JP4462054B2 - プレート式熱交換器、これを備えた温水装置および暖房装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数のプレートを利用して流水路を形成し、この流水路内の熱媒体を燃焼ガスによって加熱するのに用いられるプレート式熱交換器、これを備えた温水装置および暖房装置に関する。

従来のプレート式熱交換器の具体例としては、特許文献１〜３に記載のものがある。これらの文献に記載の熱交換器は、複数の平板状のプレートがそれらの厚み方向に積層され、かつこれらが缶体内に収容された構造を有している。前記複数のプレートには、それらの積層方向に貫通した複数の孔部が設けられており、これらの孔部が一連に繋がることによって流水路が形成されている。前記複数のプレートに燃焼ガスを進行させると、これらプレートが燃焼ガスから熱回収を行ない、前記流水路内の水が加熱される。

このようなプレート式熱交換器は、伝熱用のチューブを用いることなく、流水路を形成しているため、熱交換器全体をステンレス製にするような場合に適する。たとえば、チューブ式の熱交換器では、硬質のステンレス製チューブを複雑な形状に曲げ加工することが技術的に難しく、その製造コストがかなり高価となる場合がある。これに対し、プレート式熱交換器によれば、伝熱用のチューブを用いる必要がないために、加工が容易化され、前記不具合を抑制することが可能である。

しかしながら、前記従来技術においては、次に述べるように、改善すべき点があった。

すなわち、熱交換用の複数のプレートが、たとえば水平方向に積層して設けられている場合、燃焼器はその上方または下方に配置される。そして、前記燃焼器により発生された燃焼ガスは、前記複数のプレートに対して単に下向きまたは上向きに進行し、複数のプレートどうしの隙間を通過することとなる。ところが、燃焼ガスをこのように進行させたのでは、前記複数のプレートのうち、前記燃焼器に直接対向する部分に燃焼ガスが集中的に作用し、それ以外の部分への燃焼ガスの進行量が少なくなる。熱交換効率を高めるには、複数のプレート全体に対して燃焼ガスをできる限り均一な条件で作用させることが要請されるが、前記従来技術では、そのような要請を十分に満たしておらず、熱交換効率を高める上で未だ改善の余地があった。

また、前記従来技術においては、燃焼器により発生させた燃焼ガスを複数のプレートに向けて進行させた場合、この燃焼ガスの一部は、複数のプレートと缶体との隙間に高温のまま進入する。したがって、前記缶体が燃焼ガスによって高温に加熱され、ダメージを受ける虞れがあった。これを解消する手段としては、前記缶体の周囲に通水がなされるチューブを巻きつけて水冷を行なうといった手段が考えられるが、これでは構造が複雑化して、高コスト化を招き、さらには伝熱用のチューブを不要とするプレート式熱交換器の利点も損なわれることとなる。

特開２００３−５００４７号公報 特開２００１−４１５８０号公報 特開平１１−１０８４４２号公報

本発明は、このような事情のもとで考え出されたものであって、従来よりも熱交換効率を高めることができるとともに、缶体が燃焼ガスによって高温に加熱されることも適切に抑制することが可能なプレート式熱交換器、これを備えた温水装置および暖房装置を提供することを、その課題としている。

上記の課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。

本発明の第１の側面により提供されるプレート式熱交換器は、厚み方向に積層された熱交換用の複数のプレートと、これら複数のプレートにより形成された流水路と、前記複数のプレートの周囲を囲む周壁部を有する缶体と、を備えている、プレート式熱交換器であって、前記各プレートが枠状であることにより前記複数のプレートの内方に形成されている空間部と、前記複数のプレート間に設けられた燃焼ガス通過用の複数の隙間と、前記複数のプレートと前記缶体の周壁部との間に形成された燃焼ガス用通路と、を備えており、前記空間部に導入され、または前記空間部内において発生された燃焼ガスは、前記複数の隙間を通過して前記燃焼ガス用通路に流れ出る構成とされ、前記複数のプレートによって、複数の流水路形成枠体が形成され、前記各流水路形成枠体は、一対のプレートの内周縁どうしおよび外周縁どうしが重ね合わされて接合され、かつそれら一対のプレートの少なくとも一方が、他方寄りとは反対方向に張り出した凸部を有していることにより、その内部に前記流水路の一部をなす空洞部が形成された構造を有しており、前記各流水路形成枠体の前記凸部は、前記一対のプレートの周方向に延びるように形成され、前記各流水路形成枠体の内部には、前記周方向に水を流通させることが可能な空洞部が形成されており、前記凸部は、前記一対のプレートの略全周にわたって延びているとともに、前記凸部には、その一部を他の部分よりもさらに突出させた追加の凸部が設けられており、前記複数の流水路形成枠体は、前記追加の凸部を介して当接していることにより、これら複数の流水路形成枠体どうしの間に前記燃焼ガス通過用の隙間が形成されていることを特徴としている。

本発明に係るプレート式熱交換器は、複数のプレートの内方に形成されている空間部内に燃焼ガスを導入させ、またはこの空間部内において燃焼ガスを発生させるようにして使用する。前記複数のプレートは、枠状であり、前記空間部の周囲を囲んでいるために、前記空間部内の燃焼ガスを前記複数のプレートの内周部分の全周囲に対して略均等に作用させることが可能である。また、前記空間部内の燃焼ガスは、その後複数のプレート間に形成されている複数の隙間を通過するが、その際にも各プレートの周方向において各所略均等な流量となるように燃焼ガスを通過させることができる。このようなことから、本発明では、複数の熱交換用のプレートの一部分のみに燃焼ガスが集中的に作用してそれ以外の部分での熱回収量が極端に減少するといったことがなく、前記従来技術よりも熱交換効率を高くすることが可能である。

また、本発明においては、前記複数のプレートと缶体の周壁部との間には、燃焼ガス用通路が形成されており、この燃焼ガス用通路には、複数のプレート間の隙間を通過してそれらプレートによって熱回収がなされた燃焼ガスが進行するようになっている。この燃焼ガスは、熱回収がなされている分だけ、その温度は低下している。したがって、前記缶体の周壁部が高温の燃焼ガスによって直接加熱されないようにし、その部分がダメージを受けることが適切に防止される。その結果、前記従来技術とは異なり、缶体を冷却するための手段を別途設ける必要も無く、製造コストの低減化が可能である。さらに、上記構成によれば、一対のプレートを組み合わせることによって、その内部には流水路の一部をなす空洞部が形成されており、複数のプレートを用いて流水路を形成することの容易化および合理化を図ることができる。また、上記構成によれば、１つの流水路形成枠体に形成される空洞部の寸法を長くとることが可能となる。したがって、熱交換用のプレートの枚数を少なくしつつ、流水路の全長を長くするのに好適となる。さらに上記構成によれば、複数の流水路形成枠体を積層させるだけの簡易な構造によって、燃焼ガス通過用の隙間を適切に設けることができ、製造が容易化される。また、前記複数の追加の凸部の配列（数や間隔）や高さ寸法などを適当な値にすることにより、燃焼ガス通過用の隙間の形状、サイズ、および数なども熱交換効率を高くするのに適切な仕様に設定することができる。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記空間部内の燃焼ガスがこの空間部の一端開口部側から他端開口部側に向けて進行するときに、前記燃焼ガスが前記他端開口部をそのまま通過して外部に流出することを抑制する燃焼ガス用ストッパをさらに備えている。

このような構成によれば、前記空間部内に導入され、または前記空間部内において発生された燃焼ガスの全量または略全量が、複数のプレート間の隙間を通過することとなり、熱交換効率がさらに高められる。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記燃焼ガス用ストッパは、前記複数のプレートの積層方向において前記空間部を第１および第２の領域に仕切っており、前記第１の領域に導入され、または前記第１の領域において発生された燃焼ガスは、前記複数の隙間の一部を通過して前記燃焼ガス流路に流れた後に、前記複数の隙間の他の部分および前記第２の領域を通過する構成とされている。

このような構成によれば、前記複数のプレートは、前記第１および第２の領域を囲む２つの部分に区分され、前記空間部内の燃焼ガスは、それら２つの区分の一方を通過した後に、さらに他方を通過することとなる。したがって、燃焼ガスからの熱回収が２段階にわたって行なわれることとなり、熱交換効率をさらに高めることが可能となる。複数のプレートのうち、第１の領域を囲む部分によって燃焼ガスから顕熱を回収させるとともに、第２の領域を囲む部分によって潜熱を回収させる構成とすることもできる。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記流水路として、それぞれ個別に通水が可能な複数の流水路が形成されており、一缶複数回路型の熱交換器として構成されている。

このような構成によれば、熱交換により生成した湯をたとえば台所などの一般給湯とそれとは別の風呂給湯に用いるといったことが可能となり、便利である。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記流水路として、前記複数のプレートの積層方向に延び、かつそれらプレートの周方向に間隔を隔てた複数の流水路が設けられているとともに、前記複数のプレートをその積層方向において挟むようにして配され、かつ内部が前記複数の流水路の両端開口部に連通している一対のヘッダ部を備えており、これら一対のヘッダ部の少なくとも一方は、枠状である。

このような構成によれば、一対のヘッダ部を利用して前記複数の流水路への通水を適切に行なうことができる。これら一対のヘッダ部は、複数のプレートをその積層方向において挟んだ配置であるため、燃焼ガスが複数のプレート間の隙間を通過することなどを阻害することもない。さらに、一対のヘッダ部の少なくとも一方が枠状であれば、複数のプレートの内方に形成されている空間部の一端開口部を前記ヘッダ部によって塞がないようにすることもできる。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記一対のヘッダ部の一方は、入水口を有し、かつこの入水口に供給されてきた水を前記複数の流水路に流入させる入水用ヘッダ部として構成され、前記一対のヘッダ部の他方は、出湯口を有し、かつ前記複数の流水路を通過してきた水を前記出湯口に導いて外部に流出させる出湯用ヘッダ部として構成されている。

このような構成によれば、入水用ヘッダ部に水を供給すると、この水は、複数の流水路内に流れ込んで他方の出湯用ヘッダ部に向けて流通し、この出湯用ヘッダ部に到達した後に出湯する。このようないわば一方通行の通水によれば、単位時間当たりの出湯量を多くするのに好適となる。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記一対のヘッダ部の一方は、入水口を有する入水用チャンバと、出湯口を有する出湯用チャンバとを有しており、前記入水口から前記入水用チャンバに流入した水は、前記複数の流水路の一部を通過して前記一対のヘッダ部の他方に流入することによりＵターンし、前記複数の流水路の残余部分を通過して前記出湯用チャンバに流入するように構成されている。

このような構成によれば、入水用ヘッダ部に供給された水は、複数の流水路をＵターンして流れるために、その通水距離を長くして、加熱量を多くすることができる。したがって、高温の湯を生成するのに好適となる。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記複数の流水路形成枠体のうち、前記複数の追加の凸部の先端壁部およびこれに当接する部分には、隣接し合う流水路形成枠体内の空洞部どうしを連通させる貫通孔が設けられている。

このような構成によれば、複数の流水路形成枠体内の空洞部を簡易な構造により連通させて、それらが繋がった流水路を容易かつ適切に形成することができる。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記各流水路形成枠体の前記凸部として、前記一対のプレートの幅方向に並び、かつともに周方向に延びた複数の凸部が設けられていることにより、前記各流水路形成枠体の内部には、個別に通水を行なわせることが可能な複数の空洞部が形成されている。

このような構成によれば、いわゆる１缶複数回路型の熱交換器として用いるのに好適となる。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記複数のプレートの全部または一部は、それらの形状およびサイズが同一に揃えられている。

このような構成によれば、複数のプレートの製造が容易化され、製造コストを低減するのに好適となる。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記各プレートは、耐酸性を有する金属製である。その具体的な材質としては、ステンレスやチタンなどが挙げられる。

このような構成によれば、各プレートの耐食性が優れたものとなる。とくに、本発明に係るプレート式熱交換器を潜熱回収型として構成した場合には、潜熱回収に伴ってドレイン（凝縮水）が発生し、またこのドレインは多くの場合に強酸性となるが、このような強酸性のドレインが発生しても、前記各プレートの腐食を適切に防止または抑制することが可能である。

本発明の第２の側面により提供される温水装置は、燃焼ガスを発生させる燃焼器と、前記燃焼ガスから熱を回収して湯を生成するための熱交換器と、を備えている、温水装置であって、前記熱交換器として、本発明の第１の側面により提供されるプレート式熱交換器が用いられていることを特徴としている。

本発明の第３の側面により提供される暖房装置は、燃焼ガスを発生させる燃焼器と、前記燃焼ガスから熱を回収して熱媒体を加熱する熱交換器と、を備えている、暖房装置であって、前記熱交換器として、本発明の第１の側面により提供されるプレート式熱交換器が用いられていることを特徴としている。流水路に供給される熱媒体としては、たとえば不凍液を用いることが可能である。

これら本発明の第２または第３の側面により提供される温水装置または暖房装置によれば、本発明の第１の側面により提供されるプレート式熱交換器について述べたのと同様な効果が得られる。

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行なう発明の実施の形態の説明から、より明らかになるであろう。

以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。

図１〜図６は、プレート式熱交換器の一実施形態を示している。図１によく表われているように、本実施形態のプレート式熱交換器Ａ１は、筒状の缶体１、この缶体１内に配された複数の熱交換用のプレート２、このプレート２を用いて構成された複数の流水路３、燃焼ガス用ストッパ９０、および一対のヘッダ部４Ａ，４Ｂを備えている。これらの構成部材は、いずれもステンレス製である。

複数のプレート２は、上下方向に積層されており、かつ同方向において隣接し合うものどうしはろう付けされている。各プレート２は、平面視中空円形状の枠状（円形リング状）であり、複数のプレート２の内方には空間部５が形成されている。この空間部５の高さ方向中間部には燃焼ガス用ストッパ９０が設けられており、空間部５は、この燃焼ガス用ストッパ９０によって第１および第２の領域５ａ，５ｂに仕切られている。外部から燃焼ガスを導入させる場合、この燃焼ガスは第１の領域５ａに導入される。また、この第１の領域５ａは、燃料燃焼部とすることもできる。後述するように、複数のプレート２のうち、第１の領域５ａを囲む上側部分Ｓａは、燃焼ガスから顕熱を回収し、また第２の領域５ｂを囲む下側部分Ｓｂは、燃焼ガスから潜熱を回収するのに利用される。複数のプレート２の外周縁と缶体１の周壁部１０との間には、燃焼ガス用通路５２が形成されている。この燃焼ガス用通路５２は、複数のプレート２の外周の全周囲にわたって形成されている。

複数のプレート２のそれぞれは、形状およびサイズが同一である。その具体的な形状を図２および図３に示す。これらの図に表われているように、プレート２は、枠状のベース部２０の周方向に、複数の凸部２１が一定間隔で設けられた構成を有している。各凸部２１は、プレート２の一部分をベース部２０からその厚み方向に張り出させた形状であり、その先端壁部には、貫通孔２２が設けられている。前記先端壁部のうち、貫通孔２２の周辺部分は、ろう付けを行なうのに利用される。このプレート２は、プレス加工により形成されている。本実施形態では、凸部２１および貫通孔２２が平面視矩形状であるが、これらを平面視円形状などの他の形状にしてもかまわない。

図４は、一対のプレート２を用いて構成される流水路形成枠体Ｂ１を示している。この流水路形成枠体Ｂ１は、流水路３の構成単位に相当し、一対のプレート２（２ａ，２ｂ）をその向きが反対となるように重ね合わせ、かつそれらの内周縁２０ａどうしおよび外周縁２０ｂどうしを当接させて接合させたものである。このような構成によれば、２枚のプレート２ａ，２ｂの互いに対向する一対の凸部２１内には、貫通孔２２を上下開口部とする空洞部２３が形成される。この空洞部２３は、後述するように、流水路３の一部を構成する。

図５に示すように、複数のプレート２は、前記した流水路形成枠体Ｂ１を複数構成するように積層されている。ただし、この積層構造においては、図１に示すように、互いに隣接する流水路形成枠体Ｂ１の複数の凸部２１どうしが当接し、かつそれらの先端壁部がろう付けされた構成となっている。このことにより、図６に示すように、複数の流水路形成枠体Ｂ１どうしの各間には、燃焼ガス通過用の複数の隙間５１が形成されている。各隙間５１は、図１には明確に表われていないものの、空間部５および燃焼ガス用通路５２のそれぞれに連通している。また、互いに当接した２つの凸部２１のそれぞれの貫通孔２２どうしは、互いに連通している。このことにより、複数の流水路形成枠体Ｂ１内の空洞部２３は、上下方向に一連に繋がった流水路３となっている。この流水路３は、複数のプレート２の周方向に間隔を隔てて複数設けられている。

図１に示すように、一対のヘッダ部４Ａ，４Ｂは、複数のプレート２を上下方向において挟むようにそれらの下側および上側に積層されている。これらヘッダ部４Ａ，４Ｂは、各プレート２と同様に、ともに平面視中空円形状の枠状であり、空間部５の下端開口部５０ｂおよび上端開口部５０ａを塞がないようになっている。ただし、これらヘッダ部４Ａ，４Ｂの外周部は、缶体１の周壁部１０の内面に接触しており、燃焼ガス用通路５２の下端および上端を塞いでいる。ヘッダ部４Ａは、複数の流水路３に対してそれらの下方から入水を行なわせるための入水用のヘッダ部であり、入水口４０ａに連通したチャンバ４１ａを内部に形成している。このヘッダ部４Ａの上壁部には、複数の流水路３の下端とチャンバ４１ａとを連通させる複数の孔部４２ａが設けられている。これに対し、ヘッダ部４Ｂは、複数の流水路３を通過してきた水（湯）を外部に出湯させるための出湯用のヘッダ部であり、出湯口４０ｂに連通したチャンバ４１ｂを内部に形成している。このヘッダ部４Ｂの下壁部には、複数の流水路３の上端とチャンバ４１ｂとを連通させる複数の孔部４２ｂが設けられている。

好ましくは、入水口４０ａと出湯口４０ｂとは、複数のプレート２の中心線（図示略）を挟んで互いに対称の配置に設けられている。このような配置にすれば、複数の流水路３のそれぞれへの通水状態が均一化されることとなるので好ましい。本実施形態とは異なり、たとえば図１の符号ｎ１で示す箇所に出湯口４０ｂを設けたのでは、入水口４０ａに供給された水は、複数の流水路３のうち、入水口４０ａおよび出湯口４０ｂの双方に近い部分を重点的に流れてしまう虞れがある。本実施形態では、そのような虞れを適切に解消することが可能である。

図７は、前記したプレート式熱交換器Ａ１を備えた温水装置の一例を示している。

本実施形態の温水装置ＨＳは、いわゆるオイル逆燃焼式の給湯装置として構成されており、熱交換器Ａ１の上方には燃焼器６が設けられている。この燃焼器６は、灯油などの燃料オイルを噴霧ノズルによって下向きに噴射させて燃焼させるものである。この燃焼器６は、上部缶体６１によって覆われており、その上部に載設された送風ファン６２から燃焼用空気が下向きに送られるようになっている。この燃焼器６は、燃料オイルの燃焼を促進するための旋回流を発生させる筒状部６ａを有しているが、この筒状部６ａはヘッダ部４Ｂの内方部分および複数のプレート２の上端開口部５０ａ内に進入している。筒状部６ａ内およびその直下近傍部分は、燃焼器６の燃料燃焼部である。

熱交換器Ａ１の下方には、この熱交換器Ａ１内を通過してきた燃焼ガスを上向きにＵターンさせるための底部ケーシング９０が設けられている。この底部ケーシング９０には、上向きにＵターンされた燃焼ガスを排気口９１ａに導く排気ダクト９１が起立して連設されている。この排気ダクト９１は、その内部に吸音材（図示略）を備えており、消音器としての役割を果たすようになっている。

次に、前記した温水装置ＨＳの作用について説明する。

まず、入水用のヘッダ部４Ａにその入水口４０ａから入水がなされ、複数の流水路３に通水がなされている状態において、燃焼器６を駆動させて燃料オイルを燃焼させる。すると、その燃焼ガスは、プレート式熱交換器Ａ１の第１の領域５ａ内にその上方から進入する。また、第１の領域５ａ内においても燃料の燃焼がなされ、この第１の領域５ａ内において一部が燃焼ガスが直接発生される。これに対し、複数のプレート２の上側部分Ｓａは、この第１の領域５ａの全周囲を囲んでいる。したがって、第１の領域５ａ内の燃焼ガスの熱は、それら複数のプレート２の内周縁全体に対して効率良く、かつ均一に作用することとなり、それらの部分において効率の良い第１段階の熱回収がなされる。

次いで、前記第１の領域５ａ内の燃焼ガスは、上側部分Ｓａのプレート２間に形成されている複数の隙間５１を通過して燃焼ガス用通路５２に流出する。その通過の際に、各プレート２によって前記燃焼ガスから第２段階の熱回収がなされるが、各プレート２の周方向において複数の隙間５１の箇所には略均等に燃焼ガスを流通させることが可能である。したがって、やはり効率の良い熱回収が可能である。燃焼ガス用ストッパ９０は、燃焼ガスが第１の空間部５ａから第２の空間部５ｂに向けて直接進行することを阻止するために、前記燃焼ガスが第１の空間部５ａから複数の隙間５１に向けて流入することが促進され、その全量を複数の隙間５１に流入させることが可能である。

燃焼ガスが燃焼ガス用通路５２に流出すると、この燃焼ガスによって缶体１の周壁部１０が加熱される。ただし、この燃焼ガスは、前述したように既に第１および第２段階の熱回収がなされたものであり、発生当初と比較するとかなり温度が低下している。したがって、缶体１の周壁部１０が高温に加熱されることはなく、熱ダメージを受けないようにすることができる。この周壁部１０の周囲に冷却用の水管を巻き付けるといった必要はない。前記燃焼ガスは、燃焼ガス用通路５２を下向きに進行するが、その際複数のプレート２の外周縁によって第３段階の熱回収がなされる。

燃焼ガス用通路５２の下部領域に進行した燃焼ガスは、その後下側部分Ｓｂのプレート２間に設けられている複数の隙間５１を通過し、第２の領域５ｂに進入する。次いで、この第２の領域５ｂ内を下向きに進行する。このような燃焼ガスの流通過程において、下側部分Ｓｂの複数のプレート２は、燃焼ガスから第４段階の熱回収を行なうこととなる。第２の領域５ｂに進入した燃焼ガスは、その後底部ケーシング９０内および排気ダクト９１内を通過して排気口９１ａから排ガスとして外部に排出される。

前記した熱交換においては、燃焼器６により発生された燃焼ガスの全量または略全量が複数のプレート２に対して有効に接触しており、プレート２との接触量が少ないまま外部に排出される燃焼ガスは皆無といえる。また、複数のプレート２としても、それらの全体が熱回収に有効に利用されており、燃焼ガスとの接触を生じない部分、あるいは極端に少ない部分は皆無といえる。したがって、燃焼ガスからの熱回収量を多くし、熱交換効率を非常に高くすることが可能である。複数のプレート２の上側部分Ｓａおいては燃焼ガスから顕熱を回収させる一方、下側部分Ｓｂにおいては潜熱を回収させることもできる。このように、顕熱回収に加えて潜熱回収をも行なうと、熱交換効率がさらに高くなる。なお、潜熱回収を行なうと、燃焼ガス中の水蒸気が凝縮して多くのドレインが発生するが、前記したように複数のプレート２の下側部分Ｓｂを潜熱回収用とし、この部分に集中的にドレインが発生させれば、ドレインの処理が容易となる。図面には示していないが、底部ケーシング９０内には、複数のプレート２から滴下してくるドレインを受けて底部ケーシング９０の外部に排出するためのドレイン受け手段を設けておく構成とすることができる。前記ドレインは、一般には強酸性であるが、熱交換器Ａ１の各部はステンレスであるために、前記ドレインに起因して腐食を生じることも適切に抑制される。

前記したプレート式熱交換器Ａ１は、複数のプレート２を用いて製造されているが、これらのプレート２は、形状およびサイズが同一である。したがって、複数のプレート２として、形状などが相違する複数種類のものを準備する必要はなく、全体の製造コストを廉価にするのに最適である。また、各プレート２は、張り出し状の複数の凸部２１を有し、かつ各凸部２１の先端壁部に貫通孔２２が設けられた簡易な構成とされ、複数の流水路３や燃焼ガス通過用の隙間５１は、前記したプレート２を複数枚積層させることによって構成されている。したがって、それら複数の流水路３や燃焼ガス通過用の隙間５１の形成も合理的に行なわれており、プレート式熱交換器Ａ１の製造がより容易となる。

図８〜図２２は、他の実施形態を示している。なお、これらの図において、前記実施形態と同一または類似の要素には、前記実施形態と同一の符号を付している。

図８に示すプレート式熱交換器Ａ２においては、複数のプレート２の内方に形成されている空間部５の下端開口部５０ｂが、燃焼ガス用ストッパ９０によって塞がれている。したがって、前記実施形態とは異なり、空間部５が燃焼ガス用ストッパ９０によって上下２つの領域に区分された構成とはされていない。ヘッダ部４Ａは、燃焼ガス用通路５２の下端を塞がないように設けられており、このヘッダ部Ａの外周面と缶体１の周壁部１０との間には隙間９９が形成されている。

本実施形態においては、空間部５内に導入され、または空間部５内で発生した燃焼ガスは、複数のプレート２間の複数の隙間５１を通過して燃焼ガス用通路５２に流出した後に、この燃焼ガス用通路５２を下向きに進行してその下端開口の隙間９９からそのままその下方に流出する。このような燃焼ガスの流通の仕方であっても、前記実施形態と同様に、複数のプレート２が空間部５を囲んでいること、および燃焼ガスが複数のプレート２間の隙間５１や燃焼ガス用通路５２を通過することによって、燃焼ガスから多くの熱を回収することが可能であり、高い熱交換効率が得られる。

図９（ａ）に示す構成において、ヘッダ部４Ａは、入水口４０ａおよび出湯口４０ｂをそれぞれ有する入水用および出湯用のチャンバ４４ａ，４４ｂを備えている（ただし。これらのチャンバ４４ａ，４４ｂは模式的に示している。同図（ｂ）も同様である）。これら入水用および出湯用のチャンバ４４ａ，４４ｂは、複数の流水路３に対して１つずつ交互に連通している。ヘッダ部４Ｂ内は、複数の仕切壁４５によって複数のチャンバ４４ｃに仕切られている。各チャンバ４４ｃは、互いに隣接する２つの流水路３に連通している。

本実施形態においては、ヘッダ部４Ａの入水用のチャンバ４４ａに水が供給されると、この水は複数の流水路３の一つおきの部分を上向きに通過し、ヘッダ部４Ｂ内に流入する。すると、この水は各チャンバ４４ｃ内においてＵターンし、先に流通してきた流水路３に隣接する他の流水路３を下向きに通過してヘッダ部４Ａの出湯用のチャンバ４４ｂに流入することとなる。このような通水を行なわせれば、水の流通距離が長くなり、その加熱時間も長くなるため、高温の湯を生成し易くなる。なお、図１〜図８に示した先の実施形態では、一対のヘッダ部４Ａ，４Ｂの一方から他方に水を一方通行で流通させているが、このような構成によれば、入水用のヘッダ部４Ｂに供給された水が複数の流水路３の各所を出湯口４０ｂに向けて一斉に流れることとなるため、出湯口４０ｂからの出湯量を多くするのに好適となる。

図９（ｂ）に示す構成においては、ヘッダ部４Ａの入水用および出湯用のチャンバ４４ａ，４４ｂが、複数の流水路３に対して２つずつ交互に連通している。ヘッダ部４Ｂ内の各チャンバ４４ｃは、互いに隣接する４つの流水路３に連通している。

本実施形態においては、入水用のチャンバ４４ａ内に流入した水は、互いに隣接する２つの流水路３を上向きに進行してヘッダ部４Ｂ内に流入した後にＵターンし、前記とは別の２つの流水路３を下向きに流通して出湯用のチャンバ４４ｂに流入することとなる。本実施形態のように、互いに隣接する複数の流水路３を水が一方向に流通した後に、これらの水が一斉にＵターンするように通水させてもよい。このような場合であっても、図９（ａ）に示した実施形態と同様に、水の流通距離および加熱時間を長くとることができる。

図１０に示すプレート式熱交換器Ａ３は、複数の流水路３に加えて、それとは別個に通水が可能な追加の流水路３Ａを備えた１缶２回路型として構成されている。このプレート式熱交換器Ａ３の各プレート２Ａは、図１１および図１２に示すような構成を有している。同図に示すように、プレート２Ａは、先の実施形態のプレート２と同様に、枠状のベース部２０に設けられた張り出し状の複数の凸部２１を有している。ただし、この凸部２１には、その先端壁部の中央部分を窪ませた凹部２４がさらに形成されている。この凹部２４の底壁部２４ａは、ベース部２０の内周縁２０ａおよび外周縁２０ｂと同一高さに揃えられており、またこの底壁部２４ａには、追加の貫通孔２２Ａが設けられている。凸部２１の先端壁部の貫通孔２２は、凹部２４を囲むようにして複数に分割されている。

図１２の実線および仮想線によってそれぞれ示す一対のプレート２Ａにより、流水路形成枠体Ｂ２が形成されている。この流水路形成枠体Ｂ２は、流水路３，３Ａの構成単位となるものであり、一対のプレート２Ａを向かい合わせにして接合することにより形成されている。図１０に示すように、複数のプレート２Ａは、前記した流水路形成枠体Ｂ２を複数構成するように積層されている。この積層構造においては、上下方向において隣接し合う２つの凹部２４の底壁部２４ａどうしは互いに当接している。このことにより、隣接し合う２つの凹部２４の内方部分どうしは繋がっており、凹部２４の底壁部２４ａや凸部２１の側壁によってその周囲が囲まれ、かつ凸部２１内の空洞部２３とは仕切られた空洞部２３Ａとなっている。この空洞部２３Ａは、追加の流水路３Ａを構成する部分であり、複数の空洞部２３Ａが追加の貫通孔２２Ａを介して一連に連通していることにより追加の流水路３Ａが形成されている。流水路３は、先の実施形態と同様に、凸部２１内の空洞部２３が貫通孔２２を介して一連に繋がっていることにより形成されている。

入水用および出湯用のヘッダ部４Ａ，４Ｂは、いずれも２重構造になっており、それらのチャンバ４１ａ，４１ｂ内には、これらチャンバ４１ａ，４１ｂと同様な円形枠状の内部チャンバ４１a'，４１b'がさらに設けられている。入水口４０ａおよび出湯口４０ｂの部分は、２重管構造となっており、それらとは個別に入水および出湯を可能とする入水口４０a'，４０b'が設けられている。チャンバ４１a'は、連通孔４２ｃを介して各流水路３Ａの下端部と連通しており、入水口４０a'からこのチャンバ４１a'に流入してきた水を各流水路３Ａに流入させることが可能である。チャンバ４１b'は、連通孔４２ｄを介して各流水路３Ａの上端部と連通しており、各流水路３Ａを通過してこのチャンバ４１b'に流入してきた水（湯）を出湯口４０b'から外部に排出可能である。

本実施形態においては、流水路３および追加の流水路３Ａのいずれを通過する水についても燃焼ガスによって好適に加熱することが可能であり、たとえば流水路３を通過して生成される湯は台所などへの一般給湯に利用する一方、追加の流水路３Ａを通過して生成される湯は風呂給湯に利用するといったことが可能であり、便利となる。また、２種類の流水路３，３Ａは、ともにプレート２Ａを用いて形成されており、それらの内部の水どうしの間では熱伝導を生じる。したがって、たとえば流水路３，３Ａの一方の通水が停止されたまま、他方においてのみ通水がなされ、それらの水が燃焼ガスにより加熱される場合であっても、前記一方の水が沸騰するといった現象を生じないようにすることができる。流水路３Ａは、流水路３を形成するための各凸部２１に追加の貫通孔２２Ａを有する凹部２４を形成しただけの簡易な構造を利用して合理的に構成されているために、その製造も容易である。

図１３に示す本発明に係るプレート式熱交換器Ａ４は、複数のプレート２Ｂの周方向に通水が行なわれる複数の流水路３Ｂを備えた構成とされている。より具体的には、図１５および図１６に示すように、プレート２Ｂには、その内周縁２０ａおよび外周縁２０ｂから厚み方向に張り出した凸部２１Ａを備えているが、この凸部２１Ａは、このプレート２の周方向の略全周にわたって延びている。この凸状部２１Ａの長手方向の両端部２１０には、それらの部分を他の部分よりもさらに突出させた追加の凸部２１A'が形成されている。これら追加の凸部２１A'の先端壁部には、貫通孔２２ｂが設けられている。なお、図１５に示すように、凸部２１Ａの両端部２１０以外の部分には、貫通孔２２ｂを有しない追加の凸部２１A"が設けられており、たとえば計３つの追加の凸部２１A'，２１A"が等間隔で並んだ構成とされている。

図１６に示すように、２枚のプレート２Ｂを向かい合わせにして接合することにより、内部に流水路３Ｂとしての空洞部が形成された流水路形成枠体Ｂ３が構成されている。複数の流水路形成枠体Ｂ３は、図１３に示すように、それらの追加の凸部２１A'どうしが当接するようにして積層されている。図面には表われていないが、追加の凸部２１A"どうしも当接している。このような積層構造にされていることにより、複数の流水路形成枠体Ｂ３どうしの間には燃焼ガス通過用の複数の隙間５１が形成されている。既述したように、１つのプレート２Ｂにたとえば計３つの追加の凸部２１A'，２１A"を間隔を隔てて設けておけば、複数の流水路形成枠体Ｂ３どうしを安定させて積層させることができる。また、互いに当接した追加の凸部２１A'の内部は、貫通孔２２ｂを介して繋がっており、このような構造により、プレート２Ｂの積層方向に延びた２つの流水路３０，３１も形成されている。

最下層のプレート２Ｂの２つの貫通孔２２ｂの一方は、開口しており、入水口４０ａとなっている。これに対し、他方の貫通孔２２ｂは、適当な部材２２０によって塞がれている。また、最上層のプレート２Ｂの２つの貫通孔２２ｂのうち、入水口４０ａの直上に位置する一方は、適当な部材２２１によって塞がれている。これに対し、他方の貫通孔２２ｂは、開口しており、出湯口４０ｂとなっている。なお、貫通孔２２ｂを部材２２０，２２１によって塞ぐ構成に代えて、そのような貫通孔２２ｂを穿設しない構成としてもかまわない。これは図１７を参照して後述する実施形態についても同様である。

図１４は、本実施形態のプレート式熱交換器Ａ４における通水の仕方を模式的に示している。同図に示すように、このプレート式熱交換器Ａ４においては、入水口４０ａから入水がなされると、この水は流水路３０を上向きに進行しつつ、その一部は、各流水路形成枠体Ｂ３内の流水路３Ｂに順次流入していく。各流水路３Ｂに流入した水は、各流水路形成枠体Ｂ３の周方向に流れ、その後流水路３１に到達すると、この流水路３１内を流れて出湯口４０ｂに到達する。このように、各プレート２Ｂの周方向に通水が行なわれようにすると、プレート２Ｂの総数が少ない場合であっても、通水距離を長くし、水の加熱時間を長くすることが可能となる。本実施形態から理解されるように、本発明では、複数のプレートに対する通水方向は、複数のプレートが積層された方向のみならず、各プレートの周方向とすることもできる。

図１７に示すプレート式熱交換器Ａ５は、複数のプレート２Ｃの周方向に延びる流水路３Ｂに加え、これを挟む２つの流水路３Ｃをさらに備えている。図１８〜図２０に示すように、プレート２Ｃは、このプレート２Ｃの周方向に延びた凸部２１Ａを挟み、かつこの凸部２１Ａと同方向に延びた２つの凸部２１Ｃを有している。これら２つの凸部２１Ｃの両端部には、凸部２１Ａの両端部２１０の追加の凸部２１A'と同様な追加の凸部２１C'が設けられている。ただし、この追加の凸部２１C'は、２つの凸部２１Ｃの端部内どうしを連通させており、その先端壁部には、貫通孔２２ｃが設けられている。図１８に示すように、２つの凸部２１Ｃには、凸部２１Ａに設けられている追加の凸部２１A"と同様に、複数のプレート２Ｃを積層させる際の安定性を高めるための手段として、貫通孔２２ｃを有しない追加の凸部２１C"も設けられている。

図１９および図２０に示すように、２枚のプレート２Ｃを向かい合わせにして接合することにより、内部に流水路３Ｂ，３Ｃとしての複数条の空洞部が形成された流水路形成枠体Ｂ４が構成されている。図１７に示すように、複数のプレート２Ｃは、前記した流水路形成枠体Ｂ４が複数構成されるように積層されている。追加の凸部２１A'，２１C'どうしは当接しており、このことにより複数の流水路形成枠体Ｂ４間には、燃焼ガス通過用の複数の隙間５１が形成されている。また、上下方向において互いに隣接し合う追加の凸部２１A'どうし、および追加の凸部２１C'どうしの内部は、貫通孔２２ｂ，２２ｃを介して連通しており、このことによってプレート２Ｃの積層方向に延びた計４つの流水路（図示略）も形成されている。最下層のプレート２Ｃの一対ずつの下向き貫通孔２２ｂ，２２ｃの一方は、ともに入水口となっており、かつ他方は適当な部材２２０により塞がれている。最上層のプレート２Ｃの一対ずつの上向き貫通孔２２ｂ，２２ｃの一方は、ともに出湯口となっており、かつ他方は適当な部材２２１により塞がれている。

本実施形態のプレート式熱交換器Ａ５によれば、最下層のプレート２Ｃの下向き貫通孔２２ｂ，２２ｃに水を供給すると、その貫通孔２２ｂに供給された水は、先の図１４に示した場合と同様な経路で流れることとなり、複数の流水路形成枠体Ｂ４内の各流水路３Ｂ内を流れて最上層のプレート２Ｃの上向き貫通孔２２ｂから出湯する。これに対し、貫通孔２２ｃに供給された水も、基本的にはそれと同様であり、複数の流水路形成枠体Ｂ４内流水路３Ｃ内を分岐して流れてから最上層のプレート２Ｃの上向き貫通孔２２ｃから出湯する。したがって、このプレート式熱交換器Ａ５によれば、２種類の給湯用途に利用することが可能となる。もちろん、２種類の給湯のいずれの場合にも、プレート２Ｃの周方向に通水を行なわせてその距離を長くとることが可能である。また、流水路３Ｂ，３Ｃ内の水は温度差を生じると、互いに熱伝導を生じるために、一方の通水を停止させ、かつ他方のみを通水させるようにしても、一方の水が沸騰することが適切に防止される効果も得られる。なお、本実施形態においては、２種類の流水路３Ｂ，３Ｃの通水方向が同一方向に揃えられているが、それらの通水方向が反対となるようにしてもよい。

図２１および図２２に示す構成においては、プレート２Ｄに周方向に延びる３つの独立した凸部２１Ｄ〜２１Ｆが設けられている。これら３つの凸部２１Ｄ〜２１Ｆの長手方向両端部２１０には、追加の凸部２１D'〜２１F'が個々に設けられているとともに、それら追加の凸部２１D'〜２１F'の先端壁部には、貫通孔２２ｄ〜２２ｆが個々に設けられている。

このような構成によれば、図２２に示すように、一対のプレート２Ｄを向かい合わせて流水路形成枠体Ｂ５を形成すると、その内部には、凸部２１Ｄ〜２１Ｆ内の空隙部を利用した計３つの流水路３Ｄ〜３Ｆが形成される。これら流水路３Ｄ〜３Ｆには、それぞれ個々に通水を行なわせることが可能である。したがって、たとえば一般給湯、風呂給湯、および暖房用給湯などの３種類の給湯が可能となり、より便利となる。もちろん、プレートに設ける凸部の数を多くするほど給湯先の数を多くすることが可能である。

本発明に係るプレート式熱交換器、およびこれを備えた温水装置の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。また、本発明は、暖房装置として構成することも可能である。暖房装置の具体的な構成の一例としては、本発明に係るプレート式熱交換器と所望の暖房対象領域とを往き管および戻り管を有する適当な配管で接続し、プレート式熱交換器によって加熱された水または不凍液を往き管を利用して暖房対象領域に供給させるとともに、戻り管を利用してプレート式熱交換器に戻すように循環させる構成のものを挙げることができる。また、他の例としては、プレート式熱交換器によって加熱された水または不凍液などの熱媒体を、暖房対象領域に設置されている暖房用の端末器に供給させる構成とすることもできる。このことから理解されるように、本願発明に係るプレート式熱交換器には、水に代えて、不凍液を用いてもよく、さらにはこれら以外の熱媒体を用いることが可能であり、このような場合にも本発明の技術的範囲に包摂される。

本発明においては、熱交換用のプレートは、枠状であればよく、円形の枠状でなくてもよい。たとえば、矩形、多角形、楕円などの枠状であってもよい。また、プレートの外周縁の形状と、内周縁の形状とが不一致の枠状であってもよい（たとえば、外周縁が矩形であるのに対し、内周縁が円形であるなど）。さらに、プレートの材質は、ステンレスに限定されず、鉄、銅、その他の材質とすることもできる。

本発明に係る温水装置または暖房装置においては、燃焼器として、オイル噴霧式のものに代えて、オイル気化方式のものを採用してもよく、さらにはガス燃焼器などを用いることも可能であり、その具体的な種類は問わない。また、燃焼方式は、逆燃焼方式に限らず、たとえば正燃方式とすることもできる。本発明に係る温水装置は、瞬間式給湯器として構成することができることは勿論のこと、それ以外のたとえば風呂給湯用、暖房給湯用、あるいは融雪用など、湯を生成する必要のある種々の温水装置として構成することができる。さらに、本発明は暖房装置として構成することもできることは、先に述べたとおりである。

プレート式熱交換器の一例を示す断面図である。 （ａ）は、図１に示すプレート式熱交換器を構成する枠状のプレートの一例を示す平面図であり、（ｂ）は、その正面図であり、（ｃ）は、（ａ）のII−II断面図である。 （ａ）は、図２に示す枠状のプレートの一部破断要部斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す枠状のプレートを表裏反転させた状態での一部破断要部斜視図である。 図２および図３に示したプレートを用いて構成される流水路形成枠体を示す一部破断要部斜視図である。 図１に示すプレート式熱交換器を構成する複数のプレートと一対のヘッダ部との概略分解斜視図である。 図１に示すプレート式熱交換器の複数のプレートの周方向要部断面図である。 図１に示すプレート式熱交換器を具備する温水装置の一例を示す要部断面図である。 プレート式熱交換器の他の例を示す断面図である。 （ａ），（ｂ）は、プレート式熱交換器の通水の仕方の他の例を模式的に示す要部断面説明図である。 プレート式熱交換器の他の例を示す一部省略断面図である。 図１０に示すプレート式熱交換器に用いられている枠状のプレートを示す平面図である。 図１１に示す枠状のプレート式熱交換器の一部破断要部斜視図である。 本発明に係るプレート式熱交換器の例を示す一部省略断面図である。 図１３に示すプレート式熱交換器における通水態様を模式的に示す説明図である。 図１３に示すプレート式熱交換器に用いられている枠状のプレートを示す平面図である。 図１５に示す枠状のプレートの一部破断要部斜視図である。 本発明に係るプレート式熱交換器の他の例を示す一部省略断面図である。 図１７に示すプレート式熱交換器に用いられている枠状のプレートを示す平面図である。 図１８に示す枠状のプレートを用いて構成される流水路形成枠体の一部破断要部斜視図である。 図１９の要部断面斜視図である。 枠状のプレートの他の例を示す平面図である。 図２１に示す枠状のプレートの一部破断要部斜視図である。

符号の説明

Ａ１〜Ａ５ プレート式熱交換器
Ｂ１〜Ｂ５ 流水路形成枠体
ＨＳ 温水装置
１ 缶体
２，２Ａ〜２Ｅ プレート
３，３Ａ〜３Ｆ 流水路
４Ａ，４Ｂ ヘッダ部
５ 空間部
５ａ 第１の領域（空間部の）
５ｂ 第２の領域（空間部の）
６ 燃焼器
１０ 周壁部（缶体の）
２１ 凸部（プレートの）
２１Ａ〜２１Ｆ 凸部（プレートの）
２１A' 追加の凸部
２２ 貫通孔（プレートの凸部の）
２２Ａ 追加の貫通孔
２３ 空洞部
２４ 凹部
２４ａ 底壁部（凹部の）
４０ａ 入水口
４０ｂ 出湯口
５１ 燃焼ガス通過用の隙間
５２ 燃焼ガス用通路
９０ 燃焼ガス用ストッパ

Claims (8)

1. 厚み方向に積層された熱交換用の複数のプレートと、これら複数のプレートにより形成された流水路と、前記複数のプレートの周囲を囲む周壁部を有する缶体と、を備えている、プレート式熱交換器であって、
   前記各プレートが枠状であることにより前記複数のプレートの内方に形成されている空間部と、前記複数のプレート間に設けられた燃焼ガス通過用の複数の隙間と、前記複数のプレートと前記缶体の周壁部との間に形成された燃焼ガス用通路と、を備えており、
   前記空間部に導入され、または前記空間部内において発生された燃焼ガスは、前記複数の隙間を通過して前記燃焼ガス用通路に流れ出る構成とされ、
   前記複数のプレートによって、複数の流水路形成枠体が形成され、
   前記各流水路形成枠体は、一対のプレートの内周縁どうしおよび外周縁どうしが重ね合わされて接合され、かつそれら一対のプレートの少なくとも一方が、他方寄りとは反対方向に張り出した凸部を有していることにより、その内部に前記流水路の一部をなす空洞部が形成された構造を有しており、
   前記各流水路形成枠体の前記凸部は、前記一対のプレートの周方向に延びるように形成され、前記各流水路形成枠体の内部には、前記周方向に水を流通させることが可能な空洞部が形成されており、
   前記凸部は、前記一対のプレートの略全周にわたって延びているとともに、前記凸部には、その一部を他の部分よりもさらに突出させた追加の凸部が設けられており、
   前記複数の流水路形成枠体は、前記追加の凸部を介して当接していることにより、これら複数の流水路形成枠体どうしの間に前記燃焼ガス通過用の隙間が形成されていることを特徴とする、プレート式熱交換器。
2. 前記空間部内の燃焼ガスがこの空間部の一端開口部側から他端開口部側に向けて進行するときに、前記燃焼ガスが前記他端開口部をそのまま通過して外部に流出することを抑制する燃焼ガス用ストッパをさらに備えている、請求項１に記載のプレート式熱交換器。
3. 前記燃焼ガス用ストッパは、前記複数のプレートの積層方向において前記空間部を第１および第２の領域に仕切っており、
   前記第１の領域に導入され、または前記第１の領域において発生された燃焼ガスは、前記複数の隙間の一部を通過して前記燃焼ガス流路に流れた後に、前記複数の隙間の他の部分および前記第２の領域を通過する構成とされている、請求項２に記載のプレート式熱交換器。
4. 前記流水路として、それぞれ個別に通水が可能な複数の流水路が形成されており、一缶複数回路型の熱交換器として構成されている、請求項１ないし３のいずれかに記載のプレート式熱交換器。
5. 前記複数の流水路形成枠体のうち、前記複数の追加の凸部の先端壁部およびこれに当接する部分には、隣接し合う流水路形成枠体内の空洞部どうしを連通させる貫通孔が設けられている、請求項１ないし４のいずれかに記載のプレート式熱交換器。
6. 前記各流水路形成枠体の前記凸部として、前記一対のプレートの幅方向に並び、かつともに周方向に延びた複数の凸部が設けられていることにより、前記各流水路形成枠体の内部には、個別に通水を行なわせることが可能な複数の空洞部が形成されている、請求項１ないし５のいずれかに記載のプレート式熱交換器。
7. 燃焼ガスを発生させる燃焼器と、前記燃焼ガスから熱を回収して湯を生成するための熱交換器と、を備えている、温水装置であって、
   前記熱交換器として、請求項１ないし６のいずれかに記載のプレート式熱交換器が用いられていることを特徴とする、温水装置。
8. 燃焼ガスを発生させる燃焼器と、前記燃焼ガスから熱を回収して熱媒体を加熱する熱交換器と、を備えている、暖房装置であって、
   前記熱交換器として、請求項１ないし６のいずれかに記載のプレート式熱交換器が用いられていることを特徴とする、暖房装置。

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