(57)【要約】【課題】  積層型の熱交換器において、チューブに流れる給湯水の量を均一化する。【解決手段】  入口側タンク部に配置され、入口側タンクからチューブに通じる流路の一部を塞ぐ方向に突出する爪部を備え、この爪部は、流入口から流出口まで流体の流れる経路の長さが短い程、入口側タンクからチューブへ流入する流体の流通抵抗を増加させることを特徴とする。【選択図】        図７
2005188773.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の流入口（１５０）を備えた入口側タンク部（２００）と、
流体の流出口（１６０）を備えた出口側タンク部（４００）と、
一端が前記入口側タンク部（２００）に接続されるとともに他端が前記出口側タンク部（４００）に接続された複数本のチューブ（３００）とを有し、
前記複数本のチューブ（３００）内を流れる流体と、前記複数本のチューブ（３００）の外側の熱源との間で熱交換を行なう熱交換器において、
前記入口側タンク部（２００）に配置され、前記入口側タンクから前記チューブ（３００）に通じる流路を塞ぐ方向に突出する爪部（５００）を備え、
前記爪部（５００）は、前記流入口（１５０）から前記流出口（１６０）まで流体の流れる経路の長さが短いチューブ（３００）程、前記入口側タンクから前記チューブ（３００）へ流入する流体の流通抵抗を増加させることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
流体の流入口（１５０）を備えた入口側タンク部（２００）と、
流体の流出口（１６０）を備えた出口側タンク部（４００）と、
一端が前記入口側タンク部（２００）に接続されるとともに他端が前記出口側タンク部（４００）に接続された複数本のチューブ（３００）とを有し、
前記複数本のチューブ（３００）内を流れる流体と、前記複数本のチューブ（３００）の外側の熱源との間で熱交換を行なう熱交換器において、
前記出口側タンク部（４００）に配置され、前記チューブ（３００）から前記出口側タンクに通じる流路を塞ぐ方向に突出する爪部（５００）を備え、
前記爪部（５００）は、前記流入口（１５０）から前記流出口（１６０）まで流体の流れる経路の長さが短いチューブ（３００）程、前記チューブ（３００）から前記出口側タンクへ流入する流体の流通抵抗を増加させることを特徴とする熱交換器。
【請求項３】
前記流入口（１５０）から前記流出口（１６０）までの経路の長さが短いチューブ（３００）程、前記爪部（５００）の本数を増加させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記流入口（１５０）から前記流出口（１６０）までの経路の長さが短いチューブ（３００）程、前記爪部（５００）が突出する高さを増加させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱交換器。
【請求項５】
前記流入口（１５０）から前記流出口（１６０）までの経路の長さが短いチューブ（３００）程、流通抵抗を増加させるように、前記爪部（５００）が突出する角度が変化していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱交換器。
【請求項６】
前記複数本のチューブ（３００）は横方向に積層配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱交換器。
【請求項７】
前記入口側タンク部（２００）と前記出口側タンク部（４００）は、積層配置されており、前記複数本のチューブ（３００）は、Ｕ字形に形成されていることを特徴とする請求項６に記載の熱交換器。
【請求項８】
前記入口側タンク部（２００）の上に前記出口側タンク部（４００）が積層配置されていることを特徴とする請求項７に記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、給湯装置に内蔵され、燃焼ガスと熱交換をして給湯水を加熱する熱交換器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
家庭用給湯装置に納められ、給湯水を加熱する熱交換器として、給湯水の流入口を備えた入口側タンク部と、給湯水の流出口を備えた出口側タンク部と、一端が入口側タンク部に接続されるとともに他端が出口側タンク部に接続され、流入口から入口側タンク部に流入した流体が内部を流れ、出口側タンク部に導く複数本のチューブとから構成される積層型の熱交換器が知られている（例えば特許文献１）。
【０００３】
このような熱交換器は、給湯水の出入り口に近い位置に接続されたチューブほど、流入口から流出口までの経路の長さが短く流通抵抗が低いため、給湯水がより多く流れてしまい、給湯水の出入り口からの距離によって、チューブごとに給湯水の流量に偏りが生じるという問題があった。
【特許文献１】特開２００２−２６７２７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は上記のような問題点に鑑みてなされたもので、チューブに流れる給湯水の量を均一化することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するにあたり、請求項１に記載の発明では、流体の流入口（１５０）を備えた入口側タンク部（２００）と、流体の流出口（１６０）を備えた出口側タンク部（４００）と、一端が入口側タンク部（２００）に接続されるとともに他端が出口側タンク部（４００）に接続された複数本のチューブ（３００）とを有し、複数本のチューブ（３００）内を流れる流体と、複数本のチューブ（３００）の外側の熱源との間で熱交換を行なう熱交換器において、入口側タンク部（２００）に配置され、入口側タンクからチューブ（３００）に通じる流路を塞ぐ方向に突出する爪部（５００）を備え、爪部（５００）は、流入口（１５０）から流出口（１６０）まで流体の流れる経路の長さが短いチューブ（３００）程、入口側タンクからチューブ（３００）へ流入する流体の流通抵抗を増加させることを特徴とする。
【０００６】
これにより、給湯水の出入り口に近い位置に接続されたチューブ（３００）へと給湯水がより多く流れてしまうことを抑制でき、チューブ（３００）に流れる給湯水の量を均一化することが可能となる。
【０００７】
また、請求項２に記載の発明のように、出口側タンク部（４００）に配置され、チューブ（３００）から出口側タンクに通じる流路を塞ぐ方向に突出する爪部（５００）を備え、爪部（５００）は、流入口（１５０）から流出口（１６０）まで流体の流れる経路の長さが短いチューブ（３００）程、チューブ（３００）から出口側タンクへ流入する流体の流通抵抗を増加させるようにしても、請求項１と同様の作用効果を得ることができる。
【０００８】
具体的には、請求項３に記載の発明のように、請求項１または請求項２に記載の発明において、流入口（１５０）から流出口（１６０）までの経路の長さが短いチューブ程、爪部（５００）の本数を増加させて流通抵抗を増加させることを特徴とする。
【０００９】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、流入口（１５０）から流出口（１６０）までの経路の長さが短いチューブ程、爪部（５００）が突出する高さを増加させて流通抵抗を増加させることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、流入口（１５０）から流出口（１６０）までの経路の長さが短いチューブ程、流通抵抗を増加させるように、爪部（５００）が突出する角度が変化していることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項６に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、複数本のチューブ（３００）は横方向に積層配置されていることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項７に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、入口側タンク部（２００）と出口側タンク部（４００）は積層配置されており、複数本のチューブ（３００）は、Ｕ字形に形成されていることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項８に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、入口側タンク部（２００）の上に出口側タンク部（４００）が積層配置されていることを特徴とする。
【００１４】
尚、上記各手段に付した括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態を図１ないし図５を用いて説明する。
【００１６】
（本実施形態構成）
図１は本実施形態の熱交換器１００を上から見た図である。熱交換器１００は、給湯器に使用され、内部を流れる給湯水と外部の燃焼ガスとの熱交換を行なうものである。熱交換器１００は、複数のチューブ１１０とアウターフィン１２０が横方向に交互に多数積層配置されて形成されており、全体が組み付けられた後、一体ろう付けによって製造される。
【００１７】
また、図２は熱交換器１００を図１中の矢印Ａで示す方向から見た図であり、図３は図１中の矢印Ｂで示す方向から見た図である。尚、説明上図１に示すように熱交換器１００の前後方向を定める。
【００１８】
図４はチューブ１１０の単体を示す図であり、図４（ａ）は、図１と同じ方向からチューブ１１０のみを見た図、図４（ｂ）は図２と同じ方向からチューブ１１０を見た図、図４（ｃ）は図３と同じ方向からチューブ１１０を見た図である。
【００１９】
以下、図５を用いてチューブ１１０について述べる。
【００２０】
チューブ１１０は、対面する位置に凹部を有する二枚のプレート１１１と１１２とが合さって形成されており、インナーフィン１５１が内蔵されている。
【００２１】
尚、プレート１１１と１１２は、伝熱性に優れる金属製（例えばステンレス、アルミニウム等）の板材をプレス加工することによって成形される。
【００２２】
プレート１１１は、左右方向に配置された板状の部材である。プレート１１１の左端には、前方から後方に向かって窪んだ窪み部１１８、１１９が上下に二箇所形成されている（以下、上側窪み部１１８、下側窪み部１１９と称す）。そして、下側窪み部１１８には四角形状の下側孔部１１６が設けられており、上側窪み部１１９には、四角形状の上側孔部１１７が設けられている。下側孔部１１６および上側孔部１１７の周囲４箇所（上、下、左、右）には、前方から後方に向かって延びる位置決めリブ１２１が設けられている。この位置決めリブ１２１は、チューブ１１０を積層配置する際に、隣接するチューブ１１０の後述する下側孔部１２６、上側孔部１２７に嵌り込むものである。
【００２３】
また、プレート１１１の右端から上側窪み部１１８および下側窪み部１１９に至る部分は、上側窪み部１１８および下側窪み部１１９よりも浅く窪んだ偏平チューブ部１２２が設けられている。この偏平チューブ部１２２には、上側窪み部１１８と下側窪み部１１９との間から延び、後方から前方に向かって突出する仕切り部１２３が設けられている。この仕切り部１２３により、偏平チューブ部１２２は、上側窪み部１１８と下側窪み部１１９とをＵ字形に結ぶチューブを形成している。
【００２４】
プレート１１２は、プレート１１１とほぼ前後対称形状の部材である。プレート１１２の左端には、後方から前方に向かって窪んだ窪み部１２４、１２５が上下に二箇所形成されている（以下、上側窪み部１２４、下側窪み部１２５と称す）。そして、下側窪み部１２４には四角形状の下側孔部１２６が設けられており、上側窪み部１２５には、四角形状の上側孔部１２７が設けられている。
【００２５】
四角形状の下側孔１２６部の周囲二箇所（上、左）には、下側孔部１２６の縁から延びる二枚の板部１５２の先端が、下側窪み部１２４の後側端面に接する位置まで折り曲げられている。同様に、四角形状の上側孔部１２７の周囲二箇所（下、左）には、上側孔部１２７の縁から延びる二枚の板部１５３の先端が、上側窪み部１２５の後側端面に接する位置まで折り曲げられている。
【００２６】
また、下側孔部１２６の周囲一箇所（下）と、上側孔部１２７周囲一箇所（上）には、上述したプレート１１１に設けられているものと同様の位置決めリブ１５４が設けられている。
【００２７】
そして、下側孔部１２６の周囲一箇所（右）には、前方から後方に向かって延びる爪部５００が設けられている。この爪部５００は、プレート１１１の下側窪み部１１６とプレート１１２の下側窪み部１２４とが合さった部位から、プレート１１１の偏平チューブ部１２２とプレート１１２の偏平チューブ部１２８とが合さった部位に流入する流体の流路を塞ぐように突出している。
【００２８】
同様に、上側孔部１２７の周囲一箇所（右）には、前方から後方に向かって延びる爪部５００が設けられている。この爪部５００は、プレート１１１の偏平チューブ部１２２とプレート１１２の偏平チューブ部１２８とが合さった部位から、プレート１１１の上側窪み部１１７とプレート１１２の上側窪み部１２５とが合さった部位に流入する流体の流路を塞ぐように突出している。
【００２９】
尚、上記位置決めリブ１２１、１５４、板部１５２、１５３、爪部５００はプレート１１１、１１２と一体に成形された後、折り曲げることによって形成されている。
【００３０】
また、プレート１１２の右端から上側窪み部１２４および下側窪み部１２５に至る部分は、上側窪み部１２４および下側窪み部１２５よりも浅く窪んだ偏平チューブ部１２８が設けられている。この偏平チューブ部１２８には、上側窪み部１２４と下側窪み部１２５との間から延び、前方から後方に向かって突出する仕切り部１２９が設けられている。これにより、偏平チューブ部１２８は、上側窪み部１２４と下側窪み部１２５とをＵ字形に結ぶチューブを形成している。
【００３１】
インナーフィン１５１は、図６に示すように凸部がオフセットするように形成された所謂オフセットフィンであり、偏平チューブ部１２２、１２８との間に配されている。
【００３２】
以上のようなプレート１１１と１１２とが合さって形成されたチューブ１１０を位置決めリブ１２１によって位置決めすることで多数積層配置すると、図１ないし図３に示すように、下側窪み部１１８、１２４が積層された入口側タンク部２００と、偏平チューブ部１２２、１２８が積層された積層チューブ部３００と、上側窪み部１１９、１２５が積層された出口側タンク部４００とが形成される。
【００３３】
また、熱交換器１００の前端のプレートチューブ１１３および、熱交換器１００の後端のプレートチューブ１１４には、それぞれ前端側ガイド１３０、後端側ガイド１４０が接続されている。
【００３４】
前端側ガイド１３０は、前端のプレートチューブ１１３の前端面に接続された金属製の板部材であり、前端のプレートチューブ１１３の下側穴部１２６と上側穴部１２７に当たる部位には、流入側開口部２０１と流出側開口部４０１とが設けられており、それぞれ円筒形の流入ポート１５０と流出ポート１６０とが接続される。
【００３５】
入口側タンク部２００は、流入口である流入ポート１５０から給湯水が流入するものであり、チューブ１１０の下側窪み部１１８、１２４が積層配置されて形成されている。
【００３６】
積層チューブ部３００は、一端が入口側タンク部２００に接続されるとともに他端が出口側タンク部４００に接続された複数本のＵ字形のチューブ３０１から構成されており、チューブ３０１を流れる給湯水と、熱交換器の外側の熱源である燃焼ガスとの間で熱交換を行なうものである。Ｕ字形チューブ３０１は、プレート１１１の偏平チューブ部１２２と、プレート１１２の偏平チューブ部１２８とが合さって形成されている。
【００３７】
出口側タンク部４００は、入口側タンク部２００の上側に積層配置され、流出口である流出ポート１６０から給湯水が流出するものである。出口側タンク部４００は、チューブ１１０の上側窪み部１１９、１２５が積層配置されて形成されている。
【００３８】
ここで、上述した爪部５００は、入口側タンク部２００および出口側タンク部４００内に配置され、チューブ３０１に通じる流路断面の一部を塞ぐ方向に突出している。
【００３９】
この爪部５００は、流入ポート１５０から流出ポート１６０まで給湯水の流れる経路の長さが短い程、入口側タンク部２００および出口側タンク部４００からチューブ３０１に通じる流路の流通抵抗を増加させるものである。
【００４０】
具体的には、図７に示すように、流入ポート１５０から流出ポート１６０まで給湯水の流れる経路の長さが短い程、爪部５００の本数が増加する。
【００４１】
図７の（ａ）ないし（ｃ）は、チューブ１１０を図４（ｂ）中の破線Ｃ−Ｃ’の断面について矢印Ｄの方向から見た断面図である。
【００４２】
図７（ａ）は流入ポート１５０から流出ポート１６０まで給湯水の流れる経路の長さが長い場合のチューブ１１０の断面を示すものであり、爪部５００はチューブ３０１に通じる流路断面の一部を塞ぐ方向に突出していない。
【００４３】
また、図７（ｂ）は、流入ポート１５０から流出ポート１６０まで給湯水の流れる経路が中程度の場合のチューブ１１０の断面を示すものであり、爪部５００はチューブ３０１の入口側３０２と出口側３０３とにそれぞれ一箇所ずつ設けられ、チューブ３０１に通じる流路断面の一部を塞ぐ方向に突出している。
【００４４】
また、図７（ｃ）は、流入ポート１５０から流出ポート１６０まで給湯水の流れる経路が短い場合のチューブ１１０の断面を示すものであり、爪部５００はチューブ３０１の入口側３０２と出口側３０３とにそれぞれ２箇所ずつ設けられ、チューブ３０１に通じる流路断面の一部を塞ぐ方向に突出している。
【００４５】
次に、本実施形態の効果について図８を用いて説明する。図８は入口側タンク部２００に流入した給湯水が積層チューブ部３００へと流入する様子を示した模式図である。
【００４６】
図８中の破線Ｅで示す位置では、流入ポート１５０から流出ポート１６０までの経路の長さが長いので、爪部５００はチューブ３０１に通じる流路断面の一部を塞ぐ方向に突出していない。また、破線Ｆで示す位置では、流入ポート１５０から流出ポート１６０までの経路の長さが中程度なので、爪部５００はチューブ３０１に通じる流路断面の一部を塞ぐ方向に１本のみ突出し、破線Ｅで示す位置に比べて、チューブ３０１に流れる流体の流通抵抗を増加させている。そして、破線Ｇで示す位置では、流入ポート１５０から流出ポート１６０までの経路の長さが短いので、爪部５００はチューブ３０１に通じる流路断面の一部を塞ぐ方向に２本突出し、破線Ｅおよび破線Ｆで示す位置に比べて、チューブ３０１に流れる流体の流通抵抗を増加させている。
【００４７】
このように爪部５００により、流入ポート１５０から流出ポート１６０まで給湯水の流れる経路の長さが短い程、入口側タンク部２００から積層チューブ部３００へ流入する給湯水の流通抵抗が増加するので、給湯水の流入ポート１５０および流出ポート１６０に近い位置に接続されたチューブ３０１程、給湯水がより多く流れてしまうという問題を未然に防止することができ、チューブ３０１に流れる給湯水の量を均一化することが可能となる。
【００４８】
また、爪部５００はプレート１１２と一体にプレス加工によって成形され、チューブ３０１に通じる流路を塞ぐ方向に折り曲げることによって形成されているので、爪部５００がチューブ３０１に通じる流路の一部を塞がない方向に折り曲げることもできる。
【００４９】
つまり、流入ポート１５０から流出ポート１６０まで給湯水の流れる経路の長さに応じてチューブ３０１に通じる流路の一部を塞ぐ方向に折り曲げる爪部５００の本数を変化させれば、爪部５００を折り曲げる前のプレート１１２を共通化することが可能である。
【００５０】
（第２実施形態）
次に本発明の第２実施形態を図９を用いて説明する。尚、第１実施形態と同じの部位には同様の符号を付けた。
【００５１】
第１実施形態では、爪部５００の本数を変化させて、流入ポート１５０から流出ポート１６０まで給湯水の流れる経路の長さが短い程積層チューブ３００に通じる流路の流通抵抗を増大させたが、本実施形態では爪部５００の高さを変化させて、給湯水の流れる経路の長さが短い程積層チューブ３００に通じる流路の流通抵抗を増大させるようにする。
【００５２】
図９の（ａ）ないし（ｃ）は、チューブ１１０を図４（ｂ）中の破線Ｃ−Ｃ’の断面について矢印Ｄの方向から見た断面図である。
【００５３】
図９（ａ）は流入ポート１５０から流出ポート１６０まで給湯水の流れる経路の長さが長い場合のチューブ１１０の断面を示すものであり、爪部５００はチューブ３０１に通じる流路を塞がない高さとなっている。
【００５４】
また、図９（ｂ）は、流入ポート１５０から流出ポート１６０まで給湯水の流れる経路が中程度の場合のチューブ１１０の断面を示すものであり、爪部５００はチューブ３０１の入口側３０２と出口側３０３とに中程度の高さで突出している。
【００５５】
また、図９（ｃ）は、流入ポート１５０から流出ポート１６０まで給湯水の流れる経路が短い場合のチューブ１１０の断面を示すものであり、爪部５００はチューブ３０１の入口側３０２と出口側３０３とに、チューブ３０１に通じる流路の一部を塞ぐように、図９（ｂ）における高さよりも高く突出している。
【００５６】
このように、爪部５００の本数ではなく、高さを変化させることでも流入ポート１５０から流出ポート１６０まで給湯水の流れる経路の長さが短い程積層チューブ３００に通じる流路の流通抵抗を増大させることができ、第１実施形態と同様の効果を得ることが可能である。
【００５７】
（他の実施形態）
尚、上述した実施形態では、チューブ１１０が前後方向に積層される形態について述べたが、チューブ１１０の積層方向はこれに限定されるものではない。
【００５８】
上述した実施の形態では入口側タンク部２００および出口側タンク部４００とが左側において上下に配された熱交換器について述べたが、入口側タンク部２００と出口側タンク部４００の位置及び熱交換器が配される向きはこれに限定されるものではない。
【００５９】
第１および第２実施形態では、入口側タンク部２００と出口側タンク部４００の両方に爪部５００を設けたが、本発明はこれに限定するものではなく、入口側タンク部２００または、出口側タンク部４００のいずれか一方にのみ爪部５００を設けるようにしてもよい。
【００６０】
また、第１実施形態では爪部５００の本数を変化させ、第２実施形態では爪部５００の高さを変化させたが、爪部５００が突出する角度を変化させて、入口側タンク部２００からチューブ３０１への流通抵抗を変化させるようにしてもよい。具体的には、流入ポート１５０から流出ポート１６０まで給湯水の流れる経路の長さが短い程、積層チューブ３００に通じる流路断面の一部を塞ぐように、爪部５００をプレート１１２に対して垂直に近づけるように折り曲げて流通抵抗を増大させるようにし、積層チューブ３００に通じる流路断面の一部を塞がない場合は、プレート１１２の後側端面に接する位置まで爪部５００を折り曲げるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】第１実施形態における熱交換器１００を上から見た図である。
【図２】熱交換器１００を図１中の矢印Ａで示す方向から見た図である。
【図３】熱交換器１００を図１中の矢印Ｂで示す方向から見た図である。
【図４】チューブ１１０の単体を示す図である。
【図５】チューブ１１０の構成を示す図である。
【図６】インナーフィン１５１の構造を示す図である。
【図７】チューブ１１０を、図４（ｂ）中の破線Ｃ−Ｃ’の断面について矢印Ｄの方向から見た断面図である。
【図８】入口側タンク部２００に流入した給湯水が積層チューブ部３００へと流入する様子を示した模式図である。
【図９】第２実施形態における爪部５００の高さの変化を表す断面図である。
【符号の説明】
【００６２】
１００…熱交換器、１１０…プレートチューブ、１２０…アウターフィン、１３０…前端側ガイド、１４０…後端側ガイド、１５０…流入ポート、１５１…インナーフィン、１６０…流出ポート、２００…入口側タンク部、２０１…流入側開口部、３００…積層チューブ部、３０１…チューブ、４００…出口側タンク部、４０１…流出側開口部、５００…爪部。
【図１】
2005188773.tif 000003
【図２】
2005188773.tif 000004
【図３】
2005188773.tif 000005
【図４】
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【図５】
2005188773.tif 000007
【図６】
2005188773.tif 000008
【図７】
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【図８】
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【図９】
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