JP5056616B2 - 熱交換器 - Google Patents

Description

本発明は、水と冷媒とを熱交換する熱交換器に関し、水と二酸化炭素よりなる冷媒とを熱交換して水を加熱するヒートポンプ式給湯機に搭載される水冷媒熱交換器に用いて好適である。

従来、ヒートポンプ式給湯機に搭載される水冷媒熱交換器は、ヒートポンプユニットの下面に、水の流れ方向が略水平になるように配置（いわゆる横置き）されている（例えば、特許文献１、２参照）。
特開２００１−３２４２８３号公報 特開２００６−３３６８９４号公報

ところで、冬季の寒冷地等では、ヒートポンプ式給湯機の主電源をオフにした時には、水冷媒熱交換器のコア部内に残った水が凍結することによる破損を防止するために、水冷媒熱交換器に設けられた水抜き栓からコア部内の水を抜く水抜き作業を実施する。

しかしながら、図１１に示すように、水抜き栓Ｊ１８１ｂが上方に位置するように傾斜した状態でコア部Ｊ１５０を設置した場合、重力による排水後に、コア部Ｊ１５０内の上面と下面がともに水に接している領域（以下、満水領域という）が存在してしまう。この満水領域では、水が凍結すると体積膨張によりコア部（ケース）が応力により膨らみ、割れが発生するという問題がある。

本発明は、上記点に鑑み、コア部内の水が凍結することによりコア部に割れが発生することを抑制できる熱交換器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、箱状のケース（１００）内に配置され、水と冷媒との間で熱交換を行う熱交換器であって、水が流れる水通路（２５０ａ）を形成するコア部（１５０）を備え、コア部（１５０）は、外形が略薄型矩形状になっているとともに、高さ方向が縦方向および横方向より短くなっており、水通路（２５０ａ）内の水の流れ方向が、コア部（１５０）の高さ方向に対して略直交しており、コア部（１５０）の下方側には、外部に水を排出する排水部（１６０ａ）が設けられており、
ケース（１００）が水平面に対して想定される最大の傾斜角度（θｍ）で傾斜して排水部（１６０ａ）が上側へ変位するようにコア部（１５０）が設置された際に、排水部（１６０ａ）からコア部（１５０）内の水を排出させる水抜き作業を実施した後に、水通路（２５０ａ）をコア部（１５０）内面の上面を含む任意の断面でみたとき、コア部（１５０）内面の上面とコア部（１５０）内の水面との間に隙間が存在するように、コア部（１５０）がケース（１００）の底面（１００ａ）に対して予め定めた初期傾斜角度（θ０）にて傾斜配置されていることを特徴としている。

これによれば、水冷媒熱交換器（１５）、すなわち、ケース（１００）が水平面に対して想定される最大の傾斜角度（θｍ）で傾斜して設置された場合でも、重力によりコア部（１５０）内の水が排水部（１６０ａ）より外部に排水された後に、コア部（１５０）内面の上面とコア部（１５０）内に残っている水の水面との間に隙間が存在するようにできる。したがって、コア部（１５０）内に満水領域が発生していないので、コア部（１５０）内の水が凍結しても、コア部（１５０）が応力により膨らむことを抑制できる。これにより、コア部（１５０）に割れが発生することを抑制できる。

また、請求項２に記載の発明のように、コア部（１５０）は、排水部（１６０ａ）の下端部が、コア部（１５０）内面のうち排水部（１６０ａ）が設けられている面に対向する面の上端部より下方側となるように、傾斜配置されていてもよい。

また、請求項３に記載の発明のように、コア部（１５０）が水平面に対して傾斜した状態で設置された際に、排水部（１６０ａ）からコア部（１５０）内の水を排出させる水抜き作業を実施した後に、水通路（２５０ａ）をコア部（１５０）内面の上面を含む任意の断面でみたとき、コア部（１５０）内面の上面と水面との間に隙間が存在し得る傾斜角度を許容傾斜角度（θｐ）としたとき、初期傾斜角度（θ０）は、θ０≦θｍ−θｐの関係を満たすように設定されていてもよい。

また、請求項４に記載の発明のように、コア部（１５０）の高さ方向の内寸法をＸ、縦方向の内寸法をＺとしたとき、許容傾斜角度（θｐ）は、θｐ≦ｔａｎ−１（Ｘ／Ｚ）の関係を満たしていてもよい。

また、請求項５に記載の発明のように、コア部（１５０）の高さ方向の内寸法をＸ、横方向の内寸法をＹとしたとき、許容角度（θｐ）は、θｐ≦ｔａｎ−１（Ｘ／Ｙ）の関係を満たしていてもよい。

また、請求項６に記載の発明では、コア部（１５０）の高さ方向の内寸法をＸ、縦方向の内寸法をＺとしたとき、コア部（１５０）は、Ｚ≦Ｘ／ｔａｎθｍの関係を満たすように形成されていることを特徴としている。

このように、コア部（１５０）の縦方向の内寸法Ｚを、Ｚ≦Ｘ／ｔａｎθ_ｍの関係を満たすように予め設定することで、コア部（１５０）が水平面に対して縦方向に最大傾斜角度θ_ｍ傾斜した状態で設置された場合でも、コア部（１５０）内に満水領域が発生しないようにできる。これにより、コア部（１５０）の横方向のみをケース（１００）の底面（１００ａ）に対して傾斜させればよいため、水冷媒熱交換器（１５）の構成を簡素化できる。

また、請求項７に記載の発明では、コア部（１５０）の高さ方向の内寸法をＸ、横方向の内寸法をＹとしたとき、コア部（１５０）は、Ｙ≦Ｘ／ｔａｎθｍの関係を満たすように形成されていることを特徴としている。

このように、コア部（１５０）の横方向の内寸法Ｙを、Ｙ≦Ｘ／ｔａｎθ_ｍの関係を満たすように予め設定することで、コア部（１５０）が水平面に対して横方向に最大傾斜角度θ_ｍ傾斜した状態で設置された場合でも、コア部（１５０）内に満水領域が発生しないようにできる。これにより、コア部（１５０）の縦方向のみをケース（１００）の底面（１００ａ）に対して傾斜させればよいため、水冷媒熱交換器（１５）の構成を簡素化できる。

また、請求項８に記載の発明のように、ケース（１００）の底面（１００ａ）を形成する底板（１００ｂ）の板厚を、排水部（１６０ａ）に近づく程薄くすることにより、コア部（１５０）を底面（１００ａ）に対して傾斜させてもよい。
請求項９に記載の発明では、箱状のケース（１００）内に配置され、水と冷媒との間で熱交換を行う熱交換器であって、水が流れる水通路（２５０ａ）を形成するコア部（１５０）を備え、コア部（１５０）は、外形が略薄型矩形状になっているとともに、高さ方向が縦方向および横方向より短くなっており、水通路（２５０ａ）内の水の流れ方向が、コア部（１５０）の高さ方向に対して略直交しており、コア部（１５０）は、重力方向に複数積層されており、複数のコア部（１５０）は、下側に配置される第１コア部（１５０Ａ）と、第１コア部（１５０Ａ）の上側に配置される第２コア部（１５０Ｂ）とを包含しており、第１コア部（１５０Ａ）と第２コア部（１５０Ｂ）の水通路（２５０ａ）は、直列に接続されており、
第１、第２コア部（１５０Ａ、１５０Ｂ）の一端側を接近し、かつ、第１、第２コア部（１５０Ａ、１５０Ｂ）の他端側を上下に離すように配置することにより第１、第２コア部（１５０Ａ、１５０Ｂ）がＶ状に配置されており、
ケース（１００）が水平に配置された際には、第１、第２コア部（１５０Ａ、１５０Ｂ）のうち、第１コア部（１５０Ａ）の他端側が最も下方側に位置するようになっており、
第１コア部（１５０Ａ）の他端側に、外部に水を排出する排水部（１６０ａ）が設けられており、
ケース（１００）が水平面に対して想定される最大の傾斜角度（θｍ）で傾斜して、排水部（１６０ａ）が上側へ変位するように第１、第２コア部（１５０Ａ、１５０Ｂ）が設置された際に、排水部（１６０ａ）から第１、第２コア部（１５０Ａ、１５０Ｂ）内の水を排出させる水抜き作業を実施した後に、水通路（２５０ａ）を第１、第２コア部（１５０Ａ、１５０Ｂ）内面の上面を含む任意の断面でみたとき、第１コア部（１５０Ａ）の一端側の内面の上面と第１コア部（１５０Ａ）の一端側内の水面との間に隙間が存在するように、第１コア部（１５０Ａ）がケース（１００）の底面（１００ａ）に対して予め定めた初期傾斜角度（θ０）にて傾斜配置されており、
また、ケース（１００）が水平面に対して想定される最大の傾斜角度（θｍ）で傾斜して、第２コア部（１５０Ｂ）の他端側が下側へ変位するように第１、第２コア部（１５０Ａ、１５０Ｂ）が設置された際に、排水部（１６０ａ）から第１、第２コア部（１５０Ａ、１５０Ｂ）内の水を排出させる水抜き作業を実施した後に、水通路（２５０ａ）を第１、第２コア部（１５０Ａ、１５０Ｂ）内面の上面を含む任意の断面でみたとき、第２コア部（１５０Ｂ）の他端側の内面の上面と第２コア部（１５０Ｂ）の他端側内の水面との間に隙間が存在するように、第２コア部（１５０Ｂ）がケース（１００）の底面（１００ａ）に対して予め定めた初期傾斜角度（θ０）にて傾斜配置されていることを特徴とする。
これによれば、第１、第２コア部（１５０Ａ、１５０Ｂ）の各々が、ケース（１００）の底面（１００ａ）に平行な面に対して初期傾斜角度（θ０）以上傾斜して配置される。このため、水冷媒熱交換器（１５）、すなわち、ケース（１００）が水平面に対して想定される最大の傾斜角度（θｍ）で傾斜して設置された場合でも、第１、第２コア部（１５０Ａ、１５０Ｂ）の各々において、重力によりコア部内の水が排水部（１６０ａ）より外部に排水された後に、コア部内面の上面とコア部内に残っている水の水面との間に隙間が存在するようにできる。したがって、第１、第２コア部（１５０Ａ、１５０Ｂ）の各々に割れが発生することを抑制できる。
請求項１０に記載の発明のように、請求項９に記載の熱交換器において、第１コア部（１５０Ａ）と第２コア部（１５０Ｂ）同士がなす角度を、具体的には、初期傾斜角度（θ０）の２倍以上にすればよい。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について図１〜図７に基づいて説明する。本実施形態は、本発明に係る熱交換器をヒートポンプ式給湯機の水冷媒熱交換器に適用したものである。図１は、本第１実施形態に係る水冷媒熱交換器１５が適用されたヒートポンプ式給湯機を示す全体構成図である。

図１に示すように、ヒートポンプ式給湯機は、給湯水を貯留する貯湯タンク１０、貯湯タンク１０内の給湯水を循環する水循環通路１１、および、給湯水を加熱するためのヒートポンプサイクル装置１２を備えている。貯湯タンク１０は、高温の給湯水を長時間保温することができる温水タンクである。貯湯タンク１０に貯留された給湯水は、貯湯タンク１０の上部に設けられた出湯口１０ａから出湯され、台所や風呂等に給湯される。貯湯タンク１０内の下部に設けられた給水口１０ｂから水道水が補給されるようになっている。

水循環通路１１には、給湯水を循環させる電動水ポンプ１３が配置されており、給湯水は、貯湯タンク１０下部の給湯水出口１０ｃ→電動水ポンプ１３→水冷媒熱交換器１５→貯湯タンク１０上部の給湯水入口１０ｄの順に流れる。

ヒートポンプサイクル装置１２は、電動圧縮機１４、水冷媒熱交換器１５、膨張弁１６、蒸発器１７等を順次配管接続した周知の冷凍サイクルである。

電動圧縮機１４は冷媒を吸入、圧縮、吐出する。電動圧縮機１４の冷媒吐出口側は、水冷媒熱交換器１５の冷媒入口側に接続されている。水冷媒熱交換器１５は、給湯水が通過する水通路２５０ａと、電動圧縮機１４吐出冷媒（高温高圧冷媒）が通過する冷媒通路２５０ｂとを有し、給湯水と電動圧縮機１４の吐出冷媒との間で熱交換させて、給湯水を加熱する加熱用熱交換器である。水冷媒熱交換器１５の詳細については後述する。

水冷媒熱交換器１５の冷媒通路２５０ｂ出口側は、膨張弁１６の入口側に接続されている。膨張弁１６は冷媒通路２５０ｂから流出した高圧冷媒を減圧する減圧装置である。

膨張弁１６の出口側は、蒸発器１７に接続されている。蒸発器１７は、膨張弁１６で減圧された低圧冷媒と外気（室外空気）とを熱交換させることで、低圧冷媒を蒸発させて吸熱作用を発揮させる室外熱交換器である。蒸発器１７の冷媒出口側は、電動圧縮機１４の吸入口側に接続されている。

次に、本実施形態の水冷媒熱交換器１５の具体的構造について図２〜図７を参照して説明する。図２は本第１実施形態における水冷媒熱交換器１５の全体構造を模式的に示しており、（ａ）が一部透過平面図で、（ｂ）が正面図である。なお、図２（ａ）は、後述する第１コア部１５０Ａを示している。

図２（ａ）、（ｂ）に示すように、水冷媒熱交換器１５は、断熱ケース１００内に配置されている。水冷媒熱交換器１５は、水通路２５０ａを形成するコア部１５０と、冷媒通路２５０ｂを形成するチューブ１６０を備えている。本実施形態の水冷媒熱交換器１５は、コア部１５０を２つ有している。２つのコア部１５０は、重力方向に並んで配置されている。

コア部１５０は、薄型矩形の箱状に形成されている。したがって、コア部１５０の外形は、薄型矩形状になっている。また、コア部１５０は、縦方向、横方向および高さ方向のうち、高さ方向の長さが最も短くなっており、横方向の長さが最も長くなっている。また、コア部１５０の水通路２５０ａ内の水流れ方向は、高さ方向に対して略直交している。

チューブ１６０は、３本の細管１６１ａ、１６１ｂ、１６１ｃから構成されている金属製チューブである。３本の細管１６１ａ、１６１ｂ、１６１ｃは１組となって、コア部１５０の外周を螺旋状に巻くように形成されている。なお、チューブ１６０は、３本の細管１６１ａ、１６１ｂ、１６１ｃを１組としてコア部１５０の外周を螺旋状に巻く場合に限らず、チューブ１６０は、１本または複数本（２本もしくは４本以上）の細管を１組としてコア部１５０の外周を螺旋状に巻くようにしてもよい。

３本の細管１６１ａ、１６１ｂ、１６１ｃの上流側端部には、分岐管１６２ａが接続されている。分岐管１６２ａは、電動圧縮機１４から吐出された冷媒を細管１６１ａ、１６１ｂ、１６１ｃに分流する。また、３本の細管１６１ａ、１６１ｂ、１６１ｃの下流側端部には、分岐管１６２ｂが接続されている。分岐管１６２ｂは、細管１６１ａ、１６１ｂ、１６１ｃから流出する冷媒を集合して膨張弁１６の入口側に流す。

図３は本第１実施形態におけるコア部１５０を示す分解斜視図で、図４は図２（ａ）のＡ−Ａ断面図、図５は図２（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。図３〜図５に示すように、コア部１５０は、空間を挟んで対向する２枚のプレート１５１ａ、１５１ｂから構成されている。また、２枚のプレート１５１ａ、１５１ｂの間には、矩形波状に形成されたインナーフィン１７０が配置されている。

インナーフィン１７０は、後述するように蛇行状の水通路２５０ａを構成し、水（水道水）と冷媒との間の熱交換を促進する金属製インナーフィンである。インナーフィン１７０は、複数の山部１７１、複数の谷部１７２、および複数の平面部１７３から構成されている。インナーフィン１７０の外形（縦×横×高さ）は、コア部１５０の内寸に適合している。

山部１７１および谷部１７２は、平坦状に形成されており、それぞれプレート１５１ａ、プレート１５１ｂに接合されている。複数の山部１７１と複数の谷部１７２とは、山部１７１と谷部１７２とが交互になるよう、コア部１５０の横方向に並べられている。隣り合う山部１７１と谷部１７２とは、平面部１７３により繋がれている。複数の平面部１７３は、それぞれ、コア部１５０の縦方向に延びる長方形状に形成されている。複数の平面部１７３のうち隣り合う２つの平面部１７３は、水通路２５０ａを構成する。

複数の平面部１７３には、第１、第２切り欠き開口部１７４ａ、１７４ｂのうちいずれか一方の切り欠き開口部が形成されている。第１、第２切り欠き開口部１７４ａ、１７４ｂは、水通路２５０ａの一部を構成する。

第１切り欠き開口部１７４ａは、平面部１７３のうち稜線方向、すなわちコア部１５０の縦方向の一端側（図２（ａ）中の上側）に形成されている。第２切り欠き開口部１７４ｂは、平面部１７３のうち稜線方向の他端側（図２（ａ）中の下側）に形成されている。複数の平面部１７３は、第１切り欠き開口部１７４ａと第２切り欠き開口部１７４ｂとがコア部１５０の横方向（図２（ａ）中の左右方向）に向かって交互に並ぶように形成されている。

以上により、インナーフィン１７０により図２（ａ）中太字の矢印の如く蛇行状の水通路２５０ａを構成することができる。

図２に示すように、２つのコア部１５０のうち下方側に配置されるコア部（以下、第１コア部１５０Ａという）の横方向における一端側には水入口１６０ａが設けられており、他端側には水出口１６０ｂが設けられている。水入口１６０ａには、入口側水配管１８１が接続されている。入口側水配管１８１には、電動水ポンプ１３（図１参照）からの水をコア部１５０内に流入させる流入部１８１ａ、およびコア部１５０内の水を抜く、すなわち外部に排出するための水抜き栓１８１ｂが設けられている。

第１コア部１５０Ａの水出口１６０ｂには、接続水配管１８２が接続されている。接続水配管１８２は、第１コア部１５０Ａの水出口１６０ｂと、２つのコア部１５０のうち上方側に配置されるコア部（以下、第２コア部１５０Ｂという）の横方向における一端側に設けられている水入口１６０ｃとを接続するものである。

第２コア部１５０Ｂの他端側には、水出口１６０ｄが設けられている。水出口１６０ｄには、出口側配管１８３が接続されている。出口側配管１８３には、コア部１５０内の水を貯湯タンク１０（図１参照）へ流出させる流出部１８３ａ、およびコア部１５０内のエア抜きを行うためのエア抜き栓１８３ｂが設けられている。

したがって、第１コア部１５０Ａおよび第２コア部１５０Ｂ内の水通路２５０ａは、直列に接続されている。

ここで、第１コア部１５０Ａの水入口１６０ａには水抜き栓１８１ｂが接続されているため、コア部１５０内から水を抜く水抜き作業時には、水入口１６０ａから第１コア部１５０Ａ内の水が外部に排水される。したがって、水入口１６０ａは、本発明の排水部に相当している。また、水抜き作業時には、第２コア部１５０Ｂの水入口１６０ｃから第２コア部１５０Ｂ内の水が第１コア部１５０Ａを介して外部に排出される。したがって、水入口１６０ｃも、本発明の排水部に相当している。

図６は本第１実施形態に係る水冷媒熱交換器１５を縦方向から見た模式的な断面図で、（ａ）は水平面に施工したとき、（ｂ）、（ｃ）は水平面に対して最大傾斜角度θ_ｍ傾斜した傾斜面に施工したときを示している。なお、図６（ａ）〜（ｃ）中の破線は水平線であり、一点鎖線は断熱ケース１００の底面１００ａに平行な仮想線である。

水冷媒熱交換器１５のコア部１５０は、断熱ケース１００内に収納された状態で施工、すなわち設置面に設置される。このとき、断熱ケース１００の底面１００ａは、設置面に対して平行になっている。また、設置面は水平面に対して傾斜している場合がある。ここで、設置面の水平面に対する傾斜角度のうち、想定される最大の傾斜角度を最大傾斜角度θ_ｍという。本実施形態では、最大傾斜角度θ_ｍを２°としている。

ところで、コア部１５０内の水を外部に排出する水抜き作業において、水抜き栓１８１ｄおよびエア抜き栓１８３ｂを開放すると、コア部１５０内の水は重力により排水される。ここで、水抜き作業後にコア部１５０内に残っている水の水面を残水面という。

コア部１５０が水平面に対して傾斜した状態で設置されても、傾斜角度によっては、水抜き作業後に、水通路２５０ａをコア部１５０内面の上面を含む任意の断面でみたとき、コア部１５０内面の上面と残水面との間に隙間が存在する場合（以下、許容傾斜状態という）がある。ここで、許容傾斜状態におけるコア部１５０の水平面に対する傾斜角度を許容傾斜角度θ_ｐという。

許容傾斜状態では、水通路２５０ａをコア部１５０内面の上面を含む任意の断面でみたとき、残水面が、水入口１６０ａ、１６０ｃの下端と水出口１６０ｂ、１６０ｄが設けられている面の上端とを結ぶ対角線（以下、断面対角線Ｄという）より下方側に存在している。そして、残水面が断面対角線Ｄより上方側になると、水通路２５０ａの少なくとも一部の断面において、水抜き作業後に、コア部１５０内面の上面と残水面との間に隙間が存在しない領域、すなわち満水領域が発生してしまう。なお、コア部１５０が、水平面に対して許容傾斜角度θ_ｐのうち最大の傾斜角度で傾斜配置された場合には、水抜き作業後の残水面と断面対角線Ｄとが一致する。

図６に示すように、第１コア部１５０Ａは、水平面に対して最大傾斜角度θ_ｍ傾斜するように設置された際に、水抜き作業後に第１コア部１５０Ａの水通路２５０ａを第１コア部１５０Ａ内面の上面を含む任意の断面でみたとき、第１コア部１５０Ａ内の上面と残水面との間に隙間が存在する、すなわち満水領域が発生しないように、断熱ケース１００の底面１００ａに対して予め定めた初期傾斜角度θ_０にて傾斜配置されている。

より詳細には、第１コア部１５０Ａは、水入口１６０ａの下端部が、第１コア部１５０Ａの内面のうち水入口１６０ａが設けられている面に対向する面、すなわち水出口１６０ｂが設けられている面の上端部より下方側となるように傾斜している。すなわち、第１コア部１５０Ａは、断熱ケース１００の底面１００ａから水入口１６０ａの下端部までの距離が、断熱ケース１００の底面１００ａから第１コア部１５０Ａの内面のうち水入口１６０ａが設けられている面に対向する面の上端部までの距離より短くなるように傾斜している。

具体的には、初期傾斜角度θ_０を、下記の数式１を満たすように設定すれば、水抜き作業後にコア部１５０内に満水領域が発生しないようにできる。

θ_０≦θ_ｍ−θ_ｐ…（数式１）
図７は、本第１実施形態における第１コア部１５０Ａを示す断面図で、（ａ）は縦方向から見た状態、（ｂ）は横方向から見た状態を示している。

上述したように、第１コア部１５０Ａが水平面に対して許容傾斜角度θ_ｐにて傾斜配置されている場合、水通路２５０ａの少なくとも一部の断面において、水抜き作業後の残水面が断面対角線Ｄより下方側に位置している。したがって、第１コア部１５０Ａの高さ方向の内寸法をＸ、横方向の内寸法をＹ、縦方向の内寸法をＺとしたとき、許容傾斜角度θ_ｐは、下記の数式２、３を満たしている。

θ_ｐ≦ｔａｎ^−１（Ｘ／Ｙ）…（数式２）
θ_ｐ≦ｔａｎ^−１（Ｘ／Ｚ）…（数式３）
ところで、本実施形態では、コア部１５０の横方向の傾斜のみを考慮すれば良いように、コア部１５０の縦方向の内寸法を予め設定している。具体的には、コア部１５０の縦方向の内寸法Ｚを、下記の数式４を満たすように設定すれば、コア部１５０が水平面に対して縦方向に最大傾斜角度θ_ｍ傾斜した場合でも、水抜き作業後に水通路２５０ａをコア部１５０内面の上面を含む任意の断面でみたとき、コア部１５０内の上面と残水面との間に隙間が存在する、すなわちコア部１５０内に満水状態が発生しないようにできる。

Ｚ≦Ｘ／ｔａｎθ_ｍ…（数式４）
図６に戻り、第１コア部１５０Ａと第２コア部１５０Ｂとがなす角度は、初期傾斜角度θ_０の２倍になっている。そして、第２コア部１５０Ｂは、水入口１６０ｃの下端部が、第２コア部１５０Ｂの内面のうち水入口１６０ｃが設けられている面に対向する面、すなわち水出口１６０ｄが設けられている面の上端部より下方側となるように傾斜している。すなわち、第２コア部１５０Ｂは、断熱ケース１００の底面１００ａから水入口１６０ｃの下端部までの距離が、断熱ケース１００の底面１００ａから第２コア部１５０Ｂの内面のうち水入口１６０ｃが設けられている面に対向する面の上端部までの距離以下になるように傾斜している。

また、本実施形態では、図２（ｂ）に示すように、断熱ケース１００の底面１００ａを形成する底板１００ｂの板厚が、第１コア部１５０の水入口１６０ａに近づく程薄くなっている。これにより、第１コア部１５０Ａを断熱ケース１００の底板１００ｂの上に設置することで、第１コア部１５０Ａを底面１００ａに対して傾斜させることができる。

また、第１コア部１５０Ａと第２コア部１５０Ｂとの間には、ブラケット１８０が配設されている。これにより、第１、第２コア部１５０Ａ、１５０Ｂは、２つのコア部１５０Ａ、１５０Ｂのなす角度が初期傾斜角度θ_０の２倍となるように固定された状態で、断熱ケース１００内に配置することができる。

次に、本第１実施形態における水冷媒熱交換器１５の作動について説明する。

図６（ａ）に示すように、水冷媒熱交換器１５の設置面が水平面に対して平行になっている場合、第２コア部１５０Ｂの水入口１６０ｃが水出口１６０ｄより下方側に位置しているので、水抜き作業時において、第２コア部１５０Ｂ内の水は、重力により自然に第１コア部１５０Ａ側に排水される。そして、第１コア部１５０Ａの水入口１６０ａが水出口１６０ｂより下方側に位置しているので、第１コア部１５０Ａ内の水は重力により自然に外部に排水される。したがって、第１、第２コア部１５０Ａ、１５０Ｂ内には満水領域が存在しない。

図６（ｂ）に示すように、第１コア部１５０Ａの水入口１６０ａが水出口１６０ｂより上方側に位置するように、水冷媒熱交換器１５の設置面が水平面に対して横方向に最大傾斜角度θ_ｍ傾斜している場合、第２コア部１５０Ｂの水入口１６０ｃが水出口１６０ｄより下方側に位置しているので、水抜き作業時において、第２コア部１５０Ｂ内の水は、重力により自然に第１コア部１５０Ａ側に排水される。

一方、第１コア部１５０Ａの水入口１６０ａは水出口１６０ｂより上方側に位置しているので、重力により第１コア部１５０Ａ内の水が外部に排水された後に、第１コア部１５０Ａ内に水が残る。このとき、第１コア部１５０Ａは断熱ケース１００の底面、すなわち設置面に対して初期傾斜角度θ_０にて傾斜配置されているので、第１コア部１５０Ａの水通路２５０ａを第１コア部１５０Ａ内面の上面を含む任意の断面でみたとき、第１コア部１５０Ａ内の上面と残水面との間に隙間が存在している。したがって、第１、第２コア部１５０Ａ、１５０Ｂ内には満水領域が存在しない。

図６（ｃ）に示すように、第１コア部１５０Ａの水入口１６０ａが水出口１６０ｂより下方側に位置するように、水冷媒熱交換器１５の設置面が水平面に対して横方向に最大傾斜角度θ_ｍ傾斜している場合、第２コア部１５０Ｂの水入口１６０ｃが水出口１６０ｄより上方側に位置しているので、水抜き作業時において、第２コア部１５０Ｂ内の水が重力により第１コア部Ａ側に排水された後に、第２コア部１５０Ｂ内に水が残る。このとき、第２コア部１５０Ｂは断熱ケース１００の底面、すなわち設置面に対して初期傾斜角度θ_０にて傾斜配置されているので、第２コア部１５０Ｂの水通路２５０ａを第２コア部１５０Ｂ内面の上面を含む任意の断面でみたとき、第２コア部１５０Ｂ内の上面と残水面との間に隙間が存在している。

また、第１コア部１５０Ａの水入口１６０ａが水出口１６０ｂより下方側に位置しているので、水抜き作業時において、第１コア部１５０Ａ内の水は、重力により自然に外部に排水される。したがって、第１、第２コア部１５０Ａ、１５０Ｂ内には満水領域が存在しない。

以上説明したように、水冷媒熱交換器１５が水平面に対して想定される最大の傾斜角度θ_ｍで傾斜して設置された場合でも、第１コア部１５０Ａ内面の上面と残水面との間に隙間が存在するようにできる。したがって、第１コア部１５０Ａ内に満水領域が発生していないので、第１コア部１５０Ａ内の水が凍結しても、第１コア部１５０Ａが応力により膨らむことを抑制できる。これにより、第１コア部１５０Ａに割れが発生することを抑制できる。

また、第１コア部１５０Ａと第２コア部１５０Ｂとのなす角度を初期傾斜角度θ_０の２倍とすることで、第２コア部１５０Ｂを断熱ケース１００の底面１００ａに平行な面に対して初期傾斜角度θ_０以上傾斜した状態で配置することができる。このため、水冷媒熱交換器１５が水平面に対して想定される最大の傾斜角度θ_ｍで傾斜して設置された場合でも、第２コア部１５０Ｂ内面の上面と残水面との間に隙間が存在するようにできる。したがって、第２コア部１５０Ｂに割れが発生することを抑制できる。

また、コア部１５０の縦方向の内寸法Ｚを、Ｚ≦Ｘ／ｔａｎθ_ｍの関係を満たすように予め設定することで、コア部１５０が水平面に対して縦方向に最大傾斜角度θ_ｍ傾斜した状態で設置された場合でも、コア部１５０内に満水領域が発生しないようにできる。これにより、コア部１５０の横方向のみを断熱ケース１００の底面１００ａに対して傾斜させればよいため、水冷媒熱交換器１５の構成を簡素化することが可能となる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図８に基づいて説明する。図８は本第２実施形態に係る水冷媒熱交換器１５を縦方向から見た模式的な断面図で、（ａ）は水平面に施工したとき、（ｂ）は水平面に対して最大傾斜角度θ_ｍ傾斜した傾斜面に施工したときを示している。なお、図８（ａ）、（ｂ）中の破線は水平線であり、一点鎖線は断熱ケース１００の底面１００ａに平行な仮想線である。

図８（ａ）に示すように、本実施形態の水冷媒熱交換器１５は、コア部１５０を３つ有している。３つのコア部１５０は、重力方向に並んで配置されている。具体的には、断熱ケース１００内には、下方側から順に第１コア部１５０Ａ、第２コア部１５０Ｂ、第３コア部１５０Ｃが積層されている。

第１コア部１５０Ａの横方向における一端側には水入口１６０ａが設けられており、他端側には水出口１６０ｂが設けられている。第１コア部１５０Ａの水出口１６０ｂには、第１接続水配管１８２ａが接続されている。第１接続水配管１８２ａは、第１コア部１５０Ａの水出口１６０ｂと、第２コア部１５０Ｂの横方向における一端側に設けられている水入口１６０ｃとを接続するものである。

第２コア部１５０Ｂの他端側には、水出口１６０ｄが設けられている。水出口１６０ｄには、第２接続水配管１８２ｂが接続されている。第２接続水配管１８２ｂは、第２コア部１５０Ｂの水出口１６０ｄと、第３コア部１５０Ｃの横方向における一端側に設けられている水入口１６０ｅとを接続するものである。また、第３コア部１５０Ｃの他端側には、水出口１６０ｆが設けられている。水出口１６０ｆには、出口側配管１８３が接続されている。

したがって、第１コア部１５０Ａ、第２コア部１５０Ｂおよび第３コア部１５０Ｃ内の水通路２５０ａは、直列に接続されている。

ここで、水抜き作業時には、第３コア部１５０Ｃの水入口１６０ｅから第３コア部１５０Ｃ内の水が第２コア部１５０Ｂおよび第１コア部１５０Ａを介して外部に排出される。したがって、水入口１６０ｅも、本発明の排水部に相当している。

第２コア部１５０Ｂと第３コア部１５０Ａとがなす角度は、初期傾斜角度θ_０の２倍になっている。そして、第３コア部１５０Ｃは、水入口１６０ｅの下端部が、第３コア部１５０Ｃの内面のうち水入口１６０ｅが設けられている面に対向する面、すなわち水出口１６０ｆが設けられている面の上端部より下方側となるように傾斜している。すなわち、第３コア部１５０Ｃは、断熱ケース１００の底面１００ａから水入口１６０ｅの下端部までの距離が、断熱ケース１００の底面１００ａから第３コア部１５０Ｃの内面のうち水入口１６０ｆが設けられている面に対向する面の上端部までの距離より短くなるように傾斜している。

次に、本第２実施形態における水冷媒熱交換器１５の作動について説明する。

図８（ｂ）に示すように、第１コア部１５０Ａの水入口１６０ａが水出口１６０ｂより上方側に位置するように、水冷媒熱交換器１５の設置面が水平面に対して横方向に最大傾斜角度θ_ｍ傾斜している場合、第３コア部１５０Ｃの水入口１６０ｅが水出口１６０ｆより上方側に位置しているので、重力により第３コア部１５０Ｃ内の水が第２コア部１５０Ｂ側に排水された後に、第３コア部１５０Ｃ内に水が残る。このとき、第３コア部１５０Ｃは断熱ケース１００の底面、すなわち設置面に対して初期傾斜角度θ_０にて傾斜配置されているので、第３コア部１５０Ｃの水通路２５０ａを第３コア部１５０Ｃ内面の上面を含む任意の断面でみたとき、第３コア部１５０Ｃ内の上面と残水面との間に隙間が存在している。

また、第２コア部１５０Ｂの水入口１６０ｃが水出口１６０ｄより下方側に位置しているので、水抜き作業時において、第２コア部１５０Ｂ内の水は、重力により自然に第１コア部１５０Ａ側に排水される。

また、第１コア部１５０Ａの水入口１６０ａが水出口１６０ｂより上方側に位置しているので、重力により第１コア部１５０Ａ内の水が外部に排水された後に、第１コア部１５０Ａ内に水が残る。このとき、第１コア部１５０Ａは断熱ケース１００の底面、すなわち設置面に対して初期傾斜角度θ_０にて傾斜配置されているので、第１コア部１５０Ａの水通路２５０ａを第１コア部１５０Ａ内面の上面を含む任意の断面でみたとき、第１コア部１５０Ａ内の上面と残水面との間に隙間が存在している。したがって、第１コア部１５０Ａ、第２コア部１５０Ｂおよび第３コア部１５０Ｃ内には満水領域が存在しない。

以上説明したように、第１コア部１５０Ａと第２コア部１５０Ｂとのなす角度、および第２コア部１５０Ｂと第３コア部１５０Ｃとのなす角度を、ともに初期傾斜角度θ_０の２倍とすることで、３つのコア部１５０Ａ、１５０Ｂ、１５０Ｃの各々を、断熱ケース１００の底面１００ａに平行な面に対して初期傾斜角度θ_０以上傾斜した状態で配置することができる。このため、水冷媒熱交換器１５が水平面に対して想定される最大の傾斜角度θ_ｍで傾斜して設置された場合でも、３つのコア部１５０Ａ、１５０Ｂ、１５０Ｃの各々において、コア部１５０Ａ、１５０Ｂ、１５０Ｃ内面の上面と残水面との間に隙間が存在するようにできる。したがって、３つのコア部１５０Ａ、１５０Ｂ、１５０Ｃに割れが発生することを抑制できる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について図９に基づいて説明する。図９は、本第３実施形態におけるコア部１５０を示す分解斜視図である。

図９に示すように、本実施形態のインナーフィン１７０は、波状（コルゲート状）に形成されており、その稜線方向がコア部１５０の横方向と一致するように配設されている。このため、コア部１５０内には、コア部１５０の横方向と平行に延びる複数の水通路２５０ａが形成される。本実施形態においても、上記第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

（他の実施形態）
なお、上記第１〜第３実施形態では、コア部１５０を薄型矩形の箱状に形成した例について説明したが、これに限らず、図１０に示すように、コア部１５０は、水通路２５０ａを形成する円管状の水配管１５１を長円渦巻状に曲げ加工することにより形成してもよい。このとき、コア部１５０の外形は、略薄型矩形状になっている。また、この場合、水配管１５１の外周に、冷媒通路２５０ｂを形成するチューブ１６０が巻き付けられている。

また、上記第１〜第３実施形態では、コア部１５０の縦方向の内寸法Ｚを、Ｚ≦Ｘ／ｔａｎθ_ｍの関係を満たすように予め設定した例について説明したが、これに限らず、コア部１５０の横方向寸法Ｙを、Ｙ≦Ｘ／ｔａｎθ_ｍの関係を満たすように予め設定し、コア部１５０の縦方向のみを断熱ケース１００の底面１００ａに対して傾斜配置してもよい。

また、上記第１〜第３実施形態では、コア部１５０を２つもしくは３つ積層した例について説明したが、これに限らず、コア部１５０を４つ以上積層してもよいし、コア部１５０を１つにしてもよい。

第１実施形態に係る水冷媒熱交換器１５が適用されたヒートポンプ式給湯機を示す全体構成図である。 第１実施形態における水冷媒熱交換器１５の全体構造を模式的に示しており、（ａ）が一部透過平面図で、（ｂ）が正面図である。 第１実施形態におけるコア部１５０を示す分解斜視図である。 図２（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 図２（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。 第１実施形態に係る水冷媒熱交換器１５を縦方向から見た模式的な断面図で、（ａ）は水平面に施工したとき、（ｂ）、（ｃ）は水平面に対して最大傾斜角度θ_ｍ傾斜した傾斜面に施工したときを示している。 第１実施形態における第１コア部１５０Ａを示す断面図で、（ａ）は縦方向から見た状態、（ｂ）は横方向から見た状態を示している。 第２実施形態に係る水冷媒熱交換器１５を縦方向から見た模式的な断面図で、（ａ）は水平面に施工したとき、（ｂ）は水平面に対して最大傾斜角度θ_ｍ傾斜した傾斜面に施工したときを示している。 第３実施形態におけるコア部１５０を示す分解斜視図である。 他の実施形態に係る水冷媒熱交換器１５を示す斜視図である。 従来の水冷媒熱交換器のコア部Ｊ１５０を示す模式的な断面図である。

符号の説明

１００ ケース
１００ａ 底面
１００ｂ 底板
１５０ コア部
１６０ａ 水入口（排水部）
２５０ａ 水通路

Claims (10)

1. 箱状のケース（１００）内に配置され、水と冷媒との間で熱交換を行う熱交換器であって、
   水が流れる水通路（２５０ａ）を形成するコア部（１５０）を備え、
   前記コア部（１５０）は、外形が略薄型矩形状になっているとともに、高さ方向が縦方向および横方向より短くなっており、
   前記水通路（２５０ａ）内の水の流れ方向が、前記コア部（１５０）の高さ方向に対して略直交しており、
   前記コア部（１５０）の下方側には、外部に水を排出する排水部（１６０ａ）が設けられており、
   前記ケース（１００）が水平面に対して想定される最大の傾斜角度（θｍ）で傾斜して前記排水部（１６０ａ）が上側へ変位するように前記コア部（１５０）が設置された際に、前記排水部（１６０ａ）から前記コア部（１５０）内の水を排出させる水抜き作業を実施した後に、前記水通路（２５０ａ）を前記コア部（１５０）内面の上面を含む任意の断面でみたとき、前記コア部（１５０）内面の前記上面と前記コア部（１５０）内の水面との間に隙間が存在するように、前記コア部（１５０）が前記ケース（１００）の底面（１００ａ）に対して予め定めた初期傾斜角度（θ０）にて傾斜配置されていることを特徴とする熱交換器。
2. 前記コア部（１５０）は、前記排水部（１６０ａ）の下端部が、前記コア部（１５０）内面のうち前記排水部（１６０ａ）が設けられている面に対向する面の上端部より下方側となるように、傾斜配置されていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記コア部（１５０）が水平面に対して傾斜した状態で設置された際に、前記排水部（１６０ａ）から前記コア部（１５０）内の水を排出させる水抜き作業を実施した後に、前記水通路（２５０ａ）を前記コア部（１５０）内面の上面を含む任意の断面でみたとき、前記コア部（１５０）内面の前記上面と水面との間に隙間が存在し得る傾斜角度を許容傾斜角度（θｐ）としたとき、
   前記初期傾斜角度（θ０）は、θ０≦θｍ−θｐの関係を満たすように設定されてい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。
4. 前記コア部（１５０）の高さ方向の内寸法をＸ、縦方向の内寸法をＺとしたとき、
   前記許容傾斜角度（θｐ）は、θｐ≦ｔａｎ−１（Ｘ／Ｚ）の関係を満たしていることを特徴とする請求項３に記載の熱交換器。
5. 前記コア部（１５０）の高さ方向の内寸法をＸ、横方向の内寸法をＹとしたとき、
   前記許容角度（θｐ）は、θｐ≦ｔａｎ−１（Ｘ／Ｙ）の関係を満たしていることを特徴とする請求項３または４に記載の熱交換器。
6. 前記コア部（１５０）の高さ方向の内寸法をＸ、縦方向の内寸法をＺとしたとき、
   前記コア部（１５０）は、Ｚ≦Ｘ／ｔａｎθｍの関係を満たすように形成されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の熱交換器。
7. 前記コア部（１５０）の高さ方向の内寸法をＸ、横方向の内寸法をＹとしたとき、
   前記コア部（１５０）は、Ｙ≦Ｘ／ｔａｎθｍの関係を満たすように形成されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の熱交換器。
8. 前記ケース（１００）の前記底面（１００ａ）を形成する底板（１００ｂ）の板厚を、前記排水部（１６０ａ）に近づく程薄くすることにより、前記コア部（１５０）を前記底面（１００ａ）に対して傾斜させることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の熱交換器。
9. 箱状のケース（１００）内に配置され、水と冷媒との間で熱交換を行う熱交換器であって、
   水が流れる水通路（２５０ａ）を形成するコア部（１５０）を備え、
   前記コア部（１５０）は、外形が略薄型矩形状になっているとともに、高さ方向が縦方向および横方向より短くなっており、
   前記水通路（２５０ａ）内の水の流れ方向が、前記コア部（１５０）の高さ方向に対して略直交しており、
   前記コア部（１５０）は、重力方向に複数積層されており、
   前記複数のコア部（１５０）は、下側に配置される第１コア部（１５０Ａ）と、前記第１コア部（１５０Ａ）の上側に配置される第２コア部（１５０Ｂ）とを包含しており、
   前記第１コア部（１５０Ａ）と前記第２コア部（１５０Ｂ）の前記水通路（２５０ａ）は、直列に接続されており、
   前記第１、第２コア部（１５０Ａ、１５０Ｂ）の一端側を接近し、かつ、前記第１、第２コア部（１５０Ａ、１５０Ｂ）の他端側を上下に離すように配置することにより前記第１、第２コア部（１５０Ａ、１５０Ｂ）がＶ状に配置されており、
   前記ケース（１００）が水平に配置された際には、前記第１、第２コア部（１５０Ａ、１５０Ｂ）のうち、前記第１コア部（１５０Ａ）の他端側が最も下方側に位置するようになっており、
   前記第１コア部（１５０Ａ）の他端側に、外部に水を排出する排水部（１６０ａ）が設けられており、
   前記ケース（１００）が水平面に対して想定される最大の傾斜角度（θｍ）で傾斜して、前記排水部（１６０ａ）が上側へ変位するように前記第１、第２コア部（１５０Ａ、１５０Ｂ）が設置された際に、前記排水部（１６０ａ）から前記第１、第２コア部（１５０Ａ、１５０Ｂ）内の水を排出させる水抜き作業を実施した後に、前記水通路（２５０ａ）を前記第１、第２コア部（１５０Ａ、１５０Ｂ）内面の上面を含む任意の断面でみたとき、前記第１コア部（１５０Ａ）の一端側の内面の前記上面と前記第１コア部（１５０Ａ）の一端側内の水面との間に隙間が存在するように、前記第１コア部（１５０Ａ）が前記ケース（１００）の底面（１００ａ）に対して予め定めた初期傾斜角度（θ０）にて傾斜配置されており、
   また、前記ケース（１００）が水平面に対して想定される最大の傾斜角度（θｍ）で傾斜して、前記第２コア部（１５０Ｂ）の他端側が下側へ変位するように前記第１、第２コア部（１５０Ａ、１５０Ｂ）が設置された際に、前記排水部（１６０ａ）から前記第１、第２コア部（１５０Ａ、１５０Ｂ）内の水を排出させる水抜き作業を実施した後に、前記水通路（２５０ａ）を前記第１、第２コア部（１５０Ａ、１５０Ｂ）内面の上面を含む任意の断面でみたとき、前記第２コア部（１５０Ｂ）の他端側の内面の前記上面と前記第２コア部（１５０Ｂ）の他端側内の水面との間に隙間が存在するように、前記第２コア部（１５０Ｂ）が前記ケース（１００）の底面（１００ａ）に対して予め定めた初期傾斜角度（θ０）にて傾斜配置されていることを特徴とする熱交換器。
10. 前記第１コア部（１５０Ａ）と前記第２コア部（１５０Ｂ）同士がなす角度は、前記初期傾斜角度（θ０）の２倍以上になっていることを特徴とする請求項９に記載の熱交換器。

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