JP6398469B2

JP6398469B2 - 熱交換器

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Inventors: 将吾須賀
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Current assignee: Miura Co Ltd
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Filing date: 2014-08-27
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Description

本発明は、熱交換器に関する。より詳しくは、本発明は、気体同士の間で熱交換を行う熱交換器に関する。

従来、缶体において燃料を燃焼させて発生させた燃焼ガスにより水を加熱することで蒸気を生成するボイラが知られている。このようなボイラでは、缶体に供給される燃焼用空気と、蒸気を生成するために用いられた後の燃焼ガスとの間で熱交換を行うエアヒータ（熱交換器）を設けることにより熱効率を向上させる場合がある（例えば、特許文献１参照）。ボイラに用いられるエアヒータでは、プレートを所定の間隔で複数枚積層し、一対のプレートの間に形成される複数の空間に、積層方向に交互に燃焼用空気と燃焼ガスとを流通させることで熱交換を行う。

一方、エアヒータのように、気体同士の間で熱交換を行う熱交換器ではなく、液体同士又は液体と気体との間で熱交換を行う熱交換器として、プレート式熱交換器が知られている。プレート式熱交換器としては、プレス成型によって屈曲した畝溝（ヘリンボーン構造）が形成されたプレートを、複数枚重ね合わせた熱交換器が知られている（例えば、特許文献２参照）。このようなプレート式熱交換器では、隣り合うプレートの畝の頂部同士が接触し、プレートの溝によって媒体の流通する流路が形成される。

特開２０１３−１０８７１１号公報特開２００２−２９５９８２号公報

ところで、ボイラに用いられるエアヒータのような、気体同士の間で熱交換を行う熱交換器では、更なる伝熱性能の向上が求められている。
仮に、エアヒータにおいて、伝熱面積を大きくするために、上記のプレート式熱交換器のような、屈曲した畝溝の形成されたプレートが接触しつつ積層された構造を採用した場合には、気体が流通する流路の断面積が小さいことから圧力損失が大きくなってしまう。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、圧力損失を大きくすることなく伝熱性能（熱交換器性能）を高くできる、気体同士の間で熱交換を行う熱交換器を提供することを目的とする。

本発明は、第１のガスと第２のガスとの間で熱交換を行う熱交換器であって、積層された複数枚のプレートと、積層方向に隣り合って配置される２枚の前記プレートの間に交互に形成される第１のガス流路及び第２のガス流路と、前記第１のガス流路及び前記第２のガス流路それぞれにおける前記プレートの面方向のうち第１の方向の両端側に形成されるガス流入口及びガス排出口と、を有し、前記プレートは、屈曲して前記第１の方向に交差する第２の方向に延びると共に前記第１の方向に交互に形成される複数の畝部及び複数の溝部を有し、前記畝部及び前記溝部は、複数回屈曲しながら前記第２の方向に延び、隣り合って配置される２枚の前記プレートの、対向する前記畝部の頂部間の前記積層方向における距離（δ）に対する前記プレートの前記畝部の頂部と前記溝部の底部との間の前記積層方向における距離（ｈ）の比の値（ｈ／δ）は、０．３〜０．７であり、前記第１のガス及び前記第２のガスの流れが対向流となるように構成される熱交換器に関する。

また、前記距離（δ）は、５ｍｍ〜９ｍｍであり、前記距離（ｈ）は、２ｍｍ〜５ｍｍであることが好ましい。

また、前記プレートは、前記畝部及び前記溝部の間に形成される側面から膨出する複数の凸部を更に有し、前記凸部の膨出高さ（ｅ）は、前記距離（ｈ）よりも小さいことが好ましい。

本発明によれば、圧力損失を大きくすることなく伝熱性能を高くできる、気体同士の間で熱交換を行う熱交換器を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係るエアヒータを用いたボイラ装置の構成を模式的に示す図である。上記実施形態に係るエアヒータの外観を示す斜視図である。上記実施形態に係るエアヒータのケースを外した状態の斜視図である。図３の破線Ｒで囲まれた部分の拡大図である。上記実施形態に係るエアヒータのプレートの斜視図である。上記実施形態に係るエアヒータの２枚のプレートの一部を拡大した斜視図である。上記実施形態に係るエアヒータの２枚のプレートの拡大断面図である。上記実施形態に係るエアヒータの２枚のプレートの一部を拡大して切断した斜視図であり、プレート表面におけるガスの流れを説明する図である。本発明の第２実施形態に係るエアヒータの２枚のプレートの斜視図である。上記実施形態に係るエアヒータの２枚のプレートの断面図である。本発明の実施例における、隣り合って配置される２枚のプレートの、対向する畝部の頂部間の積層方向Ｚにおける距離（δ）と熱交換器性能との関係を示すグラフである。本発明の実施例における、プレートの畝部の頂部と溝部の底部との間の積層方向Ｚにおける距離（ｈ）と熱交換器性能との関係を示すグラフである。本発明の実施例における、プレートの隣接する畝部同士の距離（ｐ）と熱交換器性能との関係を示すグラフである。本発明の実施例における、畝部及び溝部の屈曲の周期の数と熱交換器性能との関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。

＜第１実施形態＞
まず、本発明の第１実施形態に係るエアヒータ１について説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係るエアヒータ１を用いたボイラ装置１００の構成を模式的に示す図である。
ボイラ装置１００は、缶体１１０と、送風機１２０と、給気路１３０と、排気路１４０と、給水路１５０と、エコノマイザ１６０と、本発明の熱交換器としてのエアヒータ１と、を備える。

缶体１１０は、ボイラ筺体１１１と、水管群１１２と、下部ヘッダ１１３と、上部ヘッダ１１４と、図示しないバーナと、を有する。
ボイラ筺体１１１は、側面に形成された給気口１１１ａ及び排気口１１１ｂを有する。ボイラ筺体１１１は、給気口１１１ａにおいて、後述の給気路１３０の先端部と接続され、排気口１１１ｂにおいて、後述の排気路１４０の基端部と接続される。

水管群１１２は、上下方向に延びる多数の水管から構成される。水管群１１２を構成するそれぞれの水管には、バーナの燃焼によって加熱される缶水が保持される。

下部ヘッダ１１３は、水管群１１２の下方に配置される。下部ヘッダ１１３には、水管群１１２を構成する複数の水管の下端部が接続される。
上部ヘッダ１１４は、水管群１１２の上方に配置される。上部ヘッダ１１４には、水管群１１２を構成する複数の水管の上端部が接続される。上部ヘッダ１１４の上部には、上部ヘッダ１１４の内部の蒸気を流出させる図示しない蒸気流出管が接続される。

送風機１２０は、エアホイール羽根を有する。このエアホイール羽根が回転することで、燃焼用空気（本発明における第１のガス）が送風機１２０に引き込まれて、給気路１３０に送り出される。

給気路１３０は、送風機１２０と缶体１１０とを接続し、缶体１１０に送風機１２０から送り出された燃焼用空気を供給する。
給気路１３０は、燃料供給ライン１３１の先端部と接続する。燃料供給ライン１３１から供給された燃料ガスは、送風機１２０によって引き込まれた燃焼用空気と混合される。

排気路１４０は、基端側が缶体１１０（ボイラ筺体１１１に形成された排気口１１１ｂ）に接続され、缶体１１０で発生した燃焼ガス（本発明における第２のガス）を排出する。
本実施形態では、排気路１４０は、図１に示すように、ボイラ筺体１１１に形成された排気口１１１ｂから上方に延びる第１上向き排気路部１４１と、第１上向き排気路部１４１の上端部から屈曲した後に下方に延びる下向き排気路部１４２と、下向き排気路部１４２の下端部から屈曲した後に上方に延びる第２上向き排気路部１４３と、を備える。

給水路１５０は、缶水となる水が流通する水通路であり、缶体１１０の下部ヘッダ１１３に缶水を供給する。

エコノマイザ１６０は、排気路１４０（第１上向き排気路部１４１）に配置され、給水路１５０を流通する水と排気路１４０を流通する燃焼ガスとの間で熱交換を行う。

エアヒータ１は、排気路１４０におけるエコノマイザ１６０の下流側（下向き排気路部１４２）に配置される。エアヒータ１は、給気路１３０を流通する燃焼用空気と、排気路１４０を流通する燃焼ガスとの間で熱交換を行う。即ち、エアヒータ１は、エコノマイザ１６０において熱交換された燃焼ガスから熱回収して燃焼用空気を加熱する。エアヒータ１の構造については後段で詳述する。

次に、ボイラ装置１００の動作について説明する。
本実施形態では、まず、缶体１１０において蒸気が生成される。具体的には、まず、燃料ガスと燃焼用空気とが給気路１３０において混合され、この燃焼ガスと燃焼用空気との混合ガスが図示しないバーナからボイラ筺体１１１の内部に噴出されて燃焼される。次いで、混合ガスの燃焼により発生した燃焼ガスにより、複数の水管群１１２が加熱され、水管群１１２を構成するそれぞれの水管の内部に供給された缶水から蒸気が生成される。水管群１１２を構成するそれぞれの水管の内部で生成された蒸気は、上部ヘッダ１１４に集められた後、蒸気流出管から流出される。

一方、缶体１１０の内部において蒸気の生成に用いられた燃焼ガスは、第１上向き排気路部１４１を上方に向かって流通した後、下向き排気路部１４２を下方に向かって流通して、エアヒータ１において燃焼用空気を加熱する。燃焼ガスは、更に第２上向き排気路部１４３を上方に向かって流通して、外部に排出される。

図２は、エアヒータ１の外観を示す斜視図である。図３は、エアヒータ１の後述するケース２０を外した状態の斜視図であり、図４は、図３の破線Ｒで囲まれた部分の拡大図である。図５は、エアヒータ１のプレート１０の斜視図である。
エアヒータ１は、積層された、複数枚の矩形状のプレート１０と、複数枚のプレート１０を覆う筒状に形成されたケース２０と、を有する。プレート１０及びケース２０は、例えばステンレス製である。

図４及び図５に示すように、プレート１０は、面方向のうち第１の方向Ｘ（プレート１０の長手方向）の両端において、積層方向Ｚに屈曲して延びる屈曲部１１，１１と、屈曲部１１，１１の先端からプレート１０の面方向の外側に延出する延出部１２，１２と、を有する。また、プレート１０は、第１の方向に交差する第２の方向Ｙ（プレート１０の短手方向）の両端において、積層方向Ｚに屈曲して延びる屈曲部１３，１３と、屈曲部１３，１３の先端からプレート１０の面方向の外側に延出する延出部１４，１４と、を有する。屈曲部１３，１３は、積層方向Ｚにおいて、屈曲部１１，１１の延びる方向とは逆の方向に延びる。

図４に示すように、隣り合って配置される２枚のプレート１０は、逆方向を向くようにして、つまり、延出部１２同士又は延出部１４同士が接触するように積層して配置される。接触した延出部１２，１２は、例えばＴＩＧ溶接によって溶接され、接触した延出部１４，１４は、例えば、シーム溶接によって溶接される。

また、エアヒータ１は、積層方向Ｚに隣り合って配置される２枚のプレート１０の間に交互に形成される第１のガス流路３１及び第２のガス流路３２を有する。更に、エアヒータ１は、第１のガス流路３１における第１の方向Ｘの両端側に形成される燃焼用空気流入口（ガス流入口）３１１及び燃焼用空気排出口（ガス排出口）３１２と、第２のガス流路３２における第１の方向Ｘの両端側に形成される燃焼ガス流入口（ガス流入口）３２１及び燃焼ガス排出口（ガス排出口）３２２と、を有する。このようにガス流入口及びガス排出口が形成されることで、燃焼用空気及び燃焼ガスは、それぞれ第１のガス流路３１及び第２のガス流路３２を、プレート１０の長手方向（第１の方向Ｘ）に流通する。

第１のガス流路３１は、屈曲部１１，１１により第１の方向Ｘの端部が塞がれる。一方、第２のガス流路３２は、屈曲部１３，１３により第２の方向Ｙの端部が塞がれる。

第１のガス流路３１は、給気路１３０（図１参照）の一部を構成する。一方、第２のガス流路３２は、排気路１４０（図１参照）の一部を構成する。燃焼用空気流入口３１１及び燃焼ガス排出口３２２は、第１の方向Ｘの一方側（図２における下側）に形成され、燃焼用空気排出口３１２及び燃焼ガス流入口３２１は、第１の方向Ｘの他方側（図２における上側）に形成される。より具体的には、図２に示すように、燃焼用空気流入口３１１は、ケース２０の第１の方向Ｘの一方側の側面に形成され、燃焼用空気排出口３１２は、ケース２０の第１の方向Ｘの他方側の側面に形成される。燃焼ガス流入口３２１及び燃焼ガス排出口３２２は、ケース２０の第１の方向Ｘの両端に形成される。

図６は、エアヒータ１の２枚のプレート１０の一部を拡大した斜視図である。図７は、エアヒータ１の２枚のプレート１０の拡大断面図である。
図６に示すように、プレート１０は、一定の間隔で屈曲して第２の方向Ｙに延びると共に第１の方向Ｘに交互に形成される複数の畝部１５及び複数の溝部１６（ヘリンボーン形状の畝溝）を有する。畝部１５及び溝部１６は、複数回屈曲しながら第２の方向Ｙに延びている。つまり、畝部１５及び溝部１６は、複数の周期に亘って屈曲している。なお、ここで周期とは、第１の方向Ｘの一方に突出した畝部１５及び溝部１６の屈曲部分同士の間の、屈曲の繰り返し単位のことであり、図６の周期Ｃがそれにあたる。畝部１５及び溝部１６の延びる方向（第２の方向Ｙ）は、燃焼用空気及び燃焼ガスの流通方向（第１の方向Ｘ）と直交する。

図７に示す、隣り合って配置される２枚のプレート１０の、対向する畝部１５の頂部間の積層方向Ｚにおける距離（δ）は、５ｍｍ〜９ｍｍである。また、プレート１０の畝部１５の頂部と溝部１６の底部との間の積層方向Ｚにおける距離（ｈ）は、２ｍｍ〜５ｍｍである。なお、図６に示す、プレート１０の隣接する畝部１５同士の距離（ｐ）は、１２ｍｍである。距離（δ）に対する距離（ｈ）の比の値（ｈ／δ）は、０．３〜０．７である。
プレート１０の畝溝形状（ヘリンボーン形状）は、例えば、ステンレス製の平板をプレス加工することにより形成することができる。

次に、本実施形態のボイラ装置１００の動作中におけるエアヒータ１におけるガス（燃焼用空気及び燃焼ガス）の流れについて、図８を参照しながら説明する。図８は、エアヒータ１の２枚のプレート１０の一部を拡大して切断した斜視図である。
本実施形態では、図１に示すように、燃焼用空気（第１のガス）は、第１のガス流路３１を燃焼用空気流入口３１１から燃焼用空気排出口３１２に向かって、つまり、第１の方向Ｘの一方側から他方側に流通する。一方、燃焼ガス（第２のガス）は、第２のガス流路３２を燃焼ガス流入口３２１から燃焼ガス排出口３２２に向かって、つまり、第１の方向Ｘの他方側から一方側に流通する。このように、エアヒータ１は、燃焼用空気及び燃焼ガスの流れが対向流となるように構成される。

ガス流路内のプレート１０同士の中間に位置する部分では、ガスの流れる前方に畝部１５が存在しないため、燃焼用空気及び燃焼ガスは円滑に流れることができる。一方、図８に示すように、燃焼用空気及び燃焼ガスは、ガス流路内において畝部１５及び溝部１６と交差する際に、その一部が、ガス流路を形成する一方側のプレート１０の畝部１５の、ガス流路の上流側に突出して屈曲した部分に衝突して左右に旋回する（図８の旋回流Ｇ）。このガスの旋回流Ｇは、他方側のプレート１０に近づいたり、旋回を繰り返したりすることで、不規則なガスの流れを生じさせる。このような不規則なガスの流れは、熱交換器性能の低下の原因となる境界層（プレート表面に形成されるガスの流速が遅い層）の発達を防止する役割を果たす。

本発明の第１実施形態に係るエアヒータ１は、以下のような効果を奏する。
（１）第１実施形態では、第１のガスと第２のガスとの間で熱交換を行うエアヒータ１において、屈曲して延びる複数の畝部１５及び複数の溝部１６を有するプレート１０を、間隔を開けて複数枚積層した。また、畝部１５及び溝部１６の延びる第２の方向Ｙに交差する第１の方向Ｘの両端側に、プレート１０同士の間に形成される第１のガス流路３１及び第２のガス流路３２のガス流入口及びガス排出口を形成した。更に、隣り合って配置される２枚のプレート１０の、対向する畝部１５の頂部間の積層方向Ｚにおける距離（δ）に対するプレート１０の畝部１５の頂部と溝部１６の底部との間の積層方向Ｚにおける距離（ｈ）の比の値（ｈ／δ）を、０．３〜０．７とした。
これにより、プレート１０同士の間にガスが円滑に流れることのできる空間が十分に確保されるので、エアヒータ１を使用した際の圧力損失は大きくならない。そして、プレート１０同士の間に、畝部１５の、ガス流路の上流側に突出して屈曲した部分に衝突したガスが旋回する。ガスの旋回流Ｇにより、エアヒータ１でのガスの流れが不規則になり、境界層の発達が抑えられるので、エアヒータ１の伝熱性能（熱交換器性能）が高くなる。このように、本実施形態に係るエアヒータ１は、圧力損失が大きくない上に伝熱性能が高い。
なお、距離（δ）に対する距離（ｈ）の比の値（ｈ／δ）が、０．３未満であると、ガスの旋回流が生じ難いことから熱交換器性能が低下する。比の値（ｈ／δ）が、０．７よりも大きいと、対向する畝部１５の頂部が接近していることから圧力損失が大きく、溝部１６の底部付近でガスの流速が遅くなることから熱交換器性能が低下する。また、比の値（ｈ／δ）は、０．４〜０．６であることが好ましい。

（２）第１実施形態では、距離（δ）を５ｍｍ〜９ｍｍとし、前記距離（ｈ）を２ｍｍ〜５ｍｍとした。
これにより、圧力損失を十分に小さくできる上に、熱交換器性能をより高めることができる。なお、距離（δ）が、５ｍｍ未満であると圧力損失が大きくなる傾向にあり、９ｍｍよりも大きいと２枚のプレート１０が離れることでガスの不規則な流れが生じ難くなることから熱交換器性能が低下する傾向にある。前記距離（ｈ）が２ｍｍ未満であると、ガスの旋回流が生じ難いことから熱交換器性能が低下する傾向にあり、５ｍｍよりも大きいと溝部１６の底部付近でガスの流速が遅くなることから、やはり熱交換器性能が低下する傾向にある。また、距離（δ）の上限は７ｍｍであることが、距離（ｈ）の上限は３ｍｍであることがより好ましい。

（３）第１実施形態では、畝部１５及び溝部１６が、複数回屈曲しながら第２の方向に延びるものとした。
これにより、畝部１５の、ガス流路の上流側に突出して屈曲した部分が多くなる。従って、ガスの旋回流が生じやすくなり、ガスの流れがより不規則になることから、熱交換器性能がより向上する。

＜第２実施形態＞
続いて、本発明の第２実施形態に係るエアヒータ１Ａついて説明する。
なお、第２実施形態に係るエアヒータ１Ａについては、第１実施形態に係るエアヒータ１と異なる構成について説明し、同様の構成については説明を省略する。
図９及び１０は、エアヒータ１Ａのプレートを示す図であり、図９はエアヒータ１Ａの２枚のプレート１０Ａの斜視図であり、図１０はエアヒータ１Ａの２枚のプレート１０Ａの断面図である。

プレート１０Ａは、畝部１５Ａ及び溝部１６Ａの間に形成される側面１７Ａから膨出する複数の凸部１８Ａを更に有する。また、プレート１０Ａは、凸部１８Ａの形成された箇所の裏側に形成される凹部１９Ａも有する。畝部１５Ａを挟んで第２の方向Ｙの一方側に凸部１８Ａが形成され、他方側に凹部１９Ａが形成される。凸部１８Ａの膨出高さ（ｅ）は、距離（ｈ）よりも小さい。
プレート１０Ａの畝溝形状（ヘリンボーン形状）並びに凸部１８Ａ及び凹部１９Ａは、例えば、ステンレス製の平板をプレス加工により成型することで、同時に形成することができる。

本発明の第２実施形態に係るエアヒータ１Ａによれば、上述した（１）〜（３）の効果に加えて以下のような効果を奏する。
（４）第２実施形態では、プレート１０Ａに、畝部１５Ａ及び溝部１６Ａの間に形成される側面１７Ａから膨出する、膨出高さ（ｅ）が距離（ｈ）よりも小さい複数の凸部１８Ａを形成した。
これにより、ガスが凸部１８Ａに衝突してガスの流れがより不規則になることから、熱交換器性能がより向上する。この効果は、凸部１８Ａによる前縁効果にも起因するものと考えられる。

以上、本発明の熱交換器の好ましい各実施形態につき説明したが、本発明は、上述の実施形態に制限されるものではなく、適宜変更が可能である。
例えば、上記実施形態においては、本発明の熱交換器を、ボイラ装置のエアヒータに適用したが、本発明の熱交換器の用途としてはこれに限定されない。

以下、実施例に基いて本発明を説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。

＜距離（δ）と熱交換器性能との関係について＞
まず、上記第１実施形態において説明したエアヒータ１と同様のエアヒータを用いて、距離（δ）と熱交換器性能との関係を調べた。具体的には、隣り合って配置される２枚のプレート１０の、対向する畝部１５の頂部間の積層方向Ｚにおける距離（δ）の異なる複数のエアヒータを作製した。この際、距離（ｈ）は３ｍｍ、距離（ｐ）は１２ｍｍとし、プレート１０の大きさは３００ｍｍ×４００ｍｍ（第２の方向Ｙの長さ×第１の方向Ｘの長さ）とし、畝部１５及び溝部１６の屈曲の周期の数は１とした。

そして、それぞれのエアヒータについて、第２のガス流路３２に１３５℃の空気を１１３ｍ^３／ｈの流速で流し、第１のガス流路３１に３０℃の空気を、プレート１０への熱伝達率が所定の値となるような流速で流した。ガス排出口（燃焼用空気排出口３１２、燃焼ガス排出口３２２）における空気の温度、各ガス流路における圧力損失を測定し、これらから伝熱性能係数及び管摩擦係数倍率を求め、各エアヒータの熱交換器性能を算出した。距離（δ）と、距離（δ）の異なる各エアヒータの相対的な熱交換器性能との関係を図１１のグラフに示した。

＜距離（ｈ）と熱交換器性能との関係について＞
上記第１実施形態において説明したエアヒータ１と同様のエアヒータを用いて、距離（ｈ）と熱交換器性能との関係を調べた。具体的には、プレート１０の畝部１５の頂部と溝部１６の底部との間の積層方向Ｚにおける距離（ｈ）の異なる複数のエアヒータを作製した。この際、距離（δ）は５ｍｍ、距離（ｐ）は１２ｍｍとし、プレート１０の大きさは３００ｍｍ×４００ｍｍ（第２の方向Ｙの長さ×第１の方向Ｘの長さ）とし、畝部１５及び溝部１６の屈曲の周期の数は１とした。そして、各エアヒータの熱交換器性能を、距離（δ）と熱交換器性能との関係を調べた際と同様の方法により算出した。
距離（ｈ）と、距離（ｈ）の異なる各エアヒータの相対的な熱交換器性能との関係を図１２のグラフに示した。

＜距離（ｐ）と熱交換器性能との関係について＞
上記第１実施形態において説明したエアヒータ１と同様のエアヒータを用いて、距離（ｐ）と熱交換器性能との関係を調べた。具体的には、プレート１０の隣接する畝部１５同士の距離（ｐ）の異なる複数のエアヒータを作製した。この際、距離（δ）は５ｍｍ、距離（ｈ）は３ｍｍとし、プレート１０の大きさは３００ｍｍ×４００ｍｍ（第２の方向Ｙの長さ×第１の方向Ｘの長さ）とし、畝部１５及び溝部１６の屈曲の周期の数は１とした。そして、各エアヒータの熱交換器性能を、距離（δ）と熱交換器性能との関係を調べた際と同様の方法により算出した。
距離（ｐ）と、距離（ｐ）の異なる各エアヒータの相対的な熱交換器性能との関係を図１３のグラフに示した。

＜畝部及び溝部の屈曲の周期の数と熱交換器性能との関係について＞
上記第１実施形態において説明したエアヒータ１と同様のエアヒータを用いて、畝部及び溝部の屈曲の周期の数と熱交換器性能との関係を調べた。具体的には、畝部１５及び溝部１６の屈曲の周期数の異なる複数のエアヒータを作製した。この際、距離（δ）は５ｍｍ、距離（ｈ）は３ｍｍ、距離（ｐ）は１２ｍｍとし、プレート１０の大きさは３００ｍｍ×４００ｍｍ（第２の方向Ｙの長さ×第１の方向Ｘの長さ）とした。そして、各エアヒータの熱交換器性能を、距離（δ）と熱交換器性能との関係を調べた際と同様の方法により算出した。
畝部１５及び溝部１６の屈曲の周期の数と、その数の異なる各エアヒータの相対的な熱交換器性能との関係を図１４のグラフに示した。

＜プレートに形成される凸部と熱交換器性能＞
上記第２実施形態において説明したエアヒータ１Ａと同様のエアヒータを用いて、凸部と熱交換器性能との関係を調べた。具体的には、プレート１０Ａに形成される複数の凸部１８Ａの膨出高さ（ｅ）及び直径の異なる複数のエアヒータを作製した。この際、距離（δ）は５ｍｍ、距離（ｈ）は３ｍｍ、距離（ｐ）は１２ｍｍとし、プレート１０の大きさは３００ｍｍ×４００ｍｍ（第２の方向Ｙの長さ×第１の方向Ｘの長さ）とし、畝部１５及び溝部１６の屈曲の周期の数は１０とした。

そして、それぞれのエアヒータについて、第２のガス流路３２Ａに１８０℃の空気を５０ｍ^３／ｈの流速で流し、第１のガス流路３１Ａに２０℃の空気を５０ｍ^３／ｈの流速で流した。ガス排出口（燃焼用空気排出口３１２Ａ、燃焼ガス排出口３２２Ａ）における空気の温度、各ガス流路における圧力損失を測定し、これらから伝熱性能係数及び管摩擦係数倍率を求め、各エアヒータの熱交換器性能を算出した。膨出高さ（ｅ）と、膨出高さ（ｅ）の異なる各エアヒータの相対的な熱交換器性能との関係を表１に示した。

図１１に示した結果から、隣り合って配置される２枚のプレート１０の、対向する畝部１５の頂部間の積層方向Ｚにおける距離（δ）が、５〜９ｍｍである場合にエアヒータ１の熱交換器性能が高いことが確認された。そして、距離（δ）が５〜７ｍｍである場合にエアヒータ１の熱交換器性能がより高いことも確認された。
また、この際には、プレート１０の畝部１５の頂部と溝部１６の底部との間の積層方向Ｚにおける距離（ｈ）が３ｍｍに固定されている。このことを考慮すると、エアヒータ１の熱交換器性能は、距離（δ）に対する前距離（ｈ）の比の値（ｈ／δ）が概ね０．３〜０．７である場合に高いことが分かる。

更には、距離（ｈ）が３ｍｍに固定された場合に距離（δ）が５〜７ｍｍであると、エアヒータ１の熱交換器性能がより高くなることからすれば、比の値（ｈ／δ）が概ね０．４〜０．６である場合にエアヒータ１の熱交換器性能がより高くなることは明らかである。

図１２に示した結果から、プレート１０の畝部１５の頂部と溝部１６の底部との間の積層方向Ｚにおける距離（ｈ）が２〜５ｍｍである場合にエアヒータ１の熱交換器性能が高いことが確認された。そして、距離（ｈ）が２〜３ｍｍである場合にエアヒータ１の熱交換器性能がより高いことも確認された。
また、この際には、隣り合って配置される２枚のプレート１０の、対向する畝部１５の頂部間の積層方向Ｚにおける距離（δ）が５ｍｍに固定されている。このことを考慮すると、エアヒータ１の熱交換器性能は、距離（δ）に対する前距離（ｈ）の比の値（ｈ／δ）が概ね０．３〜０．７である場合に高いことが分かる。

更には、距離（δ）が５ｍｍに固定された場合に距離（ｈ）が２〜３ｍｍであると、エアヒータ１の熱交換器性能がより高くなることからすれば、やはり比の値（ｈ／δ）が０．４〜０．６である場合にエアヒータ１の熱交換器性能がより高くなることは明らかである。

図１３に示した結果から、プレート１０の隣接する畝部１５同士の距離（ｐ）には、エアヒータ１の熱交換器性能はほとんど影響を受けないことが確認された。

図１４に示したように、畝部１５及び溝部１６の屈曲の周期の数が６〜２０である際にエアヒータ１の熱交換器性能が高いことが分かった。プレート１０の短手方向（第２の方向Ｙ）の長さが３００ｍｍであることを考慮すると、図１３に示した結果から、畝部及び溝部の屈曲の周期が１５ｍｍ〜５０ｍｍである場合に熱交換器性能が最も高いことが確認された。

表１に示した結果から、プレート１０Ａに凸部１８Ａを形成したエアヒータ１Ａは熱交換器性能が高いことが確認された。この際、凸部１８Ａは、膨出高さ（ｅ）が距離（ｈ）よりも小さくなるように、プレート１０Ａに形成される。また、距離（ｈ）が３ｍｍであることを考慮すると、表１に示した結果から、膨出高さ（ｅ）が距離（ｈ）の半分以上であることで、エアヒータ１Ａの熱交換器性能がより高くなることが分かる。

１，１Ａエアヒータ（熱交換器）
１０，１０Ａプレート
１５，１５Ａ畝部
１６，１６Ａ溝部
１７Ａ側面
１８Ａ凸部
３１第１のガス流路
３１１燃焼用空気流入口（ガス流入口）
３１２燃焼用空気排出口（ガス排出口）
３２第２のガス流路
３２１燃焼ガス流入口（ガス流入口）
３２２燃焼ガス排出口（ガス排出口）

Claims

第１のガスと第２のガスとの間で熱交換を行う熱交換器であって、
積層された複数枚のプレートと、
積層方向に隣り合って配置される２枚の前記プレートの間に交互に形成される第１のガス流路及び第２のガス流路と、
前記第１のガス流路及び前記第２のガス流路それぞれにおける前記プレートの面方向のうち第１の方向の両端側に形成されるガス流入口及びガス排出口と、を有し、
前記プレートは、屈曲して前記第１の方向に交差する第２の方向に延びると共に前記第１の方向に交互に形成される複数の畝部及び複数の溝部を有し、
前記畝部及び前記溝部は、複数回屈曲しながら前記第２の方向に延び、
隣り合って配置される２枚の前記プレートの、対向する前記畝部の頂部間の前記積層方向における距離（δ）に対する前記プレートの前記畝部の頂部と前記溝部の底部との間の前記積層方向における距離（ｈ）の比の値（ｈ／δ）は、０．３〜０．７であり、
前記第１のガス及び前記第２のガスの流れが対向流となるように構成される熱交換器。
前記距離（δ）は、５ｍｍ〜９ｍｍであり、前記距離（ｈ）は、２ｍｍ〜５ｍｍである請求項１に記載の熱交換器。
前記プレートは、前記畝部及び前記溝部の間に形成される側面から膨出する複数の凸部を更に有し、
前記凸部の膨出高さ（ｅ）は、前記距離（ｈ）よりも小さい請求項１又は２に記載の熱交換器。