熱交換器
【課題】従来よりも部品点数および組み付け工数の低減を図るとともに、フィンによる伝熱促進効果の向上を図る。
【解決手段】箱体１５０の内部にオフセットフィン部１７１を形成するフィン形成部材１７０を配置した水冷媒熱交換器において、フィン形成部材１７０に対して仕切部１７２となる平坦面１７７を複数設け、隣り合う平坦面１７７の間に形成された細流路１８１毎に、切り起こし形成面１７６を複数配置した構成を採用することにより、複数の仕切部１７２と複数のフィン部１７１とを一体化させる。これにより、部品点数を低減でき、さらに、フィン部１７１と仕切部１７２との間隔を狭くできるので、フィン部１７１と仕切部１７２との間を流れる水の流量を低減し、フィン部１７２を流れる水の流量を増大させることができる。
【解決手段】箱体１５０の内部にオフセットフィン部１７１を形成するフィン形成部材１７０を配置した水冷媒熱交換器において、フィン形成部材１７０に対して仕切部１７２となる平坦面１７７を複数設け、隣り合う平坦面１７７の間に形成された細流路１８１毎に、切り起こし形成面１７６を複数配置した構成を採用することにより、複数の仕切部１７２と複数のフィン部１７１とを一体化させる。これにより、部品点数を低減でき、さらに、フィン部１７１と仕切部１７２との間隔を狭くできるので、フィン部１７１と仕切部１７２との間を流れる水の流量を低減し、フィン部１７２を流れる水の流量を増大させることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水と冷媒との間で熱交換を行う熱交換器に関するものであり、水と冷媒とを熱交換して水を加熱するヒートポンプ式給湯器に搭載される水冷媒熱交換器に用いて好適である。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１、２に開示された水冷媒熱交換器は、水が流れる水流路を内部に有する箱体と、箱体の内部を仕切って蛇行状、すなわち、多数の折り返した水流路を形成する波形状の仕切部材と、箱体の外面に接して設けられ、冷媒が流れる冷媒流路を形成するチューブとによって構成されている。
【０００３】
さらに、特許文献２に開示された水冷媒熱交換器では、１つの仕切部材によって形成された多数の折り返した水流路毎に、仕切部材とは別部品の伝熱促進用のフィンが配置されている。このフィンは、波形状であって、部分的に切り起こされた切り起こし部を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３１４９７５号公報
【特許文献２】特開２００９−０７４７７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述の通り、特許文献２に開示の水冷媒熱交換器は、仕切部材とフィンとが別部品のため、１つの仕切部材と多数のフィンとが必要となり、熱交換器の部品点数が多く、水冷媒熱交換器の製造時に、１つの仕切部材を配置する工程と、多数のフィンをそれぞれ配置する工程が必要となり、組み付けに時間がかかるという問題があった。
【０００６】
本発明は上記点に鑑みて、従来よりも部品点数および組み付け工数の低減が可能な熱交換器を提供することを第１の目的とする。
【０００７】
また、特許文献２に開示の水冷媒熱交換器は、仕切部材とフィンとが別部品のため、箱体内部における仕切部材とフィンとの配置関係において、仕切部材とフィンとの組み付け寸法を考慮して、仕切部材とフィンとの間隔を広くとる必要があった。これは、仕切部材を配置した後に各水流路にフィンを設置する際に、仕切部材およびフィンの寸法バラツキがあっても、各水流路にフィンを設置できるようにするためである。なお、従来では、各水流路に設置されたフィンは、仕切部材に設けられた爪部によって位置決めおよび仮固定されていた。
【０００８】
このため、フィンと仕切部材との間が、フィンを迂回して水が流れるバイパス流路となり、フィンに対して低圧損であるバイパス流路に多くの水が流れてしまい、フィンによる伝熱促進効果が十分に発揮されないことが、本発明者の検討結果よりわかった。
【０００９】
なお、水冷媒熱交換器の製造時に、仕切部材とフィンとを接合して、仕切部材とフィンとの間隔が無い状態とした後に、これを箱体の内部に配置する方法が考えられるが、この方法では、仕切部材とフィン同士の接合、これらと箱体の接合の２回の接合が必要となり、製造コストがかかるため、好ましくない。
【００１０】
本発明は上記点に鑑みて、フィンによる伝熱促進効果の向上が可能な熱交換器を提供することを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記第１の目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、箱体（１５０）内に配置されたフィン形成部材（１７０）は、山部（１７３）と谷部（１７４）をつなぐ壁面として、切り起こし部（１７６ａ）が形成された切り起こし形成面（１７６）と、切り起こし部が形成されていない平坦面（１７７）とを有し、
平坦面（１７７）によって仕切部（１７２）が構成されるとともに、隣り合う平坦面（１７７）によって一方向に延びる１つの細流路（１８１）が形成され、平坦面（１７７）の一方向での端部に、隣り合う細流路（１８１）同士を連通する連通部（１７８）が設けられることによって、蛇行状の水流路が形成されており、
切り起こし形成面（１７６）によってフィン部（１７１）が構成されるとともに、隣り合う平坦面（１７７）の間に位置する複数の切り起こし形成面（１７６）によって、細流路（１８１）毎にフィン部（１７１）が形成されていることを特徴としている。
【００１２】
このように、本発明では、フィン部を形成するフィン形成部材に対して仕切部となる平坦面を複数設け、隣り合う平坦面同士の間に形成された細流路毎に、切り起こし形成面を複数配置した構成を採用することにより、複数の仕切部と複数のフィン部とを一体化している。これにより、本発明によれば、仕切部とフィン部とが別部品で構成された場合と比較して、部品点数を低減でき、組み付け工程数も低減できる。
【００１３】
また、上記第２の目的を達成するため、請求項２に記載の発明では、フィン部（１７１）は、切り起こし部（１７６ａ）によって形成される断面波形状部分が、水流れ方向で隣接する断面波形状部分に対して、オフセットしているオフセットフィンであり、
隣り合う切り起こし形成面（１７６）同士の平均間隔を第１の幅（Ｌ１）とし、平坦面（１７７）とその平坦面に最も近い切り起こし形成面（１７６）との平均間隔を第２の幅（Ｌ２）としたとき、第２の幅（Ｌ２）は、第１の幅（Ｌ１）と同等もしくはそれよりも短いことを特徴としている。
【００１４】
また、上記第２の目的を達成するため、請求項３に記載の発明では、請求項２に記載の発明において、第２の幅（Ｌ２）は、第１の幅（Ｌ１）の６０％未満であることを特徴としている。
【００１５】
ここで、仕切部とフィン部とが別部品の場合では、組み付け寸法を考慮しなければならなかったので、仕切部とフィン部との間隔を広くとる必要があったが、仕切部とフィン部とを一体化した構成を採用することで、請求項２、３に記載の発明のように、仕切部とフィン部との間隔を狭くすることができる。
【００１６】
ちなみに、仕切部とフィン部とが別部品の場合、本発明者の検討結果では、第２の幅（Ｌ２）を狭く設計しようとしても、第１の幅（Ｌ１）の６０％の長さまでが限界であったが、仕切部とフィン部とを一体化した構成とすることで、請求項３に記載のように、第２の幅（Ｌ２）を第１の幅（Ｌ１）の６０％未満にすることができる。
【００１７】
この結果、請求項２に記載の発明によれば、第２の幅（Ｌ２）が第１の幅（Ｌ１）よりも長い場合と比較して、バイパス流路を流れる水の量を低減でき、フィン部を流れる水の量を増加できるので、フィン部による伝熱促進の効果を向上できる。また、請求項３に記載の発明によれば、仕切部とフィン部とが別部品の場合と比較して、バイパス流路を流れる水の量を低減でき、フィン部を流れる水の量を増加できるので、フィン部による伝熱促進の効果をさらに向上できる。
【００１８】
また、請求項４に記載の発明では、連通部（１７８）は、平坦面（１７７）の一方向での一端側と他端側のどちらかの端部に配置されており、
隣り合う平坦面のそれぞれの連通部（１７８）は、箱体（１５０）の水出口（１５２）から離れた側では、互いに異なる側の端部に配置されるとともに、箱体（１５０）の水出口（１５２）に近い側では、互いに同一側の端部に配置されていることを特徴としている。
【００１９】
連通部の設置箇所をこのように設定することで、箱体内部のうち水出口から離れた側の領域では、蛇行状の１本の流路を形成し、水出口側の領域では、１本の流路が複数本の流路に分岐する水流路を形成できる。箱体内部のうち水出口に近い側を流れる水は、冷媒との熱交換によって温度が高いため、水流路内にカルシウムが析出するが、本発明によれば、流路本数が１本の場合と比較して、流路断面積を増大できるので、カルシウムによって水が流れなくなることを抑制できる。
【００２０】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】第１実施形態におけるヒートポンプ式給湯器の全体構成を示す図である。
【図２】図１中の水冷媒熱交換器１５の一部透過平面図である。
【図３】図２中の箱体１５０の分解斜視図である。
【図４】図２中の箱体１５０の縦断面図である。
【図５】図４中の領域Ａ１の拡大図である。
【図６】図２中の箱体１５０の横断面図である。
【図７】比較例における箱体の横断面図である。
【図８】第１実施形態における１つの細流路１８１内の流量分布を示す図である。
【図９】比較例における１つの細流路内の流量分布を示す図である。
【図１０】第２実施形態における水冷媒熱交換器の箱体１５０の縦断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。
【００２３】
（第１実施形態）
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器の水冷媒熱交換器に適用したものである。図１に、本実施形態におけるヒートポンプ式給湯器の全体構成図を示す。
【００２４】
図１に示すように、ヒートポンプ式給湯器は、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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
水冷媒熱交換器１５は、給湯水が流れる水流路１５ａと、電動圧縮機１４吐出冷媒（高温高圧冷媒）が流れる冷媒流路１５ｂ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。
【００２９】
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説明する。図２に水冷媒熱交換器１５の一部透過平面図を示す。
【００３０】
図２に示すように、水冷媒熱交換器１５は、内部に水流路１５ａを形成する薄型矩形状の箱体１５０と、内部に冷媒流路を形成する冷媒チューブ１６０とを備えている。
【００３１】
箱体１５０は、縦方向（図の上下方向）、横方向（図の左右方向）および高さ方向（紙面垂直方向）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。そして、箱体１５０は、その高さ方向が重力方向に一致するように配置されている。
【００３２】
箱体１５０内に形成された水流路１５ａにおける水の流れ方向は水平方向であり、箱体１５０の横方向における一端側に設けられた水入口１５１から他端側に設けられた水出口１５２に向かって、図中の矢印のように、蛇行しながら水が流れるようになっている。なお、水入口１５１には、図１中の電動水ポンプ１３に連なる水入口側水配管が接続され、水出口１５２には、図１中の貯湯タンク１０の給湯水入口１０ｄに連なる水出口側水配管が接続されている。
【００３３】
冷媒チューブ１６０は、箱体１５０の外面に接して設けられている。具体的には、冷媒チューブ１６０は、３本の細管１６１、１６２、１６３から構成されている金属製チューブである。３本の細管１６１、１６２、１６３は１組となって、箱体１５０の外周を螺旋状に巻くように形成されている。なお、冷媒チューブ１６０は、３本の細管１６１、１６２、１６３を１組としているが、２本の細管を１組としても良い。
【００３４】
３本の細管１６１、１６２、１６３の上流側端部には、分岐管１６４が接続されている。分岐管１６４は、電動圧縮機１４から吐出された冷媒を細管１６１、１６２、１６３に分流する。また、３本の細管１６１、１６２、１６３の下流側端部には、分岐管１６５が接続されている。分岐管１６５は、細管１６１、１６２、１６３から流出する冷媒を集合して膨張弁１６の入口側に流す。
【００３５】
図３に、箱体１５０の分解斜視図を示す。
【００３６】
図３に示すように、箱体１５０は、空間を挟んで対向する２枚のプレート１５３、１５４の周縁を接合することにより形成されている。２枚のプレート１５３、１５４の間には、１つのフィン形成部材１７０が配置されている。２枚のプレート１５３、１５４およびフィン形成部材１７０は金属製であり、例えば銅製である。
【００３７】
フィン形成部材１７０は、オフセットフィン部１７１を形成するとともに、箱体１５０内部の水流路１５ａを形成する仕切部１７２を形成しており、オフセットフィン部１７１と仕切部１７２とが一体化した構成となっている。なお、一体化とは、同一材料で連続した形状であって、接続部を有していないことを意味する。
【００３８】
具体的には、フィン形成部材１７０は、水流れ方向に略垂直な断面形状が山部１７３と谷部１７４とを複数有する矩形の波形状となっており、山部１７３と谷部１７４とをつなぐ壁面（山部と谷部とを除く壁面）１７５を複数有している。この壁面１７５としては、壁面の一部を切り起こした切り起こし部１７６ａが形成された切り起こし形成面１７６と、水流れ方向全域で切り起こし部が形成されていない平坦面１７７とがある。
【００３９】
複数の切り起こし形成面１７６がオフセットフィン部１７１を構成し、平坦面１７７が仕切部１７２を構成している。オフセットフィン部１７１では、水流れ方向から見たときに、切り起こし部１７６ａによって形成される断面波形状部分が、水流れ方向で隣接する断面波形状部分に対して、オフセットしている。
【００４０】
図４に箱体１５０の縦断面図を示し、図５に図４中の領域Ａ１の拡大図を示す。なお、図４では、フィン形成部材１７０のうち仕切部１７２を構成する平坦面１７７を主に示し、フィン部１７１を一部省略している。また、図５では、フィン形成部材１７０のみを示している。
【００４１】
図４に示すように、箱体１５０の内部は、平坦面１７７によって、蛇行状の水流路が形成されている。
【００４２】
具体的には、複数の平坦面１７７のうち隣り合う平坦面１７７によって挟まれた部分が１つの細流路１８１となっている。この細流路１８１は、一方向、本例では、箱体１５０の縦方向（図４中の左右方向）に延びており、複数の細流路１８１が平行に配置されている。
【００４３】
平坦面１７７には、箱体１５０の縦方向、すなわち、図４中の左右方向での一端と他端のどちらかに、隣り合う細流路１８１同士を連通する連通部１７８が設けられている。連通部１７８は、平坦面１７７の端部を全て除去することで形成されている。なお、平坦面１７７の端部の一部に設けた開口部によって、連通部１７８を構成しても良い。
【００４４】
この連通部１７８は、水出口１５２から離れた側では、隣り合う平坦面１７７において、互いに異なる側の端部に配置されている。すなわち、箱体１５０の縦方向での一端側の第１連通部１７８ａと、他端側の第２連通部１７８ｂとが、箱体１５０の横方向、すなわち、水入口１５１と水出口１５２とが対向する方向で、交互に並んでいる。
【００４５】
この連通部１７８によって、水が１つの細流路１８１を流れた後、Ｕターンして、流れ方向を反対方向に変えて、隣の細流路１８１を流れるようになっている。このようにして、１本の蛇行状の水流路が形成されている。
【００４６】
一方、水出口１５２に近い側では、連通部１７８は、隣り合う平坦面１７７において、互いに同一側の端部に配置されている。これにより、水入口１５１から水出口１５２までの全域で１本の蛇行状の水流路ではなく、水出口１５２に近い側の流路途中で１本から複数本に分岐する蛇行状の水流路となっている。本例では、水出口１５２側の４本の細流路１８１での矢印で示す水流れ方向からわかるように、１本の流路が２本に分岐している。
【００４７】
また、図５に示すように、隣り合う平坦面１７７同士の間に、複数の切り起こし形成面１７６が位置している。この複数の切り起こし形成面１７６によって、細流路１８１毎に配置されたオフセットフィン部１７１が構成されている
図６に、箱体１５０の横断面図を示す。図６は、１つの細流路１８１における水流れ方向に対して直交する方向での断面図である。図６に示すように、フィン形成部材１７０が２枚のプレート１５３、１５４に挟まれており、フィン形成部材１７０の山部１７３と谷部１７４とがプレート１５３、１５４に接合されている。
【００４８】
そして、フィン部１７１における隣り合う切り起こし形成面１７６同士の平均間隔を第１の幅（フィン幅）Ｌ１とし、仕切部１７２である平坦面１７７とその平坦面１７７に最も近い切り起こし形成面１７６との平均間隔を第２の幅（バイパス流路幅）Ｌ２としたとき、第２の幅Ｌ２は、第１の幅Ｌ１よりも短く（Ｌ２＜Ｌ１）、第１の幅Ｌ１の長さに対して４０％以上５０％以下の長さとなっている。図６に示す本例では、第２の幅Ｌ２は、第１の幅Ｌ１の約４５％の長さである。なお、第１の幅Ｌ１は１つの山部および谷部の幅に相当し、第１の幅Ｌ１と第２の幅Ｌ２は図６に示すように、フィン高さ方向（図６中の上下方向）の中央位置での長さに相当する。
【００４９】
このような構造のフィン形成部材１７０は、次のようにして製造することができる。
【００５０】
まず、一般的なオフセットフィンは、平らな銅板に対して切り込みを入れた後、型でプレスして、銅板を波形状にすると同時に切り起こし部を形成することで製造される。
【００５１】
これに対して、本実施形態のフィン形成部材１７０は、１枚の平らな銅板に対して、フィン部１７１となる部位にのみ切り込みを入れ、仕切部１７２となる部位に切り込みを入れないように変更する。また、フィン形成部材１７０の断面波形状は、図６に示すように、平坦面１７７に連なる谷部１７４の幅が他の谷部１７４の幅と異なるので、図６に示すフィン形成部材１７０の形状を一単位として、一単位毎にプレス成形する。なお、プレス成形の前もしくは後に、連通部１７８となる部位を除去する。このようにして、上述の構造のフィン形成部材１７０を製造することができる。
【００５２】
次に、本実施形態の水冷媒熱交換器１５における主な特徴について説明する。
【００５３】
（１）本実施形態では、オフセットフィン部１７１を形成するフィン形成部材１７０に対して、仕切部１７２となる平坦面１７７を複数設け、隣り合う平坦面１７７の間に形成された細流路１８１毎に、切り起こし形成面１７６を複数配置した構成を採用することにより、複数の仕切部１７２と複数のフィン部１７１とを一体化して１部品としている。
【００５４】
したがって、本実施形態によれば、仕切部１７２とフィン部１７１とが別部品で構成された場合と比較して、部品点数を低減でき、水冷媒熱交換器１５の組み付け時では、箱体１５０の内部に１つのフィン形成部材１７０を設置すれば良いことから、組み付け工程数を低減できる。
【００５５】
（２）本実施形態では、仕切部１７２とフィン部１７１とを一体化しているので、仕切部材とフィンとが別部品の場合のように組み付け寸法を考慮する必要がなく、箱体１５０内部における仕切部１７２とフィン部１７１との間隔を狭くできる。
【００５６】
ここで、図７に、比較例における箱体の横断面図を示す。図７は、図６と同様に、１つの細流路における水流れ方向に対して直交する方向での断面図である。
【００５７】
図７に示す比較例では、別部品であるオフセットフィン２１０と仕切板２２０とが、箱体１５０の内部に配置されている。この比較例の構成では、第２の幅Ｌ２を狭く設計しようとしても、第１の幅Ｌ１の６０％の長さまでが限界であった。
【００５８】
これに対して、本実施形態では、第２の幅Ｌ２の長さを第１の幅Ｌ１に対して４０％以上５０％以下の長さにすることができる。このため、以下の通り、本実施形態によれば、フィン部１７１と仕切部１７２との間の隙間であって、フィン部１７１を迂回して水が流れるバイパス流路の流量を比較例よりも低減できる。
【００５９】
図８に本実施形態における１つの細流路１８１内の流量分布を示し、図９に比較例における１つの細流路内の流量分布を示す。なお、図８、９は、それぞれ、図６、図７に示す断面構造について、解析ソフト（STAR-CD）を用いた定常計算（SIMPLE法)による解析結果である。また、図８、９では、縦軸の目盛は同じ流量を示しており、横軸の０％から１００％は、図６、７に示す１つの細流路の左端から右端までの位置を示している。
【００６０】
図９に示す比較例の流量分布では、図９中の１０％付近および９０％付近の位置が、図７中のフィン２１０と仕切板２２０との間に形成されるバイパス流路の位置であり、２０％〜８０％の位置がフィン２１０の位置である。図９からわかるように、比較例の構成では、バイパス流路での流量がフィン２１０での流量よりも多くなっている。
【００６１】
これに対して、図８に示す本実施形態の流量分布では、図８中の１０％付近および９０％付近の位置が、図６中のフィン部１７１と仕切部１７２との間に形成されるバイパス流路の位置であるが、このバイパス流路での流量が、２０％〜８０％の位置のフィン部１７１での流量と同程度となっている。また、フィン部１７１での流量は、比較例のフィン２１０での流量よりも増大している。
【００６２】
よって、本実施形態によれば、図７の比較例と比較して、フィン部１７１による伝熱促進効果を向上できていると言える。
【００６３】
なお、本実施形態では、第２の幅Ｌ２の長さが、第１の幅Ｌ１に対して４０％以上５０％以下の長さとなっていたが、第２の幅Ｌ２の長さをＬ２＜Ｌ１の範囲内で他の長さに変更しても良い。ただし、第２の幅Ｌ２の長さを第１の幅Ｌ１の６０％未満となる範囲内で設定することが好ましい。少なくとも６０％未満にすることで、比較例よりもバイパス流路の流量を低減できるからである。
【００６４】
また、本実施形態では、第２の幅Ｌ２の長さを、第１の幅Ｌ１の長さを基準に説明したが、第３の幅Ｌ３を基準にすると、図６の例における第２の幅Ｌ２の長さは、第３の幅Ｌ３の長さの１．２倍であり（Ｌ２／Ｌ３＝１．２／１）、本実施形態によれば、第２の幅Ｌ２の長さを、第３の幅Ｌ３と同じ長さまで狭くできる。ここで、第３の幅Ｌ３は、水流れ方向からみたフィン形成部材１７０の断面形状において、オフセット関係の切り起こし面同士の平均間隔である。一方、図７の比較例では、第２の幅Ｌ２の長さは、第３の幅Ｌ３の長さの１．５倍である（Ｌ２／Ｌ３＝１．２／１）。
【００６５】
（３）本実施形態では、図４に示すように、水出口１５２から離れた側では、隣り合う平坦面１７７において、互いに異なる側の端部に連通部１７８を配置し、水出口１５２に近い側では、隣り合う平坦面１７７において、互いに同一側の端部に連通部１７８を配置している。これにより、箱体１５０の内部において、水出口１５２から離れた側の領域では、蛇行状の１本の流路を形成し、水出口１５２側の領域では、１本の流路が２本の流路に分岐する水流路を形成している。すなわち、水出口１５２側の領域では、１本の流路の幅を水出口１５２から離れた側と同一としたまま、流路の本数を２本に増大させている。
【００６６】
ここで、箱体１５０の内部を流れる水は、冷媒と熱交換されることにより加熱されるので、水入口１５１から水出口１５２に向かうにつれて水温が上昇するため、水出口１５２側を流れる水はカルシウムが析出するほど高温になる。このため、カルシウムの析出によって水が流れなくなるという問題がある。
【００６７】
これに対して、本実施形態では、水出口１５２側の領域において、２本の細流路１８１を水が並列に流れる水流路を形成しているので、流路本数が１本のままの場合と比較して、流路断面積を実質的に増大でき、カルシウムの析出によって水が流れなくなることを抑制できる。
【００６８】
なお、水出口１５２側の細流路１８１の幅を、水入口１５１側の細流路１８１の幅よりも大きくすることで、水出口１５２側での流路断面積を増大させることも考えられるが、この場合、水入口側と水出口側でフィン形成部材１７０の波形状を変更しなければならない。これに対して、本実施形態によれば、水入口側と水出口側で波形状を変更せず、連通部１７８の位置を設定するだけで、水出口１５２側での流路断面積を増大させることができる。
【００６９】
（第２実施形態）
図１０に、本実施形態における箱体１５０の縦断面図を示す。図１０は、図４に対応している。
【００７０】
本実施形態では、箱体１５０の内部の水入口１５１から水出口１５２までの全域において、連通部１７８が、隣り合う平坦面１７７において、互いに異なる側の端部に配置されている。すなわち、一方向での一端側の第１連通部１７８ａと、他端側の第２連通部１７８ｂとが、箱体１５０の横方向で、交互に並んでいる。これにより、箱体１５０の内部の水入口１５１から水出口１５２までの全域において、１本の蛇行流路が形成されている。
【００７１】
本実施形態においても、仕切部１７２とフィン部１７１とを一体化しているので、第１実施形態で説明した（１）、（２）の効果を奏する。
【００７２】
（他の実施形態）
（１）上述の各実施形態では、箱体１５０を２枚のプレート１５３、１５４で構成したが、１枚のプレートを折り曲げて箱体を構成しても良く、また、箱体を他の構成としても良い。
【００７３】
（２）上述の各実施形態では、フィンによる伝熱促進効果の向上のために、第２の幅Ｌ２を第１の幅Ｌ１よりも短くしたが（Ｌ２＜Ｌ１）、部品点数の低減という観点では、第２の幅Ｌ２を第１の幅Ｌ１と同じ（Ｌ１＝Ｌ２）としても良い。
【００７４】
この場合、フィン形成部材１７０の全域において、山部１７３および谷部１７４の幅が均一となるので、フィン形成部材１７０の製造が容易となる。
【００７５】
（３）上述の各実施形態では、箱体１５０の内部にフィン形成部材１７０を１つ配置したが、フィン形成部材１７０は１つでなくても良く、部品点数が従来よりも少ない範囲であれば、複数に分割しても良い。
【００７６】
（４）上述の各実施形態では、フィン部１７１がオフセットフィンであったが、フィン部１７１はオフセットフィンに限らず、横断面が波形状の壁面に対して部分的に切り起こし部が形成されたフィンであれば、他の種類のフィンとしても良い。例えば、平板状の切り起こし部が、水流れ方向に対して斜めに配置されたルーバフィンとしても良い。
【００７７】
（５）上述の各実施形態では、水冷媒熱交換器に本発明を適用したが、水冷媒熱交換器以外の熱交換器に本発明を適用しても良い。
【符号の説明】
【００７８】
１５０ 箱体
１６０ 冷媒チューブ
１７０ フィン形成部材
１７１ フィン部
１７２ 仕切部
１７３ 山部
１７４ 谷部
１７６ 切り起こし形成面
１７６ａ 切り起こし部
１７７ 平坦面
１７８ 連通部
１８１ 細流路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水と冷媒との間で熱交換を行う熱交換器に関するものであり、水と冷媒とを熱交換して水を加熱するヒートポンプ式給湯器に搭載される水冷媒熱交換器に用いて好適である。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１、２に開示された水冷媒熱交換器は、水が流れる水流路を内部に有する箱体と、箱体の内部を仕切って蛇行状、すなわち、多数の折り返した水流路を形成する波形状の仕切部材と、箱体の外面に接して設けられ、冷媒が流れる冷媒流路を形成するチューブとによって構成されている。
【０００３】
さらに、特許文献２に開示された水冷媒熱交換器では、１つの仕切部材によって形成された多数の折り返した水流路毎に、仕切部材とは別部品の伝熱促進用のフィンが配置されている。このフィンは、波形状であって、部分的に切り起こされた切り起こし部を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３１４９７５号公報
【特許文献２】特開２００９−０７４７７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述の通り、特許文献２に開示の水冷媒熱交換器は、仕切部材とフィンとが別部品のため、１つの仕切部材と多数のフィンとが必要となり、熱交換器の部品点数が多く、水冷媒熱交換器の製造時に、１つの仕切部材を配置する工程と、多数のフィンをそれぞれ配置する工程が必要となり、組み付けに時間がかかるという問題があった。
【０００６】
本発明は上記点に鑑みて、従来よりも部品点数および組み付け工数の低減が可能な熱交換器を提供することを第１の目的とする。
【０００７】
また、特許文献２に開示の水冷媒熱交換器は、仕切部材とフィンとが別部品のため、箱体内部における仕切部材とフィンとの配置関係において、仕切部材とフィンとの組み付け寸法を考慮して、仕切部材とフィンとの間隔を広くとる必要があった。これは、仕切部材を配置した後に各水流路にフィンを設置する際に、仕切部材およびフィンの寸法バラツキがあっても、各水流路にフィンを設置できるようにするためである。なお、従来では、各水流路に設置されたフィンは、仕切部材に設けられた爪部によって位置決めおよび仮固定されていた。
【０００８】
このため、フィンと仕切部材との間が、フィンを迂回して水が流れるバイパス流路となり、フィンに対して低圧損であるバイパス流路に多くの水が流れてしまい、フィンによる伝熱促進効果が十分に発揮されないことが、本発明者の検討結果よりわかった。
【０００９】
なお、水冷媒熱交換器の製造時に、仕切部材とフィンとを接合して、仕切部材とフィンとの間隔が無い状態とした後に、これを箱体の内部に配置する方法が考えられるが、この方法では、仕切部材とフィン同士の接合、これらと箱体の接合の２回の接合が必要となり、製造コストがかかるため、好ましくない。
【００１０】
本発明は上記点に鑑みて、フィンによる伝熱促進効果の向上が可能な熱交換器を提供することを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記第１の目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、箱体（１５０）内に配置されたフィン形成部材（１７０）は、山部（１７３）と谷部（１７４）をつなぐ壁面として、切り起こし部（１７６ａ）が形成された切り起こし形成面（１７６）と、切り起こし部が形成されていない平坦面（１７７）とを有し、
平坦面（１７７）によって仕切部（１７２）が構成されるとともに、隣り合う平坦面（１７７）によって一方向に延びる１つの細流路（１８１）が形成され、平坦面（１７７）の一方向での端部に、隣り合う細流路（１８１）同士を連通する連通部（１７８）が設けられることによって、蛇行状の水流路が形成されており、
切り起こし形成面（１７６）によってフィン部（１７１）が構成されるとともに、隣り合う平坦面（１７７）の間に位置する複数の切り起こし形成面（１７６）によって、細流路（１８１）毎にフィン部（１７１）が形成されていることを特徴としている。
【００１２】
このように、本発明では、フィン部を形成するフィン形成部材に対して仕切部となる平坦面を複数設け、隣り合う平坦面同士の間に形成された細流路毎に、切り起こし形成面を複数配置した構成を採用することにより、複数の仕切部と複数のフィン部とを一体化している。これにより、本発明によれば、仕切部とフィン部とが別部品で構成された場合と比較して、部品点数を低減でき、組み付け工程数も低減できる。
【００１３】
また、上記第２の目的を達成するため、請求項２に記載の発明では、フィン部（１７１）は、切り起こし部（１７６ａ）によって形成される断面波形状部分が、水流れ方向で隣接する断面波形状部分に対して、オフセットしているオフセットフィンであり、
隣り合う切り起こし形成面（１７６）同士の平均間隔を第１の幅（Ｌ１）とし、平坦面（１７７）とその平坦面に最も近い切り起こし形成面（１７６）との平均間隔を第２の幅（Ｌ２）としたとき、第２の幅（Ｌ２）は、第１の幅（Ｌ１）と同等もしくはそれよりも短いことを特徴としている。
【００１４】
また、上記第２の目的を達成するため、請求項３に記載の発明では、請求項２に記載の発明において、第２の幅（Ｌ２）は、第１の幅（Ｌ１）の６０％未満であることを特徴としている。
【００１５】
ここで、仕切部とフィン部とが別部品の場合では、組み付け寸法を考慮しなければならなかったので、仕切部とフィン部との間隔を広くとる必要があったが、仕切部とフィン部とを一体化した構成を採用することで、請求項２、３に記載の発明のように、仕切部とフィン部との間隔を狭くすることができる。
【００１６】
ちなみに、仕切部とフィン部とが別部品の場合、本発明者の検討結果では、第２の幅（Ｌ２）を狭く設計しようとしても、第１の幅（Ｌ１）の６０％の長さまでが限界であったが、仕切部とフィン部とを一体化した構成とすることで、請求項３に記載のように、第２の幅（Ｌ２）を第１の幅（Ｌ１）の６０％未満にすることができる。
【００１７】
この結果、請求項２に記載の発明によれば、第２の幅（Ｌ２）が第１の幅（Ｌ１）よりも長い場合と比較して、バイパス流路を流れる水の量を低減でき、フィン部を流れる水の量を増加できるので、フィン部による伝熱促進の効果を向上できる。また、請求項３に記載の発明によれば、仕切部とフィン部とが別部品の場合と比較して、バイパス流路を流れる水の量を低減でき、フィン部を流れる水の量を増加できるので、フィン部による伝熱促進の効果をさらに向上できる。
【００１８】
また、請求項４に記載の発明では、連通部（１７８）は、平坦面（１７７）の一方向での一端側と他端側のどちらかの端部に配置されており、
隣り合う平坦面のそれぞれの連通部（１７８）は、箱体（１５０）の水出口（１５２）から離れた側では、互いに異なる側の端部に配置されるとともに、箱体（１５０）の水出口（１５２）に近い側では、互いに同一側の端部に配置されていることを特徴としている。
【００１９】
連通部の設置箇所をこのように設定することで、箱体内部のうち水出口から離れた側の領域では、蛇行状の１本の流路を形成し、水出口側の領域では、１本の流路が複数本の流路に分岐する水流路を形成できる。箱体内部のうち水出口に近い側を流れる水は、冷媒との熱交換によって温度が高いため、水流路内にカルシウムが析出するが、本発明によれば、流路本数が１本の場合と比較して、流路断面積を増大できるので、カルシウムによって水が流れなくなることを抑制できる。
【００２０】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】第１実施形態におけるヒートポンプ式給湯器の全体構成を示す図である。
【図２】図１中の水冷媒熱交換器１５の一部透過平面図である。
【図３】図２中の箱体１５０の分解斜視図である。
【図４】図２中の箱体１５０の縦断面図である。
【図５】図４中の領域Ａ１の拡大図である。
【図６】図２中の箱体１５０の横断面図である。
【図７】比較例における箱体の横断面図である。
【図８】第１実施形態における１つの細流路１８１内の流量分布を示す図である。
【図９】比較例における１つの細流路内の流量分布を示す図である。
【図１０】第２実施形態における水冷媒熱交換器の箱体１５０の縦断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。
【００２３】
（第１実施形態）
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器の水冷媒熱交換器に適用したものである。図１に、本実施形態におけるヒートポンプ式給湯器の全体構成図を示す。
【００２４】
図１に示すように、ヒートポンプ式給湯器は、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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
水冷媒熱交換器１５は、給湯水が流れる水流路１５ａと、電動圧縮機１４吐出冷媒（高温高圧冷媒）が流れる冷媒流路１５ｂ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。
【００２９】
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説明する。図２に水冷媒熱交換器１５の一部透過平面図を示す。
【００３０】
図２に示すように、水冷媒熱交換器１５は、内部に水流路１５ａを形成する薄型矩形状の箱体１５０と、内部に冷媒流路を形成する冷媒チューブ１６０とを備えている。
【００３１】
箱体１５０は、縦方向（図の上下方向）、横方向（図の左右方向）および高さ方向（紙面垂直方向）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。そして、箱体１５０は、その高さ方向が重力方向に一致するように配置されている。
【００３２】
箱体１５０内に形成された水流路１５ａにおける水の流れ方向は水平方向であり、箱体１５０の横方向における一端側に設けられた水入口１５１から他端側に設けられた水出口１５２に向かって、図中の矢印のように、蛇行しながら水が流れるようになっている。なお、水入口１５１には、図１中の電動水ポンプ１３に連なる水入口側水配管が接続され、水出口１５２には、図１中の貯湯タンク１０の給湯水入口１０ｄに連なる水出口側水配管が接続されている。
【００３３】
冷媒チューブ１６０は、箱体１５０の外面に接して設けられている。具体的には、冷媒チューブ１６０は、３本の細管１６１、１６２、１６３から構成されている金属製チューブである。３本の細管１６１、１６２、１６３は１組となって、箱体１５０の外周を螺旋状に巻くように形成されている。なお、冷媒チューブ１６０は、３本の細管１６１、１６２、１６３を１組としているが、２本の細管を１組としても良い。
【００３４】
３本の細管１６１、１６２、１６３の上流側端部には、分岐管１６４が接続されている。分岐管１６４は、電動圧縮機１４から吐出された冷媒を細管１６１、１６２、１６３に分流する。また、３本の細管１６１、１６２、１６３の下流側端部には、分岐管１６５が接続されている。分岐管１６５は、細管１６１、１６２、１６３から流出する冷媒を集合して膨張弁１６の入口側に流す。
【００３５】
図３に、箱体１５０の分解斜視図を示す。
【００３６】
図３に示すように、箱体１５０は、空間を挟んで対向する２枚のプレート１５３、１５４の周縁を接合することにより形成されている。２枚のプレート１５３、１５４の間には、１つのフィン形成部材１７０が配置されている。２枚のプレート１５３、１５４およびフィン形成部材１７０は金属製であり、例えば銅製である。
【００３７】
フィン形成部材１７０は、オフセットフィン部１７１を形成するとともに、箱体１５０内部の水流路１５ａを形成する仕切部１７２を形成しており、オフセットフィン部１７１と仕切部１７２とが一体化した構成となっている。なお、一体化とは、同一材料で連続した形状であって、接続部を有していないことを意味する。
【００３８】
具体的には、フィン形成部材１７０は、水流れ方向に略垂直な断面形状が山部１７３と谷部１７４とを複数有する矩形の波形状となっており、山部１７３と谷部１７４とをつなぐ壁面（山部と谷部とを除く壁面）１７５を複数有している。この壁面１７５としては、壁面の一部を切り起こした切り起こし部１７６ａが形成された切り起こし形成面１７６と、水流れ方向全域で切り起こし部が形成されていない平坦面１７７とがある。
【００３９】
複数の切り起こし形成面１７６がオフセットフィン部１７１を構成し、平坦面１７７が仕切部１７２を構成している。オフセットフィン部１７１では、水流れ方向から見たときに、切り起こし部１７６ａによって形成される断面波形状部分が、水流れ方向で隣接する断面波形状部分に対して、オフセットしている。
【００４０】
図４に箱体１５０の縦断面図を示し、図５に図４中の領域Ａ１の拡大図を示す。なお、図４では、フィン形成部材１７０のうち仕切部１７２を構成する平坦面１７７を主に示し、フィン部１７１を一部省略している。また、図５では、フィン形成部材１７０のみを示している。
【００４１】
図４に示すように、箱体１５０の内部は、平坦面１７７によって、蛇行状の水流路が形成されている。
【００４２】
具体的には、複数の平坦面１７７のうち隣り合う平坦面１７７によって挟まれた部分が１つの細流路１８１となっている。この細流路１８１は、一方向、本例では、箱体１５０の縦方向（図４中の左右方向）に延びており、複数の細流路１８１が平行に配置されている。
【００４３】
平坦面１７７には、箱体１５０の縦方向、すなわち、図４中の左右方向での一端と他端のどちらかに、隣り合う細流路１８１同士を連通する連通部１７８が設けられている。連通部１７８は、平坦面１７７の端部を全て除去することで形成されている。なお、平坦面１７７の端部の一部に設けた開口部によって、連通部１７８を構成しても良い。
【００４４】
この連通部１７８は、水出口１５２から離れた側では、隣り合う平坦面１７７において、互いに異なる側の端部に配置されている。すなわち、箱体１５０の縦方向での一端側の第１連通部１７８ａと、他端側の第２連通部１７８ｂとが、箱体１５０の横方向、すなわち、水入口１５１と水出口１５２とが対向する方向で、交互に並んでいる。
【００４５】
この連通部１７８によって、水が１つの細流路１８１を流れた後、Ｕターンして、流れ方向を反対方向に変えて、隣の細流路１８１を流れるようになっている。このようにして、１本の蛇行状の水流路が形成されている。
【００４６】
一方、水出口１５２に近い側では、連通部１７８は、隣り合う平坦面１７７において、互いに同一側の端部に配置されている。これにより、水入口１５１から水出口１５２までの全域で１本の蛇行状の水流路ではなく、水出口１５２に近い側の流路途中で１本から複数本に分岐する蛇行状の水流路となっている。本例では、水出口１５２側の４本の細流路１８１での矢印で示す水流れ方向からわかるように、１本の流路が２本に分岐している。
【００４７】
また、図５に示すように、隣り合う平坦面１７７同士の間に、複数の切り起こし形成面１７６が位置している。この複数の切り起こし形成面１７６によって、細流路１８１毎に配置されたオフセットフィン部１７１が構成されている
図６に、箱体１５０の横断面図を示す。図６は、１つの細流路１８１における水流れ方向に対して直交する方向での断面図である。図６に示すように、フィン形成部材１７０が２枚のプレート１５３、１５４に挟まれており、フィン形成部材１７０の山部１７３と谷部１７４とがプレート１５３、１５４に接合されている。
【００４８】
そして、フィン部１７１における隣り合う切り起こし形成面１７６同士の平均間隔を第１の幅（フィン幅）Ｌ１とし、仕切部１７２である平坦面１７７とその平坦面１７７に最も近い切り起こし形成面１７６との平均間隔を第２の幅（バイパス流路幅）Ｌ２としたとき、第２の幅Ｌ２は、第１の幅Ｌ１よりも短く（Ｌ２＜Ｌ１）、第１の幅Ｌ１の長さに対して４０％以上５０％以下の長さとなっている。図６に示す本例では、第２の幅Ｌ２は、第１の幅Ｌ１の約４５％の長さである。なお、第１の幅Ｌ１は１つの山部および谷部の幅に相当し、第１の幅Ｌ１と第２の幅Ｌ２は図６に示すように、フィン高さ方向（図６中の上下方向）の中央位置での長さに相当する。
【００４９】
このような構造のフィン形成部材１７０は、次のようにして製造することができる。
【００５０】
まず、一般的なオフセットフィンは、平らな銅板に対して切り込みを入れた後、型でプレスして、銅板を波形状にすると同時に切り起こし部を形成することで製造される。
【００５１】
これに対して、本実施形態のフィン形成部材１７０は、１枚の平らな銅板に対して、フィン部１７１となる部位にのみ切り込みを入れ、仕切部１７２となる部位に切り込みを入れないように変更する。また、フィン形成部材１７０の断面波形状は、図６に示すように、平坦面１７７に連なる谷部１７４の幅が他の谷部１７４の幅と異なるので、図６に示すフィン形成部材１７０の形状を一単位として、一単位毎にプレス成形する。なお、プレス成形の前もしくは後に、連通部１７８となる部位を除去する。このようにして、上述の構造のフィン形成部材１７０を製造することができる。
【００５２】
次に、本実施形態の水冷媒熱交換器１５における主な特徴について説明する。
【００５３】
（１）本実施形態では、オフセットフィン部１７１を形成するフィン形成部材１７０に対して、仕切部１７２となる平坦面１７７を複数設け、隣り合う平坦面１７７の間に形成された細流路１８１毎に、切り起こし形成面１７６を複数配置した構成を採用することにより、複数の仕切部１７２と複数のフィン部１７１とを一体化して１部品としている。
【００５４】
したがって、本実施形態によれば、仕切部１７２とフィン部１７１とが別部品で構成された場合と比較して、部品点数を低減でき、水冷媒熱交換器１５の組み付け時では、箱体１５０の内部に１つのフィン形成部材１７０を設置すれば良いことから、組み付け工程数を低減できる。
【００５５】
（２）本実施形態では、仕切部１７２とフィン部１７１とを一体化しているので、仕切部材とフィンとが別部品の場合のように組み付け寸法を考慮する必要がなく、箱体１５０内部における仕切部１７２とフィン部１７１との間隔を狭くできる。
【００５６】
ここで、図７に、比較例における箱体の横断面図を示す。図７は、図６と同様に、１つの細流路における水流れ方向に対して直交する方向での断面図である。
【００５７】
図７に示す比較例では、別部品であるオフセットフィン２１０と仕切板２２０とが、箱体１５０の内部に配置されている。この比較例の構成では、第２の幅Ｌ２を狭く設計しようとしても、第１の幅Ｌ１の６０％の長さまでが限界であった。
【００５８】
これに対して、本実施形態では、第２の幅Ｌ２の長さを第１の幅Ｌ１に対して４０％以上５０％以下の長さにすることができる。このため、以下の通り、本実施形態によれば、フィン部１７１と仕切部１７２との間の隙間であって、フィン部１７１を迂回して水が流れるバイパス流路の流量を比較例よりも低減できる。
【００５９】
図８に本実施形態における１つの細流路１８１内の流量分布を示し、図９に比較例における１つの細流路内の流量分布を示す。なお、図８、９は、それぞれ、図６、図７に示す断面構造について、解析ソフト（STAR-CD）を用いた定常計算（SIMPLE法)による解析結果である。また、図８、９では、縦軸の目盛は同じ流量を示しており、横軸の０％から１００％は、図６、７に示す１つの細流路の左端から右端までの位置を示している。
【００６０】
図９に示す比較例の流量分布では、図９中の１０％付近および９０％付近の位置が、図７中のフィン２１０と仕切板２２０との間に形成されるバイパス流路の位置であり、２０％〜８０％の位置がフィン２１０の位置である。図９からわかるように、比較例の構成では、バイパス流路での流量がフィン２１０での流量よりも多くなっている。
【００６１】
これに対して、図８に示す本実施形態の流量分布では、図８中の１０％付近および９０％付近の位置が、図６中のフィン部１７１と仕切部１７２との間に形成されるバイパス流路の位置であるが、このバイパス流路での流量が、２０％〜８０％の位置のフィン部１７１での流量と同程度となっている。また、フィン部１７１での流量は、比較例のフィン２１０での流量よりも増大している。
【００６２】
よって、本実施形態によれば、図７の比較例と比較して、フィン部１７１による伝熱促進効果を向上できていると言える。
【００６３】
なお、本実施形態では、第２の幅Ｌ２の長さが、第１の幅Ｌ１に対して４０％以上５０％以下の長さとなっていたが、第２の幅Ｌ２の長さをＬ２＜Ｌ１の範囲内で他の長さに変更しても良い。ただし、第２の幅Ｌ２の長さを第１の幅Ｌ１の６０％未満となる範囲内で設定することが好ましい。少なくとも６０％未満にすることで、比較例よりもバイパス流路の流量を低減できるからである。
【００６４】
また、本実施形態では、第２の幅Ｌ２の長さを、第１の幅Ｌ１の長さを基準に説明したが、第３の幅Ｌ３を基準にすると、図６の例における第２の幅Ｌ２の長さは、第３の幅Ｌ３の長さの１．２倍であり（Ｌ２／Ｌ３＝１．２／１）、本実施形態によれば、第２の幅Ｌ２の長さを、第３の幅Ｌ３と同じ長さまで狭くできる。ここで、第３の幅Ｌ３は、水流れ方向からみたフィン形成部材１７０の断面形状において、オフセット関係の切り起こし面同士の平均間隔である。一方、図７の比較例では、第２の幅Ｌ２の長さは、第３の幅Ｌ３の長さの１．５倍である（Ｌ２／Ｌ３＝１．２／１）。
【００６５】
（３）本実施形態では、図４に示すように、水出口１５２から離れた側では、隣り合う平坦面１７７において、互いに異なる側の端部に連通部１７８を配置し、水出口１５２に近い側では、隣り合う平坦面１７７において、互いに同一側の端部に連通部１７８を配置している。これにより、箱体１５０の内部において、水出口１５２から離れた側の領域では、蛇行状の１本の流路を形成し、水出口１５２側の領域では、１本の流路が２本の流路に分岐する水流路を形成している。すなわち、水出口１５２側の領域では、１本の流路の幅を水出口１５２から離れた側と同一としたまま、流路の本数を２本に増大させている。
【００６６】
ここで、箱体１５０の内部を流れる水は、冷媒と熱交換されることにより加熱されるので、水入口１５１から水出口１５２に向かうにつれて水温が上昇するため、水出口１５２側を流れる水はカルシウムが析出するほど高温になる。このため、カルシウムの析出によって水が流れなくなるという問題がある。
【００６７】
これに対して、本実施形態では、水出口１５２側の領域において、２本の細流路１８１を水が並列に流れる水流路を形成しているので、流路本数が１本のままの場合と比較して、流路断面積を実質的に増大でき、カルシウムの析出によって水が流れなくなることを抑制できる。
【００６８】
なお、水出口１５２側の細流路１８１の幅を、水入口１５１側の細流路１８１の幅よりも大きくすることで、水出口１５２側での流路断面積を増大させることも考えられるが、この場合、水入口側と水出口側でフィン形成部材１７０の波形状を変更しなければならない。これに対して、本実施形態によれば、水入口側と水出口側で波形状を変更せず、連通部１７８の位置を設定するだけで、水出口１５２側での流路断面積を増大させることができる。
【００６９】
（第２実施形態）
図１０に、本実施形態における箱体１５０の縦断面図を示す。図１０は、図４に対応している。
【００７０】
本実施形態では、箱体１５０の内部の水入口１５１から水出口１５２までの全域において、連通部１７８が、隣り合う平坦面１７７において、互いに異なる側の端部に配置されている。すなわち、一方向での一端側の第１連通部１７８ａと、他端側の第２連通部１７８ｂとが、箱体１５０の横方向で、交互に並んでいる。これにより、箱体１５０の内部の水入口１５１から水出口１５２までの全域において、１本の蛇行流路が形成されている。
【００７１】
本実施形態においても、仕切部１７２とフィン部１７１とを一体化しているので、第１実施形態で説明した（１）、（２）の効果を奏する。
【００７２】
（他の実施形態）
（１）上述の各実施形態では、箱体１５０を２枚のプレート１５３、１５４で構成したが、１枚のプレートを折り曲げて箱体を構成しても良く、また、箱体を他の構成としても良い。
【００７３】
（２）上述の各実施形態では、フィンによる伝熱促進効果の向上のために、第２の幅Ｌ２を第１の幅Ｌ１よりも短くしたが（Ｌ２＜Ｌ１）、部品点数の低減という観点では、第２の幅Ｌ２を第１の幅Ｌ１と同じ（Ｌ１＝Ｌ２）としても良い。
【００７４】
この場合、フィン形成部材１７０の全域において、山部１７３および谷部１７４の幅が均一となるので、フィン形成部材１７０の製造が容易となる。
【００７５】
（３）上述の各実施形態では、箱体１５０の内部にフィン形成部材１７０を１つ配置したが、フィン形成部材１７０は１つでなくても良く、部品点数が従来よりも少ない範囲であれば、複数に分割しても良い。
【００７６】
（４）上述の各実施形態では、フィン部１７１がオフセットフィンであったが、フィン部１７１はオフセットフィンに限らず、横断面が波形状の壁面に対して部分的に切り起こし部が形成されたフィンであれば、他の種類のフィンとしても良い。例えば、平板状の切り起こし部が、水流れ方向に対して斜めに配置されたルーバフィンとしても良い。
【００７７】
（５）上述の各実施形態では、水冷媒熱交換器に本発明を適用したが、水冷媒熱交換器以外の熱交換器に本発明を適用しても良い。
【符号の説明】
【００７８】
１５０ 箱体
１６０ 冷媒チューブ
１７０ フィン形成部材
１７１ フィン部
１７２ 仕切部
１７３ 山部
１７４ 谷部
１７６ 切り起こし形成面
１７６ａ 切り起こし部
１７７ 平坦面
１７８ 連通部
１８１ 細流路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水が流れる水流路を内部に有する箱体（１５０）と、
前記箱体（１５０）内に設けられ、前記箱体（１５０）の内部を仕切って前記水流路を蛇行状に形成する仕切部（１７２）と、
前記水流路内に設けられ、壁面に対して部分的に切り起こされた切り起こし部を有する伝熱促進用のフィン部（１７１）と、
前記箱体（１５０）の外面に接して設けられ、冷媒が流れる冷媒流路を形成する冷媒チューブ（１６０）とを備え、水と冷媒との間で熱交換を行う熱交換器において、
前記箱体（１５０）内には、前記箱体（１５０）の内面に接する山部（１７３）及び谷部（１７４）を複数有する断面波形状であって、前記仕切部（１７２）及び前記フィン部（１７１）を構成するフィン形成部材（１７０）が配置されており、
前記フィン形成部材（１７０）は、前記山部（１７３）と前記谷部（１７４）とをつなぐ壁面として、前記切り起こし部（１７６ａ）が形成された切り起こし形成面（１７６）と、前記切り起こし部が形成さていない平坦面（１７７）とを有し、
前記平坦面（１７７）によって前記仕切部（１７２）が構成されるとともに、隣り合う前記平坦面（１７７）によって一方向に延びる１つの細流路（１８１）が形成され、前記平坦面（１７７）の前記一方向での端部に、隣り合う前記細流路（１８１）同士を連通する連通部（１７８）が設けられることによって、蛇行状の前記水流路が形成されており、
前記切り起こし形成面（１７６）によって前記フィン部（１７１）が構成されるとともに、隣り合う前記平坦面（１７７）の間に位置する複数の前記切り起こし形成面（１７６）によって、前記細流路（１８１）毎に前記フィン部（１７１）が形成されていることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記フィン部（１７１）は、前記切り起こし部（１７６ａ）によって形成される断面波形状部分が、水流れ方向で隣接する断面波形状部分に対して、オフセットしているオフセットフィンであり、
隣り合う前記切り起こし形成面（１７６）同士の平均間隔を第１の幅（Ｌ１）とし、前記平坦面（１７７）とその平坦面に最も近い前記切り起こし形成面（１７６）との平均間隔を第２の幅（Ｌ２）としたとき、前記第２の幅（Ｌ２）は、前記第１の幅（Ｌ１）と同等もしくはそれよりも短いことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記第２の幅（Ｌ２）は、前記第１の幅（Ｌ１）の６０％未満であることを特徴とする請求項２に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記連通部（１７８）は、前記平坦面（１７７）の前記一方向での一端側と他端側のどちらかの前記端部に配置されており、
隣り合う前記平坦面のそれぞれの前記連通部（１７８）は、前記箱体（１５０）の水出口（１５２）から離れた側では、互いに異なる側の前記端部に配置されるとともに、前記箱体（１５０）の水出口（１５２）に近い側では、互いに同一側の前記端部に配置されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の熱交換器。
【請求項１】
水が流れる水流路を内部に有する箱体（１５０）と、
前記箱体（１５０）内に設けられ、前記箱体（１５０）の内部を仕切って前記水流路を蛇行状に形成する仕切部（１７２）と、
前記水流路内に設けられ、壁面に対して部分的に切り起こされた切り起こし部を有する伝熱促進用のフィン部（１７１）と、
前記箱体（１５０）の外面に接して設けられ、冷媒が流れる冷媒流路を形成する冷媒チューブ（１６０）とを備え、水と冷媒との間で熱交換を行う熱交換器において、
前記箱体（１５０）内には、前記箱体（１５０）の内面に接する山部（１７３）及び谷部（１７４）を複数有する断面波形状であって、前記仕切部（１７２）及び前記フィン部（１７１）を構成するフィン形成部材（１７０）が配置されており、
前記フィン形成部材（１７０）は、前記山部（１７３）と前記谷部（１７４）とをつなぐ壁面として、前記切り起こし部（１７６ａ）が形成された切り起こし形成面（１７６）と、前記切り起こし部が形成さていない平坦面（１７７）とを有し、
前記平坦面（１７７）によって前記仕切部（１７２）が構成されるとともに、隣り合う前記平坦面（１７７）によって一方向に延びる１つの細流路（１８１）が形成され、前記平坦面（１７７）の前記一方向での端部に、隣り合う前記細流路（１８１）同士を連通する連通部（１７８）が設けられることによって、蛇行状の前記水流路が形成されており、
前記切り起こし形成面（１７６）によって前記フィン部（１７１）が構成されるとともに、隣り合う前記平坦面（１７７）の間に位置する複数の前記切り起こし形成面（１７６）によって、前記細流路（１８１）毎に前記フィン部（１７１）が形成されていることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記フィン部（１７１）は、前記切り起こし部（１７６ａ）によって形成される断面波形状部分が、水流れ方向で隣接する断面波形状部分に対して、オフセットしているオフセットフィンであり、
隣り合う前記切り起こし形成面（１７６）同士の平均間隔を第１の幅（Ｌ１）とし、前記平坦面（１７７）とその平坦面に最も近い前記切り起こし形成面（１７６）との平均間隔を第２の幅（Ｌ２）としたとき、前記第２の幅（Ｌ２）は、前記第１の幅（Ｌ１）と同等もしくはそれよりも短いことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記第２の幅（Ｌ２）は、前記第１の幅（Ｌ１）の６０％未満であることを特徴とする請求項２に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記連通部（１７８）は、前記平坦面（１７７）の前記一方向での一端側と他端側のどちらかの前記端部に配置されており、
隣り合う前記平坦面のそれぞれの前記連通部（１７８）は、前記箱体（１５０）の水出口（１５２）から離れた側では、互いに異なる側の前記端部に配置されるとともに、前記箱体（１５０）の水出口（１５２）に近い側では、互いに同一側の前記端部に配置されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の熱交換器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−１６９４９７（Ｐ２０１１−１６９４９７Ａ）
【公開日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−３２７２２（Ｐ２０１０−３２７２２）
【出願日】平成２２年２月１７日（２０１０．２．１７）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【出願人】（０００１２６６３２）株式会社アタゴ製作所 (31)
【出願人】（５０４３３６７３３）株式会社柿生精密 (10)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月１７日（２０１０．２．１７）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【出願人】（０００１２６６３２）株式会社アタゴ製作所 (31)
【出願人】（５０４３３６７３３）株式会社柿生精密 (10)
【Ｆターム（参考）】
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