JP2001153571A - 熱交換器 - Google Patents

熱交換器

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典秀 河地
Toshihiro Imai
敏博 今井
Toshiya Koga
俊哉 甲賀
Tomoaki Kobayakawa
智明 小早川
Kazutoshi Kusakari
和俊 草刈
Michiyuki Saikawa
路之 斉川
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 水道水に対する耐食性、および冷媒側の高耐
圧性を確保する。 【解決手段】 ステンレスよりなる一対のステンレス成
形材４、５を張り合わせて内部に水道水通路２４を形成
し、そのカップ形状の一対のステンレス成形材４、５間
にステンレス製のインナーフィン６を挿入した後に、銅
ろう材箔をろう材として用いて接合部分をろう付けする
ことでステンレス成形チューブ３を製作して、水道水通
路２４の通路壁の耐食性を確保した。また、アルミニウ
ムを押出し成形することにより、複数の冷媒通路２３を
有する多穴管形状のアルミ押出しチューブ２を製作して
冷媒（ＣＯ2 ）側の高耐圧性を確保した。そして、アル
ミニウムの薄いろう材箔を用いてステンレス成形チュー
ブ３とアルミ押出しチューブ２とを真空ろう付けにより
接合することで、ヒートポンプ式給湯装置の温水器とし
て使用される冷媒水熱交換器１を製造した。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、冷媒等の第１作動
流体と水等の第２作動流体との熱交換を行う熱交換器に
関するもので、特に二酸化炭素よりなる冷媒と水道水と
を熱交換する冷凍サイクル用熱交換器に係わる。
【０００２】
【従来の技術】従来より、特開平５−１９６３７７号公
報においては、内部に複数の第１、第２流体通路を有す
る２つの第１、第２押出成形物を、ろう付けまたは半田
付け等の接合手段を用いて熱的に接合することで、第１
押出成形物の複数の第１流体通路内を流れる第１作動流
体（例えば冷媒）から、第２押出成形物の複数の第２流
体通路内を流れる第２作動流体（例えば水）へ熱を移動
させるための熱交換器が提案されている。なお、一般的
に、２つの第１、第２押出成形物の材質としてはアルミ
ニウムが用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが、従来のアル
ミニウム製の第１、第２押出成形物を熱的に接合してな
る熱交換器においては、第２作動流体として水道水を使
うと、その水道水中に含まれる塩素の影響によって、ア
ルミニウム製の第２押出成形物の第２流体通路の通路壁
が腐食するという問題が生じている。
【０００４】なお、熱交換器においては、冷媒として二
酸化炭素（ＣＯ2 ）を使う場合には、冷媒用流路管とし
て高耐圧性が要求されるので、上述のように金属材料を
押出し成形することにより製造される、内部に複数の冷
媒通路を有する冷媒用多穴管が望まれる。
【０００５】また、何らかの内部腐食が発生し、更に腐
食が進行して第１、第２作動流体の通路が繋がってしま
うという可能性がある。そして、冷媒側の押出成形物か
ら水道水側の押出成形物に貫通すると、冷媒の方が圧力
が高いために、冷媒側の押出成形物から水道水側の押出
成形物への冷媒漏れが生じる。この場合には、冷媒中に
溶けているコンプレッサオイルが水道水側の押出成形物
に入ってしまい、飲料用として不適な水となるという問
題が生じる。
【０００６】
【発明の目的】本発明の目的は、アルミニウム等の腐食
性金属よりも耐食性に優れた耐食性金属を使用すること
で、水、特に水道水に対して水通路の通路壁の耐腐食性
を確保することのできる熱交換器を提供することにあ
る。また、冷媒側から水側への流れを抑制することので
きる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】請求項１に記載の発明に
よれば、成形性に優れた金属材によって成形された第１
チューブ部材と、水に対する耐食性が良好な金属材によ
って成形された第２チューブ部材とを熱的に密に接合す
ることにより熱交換器を構成している。これにより、
水、特に水道水中に含まれる塩素に対する水路の通路壁
の耐腐食性を十分に確保することができる。
【０００８】請求項２に記載の発明によれば、第１チュ
ーブ部材と第２チューブ部材とを接合するろう材、およ
びこのろう材に混合された亜鉛よりなる亜鉛拡散層を設
けることにより、第２チューブ部材が腐食して水が漏れ
たとしても、その亜鉛拡散層を選択的に腐食させること
で、第１チューブ部材の内部と第２チューブ部材内に形
成される水路とが貫通することはない。これにより、第
２チューブ部材内を流れる水に冷媒が混ざることはな
い。
【０００９】請求項３に記載の発明によれば、水道水に
対して耐食性に優れた材料から成形される水用流路管を
設けることにより、水、特に水道水中に含まれる塩素に
対する水路の通路壁の耐腐食性を十分に確保することが
できる。そして、冷媒管と水用流路管とを熱的に密に接
合することにより、冷媒管の複数の冷媒通路内を流れる
冷媒と水用流路管の水路内を流れる水との熱交換を良好
に行うことができる。
【００１０】請求項４に記載の発明によれば、冷媒管の
表面に冷媒管の芯材に対して、電位の低い犠牲材層を設
けることにより、水用流路管が腐食して水道水が漏れた
としても、その犠牲材層を選択的に腐食させることで、
水用流路管の内部と冷媒管の内部とが貫通することはな
い。これにより、水用流路管内を流れる水道水に冷媒が
混ざることはない。
【００１１】請求項５に記載の発明によれば、冷媒管と
水用流路管とを接合するろう材、およびこのろう材に混
合された亜鉛よりなる亜鉛拡散層を設けることにより、
水用流路管が腐食して水道水が漏れたとしても、その亜
鉛拡散層を選択的に腐食させることで、水用流路管の内
部と冷媒管の内部とが貫通することはない。これによ
り、水用流路管内を流れる水道水に冷媒が混ざることは
ない。
【００１２】請求項６に記載の発明によれば、アルミニ
ウム材を押出し成形することによって多穴管を構成して
いるので、冷媒管の高耐圧性を維持することができる。
また、多穴管よりも耐食性に優れた金属材を成形するこ
とによって水用流路管を構成しているので、水、特に水
道水中に含まれる塩素に対する水路の通路壁の耐食性を
確保することができる。そして、多穴管と水用流路管と
を熱的に密に接合することにより、冷媒用多穴管の複数
の冷媒通路内を流れる冷媒と水用流路管の水路内を流れ
る水との熱交換を良好に行うことができる。
【００１３】請求項７に記載の発明によれば、多穴管の
表面に多穴管の芯材に対して、電位の低い犠牲材層を設
けることにより、水用流路管が腐食して水が漏れたとし
ても、その犠牲材層を選択的に腐食させることで、水用
流路管内に形成される水路と多穴管内に形成される冷媒
通路とが貫通することはない。これにより、水用流路管
内を流れる水に冷媒が混ざることはない。
【００１４】請求項８に記載の発明によれば、多穴管と
水用流路管とを接合するろう材、およびこのろう材に混
合された亜鉛よりなる亜鉛拡散層を設けることにより、
水用流路管が腐食して水道水が漏れたとしても、その亜
鉛拡散層を選択的に腐食させることで、水用流路管内に
形成される水路と多穴管内に形成される冷媒通路とが貫
通することはない。これにより、水用流路管内を流れる
水に冷媒が混ざることはない。
【００１５】請求項９に記載の発明によれば、耐食性に
優れた金属材を成形することによって略波形形状のイン
ナーフィンを製作している。そして、そのインナーフィ
ンを水用流路管の水路内に挿入して接合することによ
り、水から冷媒への伝熱効率を向上することができると
共に、インナーフィンの耐食性を確保することができ
る。
【００１６】請求項１０に記載の発明によれば、耐食性
に優れた金属材を成形することによって第１の金属成形
チューブを設け、耐食性に優れた金属材を成形すること
によって第２の金属成形チューブを設け、接合手段によ
って第１の金属成形チューブと第２の金属成形チューブ
とを２段に重ねて熱的に密に接合することにより、押出
し成形品よりなる多穴管と同程度の耐圧性の高い第１、
第２の金属成形チューブの生産性を向上することができ
る。
【００１７】請求項１１に記載の発明によれば、第１の
金属成形チューブまたは第２の金属成形チューブのいず
れか一方の金属成形チューブの通路壁面に凹凸部を設け
ることにより、第１作動流体または第２作動流体のいず
れか一方の作動流体の流れを乱すことができるので、一
方の作動流体と他方の作動流体との熱交換効率を向上す
ることができる。
【００１８】請求項１２に記載の発明によれば、第１の
金属成形チューブまたは第２の金属成形チューブのいず
れか一方の金属成形チューブの表面に、その一方の金属
成形チューブの芯材に対して、電位の低い犠牲材層を設
けることにより、他方の金属成形チューブが腐食して水
が漏れたとしても、その犠牲材層を選択的に腐食させる
ことで、一方の金属成形チューブ内を流れる水と他方の
金属成形チューブ内を流れる冷媒とが混ざることはな
い。
【００１９】請求項１３に記載の発明によれば、第１の
金属成形チューブと第２の金属成形チューブとを接合す
るろう材、およびこのろう材に混合された亜鉛よりなる
亜鉛拡散層を設けることにより、第１の金属成形チュー
ブまたは第２の金属成形チューブのいずれか一方の金属
成形チューブが腐食して水道水が漏れたとしても、その
亜鉛拡散層を選択的に腐食させることで、一方の金属成
形チューブ内を流れる水と他方の金属成形チューブ内を
流れる冷媒とが混ざることはない。
【００２０】請求項１４に記載の発明によれば、耐食性
に優れた金属材を押出し成形することによって設けた偏
平な流路管内に、耐食性に優れた金属材を成形すること
によって設けた金属成形部材を挿入して熱交換器用チュ
ーブを構成することにより、流路管および金属成形部材
の耐食性を確保することができる。また、押出し成形品
よりなる多穴管と同程度の耐圧性の高い流路管の生産性
を向上することができる。
【００２１】請求項１５に記載の発明によれば、流路管
と金属成形部材の基板部の一端面との間には、複数の第
１柱部により区画された複数の第１流体通路が設けら
れ、流路管と金属成形部材の基板部の他端面との間に
は、複数の第２柱部により区画された複数の第２流体通
路が設けられている。これにより、第１作動流体または
第２作動流体として水、特に水道水を使用した場合で
も、第１流体通路または第２流体通路の通路壁の耐食性
を確保することができる。また、第２作動流体または第
１作動流体として二酸化炭素ガス等の冷媒を使用した場
合でも、第２流体通路または第１流体通路の通路壁の高
耐圧性を確保することができる。
【００２２】請求項１６に記載の発明によれば、耐食性
に優れた金属材を成形することによって設けた一対の金
属板材間に、耐食性に優れた金属材を成形することによ
って設けた金属成形部材を挟み込んで熱交換器用チュー
ブを構成することにより、一対の金属板材および金属成
形部材の耐食性を確保することができ、且つ押出し成形
品よりなる多穴管と同程度の耐圧性の高い流路管の生産
性を向上することができる。
【００２３】請求項１７に記載の発明によれば、一対の
金属板材のうちの一方の金属板材と金属成形部材の基板
部の一端面との間には、複数の第１柱部により区画され
た複数の第１流体通路が設けられ、一対の金属板材のう
ちの他方の金属板材と金属成形部材の基板部の他端面と
の間には、複数の第２柱部により区画された複数の第２
流体通路が設けられている。これにより、第１作動流体
または第２作動流体として水、特に水道水を使用した場
合でも、第１流体通路または第２流体通路の通路壁の耐
食性を確保することができ、第２作動流体または第１作
動流体として二酸化炭素ガス等の冷媒を使用した場合で
も、第２流体通路または第１流体通路の通路壁の高耐圧
性を確保することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】〔第１実施形態の構成〕図１およ
び図２は本発明の第１実施形態を示したもので、図１は
ヒートポンプ式給湯装置の温水器として使用される熱交
換器の主要構成を示した図で、図２（ａ）、（ｂ）は熱
交換器の全体構成を示した図である。
【００２５】本実施形態の熱交換器１は、住宅の風呂や
台所への給湯を行うヒートポンプ式給湯装置に使用さ
れ、冷媒圧縮機の吐出口から吐出された冷媒（例えば二
酸化炭素（ＣＯ2 ）ガス）とこの冷媒の流れ方向に対し
て対向（対向流）して流れる水道水とを熱交換すること
で、水道水を加熱する温水器（冷媒水熱交換器）であ
る。
【００２６】この熱交換器１は、冷媒用入口側タンク１
１と冷媒用出口側タンク１２との間に接続されたアルミ
押出しチューブ２と、水道水用入口側ヘッダ１３と水道
水用出口側ヘッダ１４との間に接続されたステンレス成
形チューブ３とを備え、これらのアルミ押出しチューブ
２とステンレス成形チューブ３とをノコロックろう付け
または真空ろう付け等の接合手段を用いて熱的に密に接
合している。
【００２７】冷媒用入口側タンク１１の一端部には、冷
媒配管を介して冷媒圧縮機の吐出口と接続させるための
入口側ユニオン１５が設けられている。また、冷媒用出
口側タンク１２の他端部には、冷媒配管を介して膨張弁
等の減圧装置と接続させるための出口側ユニオン１６が
設けられている。
【００２８】そして、水道水用入口側ヘッダ１３には、
折り曲げられた円管形状の入口側配管２１が接続され、
水道水用出口側ヘッダ１４には、折り曲げられた円管形
状の出口側配管２２が接続されている。
【００２９】アルミ押出しチューブ２は、本発明の冷媒
用多穴管に相当するもので、図１に示したように、押し
出し性の良好な金属（例えばアルミニウムを主成分とす
る金属）よりなり、内部を水道水と熱交換する冷媒が流
れる複数の冷媒通路２３を有している。
【００３０】複数の冷媒通路２３は、通路の形成方向
（図１において左右方向）よりも孔方向（図１において
奥行き方向）の寸法が大きい丸穴形状の貫通孔である。
なお、冷媒通路２３内にインナーフィンが挿入されてい
ても良い。
【００３１】ステンレス成形チューブ３は、本発明の水
用流路管に相当するもので、図１に示したように、アル
ミニウムよりも耐食性に優れた耐食性金属（例えばステ
ンレスを主成分とする金属）よりなる一対のステンレス
成形材４、５を張り合わせて内部に水道水通路２４を形
成した水道水用流路管である。
【００３２】一対のステンレス成形材４、５のうちの一
方のステンレス成形材４は、他方のステンレス成形材５
の通路壁面との間に水道水通路２４を形成するようにカ
ップ形状に凹んだ凹状部２５を有している。水道水通路
２４内には、アルミニウムよりも耐食性に優れた耐食性
金属（例えばステンレス）よりなる波形形状のインナー
フィン６が挿入されている。
【００３３】〔第１実施形態の製造方法〕次に、本実施
形態の熱交換器１の製造方法を図１および図２に基づい
て簡単に説明する。
【００３４】先ず、純アルミニウム系の金属材料を多穴
管押出し用ダイス（図示せず）内に入れて熱間押出し成
形することによって、偏平な長円形状で、多穴管形状の
アルミ押出しチューブ２を製作している。なお、アルミ
押出しチューブ２に形成される複数の冷媒通路２３は、
内部を流れる冷媒に対する耐圧性を向上させるために丸
穴形状に成形される。
【００３５】一方、波形（コルゲート）形状に一対のフ
ィン用ローラ成形機（図示せず）間を通して成形したイ
ンナーフィン６を、一対のチューブ用ローラ成形機（図
示せず）間を通してカップ状に成形した一対のステンレ
ス成形材４、５の間に挿入する。
【００３６】そして、板厚が約５０μｍの銅ろう材箔
（図示せず）を、ステンレス成形材４、５とインナーフ
ィン６との間に挿入し、一対のステンレス成形材４、５
の両端部同士を、プレス成形によってステンレス成形材
４の平板形状の短片部２６をステンレス成形材５の横Ｕ
字形状の長片部２７によってかしめて挟み込んで固定し
た後に、銅ろう材箔をろう材として接合することでステ
ンレス成形チューブ３が製作される。
【００３７】そして、アルミニウムの薄いろう材箔（図
示せず）をアルミ押出しチューブ２の接合面とステンレ
ス成形チューブ３の接合面との間に挿入して、アルミ押
出しチューブ２の接合面とステンレス成形チューブ３の
接合面とをノコロックろう付け法または真空ろう付け法
を用いて熱的に密に接合する。
【００３８】ここで、アルミニウムろう材箔は、銅ろう
材箔よりも低融点のため、先にステンレス成形チューブ
３のろう付けを行った後に、アルミ押出しチューブ２と
ステンレス成形チューブ３とのろう付けを行っても、銅
ろう材が溶け出すことはなく、ステンレス成形チューブ
３の接合強度が低下することはない。
【００３９】次に、図２（ａ）、（ｂ）に示したよう
に、冷媒用入口側タンク１１、冷媒用出口側タンク１２
をアルミニウム製の筒材によって製作し、その筒材にア
ルミ押出しチューブ２の端部を挿入することが可能な縦
長の長円形穴（図示せず）を開けて、その縦長の長円形
穴内にアルミ押出しチューブ２の端部を差し込んでアル
ミ一体ろう付けによって、アルミ押出しチューブ２の図
示左端部と冷媒用入口側タンク１１とを接合し、且つア
ルミ押出しチューブ２の図示右端部と冷媒用出口側タン
ク１２とを接合する。
【００４０】また、水道水用入口側ヘッダ１３、水道水
用出口側ヘッダ１４を銅製の筒材によって製作し、ステ
ンレス成形チューブ３の端部に挿入してトーチろう付け
によって、ステンレス成形チューブ３の図示右端部と水
道水用入口側ヘッダ１３とを接合し、且つステンレス成
形チューブ３の図示左端部と水道水用出口側ヘッダ１４
とを接合することで熱交換器１を製造する。
【００４１】〔第１実施形態の作用〕次に、本実施形態
の熱交換器１の作用を図１および図２に基づいて簡単に
説明する。
【００４２】冷媒圧縮機の吐出口より吐出された高温、
高圧の冷媒ガスは、冷媒配管を通って冷媒用入口側タン
ク１１内に流入する。そして、冷媒用入口側タンク１１
内に流入した冷媒ガスは、アルミ押出しチューブ２に形
成された複数の冷媒通路２３内に流入して冷媒通路２３
を通過する際に水道水と熱交換して冷却される。そし
て、冷媒ガスは、冷媒用出口側タンク１２内に流入した
後に、冷媒配管を介して膨張弁等の減圧装置に向かう。
【００４３】一方、水道管より入口側配管２１を通って
水道水用入口側ヘッダ１３内に流入した水道水は、ステ
ンレス成形チューブ３の水道水通路２４内に流入して、
水道水通路２４を通過する際に冷媒ガスと熱交換して加
熱されて温水となる。そして、温水は、水道水用出口側
ヘッダ１４内に流入した後に、出口側配管２２を通って
風呂または台所等の給湯場所に向かう。
【００４４】〔第１実施形態の効果〕以上のように、本
実施形態の熱交換器１は、純アルミニウム系の金属材料
よりも耐食性に優れたステンレス成形材４、５をインナ
ーフィン６を挟み込んだ状態でろう付けにより接合する
ことで、内部に水道水通路２４を有するステンレス成形
チューブ３を構成することによって、水道水中に含まれ
る塩素に対するステンレス成形材４、５の通路壁、イン
ナーフィン６の表面およびろう材としての銅ろう材箔の
耐腐食性を、純アルミニウム系の金属材料を用いたもの
と比較して飛躍的に向上することができる。
【００４５】また、冷媒用流路管としては、冷媒ガスと
して二酸化炭素（ＣＯ2 ）ガスを使用した場合には、フ
ロン系の冷媒ガスを使用したものと比較して高耐圧性を
確保する必要があるが、本実施形態では、純アルミニウ
ム系の金属材料を押出し成形して複数の冷媒通路２３を
有するアルミ押出しチューブ２を構成することによっ
て、冷媒用流路管の高耐圧性を確保することができる。
【００４６】〔第２実施形態〕図３は本発明の第２実施
形態を示したもので、熱交換器用チューブを示した図で
ある。
【００４７】本実施形態の熱交換器用チューブ７は、２
個の部品に分割して構成したもので、純アルミニウム系
の金属材料よりも耐食性に優れた銅材料をプレス成形
（ローラ成形）することによって製作された所定の形状
の銅成形部材３１と、銅材料を押出し成形することによ
って製作された偏平化した銅成形チューブ３２とから構
成して、その銅成形チューブ３２内に銅成形部材３１を
挿入して銅ろう付け等の接合手段を用いて熱的に密に接
合している。
【００４８】銅成形部材３１は、本発明の金属成形部材
に相当するもので、平板状の基板部３４、この基板部３
４の一端面から一方側（図示上方側）に突出した複数の
第１柱部（第１突条部）３５、および基板部３４の他端
面から他方側（図示下方側）に突出した複数の第２柱部
（第２突条部）３６を有している。
【００４９】銅成形チューブ３２は、本発明の流路管に
相当するもので、断面円形状の銅製チューブを横長の長
円形状となるように潰すことで成形される。この銅成形
チューブ３２の通路壁面と銅成形部材３１の基板部３４
の一端面との間には、複数の第１柱部３５により区画さ
れた複数の冷媒通路（第１流体通路）３７が形成されて
いる。これらの冷媒通路３７内には、冷媒（第１作動流
体）が流れる。
【００５０】また、銅成形チューブ３２の通路壁面と銅
成形部材３１の基板部３４の他端面との間には、複数の
第２柱部３６により区画された複数の水道水通路（第２
流体通路）３８が形成されている。これらの水道水通路
３８内には、水道水（第２作動流体）が流れる。
【００５１】そして、本実施形態の熱交換器用チューブ
７は、銅成形部材３１を銅成形チューブ３２の中に挿入
して周囲を潰すことで、銅成形部材３１と銅成形チュー
ブ３２の内表面（通路壁面）を密に組み付けて、その後
に、銅ろう付けで熱的に密に接合する。なお、熱交換器
用チューブ７の内部の接合面には、予めペースト状の銅
ろう材を塗布しておく。また、押出し成形と同時に、型
成型材を接合することで構成することもできる。
【００５２】本実施形態においても、第１実施形態と同
様な効果を達成できると共に、銅材料はアルミニウム材
料に対して押出し性が低下するが、上記のような第１、
第２柱部３５、３６を成形加工した銅成形部材３１を銅
成形チューブ３２内に挿入することで、第１実施形態の
アルミ押出しチューブ２と略同一の構造の高耐圧性の多
穴管を容易に製作することができる。
【００５３】〔第３実施形態〕図４は本発明の第３実施
形態を示したもので、熱交換器用チューブを示した図で
ある。
【００５４】本実施形態の熱交換器用チューブ８は、３
個の部品に分割して構成したもので、銅材料をプレス成
形（ローラ成形）することによって製作された所定の形
状の銅成形部材４１と、銅材料をプレス成形（ローラ成
形）することによって製作された一対の平板状蓋体４
２、４３とから構成して、一対の平板状蓋体４２、４３
間に銅成形部材４１を挟み込んで銅ろう付け等の接合手
段を用いて熱的に密に接合している。
【００５５】銅成形部材４１は、本発明の金属成形部材
に相当するもので、平板状の基板部４４、この基板部４
４の一端面から一方側（図示上方側）に突出した複数の
第１柱部（第１突条部）４５、および基板部４４の他端
面から他方側（図示下方側）に突出した複数の第２柱部
（第２突条部）４６を有している。
【００５６】一対の平板状蓋体４２、４３は、本発明の
一対の金属板材に相当する。平板状蓋体４２の通路壁面
と銅成形部材４１の基板部４４の一端面との間には、複
数の第１柱部４５により区画された複数の冷媒通路（第
１流体通路）４７が形成されている。これらの冷媒通路
４７内には、冷媒（第１作動流体）が流れる。
【００５７】また、平板状蓋体４３の通路壁面と銅成形
部材４１の基板部４４の他端面との間には、複数の第２
柱部４６により区画された複数の水道水通路（第２流体
通路）４８が形成されている。これらの水道水通路４８
内には、水道水（第２作動流体）が流れる。
【００５８】〔第４実施形態〕図５および図６は本発明
の第４実施形態を示したもので、図５は熱交換器の主要
構成を示した図で、図６（ａ）は第２の銅押出し成形チ
ューブを示した図で、（ｂ）は熱交換器を示した図であ
る。
【００５９】本実施形態の熱交換器９は、第１実施形態
と同様に、住宅の風呂や台所への給湯を行うヒートポン
プ式給湯装置に使用され、冷媒圧縮機の吐出口から吐出
された冷媒ガス（例えばＣＯ2 ガス）と水道水とを熱交
換して水道水を加熱する温水器である。
【００６０】熱交換器９は、銅材料を押出し成形してな
る第１の銅押出し成形チューブ（第１の金属成形チュー
ブ）５１と、銅材料を押出し成形してなる第２の銅押出
し成形チューブ（第２の金属成形チューブ）５２とから
構成して、第１の銅押出し成形チューブ５１と第２の銅
押出し成形チューブ５２とを２段に重ねて銅ろう付け等
の接合手段を用いて熱的に密に接合している。
【００６１】第１の銅押出し成形チューブ５１は、板厚
が薄く、冷媒の流れ方向に向けて板長さが非常に長い多
穴管である。この第１の銅押出し成形チューブ５１に
は、内部を冷媒が流れる複数の冷媒通路５３が形成され
ている。また、第２の銅押出し成形チューブ５２は、板
厚が薄く、水道水の流れ方向に向けて板長さが非常に長
い多穴管である。この第２の銅押出し成形チューブ５２
には、内部を水道水が流れる複数の水道水通路５４が形
成されている。
【００６２】〔第５実施形態〕図７は本発明の第５実施
形態を示したもので、図７（ａ）は第２の銅押出し成形
チューブを示した図で、（ｂ）は熱交換器を示した図で
ある。
【００６３】本実施形態では、第４実施形態と同様にし
て、銅材料を押出し成形してなる第１の銅押出し成形チ
ューブ５１と、銅材料を押出し成形してなる第２の銅押
出し成形チューブ５２とから構成して、第１の銅押出し
成形チューブ５１と第２の銅押出し成形チューブ５２と
を２段に重ねて銅ろう付け等の接合手段を用いて熱的に
密に接合している。
【００６４】そして、第２の銅押出し成形チューブ５２
の片側（第１の銅押出し成型チューブ５１側に対して反
対側）の表面には、水道水の流れを乱流化するために凸
部５５ａと凹部５５ｂとを交互に繰り返すような凹凸部
５５が設けられている。また、第２の銅押出し成形チュ
ーブ５２の複数の水道水通路５４の片側の通路壁面に
は、水道水の流れを乱流化するために凸部５６ａと凹部
５６ｂとを交互に繰り返すような凹凸部５６が設けられ
ている。このように、第２の銅押出し成形チューブ５２
の片側の通路壁面に凹凸部５６を形成することにより、
複数の水道水通路５４内を通過する水道水の流れを乱す
ことができるので、水道水と冷媒との熱交換効率を向上
することができる。
【００６５】〔第６実施形態〕図８は本発明の第６実施
形態を示したもので、図８（ａ）は第２の銅押出し成形
チューブを示した図で、（ｂ）は熱交換器を示した図で
ある。
【００６６】本実施形態では、第５実施形態と同様にし
て、銅材料を押出し成形してなる第１の銅押出し成形チ
ューブ５１と、銅材料を押出し成形してなる第２の銅押
出し成形チューブ５２とから構成して、第１の銅押出し
成形チューブ５１と第２の銅押出し成形チューブ５２と
を２段に重ねて銅ろう付け等の接合手段を用いて熱的に
密に接合している。
【００６７】本実施形態の第２の銅押出し成形チューブ
５２の両面には、凸部５５ａと凹部５５ｂとを交互に繰
り返すような凹凸部５５が設けられている。また、第２
の銅押出し成形チューブ５２の複数の水道水通路５４の
両側の通路壁面には、凸部５６ａと凹部５６ｂとを交互
に繰り返すような凹凸部５６が設けられている。このよ
うに、第２の銅押出し成形チューブ５２の両側の通路壁
面に凹凸部５６を形成することにより、複数の水道水通
路５４内を通過する水道水の流れを、第５実施形態より
も更に乱すことができるので、水道水と冷媒との熱交換
効率を更に向上することができる。
【００６８】〔第７実施形態の構成〕図９ないし図１１
は本発明の第７実施形態を示したもので、図９は熱交換
器の主要構成を示した図で、図１０および図１１は熱交
換器の全体構成を示した図である。
【００６９】本実施形態の熱交換器１は、第１実施形態
と同様にヒートポンプ式給湯装置に使用され、冷媒用入
口側タンク１１と冷媒用出口側タンク１２との間に接続
されたアルミ押出しチューブ２と、水道水用入口側ヘッ
ダ１３と水道水用出口側ヘッダ１４との間に接続された
ステンレス成形チューブ３とを備え、これらのアルミ押
出しチューブ２とステンレス成形チューブ３とをノコロ
ックろう付けまたは真空ろう付け等の接合手段を用いて
熱的に密に接合している。
【００７０】そして、冷媒用入口側タンク１１の一端部
には、第１実施形態と同様に入口側ユニオン１５が設け
られ、また、冷媒用出口側タンク１２の他端部には、第
１実施形態と同様に出口側ユニオン１６が設けられてい
る。そして、水道水用入口側ヘッダ１３には、第１実施
形態と同様に入口側配管２１が接続され、また、水道水
用出口側ヘッダ１４には、第１実施形態と同様に出口側
配管２２が接続されている。
【００７１】アルミ押出しチューブ２は、本発明の冷媒
用多穴管に相当するもので、例えばアルミニウム−マン
ガン（Ａｌ−Ｍｎ）系のアルミニウム合金よりなるチュ
ーブ芯材６１を押出し成形することによって製造され
て、内部に複数の冷媒通路２３を有している。また、チ
ューブ芯材６１の表面には、チューブ芯材６１よりも耐
腐食性の劣るチューブ犠牲材６２を形成している。その
チューブ犠牲材６２は、例えばアルミニウム−亜鉛（Ａ
ｌ−Ｚｎ）系のアルミニウム合金よりなる。
【００７２】ステンレス成形チューブ３は、本発明の水
用流路管に相当するもので、アルミニウム合金よりも耐
食性に優れた耐食性金属（例えばステンレス：ＳＵＳ）
よりなる一対のステンレス成形材４、５を張り合わせて
内部に水道水通路２４を形成した水道水用流路管であ
る。
【００７３】一対のステンレス成形材４、５のうちの一
方のステンレス成形材４には、カップ形状に凹んだ凹状
部２５が形成されている。なお、水道水通路２４内に
は、アルミニウム合金よりも耐食性に優れた耐食性金属
（例えばステンレス：ＳＵＳ）よりなる波形形状のイン
ナーフィン６が挿入されている。
【００７４】〔第７実施形態の製造方法〕次に、本実施
形態の熱交換器１の製造方法を図９ないし図１１に基づ
いて簡単に説明する。
【００７５】先ず、第１実施形態と同様にステンレス成
形チューブ３を製作し、且つ第１実施形態と同様にアル
ミ押出しチューブ２（チューブ芯材６１）を製作する。
次に、チューブ芯材６１の表面に、アルミニウム−亜鉛
粉末を溶射で塗布した後に、板厚が約５０μｍのアルミ
ニウムろう材箔をステンレス成形チューブ３とアルミ押
出しチューブ２との間に挿入しておく。
【００７６】そして、加熱炉（窒素雰囲気）中で、アル
ミニウムろう材箔の融点よりも高く、チューブ芯材６１
の融点よりも低いろう付け温度でアルミニウムろう材箔
を加熱溶融させることによって、アルミ押出しチューブ
２とステンレス成形チューブ３とがろう付け接合され
る。このろう付け接合時に、チューブ芯材６１に塗布さ
れたアルミニウム−亜鉛粉末中の亜鉛原子がアルミニウ
ム合金の表面に拡散する。これにより、チューブ芯材６
１の表面にチューブ犠牲材６２が形成される。
【００７７】なお、アルミ押出しチューブ２の表面とス
テンレス成形チューブ３の表面との接合は、薄いアルミ
ニウムろう材箔または銅ろう材箔をアルミ押出しチュー
ブ２とステンレス成形チューブ３との間に挿入し、ノコ
ロックろう付け法、あるいは真空ろう付け法で接合して
も良い。また、アルミ押出しチューブ２とステンレス成
形チューブ３とは、高熱伝導接着材で接合しても良い。
【００７８】〔第７実施形態の特徴〕ここで、ステンレ
ス成形チューブ３内において何らかの内部腐食が発生
し、更に腐食が進行してステンレス成形チューブ３の水
道水通路２４から水道水が漏れ出し、この漏れ出した水
道水がアルミ押出しチューブ２を腐食させる可能性があ
る。
【００７９】そして、アルミ押出しチューブ２の冷媒通
路２３とステンレス成形チューブ３の水道水通路２４と
が貫通すると、冷媒の方が水道水よりも圧力が高いため
に、アルミ押出しチューブ２からステンレス成形チュー
ブ３への冷媒漏れが生じる可能性がある。この場合に
は、冷媒中に溶けているコンプレッサオイルが水道水側
のステンレス成形チューブ３に入ってしまい、飲料用と
して不適な水道水となるという問題が生じる。
【００８０】そこで、上記の問題を解決する目的で、本
実施形態の熱交換器１では、アルミ押出しチューブ２の
表面に、チューブ芯材６１に対して耐食性の劣るチュー
ブ犠牲材６２を設けている。これにより、アルミ押出し
チューブ２のチューブ芯材６１に対してチューブ犠牲材
６２の部位の電位が例えば１００ｍＶ下がるので、水道
水が作用してこの部分で局部電池が形成されたとする
と、この電位の低いチューブ犠牲材６２が選択的に腐食
することになる。
【００８１】その結果、熱交換器１の熱交換部を構成す
るアルミ押出しチューブ２の冷媒通路２３とステンレス
成形チューブ３の水道水通路２４とが貫通することな
く、水道水は外に流れるため、これを何らかの方法で検
出すれば、冷媒が水道水回路に混入することはない。こ
れにより、冷媒中に溶けているコンプレッサオイルが水
道水側の押出成形物に入ってしまい、飲料用として不適
な水となるという問題を回避できる。
【００８２】〔第８実施形態〕図１２は本発明の第８実
施形態を示したもので、熱交換器の主要構成を示した図
である。
【００８３】本実施形態では、熱交換器用冷媒チューブ
をステンレス成形チューブからアルミ押出しチューブ６
３に変更している。このアルミ押出しチューブ６３は、
例えばアルミニウム−マンガン系のアルミニウム合金
を、多穴管押出し用ダイス（図示せず）内に入れて熱間
押出し成形することによって、偏平な長円形状で、多穴
管形状の冷媒用流路管を製作している。なお、アルミ押
出しチューブ６３に形成される複数の冷媒通路６４は、
略方形状で、複数の柱部６５によって区画されている。
【００８４】〔第９実施形態〕図１３は本発明の第９実
施形態を示したもので、熱交換器の主要構成を示した図
である。
【００８５】本実施形態では、水道水側のアルミ押出し
チューブ２と冷媒側のアルミ押出しチューブ６３とのろ
う付けに用いるフラックス粉末（例えばフッ素系のフラ
ックス）の中に亜鉛粉末を入れることで、アルミ押出し
チューブ２とアルミ押出しチューブ６３との接合部のみ
に、各チューブのチューブ芯材よりも耐食性が悪く、チ
ューブ芯材よりも電位的に低い（卑な）亜鉛拡散層６６
を形成している。その亜鉛拡散層６６は、アルミニウム
−亜鉛系のアルミニウム合金よりなる。
【００８６】アルミ押出しチューブ２とアルミ押出しチ
ューブ６３とをろう付けする際には、アルミ押出しチュ
ーブ２とアルミ押出しチューブ６３との間に、例えば板
厚が５０μｍのアルミニウム−亜鉛系のアルミニウム合
金よりなるアルミニウムろう材箔（図示せず）を介在さ
せた状態で、加熱炉（窒素雰囲気）中にて、アルミニウ
ムろう材箔の融点以上のろう付け温度で加熱溶融させる
ことにより、アルミ押出しチューブ２とアルミ押出しチ
ューブ６３とがろう付け接合される。
【００８７】このろう付け接合時に、アルミ押出しチュ
ーブ２とアルミ押出しチューブ６３との接合部に、アル
ミニウムろう材箔中の亜鉛原子が接合部に拡散する。こ
れにより、アルミ押出しチューブ２とアルミ押出しチュ
ーブ６３との接合部に亜鉛拡散層（チューブ犠牲層）６
６が形成される。
【００８８】〔他の実施形態〕本実施形態では、アルミ
押出しチューブ２とステンレス成形チューブ３とをろう
付けにより接合した例を説明したが、アルミ押出しチュ
ーブ２とステンレス成形チューブ３とを高熱伝導接着
剤、高熱伝導シートで接着するようにしても良い。ま
た、その他に、半田付けまたは溶接等の接合手段を用い
ても良い。
【００８９】本実施形態では、ステンレスをカップ状に
成形することによりステンレス成形チューブ３を製作し
たが、銅材料をカップ状に成形することにより銅成形チ
ューブを製作しても良い。また、本実施形態では、銅材
料を成形することにより銅成形チューブ３２および一対
の平板状蓋体４２、４３を製作したが、ステンレスを成
形することにより偏平な長円形状のステンレス成形チュ
ーブまたは一対の平板状蓋体を製作しても良い。
【００９０】本実施形態では、アルミ押出しチューブ２
の冷媒通路２３、第１の銅押出し成形チューブ５１の冷
媒通路５３、第２の銅押出し成形チューブ５２の水道水
通路５４の断面形状を高耐圧性を考慮して円形状に形成
したが、アルミ押出しチューブ２の冷媒通路２３、第１
の銅押出し成形チューブ５１の冷媒通路５３、第２の銅
押出し成形チューブ５２の水道水通路５４の断面形状を
矩形状、三角形状、Ｈ字形状等に形成しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】熱交換器の主要構成を示した断面図である（第
１実施形態）。
【図２】（ａ）は熱交換器の全体構成を示した平面図
で、（ｂ）は熱交換器の全体構成を示した正面図である
（第１実施形態）。
【図３】熱交換器用チューブを示した断面図である（第
２実施形態）。
【図４】熱交換器用チューブを示した断面図である（第
３実施形態）。
【図５】熱交換器の主要構成を示した断面図である（第
４実施形態）。
【図６】（ａ）は第２の銅押出し成形チューブを示した
斜視図で、（ｂ）は熱交換器を示した断面図である（第
４実施形態）。
【図７】（ａ）は第２の銅押出し成形チューブを示した
斜視図で、（ｂ）は熱交換器を示した断面図である（第
５実施形態）。
【図８】（ａ）は第２の銅押出し成形チューブを示した
斜視図で、（ｂ）は熱交換器を示した断面図である（第
６実施形態）。
【図９】熱交換器の主要構成を示した断面図である（第
７実施形態）。
【図１０】熱交換器の全体構成を示した平面図である
（第７実施形態）。
【図１１】熱交換器の全体構成を示した正面図である
（第７実施形態）。
【図１２】熱交換器の主要構成を示した断面図である
（第８実施形態）。
【図１３】熱交換器の主要構成を示した断面図である
（第９実施形態）。
【符号の説明】
１ 熱交換器 ２ アルミ押出しチューブ（冷媒用多穴管） ３ ステンレス成形チューブ（水用流路管） ６ インナーフィン ７ 熱交換器用チューブ ８ 熱交換器用チューブ ９ 熱交換器 ２３ 冷媒通路 ２４ 水道水通路 ３１ 銅成形部材（金属成形部材） ３２ 銅成形チューブ（流路管） ３４ 基板部 ３５ 第１柱部 ３６ 第２柱部 ３７ 冷媒通路（第１流体通路） ３８ 水道水通路（第２流体通路） ４１ 銅成形部材（金属成形部材） ４２ 平板状蓋体（金属板材） ４３ 平板状蓋体（金属板材） ４４ 基板部 ４５ 第１柱部 ４６ 第２柱部 ４７ 冷媒通路（第１流体通路） ４８ 水道水通路（第２流体通路） ５１ 第１の銅押出し成形チューブ（第１の金属成形チ
ューブ） ５２ 第２の銅押出し成形チューブ（第２の金属成形チ
ューブ） ５３ 冷媒通路 ５４ 水道水通路 ６１ チューブ芯材 ６２ チューブ犠牲材 ６３ アルミ押出しチューブ ６４ 冷媒通路 ６５ 柱部 ６６ 亜鉛拡散層（チューブ犠牲層）
フロントページの続き (72)発明者 山本 憲 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 沖ノ谷 剛 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 河地 典秀 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 今井 敏博 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 甲賀 俊哉 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 小早川 智明 東京都千代田区内幸町１−１−３ 東京電 力株式会社内 (72)発明者 草刈 和俊 東京都千代田区内幸町１−１−３ 東京電 力株式会社内 (72)発明者 斉川 路之 神奈川県横須賀市長坂２−６−１ 財団法 人電力中央研究所 横須賀研究所内 Ｆターム(参考） 3L103 AA01 AA11 AA12 BB43 CC02 CC30 DD04 DD09 DD32 DD33 DD82 DD85 DD97

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】（ａ）成形性に優れた金属材によって成形
    された第１チューブ部材と、 （ｂ）水に対する耐食性が良好な金属材によって成形さ
    れて、水路を形成した第２チューブ部材と、 （ｃ）前記第１チューブ部材と前記第２チューブ部材と
    を熱的に密に接合するための接合手段とを備えた熱交換
    器。
  2. 【請求項２】請求項１に記載の熱交換器において、 前記接合手段は、前記第１チューブ部材と前記第２チュ
    ーブ部材とを接合するろう材、およびこのろう材に混合
    された亜鉛よりなる亜鉛拡散層を有することを特徴とす
    る熱交換器。
  3. 【請求項３】（ａ）高温、高圧の冷媒が内部を流れ、押
    し出し成形によって成形される冷媒管と、 （ｂ）内部を水道水が流れ、水道水に対して耐食性に優
    れた材料から成形される水用流路管と、 （ｃ）前記冷媒管と前記水用流路管とを熱的に密に接合
    するための接合手段とを備えた熱交換器。
  4. 【請求項４】請求項３に記載の熱交換器において、 前記冷媒管の表面には、前記冷媒管の芯材に対して、電
    位の低い犠牲材層が設けられたことを特徴とする熱交換
    器。
  5. 【請求項５】請求項３に記載の熱交換器において、 前記接合手段は、前記冷媒管と前記水用流路管とを接合
    するろう材、およびこのろう材に混合された亜鉛よりな
    る亜鉛拡散層を有することを特徴とする熱交換器。
  6. 【請求項６】（ａ）アルミニウム材を押出し成形するこ
    とにより設けられて、内部に複数の冷媒通路を形成した
    多穴管と、 （ｂ）この多穴管よりも耐食性に優れた金属材を成形す
    ることにより設けられて、内部に水路を形成した水用流
    路管と、 （ｃ）前記多穴管と前記水用流路管とを熱的に密に接合
    するための接合手段とを備えた熱交換器。
  7. 【請求項７】請求項６に記載の熱交換器において、 前記多穴管の表面には、前記多穴管の芯材に対して、電
    位の低い犠牲材層が設けられたことを特徴とする熱交換
    器。
  8. 【請求項８】請求項６に記載の熱交換器において、 前記接合手段は、前記多穴管と前記水用流路管とを接合
    するろう材、およびこのろう材に混合された亜鉛よりな
    る亜鉛拡散層を有することを特徴とする熱交換器。
  9. 【請求項９】請求項１ないし請求項８のうちいずれかに
    記載の熱交換器において、 前記水用流路管の水路内には、耐食性に優れた金属材を
    成形することにより設けられた略波形形状のインナーフ
    ィンが挿入されて接合されていることを特徴とする熱交
    換器。
  10. 【請求項１０】（ａ）耐食性に優れた金属材を成形する
    ことにより設けられて、内部を第１作動流体が流れる複
    数の第１流体通路を有する第１の金属成形チューブと、 （ｂ）耐食性に優れた金属材を成形することにより設け
    られて、内部を第２作動流体が流れる複数の第２流体通
    路を有する第２の金属成形チューブと、 （ｃ）前記第１の金属成形チューブと前記第２の金属成
    形チューブとを２段に重ねて熱的に密に接合するための
    接合手段とを備えた熱交換器。
  11. 【請求項１１】請求項１０に記載の熱交換器用チューブ
    において、 前記第１の金属成形チューブまたは前記第２の金属成形
    チューブのいずれか一方の金属成形チューブの通路壁面
    に凹凸部を設けたことを特徴とする熱交換器用チュー
    ブ。
  12. 【請求項１２】請求項１０または請求項１１に記載の熱
    交換器において、 前記第１の金属成形チューブまたは前記第２の金属成形
    チューブのいずれか一方の金属成形チューブの表面に
    は、その一方の金属成形チューブの芯材に対して、電位
    の低い犠牲材層が設けられたことを特徴とする熱交換
    器。
  13. 【請求項１３】請求項１０または請求項１１に記載の熱
    交換器において、 前記接合手段は、前記第１の金属成形チューブと前記第
    ２の金属成形チューブとを接合するろう材、およびこの
    ろう材に混合された亜鉛よりなる亜鉛拡散層を有するこ
    とを特徴とする熱交換器。
  14. 【請求項１４】（ａ）耐食性に優れた金属材を押出し成
    形することにより設けられた偏平な流路管と、 （ｂ）この流路管内に挿入され、耐食性に優れた金属材
    を成形することにより設けられた金属成形部材と、 （ｃ）前記流路管と前記金属成形部材とを熱的に密に接
    合するための接合手段とを備えた熱交換器用チューブ。
  15. 【請求項１５】請求項１４に記載の熱交換器用チューブ
    において、 前記金属成形部材は、平板状の基板部、この基板部の一
    端面から一方側に突出した複数の第１柱部、および前記
    基板部の他端面から前記複数の第１柱部に対して逆側に
    突出した複数の第２柱部を有し、 前記流路管は、前記基板部の一端面との間に前記複数の
    第１柱部により区画されて内部を第１作動流体が流れる
    複数の第１流体通路を有し、且つ前記基板部の他端面と
    の間に前記複数の第２柱部により区画されて内部を第２
    作動流体が流れる複数の第２流体通路を有することを特
    徴とする熱交換器用チューブ。
  16. 【請求項１６】（ａ）耐食性に優れた金属材を成形する
    ことにより設けられた一対の金属板材と、 （ｂ）これらの一対の金属板材間に挟み込まれ、耐食性
    に優れた金属材を成形することにより設けられた金属成
    形部材と、 （ｃ）前記一対の金属板材と前記金属成形部材とを熱的
    に密に接合するための接合手段とを備えた熱交換器用チ
    ューブ。
  17. 【請求項１７】請求項１６に記載の熱交換器用チューブ
    において、 前記金属成形部材は、平板状の基板部、この基板部の一
    端面から一方側に突出した複数の第１柱部、および前記
    基板部の他端面から前記複数の第１柱部に対して逆側に
    突出した複数の第２柱部を有し、 前記一対の金属板材のうちの一方の金属板材は、前記基
    板部の一端面との間に前記複数の第１柱部により区画さ
    れて内部を第１作動流体が流れる複数の第１流体通路を
    有し、 前記一対の金属板材のうちの他方の金属板材は、前記基
    板部の他端面との間に前記複数の第２柱部により区画さ
    れて内部を第２作動流体が流れる複数の第２流体通路を
    有することを特徴とする熱交換器用チューブ。
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