JP2015121362A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】ヘッダ内で隣り合う集合空間でそれぞれ集合した冷媒が、互いに与える影響を低減させる熱交換器を提供する。
【解決手段】熱交換器は、複数の冷媒管４０（１４０，２４０）と、第１の冷媒用ヘッダ４１と、第２の冷媒用ヘッダと、を備える。第１の冷媒用ヘッダおよび第２の冷媒用ヘッダは、複数の冷媒管の長手方向に対して交差する交差方向に延び、複数の冷媒管の長手方向両端部にそれぞれ接続される。第１の冷媒用ヘッダが有する複数の集合空間は、第１端部側第１集合空間ｒ１と、第１端部側第２集合空間ｒ２とから構成される。第２の冷媒用ヘッダが有する複数の集合空間は、第２端部側第１集合空間から構成される。第１の冷媒用ヘッダは、第１端部側第１集合空間と第１端部側第２集合空間との間に、非閉鎖空間ｎｒ１を有する。非閉鎖空間は、外部空間に連通させる連通部分ｃｓによって囲まれる。
【選択図】図６

Description

本発明は、熱交換器に関する。

従来、ヒートポンプ式給湯装置では、冷媒回路において、例えば、水と、冷媒（例えば、ＣＯ₂冷媒）との間で熱交換を行わせる熱交換器が利用されている。例えば、特許文献１（特開２０１２−２０２６０８号公報）には、熱交換器として、プレート型熱交換器が記載されている。プレート型熱交換器では、水を通すための扁平管（水管）と、冷媒を通すための扁平管（冷媒管）とを接触させて、水と冷媒との間で熱交換させる。

ところで、熱交換器は、冷媒管を流れる冷媒を集合させるヘッダを備える。ヘッダの内部には、冷媒を集合させるための複数の集合空間が形成されている。複数の集合空間は、ヘッダ内部に設けられた仕切り部材によって形成されている。複数の集合空間は、ヘッダの長手方向に沿って並んで配置されている。冷媒は、冷媒管を流れて一の集合空間で集合すると、その後、流れ方向を変化させて、第１の方向に対向する第２の方向に流れる。

ここで、第１の集合空間と、第１の集合空間の隣に並ぶ第２の集合空間とは、仕切り部材によって仕切られているだけである。そのため、第１の集合空間と第２の集合空間との間で、仕切り部材を介して熱伝導が生じる。その結果、第１の集合空間で集合した冷媒は、第２の集合空間で集合した冷媒の温度によって、温度が下げられてしまう。すなわち、第１の集合空間で集合した冷媒および第２の集合空間で集合した冷媒は互いの温度に影響を与えてしまう。

本発明の課題は、ヘッダ内で隣り合う集合空間でそれぞれ集合した冷媒が、互いの温度に与える影響を低減させる熱交換器を提供することにある。

本発明の第１観点に係る熱交換器は、複数の冷媒管と、第１の冷媒用ヘッダと、第２の冷媒用ヘッダと、を備える。複数の冷媒管は、冷媒を通す冷媒流路を有し、冷媒流路が長手方向に延びる。第１の冷媒用ヘッダは、複数の冷媒管の長手方向に対して交差する交差方向に延びる。また、第１の冷媒用ヘッダは、複数の冷媒管の第１の端部に接続される。さらに、第１の冷媒用ヘッダは、冷媒を集合させる第１端部側集合空間を有する。第２の冷媒用ヘッダは、交差方向に延びる。また、第２の冷媒用ヘッダは、複数の冷媒管の第２の端部に接続される。さらに、第２の冷媒用ヘッダは、冷媒を集合させる第２端部側集合空間を有する。第１端部側集合空間は、第１端部側第１集合空間と、第１端部側第２集合空間とから構成される。第１端部側第２集合空間は、第１端部側第１集合空間の隣の集合空間である。第２端部側集合空間は、第２端部側第１集合空間から構成される。第１の冷媒用ヘッダは、第２端部側第１集合空間で冷媒を集合させるために、第１端部側第１集合空間から第２端部側第１集合空間に向けて第１の方向へ冷媒を流す。第２の冷媒用ヘッダは、第１端部側第２集合空間で冷媒を集合させるために、第２端部側第１集合空間から第１端部側第２集合空間に向けて第２の方向へ冷媒を流す。第２の方向は、第１の方向に対向する方向である。第１の冷媒用ヘッダは、第１端部側第１集合空間と第１端部側第２集合空間との間に、非閉鎖空間を有する。非閉鎖空間は、外部空間に連通させる連通部分によって囲まれる。

本発明の第１観点に係る熱交換器では、第１の冷媒用ヘッダが有する第１端部側第１集合空間および第１端部側第２集合空間の間に、非閉鎖空間が形成されている。非閉鎖空間は、外部空間に連通させる連通部分によって囲まれる。

これにより、第１のヘッダ内で隣に並ぶ集合空間でそれぞれ集合した冷媒が、互いに与える影響を低減させることができる。

本発明の第２観点に係る熱交換器は、第１観点に係る熱交換器であって、第１の冷媒用ヘッダは、筒状部材である。また、第１端部側第１集合空間と、非閉鎖空間と、第１端部側第２集合空間とは、共通の筒状部材によって形成された空間である。非閉鎖空間は、筒状部材の部分であって外部空間と連通する孔が形成された連通部分によって囲まれた空間である。

本発明の第２観点に係る熱交換器では、第１端部側第１集合空間、非閉鎖空間、および第１端部側第２集合空間のそれぞれが、共通の筒状部材によって形成された空間である。また、非閉鎖空間を形成する筒状部材に部分的に孔が形成された連通部分が含まれる。

これにより、複雑な構成を回避することができる。

本発明の第３観点に係る熱交換器は、第２観点に係る熱交換器であって、第１の冷媒用ヘッダは、仕切り部材を有する。仕切り部材は、筒状部材によって形成される内部空間を仕切って第１のヘッダ内部に第１端部側集合空間を形成する。非閉鎖空間は、二つの仕切り部材と、連通部分を含む筒状部材とによって囲まれた空間である。

本発明の第３観点に係る熱交換器では、第１のヘッダの内部空間が仕切り部材によって仕切られる。その結果、第１のヘッダ内部に複数の集合空間が形成される。また、非閉鎖空間は、二つの仕切り部材と、連通部分を含む筒状部材とによって形成される。

これにより、簡易な構成により、第１端部側第１集合空間と第１端部側第２集合空間とを分離させることができる。

本発明の第４観点に係る熱交換器は、第１観点から第３観点のいずれかに係る熱交換器であって、第１の冷媒用ヘッダは、入口部をさらに有する。入口部は、長手方向第１端部に冷媒を入れるための部分である。第１端部側第１集合空間は、第１端部側集合空間を構成する複数の集合空間のうち、入口部の近傍に位置する集合空間である。

本発明の第４観点に係る熱交換器では、第１端部側第１集合空間は、第１端部側集合空間を構成する複数の集合空間のうち、入口部の近傍に位置する集合空間である。すなわち、第１の冷媒用ヘッダの冷媒の入口近傍にある集合空間（第１端部側第１集合空間）と、当該集合空間の隣にある第１端部側第２集合空間とが、非閉鎖空間によって分離される。

これにより、第１端部側第１集合空間で集合する過熱域の冷媒について、当該集合空間の隣にある第１端部側第２集合空間の冷媒による温度の低下を抑制することができる。

本発明の第５観点に係る熱交換器は、第４観点に係る熱交換器であって、第２の冷媒用ヘッダは、筒状部材である。また、第２の冷媒用ヘッダは、第２端部に、冷媒を排出するための出口部をさらに有する。第２端部は、長手方向において第１端部の反対側に位置する。第１端部側集合空間は、さらに、出口部の近傍に位置する第１端部側第３集合空間から構成される。第２端部側集合空間は、さらに、第２端部側第２集合空間と、第２端部側第３集合空間とから構成される。第２端部側第３集合空間は、第２端部側第２集合空間の隣にある集合空間であり、出口部の近傍に位置する。第２の冷媒用ヘッダは、第１端部側第３集合空間で冷媒を集合させるために、第２端部側第２集合空間から第１端部側第３集合空間に向けて第３の方向へ冷媒を流す。また、第１の冷媒用ヘッダは、第２端部側第３集合空間で冷媒を集合させるために、第１端部側第３集合空間から第２端部側第３集合空間に向けて第４の方向へ冷媒を流す。第４の方向は、第３の方向に対向する方向である。第２の冷媒用ヘッダは、第２端部側第２集合空間と、第２端部側第３集合空間との間に、非閉鎖空間を有する。非閉鎖空間は、筒状部材の部分であって外部空間と連通する孔が形成された連通部分を含む。

本発明の第５観点に係る熱交換器では、第２の冷媒用ヘッダの冷媒の出口近傍にある集合空間（第２端部側第３集合空間）と、当該集合空間の隣にある第２端部側第２集合空間とが、非閉鎖空間によって分離される。

これにより、第２端部側第３集合空間で集合する過冷却域の冷媒について、当該集合空間の隣にある第２端部側第２集合空間の冷媒の影響による温度の上昇を抑制することができる。

本発明の第６観点に係る熱交換器は、第１観点から第５観点のいずれかに係る熱交換器であって、水管と、水用ヘッダと、ダミー管とをさらに備える。水管は、水を通す水流路を有し、水流路が長手方向に延びる。水用ヘッダは、複数の水管の両端に接続されて、水を集合させる。ダミー管は、複数の冷媒管と同様に長手方向に延びて、第１の冷媒用ヘッダの非閉鎖空間に第１の端部が連結される。また、複数の冷媒管を流れる冷媒と、水管を流れる水との間で熱交換を行わせ、ダミー管は、第１の水管と、第１の水管の近傍の第２の水管との間に配置される。

本発明の第６観点に係る熱交換器では、非閉鎖空間に、ダミー管が接続される。また、ダミー管を挟んで上下に、二つの水管が配置される。

これにより、耐圧構造を確保することができる。

本発明の第７観点に係る熱交換器は、第１観点から第６観点のいずれかに係る熱交換器であって、冷媒は、Ｒ３２冷媒である。

本発明の第７観点に係る熱交換器では、Ｒ３２冷媒と水との間で熱交換が行われる。Ｒ３２冷媒では、冷媒吐出温度が高い。これにより、特に有効な結果を得ることができる。

本発明の第８観点に係る給湯装置または暖房装置は、第１観点から第７観点のいずれかに係る熱交換器を用いて温水を作る。これにより、効果的に温水を作ることができる。

本発明の第１観点に係る熱交換器では、第１のヘッダ内で隣に並ぶ集合空間でそれぞれ集合した冷媒が、互いに与える影響を低減させることができる。

本発明の第２観点に係る熱交換器では、複雑な構成を回避することができる。

本発明の第３観点に係る熱交換器では、簡易な構成により、第１端部側第１集合空間と第１端部側第２集合空間とを分離させることができる。

本発明の第４観点に係る熱交換器では、第１端部側第１集合空間で集合する過熱域の冷媒について、当該集合空間の隣にある第１端部側第２集合空間の冷媒による温度の低下を抑制することができる。

本発明の第５観点に係る熱交換器では、第２端部側第３集合空間で集合する過冷却域の冷媒について、当該集合空間の隣にある第２端部側第２集合空間の冷媒の影響による温度の上昇を抑制することができる。

本発明の第６観点に係る熱交換器では、耐圧構造を確保することができる。

本発明の第７観点に係る熱交換器では、特に有効な結果を得ることができる。

本発明の第８観点に係る給湯装置または暖房装置では、効果的に温水を作ることができる。

本発明に係る熱交換器を含むヒートポンプ式給湯装置の概要を示す回路図である。 本発明に係る熱交換器が配置される熱源ユニットの例を示す図である。 本発明に係る熱交換器の構成の概要を示す図である。 熱源ユニットに設置された状態（横たえた状態）の熱交換器を示す図である。また、流体の流れ方向および出入口部を示す模式図でもある。 図３に示す熱交換器のＩ−Ｉ断面の斜視図である。 図３に示す熱交換器の部分拡大図である。 図３に示す熱交換器の部分拡大図である。 金属プレートの概略平面図である。 折り曲げられた状態の金属プレートの概略平面図である。 図８のＩＩ−ＩＩ断面図である。 図９のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。 水管および水用ヘッダの部分断面図である。 図５に示す熱交換器のＩＶ−ＩＶ断面図である。 冷媒温度および水温度の予測値と、従来の熱交換器により得られる水温度の実測値とを示すグラフである。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、本発明に係る熱交換器の実施形態は、以下に説明する実施形態に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。

なお、本発明に係る熱交換器１０は、Ｒ４１０Ａ，Ｒ３２，Ｒ１３４ａ，ＨＦＯなどのフロン系冷媒や、ＣＯ₂，プロパンなどの自然冷媒を対象とした水熱交換器である。以下の実施形態では、Ｒ３２のフロン系冷媒を対象とする熱交換器１０を例に挙げて説明する。

（１）ヒートポンプ式給湯装置の全体構成
図１は、本発明に係る熱交換器１０が採用されたヒートポンプ式給湯装置１の概略構成図である。ヒートポンプ式給湯装置１は、主として、温水熱源ユニット２と、給湯ユニット３とを有している。

温水熱源ユニット２は、屋外に１台設置されている。温水熱源ユニット２は、主として、圧縮機４と、熱交換器１０と、膨張弁５と、空気熱交換器６とを有しており、これらの機器が接続されることによって冷媒回路２０を構成している。圧縮機４は、Ｒ３２冷媒を圧縮する。熱交換器１０は、Ｒ３２冷媒と水との間で熱交換を行う。膨張弁５は、Ｒ３２冷媒の減圧手段として機能する。空気熱交換器６は、外気とＲ３２冷媒との間で熱交換を行う。

給湯ユニット３は、それぞれ屋内に１台ずつ設置されている。給湯ユニット３は、主として、給湯タンク３１と、ポンプ３２とを有している。給湯ユニット３は、給湯タンクおよびポンプ等からなる給湯回路を有する。給湯タンク３１は、給湯に利用される水媒体としての水が溜められる。給湯タンクに溜められた水は、その後、蛇口やシャワー等に送られて使用される。ポンプ３２は、水を送り出すために使用される。熱交換器１０と給湯タンク３１とポンプ３２とが接続されることによって水循環回路３０が構成されている。

（２）温水熱源ユニットの内部構造
図２は、熱交換器１０が含まれる温水熱源ユニット２の内部構造を模式的に示す。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の左側区画が送風機室２ｂである。機械室２ａには、圧縮機４や膨張弁５が配置されている。送風機室２ｂには、ファン７が配置されている。空気熱交換器６は、図２において、送風機室２ｂの左側と背面側に配置されている。送風機室２ｂの下方には、断熱壁２ｄを隔てて熱交換器１０が配置されている。熱交換器１０では、冷媒回路を循環するＲ３２冷媒と、給湯回路に送られる水との間で熱交換が行われる。機械室２ａの上部には、制御ボックス９が配置されている。

熱交換器１０は、温水熱源ユニット２において、後述するヘッダ４１，４２，５１，５２が延びる方向が水平面に対して平行に近い傾きになるように配置される。具体的に、熱交換器１０は、図３に示す高さ方向が、設置面に対して略平行になるように配置される。より具体的に、熱交換器１０は、温水熱源ユニット２に配置される際、側面視で図４に示すような態様を有する。すなわち、図３の高さ方向は、図４の奥行き方向に対応し、図３の奥行き方向は、図４の上下方向（高さ方向）に対応する。

以下、熱交換器１０の構成について詳細に説明する。なお、以下の説明において、図３に示す熱交換器１０の態様を起立状態と呼び、図４に示す熱交換器１０の態様を横たえた状態と呼ぶ。

（３）熱交換器の構成の概要
図３は、熱交換器１０の全体構成図である。図４は、温水熱源ユニット２に設置された状態（横たえた状態）の熱交換器１０の状態を示す図である。図５は、図３のＩ―Ｉ断面の部分拡大図である。図５において、仕切り部材４１ａは省略している。図６および図７は、図３の部分拡大図である。図３、図６、および図７では、流体（冷媒および水）の流れ方向が模式的に示されている。図８から図１１は、熱交換器１０を構成するための部材（金属プレート）８０を説明するための図である。図１２は、水管５０および水用ヘッダ５１，５２を示す図である。図１３は、複数の水管５０および複数の冷媒管４０が積層されている状態を示す。

図３から図７のいずれかに示すように、熱交換器１０は、主として、多数の冷媒管４０と、冷媒用ヘッダ４１，４２と、多数の水管５０と、水用ヘッダ５１，５２とから構成されている。冷媒管４０および水管５０は、いずれも扁平な面を有する管（扁平管）である。多数の冷媒管４０および多数の水管５０は、それぞれ、扁平な面が互いに対向するような状態で積層される。冷媒管４０および水管５０は、交互に積層されている。また、冷媒管４０および水管５０は、ロウ付け接合されて互いに密着する。これにより、熱交換器１０では、冷媒管４０の内部を流れる冷媒（ここでは、圧縮機４から吐出される冷媒）と、水管５０の内部を流れる水と間で熱交換を行って、水管５０の内部の水を加熱するように構成されている。

図３に示すように、熱交換器１０が起立状態のとき、複数の冷媒管４０および複数の水管５０のそれぞれは、扁平な面が水平面に対して平行になるように配置される。さらに、図４に示すように、熱交換器１０が横たえた状態（設置された状態）のとき、多数の冷媒管４０および多数の水管５０のそれぞれは、扁平な面が水平面に対して垂直に近い傾きになるように配置される。

なお、本実施形態における熱交換器１０では、図３に示すように、１８本の冷媒管４０および１７本の水管５０が積層されている。積層される冷媒管４０および水管５０の数は、要求される性能などに応じて適宜選定されるものである。また、図３の例では、最下段と最上段に冷媒管４０が配置されているが、水管５０を最下段や最上段に配置することもできる。

（３−１）冷媒管
冷媒管４０は、高圧により超臨界状態になっている冷媒が流れるような構成を有する。具体的に、冷媒管４０は、扁平な形状を有する管である。また、冷媒管４０は、多数の冷媒流路４０ａを有する。すなわち、冷媒管４０は、いわゆる、多穴扁平管である。図５で示す冷媒管４０は、１３個の冷媒流路４０ａを有する。複数の冷媒流路４０ａは、冷媒管４０の幅方向（図３、図６、および図７の奥行き方向）に一列に並ぶ。冷媒流路４０ａは、冷媒管４０の長手方向に延びて貫通し、内部に冷媒を通す。なお、冷媒流路４０ａの数は、１３個に限定されるものではない。

冷媒管４０は、アルミニウム、アルミニウム合金、銅合金、ステンレスなどで形成される。また、冷媒管４０は、引き抜き加工や押し出し加工により製造されている。

なお、本実施形態に係る熱交換器１０では、２２本の冷媒管４０のうち、２本の冷媒管４０について、冷媒流路４０ａが塞がれている。以下、冷媒流路４０ａが塞がれていない冷媒管４０は、第１冷媒管１４０として説明し、冷媒流路４０ａが塞がれた冷媒管４０は、第２冷媒管（ダミー管）２４０として説明する。

（３−２）冷媒用ヘッダ
冷媒用ヘッダ４１，４２は、複数の第１冷媒管１４０の内部に通される冷媒を集合させる。また、冷媒用ヘッダ４１，４２は、内部に集合した冷媒を、複数の第１冷媒管１４０に分配する。

冷媒用ヘッダ４１，４２は、複数の冷媒管４０の長手方向に対して交差する方向（交差方向）に延びる。すなわち、冷媒用ヘッダ４１，４２は、それぞれ、多数の冷媒管４０が積層される方向に沿って延びる態様で配置される。冷媒用ヘッダ４１，４２は、多数の冷媒管４０に接続される。

冷媒用ヘッダ４１，４２には、第１の冷媒用ヘッダ４１および第２の冷媒用ヘッダ４２が含まれる。第１の冷媒用ヘッダ４１は、図３に示す熱交換器１０において、冷媒管４０の長手方向第１端側（左側）に配置されている。第１の冷媒用ヘッダ４１は、多数の冷媒管４０の長手方向第１端側で多数の冷媒管４０に接続される。また、第２の冷媒用ヘッダ４２は、図３に示す熱交換器１０において、冷媒管４０の長手方向第２端側（右側）に配置されている。第２の冷媒用ヘッダ４２は、多数の冷媒管４０の長手方向第２端側で多数の冷媒管４０に接続される。

図４に示すように熱交換器１０を横たえた状態のとき、第１の冷媒用ヘッダ４１および第２の冷媒用ヘッダ４２は、冷媒管４０の長手方向における中心位置ｃｐから最も遠い位置に配置される。言い換えると、第１の冷媒用ヘッダ４１および第２の冷媒用ヘッダ４２は、冷媒管４０の先端に接続されている。

第１の冷媒用ヘッダ４１および第２の冷媒用ヘッダ４２は、それぞれ、主として、筒状部材と、冷媒用入口部４１ｂおよび冷媒用出口部４２ｂと、仕切り部材４１ａ，４２ａとによって構成されている。以下、筒状部材と、冷媒用入口部４１ｂおよび冷媒用出口部４２ｂと、仕切り部材４１ａ，４２ａとについて説明する。

（３−２−１）筒状部材
筒状部材は、複数の冷媒管４０の長手方向に対して交差する方向に延びる内部空間を有する。内部空間は、後述する仕切り部材４１ａ，４２ａによって複数の集合空間ｒ１〜ｒ３，ｒ４〜ｒ６へと形成される。

筒状部材は、連通部分ｃｓを含む（図６および図７参照）。図６および図７に示すように、連通部分ｃｓとは、筒状部材のうち、外部空間と連通する孔（連通孔）４１ｃ，４２ｃが形成された部分である。すなわち、筒状部材には、連通孔４１ｃ，４２ｃが形成されている。図３、図６、および図７では、連通部分ｃｓは、筒状部材が延びる方向に対して交差する方向に延びる連通孔４１ｃ，４２ｃを有する。具体的に、連通部分ｃｓが有する連通孔４１ｃ，４２ｃは、筒状部材が外周に沿って部分的に切り欠かれることによって形成される。また、連通孔４１ｃ，４２ｃは、筒状部材のうち、非閉鎖空間ｎｒ１，ｎｒ２が設けられる高さ位置に対応する部分の外周に形成される。なお、連通部分ｃｓが有する連通孔４１ｃ，４２ｃの形状は、どのような形状（例えば、矩形、円形等）であってもよい。

（３−２−２）冷媒用入口部および冷媒用出口部
冷媒用入口部４１ｂは、熱交換器１０への冷媒の入口を構成する。冷媒用入口部４１ｂは、第１の冷媒用ヘッダ４１に設けられている。冷媒用出口部４２ｂは、熱交換器１０の外側への冷媒の出口を構成する。冷媒用出口部４２ｂは、第２の冷媒用ヘッダ４２に設けられている。

具体的に、冷媒用入口部４１ｂは、第１の冷媒用ヘッダ４１の内部に冷媒を送るための部分である。冷媒用入口部４１ｂは、第１の冷媒用ヘッダ４１の長手方向第１端部の先端に設けられている。具体的に、図３では、冷媒用入口部４１ｂは、第１の冷媒用ヘッダ４１の上端部先端に設けられている。すなわち、第１の冷媒用ヘッダ４１の内部には、冷媒用入口部４１ｂから冷媒が入る。

冷媒用出口部４２ｂは、第２の冷媒用ヘッダ４２の内部から外部に向けて冷媒を排出するための部分である。冷媒用出口部４２ｂは、第２の冷媒用ヘッダ４２の長手方向第２端部の先端に設けられる。長手方向第２端部は、第１端部の反対側に位置する端部である。具体的に、図３では、冷媒用出口部４２ｂは、第２の冷媒用ヘッダ４２の下端部先端に設けられている。すなわち、第２の冷媒用ヘッダ４２の内部の冷媒は、冷媒用出口部４２ｂから排出される。

冷媒は、図３の実線矢印で示すように、冷媒用入口部４１ｂを介して熱交換器１０の内部に流れ込み、多数の冷媒管４０の内部を通って、冷媒用出口部４２ｂを介して熱交換器１０の外側へ流れ出る。

（３−２−３）仕切り部材
仕切り部材４１ａ，４２ａは、冷媒用ヘッダ４１，４２の内部空間を仕切るための部材である。仕切り部材４１ａ，４２ａは、冷媒用ヘッダ４１，４２の内部に設けられ、冷媒用ヘッダ４１，４２の内部空間を、長手方向において分断する。仕切り部材４１ａ，４２ａによって、第１の冷媒用ヘッダ４１および第２の冷媒用ヘッダ４２には、複数の集合空間ｒ１〜ｒ６と、非閉鎖空間ｎｒ１，ｎｒ２とが形成される。

具体的に、複数の集合空間ｒ１〜ｒ３，ｒ４〜ｒ６は、筒状部材と、仕切り部材４１ａ，４２ａとによって形成される。言い換えると、複数の集合空間ｒ１〜ｒ３，ｒ４〜ｒ６は、筒状部材の内壁および仕切り部材４１ａ，４２ａによって囲まれた閉鎖空間である。非閉鎖空間ｎｒ１，ｎｒ２もまた、筒状部材と仕切り部材４１ａ，４２ａとによって形成される。すなわち、非閉鎖空間ｎｒ１，ｎｒ２は、複数の集合空間ｒ１〜ｒ３，ｒ４〜ｒ６を形成する筒状部材と共通の筒状部材を用いて形成される。但し、非閉鎖空間ｎｒ１，ｎｒ２は、筒状部材のうち連通部分ｃｓを含む部分と、仕切り部材４１ａ，４２ａとによって形成される。

以下、第１の冷媒用ヘッダ４１の内部に形成される複数の集合空間ｒ１〜ｒ３および非閉鎖空間ｎｒ１と、第２の冷媒用ヘッダ４２の内部に形成される複数の集合空間ｒ４〜ｒ６および非閉鎖空間ｎｒ２とに分けて詳細に説明する。

（ａ）第１の冷媒用ヘッダに形成される集合空間および非閉鎖空間
第１の冷媒用ヘッダ４１の内部空間は、仕切り部材４１ａによって仕切られる。その結果、第１の冷媒用ヘッダ４１は、内部に、複数の集合空間（第１端部側集合空間）ｒ１〜ｒ３と、非閉鎖空間ｎｒ１とが形成される。

複数の集合空間ｒ１〜ｒ３は、上述したように、筒状部材の内壁および仕切り部材４１ａによって囲まれた閉鎖空間である。冷媒は、各集合空間ｒ１〜ｒ３のそれぞれで集合する。非閉鎖空間ｎｒ１は、筒状部材のうち連通部分ｃｓを含む部分の内壁と、二つの仕切り部材４１ａとによって囲まれた空間である。非閉鎖空間ｎｒ１は、上述の連通孔４１ｃを介して外部空間と連通する。すなわち、非閉鎖空間ｎｒ１は、冷媒を集合させない。

本実施形態において、第１端部側集合空間は、第１集合空間（第１端部側第１集合空間）ｒ１と、第２集合空間（第１端部側第２集合空間）ｒ２と、第３集合空間（第１端部側第３集合空間）ｒ３と、から構成される。複数の集合空間ｒ１〜ｒ３および非閉鎖空間ｎｒ１は、第１の冷媒用ヘッダ４１の長手方向に並ぶ。具体的に、第１の冷媒用ヘッダ４１の内部において、冷媒用入口部４１ｂの近傍から順に、第１集合空間ｒ１、非閉鎖空間ｎｒ１、第２集合空間ｒ２、および第３集合空間ｒ３が配置される。

詳細に、図３において、第１集合空間ｒ１は、第１の冷媒用ヘッダ４１の最も上方に形成される。すなわち、第１集合空間ｒ１は、上述した冷媒用入口部４１ｂの近傍に位置する集合空間である。第１集合空間ｒ１は、過熱域の冷媒を集合させる。

第２集合空間ｒ２は、第１集合空間ｒ１の下方に形成される。すなわち、第２集合空間ｒ２は、第１集合空間ｒ１の隣にある集合空間である。第２集合空間ｒ２は、二相域の冷媒を集合させる。

第３集合空間ｒ３は、第２集合空間ｒ２の下方に形成される。すなわち、第３集合空間ｒ３は、第２集合空間ｒ２の隣にある集合空間である。第３集合空間ｒ３は、第１の冷媒用ヘッダ４１が有する複数の集合空間のうち、上述した冷媒用出口部４２ｂに対して最も近い位置にある集合空間である。第３集合空間ｒ３は、二相域の冷媒を集合させる。

非閉鎖空間ｎｒ１は、第１集合空間ｒ１と、第２集合空間ｒ２との間に配置される。具体的に、図３に示すように、非閉鎖空間ｎｒ１は、第１集合空間ｒ１の下方であって、第２集合空間ｒ２の上方に配置される。すなわち、非閉鎖空間ｎｒ１は、第１集合空間ｒ１と、第２集合空間ｒ２との間の距離を離す。言い換えると、第１の冷媒用ヘッダ４１では、冷媒用入口部４１ｂの近傍に位置する集合空間（第１集合空間）ｒ１と、第１集合空間ｒ１の隣にある集合空間である第２集合空間ｒ２とが、非閉鎖空間ｎｒ１によって分離される。

（ｂ）第２の冷媒用ヘッダに形成される集合空間および非閉鎖空間
第２の冷媒用ヘッダ４２の内部空間は、仕切り部材４２ａによって仕切られる。その結果、第２の冷媒用ヘッダ４２は、内部に、複数の集合空間（第２端部側集合空間）ｒ４〜ｒ６と、非閉鎖空間ｎｒ２とが形成される。

第１集合空間ｒ４〜ｒ６は、上述したように、筒状部材の内壁および仕切り部材４２ａによって囲まれた閉鎖空間であり、冷媒は、各集合空間ｒ４〜ｒ６のそれぞれで集合する。非閉鎖空間ｎｒ２は、筒状部材のうち連通部分ｃｓを含む部分の内壁と、二つの仕切り部材４２ａとによって囲まれた空間である。非閉鎖空間ｎｒ２は、上述の連通孔４２ｃを介して外部空間と連通する。すなわち、非閉鎖空間ｎｒ２は、冷媒を集合させない。

本実施形態において、第２端部側集合空間は、第１集合空間（第２端部側第１集合空間）ｒ４と、第２集合空間（第２端部側第２集合空間）ｒ５と、第３集合空間（第２端部側第３集合空間）ｒ６と、から構成される。複数の集合空間ｒ４〜ｒ６および非閉鎖空間ｎｒ２は、第２の冷媒用ヘッダ４２の長手方向に並ぶ。具体的に、第２の冷媒用ヘッダ４２の内部において、冷媒用出口部４２ｂに遠い方から順に、第１集合空間ｒ４、第２集合空間ｒ５、非閉鎖空間ｎｒ２、および第３集合空間ｒ６が配置される。

詳細に、図３において、第１集合空間ｒ４は、第２の冷媒用ヘッダ４２の最も上方に形成される。第１集合空間ｒ４は、第２の冷媒用ヘッダ４２が有する集合空間のうち、上述した冷媒用入口部４１ｂに対して最も近い位置にある集合空間である。第１集合空間ｒ４は、二相域の冷媒を集合させる。

第２集合空間ｒ５は、第１集合空間ｒ４の下方に形成される。すなわち、第２集合空間ｒ５は、第１集合空間ｒ４の隣にある集合空間である。第２集合空間ｒ５もまた、二相域の冷媒を集合させる。

第３集合空間ｒ６は、第２集合空間ｒ５の下方に形成される。すなわち、第３集合空間ｒ６は、第２集合空間ｒ５の隣にある集合空間である。第３集合空間ｒ６は、上述した冷媒用入口部４１ｂの近傍に位置する集合空間である。第３集合空間ｒ６は、過冷却域の冷媒を集合させる。

非閉鎖空間ｎｒ２は、第２集合空間ｒ５と、第３集合空間ｒ６との間に配置される。具体的に、図３に示すように、非閉鎖空間ｎｒ２は、第２集合空間ｒ５の下方であって、第３集合空間ｒ６の上方に配置される。すなわち、非閉鎖空間ｎｒ２は、第２集合空間ｒ５と、第３集合空間ｒ６との間の距離を離す。言い換えると、第２の冷媒用ヘッダ４２では、冷媒用出口部４２ｂの近傍に位置する集合空間（第３集合空間）ｒ６と、第３集合空間ｒ３の隣にある集合空間である第２集合空間ｒ５とが、非閉鎖空間ｎｒ２によって分離される。

（３−２−４）冷媒の流れ
本実施形態に係る熱交換器１０では、冷媒用入口部４１ｂを介して第１の冷媒用ヘッダ４１に流れ込んだ冷媒は、第１集合空間ｒ１から、第１集合空間ｒ１に隣接する４段の第１冷媒管１４０に分配される（図６の実線矢印参照）。具体的に、冷媒は、第１冷媒管１４０の内部を左から右（第１の方向）に流れて、第２の冷媒用ヘッダ４２の第１集合空間ｒ４で集合する（図３参照）。すなわち、第１の冷媒用ヘッダ４１は、第１集合空間ｒ４で冷媒を集合させるために、第１集合空間ｒ１から第１集合空間ｒ４に向けて第１の方向へ冷媒を流す。

第１集合空間ｒ４で集合した冷媒は、第１集合空間ｒ４に隣接する８段の冷媒管４０のうち、下３段の第１冷媒管１４０に分配される。具体的に、冷媒は、第１冷媒管１４０の内部を右から左（第２の方向）に流れて、第１の冷媒用ヘッダ４１の第２集合空間ｒ２で集合する（図６の実線矢印参照）。すなわち、第２の冷媒用ヘッダ４２は、第２集合空間ｒ２で冷媒を集合させるために、第１集合空間ｒ４から第２集合空間ｒ２に向けて、第１の方向に対向する第２の方向へ冷媒を流す。

第２集合空間ｒ２で集合した冷媒は、第２集合空間ｒ２に隣接する６段の冷媒管４０（第１冷媒管１４０）のうち、下３段の冷媒管４０（第１冷媒管１４０）に分配される。具体的に、冷媒は、第１冷媒管１４０の内部を左から右（第１の方向）に流れて、第２の冷媒用ヘッダ４２の第２集合空間ｒ５で集合する（図７の実線矢印参照）。すなわち、第１の冷媒用ヘッダ４１は、第２集合空間ｒ５で冷媒を集合させるために、第２集合空間ｒ２から第２集合空間ｒ５に向けて第１の方向へ冷媒を流す。

第２集合空間ｒ５で集合した冷媒は、第２集合空間ｒ５に隣接する６段の冷媒管４０（第１冷媒管１４０）のうち、下３段の冷媒管４０（第１冷媒管１４０）に分配される。具体的に、冷媒は、第１冷媒管１４０の内部を右から左（第２の方向（第３の方向））に流れて、第１の冷媒用ヘッダ４１の第３集合空間ｒ３で集合する（図３および図７の実線矢印参照）。すなわち、第２の冷媒用ヘッダ４２は、第３集合空間ｒ３で冷媒を集合させるために、第２集合空間ｒ５から第３集合空間ｒ３に向けて第２の方向へ冷媒を流す。

第３集合空間ｒ３で集合した冷媒は、第３集合空間ｒ３に隣接する７段の冷媒管４０のうち、下３段の第１冷媒管１４０に分配される。具体的に、冷媒は、第１冷媒管１４０の内部を左から右（第１の方向（第４の方向））に流れて、第２の冷媒用ヘッダ４２の第３集合空間ｒ６で集合する（図３および図７参照）。すなわち、第１の冷媒用ヘッダ４１は、第３集合空間ｒ６で冷媒を集合させるために、第３集合空間ｒ３から第３集合空間ｒ６に向けて第１の方向へ冷媒を流す。その後、冷媒は、冷媒用出口部４２ｂを介して、第２の冷媒用ヘッダ４２の外に流れ出る。

すなわち、冷媒用入口部４１ｂを介して第１の冷媒用ヘッダ４１に流れ込んだ冷媒は、各集合空間に達する度に進行方向を変更しながら、図３に示す熱交換器１０の上方から下方へと流れ、冷媒用出口部４２ｂを介して、第２の冷媒用ヘッダ４２の外に流れ出る（図３の実線矢印参照）。冷媒は、第１冷媒管１４０の中を流れる間に、水管５０の内部を流れる水によって熱を奪われて冷却される。

（３−３）水管
水管５０は、給湯ユニット３に送られる給湯用の水を通す。水管５０は、内部に通す水と、冷媒管４０に通される冷媒との間で熱交換を行わせる。

水管５０は、扁平な形状を有する管である。具体的に、水管５０は、図３の左右方向に延びる長辺を有する。また、水管５０は、図３の奥行き方向に延びる短辺を有する。さらに、水管５０は、図３の上下方向に所定の厚みを有する。水管５０の厚み寸法は、短辺の寸法（幅の寸法）よりも小さい。図３の左右方向は、図４の左右方向に対応し、図３の奥行き方向は、図４の上下方向に対応する。

図４に示すように、水管５０の長辺の寸法ｄ２１は、冷媒管４０の長辺の寸法ｄ１１よりも短い。一方、水管５０の短辺の寸法ｄ２２は、冷媒管４０の短辺の寸法ｄ１２よりも長い。水管５０は、内部に給湯用水を通す流路ｐ１を有する。流路ｐ１は、水管５０の長辺方向（長手方向）に延びる。

水管５０は、水の腐食性を考慮して、ステンレスや銅合金を用いることが好ましい。ステンレスの種類としては、例えば、ＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１６などがある。水管５０は、アルミニウムやアルミニウム合金からつくることもできる。但し、その場合には、内面に、アルマイト加工や樹脂コーティングなどの防食処理を施すことが好ましい。

水管５０は、後述する金属プレート８０を用いて、後述するヘッダ構成部５０ａと一体的に成形される（図１１参照）。

（３−４）水用ヘッダ
水用ヘッダ５１，５２は、水管５０の長手方向両端部近傍で、水管５０に通される水を集合させる。水用ヘッダ５１，５２のそれぞれで集合した水は、複数の水管５０に分配される。

図３に示すように、水用ヘッダ５１，５２は、それぞれ、多数の水管５０が積層される方向に沿って延びる態様で設けられる。水用ヘッダ５１，５２は、第１の水用ヘッダ５１および第２の水用ヘッダ５２を含む。第１の水用ヘッダ５１は、図３において、多数の水管５０の長手方向第１端側（左側）で、多数の水管５０と連結する。第２の水用ヘッダ５２は、図３において、多数の水管５０の長手方向第２端側（右側）で、多数の水管５０と連結する。

なお、水用ヘッダ５１，５２は、多数の水管５０の長手方向端部近傍において、冷媒用ヘッダ４１，４２と干渉しないような位置に配置される。具体的には、図４に示すように、水用ヘッダ５１，５２は、冷媒用ヘッダ４１，４２の近傍であって、冷媒管４０の長手方向における中心位置ｃｐに対して冷媒用ヘッダ４１，４２よりも近い位置に配置される。言い換えると、水用ヘッダ５１，５２は、熱交換器１０の長手方向において、冷媒用ヘッダ４１，４２よりも内側に配置されている。

また、熱交換器１０を横たえた状態のとき、水用ヘッダ５１，５２は、冷媒用ヘッダ４１，４２よりも、中心線ｃｌに対して外側に配置される。中心線ｃｌとは、熱交換器１０を横たえた状態のとき、冷媒管４０の高さ方向中心を通る線である。水用ヘッダ５１，５２は、中心線ｃｌに対して、冷媒用ヘッダ４１，４２よりも遠い位置に配置される。より具体的に、水用ヘッダ５１，５２は、中心線ｃｌに対して下方に配置される。すなわち、熱交換器１０を横たえた状態のとき、水用ヘッダ５１，５２は、冷媒用ヘッダ４１，４２よりも下方に来るように配置される。

水用ヘッダ５１，５２は、主として、ヘッダ構成部５０ａによって構成されている（図１２参照）。水用ヘッダ５１，５２には、それぞれ、水用入口部５２ｂおよび水用出口部５１ｂが取り付けられる（図３および図４参照）。また、水用ヘッダ５１，５２の内部には、仕切り部材が設けられる。

以下、ヘッダ構成部５０ａと、水用入口部５２ｂおよび水用出口部５１ｂと、仕切り部材とについて説明する。また、ヘッダ構成部５０ａを水管５０と一体的に形成するための金属プレート８０についてもあわせて説明する。

（３−４−１）ヘッダ構成部
ヘッダ構成部５０ａは、他のヘッダ構成部５０ａと連結されることによって、水用ヘッダ５１，５２を構成する部分である。ヘッダ構成部５０ａは、水管５０の長辺方向（長手方向）において両端の近傍にそれぞれ配置される。具体的に、図９に示すように、ヘッダ構成部５０ａは、水管５０の長辺方向の両端部近傍であって、上述の水管５０の短辺方向における一端側に二箇所配置されている。

二つのヘッダ構成部５０ａは、それぞれ、上述の水管５０の短辺方向外側に向けて弧を描くように突出した形状を有する（図９参照）。また、図９に示すように、ヘッダ構成部５０ａには、それぞれ、円形の開口部５０ｃが形成されている。複数のヘッダ構成部５０ａが連結されることによって、開口部５０ｃを介して、ヘッダ構成部５０ａの内部が連通する（図１２参照）。すなわち、複数のヘッダ構成部５０ａが連結されることによって、水用ヘッダ５１，５２の内部空間が形成される。

なお、ヘッダ構成部５０ａは、上述したように、金属プレート８０を用いて、水管５０と一体的に形成される（図８参照）。

（３−４−２）水用入口部および水用出口部
水用入口部５２ｂは、第２の水用ヘッダ５２へと水を送るための部分である。また、水用出口部５１ｂは、第１の水用ヘッダ５１から水を排出するための部分である。具体的には、図３、図６、および図７に示すように、第２の水用ヘッダ５２は、水の入口を構成する水用入口部５２ｂを有し、第１の水用ヘッダ５１は、水の出口を構成する水用出口部５１ｂを有する。水用入口部５２ｂは、第２の水用ヘッダ５２の長手方向において第１端部の先端（ここでは、下端部先端）の位置に設けられる。水用出口部５１ｂは、第１の水用ヘッダ５１の長手方向において第２端部の先端（ここでは、上端部先端）の位置に設けられる。

水用入口部５２ｂおよび水用出口部５１ｂは、冷媒用出口部４２ｂおよび冷媒用入口部４１ｂの近傍にそれぞれ配置されている。また、熱交換器１０を横たえたとき、水用入口部５２ｂおよび水用出口部５１ｂは、それぞれ、冷媒用出口部４２ｂおよび冷媒用入口部４１ｂよりも下方に配置される。

水は、図３、図６、および図７の破線矢印で示すように、水用入口部５２ｂを介して熱交換器１０の内部に流れ込み、多数の水管５０の内部を通って、水用出口部５１ｂを介して熱交換器１０の外部へ流れ出る。

（３−４−３）仕切り部材
第１の水用ヘッダ５１および第２の水用ヘッダ５２もまた、第１の冷媒用ヘッダ４１および第２の冷媒用ヘッダ４２と同様に、それぞれ、内部に複数の仕切り部材（図示なし）を有する。仕切り部材によって、第１の水用ヘッダ５１および第２の水用ヘッダ５２の内部に流れ込む水の流動経路が変更される。

具体的に、仕切り部材は、第１の水用ヘッダ５１および第２の水用ヘッダ５２の内部空間を、長手方向において分断する。その結果、第１の水用ヘッダ５１および第２の水用ヘッダ５２の内部には、図３に示す第１の水用ヘッダ５１および第２の水用ヘッダ５２の長手方向に並ぶ、複数の集合空間が形成される。複数の集合空間は、それぞれ、水管５０に送る水を集合させる空間である。

水用入口部５２ｂを介して第２の水用ヘッダ５２に流れ込んだ水は、各集合空間に達する度に進行方向を変更しながら、図３に示す熱交換器１０の下方から上方へと流れ、水用出口部５１ｂを介して、第１の水用ヘッダ５１の外に流れ出る（図３、図６、および図７の破線矢印参照）。水は、水管５０の中を流れる間に、冷媒管４０内部を流れる冷媒から与えられる熱によって加熱される。なお、第１の水用ヘッダ５１および第２の水用ヘッダ５２内の仕切り部材は、水が、冷媒の流れ方向に対して、対向する方向に流れるように、第１の水用ヘッダ５１および第２の水用ヘッダ５２内に配置されている。

（３−５）金属プレートの構成
次に、図８から図１１を用いて、水管５０およびヘッダ構成部５０ａを一体的に形成するための金属プレート８０の構成について説明する。図８は、金属プレート８０の概略平面図である。図９は、折り曲げられた状態の金属プレート８０の概略平面図である。図１０は、図８のＩＩ−ＩＩ線断面図である。図１１は、図９のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。

図８に示すように、金属プレート８０は、主として、第１プレート８０１および第２プレート８０２からなる。第１プレート８０１および第２プレート８０２は、図８の紙面において、左右方向に延びる中心線Ｃ１を基準に、上下に対称の外形を有する。中心線Ｃ１に沿って、第１プレート８０１および第２プレート８０２のいずれか一方が折り曲げられることにより、図９に示すように、水管５０およびヘッダ構成部５０ａが形成される。言い換えると、水管５０およびヘッダ構成部５０ａは、金属プレート８０が中心線Ｃ１に沿って折り曲げられることにより形成される。

具体的に、第１プレート８０１は、矩形部８１および突出部８６，８７を有し、第２プレート８０２は、矩形部８２および突出部８８，８９を有する。矩形部８１，８２は、図８において、左右に延びる部分である。突出部８６〜８９は、図８において、矩形部８１，８２から上下方向に突出する部分である。金属プレート８０が折り曲げられたとき、矩形部８１，８２は、上述の水管５０を構成し、突出部８６〜８９は、上述のヘッダ構成部５０ａを構成する。したがって、図８および図９に示すように、矩形部８１，８２の長辺寸法ｄ２１および短辺寸法ｄ２２は、水管５０の長辺寸法ｄ２１および短辺寸法ｄ２２にそれぞれ対応し、突出部８６〜８９の突出方向の寸法ｄ２３は、ヘッダ構成部５０ａの突出方向の寸法ｄ２３に対応する。

突出部８６，８７は、第１プレート８０１の短辺方向一端側であって、中心線Ｃ１と対向する位置にある第１端に配置される。また、突出部８６，８７は、第１プレート８０１の長辺方向において両端の近傍にそれぞれ配置される。また、突出部８８，８９は、第２プレート８０２の短辺方向一端側であって、中心線Ｃ１と対向する位置にある第２端に配置される。また、突出部８８，８９は、第２プレート８０２の長辺方向において両端の近傍にそれぞれ配置される。

金属プレート８０には、図８または図１０に示すように、開口形成部９１〜９４、凸面部８３、凹面部９８、および平滑部９５が形成されている。開口形成部９１〜９４、凸面部８３、凹面部９８、および平滑部９５は、例えば、プレス加工によって形成される。

開口形成部９１〜９４は、金属プレート８０が折り曲げられた際、開口部５０ｃを構成する部分である（図９参照）。開口形成部９１〜９４は、各突出部８６〜８９に、それぞれ形成されている。４つの開口形成部９１〜９４の寸法は、全て同じである。開口形成部９１〜９４の寸法は、水管５０に流す給湯用水の流量に合わせて設計される。開口形成部９１〜９４は、孔の周辺を取り囲む第１面を有する。第１面は、後述する凹面部９８に対して交差する方向に延びる（図１０参照）。

具体的に、金属プレート８０が折り曲げられる前、第１プレート８０１の開口形成部９１，９２は、凹面部９８に対して下向きに延びる第１面を有する（図８および図１０参照）。また、第２プレート８０２の開口形成部９３，９４は、金属プレート８０が折り曲げられる前、凹面部９８に対して上向きに延びる第１面を有する（図８および図１０参照）。

なお、図８に示す開口形成部９１〜９４の形状は、いずれも円形であるが、開口形成部９１〜９４の形状は、水漏れし難い形状であれば、円形以外の形状であってもよい。

凸面部８３は、金属プレート８０の外縁および中心線Ｃ１に沿って長手方向に延びる中央部分８５に設けられている。凸面部８３は、金属プレート８０の他の部分に比べて最も上方の高さ位置で延びる面である。凹面部９８は、開口形成部９１〜９４の周囲で延びる面である。凹面部９８は、金属プレート８０の他の部分に比べて最も下方の高さ位置で延びる。

平滑部９５は、開口形成部９１〜９４、凸面部８３、および凹面部９８以外の部分である。平滑部９５は、凸面部８３よりも下の高さ位置に延び、凹面部９８よりも上の高さ位置に延びる面である。平滑部９５には、また、ディンプル２５が設けられている。ディンプル２５は、金属プレート８０が折り曲げられたとき、上下方向に交互の平面位置にあるように、平滑部９５に設けられる。

図１１は、図９のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。すなわち、図１１は、図８および図１０に示される金属プレート８０が、中心線Ｃ１（すなわち、中央部分８５の中心）に沿って折り曲げられた状態を示す。金属プレート８０が折り曲げられると、図１１に示すように、第１プレート８０１と第２プレート８０２とが対向し、凸面部８３が重なる。重なり合った凸面部８３は、二重巻締めによってシールされる。このとき、対向する第１プレート８０１および第２プレート８０２の間には、平滑部９５によって、給湯用水が通る流路ｐ１が形成される（図１１参照）。流路ｐ１は、ヘッダ構成部５０ａまで続く。金属プレート８０を折り曲げた際に、金属プレート８０のうち流路ｐ１を形成する部分が、水管５０となる。また、金属プレート８０を折り曲げた際に、金属プレート８０のうち開口部５０ｃを構成する部分およびその周辺が、ヘッダ構成部５０ａとなる。折り曲げられた複数の金属プレート８０を、図１２に示すように重ね合わせることによって、ヘッダ構成部５０ａが重なり合い、水用ヘッダ５１，５２が形成される。

（４）冷媒管および水管の積層構造
図１３には、熱交換器１０の積層構造が模式的に示されている。図１３に示すように、熱交換器１０では、冷媒管４０と水管５０とが交互に積層される。すなわち、熱交換器１０では、水管５０の上下両方の面が、冷媒管４０に接触するように、冷媒管４０および水管５０が積層される。

具体的に、熱交換器１０では、第１冷媒管１４０と水管５０とが交互に積層され、部分的に、第１冷媒管１４０に代えて第２冷媒管２４０が配置される。言い換えると、所定の高さ位置に配置されている第２冷媒管２４０を除き、第１冷媒管１４０と水管５０とが接触するように積層されている。ここで、所定の高さ位置とは、非閉鎖空間ｎｒ１，ｎｒ２に隣接する高さ位置である。具体的に、所定の高さ位置とは、積層方向に隣接する二つの第１冷媒管１４０を流れる冷媒の流れ方向が変化する高さ位置である。特に、本実施形態では、過熱域の冷媒を通す第１冷媒管１４０と、過熱域の冷媒が流れる方向とは逆方向に流れる冷媒を通す第１冷媒管１４０との間に第２冷媒管２４０が配置される（図６参照）。さらに、本実施形態では、過冷却域の冷媒を通す第１冷媒管１４０と、過冷却域の冷媒が流れる方向とは逆方向に流れる冷媒を通す第１冷媒管１４０との間に第２冷媒管２４０が配置される（図７参照）。なお、本実施形態では、熱交換器１０の構造を安定させるために、第２冷媒管２４０の上下方向には、水管５０が積層されている。すなわち、第２冷媒管２４０は、水の流れ方向が異なる二つの水管５０の間に挟まれる態様で積層される。

第２冷媒管２４０は、非閉鎖空間ｎｒ１，ｎｒ２に接続される。具体的に、第２冷媒管２４０は、第１の冷媒用ヘッダ４１が有する非閉鎖空間ｎｒ１、または、第２の冷媒用ヘッダ４２が有する非閉鎖空間ｎｒ２のいずれかに接続させる。すなわち、冷媒用ヘッダ４１，４２に接続される多数の冷媒管４０のうち、第２冷媒管２４０は、長手方向一方の端部を非閉鎖空間ｎｒ１，ｎｒ２に接続させ、他方の端部を集合空間ｒ３または集合空間ｒ４に接続する。熱交換器１０では、このような積層順序を有することによって、第１冷媒管１４０を通る冷媒と水管５０を通る水との間の熱交換を行わせる。

（５）特徴
（５−１）
上記実施形態に係る熱交換器１０では、第１の冷媒用ヘッダ４１は、冷媒を集合させる複数の集合空間（第１端部側集合空間）ｒ１〜ｒ３を有し、第２の冷媒用ヘッダ４２は、冷媒を集合させる複数の集合空間（第２端部側集合空間）ｒ４〜ｒ６を有する。第１の冷媒用ヘッダ４１が有する第１集合空間ｒ１〜ｒ３は、第１集合空間ｒ１と、第２集合空間ｒ２とを含む。第２の冷媒用ヘッダ４２が有する第１集合空間ｒ４〜ｒ６は、第１集合空間ｒ１から送られる冷媒を集合させ、さらに、第２集合空間ｒ２に冷媒を送る第１集合空間ｒ４を含む。具体的に、第１の冷媒用ヘッダ４１は、第１集合空間ｒ４で冷媒を集合させるために、第１集合空間ｒ１から第１集合空間ｒ４に向けて第１の方向（左から右）へ冷媒を流す。第２の冷媒用ヘッダ４２は、第２集合空間ｒ２で冷媒を集合させるために、第１集合空間ｒ４から第２集合空間ｒ２に向けて第２の方向（右から左）へ冷媒を流す。第１の冷媒用ヘッダ４１は、第１集合空間ｒ１と第２集合空間ｒ２との間に、非閉鎖空間ｎｒ１を有する。非閉鎖空間ｎｒ１は、外部空間に連通する連通部分ｃｓを含む。これにより、第１のヘッダ内で隣り合う集合空間でそれぞれ集合した冷媒が、互いに与える影響を低減させることができる。

一般的に、熱交換器では、冷媒が、第１のヘッダの第１集合空間（第１集合空間ｒ１）から分配されると、その後、冷媒管４０を第１の方向（例えば、右から左）に流れて第２のヘッダの第１集合空間（例えば、第１集合空間ｒ４）で集合する。その後、冷媒は、流れ方向を変化させて第２の方向（例えば、左から右）に流れて、第１のヘッダ内部の次の集合空間（すなわち、第１集合空間の下方に並ぶ第２集合空間）で集合する。ここで、第１集合空間ｒ１と第２集合空間とは、仕切り部材によって仕切られているだけである。したがって、第１集合空間と第２の集合空間との間で、仕切り部材を介して熱伝導が生じる。その結果、第１集合空間で集合した冷媒の温度は、第２集合空間で集合した冷媒の温度の影響を受け、温度が下げられてしまう。すなわち、第１集合空間で集合した冷媒および第２集合空間で集合した冷媒は互いに影響を与えてしまう。その結果、当初想定した所望の熱交換効果を得られない場合がある。

しかし、上記実施形態に係る熱交換器１０は、第１集合空間ｒ１と第２集合空間ｒ２との間に非閉鎖空間ｎｒ１が設けられている。非閉鎖空間ｎｒ１は、筒状部材の部分であって外部空間と連通する孔（連通孔）４１ｃ，４２ｃが形成された連通部分ｃｓによって囲まれる。これによって、非閉鎖空間ｎｒ１の内部の圧力を調整することができる。また、仕切り部材４１ａ，４２ａを介した熱伝導による熱のロスを大幅に抑制することができる。すなわち、第２集合空間ｒ２で集合している冷媒の熱が、第１集合空間ｒ１で集合している冷媒の温度に与える影響を低減することができる。

（５−２）
上記実施形態に係る熱交換器１０では、第１の冷媒用ヘッダ４１は、筒状部材である。また、第１集合空間（第１端部側第１集合空間）ｒ１と、非閉鎖空間ｎｒ１と、第２集合空間（第１端部側第２集合空間）ｒ２とは、共通の筒状部材によって形成された空間である。非閉鎖空間ｎｒ１は、筒状部材の部分であって外部空間と連通する連通孔４１ｃが形成された連通部分ｃｓによって囲まれた空間である。

第１の冷媒用ヘッダ４１を構成する筒状部材が、連通部分ｃｓを含み、連通部分ｃｓに連通孔４１ｃが形成されている。すなわち、筒状部材に部分的に形成されている連通孔４１ｃによって、非閉鎖空間ｎｒ１が形成されている。これにより、熱交換器１０の構成が複雑になることを回避することができる。

（５−３）
上記実施形態に係る熱交換器１０では、第１の冷媒用ヘッダ４１の内部空間が、仕切り部材４１ａによって仕切られている。すなわち、筒状部材によって形成される内部空間が仕切り部材４１ａによって仕切られ、第１の冷媒用ヘッダ４１の内部に複数の集合空間ｒ１〜ｒ３が形成される。非閉鎖空間ｎｒ１は、二つの仕切り部材４１ａ，４１ａと、連通部分ｃｓを含む筒状部材と、によって囲まれた空間である。

これにより、簡易な構成により、第１集合空間ｒ１と第２集合空間ｒ２とを分離させることができる。

（５−４）
上記実施形態に係る熱交換器１０では、第１の冷媒用ヘッダ４１の長手方向第１端部（上端部）に、冷媒を入れるための冷媒用入口部４１ｂが形成されている。第１集合空間ｒ１は、第１の冷媒用ヘッダ４１の内部に形成されている複数の集合空間のうち、冷媒用入口部４１ｂの近傍に位置する集合空間である。すなわち、第１の冷媒用ヘッダ４１の冷媒の入口近傍にある第１集合空間ｒ１と、第１集合空間ｒ１の隣にある第２集合空間ｒ２とが、非閉鎖空間ｎｒ１によって分離される。

第１集合空間ｒ１は、過熱域の冷媒（すなわち、高温のガス冷媒）が集合する空間である。過熱域の冷媒の温度制御を正確に行うことは、熱交換器において所望の温度分布を実現するために、非常に重要である。しかし、従来の熱交換器では、第１集合空間と第２集合空間とが仕切り部材を挟んで隣り合っていた。したがって、第２集合空間の冷媒の温度に影響を受けて、第１集合空間の冷媒の温度制御を好適に行うことは困難であった（図１４参照）。

しかし、上記実施形態に係る熱交換器１０では、過熱域の冷媒が集合する第１集合空間ｒ１と、第２集合空間ｒ２との間に、非閉鎖空間ｎｒ１を設けて、第１集合空間ｒ１と第２集合空間ｒ２とを離間させた。これにより、第１集合空間ｒ１で集合する高温の冷媒について、当該第１集合空間ｒ１の隣の第２集合空間ｒ２の冷媒による温度の低下を抑制することができる。その結果、熱交換器１０の温度制御を好適に行うことが可能になる。

（５−５）
上記実施形態に係る熱交換器１０では、第２の冷媒用ヘッダ４２は、筒状部材である。また、第２の冷媒用ヘッダ４２の長手方向において第２端部に、冷媒を排出するための冷媒用出口部４２ｂをさらに有する。すなわち、第１の冷媒用ヘッダ４１に設けられた冷媒用入口部４１ｂに対して、第２の冷媒用ヘッダ４２の長手方向反対側の端部に冷媒用出口部４２ｂが設けられる。第１の冷媒用ヘッダ４１が有する複数の集合空間には、さらに、冷媒用出口部４２ｂの近傍に位置する第３集合空間ｒ３が含まれる。第２の冷媒用ヘッダ４２が有する複数の集合空間は、さらに、第２集合空間（第２端部側第２集合空間）ｒ５と、第３集合空間（第２端部側第３集合空間）ｒ６とから構成される。第３集合空間ｒ６は、第２集合空間ｒ５の隣にある集合空間であり冷媒用出口部４２ｂの近傍に位置する。第２の冷媒用ヘッダ４２は、第１の冷媒用ヘッダ４１の第３集合空間ｒ３で冷媒を集合させるために、第２集合空間ｒ５から第３集合空間ｒ３に向けて、図３に示すように、右から左（第３の方向）へ冷媒を流す。また、第１の冷媒用ヘッダ４１は、第２の冷媒用ヘッダ４２の第３集合空間ｒ６で冷媒を集合させるために、第３集合空間ｒ３から第３集合空間ｒ６に向けて、図３に示すように、左から右（第４の方向）へ冷媒を流す。第２の冷媒用ヘッダ４２は、第２集合空間ｒ５と、第３集合空間ｒ６との間に、非閉鎖空間ｎｒ２を有する。非閉鎖空間ｎｒ２は、筒状部材の部分であって外部空間と連通する孔（連通孔）４２ｃが形成された連通部分ｃｓによって囲まれる。

すなわち、上記実施形態に係る熱交換器１０では、冷媒用出口部４２ｂの近傍にある第３集合空間ｒ６と、当該第３集合空間ｒ６と隣り合う第２集合空間ｒ５とが、非閉鎖空間ｎｒ２によって分離される。冷媒用出口部４２ｂ近傍の集合空間（第２の冷媒用ヘッダ４２の第３集合空間ｒ６）には、過冷却域の冷媒（すなわち、低温の液冷媒）が集合する。また、当該集合空間の隣の集合空間には、二相域の冷媒が集合する。従来の熱交換器では、過冷却域の冷媒が集合する第３集合空間ｒ６と、二相域の冷媒が集合する第２集合空間ｒ５とが、仕切り部材によって仕切られているだけであった。そのため、仕切り部材を介して、第２集合空間ｒ５と第３集合空間ｒ５との間で熱伝導が行われていた。その結果、熱交換器における温度制御を好適に行うことができなかった。

しかし、上記実施形態に係る熱交換器１０では、第２の冷媒用ヘッダ４２においても、冷媒用出口部４２ｂ近傍にある第３集合空間ｒ６と、第３集合空間ｒ６の隣にある第２集合空間ｒ５との間にも、非閉鎖空間ｎｒ２が設けられる。これにより、第３集合空間ｒ６および第２集合空間ｒ５のそれぞれで集合する冷媒が互いに与える影響を大幅に抑制することができる。その結果、第３集合空間ｒ６で集合する低温の冷媒について、当該第３集合空間ｒ６の隣にある第２集合空間ｒ５の冷媒の影響による、温度の上昇を抑制することができる。また、第２集合空間ｒ５の冷媒の温度が、第３集合空間ｒ６の冷媒の温度によって下がりすぎることを抑制することもできる。

（５−６）
上記実施形態に係る熱交換器１０は、水管５０と、水用ヘッダ５１，５２と、ダミー管として用いる冷媒管（第２冷媒管）２４０とをさらに備える。水管５０は、水を通す流路ｐ１を有し、流路ｐ１が長手方向に延びる。水用ヘッダ５１，５２は、複数の水管５０の両端に接続されて、水を集合させる。ダミー管２４０は、第１冷媒管１４０と同様に長手方向に延びて、第１の冷媒用ヘッダ４１または第２の冷媒用ヘッダ４２の非閉鎖空間ｎｒ１，ｎｒ２に一方の端部が連結される。また、冷媒管を流れる冷媒と、水管を流れる水との間で熱交換を行わせ、ダミー管２４０は、第１の水管５０と、第１の水管の近傍の第２の水管５０との間に配置される。すなわち、非閉鎖空間ｎｒ１，ｎｒ２に、ダミー管２４０が接続され、ダミー管２４０を挟んで上下に、二つの水管５０が配置される。冷媒用ヘッダ４１，４２は、非閉鎖空間ｎｒ１，ｎｒ２を囲む筒状部材の部分に連通孔４１ｃ，４２ｃが形成されている。非閉鎖空間ｎｒ１，ｎｒ２の部分に、何も接続させない場合には、構造が安定しない。しかし、上記実施形態に係る熱交換器１０では、非閉鎖空間ｎｒ１，ｎｒ２に、ダミー管２４０が接続される。これにより、耐圧構造を確保することができる。

（６）変形例
（６−１）変形例Ａ
上記実施形態に係る熱交換器１０では、図３に示すように、仕切り部材４１ａ，４２ａによって、冷媒用ヘッダ４１，４２の内部空間がそれぞれ３つの第１集合空間ｒ１〜ｒ３，ｒ４〜ｒ６と、１つの非閉鎖空間ｎｒ１，ｎｒ２とに区切られた例を挙げて説明した。

ここで、冷媒用ヘッダ４１，４２の内部空間を仕切る仕切り部材４１ａ，４２ａの数は、図３に示すものに限られない。

（６−２）変形例Ｂ
上記実施形態に係る熱交換器１０では、第１の冷媒用ヘッダ４１に、非閉鎖空間ｎｒ１が形成され、第２の冷媒用ヘッダ４２に、非閉鎖空間ｎｒ２が形成されている。

ここで、第１の冷媒用ヘッダ４１および第２の冷媒用ヘッダ４２のいずれか一方にのみ、非閉鎖空間ｎｒ１，ｎｒ２が形成されていてもよい。例えば、熱交換器１０は、第１の冷媒用ヘッダ４１のみが非閉鎖空間ｎｒ１を有する構成であってもよいし、第２の冷媒用ヘッダ４２のみが非閉鎖空間ｎｒ２を有する構成であってもよい。

（６−３）変形例Ｃ
上記実施形態では、熱交換器１０が給湯装置１に採用された例を説明した。これにより、給湯装置１において、効果的に温水を作ることができた。ここで、上記実施形態に係る熱交換器１０は、暖房装置に採用されてもよい。これにより、暖房装置においても、効果的に温水を作ることができる。

１０ 熱交換器
４０ 冷媒管
４１，４２ 冷媒用ヘッダ（第１の冷媒用ヘッダ，第２の冷媒用ヘッダ）
４１ａ，４２ａ 仕切り部材
４１ｂ 冷媒用入口部
４２ｂ 冷媒用出口部
４１ｃ，４２ｃ 連通孔
ｃｓ 連通部分
５０ 水管
５０ａ ヘッダ構成部
５０ｃ 開口部
５０ｄ 継ぎ部
５１，５２ 水用ヘッダ（第１の水用ヘッダ、第２の水用ヘッダ）
５１ｂ 水用出口部
５２ｂ 水用入口部
８０ 金属プレート
ｒ１〜ｒ３，ｒ４〜ｒ６ 複数の集合空間（第１端部側集合空間、第２端部側集合空間）
ｒ１ 第１集合空間（第１端部側第１集合空間）
ｒ２ 第２集合空間（第１端部側第２集合空間）
ｒ３ 第３集合空間（第１端部側第３集合空間）
ｒ４ 第１集合空間（第２端部側第１集合空間）
ｒ５ 第２集合空間（第２端部側第２集合空間）
ｒ６ 第３集合空間（第２端部側第３集合空間）
ｎｒ１，ｎｒ２ 非閉鎖空間

特開２０１２−２０２６０８号公報

Claims (8)

1. 冷媒を通す冷媒流路（４０ａ）を有し、前記冷媒流路が長手方向に延びる複数の冷媒管（４０（１４０，２４０））と、
   前記複数の冷媒管の長手方向に対して交差する交差方向に延び、前記複数の冷媒管の第１の端部に接続されて、前記冷媒を集合させる第１端部側集合空間を有する第１の冷媒用ヘッダ（４１）と、
   前記交差方向に延び、前記複数の冷媒管の第２の端部に接続されて、前記冷媒を集合させる第２端部側集合空間を有する第２の冷媒用ヘッダ（４２）と、
   を備え、
   前記第１端部側集合空間は、第１端部側第１集合空間（ｒ１）と、前記第１端部側第１集合空間の隣の集合空間である第１端部側第２集合空間（ｒ２）とから構成され、
   前記第２端部側集合空間は、第２端部側第１集合空間（ｒ４）から構成され、
   前記第１の冷媒用ヘッダは、前記第２端部側第１集合空間で前記冷媒を集合させるために、前記第１端部側第１集合空間から前記第２端部側第１集合空間に向けて第１の方向へ前記冷媒を流し、
   前記第２の冷媒用ヘッダは、前記第１端部側第２集合空間で前記冷媒を集合させるために、前記第２端部側第１集合空間から前記第１端部側第２集合空間に向けて前記第１の方向に対向する第２の方向へ前記冷媒を流し、
   前記第１の冷媒用ヘッダは、前記第１端部側第１集合空間と前記第１端部側第２集合空間との間に、外部空間に連通させる連通部分（ｃｓ）によって囲まれる非閉鎖空間（ｎｒ１）を有する、
   熱交換器。
2. 前記第１の冷媒用ヘッダは、筒状部材であり、
   前記第１端部側第１集合空間と、前記非閉鎖空間と、前記第１端部側第２集合空間とは、共通の前記筒状部材によって形成された空間であり、
   前記非閉鎖空間は、前記筒状部材の部分であって前記外部空間と連通する孔（４１ｃ）が形成された前記連通部分によって囲まれる空間である、
   請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記第１の冷媒用ヘッダは、前記筒状部材によって形成される内部空間を仕切って前記第１のヘッダ内部に前記第１端部側集合空間を形成する仕切り部材（４１ａ）を有し、
   前記非閉鎖空間は、二つの前記仕切り部材と、前記連通部分を含む前記筒状部材とによって囲まれた空間である、
   請求項２に記載の熱交換器。
4. 前記第１の冷媒用ヘッダは、長手方向第１端部に前記冷媒を入れるための入口部（４１ｂ）をさらに有し、
   前記第１端部側第１集合空間は、前記第１端部側集合空間を構成する複数の集合空間のうち、前記入口部の近傍に位置する集合空間である、
   請求項１から３のいずれかに記載の熱交換器。
5. 前記第２の冷媒用ヘッダは、筒状部材であり、
   前記第２の冷媒用ヘッダは、長手方向において前記第１端部の反対側に位置する第２端部に、前記冷媒を排出するための出口部（４２ｂ）をさらに有し、
   前記第１端部側集合空間は、さらに、前記出口部の近傍に位置する第１端部側第３集合空間（ｒ３）から構成され、
   前記第２端部側集合空間は、さらに、第２端部側第２集合空間（ｒ５）と、前記第２端部側第２集合空間の隣にある集合空間であり前記出口部の近傍に位置する第２端部側第３集合空間（ｒ６）とから構成され、
   前記第２の冷媒用ヘッダは、前記第１端部側第３集合空間で前記冷媒を集合させるために、前記第２端部側第２集合空間から前記第１端部側第３集合空間に向けて第３の方向へ前記冷媒を流し、
   前記第１の冷媒用ヘッダは、前記第２端部側第３集合空間で前記冷媒を集合させるために、前記第１端部側第３集合空間から前記第２端部側第３集合空間に向けて前記第３の方向に対向する第４の方向へ前記冷媒を流し、
   前記第２の冷媒用ヘッダは、前記第２端部側第２集合空間と、前記第２端部側第３集合空間との間に、前記筒状部材の部分であって外部空間と連通する孔（４２ｃ）が形成された連通部分（ｃｓ）によって囲まれる非閉鎖空間（ｎｒ２）を有する、
   請求項４に記載の熱交換器。
6. 水を通す水流路を有し、前記水流路が長手方向に延びる水管（５０）と、
   複数の前記水管の両端に接続されて、前記水を集合させる水用ヘッダ（５１，５２）と、
   前記複数の冷媒管と同様に長手方向に延びて、前記第１の冷媒用ヘッダの前記非閉鎖空間に第１の端部が連結されるダミー管（２４０）と、
   をさらに備え、
   前記複数の冷媒管を流れる前記冷媒と、前記水管を流れる前記水との間で熱交換を行わせ、
   前記ダミー管は、第１の前記水管と、前記第１の水管の近傍の第２の水管との間に配置される、
   請求項１から５のいずれかに記載の熱交換器。
7. 前記冷媒は、Ｒ３２冷媒である、
   請求項１から６のいずれかに記載の熱交換器。
8. 請求項１から７のいずれかに記載の熱交換器を用いて温水を作る、
   給湯装置または暖房装置。

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