流体ヘッダ本来の性能を確保しつつ耐圧強度を向上させることができる熱交換器を提供する。
【解決手段】水熱交換器２２は、１対の多穴扁平管１２２，１２３で構成される冷媒管１２１と、水管１２５と、冷媒管用ヘッダ１３１と、水管用ヘッダ１３３とを備える。多穴扁平管１２２，１２３の内部には、冷媒が流れ、水管１２５の内部には、水が流れる。冷媒管用ヘッダ１３１及び水管用ヘッダ１３３は、多穴扁平管１２２，１２３及び水管１２５それぞれの先端部１２２ｃ，１２３ｃ，１２５ｃが差し込まれるための開口１３１ｂ，１３３ｂを有し、円筒形状となっている。そして、冷媒管用ヘッダ１３１及び水管用ヘッダ１３３の軸芯を挟んで開口１３１ｂ，１３３ｂの反対側に位置する各ヘッダ１３１，１３３の第１部分１３１ｄ，１３３ｄは、各開口１３１ｂ，１３３ｂの周辺部１３１ｃ，１３３ｃよりも肉厚である。
【解決手段】水熱交換器２２は、１対の多穴扁平管１２２，１２３で構成される冷媒管１２１と、水管１２５と、冷媒管用ヘッダ１３１と、水管用ヘッダ１３３とを備える。多穴扁平管１２２，１２３の内部には、冷媒が流れ、水管１２５の内部には、水が流れる。冷媒管用ヘッダ１３１及び水管用ヘッダ１３３は、多穴扁平管１２２，１２３及び水管１２５それぞれの先端部１２２ｃ，１２３ｃ，１２５ｃが差し込まれるための開口１３１ｂ，１３３ｂを有し、円筒形状となっている。そして、冷媒管用ヘッダ１３１及び水管用ヘッダ１３３の軸芯を挟んで開口１３１ｂ，１３３ｂの反対側に位置する各ヘッダ１３１，１３３の第１部分１３１ｄ，１３３ｄは、各開口１３１ｂ，１３３ｂの周辺部１３１ｃ，１３３ｃよりも肉厚である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ヒートポンプ式給湯装置の冷凍装置としては、例えばＣＯ2を冷媒とする圧縮式冷凍回路で構成されるものが広く利用されている。このような冷凍装置は、冷媒と水との間で熱交換を行う水熱交換器を備えている。水熱交換器は、冷媒が流通する冷媒管と、水が流通する水管とを有しており、流体同士を対向させて流すことによって冷媒と水との間で熱交換を行い、水を加熱することができる。水熱交換器としては、特許文献１（特開２００７−２７１２１３号公報）に開示されているように、水管のまわりに冷媒管が螺旋状に巻き付けられた構造を有しているものが知られている。
【０００３】
また、空気調和装置に利用される熱交換器としては、特許文献２（特開２００６−２８４１３３号公報）に示すように、冷媒管である扁平管が筒状の流体ヘッダに連結されたものが知られている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、水熱交換器には、アルミで形成された積層型熱交換器がある。この積層型熱交換器には、特許文献２に示すように、冷媒管である扁平管を筒状の流体ヘッダに連結させた構造を有しているものがある。当該積層型熱交換器では、流体ヘッダと扁平管との位置の関係上等から、扁平管が流体ヘッダに連結されてなる構造物において、高い耐圧強度が要求される。当該構造物の耐圧強度を向上させる手法としては、例えば流体ヘッダの径を小さくする手法が挙げられるが、流体ヘッダの径を小さくすると、かえって流体ヘッダの本来の性能が低下する恐れがある。
【０００５】
そこで、本発明は、流体ヘッダ本来の性能を確保しつつ耐圧強度を向上させることができる熱交換器の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
発明１に係る熱交換器は、扁平管と、流体ヘッダとを備える。扁平管の内部には、流体が流れる。流体ヘッダは、円筒形状であって、扁平管の先端部が差し込まれるための開口を有する。そして、流体ヘッダの軸芯を挟んで開口の反対側に位置する流体ヘッダの第１部分は、流体ヘッダの開口の周辺部よりも肉厚である。
【０００７】
この熱交換器によると、流体ヘッダの軸芯を挟んで開口の反対側となる流体ヘッダの第１部分は、流体ヘッダの開口の周辺部よりも肉厚となっている。従って、流体ヘッダの本来の性能を確保しつつ、流体ヘッダの第１部分における剛性を向上させることができ、流体ヘッダの内圧や、この内圧に起因してかかる応力による流体ヘッダの変形を抑制することができる。
【０００８】
発明２に係る熱交換器は、発明１に係る熱交換器であって、扁平管の先端部は、扁平管の長手方向と直交する断面における長軸方向が流体ヘッダの軸芯方向に沿うようにして、流体ヘッダの開口に差し込まれる。
【０００９】
この熱交換器によると、扁平管の断面における長軸方向が流体ヘッダの軸芯方向に沿うようにして、扁平管が流体ヘッダの開口に差し込まれる。従って、扁平管の断面における長軸方向が流体ヘッダの長手方向と直交する方向に沿うようにして扁平管が流体ヘッダに差し込まれていた従来の方法に比して、流体ヘッダの径を小さくすることができ、熱交換器のコンパクト化や軽量化を図ることができる。
【００１０】
発明３に係る熱交換器は、発明２に係る熱交換器であって、扁平管は、流体が流れるための複数の第１流路を有する。第１流路は、扁平管の長手方向に沿って延びると共に、長軸方向に並んで配置されている。扁平管の先端部には、各第１流路に対応する穴が複数形成されている。
【００１１】
この熱交換器によると、扁平管の先端部は、複数の第１流路の並び方向が流体ヘッダの軸芯方向に沿うようにして、流体ヘッダの開口に差し込まれるようになる。
【００１２】
発明４に係る熱交換器は、発明１〜３のいずれかに係る熱交換器であって、流体ヘッダは、第２流路を更に有している。第２流路は、流体ヘッダの軸芯方向に延びており、流体が流れる。第２流路は、流体ヘッダの軸芯と直交して切断される断面視において、円形の形状となっている。第２流路は、開口側に寄るようにして配置されている。
【００１３】
この熱交換器によると、流体ヘッダの第２流路は、断面視において円形の形状であって、開口側に寄るようにして配置されている。これにより、開口とは反対側の第１部分は、開口の周辺部側に比して肉厚となっているため、第１部分における耐圧強度を向上させることができる。
【００１４】
発明５に係る熱交換器は、発明１〜３のいずれかに係る熱交換器であって、流体ヘッダは、第２流路を更に有している。第２流路は、流体ヘッダの軸芯方向に延びており、流体が流れる。第２流路は、流体ヘッダの軸芯と直交して切断される断面視において、開口側に膨らんだＤ型の形状となっている。
【００１５】
この熱交換器によると、流体ヘッダの第２流体は、断面視において開口側に膨らんだＤ型の形状となっている。これにより、開口とは反対の第１部分は、開口の周辺部側に比して肉厚となっているため、第１部分における耐圧強度を向上させることができる。
【００１６】
発明６に係る熱交換器は、発明１〜５のいずれかに係る熱交換器であって、補強部材を更に備える。補強部材は、流体ヘッダの第１部分に接着され、第１部分の強度を補強するための部材である。
【００１７】
この熱交換器によると、流体ヘッダの第１部分には、補強部材が接着されているため、第１部分における耐圧強度を向上させることができる。
【００１８】
発明７に係る熱交換器は、発明６に係る熱交換器であって、補強部材は、第１部分との接触部分にろう材が付着されたクラッド材で形成されている。
【００１９】
この熱交換器では、補強部材がクラッド材で形成されている。これにより、補強部材と流体ヘッダの第１部分とが容易に接着され、流体ヘッダの第１部分付近の剛性は高くなり、圧力による流体ヘッダの変形が抑えられる。
【発明の効果】
【００２０】
発明１に係る熱交換器によると、流体ヘッダの本来の性能を確保しつつ、流体ヘッダの第１部分における剛性を向上させることができ、流体ヘッダの内圧や、この内圧に起因してかかる応力による流体ヘッダの変形を抑制することができる。
【００２１】
発明２に係る熱交換器によると、流体ヘッダの径を小さくすることができ、熱交換器のコンパクト化や軽量化を図ることができる。
【００２２】
発明３に係る熱交換器によると、扁平管の先端部は、複数の第１流路の並び方向が流体ヘッダの軸芯方向に沿うようにして、流体ヘッダの開口に差し込まれるようになる。
【００２３】
発明４〜６に係る熱交換器によると、第１部分における耐圧強度を向上させることができる。
【００２４】
発明７に係る熱交換器によると、補強部材と流体ヘッダの第１部分とが容易に接着され、流体ヘッダの第１部分付近の剛性は高くなり、圧力による流体ヘッダの変形が抑えられる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】水熱交換器を備えたヒートポンプ式給湯装置の構成図。
【図２】冷凍装置の内部構造を示す断面図。
【図３】冷凍装置の構成を模式的に示す図。
【図４】第１実施形態に係る水熱交換器の冷媒管及び水管のみを示す図。
【図５】図４に係る冷媒管及び水管のＶ−Ｖ断面図。
【図６】冷媒管の冷媒管用ヘッダへの連結方法、及び水管の水管用ヘッダへの連結方法の概念説明図。
【図７】冷媒管及び水管それぞれが連結されている冷媒管用ヘッダ及び水管用ヘッダの、軸芯方向に直交する切断面での断面図。
【図８】（ａ）本実施形態に係る冷媒管用ヘッダの断面図。（ｂ）本実施形態に係る冷媒管用ヘッダとは逆に、冷媒用流路が冷媒管用ヘッダの第１部分側に寄るようにして配置された場合の、冷媒管用ヘッダの断面図。
【図９】その他の実施形態（ａ）に係る冷媒管用ヘッダ及び水管用ヘッダを説明するための図であって、冷媒管用ヘッダ及び水管用ヘッダの、軸芯方向に直交する切断面での断面図。
【図１０】その他の実施形態（ｂ）に係る冷媒管用ヘッダ及び水管用ヘッダを説明するための図であって、冷媒管用ヘッダ及び水管用ヘッダの、軸芯方向に直交する切断面での断面図。
【図１１】その他の実施形態（ｅ）に係る水熱交換器の冷媒管及び水管のみを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明に係る熱交換器について、図面を参照しつつ説明する。
【００２７】
（１）ヒートポンプ式給湯装置の構成
図１は、本発明の熱交換器である水熱交換器２２を備えたヒートポンプ式給湯装置１の構成図である。ヒートポンプ式給湯装置１は、冷凍装置２、貯湯装置３及び制御部６によって構成されている。冷凍装置２は、主として、圧縮機２１、アキュムレータ２１ａ、水熱交換器２２、膨張弁２３、空気熱交換器２４及びファン２７（図２）を有している。図１に示すように、圧縮機２１、水熱交換器２２内の冷媒管１２１、膨張弁２３、空気熱交換器２４、及び圧縮機２１の吸入側に設けられているアキュムレータ２１ａは、冷媒配管２５によって環状に接続されており、冷媒循環式回路２０を構成している。尚、冷媒循環式回路２０内を流れる冷媒としては、例えばＣＯ2が挙げられる。
【００２８】
さらに、冷媒循環式回路２０には、水熱交換器２２から出る高圧高温の冷媒と、空気熱交換器２４から出る低圧低温の冷媒との間で熱交換を行うための、ガス熱交換器２６が配置されている。ガス熱交換器２６は、水熱交換器２２と膨張弁２３とを連結する冷媒通路と、空気熱交換器２４とアキュムレータ２１ａとを連結する冷媒通路との間で熱交換を行う。
【００２９】
また、冷凍装置２には、設置場所の外気温を検出する外気温センサ８、圧縮機２１の吐出管温度を検出する吐出管温度センサ９、及び空気熱交換器２４の温度を検出する熱交換温度センサ１０が設けられている。これら各センサの検出信号は、制御部６に入力される。
【００３０】
貯湯装置３は、主として、貯湯タンク３１及び水循環ポンプ３２を有する。貯湯タンク３１、水熱交換器２２内の水管１２５及び水循環ポンプ３２は、水配管３５によって環状に接続されており、水循環式回路３０を構成している。貯湯タンク３１は、水熱交換器２２にて温められた水を貯めるためのタンクであって、水循環ポンプ３２は、水熱交換器２２で加熱された水の温度が例えば約８５℃となるように、水の循環量を制御する。
【００３１】
制御部６は、ＣＰＵ及びメモリからなるマイクロコンピュータであって、図３に示すように、外気温センサ８、吐出管温度センサ９、熱交換温度センサ１０、インバータ７及び膨張弁２３と接続されている。制御部６は、水熱交換器２２で温められた水の温度を約８５度に保つために、水循環ポンプ３２による水の循環量を制御するべく、膨張弁２３の開度の調整を行う。また、制御部６は、吐出管温度センサ９で検出される吐出管温度が目標吐出管温度に近づくように、膨張弁２３の開度を制御したり、外気温センサ８及び熱交換温度センサ１０からの温度検出信号に基づき、目標吐出管温度を設定したりする。
【００３２】
〔冷凍装置〕
図２は、冷凍装置２の内部構造を示す断面図である。図２において、断熱壁２ｃの右側区画が機械室２ａであり、断熱壁２ｃの左側区画が送風室２ｂである。機械室２ａには、圧縮機２１、膨張弁２３が配置されている。送風室２ｂには、ファン２７、水熱交換器２２が設置されている。
【００３３】
ファン２７は、図２の送風室２ｂの正面視において、前方に設置されている。ファン２７の後方には、ファン２７を駆動するモータが、モータ支持台２８に固定された状態で配置されている。水熱交換器２２は、断熱壁２ｄを隔ててファン２７の下方に配置されている。尚、水熱交換器２２については、「（２）水熱交換器」にて詳述する。また、図２において、空気熱交換器２４は、送風室２ｂの左側壁と背面壁に沿って配置されており、空気熱交換器２４の右端は機械室２ａの中央まで延出している。
【００３４】
尚、冷凍装置２の内部には、電装品ボックス４が設置されている。電装品ボックス４は、機械室２ａの上部と送風室２ｂの上部とを跨ぐように配置されている。電装品ボックス４には、制御部６やインバータ７（図３参照）等が内蔵されている。インバータ７は、圧縮機２１の圧縮機用モータ（図示せず）を駆動するための駆動信号を生成し、圧縮機モータに出力する。
【００３５】
（２）水熱交換器
次に、本実施形態に係る水熱交換器２２について、図４〜図８を用いて説明する。
【００３６】
水熱交換器２２は、冷媒管１２１、水管１２５（冷媒管１２１及び水管１２５は、「扁平管」に相当）、冷媒管用ヘッダ１３１、水管用ヘッダ１３３（冷媒管用ヘッダ１３１及び水管用ヘッダ１３３は、「流体ヘッダ」に相当）の他、図示しないフィンを備えており、冷媒管１２１内を流れる冷媒と水管１２５内を流れる水との間で熱交換を行う。尚、以下では、図示していないフィンを除き、冷媒管１２１，水管１２５、冷媒管用ヘッダ１３１、及び水管用ヘッダ１３３について、具体的に説明する。
【００３７】
〔冷媒管〕
冷媒管１２１は、図４に示すように、Ｙ方向に長く延びており、一対の多穴扁平管１２２，１２３で構成されている。多穴扁平管１２２，１２３は、水管１２５を挟むようにして位置しており、それぞれの内部には、冷媒が流れるための複数の冷媒流路（第１流路に相当）１２２ａ，１２３ａを有している（図５）。そして、多穴扁平管１２２，１２３の長手方向（即ち、Ｙ方向）と直交する断面は、図５に示すように長方形の形状となっており、各冷媒流路１２２ａ，１２３ａは、各多穴扁平管１２２，１２３の断面の長軸方向（即ち、図５のＸ方向）に並んで配置されている。各冷媒流路１２２ａ，１２３ａは、多穴扁平管１２２，１２３それぞれの長手方向（Ｙ方向）に沿って延びており、各流路１２２ａ，１２３ａに対応する複数の穴が、各多穴扁平管１２２，１２３の先端部１２２ｃ，１２３ｃに設けられている。つまり、この複数の穴は、各多穴扁平管１２２，１２３の先端部１２２ｃ，１２３ｃの長軸方向（Ｘ方向）に並ぶようにして設けられている（図４参照）。尚、図４及び図５では、一例として、各多穴扁平管１２２，１２３内に冷媒流路１２２ａ，１２３ａが４本設けられている場合を表している。このように、冷媒管１２１が、複数の冷媒流路１２２ａ，１２３ａを有する多穴扁平管１２２，１２３で構成されることで、冷媒側の熱伝達率が向上される。
【００３８】
また、冷媒管１２１を構成する各多穴扁平管１２２，１２３は、図６及び図７に示すように、その先端部１２２ｃ，１２３ｃが冷媒管用ヘッダ１３１に差し込まれてろう付けされることで、冷媒管１２１と冷媒管用ヘッダ１３１とが連結されるようになっている。
【００３９】
尚、上述した構成を有する冷媒管１２１は、アルミニウムや銅、ステンレス等によって形成されることができるが、本実施形態では、冷媒管１２１が、アルミニウムで形成されている場合を例に採る。冷媒管１２１は、引き抜き加工や押し出し加工によって製造される。
【００４０】
〔水管〕
水管１２５は、図４に示すように、冷媒管１２１（具体的には、一対の扁平管１２２，１２３）に沿ってＹ方向に長く延びており、１本の扁平管で構成されている。より具体的には、水管１２５は、一対の多穴扁平管１２２，１２３に挟まれるようにして延びており、水管１２５の長手方向（即ち、Ｙ方向）と直交する断面は、図５に示すように、長方形の形状となっている。水管１２５の当該断面における長軸方向（即ち、図５のＸ方向）の長さは、冷媒管１２１の各多穴扁平管１２２，１２３における長軸方向の長さと略同一となっている。そして、水管１２５の内部には、冷媒ではなく水が流れる１本の水流路１２５ａが設けられている。水流路１２５ａは、水管１２５の長手方向（Ｙ方向）に沿って延びており、その断面は長方形の形状となっている。
【００４１】
更に、水管１２５の上記断面における長軸方向（Ｘ方向）と水管１２５の長手方向（Ｙ方向）とを含む２つの面１２５ｂ上には（図４及び図５）、クラッド層が形成されている。この面１２５ｂは、水流路１２５ａを挟んで互いに対向して位置している。水管１２５は、当該２つの面１２５ｂにおいて、冷媒管１２１を構成する各多穴扁平管１２２，１２３の面１２２ｂ，１２３ｂそれぞれと面接触している。互いに接触している多穴扁平管１２２の面１２２ｂと水管１２５の面１２５ｂ、及び多穴扁平管１２３の面１２３ｂと水管１２５の面１２５ｂとが、それぞれろう付けによって接合されることで、冷媒管１２１及び水管１２５は３層構造の配管を形成している。ここで、各多穴扁平管１２２，１２３の面１２２ｂ，１２３ｂは、各多穴扁平管１２２，１２３の断面における長軸方向（Ｘ方向）及び冷媒管１２１の長手方向（Ｙ方向）を含む面のうち、水管１２５側に位置する面である。
【００４２】
上述した構成を有する水管１２５は、冷媒管１２１を構成する各多穴扁平管１２２，１２３と同様、図６及び図７に示すように、その先端部１２５ｃが水管用ヘッダ１３３に差し込まれてろう付けされることで、水管１２５と水管用ヘッダ１３３とが連結されるようになっている。
【００４３】
ここで、水管１２５は、アルミニウムや銅、ステンレス等によって形成されることができるが、本実施形態では、冷媒管１２１と同様、水管１２５が、アルミニウムで形成されている場合を例に採る。水管１２５は、冷媒管１２１と同様、引き抜き加工や押し出し加工によって製造される。
【００４４】
尚、本実施形態では、図４に示すように、冷媒管１２１（具体的には、多穴扁平管１２２，１２３）と水管１２５との接合によって形成された配管が、蛇腹状に折り曲げ加工される場合を例に取る。
【００４５】
〔冷媒管用ヘッダ〕
冷媒管用ヘッダ１３１は、圧縮機２１とガス熱交換器２６とに連通しており、冷媒管１２１の両端が接合される。冷媒管用ヘッダ１３１は、図６に示すように円筒形状を有しており、その側面部１３１ａには、図６及び図７に示すように、冷媒管１２１を構成する各多穴扁平管１２２，１２３の先端部１２２ｃ，１２３ｃそれぞれが差し込まれるための、開口１３１ｂが形成されている。尚、図示してはいないが、開口１３１ｂは、差し込まれる多穴扁平管１２２，１２３の各先端部１２２ｃ，１２３ｃの数だけ、冷媒管用ヘッダ１３１の側面部１３１ａに形成されている。また、冷媒管用ヘッダ１３１は、その内部に、冷媒管１２１内を流れる冷媒が流れるための冷媒用流路１３１ｅ（第２流路に相当）を有している。冷媒用流路１３１ｅは、冷媒管用ヘッダ１３１の軸芯方向に延びており、冷媒管用ヘッダ１３１の軸芯と直交して切断される断面視において、円形の形状となっている。
【００４６】
ここで、図６に示すように、多穴扁平管１２２，１２３の各先端部１２２ｃ，１２３ｃは、各多穴扁平管１２２，１２３の長手方向（Ｙ方向）と直交する断面における長軸方向（Ｘ方向）が、冷媒管用ヘッダ１３１の軸芯方向に沿うようにして、冷媒管用ヘッダ１３１の開口１３１ｂに差し込まれる。そのため、開口１３１ｂは、多穴扁平管１２２，１２３の各先端部１２２ｃ，１２３ｃの断面形状と同様、長方形の形状を有しているが、その長辺が冷媒管用ヘッダ１３１の軸芯方向に沿うようにして、側面部１３１ａに設けられている。そして、開口１３１ｂは、多穴扁平管１２２，１２３の各先端部１２２ｃ，１２３ｃが問題なく差し込まれるように、多穴扁平管１２２，１２３の各先端部１２２ｃ，１２３ｃの断面の大きさと略同一の大きさを有している。冷媒管用ヘッダ１３１の開口１３１ｂに差し込まれた多穴扁平管１２２，１２３の先端部１２２ｃ，１２３ｃは、ろう付けによって冷媒管用ヘッダ１３１に固定されている。
【００４７】
そして、本実施形態に係る冷媒管用ヘッダ１３１は、側面部１３１ａの第１部分１３１ｄが、当該側面部１３１ａにおける開口１３１ｂの周辺部１３１ｃよりも肉厚となっている。第１部分１３１ｄとは、図６及び図７に示すように、冷媒管用ヘッダ１３１の軸芯を挟んで開口１３１ｂの反対側に位置する側面部１３１ａの部分である。即ち、第１部分１３１ｄは、開口１３１ｂから比較的遠い側面部１３１ａの部分といえる。特に、本実施形態においては、図７に示すように、断面が円形の形状である冷媒用流路１３１ｅが、冷媒管用ヘッダ１３１の内部において開口１３１ｂ側に寄るようにして配置されており、これにより第１部分１３１ｄが開口１３１ｂの周辺部１３１ｃよりも肉厚となっている。
【００４８】
〔水管用ヘッダ〕
水管用ヘッダ１３３は、貯湯タンク３１と、水循環ポンプ３２とに連通しており、水管１２５の両端に接合される。水管用ヘッダ１３３は、冷媒管用ヘッダ１３１と同様、図６に示すように円筒形状を有しており、その側面部１３３ａには、図６及び図７に示すように、水管１２５の先端部１２５ｃが差し込まれるための開口１３３ｂが形成されている。
【００４９】
また、本実施形態に係る水管１２５の先端部１２５ｃは、上述した冷媒管用ヘッダ１３１と同様、水管１２５の長手方向（Ｙ方向）と直交する断面における長軸方向（Ｘ方向）が、水管用ヘッダ１３３の軸芯方向に沿うようにして、水管用ヘッダ１３３の開口１３３ｂに差し込まれる（図６）。そのため、開口１３３ｂは、水管１２５の先端部１２５ｃの断面形状と同様、長方形の形状を有しているが、その長辺が水管用ヘッダ１３３の軸芯方向に沿うようにして、側面部１３３ａに設けられている。また、開口１３３ｂは、水管１２５の先端部１２５ｃの断面の大きさと略同一の大きさを有している。水管用ヘッダ１３３の開口１３３ｂに差し込まれた水管１２５の先端部１２５ｃは、ろう付けによって水管用ヘッダ１３３に固定されている。また、水管用ヘッダ１３３は、その内部に、水が流れるための水用流路１３３ｅ（第２流路に相当）を有している。水用流路１３３ｅは、水管用ヘッダ１３３の軸芯方向に延びており、冷媒用流路１３１ｅと同様、水管用ヘッダ１３３の軸芯と直交して切断される断面視において、円形の形状となっている。
【００５０】
また、本実施形態に係る水管用ヘッダ１３３は、上述した冷媒管用ヘッダ１３１と同様、側面部１３３ａにおける第１部分１３３ｄが、当該側面部１３３ａの開口１３３ｂの周辺部１３３ｃよりも肉厚となっている。第１部分１３３ｄとは、図６及び図７に示すように、水管用ヘッダ１３３の軸芯を挟んで開口１３３ｂの反対側に位置する側面部１３３ａの部分であって、つまりは、開口１３３ｂから比較的遠い側面部１３３ａの部分と言える。具体的には、図７に示すように、断面が円形の形状である水用流路１３３ｅが、水管用ヘッダ１３３の内部において開口１３３ｂ側に寄るようにして配置されており、これにより第１部分１３３ｄが開口１３３ｂの周辺部１３３ｃよりも肉厚となっている。
【００５１】
〔ヘッダにおける流路の位置について〕
次に、冷媒管用ヘッダ１３１及び水管用ヘッダ１３３の各流路１３１ｅ，１３３ｅを、上述したように開口１３１ｂ，１３３ｂ寄りに配置した場合の耐圧と、逆に第１部分１３１ｄ，１３３ｄ寄りに配置した場合の耐圧とについて、図８を用いて説明する。以下では、説明を簡単にするため、冷媒管用ヘッダ１３１を例に取り説明する。
【００５２】
図８（ａ）は、上述したように、冷媒用流路１３１ｅが開口１３１ｂ寄りに配置された場合（つまり、本実施形態）の冷媒管用ヘッダ１３１の断面図である。図８（ｂ）は、冷媒用流路１３１ｅ’が第１部分１３１ｄ’寄りに配置された場合の冷媒管用ヘッダ１３１’の断面図である。
【００５３】
一例として、図８（ａ）（ｂ）のいずれの場合も、冷媒管用ヘッダ１３１，１３１’は、その外径が４０ｍｍ、内径（つまり、冷媒用流路１３１ｅ，１３１ｅ’の直径）が２０ｍｍであるとする。図８（ａ）の場合は、冷媒用流路１３１ｅが開口１３１ｂ側に寄っており、冷媒管用ヘッダ１３１の第１部分１３１ｄの肉厚は最小値で１５ｍｍ、開口１３１ｂの周辺部１３１ｃの肉厚は最小値で５ｍｍとなっている。図８（ｂ）の場合は、冷媒用流路１３１ｅ’が第１部分１３１ｄ’側に寄っており、冷媒管用ヘッダ１３１’の開口１３１ｂ’の周辺部１３１ｃ’の肉厚は、最小値で１５ｍｍ、第１部分１３１ｄ’の肉厚は最小値で５ｍｍとなっている。
【００５４】
図８（ａ）（ｂ）のいずれの場合においても、冷媒管用ヘッダ１３１，１３１’の内壁（つまり、冷媒用流路１３１ｅ，１３１ｅ’の壁部）には、冷媒用流路１３１ｅ，１３１ｅ’の内部を流れる冷媒からの圧力（内圧）がかかることになる。ここで、圧力を０．５ｋｇｆ／ｍｍ2、弾性率７０００ｋｇｆ／ｍｍ2、ポアソン比０．３４として、図８（ａ）（ｂ）の各場合について冷媒管用ヘッダ１３１，１３１’が周方向へと変形する度合いを測定したところ、図８（ｂ）においては、冷媒管用ヘッダ１３１’の周方向への最大変位が１．６５０ｍｍであったのに対し、本実施形態である図８（ａ）においては、冷媒管用ヘッダ１３１の周方向への最大変位は０．１１９ｍｍであった。尚、図示してはいないが、冷媒用流路の中心が冷媒管用ヘッダの軸芯となるように冷媒用流路を位置させ（即ち、冷媒用流路が冷媒管用ヘッダの中央に位置する）、冷媒管用ヘッダの外径を３０ｍｍ、内径を２０ｍｍ、冷媒管用ヘッダの肉厚を５ｍｍ均一とし、圧力等を図８（ａ）（ｂ）の場合と同条件として測定を試みたところ、冷媒管用ヘッダの周方向への最大変位は、０．９５１ｍｍであった。
【００５５】
上記結果は、開口１３１ｂ，１３１ｂ’側よりも第１部分１３１ｄ，１３１ｄ’側の方が、耐圧強度が弱いことを示すと共に、本実施形態に係る図８（ａ）の冷媒管用ヘッダ１３１の方が、図８（ｂ）の冷媒管用ヘッダ１３１’よりも耐圧強度が優れていることを示している。ここで、第１部分１３１ｄ，１３１ｄ’は、内圧がかかることによって冷媒管用ヘッダ１３１，１３１’の開口１３１ｂ，１３１ｂ’が広がろうとする結果、比較的大きな応力がかかってしまう部分であると言える。本実施形態に係る図８（ａ）の冷媒管用ヘッダ１３１では、冷媒用流路１３１ｅが開口１３１ｂ側に寄って配置されていることで、上記応力に対する耐圧が不足する傾向にある部分（つまり、第１部分１３１ｄ）が肉厚となっており、第１部分１３１ｄの耐圧強度が増している。従って、流体ヘッダ１３１の内圧や、この内圧に起因してかかる応力による冷媒管用ヘッダ１３１の変形及び破損が生じにくくなっている。
【００５６】
（３）効果
（ａ）
本実施形態に係る水熱交換器２２によると、冷媒管用ヘッダ１３１及び水管用ヘッダ１３３の軸芯を挟んで開口１３１ｂ，１３３ｂの反対側に位置する各ヘッダ１３１，１３３の第１部分１３１ｄ，１３３ｄは、各開口１３１ｂ，１３３ｂの周辺部１３１ｃ，１３３ｃよりも肉厚となっている。従って、各ヘッダ１３１，１３３の本来の性能を確保しつつ、各ヘッダ１３１，１３３の第１部分１３１ｄ，１３３ｄにおける剛性を向上させることができ、各ヘッダ１３１，１３３の内圧や、この内圧に起因してかかる応力による各ヘッダ１３１，１３３の変形を抑制することができる。
【００５７】
特に、本実施形態では、各ヘッダ１３１，１３３を従来のヘッダに比して全体的に肉厚にするのではなく、第１部分１３１ｄ，１３３ｄのみを肉厚にしている。即ち、本実施形態では、応力に対する耐圧が不足する傾向にある各ヘッダ１３１，１３３の箇所が、局所的に肉厚となっている。そのため、各ヘッダ１３１，１３３を全体的に肉厚にする場合に比して、低コストにて耐圧強度を向上させることができる。
【００５８】
また、各ヘッダ１３１，１３３の開口１３１ｂ，１３３ｂの周辺部１３１ｃ，１３３ｃにおける肉厚は従来に比して増えはいない。そのため、冷媒管１２１と冷媒管用ヘッダ１３１ならびに水管１２５と水管用ヘッダ１３３のろう付け作業はし易くなる。
【００５９】
（ｂ）
また、本実施形態に係る水熱交換器２２によると、多穴扁平管１２２，１２３及び水管１２５の各断面における長軸方向（Ｘ方向）が各ヘッダ１３１，１３３の軸芯方向に沿うようにして、多穴扁平管１２２，１２３及び水管１２５それぞれは、各ヘッダ１３１，１３３の開口１３１ｂ，１３３ｂに差し込まれる。従って、多穴扁平管及び水管の各断面における長軸方向（Ｘ方向）が各ヘッダの長手方向と直交する方向に沿うようにして、多穴扁平管及び水管が各ヘッダに差し込まれていた従来の方法に比して、冷媒管用ヘッダ１３１及び水管用ヘッダ１３３の径を小さくすることができ、水熱交換器２２のコンパクト化や軽量化を図ることができる。
【００６０】
（ｃ）
また、本実施形態に係る水熱交換器２２によると、冷媒管１２１は、複数の冷媒流路１２２ａ，１２３ａをそれぞれ有する１対の多穴扁平管１２２，１２３で構成されており、各冷媒流路１２２ａ，１２３ａは、多穴扁平管１２２，１２３の長手方向（Ｙ方向）に沿って延びると共に、長軸方向（Ｘ方向）に並んで配置されている。これにより、多穴扁平管１２２，１２３の先端部１２２ｃ，１２３ｃは、冷媒流路１２２ａ，１２３ａの並び方向が冷媒管用ヘッダ１３１の軸芯方向に沿うようにして差し込まれるようになる。
【００６１】
（ｄ）
また、本実施形態に係る水熱交換器２２によると、冷媒管用ヘッダ１３１及び水管用ヘッダ１３３の各流路１３１ｅ，１３３ｅは、断面視において円形の形状であって、それぞれ開口１３１ｂ，１３３ｂ側に寄るようにして配置されている。これにより、開口１３１ｂ，１３３ｂとは反対側の第１部分１３１ｄ，１３３ｄは、開口１３１ｂ，１３３ｂの周辺部１３１ｃ，１３３ｃ側に比して肉厚となっているため、第１部分１３１ｄ，１３３ｄにおける耐圧強度を向上させることができる。
【００６２】
＜その他の実施形態＞
（ａ）
上記実施形態では、図７に示すように、冷媒用流路１３１ｅ及び水用流路１３３ｅが、冷媒管用ヘッダ１３１及び水管用ヘッダ１３３の開口１３１ｂ，１３３ｂ側に寄るようにして配置されることで、各ヘッダ１３１，１３３における第１部分１３１ｄ，１３３ｄが開口１３１ｂ，１３３ｂの周辺部１３１ｃ，１３３ｃよりも肉厚となる場合について説明した。しかし、本発明においては、応力に対する耐圧が不足する傾向にある部分、即ち各第１部分１３１ｄ，１３３ｄが開口１３１ｂ，１３３ｂ側よりも肉厚となればよく、肉厚にする方法として、上記実施形態以外の方法が用いられても良い。
【００６３】
図９は、図７とは異なる方法により、各ヘッダ２３１，２３３に係る第１部分２３１ｄ，２３３ｄが周辺部２３１ｃ，２３３ｃよりも肉厚となっている場合を示す図である。図９の水熱交換器２２２は、主として、多穴扁平管１２２，１２３で構成される冷媒管１２１、水管１２５、冷媒管用ヘッダ２３１及び水管用ヘッダ２３３を備える。尚、冷媒管用ヘッダ２３１及び水管用ヘッダ２３３以外の構成については、上記実施形態に係る図７と同様であるため、図７と同様の符号を付している。
【００６４】
冷媒管用ヘッダ２３１は、その側面部２３１ａに、多穴扁平管１２２，１２３が差し込まれるための開口２３１ｂを有している。特に、図９の冷媒管用ヘッダ２３１は、冷媒管用ヘッダ２３１の軸芯方向に延びており、例えばＣＯ2等の冷媒が流れるための冷媒用流路２３１ｅ（第２流路に相当）を有している。冷媒用流路２３１ｅは、冷媒管用ヘッダ２３１の軸芯と直交して切断される断面視において、開口２３１ｂ側に膨らんだＤ型の形状となっている。これにより、冷媒管用ヘッダ２３１の軸芯を挟んで開口２３１ｂの反対側に位置する側面部２３１ａの部分、即ち第１部分２３１ｄは、開口２３１ｂの周辺部２３１ｃよりも肉厚になっている。
【００６５】
また、水管用ヘッダ２３３においても、冷媒管用ヘッダ２３１と同様である。即ち、水管用ヘッダ２３３は、その側面部２３３ａに水管１２５差し込み用の開口２３３ｂがあり、その内部には、水用流路２３３ｅ（第２流路に相当）を有している。水用流路２３３ｅは、水管用ヘッダ２３３の軸芯方向に延びており、水が流れるようになっている。特に、この水用流路２３３ｅは、水管用ヘッダ２３３の軸芯と直交して切断される断面視において、開口２３１ｂ側に膨らんだＤ型の形状となっている。これにより、水管用ヘッダ２３３の軸芯を挟んで開口２３３ｂの反対側に位置する側面部２３３ａの部分、即ち第１部分２３３ｄは、開口２３３ｂの周辺部２３３ｃよりも肉厚になっている。
【００６６】
このような冷媒管用ヘッダ２３１及び水管用ヘッダ２３３により、開口２３１ｂ，２３３ｂとは反対側の第１部分２３１ｄ，２３３ｄにおける耐圧強度を向上させることができる。
【００６７】
（ｂ）
次に、上記実施形態及びその他の実施形態（ａ）の方法以外で、第１部分を開口の周辺部よりも肉厚とする方法について、図１０を用いて説明する。図１０は、図７及び図９とは異なる方法により、各ヘッダ３３１，３３３に係る第１部分３３１ｄ，３３３ｄが周辺部３３１ｃ，３３３ｃよりも肉厚となっている場合を示す図である。図１０に係る水熱交換器３２２は、主として、多穴扁平管１２２，１２３で構成される冷媒管１２１、水管１２５、冷媒管用ヘッダ３３１、水管用ヘッダ３３３、第１補強部材３４０、及び第２補強部材３４１を備える。尚、各ヘッダ３３１，３３３、第１及び第２補強部材３４０，３４１以外の構成については、上記実施形態に係る図７と同様であるため、図７と同様の符号を付している。
【００６８】
冷媒管用ヘッダ３３１は、その側面部３３１ａに、多穴扁平管１２２，１２３が差し込まれるための開口３３１ｂを有している。冷媒管用ヘッダ３３１は、その内部に例えばＣＯ2等の冷媒が流れるための冷媒用流路３３１ｅを有している。冷媒用流路３３１ｅは、冷媒管用ヘッダ３３１の軸芯方向に延びており、その断面視において円形の形状を有している。尚、本実施形態に係る冷媒用流路３３１ｅは、冷媒管用ヘッダ３３１の軸芯を中心とした円形の形状であり、冷媒管用ヘッダ３３１の約中央に位置している。
【００６９】
第１補強部材３４０は、冷媒管用ヘッダ３３１の第１部分３３１ｄに接着されており、当該第１部分３３１ｄの強度を補強する。ここで、第１部分３３１ｄは、上記実施形態等と同様、冷媒管用ヘッダ３３１の軸芯を挟んで開口３３１ｂの反対側に位置する側面部３３１ａの部分であって、第１補強部材３４０は、第１部分３３１ｄとの接触部分にろう材が付着された、いわゆるクラッド材で形成されている。尚、図１０では、第１補強部材３４０が、冷媒管用ヘッダ３３１の外側から第１部分３３１ｄに接着されている。この第１補強部材３４０により、冷媒管用ヘッダ３３１の第１部分３３１ｄは、開口３３１ｂの周辺部３３１ｃよりも肉厚になっている。
【００７０】
また、水管用ヘッダ３３３においても、冷媒管用ヘッダ３３１と同様である。即ち、水管用ヘッダ３３３は、その側面部３３３ａに水管１２５差し込み用の開口３３３ｂを有している。水管用ヘッダ３３３は、その内部に水が流れるための水用流路３３３ｅを有している。水用流路３３３ｅは、水管用ヘッダ３３３の軸芯方向に延びており、その断面視において円形の形状を有している。水用流路３３３ｅは、水管用ヘッダ３３３の軸芯を中心とした円形の形状であり、水管用ヘッダ３３３の約中央に位置している。
【００７１】
第２補強部材３４１は、水管用ヘッダ３３３の第１部分３３３ｄに接着されており、当該第１部分３３３ｄの強度を補強する。ここで、第１部分３３３ｄは、上記実施形態等と同様、水管用ヘッダ３３３の軸芯を挟んで開口３３３ｂの反対側に位置する側面部３３３ａの部分であって、第２補強部材３４１は、第１部分３３３ｄとの接触部分にろう材が付着された、いわゆるクラッド材で形成されている。尚、図１０では、第１補強部材３４０と同様、第２補強部材３４１は、水管用ヘッダ３３３の外側から第１部分３３３ｄに接着されている。この第２補強部材３４１により、水管用ヘッダ３３３の第１部分３３３ｄは、開口３３３ｂの周辺部３３３ｃよりも肉厚になっている。
【００７２】
上述したように、各ヘッダ３３１，３３３の第１部分３３１ｄ，３３３ｄには、第１及び第２補強部材３４０，３４１がそれぞれ接着されているため、第１部分３３１ｄ，３３３ｄにおける耐圧強度を向上させることができ、応力による各ヘッダ３３１，３３３の変形が抑えられる。また、第１及び第２補強部材３４０，３４１がクラッド材で形成されているため、第１及び第２補強部材３４０，３４１と各ヘッダ３３１，３３３の第１部分３３１ｄ，３３３ｄとは、ろう付けによって容易に接着される。
【００７３】
また、図示してはいないが、上記実施形態に係る図７及びその他の実施形態（ａ）に係る図９においても、各ヘッダ１３１，１３３，２３１，２３３の第１部分１３１ｄ，１３３ｄ，２３１ｄ，２３３ｄに、本実施形態にて説明した第１及び第２補強部材３４０，３４１が接着されていてもよい。これにより、第１部分１３１ｄ，１３３ｄ，２３１ｄ，２３３ｄの耐圧強度をより高めることができる。
【００７４】
また、図１０では、第１及び第２補強部材３４０，３４１が、各ヘッダ３３１，３３３の外側から第１部分３３１ｄ，３３３ｄに接着されている場合について説明した。しかし、第１及び第２補強部材３４０，３４１は、各ヘッダ３３１，３３３の内側（つまり、冷媒用流路３３１ｅ及び水用流路３３３ｅの壁部）から第１部分３３１ｄ，３３３ｄに接着されていてもよい。
【００７５】
（ｃ）
上記実施形態では、冷媒管１２１が、複数の冷媒流路を有する多穴扁平管１２２，１２３で構成されている場合について説明した。しかし、冷媒管１２１だけではなく、水管１２５も、複数の水流路を有する多穴扁平管で構成されていてもよい。
【００７６】
また、冷媒管１２１は、水管１２５と同様、１本の水流路を有する構成であってもよい。
【００７７】
（ｄ）
上記実施形態では、各多穴扁平管１２２，１２３には、４つの冷媒流路１２２ａ，１２３ａが１列に並んで形成されている場合について説明したが、流路の本数及び配列は、これに限定されない。例えば、各多穴扁平管１２２，１２３内には、３つの冷媒流路が２列形成されていてもよい。
【００７８】
（ｅ）
上記実施形態では、図４に示すように、冷媒管１２１及び水管１２５で形成される配管が、蛇行形状となるように折り曲げられると説明した。しかし、折り曲げられた配管の形状は、図４に示すように蛇行形状に限定されない。
【００７９】
図１１は、冷媒管１２１及び水管１２５で形成される配管が、渦巻状に折り曲げられている場合を示している。具外的には、冷媒管１２１及び水管１２５で形成される配管は、その長手方向に直交する断面における長辺に沿った軸を中心として一方向に折り曲げられており、折り曲げられた後の配管は、上面視において長方形状の渦巻となっている。これにより、配管の一端は渦巻形状の内側、他端は渦巻形状の外側に位置し、各端部（つまり、先端部１２２ｃ，１２３ｃ、１２５ｃ）それぞれ冷媒管用ヘッダ１３１及び水管用ヘッダ１３３に差し込まれて固定される。
【００８０】
（ｆ）
また、上記実施形態では、冷媒としてＣＯ2を用いたが、冷媒の種類はこれに限定されない。例えば、高温高圧の冷媒として、炭化水素、フロン冷媒などが用いられても良い。
【００８１】
（ｇ）
また、上記実施形態では、内部に冷媒が流れる一対の多穴扁平管１２２，１２３の間に水管１２５が配置されている場合について説明した。しかし、本発明に係る熱交換器の配管は、上記構成に限定されず、例えば１本の多穴扁平管で構成される冷媒管と水管とで構成されていてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
本発明に係る熱交換器は、流体ヘッダ本来の性能を確保しつつ、開口の周辺部における耐圧強度を向上させることができるという効果を有している。この熱交換器は、ヒートポンプ式給湯装置に係る水熱交換器や、空気調和装置に係る熱交換器に適用できる。
【符号の説明】
【００８３】
１ ヒートポンプ式給湯装置
２ 冷凍装置
３ 貯湯装置
２２ 水熱交換器
１２１ 冷媒管
１２２，１２３ 多穴扁平管
１２２ａ，１２３ａ 冷媒流路
１２５ 水管
１２５ａ 水流路
１３１ 冷媒管用ヘッダ
１３３ 水管用ヘッダ
１３１ａ，１３３ａ 側面部
１３１ｂ，１３３ｂ 開口
１３１ｃ，１３３ｃ 周辺部
１３１ｄ，１３３ｄ 第１部分
１３１ｅ，２３１ｅ 冷媒用流路
１３３ｅ，２３３ｅ 水用流路
３４０ 第１補強部材
３４１ 第２補強部材
【先行技術文献】
【特許文献】
【００８４】
【特許文献１】特開２００７−２７１２１３号公報
【特許文献２】特開２００６−２８４１３３号公報
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ヒートポンプ式給湯装置の冷凍装置としては、例えばＣＯ2を冷媒とする圧縮式冷凍回路で構成されるものが広く利用されている。このような冷凍装置は、冷媒と水との間で熱交換を行う水熱交換器を備えている。水熱交換器は、冷媒が流通する冷媒管と、水が流通する水管とを有しており、流体同士を対向させて流すことによって冷媒と水との間で熱交換を行い、水を加熱することができる。水熱交換器としては、特許文献１（特開２００７−２７１２１３号公報）に開示されているように、水管のまわりに冷媒管が螺旋状に巻き付けられた構造を有しているものが知られている。
【０００３】
また、空気調和装置に利用される熱交換器としては、特許文献２（特開２００６−２８４１３３号公報）に示すように、冷媒管である扁平管が筒状の流体ヘッダに連結されたものが知られている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、水熱交換器には、アルミで形成された積層型熱交換器がある。この積層型熱交換器には、特許文献２に示すように、冷媒管である扁平管を筒状の流体ヘッダに連結させた構造を有しているものがある。当該積層型熱交換器では、流体ヘッダと扁平管との位置の関係上等から、扁平管が流体ヘッダに連結されてなる構造物において、高い耐圧強度が要求される。当該構造物の耐圧強度を向上させる手法としては、例えば流体ヘッダの径を小さくする手法が挙げられるが、流体ヘッダの径を小さくすると、かえって流体ヘッダの本来の性能が低下する恐れがある。
【０００５】
そこで、本発明は、流体ヘッダ本来の性能を確保しつつ耐圧強度を向上させることができる熱交換器の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
発明１に係る熱交換器は、扁平管と、流体ヘッダとを備える。扁平管の内部には、流体が流れる。流体ヘッダは、円筒形状であって、扁平管の先端部が差し込まれるための開口を有する。そして、流体ヘッダの軸芯を挟んで開口の反対側に位置する流体ヘッダの第１部分は、流体ヘッダの開口の周辺部よりも肉厚である。
【０００７】
この熱交換器によると、流体ヘッダの軸芯を挟んで開口の反対側となる流体ヘッダの第１部分は、流体ヘッダの開口の周辺部よりも肉厚となっている。従って、流体ヘッダの本来の性能を確保しつつ、流体ヘッダの第１部分における剛性を向上させることができ、流体ヘッダの内圧や、この内圧に起因してかかる応力による流体ヘッダの変形を抑制することができる。
【０００８】
発明２に係る熱交換器は、発明１に係る熱交換器であって、扁平管の先端部は、扁平管の長手方向と直交する断面における長軸方向が流体ヘッダの軸芯方向に沿うようにして、流体ヘッダの開口に差し込まれる。
【０００９】
この熱交換器によると、扁平管の断面における長軸方向が流体ヘッダの軸芯方向に沿うようにして、扁平管が流体ヘッダの開口に差し込まれる。従って、扁平管の断面における長軸方向が流体ヘッダの長手方向と直交する方向に沿うようにして扁平管が流体ヘッダに差し込まれていた従来の方法に比して、流体ヘッダの径を小さくすることができ、熱交換器のコンパクト化や軽量化を図ることができる。
【００１０】
発明３に係る熱交換器は、発明２に係る熱交換器であって、扁平管は、流体が流れるための複数の第１流路を有する。第１流路は、扁平管の長手方向に沿って延びると共に、長軸方向に並んで配置されている。扁平管の先端部には、各第１流路に対応する穴が複数形成されている。
【００１１】
この熱交換器によると、扁平管の先端部は、複数の第１流路の並び方向が流体ヘッダの軸芯方向に沿うようにして、流体ヘッダの開口に差し込まれるようになる。
【００１２】
発明４に係る熱交換器は、発明１〜３のいずれかに係る熱交換器であって、流体ヘッダは、第２流路を更に有している。第２流路は、流体ヘッダの軸芯方向に延びており、流体が流れる。第２流路は、流体ヘッダの軸芯と直交して切断される断面視において、円形の形状となっている。第２流路は、開口側に寄るようにして配置されている。
【００１３】
この熱交換器によると、流体ヘッダの第２流路は、断面視において円形の形状であって、開口側に寄るようにして配置されている。これにより、開口とは反対側の第１部分は、開口の周辺部側に比して肉厚となっているため、第１部分における耐圧強度を向上させることができる。
【００１４】
発明５に係る熱交換器は、発明１〜３のいずれかに係る熱交換器であって、流体ヘッダは、第２流路を更に有している。第２流路は、流体ヘッダの軸芯方向に延びており、流体が流れる。第２流路は、流体ヘッダの軸芯と直交して切断される断面視において、開口側に膨らんだＤ型の形状となっている。
【００１５】
この熱交換器によると、流体ヘッダの第２流体は、断面視において開口側に膨らんだＤ型の形状となっている。これにより、開口とは反対の第１部分は、開口の周辺部側に比して肉厚となっているため、第１部分における耐圧強度を向上させることができる。
【００１６】
発明６に係る熱交換器は、発明１〜５のいずれかに係る熱交換器であって、補強部材を更に備える。補強部材は、流体ヘッダの第１部分に接着され、第１部分の強度を補強するための部材である。
【００１７】
この熱交換器によると、流体ヘッダの第１部分には、補強部材が接着されているため、第１部分における耐圧強度を向上させることができる。
【００１８】
発明７に係る熱交換器は、発明６に係る熱交換器であって、補強部材は、第１部分との接触部分にろう材が付着されたクラッド材で形成されている。
【００１９】
この熱交換器では、補強部材がクラッド材で形成されている。これにより、補強部材と流体ヘッダの第１部分とが容易に接着され、流体ヘッダの第１部分付近の剛性は高くなり、圧力による流体ヘッダの変形が抑えられる。
【発明の効果】
【００２０】
発明１に係る熱交換器によると、流体ヘッダの本来の性能を確保しつつ、流体ヘッダの第１部分における剛性を向上させることができ、流体ヘッダの内圧や、この内圧に起因してかかる応力による流体ヘッダの変形を抑制することができる。
【００２１】
発明２に係る熱交換器によると、流体ヘッダの径を小さくすることができ、熱交換器のコンパクト化や軽量化を図ることができる。
【００２２】
発明３に係る熱交換器によると、扁平管の先端部は、複数の第１流路の並び方向が流体ヘッダの軸芯方向に沿うようにして、流体ヘッダの開口に差し込まれるようになる。
【００２３】
発明４〜６に係る熱交換器によると、第１部分における耐圧強度を向上させることができる。
【００２４】
発明７に係る熱交換器によると、補強部材と流体ヘッダの第１部分とが容易に接着され、流体ヘッダの第１部分付近の剛性は高くなり、圧力による流体ヘッダの変形が抑えられる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】水熱交換器を備えたヒートポンプ式給湯装置の構成図。
【図２】冷凍装置の内部構造を示す断面図。
【図３】冷凍装置の構成を模式的に示す図。
【図４】第１実施形態に係る水熱交換器の冷媒管及び水管のみを示す図。
【図５】図４に係る冷媒管及び水管のＶ−Ｖ断面図。
【図６】冷媒管の冷媒管用ヘッダへの連結方法、及び水管の水管用ヘッダへの連結方法の概念説明図。
【図７】冷媒管及び水管それぞれが連結されている冷媒管用ヘッダ及び水管用ヘッダの、軸芯方向に直交する切断面での断面図。
【図８】（ａ）本実施形態に係る冷媒管用ヘッダの断面図。（ｂ）本実施形態に係る冷媒管用ヘッダとは逆に、冷媒用流路が冷媒管用ヘッダの第１部分側に寄るようにして配置された場合の、冷媒管用ヘッダの断面図。
【図９】その他の実施形態（ａ）に係る冷媒管用ヘッダ及び水管用ヘッダを説明するための図であって、冷媒管用ヘッダ及び水管用ヘッダの、軸芯方向に直交する切断面での断面図。
【図１０】その他の実施形態（ｂ）に係る冷媒管用ヘッダ及び水管用ヘッダを説明するための図であって、冷媒管用ヘッダ及び水管用ヘッダの、軸芯方向に直交する切断面での断面図。
【図１１】その他の実施形態（ｅ）に係る水熱交換器の冷媒管及び水管のみを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明に係る熱交換器について、図面を参照しつつ説明する。
【００２７】
（１）ヒートポンプ式給湯装置の構成
図１は、本発明の熱交換器である水熱交換器２２を備えたヒートポンプ式給湯装置１の構成図である。ヒートポンプ式給湯装置１は、冷凍装置２、貯湯装置３及び制御部６によって構成されている。冷凍装置２は、主として、圧縮機２１、アキュムレータ２１ａ、水熱交換器２２、膨張弁２３、空気熱交換器２４及びファン２７（図２）を有している。図１に示すように、圧縮機２１、水熱交換器２２内の冷媒管１２１、膨張弁２３、空気熱交換器２４、及び圧縮機２１の吸入側に設けられているアキュムレータ２１ａは、冷媒配管２５によって環状に接続されており、冷媒循環式回路２０を構成している。尚、冷媒循環式回路２０内を流れる冷媒としては、例えばＣＯ2が挙げられる。
【００２８】
さらに、冷媒循環式回路２０には、水熱交換器２２から出る高圧高温の冷媒と、空気熱交換器２４から出る低圧低温の冷媒との間で熱交換を行うための、ガス熱交換器２６が配置されている。ガス熱交換器２６は、水熱交換器２２と膨張弁２３とを連結する冷媒通路と、空気熱交換器２４とアキュムレータ２１ａとを連結する冷媒通路との間で熱交換を行う。
【００２９】
また、冷凍装置２には、設置場所の外気温を検出する外気温センサ８、圧縮機２１の吐出管温度を検出する吐出管温度センサ９、及び空気熱交換器２４の温度を検出する熱交換温度センサ１０が設けられている。これら各センサの検出信号は、制御部６に入力される。
【００３０】
貯湯装置３は、主として、貯湯タンク３１及び水循環ポンプ３２を有する。貯湯タンク３１、水熱交換器２２内の水管１２５及び水循環ポンプ３２は、水配管３５によって環状に接続されており、水循環式回路３０を構成している。貯湯タンク３１は、水熱交換器２２にて温められた水を貯めるためのタンクであって、水循環ポンプ３２は、水熱交換器２２で加熱された水の温度が例えば約８５℃となるように、水の循環量を制御する。
【００３１】
制御部６は、ＣＰＵ及びメモリからなるマイクロコンピュータであって、図３に示すように、外気温センサ８、吐出管温度センサ９、熱交換温度センサ１０、インバータ７及び膨張弁２３と接続されている。制御部６は、水熱交換器２２で温められた水の温度を約８５度に保つために、水循環ポンプ３２による水の循環量を制御するべく、膨張弁２３の開度の調整を行う。また、制御部６は、吐出管温度センサ９で検出される吐出管温度が目標吐出管温度に近づくように、膨張弁２３の開度を制御したり、外気温センサ８及び熱交換温度センサ１０からの温度検出信号に基づき、目標吐出管温度を設定したりする。
【００３２】
〔冷凍装置〕
図２は、冷凍装置２の内部構造を示す断面図である。図２において、断熱壁２ｃの右側区画が機械室２ａであり、断熱壁２ｃの左側区画が送風室２ｂである。機械室２ａには、圧縮機２１、膨張弁２３が配置されている。送風室２ｂには、ファン２７、水熱交換器２２が設置されている。
【００３３】
ファン２７は、図２の送風室２ｂの正面視において、前方に設置されている。ファン２７の後方には、ファン２７を駆動するモータが、モータ支持台２８に固定された状態で配置されている。水熱交換器２２は、断熱壁２ｄを隔ててファン２７の下方に配置されている。尚、水熱交換器２２については、「（２）水熱交換器」にて詳述する。また、図２において、空気熱交換器２４は、送風室２ｂの左側壁と背面壁に沿って配置されており、空気熱交換器２４の右端は機械室２ａの中央まで延出している。
【００３４】
尚、冷凍装置２の内部には、電装品ボックス４が設置されている。電装品ボックス４は、機械室２ａの上部と送風室２ｂの上部とを跨ぐように配置されている。電装品ボックス４には、制御部６やインバータ７（図３参照）等が内蔵されている。インバータ７は、圧縮機２１の圧縮機用モータ（図示せず）を駆動するための駆動信号を生成し、圧縮機モータに出力する。
【００３５】
（２）水熱交換器
次に、本実施形態に係る水熱交換器２２について、図４〜図８を用いて説明する。
【００３６】
水熱交換器２２は、冷媒管１２１、水管１２５（冷媒管１２１及び水管１２５は、「扁平管」に相当）、冷媒管用ヘッダ１３１、水管用ヘッダ１３３（冷媒管用ヘッダ１３１及び水管用ヘッダ１３３は、「流体ヘッダ」に相当）の他、図示しないフィンを備えており、冷媒管１２１内を流れる冷媒と水管１２５内を流れる水との間で熱交換を行う。尚、以下では、図示していないフィンを除き、冷媒管１２１，水管１２５、冷媒管用ヘッダ１３１、及び水管用ヘッダ１３３について、具体的に説明する。
【００３７】
〔冷媒管〕
冷媒管１２１は、図４に示すように、Ｙ方向に長く延びており、一対の多穴扁平管１２２，１２３で構成されている。多穴扁平管１２２，１２３は、水管１２５を挟むようにして位置しており、それぞれの内部には、冷媒が流れるための複数の冷媒流路（第１流路に相当）１２２ａ，１２３ａを有している（図５）。そして、多穴扁平管１２２，１２３の長手方向（即ち、Ｙ方向）と直交する断面は、図５に示すように長方形の形状となっており、各冷媒流路１２２ａ，１２３ａは、各多穴扁平管１２２，１２３の断面の長軸方向（即ち、図５のＸ方向）に並んで配置されている。各冷媒流路１２２ａ，１２３ａは、多穴扁平管１２２，１２３それぞれの長手方向（Ｙ方向）に沿って延びており、各流路１２２ａ，１２３ａに対応する複数の穴が、各多穴扁平管１２２，１２３の先端部１２２ｃ，１２３ｃに設けられている。つまり、この複数の穴は、各多穴扁平管１２２，１２３の先端部１２２ｃ，１２３ｃの長軸方向（Ｘ方向）に並ぶようにして設けられている（図４参照）。尚、図４及び図５では、一例として、各多穴扁平管１２２，１２３内に冷媒流路１２２ａ，１２３ａが４本設けられている場合を表している。このように、冷媒管１２１が、複数の冷媒流路１２２ａ，１２３ａを有する多穴扁平管１２２，１２３で構成されることで、冷媒側の熱伝達率が向上される。
【００３８】
また、冷媒管１２１を構成する各多穴扁平管１２２，１２３は、図６及び図７に示すように、その先端部１２２ｃ，１２３ｃが冷媒管用ヘッダ１３１に差し込まれてろう付けされることで、冷媒管１２１と冷媒管用ヘッダ１３１とが連結されるようになっている。
【００３９】
尚、上述した構成を有する冷媒管１２１は、アルミニウムや銅、ステンレス等によって形成されることができるが、本実施形態では、冷媒管１２１が、アルミニウムで形成されている場合を例に採る。冷媒管１２１は、引き抜き加工や押し出し加工によって製造される。
【００４０】
〔水管〕
水管１２５は、図４に示すように、冷媒管１２１（具体的には、一対の扁平管１２２，１２３）に沿ってＹ方向に長く延びており、１本の扁平管で構成されている。より具体的には、水管１２５は、一対の多穴扁平管１２２，１２３に挟まれるようにして延びており、水管１２５の長手方向（即ち、Ｙ方向）と直交する断面は、図５に示すように、長方形の形状となっている。水管１２５の当該断面における長軸方向（即ち、図５のＸ方向）の長さは、冷媒管１２１の各多穴扁平管１２２，１２３における長軸方向の長さと略同一となっている。そして、水管１２５の内部には、冷媒ではなく水が流れる１本の水流路１２５ａが設けられている。水流路１２５ａは、水管１２５の長手方向（Ｙ方向）に沿って延びており、その断面は長方形の形状となっている。
【００４１】
更に、水管１２５の上記断面における長軸方向（Ｘ方向）と水管１２５の長手方向（Ｙ方向）とを含む２つの面１２５ｂ上には（図４及び図５）、クラッド層が形成されている。この面１２５ｂは、水流路１２５ａを挟んで互いに対向して位置している。水管１２５は、当該２つの面１２５ｂにおいて、冷媒管１２１を構成する各多穴扁平管１２２，１２３の面１２２ｂ，１２３ｂそれぞれと面接触している。互いに接触している多穴扁平管１２２の面１２２ｂと水管１２５の面１２５ｂ、及び多穴扁平管１２３の面１２３ｂと水管１２５の面１２５ｂとが、それぞれろう付けによって接合されることで、冷媒管１２１及び水管１２５は３層構造の配管を形成している。ここで、各多穴扁平管１２２，１２３の面１２２ｂ，１２３ｂは、各多穴扁平管１２２，１２３の断面における長軸方向（Ｘ方向）及び冷媒管１２１の長手方向（Ｙ方向）を含む面のうち、水管１２５側に位置する面である。
【００４２】
上述した構成を有する水管１２５は、冷媒管１２１を構成する各多穴扁平管１２２，１２３と同様、図６及び図７に示すように、その先端部１２５ｃが水管用ヘッダ１３３に差し込まれてろう付けされることで、水管１２５と水管用ヘッダ１３３とが連結されるようになっている。
【００４３】
ここで、水管１２５は、アルミニウムや銅、ステンレス等によって形成されることができるが、本実施形態では、冷媒管１２１と同様、水管１２５が、アルミニウムで形成されている場合を例に採る。水管１２５は、冷媒管１２１と同様、引き抜き加工や押し出し加工によって製造される。
【００４４】
尚、本実施形態では、図４に示すように、冷媒管１２１（具体的には、多穴扁平管１２２，１２３）と水管１２５との接合によって形成された配管が、蛇腹状に折り曲げ加工される場合を例に取る。
【００４５】
〔冷媒管用ヘッダ〕
冷媒管用ヘッダ１３１は、圧縮機２１とガス熱交換器２６とに連通しており、冷媒管１２１の両端が接合される。冷媒管用ヘッダ１３１は、図６に示すように円筒形状を有しており、その側面部１３１ａには、図６及び図７に示すように、冷媒管１２１を構成する各多穴扁平管１２２，１２３の先端部１２２ｃ，１２３ｃそれぞれが差し込まれるための、開口１３１ｂが形成されている。尚、図示してはいないが、開口１３１ｂは、差し込まれる多穴扁平管１２２，１２３の各先端部１２２ｃ，１２３ｃの数だけ、冷媒管用ヘッダ１３１の側面部１３１ａに形成されている。また、冷媒管用ヘッダ１３１は、その内部に、冷媒管１２１内を流れる冷媒が流れるための冷媒用流路１３１ｅ（第２流路に相当）を有している。冷媒用流路１３１ｅは、冷媒管用ヘッダ１３１の軸芯方向に延びており、冷媒管用ヘッダ１３１の軸芯と直交して切断される断面視において、円形の形状となっている。
【００４６】
ここで、図６に示すように、多穴扁平管１２２，１２３の各先端部１２２ｃ，１２３ｃは、各多穴扁平管１２２，１２３の長手方向（Ｙ方向）と直交する断面における長軸方向（Ｘ方向）が、冷媒管用ヘッダ１３１の軸芯方向に沿うようにして、冷媒管用ヘッダ１３１の開口１３１ｂに差し込まれる。そのため、開口１３１ｂは、多穴扁平管１２２，１２３の各先端部１２２ｃ，１２３ｃの断面形状と同様、長方形の形状を有しているが、その長辺が冷媒管用ヘッダ１３１の軸芯方向に沿うようにして、側面部１３１ａに設けられている。そして、開口１３１ｂは、多穴扁平管１２２，１２３の各先端部１２２ｃ，１２３ｃが問題なく差し込まれるように、多穴扁平管１２２，１２３の各先端部１２２ｃ，１２３ｃの断面の大きさと略同一の大きさを有している。冷媒管用ヘッダ１３１の開口１３１ｂに差し込まれた多穴扁平管１２２，１２３の先端部１２２ｃ，１２３ｃは、ろう付けによって冷媒管用ヘッダ１３１に固定されている。
【００４７】
そして、本実施形態に係る冷媒管用ヘッダ１３１は、側面部１３１ａの第１部分１３１ｄが、当該側面部１３１ａにおける開口１３１ｂの周辺部１３１ｃよりも肉厚となっている。第１部分１３１ｄとは、図６及び図７に示すように、冷媒管用ヘッダ１３１の軸芯を挟んで開口１３１ｂの反対側に位置する側面部１３１ａの部分である。即ち、第１部分１３１ｄは、開口１３１ｂから比較的遠い側面部１３１ａの部分といえる。特に、本実施形態においては、図７に示すように、断面が円形の形状である冷媒用流路１３１ｅが、冷媒管用ヘッダ１３１の内部において開口１３１ｂ側に寄るようにして配置されており、これにより第１部分１３１ｄが開口１３１ｂの周辺部１３１ｃよりも肉厚となっている。
【００４８】
〔水管用ヘッダ〕
水管用ヘッダ１３３は、貯湯タンク３１と、水循環ポンプ３２とに連通しており、水管１２５の両端に接合される。水管用ヘッダ１３３は、冷媒管用ヘッダ１３１と同様、図６に示すように円筒形状を有しており、その側面部１３３ａには、図６及び図７に示すように、水管１２５の先端部１２５ｃが差し込まれるための開口１３３ｂが形成されている。
【００４９】
また、本実施形態に係る水管１２５の先端部１２５ｃは、上述した冷媒管用ヘッダ１３１と同様、水管１２５の長手方向（Ｙ方向）と直交する断面における長軸方向（Ｘ方向）が、水管用ヘッダ１３３の軸芯方向に沿うようにして、水管用ヘッダ１３３の開口１３３ｂに差し込まれる（図６）。そのため、開口１３３ｂは、水管１２５の先端部１２５ｃの断面形状と同様、長方形の形状を有しているが、その長辺が水管用ヘッダ１３３の軸芯方向に沿うようにして、側面部１３３ａに設けられている。また、開口１３３ｂは、水管１２５の先端部１２５ｃの断面の大きさと略同一の大きさを有している。水管用ヘッダ１３３の開口１３３ｂに差し込まれた水管１２５の先端部１２５ｃは、ろう付けによって水管用ヘッダ１３３に固定されている。また、水管用ヘッダ１３３は、その内部に、水が流れるための水用流路１３３ｅ（第２流路に相当）を有している。水用流路１３３ｅは、水管用ヘッダ１３３の軸芯方向に延びており、冷媒用流路１３１ｅと同様、水管用ヘッダ１３３の軸芯と直交して切断される断面視において、円形の形状となっている。
【００５０】
また、本実施形態に係る水管用ヘッダ１３３は、上述した冷媒管用ヘッダ１３１と同様、側面部１３３ａにおける第１部分１３３ｄが、当該側面部１３３ａの開口１３３ｂの周辺部１３３ｃよりも肉厚となっている。第１部分１３３ｄとは、図６及び図７に示すように、水管用ヘッダ１３３の軸芯を挟んで開口１３３ｂの反対側に位置する側面部１３３ａの部分であって、つまりは、開口１３３ｂから比較的遠い側面部１３３ａの部分と言える。具体的には、図７に示すように、断面が円形の形状である水用流路１３３ｅが、水管用ヘッダ１３３の内部において開口１３３ｂ側に寄るようにして配置されており、これにより第１部分１３３ｄが開口１３３ｂの周辺部１３３ｃよりも肉厚となっている。
【００５１】
〔ヘッダにおける流路の位置について〕
次に、冷媒管用ヘッダ１３１及び水管用ヘッダ１３３の各流路１３１ｅ，１３３ｅを、上述したように開口１３１ｂ，１３３ｂ寄りに配置した場合の耐圧と、逆に第１部分１３１ｄ，１３３ｄ寄りに配置した場合の耐圧とについて、図８を用いて説明する。以下では、説明を簡単にするため、冷媒管用ヘッダ１３１を例に取り説明する。
【００５２】
図８（ａ）は、上述したように、冷媒用流路１３１ｅが開口１３１ｂ寄りに配置された場合（つまり、本実施形態）の冷媒管用ヘッダ１３１の断面図である。図８（ｂ）は、冷媒用流路１３１ｅ’が第１部分１３１ｄ’寄りに配置された場合の冷媒管用ヘッダ１３１’の断面図である。
【００５３】
一例として、図８（ａ）（ｂ）のいずれの場合も、冷媒管用ヘッダ１３１，１３１’は、その外径が４０ｍｍ、内径（つまり、冷媒用流路１３１ｅ，１３１ｅ’の直径）が２０ｍｍであるとする。図８（ａ）の場合は、冷媒用流路１３１ｅが開口１３１ｂ側に寄っており、冷媒管用ヘッダ１３１の第１部分１３１ｄの肉厚は最小値で１５ｍｍ、開口１３１ｂの周辺部１３１ｃの肉厚は最小値で５ｍｍとなっている。図８（ｂ）の場合は、冷媒用流路１３１ｅ’が第１部分１３１ｄ’側に寄っており、冷媒管用ヘッダ１３１’の開口１３１ｂ’の周辺部１３１ｃ’の肉厚は、最小値で１５ｍｍ、第１部分１３１ｄ’の肉厚は最小値で５ｍｍとなっている。
【００５４】
図８（ａ）（ｂ）のいずれの場合においても、冷媒管用ヘッダ１３１，１３１’の内壁（つまり、冷媒用流路１３１ｅ，１３１ｅ’の壁部）には、冷媒用流路１３１ｅ，１３１ｅ’の内部を流れる冷媒からの圧力（内圧）がかかることになる。ここで、圧力を０．５ｋｇｆ／ｍｍ2、弾性率７０００ｋｇｆ／ｍｍ2、ポアソン比０．３４として、図８（ａ）（ｂ）の各場合について冷媒管用ヘッダ１３１，１３１’が周方向へと変形する度合いを測定したところ、図８（ｂ）においては、冷媒管用ヘッダ１３１’の周方向への最大変位が１．６５０ｍｍであったのに対し、本実施形態である図８（ａ）においては、冷媒管用ヘッダ１３１の周方向への最大変位は０．１１９ｍｍであった。尚、図示してはいないが、冷媒用流路の中心が冷媒管用ヘッダの軸芯となるように冷媒用流路を位置させ（即ち、冷媒用流路が冷媒管用ヘッダの中央に位置する）、冷媒管用ヘッダの外径を３０ｍｍ、内径を２０ｍｍ、冷媒管用ヘッダの肉厚を５ｍｍ均一とし、圧力等を図８（ａ）（ｂ）の場合と同条件として測定を試みたところ、冷媒管用ヘッダの周方向への最大変位は、０．９５１ｍｍであった。
【００５５】
上記結果は、開口１３１ｂ，１３１ｂ’側よりも第１部分１３１ｄ，１３１ｄ’側の方が、耐圧強度が弱いことを示すと共に、本実施形態に係る図８（ａ）の冷媒管用ヘッダ１３１の方が、図８（ｂ）の冷媒管用ヘッダ１３１’よりも耐圧強度が優れていることを示している。ここで、第１部分１３１ｄ，１３１ｄ’は、内圧がかかることによって冷媒管用ヘッダ１３１，１３１’の開口１３１ｂ，１３１ｂ’が広がろうとする結果、比較的大きな応力がかかってしまう部分であると言える。本実施形態に係る図８（ａ）の冷媒管用ヘッダ１３１では、冷媒用流路１３１ｅが開口１３１ｂ側に寄って配置されていることで、上記応力に対する耐圧が不足する傾向にある部分（つまり、第１部分１３１ｄ）が肉厚となっており、第１部分１３１ｄの耐圧強度が増している。従って、流体ヘッダ１３１の内圧や、この内圧に起因してかかる応力による冷媒管用ヘッダ１３１の変形及び破損が生じにくくなっている。
【００５６】
（３）効果
（ａ）
本実施形態に係る水熱交換器２２によると、冷媒管用ヘッダ１３１及び水管用ヘッダ１３３の軸芯を挟んで開口１３１ｂ，１３３ｂの反対側に位置する各ヘッダ１３１，１３３の第１部分１３１ｄ，１３３ｄは、各開口１３１ｂ，１３３ｂの周辺部１３１ｃ，１３３ｃよりも肉厚となっている。従って、各ヘッダ１３１，１３３の本来の性能を確保しつつ、各ヘッダ１３１，１３３の第１部分１３１ｄ，１３３ｄにおける剛性を向上させることができ、各ヘッダ１３１，１３３の内圧や、この内圧に起因してかかる応力による各ヘッダ１３１，１３３の変形を抑制することができる。
【００５７】
特に、本実施形態では、各ヘッダ１３１，１３３を従来のヘッダに比して全体的に肉厚にするのではなく、第１部分１３１ｄ，１３３ｄのみを肉厚にしている。即ち、本実施形態では、応力に対する耐圧が不足する傾向にある各ヘッダ１３１，１３３の箇所が、局所的に肉厚となっている。そのため、各ヘッダ１３１，１３３を全体的に肉厚にする場合に比して、低コストにて耐圧強度を向上させることができる。
【００５８】
また、各ヘッダ１３１，１３３の開口１３１ｂ，１３３ｂの周辺部１３１ｃ，１３３ｃにおける肉厚は従来に比して増えはいない。そのため、冷媒管１２１と冷媒管用ヘッダ１３１ならびに水管１２５と水管用ヘッダ１３３のろう付け作業はし易くなる。
【００５９】
（ｂ）
また、本実施形態に係る水熱交換器２２によると、多穴扁平管１２２，１２３及び水管１２５の各断面における長軸方向（Ｘ方向）が各ヘッダ１３１，１３３の軸芯方向に沿うようにして、多穴扁平管１２２，１２３及び水管１２５それぞれは、各ヘッダ１３１，１３３の開口１３１ｂ，１３３ｂに差し込まれる。従って、多穴扁平管及び水管の各断面における長軸方向（Ｘ方向）が各ヘッダの長手方向と直交する方向に沿うようにして、多穴扁平管及び水管が各ヘッダに差し込まれていた従来の方法に比して、冷媒管用ヘッダ１３１及び水管用ヘッダ１３３の径を小さくすることができ、水熱交換器２２のコンパクト化や軽量化を図ることができる。
【００６０】
（ｃ）
また、本実施形態に係る水熱交換器２２によると、冷媒管１２１は、複数の冷媒流路１２２ａ，１２３ａをそれぞれ有する１対の多穴扁平管１２２，１２３で構成されており、各冷媒流路１２２ａ，１２３ａは、多穴扁平管１２２，１２３の長手方向（Ｙ方向）に沿って延びると共に、長軸方向（Ｘ方向）に並んで配置されている。これにより、多穴扁平管１２２，１２３の先端部１２２ｃ，１２３ｃは、冷媒流路１２２ａ，１２３ａの並び方向が冷媒管用ヘッダ１３１の軸芯方向に沿うようにして差し込まれるようになる。
【００６１】
（ｄ）
また、本実施形態に係る水熱交換器２２によると、冷媒管用ヘッダ１３１及び水管用ヘッダ１３３の各流路１３１ｅ，１３３ｅは、断面視において円形の形状であって、それぞれ開口１３１ｂ，１３３ｂ側に寄るようにして配置されている。これにより、開口１３１ｂ，１３３ｂとは反対側の第１部分１３１ｄ，１３３ｄは、開口１３１ｂ，１３３ｂの周辺部１３１ｃ，１３３ｃ側に比して肉厚となっているため、第１部分１３１ｄ，１３３ｄにおける耐圧強度を向上させることができる。
【００６２】
＜その他の実施形態＞
（ａ）
上記実施形態では、図７に示すように、冷媒用流路１３１ｅ及び水用流路１３３ｅが、冷媒管用ヘッダ１３１及び水管用ヘッダ１３３の開口１３１ｂ，１３３ｂ側に寄るようにして配置されることで、各ヘッダ１３１，１３３における第１部分１３１ｄ，１３３ｄが開口１３１ｂ，１３３ｂの周辺部１３１ｃ，１３３ｃよりも肉厚となる場合について説明した。しかし、本発明においては、応力に対する耐圧が不足する傾向にある部分、即ち各第１部分１３１ｄ，１３３ｄが開口１３１ｂ，１３３ｂ側よりも肉厚となればよく、肉厚にする方法として、上記実施形態以外の方法が用いられても良い。
【００６３】
図９は、図７とは異なる方法により、各ヘッダ２３１，２３３に係る第１部分２３１ｄ，２３３ｄが周辺部２３１ｃ，２３３ｃよりも肉厚となっている場合を示す図である。図９の水熱交換器２２２は、主として、多穴扁平管１２２，１２３で構成される冷媒管１２１、水管１２５、冷媒管用ヘッダ２３１及び水管用ヘッダ２３３を備える。尚、冷媒管用ヘッダ２３１及び水管用ヘッダ２３３以外の構成については、上記実施形態に係る図７と同様であるため、図７と同様の符号を付している。
【００６４】
冷媒管用ヘッダ２３１は、その側面部２３１ａに、多穴扁平管１２２，１２３が差し込まれるための開口２３１ｂを有している。特に、図９の冷媒管用ヘッダ２３１は、冷媒管用ヘッダ２３１の軸芯方向に延びており、例えばＣＯ2等の冷媒が流れるための冷媒用流路２３１ｅ（第２流路に相当）を有している。冷媒用流路２３１ｅは、冷媒管用ヘッダ２３１の軸芯と直交して切断される断面視において、開口２３１ｂ側に膨らんだＤ型の形状となっている。これにより、冷媒管用ヘッダ２３１の軸芯を挟んで開口２３１ｂの反対側に位置する側面部２３１ａの部分、即ち第１部分２３１ｄは、開口２３１ｂの周辺部２３１ｃよりも肉厚になっている。
【００６５】
また、水管用ヘッダ２３３においても、冷媒管用ヘッダ２３１と同様である。即ち、水管用ヘッダ２３３は、その側面部２３３ａに水管１２５差し込み用の開口２３３ｂがあり、その内部には、水用流路２３３ｅ（第２流路に相当）を有している。水用流路２３３ｅは、水管用ヘッダ２３３の軸芯方向に延びており、水が流れるようになっている。特に、この水用流路２３３ｅは、水管用ヘッダ２３３の軸芯と直交して切断される断面視において、開口２３１ｂ側に膨らんだＤ型の形状となっている。これにより、水管用ヘッダ２３３の軸芯を挟んで開口２３３ｂの反対側に位置する側面部２３３ａの部分、即ち第１部分２３３ｄは、開口２３３ｂの周辺部２３３ｃよりも肉厚になっている。
【００６６】
このような冷媒管用ヘッダ２３１及び水管用ヘッダ２３３により、開口２３１ｂ，２３３ｂとは反対側の第１部分２３１ｄ，２３３ｄにおける耐圧強度を向上させることができる。
【００６７】
（ｂ）
次に、上記実施形態及びその他の実施形態（ａ）の方法以外で、第１部分を開口の周辺部よりも肉厚とする方法について、図１０を用いて説明する。図１０は、図７及び図９とは異なる方法により、各ヘッダ３３１，３３３に係る第１部分３３１ｄ，３３３ｄが周辺部３３１ｃ，３３３ｃよりも肉厚となっている場合を示す図である。図１０に係る水熱交換器３２２は、主として、多穴扁平管１２２，１２３で構成される冷媒管１２１、水管１２５、冷媒管用ヘッダ３３１、水管用ヘッダ３３３、第１補強部材３４０、及び第２補強部材３４１を備える。尚、各ヘッダ３３１，３３３、第１及び第２補強部材３４０，３４１以外の構成については、上記実施形態に係る図７と同様であるため、図７と同様の符号を付している。
【００６８】
冷媒管用ヘッダ３３１は、その側面部３３１ａに、多穴扁平管１２２，１２３が差し込まれるための開口３３１ｂを有している。冷媒管用ヘッダ３３１は、その内部に例えばＣＯ2等の冷媒が流れるための冷媒用流路３３１ｅを有している。冷媒用流路３３１ｅは、冷媒管用ヘッダ３３１の軸芯方向に延びており、その断面視において円形の形状を有している。尚、本実施形態に係る冷媒用流路３３１ｅは、冷媒管用ヘッダ３３１の軸芯を中心とした円形の形状であり、冷媒管用ヘッダ３３１の約中央に位置している。
【００６９】
第１補強部材３４０は、冷媒管用ヘッダ３３１の第１部分３３１ｄに接着されており、当該第１部分３３１ｄの強度を補強する。ここで、第１部分３３１ｄは、上記実施形態等と同様、冷媒管用ヘッダ３３１の軸芯を挟んで開口３３１ｂの反対側に位置する側面部３３１ａの部分であって、第１補強部材３４０は、第１部分３３１ｄとの接触部分にろう材が付着された、いわゆるクラッド材で形成されている。尚、図１０では、第１補強部材３４０が、冷媒管用ヘッダ３３１の外側から第１部分３３１ｄに接着されている。この第１補強部材３４０により、冷媒管用ヘッダ３３１の第１部分３３１ｄは、開口３３１ｂの周辺部３３１ｃよりも肉厚になっている。
【００７０】
また、水管用ヘッダ３３３においても、冷媒管用ヘッダ３３１と同様である。即ち、水管用ヘッダ３３３は、その側面部３３３ａに水管１２５差し込み用の開口３３３ｂを有している。水管用ヘッダ３３３は、その内部に水が流れるための水用流路３３３ｅを有している。水用流路３３３ｅは、水管用ヘッダ３３３の軸芯方向に延びており、その断面視において円形の形状を有している。水用流路３３３ｅは、水管用ヘッダ３３３の軸芯を中心とした円形の形状であり、水管用ヘッダ３３３の約中央に位置している。
【００７１】
第２補強部材３４１は、水管用ヘッダ３３３の第１部分３３３ｄに接着されており、当該第１部分３３３ｄの強度を補強する。ここで、第１部分３３３ｄは、上記実施形態等と同様、水管用ヘッダ３３３の軸芯を挟んで開口３３３ｂの反対側に位置する側面部３３３ａの部分であって、第２補強部材３４１は、第１部分３３３ｄとの接触部分にろう材が付着された、いわゆるクラッド材で形成されている。尚、図１０では、第１補強部材３４０と同様、第２補強部材３４１は、水管用ヘッダ３３３の外側から第１部分３３３ｄに接着されている。この第２補強部材３４１により、水管用ヘッダ３３３の第１部分３３３ｄは、開口３３３ｂの周辺部３３３ｃよりも肉厚になっている。
【００７２】
上述したように、各ヘッダ３３１，３３３の第１部分３３１ｄ，３３３ｄには、第１及び第２補強部材３４０，３４１がそれぞれ接着されているため、第１部分３３１ｄ，３３３ｄにおける耐圧強度を向上させることができ、応力による各ヘッダ３３１，３３３の変形が抑えられる。また、第１及び第２補強部材３４０，３４１がクラッド材で形成されているため、第１及び第２補強部材３４０，３４１と各ヘッダ３３１，３３３の第１部分３３１ｄ，３３３ｄとは、ろう付けによって容易に接着される。
【００７３】
また、図示してはいないが、上記実施形態に係る図７及びその他の実施形態（ａ）に係る図９においても、各ヘッダ１３１，１３３，２３１，２３３の第１部分１３１ｄ，１３３ｄ，２３１ｄ，２３３ｄに、本実施形態にて説明した第１及び第２補強部材３４０，３４１が接着されていてもよい。これにより、第１部分１３１ｄ，１３３ｄ，２３１ｄ，２３３ｄの耐圧強度をより高めることができる。
【００７４】
また、図１０では、第１及び第２補強部材３４０，３４１が、各ヘッダ３３１，３３３の外側から第１部分３３１ｄ，３３３ｄに接着されている場合について説明した。しかし、第１及び第２補強部材３４０，３４１は、各ヘッダ３３１，３３３の内側（つまり、冷媒用流路３３１ｅ及び水用流路３３３ｅの壁部）から第１部分３３１ｄ，３３３ｄに接着されていてもよい。
【００７５】
（ｃ）
上記実施形態では、冷媒管１２１が、複数の冷媒流路を有する多穴扁平管１２２，１２３で構成されている場合について説明した。しかし、冷媒管１２１だけではなく、水管１２５も、複数の水流路を有する多穴扁平管で構成されていてもよい。
【００７６】
また、冷媒管１２１は、水管１２５と同様、１本の水流路を有する構成であってもよい。
【００７７】
（ｄ）
上記実施形態では、各多穴扁平管１２２，１２３には、４つの冷媒流路１２２ａ，１２３ａが１列に並んで形成されている場合について説明したが、流路の本数及び配列は、これに限定されない。例えば、各多穴扁平管１２２，１２３内には、３つの冷媒流路が２列形成されていてもよい。
【００７８】
（ｅ）
上記実施形態では、図４に示すように、冷媒管１２１及び水管１２５で形成される配管が、蛇行形状となるように折り曲げられると説明した。しかし、折り曲げられた配管の形状は、図４に示すように蛇行形状に限定されない。
【００７９】
図１１は、冷媒管１２１及び水管１２５で形成される配管が、渦巻状に折り曲げられている場合を示している。具外的には、冷媒管１２１及び水管１２５で形成される配管は、その長手方向に直交する断面における長辺に沿った軸を中心として一方向に折り曲げられており、折り曲げられた後の配管は、上面視において長方形状の渦巻となっている。これにより、配管の一端は渦巻形状の内側、他端は渦巻形状の外側に位置し、各端部（つまり、先端部１２２ｃ，１２３ｃ、１２５ｃ）それぞれ冷媒管用ヘッダ１３１及び水管用ヘッダ１３３に差し込まれて固定される。
【００８０】
（ｆ）
また、上記実施形態では、冷媒としてＣＯ2を用いたが、冷媒の種類はこれに限定されない。例えば、高温高圧の冷媒として、炭化水素、フロン冷媒などが用いられても良い。
【００８１】
（ｇ）
また、上記実施形態では、内部に冷媒が流れる一対の多穴扁平管１２２，１２３の間に水管１２５が配置されている場合について説明した。しかし、本発明に係る熱交換器の配管は、上記構成に限定されず、例えば１本の多穴扁平管で構成される冷媒管と水管とで構成されていてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
本発明に係る熱交換器は、流体ヘッダ本来の性能を確保しつつ、開口の周辺部における耐圧強度を向上させることができるという効果を有している。この熱交換器は、ヒートポンプ式給湯装置に係る水熱交換器や、空気調和装置に係る熱交換器に適用できる。
【符号の説明】
【００８３】
１ ヒートポンプ式給湯装置
２ 冷凍装置
３ 貯湯装置
２２ 水熱交換器
１２１ 冷媒管
１２２，１２３ 多穴扁平管
１２２ａ，１２３ａ 冷媒流路
１２５ 水管
１２５ａ 水流路
１３１ 冷媒管用ヘッダ
１３３ 水管用ヘッダ
１３１ａ，１３３ａ 側面部
１３１ｂ，１３３ｂ 開口
１３１ｃ，１３３ｃ 周辺部
１３１ｄ，１３３ｄ 第１部分
１３１ｅ，２３１ｅ 冷媒用流路
１３３ｅ，２３３ｅ 水用流路
３４０ 第１補強部材
３４１ 第２補強部材
【先行技術文献】
【特許文献】
【００８４】
【特許文献１】特開２００７−２７１２１３号公報
【特許文献２】特開２００６−２８４１３３号公報
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に流体が流れる扁平管（１２２，１２３，１２５）と、
前記扁平管（１２２，１２３，１２５）の先端部(１２２ｃ，１２３ｃ，１２５ｃ）が差し込まれるための開口（１３１ｂ，１３３ｂ，２３１ｂ，２３３ｂ，３３１ｂ，３３３ｂ）を有する円筒形状の流体ヘッダ（１３１，１３３，２３１，２３３，３３１，３３３）と、
を備え、
前記流体ヘッダの軸芯を挟んで前記開口の反対側に位置する前記流体ヘッダの第１部分（１３１ｄ，１３３ｄ，２３１ｄ，２３３ｄ，３３１ｄ，３３３ｄ）は、前記流体ヘッダの前記開口の周辺部（１３１ｃ，１３３ｃ，２３１ｃ，２３３ｃ，３３１ｃ，３３３ｃ）よりも肉厚である、
熱交換器（２２，２２２，３２２）。
【請求項２】
前記扁平管（１２２，１２３，１２５）の前記先端部（１２２ｃ，１２３ｃ，１２５ｃ）は、前記扁平管の長手方向と直交する断面における長軸方向が前記流体ヘッダ（１３１，１３３）の軸芯方向に沿うようにして、前記流体ヘッダの前記開口（１３１ｂ，１３３ｂ）に差し込まれる、
請求項１に記載の熱交換器（２２）。
【請求項３】
前記扁平管（１２２，１２３）は、前記扁平管の長手方向に沿って延びると共に前記長軸方向に並んで配置された前記流体が流れるための複数の第１流路（１２２ａ，１２３ａ）を有し、
前記扁平管の前記先端部（１２２ｃ，１２３ｃ）には、各前記第１流路（１２２ａ，１２３ａ）に対応する穴が複数形成されている、
請求項２に記載の熱交換器（２２）。
【請求項４】
前記流体ヘッダ（１３１，１３３）は、前記流体ヘッダの軸芯方向に延びており、前記流体が流れるための第２流路（１３１ｅ，１３３ｅ）を更に有しており、
前記第２流路（１３１ｅ，１３３ｅ）は、
前記流体ヘッダの軸芯と直交して切断される断面視において、円形の形状となっており、
前記開口（１３１ｂ，１３３ｂ）側に寄るようにして配置されている、
請求項１〜３のいずれかに記載の熱交換器（２２）。
【請求項５】
前記流体ヘッダ（２３１，２３３）は、前記流体ヘッダの軸芯方向に延びており、前記流体が流れるための第２流路（２３１ｅ，２３３ｅ）を更に有しており、
前記第２流路（２３１ｅ，２３３ｅ）は、前記流体ヘッダの軸芯と直交して切断される断面視において、前記開口（２３１ｂ，２３３ｂ）側に膨らんだＤ型の形状となっている、
請求項１〜３のいずれかに記載の熱交換器（２２２）。
【請求項６】
前記流体ヘッダ（３３１，３３３）の前記第１部分（３３１ｄ，３３３ｄ）に接着され、前記第１部分の強度を補強するための補強部材（３４０，３４１）、
を更に備える、
請求項１〜５のいずれかに記載の熱交換器（３２２）。
【請求項７】
前記補強部材（３４０，３４１）は、前記第１部分（３３１ｄ，３３３ｄ）との接触部分にろう材が付着されたクラッド材で形成されている、
請求項６に記載の熱交換器（３２２）。
【請求項１】
内部に流体が流れる扁平管（１２２，１２３，１２５）と、
前記扁平管（１２２，１２３，１２５）の先端部(１２２ｃ，１２３ｃ，１２５ｃ）が差し込まれるための開口（１３１ｂ，１３３ｂ，２３１ｂ，２３３ｂ，３３１ｂ，３３３ｂ）を有する円筒形状の流体ヘッダ（１３１，１３３，２３１，２３３，３３１，３３３）と、
を備え、
前記流体ヘッダの軸芯を挟んで前記開口の反対側に位置する前記流体ヘッダの第１部分（１３１ｄ，１３３ｄ，２３１ｄ，２３３ｄ，３３１ｄ，３３３ｄ）は、前記流体ヘッダの前記開口の周辺部（１３１ｃ，１３３ｃ，２３１ｃ，２３３ｃ，３３１ｃ，３３３ｃ）よりも肉厚である、
熱交換器（２２，２２２，３２２）。
【請求項２】
前記扁平管（１２２，１２３，１２５）の前記先端部（１２２ｃ，１２３ｃ，１２５ｃ）は、前記扁平管の長手方向と直交する断面における長軸方向が前記流体ヘッダ（１３１，１３３）の軸芯方向に沿うようにして、前記流体ヘッダの前記開口（１３１ｂ，１３３ｂ）に差し込まれる、
請求項１に記載の熱交換器（２２）。
【請求項３】
前記扁平管（１２２，１２３）は、前記扁平管の長手方向に沿って延びると共に前記長軸方向に並んで配置された前記流体が流れるための複数の第１流路（１２２ａ，１２３ａ）を有し、
前記扁平管の前記先端部（１２２ｃ，１２３ｃ）には、各前記第１流路（１２２ａ，１２３ａ）に対応する穴が複数形成されている、
請求項２に記載の熱交換器（２２）。
【請求項４】
前記流体ヘッダ（１３１，１３３）は、前記流体ヘッダの軸芯方向に延びており、前記流体が流れるための第２流路（１３１ｅ，１３３ｅ）を更に有しており、
前記第２流路（１３１ｅ，１３３ｅ）は、
前記流体ヘッダの軸芯と直交して切断される断面視において、円形の形状となっており、
前記開口（１３１ｂ，１３３ｂ）側に寄るようにして配置されている、
請求項１〜３のいずれかに記載の熱交換器（２２）。
【請求項５】
前記流体ヘッダ（２３１，２３３）は、前記流体ヘッダの軸芯方向に延びており、前記流体が流れるための第２流路（２３１ｅ，２３３ｅ）を更に有しており、
前記第２流路（２３１ｅ，２３３ｅ）は、前記流体ヘッダの軸芯と直交して切断される断面視において、前記開口（２３１ｂ，２３３ｂ）側に膨らんだＤ型の形状となっている、
請求項１〜３のいずれかに記載の熱交換器（２２２）。
【請求項６】
前記流体ヘッダ（３３１，３３３）の前記第１部分（３３１ｄ，３３３ｄ）に接着され、前記第１部分の強度を補強するための補強部材（３４０，３４１）、
を更に備える、
請求項１〜５のいずれかに記載の熱交換器（３２２）。
【請求項７】
前記補強部材（３４０，３４１）は、前記第１部分（３３１ｄ，３３３ｄ）との接触部分にろう材が付着されたクラッド材で形成されている、
請求項６に記載の熱交換器（３２２）。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１０−２８１４７５（Ｐ２０１０−２８１４７５Ａ）
【公開日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１３３３４７（Ｐ２００９−１３３３４７）
【出願日】平成２１年６月２日（２００９．６．２）
【出願人】（０００００２８５３）ダイキン工業株式会社 (7,604)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月２日（２００９．６．２）
【出願人】（０００００２８５３）ダイキン工業株式会社 (7,604)
【Ｆターム（参考）】
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