JP6736655B2 - 熱交換器 - Google Patents

Description

本発明は熱交換器に関するものであって、さらに詳細には多数個のプレートを積層させて顕熱部と潜熱部を一体に形成することによって、組立構造を簡素化すると共に熱媒体と燃焼ガスとの間に熱交換効率が向上するようにした熱交換器に関するものである。

暖房用または温水用として用いられるボイラーは、暖房水または直水（以下、「熱媒体」という）を、熱源によって加熱させて所望の地域の暖房を行ったり温水を供給する装置であって、ガスと空気の混合気を燃焼させるバーナーと、燃焼ガスの燃焼熱を熱媒体に伝達する熱交換器とを含んで構成される。

初期に生産されたボイラーは、バーナーの燃焼時に発生する顕熱のみを利用して熱媒体を加熱する方式の熱交換器を用いていたが、最近生産されるボイラーは、熱効率を向上させるために燃焼室から発生する燃焼ガスの顕熱を吸収する顕熱熱交換器と、前記顕熱熱交換器で熱交換を終えた燃焼ガスに含まれている水蒸気が凝縮する際に発生する潜熱を吸収する潜熱熱交換器とを具備したコンデンシングボイラーが用いられている。このようなコンデンシングボイラーは、ガスボイラーだけでなく、油ボイラーにも実用化されてボイラー効率の増加および燃料費の節減に大いに寄与している。

このように、顕熱熱交換器と潜熱熱交換器で構成される従来のコンデンシング方式の熱交換器は、通常ハウジングの上部に送風機と燃料供給ノズルおよびバーナーが設置され、前記バーナーの下側に、ハウジングの内部には熱交換パイプの外側に熱交換フィンが結合された顕熱熱交換器と潜熱熱交換器とが順に設置された構造となっている。

しかし、このような従来のコンデンシング方式の熱交換器においては、ハウジングの上部に位置する送風機と、ハウジングの内部に個別的に構成された顕熱熱交換器と潜熱熱交換器の構造上、熱交換器の体積が大きくなる問題があった。

このような問題を解消し、最小限の体積を有するようにしつつ、熱交換効率を向上させるための先行技術として、韓国登録特許第１０−１３２１７０８号、韓国登録特許第１０−０８１３８０７号などには、中央にバーナーが位置し、バーナーの周りにコイル状に巻かれた熱交換パイプで構成された熱交換器が開示されている。

前記先行技術文献に紹介された熱交換器は、熱媒体が熱交換パイプの内部を流動する過程で遠心力によってバーナーから遠ざかる方向に誘導されるため、燃焼ガスと熱媒体との間の熱交換効率が低下するようになる問題がある。

また、従来の熱交換器は熱媒体の流動経路が短いため、熱媒体と燃焼ガスとの間の伝熱面積を広く確保することができない構造的な限界がある。

本発明は前記のような問題点を解決するために案出されたものであって、燃焼室の周りに備えられる熱媒体流路に沿って流動する熱媒体が燃焼室の中央に向かうように誘導することによって、熱媒体とバーナーの燃焼熱との間の熱交換効率を向上させた熱交換器を提供することにその目的がある。

本発明の他の目的は、限定された空間に熱媒体の流動経路を長く形成して、熱媒体と燃焼ガスとの間の伝熱面積を広く確保する一方、熱媒体と燃焼ガスとの間の熱交換効率を最大化することができる熱交換器を提供することである。

前述した目的を具現するための本発明の熱交換器は、複数のプレート間の空間に熱媒体が流動する熱媒体流路と、バーナー１００で燃焼した燃焼ガスが流動する燃焼ガス流路が隣接して交互に形成された熱交換部２００を具備し、前記熱交換部２００は、燃焼室（Ｃ）の外側を包み込み、前記プレートの一側領域で構成されて前記バーナー１００の燃焼によって発生した燃焼ガスの顕熱を利用して熱媒体を加熱する顕熱部２００Ａと、前記プレートの他側の領域で構成されて前記顕熱部２００Ａで熱交換を終えた燃焼ガスに含まれた水蒸気の潜熱を利用して熱媒体を加熱する潜熱部２００Ｂと、で構成され、前記顕熱部２００Ａの熱媒体流路には前記熱媒体が前記燃焼室（Ｃ）の中央に向かって流動するように誘導するガイド部２２１、２６１が形成されたことを特徴とする。

本発明に係る熱交換器によると、顕熱部の熱媒体流路内にガイド部を形成して、熱媒体が燃焼室の中央に向かって流動するように誘導することによって、熱媒体とバーナーの燃焼熱との間の熱交換効率を向上させることができる。

また、類似するパターンで製作された多数の単位プレートを積層させて多重並列の熱媒体流路を有する潜熱部と直列の熱媒体流路を有する顕熱部とを一体に形成することによって、限定された空間内に熱媒体の流動経路を最大限長く形成することによって、熱媒体と燃焼ガスとの間の熱交換効率を最大化することができる。

本発明の一実施例に係る熱交換器の斜視図。 本発明の一実施例に係る熱交換器の右側面図。 本発明の一実施例に係る熱交換器の正面図。 本発明の一実施例に係る熱交換器の分解斜視図。 図４に図示された単位プレートの一部を拡大して図示した斜視図。 潜熱部と顕熱部を経由する熱媒体の流動経路を示した斜視図。 図３のＡ−Ａ線に沿って切開した斜視図。 図３のＢ−Ｂ線に沿って切開した斜視図。 図３のＣ−Ｃ線に沿って切開した斜視図。 図３のＤ−Ｄ線に沿って切開した斜視図。 図３のＥ−Ｅ線に沿って切開した斜視図。 図３のＦ−Ｆ線に沿って切開した斜視図。 図３のＧ−Ｇ線に沿って切開した斜視図。 図３のＨ−Ｈ線に沿って切開した斜視図。 図３のＩ−Ｉ線に沿って切開した斜視図。 潜熱部の下部に燃焼ガス通過部が形成された様子を示した斜視図。 熱媒体がガイド部によって燃焼室の内側に向かう方向に誘導される状態を示している図面。 本発明の他の実施例に係る熱交換器の斜視図。 図１８の正面図。 図１９のＪ−Ｊ線に沿って切開した斜視図。

以下、添付した図面を参照して本発明の好ましい実施例についての構成および作用を詳細に説明する。

図１〜図６を参照する。本発明の一実施例に係る熱交換器１は、空気と燃料の混合気を燃焼させて燃焼熱と燃焼ガスとを発生させるバーナー１００と、前記バーナー１００の周りに備えられてバーナー１００の燃焼によって発生する燃焼ガスと熱媒体との間に熱交換が行われ、複数のプレートが積層されて構成される熱交換部２００と、前記熱交換部２００を通過した燃焼ガスが排出される燃焼ガス排出部３００とを含む。

前記バーナー１００は円筒形のバーナーであって、熱交換部２００に設けられる燃焼室（Ｃ）の空間に正面から水平方向に挿入されて組み立てられ、これによって、バーナー１００の着脱および熱交換器１のメンテナンス作業の便宜性を向上させ得る。

前記熱交換部２００は、燃焼室（Ｃ）の外側を包み込み、前記プレートの一側領域で構成されてバーナー１００の燃焼によって発生した燃焼ガスの顕熱を利用して熱媒体を加熱する顕熱部２００Ａと、前記プレートの他側の領域で構成されて顕熱部２００Ａで熱交換を終えた燃焼ガスに含まれた水蒸気が凝縮する際に発生する潜熱を利用して熱媒体を加熱する潜熱部２００Ｂと、で構成される。

前記複数のプレートは、顕熱部２００Ａが上部に位置し、潜熱部２００Ｂが下部に位置するように直立構造に配置されて前後方に積層される。

前記燃焼ガス排出部３００は、潜熱部２００Ｂの下部を覆う下部蓋３１０と、前記下部蓋３１０の一側に連結されて上側に延びる燃焼ガス排出管３２０と、で構成される。前記下部蓋３１０の下部には、潜熱部２００Ｂで発生する凝縮水を排出するための凝縮水排出管３１１が連結される。

以下、前記熱交換部２００を構成する複数のプレートと顕熱部２００Ａおよび潜熱部２００Ｂの構成および作用を説明する。

前記熱交換部２００は、複数のプレートが前方から後方に積層されて構成され、上部に位置する顕熱部２００Ａと下部に位置する潜熱部２００Ｂは前記複数のプレートに一体形成される。

一実施例として、前記複数のプレートは、第１〜第１２単位プレート２００−１、２００−２、２００−３、２００−４、２００−５、２００−６、２００−７、２００−８、２００−９、２００−１０、２００−１１、２００−１２で構成され、前記それぞれの単位プレートは、前方に位置する第１プレート２００ａ−１、２００ａ−２、２００ａ−３、２００ａ−４、２００ａ−５、２００ａ−６、２００ａ−７、２００ａ−８、２００ａ−９、２００ａ−１０、２００ａ−１１、２００ａ−１２と、その後方に積層される第２プレート２００ｂ−１、２００ｂ−２、２００ｂ−３、２００ｂ−４、２００ｂ−５、２００ｂ−６、２００ｂ−７、２００ｂ−８、２００ｂ−９、２００ｂ−１０、２００ｂ−１１、２００ｂ−１２と、で構成される。

図７〜図１３を参照する。前記それぞれの単位プレートを構成する第１プレートと第２プレートとの間には、潜熱部熱媒体流路Ｐ１と顕熱部熱媒体流路Ｐ３が形成され、隣接して積層される単位プレートのうち一側に位置する単位プレートを構成する第２プレートと、他側に位置する単位プレートの第１プレートと、の間には、潜熱部燃焼ガス流路Ｐ２と顕熱部燃焼ガス流路Ｐ４が形成される。

図４と図５を参照する。前記第１プレートは、第１平面部２１０と、前記第１平面部２１０の一側から前方に突出し、中央には第１開放口Ａ１が形成されて前記顕熱部２００Ａを構成する第１突出部２２０と、前記第１平面部２１０の他側から前方に突出し、前記潜熱部２００Ｂを形成する第２突出部２３０、および第１プレートの縁部で後方に折り曲げられた第１フランジ部２４０で構成される。

前記第１プレートのうち最前方に位置する第１プレート２００ａ−１には、潜熱部２００Ｂの下部の一側に熱媒体入口２０１が形成され、顕熱部２００Ａの上部の一側には熱媒体出口２０２が形成される。

前記第１プレートのうち前記最前方に位置する第１プレート２００ａ−１の後方に順次積層される第１プレート２００ａ−２〜２００ａ−１２には、潜熱部２００Ｂの下部の一側に第１貫通口Ｈ１が形成され、潜熱部２００Ｂの上部の他側には第２貫通口Ｈ２が形成され、顕熱部２００Ａの下部の他側には第３貫通口Ｈ３が形成され、顕熱部２００Ａの上部の一側には第４貫通口Ｈ４が形成される。

前記第２プレートは、第２平面部２５０と、前記第２平面部２５０の一側から後方に陥没して前記第１突出部２２０との間に顕熱部熱媒体流路Ｐ３を形成し、中央には前記第１開放口Ａ１と対応する第２開放口Ａ２が形成された第１陥没部２６０と、前記第２平面部２５０の他側から後方に陥没して前記第２突出部２３０との間に潜熱部熱媒体流路Ｐ１を形成する第２陥没部２７０、および第２プレートの縁部で後方に折り曲げられた第２フランジ部２８０からなる。

前記第２プレートには、潜熱部２００Ｂの下部の一側に第５貫通口Ｈ５が形成され、潜熱部２００Ｂの上部の他側には第６貫通口Ｈ６が形成され、顕熱部２００Ａの下部の他側には第７貫通口Ｈ７が形成され、顕熱部２００Ａの上部の一側には第８貫通口Ｈ８が形成される。

そして、第９単位プレート２００−９の第１プレート２００ａ−９と、第８単位プレート２００−８の第２プレート２００ｂ−８とには、顕熱部２００Ａの下部の他側に第１閉塞部Ｈ３’、Ｈ７’が形成され、第５単位プレー２００−５の第１プレート２００ａ−５と第４単位プレート２００−４の第２プレート２００ｂ−４とには、顕熱部２００Ａの上部の一側に第２閉塞部Ｈ４’、Ｈ８’が形成される。前記第１閉塞部Ｈ３’、Ｈ７’と第２閉塞部Ｈ４’、Ｈ８’は、顕熱部熱媒体流路Ｐ３を通過する熱媒体の流動経路を変換させて直列流路を形成するための構成であって、その作用は後述する。

図１０と図１３を参照する。前記貫通口Ｈ３、Ｈ４には顕熱部燃焼ガス流路Ｐ４に向かって突出した第１フランジ部Ｈ３−１、Ｈ４−１が形成され、前記貫通口Ｈ７、Ｈ８には前記顕熱部燃焼ガス流路Ｐ４に向かって突出し、前記第１フランジ部Ｈ３−１、Ｈ４−１の端部に当接する第２フランジ部Ｈ７−１、Ｈ８−１が形成される。

前記第１フランジ部Ｈ３−１、Ｈ４−１と第２フランジ部Ｈ７−１、Ｈ８−１の構成によると、顕熱部熱媒体流路Ｐ３と顕熱部燃焼ガス流路Ｐ４とが空間的に分離されると共に、顕熱部燃焼ガス流路Ｐ４の間隔を一定に維持することができる。

図４と図１５を参照する。前記顕熱部２００Ａの後方には、潜熱部２００Ｂの熱媒体流路を通過した熱媒体が顕熱部２００Ａの熱媒体流路に流動するように、熱媒体の連結流路を提供すると共に前記燃焼室（Ｃ）の断熱のための水タンク冷却部（Ｂ）が形成される。

前記水タンク冷却部（Ｂ）は、最後方に位置する単位プレート２００−１２の第１プレート２００ａ−１２に形成された第１断熱板Ｂ１と第２プレート２００ｂ−１２に形成された第２断熱板Ｂ２の間に熱媒体が充填されたもので構成される。前記第１断熱板Ｂ１と第２断熱板Ｂ２には櫛歯の形態を有する突出部と陥没部とが互いに交差するように形成されて、前記水タンク冷却部（Ｂ）を通過する熱媒体の流動に乱流が発生するように構成することができる。

このような水タンク冷却部（Ｂ）の構成によると、別途の断熱材を設置せずとも燃焼室（Ｃ）の断熱が可能となるため、熱交換器１の過熱を防止することができ、潜熱部熱媒体流路Ｐ１と顕熱部熱媒体流路Ｐ３とを連結する熱媒体の連結流路を第１断熱板Ｂ１と第２断熱板Ｂ２の間の空間に広く確保することができるため、熱媒体の流路抵抗を減少させることができる。
そして、前記燃焼室（Ｃ）を包み込む外壁には熱媒体が流れる顕熱部熱媒体流路Ｐ３が設けられて燃焼室（Ｃ）の外壁の断熱が可能であるため、前記燃焼室（Ｃ）は前記水タンク冷却部（Ｂ）と顕熱部熱媒体流路Ｐ３とにより全体の領域に亘って断熱が可能となる。

一方、前記第２突出部２３０と第２陥没部２７０は相反する方向に折り曲げられた櫛歯の形態で構成され得る。この場合、前記第１プレートと第２プレートとを積層する時、前記第１平面部２１０と第２平面部２５０とは当接するようになり、一つの単位プレートで相反する方向に折り曲げられた第２突出部２３０と第２陥没部２７０との間には熱媒体が流動する潜熱部熱媒体流路Ｐ１が形成され、隣接して積層される一側の単位プレートの第２陥没部２７０と他側の単位プレートの第２突出部２３０との間には燃焼ガスが流動する潜熱部燃焼ガス流路Ｐ２が形成される。

このように第２突出部２３０と第２陥没部２７０を相反する方向に折り曲げられた櫛歯の形態で構成することによって、潜熱部熱媒体流路Ｐ１を通過する熱媒体と、潜熱部燃焼ガス流路Ｐ２を通過する燃焼ガスの流動に乱流を発生させて熱交換効率を向上させることができる。

図７と図１６を参照する。前記第１プレートと第２プレートとを積層する時、前記第１フランジ部２４０と第２フランジ部２８０は一部が重なり、重なった部位が溶接結合されることによって、熱交換部２００の外壁を形成するようになる。

そして、隣り合うプレートの第１フランジ部２４０と第２フランジ部２８０とが重なった状態で、前記複数のプレートの縁のうち一部の領域には、前記潜熱部燃焼ガス流路Ｐ２を流動する燃焼ガスが燃焼ガス排出部３００に向かって通過する燃焼ガス通過部Ｄが形成される。

このための構成として、前記第１フランジ部２４０の燃焼ガス排出側には複数の第１切開部２４１が形成され、前記第２フランジ部２８０の燃焼ガス排出側には複数の第２切開部２８１が形成され、前記第１プレートと第２プレートとを積層する時、前記第１切開部２４１と第２切開部２８１の一部の領域に前記燃焼ガス通過部Ｄが形成される。

前記燃焼ガス通過部Ｄは、潜熱部２００Ｂの下部に横方向と縦方向に一定の間隔離隔して多数で形成され、これによって、潜熱部２００Ｂを通過した燃焼ガスが潜熱部２００Ｂの下部の全体の領域に亘って均一な流量で分配されて排出され得るため、潜熱部２００Ｂを通過して燃焼ガス排出部３００側に排出される燃焼ガスの流動抵抗を減少させ、騒音および振動を防止する機能を有する。

一方、前記顕熱部２００Ａの熱媒体流路Ｐ３には、熱媒体が燃焼室（Ｃ）の中央に向かって流動するように誘導するガイド部２２１、２６１が形成される。前記ガイド部２２１、２６１は顕熱部２００Ａの外側部に周方向に離隔して複数で形成される。

ここで、前記顕熱部２００Ａの外側部は、顕熱部２００Ａの幅の中間部と外側端との間の領域であって、前記顕熱部２００Ａの外側端に近接する領域を指し示す。

前記ガイド部２２１、２６１は、第１プレートで顕熱部熱媒体流路Ｐ３に向かって突出した複数の第１ガイド部２２１と、第２プレートで顕熱部熱媒体流路Ｐ３に向かって突出し、前記第１ガイド部２２１と対応する位置に形成された複数の第２ガイド部２６１で構成される。

図１１と図１７を参照する。前記第１ガイド部２２１の突出した端部と、第２ガイド部２６１の突出した端部とは当接するように形成されて、第１プレートと第２プレートとの間の結合強度を向上させることができる。

前記第１ガイド部２２１は、熱媒体の流動方向を基準として前方に位置する第１ガイド２２１ａと、前記第１ガイド２２１ａの後方で燃焼室（Ｃ）に向かう斜線方向に離隔して位置する第２ガイド２２１ｂと、前記第１ガイド２２１ａの後方に離隔して位置する第３ガイド２２１ｃで構成され得、第２ガイド部２６１も前記第１ガイド部２２１と対応するように構成され得る。

このようなガイド部２２１、２６１の構成によると、図１７で矢印で示したように、顕熱部熱媒体流路Ｐ３に沿って流動する熱媒体は、前記ガイド部２２１、２６１によってその流動経路が燃焼室（Ｃ）に向かう方向に誘導されるため、燃焼室（Ｃ）内に装着されるバーナー１００と熱媒体との間の離隔距離が近くなってバーナー１００の燃焼熱が熱媒体に効果的に伝えられ、熱媒体の流動に乱流発生が促進されて熱伝達効率を向上させることができる。

図１２を参照する。前記第１突出部２２０には顕熱部燃焼ガス流路Ｐ４に向かって突出した複数の第１間隔維持部２２２が形成され、前記第１陥没部２６０には顕熱部燃焼ガス流路Ｐ４に向かって突出し、前記第１間隔維持部２２２と対応する位置に形成された複数の第２間隔維持部２６２が形成される。前記第１間隔維持部２２２の突出した端部と前記第２間隔維持部２６２の突出した端部とは、当接するように形成される。

このような第１間隔維持部２２２と第２間隔維持部２６２の構成によると、前述した第１フランジ部Ｈ３−１、Ｈ４−１と第２フランジ部Ｈ７−１、Ｈ８−１の構成と共に顕熱部燃焼ガス流路Ｐ４の間隔を一定に維持し、第１プレートと第２プレートとの間の結合強度を向上させることができる。

一方、前記顕熱部燃焼ガス流路Ｐ４を通過する燃焼ガスの流動に局部的な層流を形成することによって、燃焼ガスと熱媒体との間に熱交換効率が向上し得るように、前記顕熱部燃焼ガス流路Ｐ４の上下に離隔した間隔は、０．８〜１．６ｍｍの範囲で設定されることが好ましい。

そして、図１１と図１２および図１５に図示された通り、燃焼室（Ｃ）の周りに位置する第１プレートの端部と第２プレートの端部のうちいずれか一つは折り曲げられて他の一つに密着するように、シーミング（Ｓｅａｍｉｎｇ）加工されて溶接結合される。この場合、シーミング加工された端部（Ｓ）の過熱を防止し、溶接の品質が維持できるように、前記シーミング加工された第１プレートと第２プレートの端部（Ｓ）の長さは、１〜５ｍｍの範囲に設定されることが好ましい。

図１７を参照する。前記顕熱部２００Ａを構成するプレートの領域のうち、潜熱部２００Ｂを向く側の領域の幅Ｅ１が前記潜熱部２００Ｂの反対側の領域の幅Ｅ２よりも大きく形成されることが好ましい。これは、燃焼室（Ｃ）で発生した燃焼ガスはほとんど潜熱部２００Ｂに向かって流動するようになるため、潜熱部２００Ｂを向く側の領域の幅Ｅ１を潜熱部２００Ｂの反対側の領域の幅Ｅ２よりも大きく形成することによって、熱交換が活発に行われる領域の伝熱面積をさらに広く確保するためである。

以下、本発明に係る熱交換器１で燃焼ガスの流動経路と熱媒体の流動経路を説明する。

まず、図１４を参照して燃焼ガスの流動経路を説明する。図１４において、矢印は燃焼ガスの流動方向を示している。

バーナー１００の燃焼によって発生した燃焼ガスは、燃焼室（Ｃ）内で放射状の外側方向に流動して顕熱部２００Ａの単位プレート間に形成された顕熱部燃焼ガス流路Ｐ４を通過するようになり、この過程で顕熱部熱媒体流路Ｐ３を通過する熱媒体に燃焼ガスの顕熱を伝達するようになる。

前記顕熱部燃焼ガス流路Ｐ４を経由して下向き移動する燃焼ガスは、潜熱部２００Ｂの単位プレート間に形成された潜熱部燃焼ガス流路Ｐ２を通過して下向き移動するようになり、この過程で燃焼ガスの水蒸気に含まれた凝縮水の潜熱は顕熱部熱媒体流路Ｐ１を通過する熱媒体に伝えられて熱媒体を予熱するようになる。

前記潜熱部燃焼ガス流路Ｐ２の下部に到達した燃焼ガスは、潜熱部２００Ｂの下部に一定の間隔をあけて多数で形成された燃焼ガス通過部Ｄを通過して下方向に排出される。この時、前記燃焼ガスは一定の間隔で形成された燃焼ガス通過部Ｄにより、潜熱部２００Ｂの下部領域の全体に亘って均一な流量で分かれて排出されることによって、燃焼ガスが一側に偏る現象が防止されて燃焼ガスの流動抵抗を減少させることができ、かつ騒音および振動の発生を最小化することができる。

前記燃焼ガス通過部Ｄを通過した燃焼ガスは下部蓋３１０と燃焼ガス排出管３２０を通じて上側に排出され、凝縮水は下部蓋３１０の下部に連結された凝縮水排出管３１１を通じて排出される。

以下、図４と図６を参照して熱媒体の流動経路を説明する。図４と図６において、矢印は熱媒体の流動方向を示している。

まず、潜熱部２００Ｂにおける熱媒体の流動経路を説明する。

多数のプレートのうち前面に位置する第１プレート２００ａ−１に形成された熱媒体入口２０１に流入した熱媒体は、その後方に積層される多数のプレート２００ｂ−１〜２００ａ−１２に形成された第１貫通口Ｈ１および第５貫通口Ｈ５を順に通過して、最後方に位置する単位プレート２００−１２の第１プレート２００ａ−１２と第２プレート２００ｂ−１２との間に設けられる水タンク冷却部（Ｂ）に向かって流動する。
そして、前記第１貫通口Ｈ１および第５貫通口Ｈ５を順に通過する熱媒体のうち一部の流量の熱媒体は、それぞれの単位プレート２００−１〜２００−１１の内部に並列構造で設けられた潜熱部熱媒体流路Ｐ１を通過して前記第１貫通口Ｈ１および第５貫通口Ｈ５と対角線の方向に位置する第２貫通口Ｈ２および第６貫通口Ｈ６を順に通過し、前記第１プレート２００ａ−１２と第２プレート２００ｂ−１２との間に設けられる水タンク冷却部（Ｂ）に向かって流動する。

このように潜熱部２００Ｂの熱媒体流路は多重並列で備えられるので、潜熱部熱媒体流路Ｐ１を通過する熱媒体の流動抵抗を減少させると共に、潜熱部熱媒体流路Ｐ１は潜熱部燃焼ガス流路Ｐ２と隣接して交互に配置されるので、潜熱部熱媒体流路Ｐ１を通過する熱媒体は燃焼ガスに含まれた水蒸気の潜熱を効果的に吸収して予熱され得る。

引き続き、顕熱部２００Ａでの熱媒体の流動経路を説明する。

前記水タンク冷却部（Ｂ）を通過した熱媒体は燃焼室（Ｃ）の後方に伝えられる熱を吸収した後、第１２単位プレート２００−１２の第１プレート２００ａ−１２に形成された第３貫通口Ｈ３とその前方に順に積層されるプレート２００ｂ−１１〜２００ｂ−９に形成された第３貫通口Ｈ３と第７貫通口Ｈ７を順に通過する。

そして、その前方に積層されるプレート２００ａ−９、２００ｂ−８には第１閉塞部Ｈ３’、Ｈ７’が形成されるので、前記第３貫通口Ｈ３と第７貫通口Ｈ７を順に通過してそれぞれの単位プレート２００−１２〜２００−９に形成された顕熱部熱媒体流路Ｐ３に流入した熱媒体のうち一部は、両方向に分岐して第３貫通口Ｈ３と第７貫通口Ｈ７の対角線の方向に位置する第４貫通口Ｈ４と第８貫通口Ｈ８に向かう方向に流動した後、前記第４貫通口Ｈ４と第８貫通口Ｈ８を順に通過して前方に流動するようになる。

前記プレート２００ａ−９、２００ｂ−８の第４貫通口Ｈ４と第８貫通口Ｈ８を通過した熱媒体は、その前方に順に積層されるプレート２００ａ−８〜２００ｂ−５に形成された第４貫通口Ｈ４と第８貫通口Ｈ８を順に通過する。

そして、その前方に積層されるプレート２００ａ−５、２００ｂ−４には第２閉塞部Ｈ４’、Ｈ８’が形成されるので、前記第４貫通口Ｈ４と第８貫通口Ｈ８を順に通過してそれぞれの単位プレート２００−８〜２００−５に形成された顕熱部熱媒体流路Ｐ３に流入した熱媒体のうち一部は、両方向に分岐して第４貫通口Ｈ４と第８貫通口Ｈ８で対角線の方向に位置する第３貫通口Ｈ３と第７貫通口Ｈ７に向かう方向に流動した後、第３貫通口Ｈ３と第７貫通口Ｈ７を順に通過して前方に流動するようになる。

前記プレート２００ａ−５、２００ｂ−４の第３貫通口Ｈ３と第７貫通口Ｈ７を通過した熱媒体は、その前方に順に積層されるプレート２００ａ−４〜２００ｂ−１に形成された第３貫通口Ｈ３と第７貫通口Ｈ７を順に通過する。

そして、最前方に位置するプレート２００ａ−１には前記第３貫通口Ｈ３および第７貫通口Ｈ７と対応する部位が塞がっているので、前記第３貫通口Ｈ３と第７貫通口Ｈ７を順に通過してそれぞれの単位プレート２００−４〜２００−１に形成された顕熱部熱媒体流路Ｐ３に流入した熱媒体のうち一部は、両方向に分岐して第３貫通口Ｈ３と第７貫通口Ｈ７で対角線の方向に位置する第４貫通口Ｈ４と第８貫通口Ｈ８に向かう方向に流動した後、前記第４貫通口Ｈ４と第８貫通口Ｈ８を順に通過して最前方に位置するプレート２００ａ−１に形成された熱媒体出口２０２を通じて排出される。

図６は、前記で説明した潜熱部２００Ｂと顕熱部２００Ａでの熱媒体の流動経路をプレート群の単位で示したものである。本実施例では前方から後方に８個ずつのプレートの集合からなる第１プレート群２００−Ａと第２プレート群２００−Ｂおよび第３プレート群２００−Ｃで構成された場合を例示して説明したが、本発明において積層される全体のプレートの個数および各プレート群を構成するプレートの個数は、これとは異なって設定されて実施され得ることは言うまでもない。

前記のように、顕熱部２００Ａでの熱媒体の流動経路を直列に連結されるように構成することによって、顕熱部２００Ａの限定された空間内で熱媒体の流動経路を最大限長く形成することができるので、熱媒体と燃焼ガスとの間の熱交換効率を大幅に向上させることができる。

以下、図１８〜図２０を参照して、本発明の他の実施例に係る熱交換器１’の構成を説明する。

本実施例に係る熱交換器１’は前述した実施例に係る熱交換器１と比較して、潜熱部２００Ｂの熱媒体流路において差があり、その他の構成は同一に構成される。したがって、前述した実施例と同じ部材には同じ図面番号を付与し、それに対する説明は省略する。

本実施例に係る熱交換器１’において、潜熱部２００Ｂは熱媒体遮断部２９０を挟んで両側に第１潜熱部２００Ｂ−１と第２潜熱部２００Ｂ−２とに分割形成され、前記第１潜熱部２００Ｂ−１と第２潜熱部２００Ｂ−２の熱媒体流路は前記熱媒体遮断部２９０の一側に形成された熱媒体連結流路Ｐ１’を介して連通した構造で構成される。

前記第１潜熱部２００Ｂ−１の下部の一側には熱媒体入口２０１と前記第１潜熱部２００Ｂ−１の熱媒体流路に連通する貫通口Ｈ１、Ｈ５が形成され、前記第２潜熱部２００Ｂ−２の上部の一側には前記第２潜熱部２００Ｂ−２の熱媒体流路と前記顕熱部熱媒体流路Ｐ３に連通する貫通口Ｈ２、Ｈ６が形成されている。

このような構成によると、熱媒体入口２０１を通じて流入した熱媒体は、図１９で矢印で示したように、第１潜熱部２００Ｂ−１の熱媒体流路に沿って一側に移動した後に前記熱媒体連結流路Ｐ１’を通過しながら流動方向が反対に変換されて、第２潜熱部２００Ｂ−２の熱媒体流路に沿って他側に移動した後、前述した実施例と同様に水タンク冷却部（Ｂ）と顕熱部熱媒体流路Ｐ３に沿って流動するようになる。

本実施例によると、前述した実施例と比較して潜熱部２００Ｂでの熱媒体流路をさらに長く形成することができるため、潜熱の吸収効率をさらに向上させることができる。

１、１’ 熱交換器
１００ バーナー
２００ 熱交換部
２００Ａ 顕熱部
２００Ｂ 潜熱部
２００Ｂ−１ 第１潜熱部
２００Ｂ−２ 第２潜熱部
２００−１〜２００−１２ 単位プレート
２００ａ−１〜２００ａ−１２ 第１プレート
２００ｂ−１〜２００ｂ−１２ 第２プレート
２００−Ａ 第１プレート群
２００−Ｂ 第２プレート群
２００−Ｃ 第３プレート群
２０１ 熱媒体入口
２０２ 熱媒体出口
２１０ 第１平面部
２２０ 第１突出部
２２１ 第１ガイド部
２２２ 第１間隔維持部
２３０ 第２突出部
２４０ 第１フランジ部
２４１ 第１切開部
２５０ 第２平面部
２６０ 第１陥没部
２６１ 第２ガイド部
２６２ 第２間隔維持部
２７０ 第２陥没部
２８０ 第２フランジ部
２８１ 第２切開部
２９０ 熱媒体遮断部
３００ 燃焼ガス排出部
３１０ 下部蓋
３１１ 凝縮水排出管
３２０ 燃焼ガス排出管
Ａ１ 第１開放口
Ａ２ 第２開放口
Ｂ 水タンク冷却部
Ｂ１ 第１断熱板
Ｂ２ 第２断熱板
Ｃ 燃焼室
Ｄ 燃焼ガス通過部
Ｈ１〜Ｈ８ 貫通口
Ｈ３’、Ｈ７’ 第１閉塞部
Ｈ４’、Ｈ８’ 第２閉塞部
Ｈ３−１、Ｈ４−１ 第１フランジ部
Ｈ７−１、Ｈ８−１ 第２フランジ部
Ｐ１ 潜熱部熱媒体流路
Ｐ１’ 熱媒体連結流路
Ｐ２ 潜熱部燃焼ガス流路
Ｐ３ 顕熱部熱媒体流路
Ｐ４ 顕熱部燃焼ガス流路

Claims (22)

1. 複数のプレート間の空間に熱媒体が流動する熱媒体流路と、バーナー（１００）で燃焼した燃焼ガスが流動する燃焼ガス流路が隣接して交互に形成された熱交換部（２００）を具備し、
   前記熱交換部（２００）は、燃焼室（Ｃ）の外側を包み込み、前記プレートの一側領域で構成されて前記バーナー（１００）の燃焼によって発生した燃焼ガスの顕熱を利用して熱媒体を加熱する顕熱部（２００Ａ）と、前記プレートの他側領域で構成されて前記顕熱部（２００Ａ）で熱交換を終えた燃焼ガスに含まれた水蒸気の潜熱を利用して熱媒体を加熱する潜熱部（２００Ｂ）と、で構成され、
   前記顕熱部（２００Ａ）の熱媒体流路には前記熱媒体が前記燃焼室（Ｃ）の中央に向かって流動するように誘導するガイド部（２２１、２６１）が形成され、
   前記ガイド部（２２１、２６１）は、前記顕熱部（２００Ａ）の外側部に周方向に離隔して複数で形成されたことを特徴とする、
   熱交換器。
2. 前記ガイド部（２２１、２６１）は、熱媒体の流動方向を基準として前方から後方に離隔し、前記燃焼室（Ｃ）に向かう斜線方向に配置された複数のガイド部を含むことを特徴とする、請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記複数のプレートは、第１プレートと第２プレートとが積層された単位プレートが複数積層されて構成され、前記単位プレートの第１プレートと第２プレートとの間に前記熱媒体流路が形成され、隣接して積層される単位プレートのうち一側に位置する単位プレートを構成する第２プレートと、他側に位置する単位プレートの第１プレートとの間に前記燃焼ガス流路が形成されたことを特徴とする、請求項１に記載の熱交換器。
4. 前記ガイド部（２２１、２６１）は、前記第１プレートから前記熱媒体流路に向かって突出した複数の第１ガイド部（２２１）と、前記第２プレートから前記熱媒体流路に向かって突出し、前記第１ガイド部（２２１）と対応なる位置に形成された複数の第２ガイド部（２６１）からなることを特徴とする、請求項３に記載の熱交換器。
5. 前記第１プレートは、第１平面部（２１０）と、前記第１平面部（２１０）の一側から前方に突出し、中央には第１開放口（Ａ１）が形成されて前記顕熱部（２００Ａ）を構成する第１突出部（２２０）と、前記第１平面部（２１０）の他側から前方に突出し、前記潜熱部（２００Ｂ）を形成する第２突出部（２３０）からなり、前記第２プレートは、第２平面部（２５０）と、前記第２平面部（２５０）の一側から後方に陥没して前記第１突出部（２２０）との間に顕熱部熱媒体流路（Ｐ３）を形成し、中央には前記第１開放口（Ａ１）と対応する第２開放口（Ａ２）が形成された第１陥没部（２６０）と、前記第２平面部（２５０）の他側から後方に陥没して前記第２突出部（２３０）との間に潜熱部熱媒体流路（Ｐ１）を形成する第２陥没部（２７０）からなることを特徴とする、請求項３に記載の熱交換器。
6. 前記ガイド部（２２１、２６１）は、前記第１突出部（２２０）から前記顕熱部熱媒体流路（Ｐ３）に向かって突出した複数の第１ガイド部（２２１）と、前記第１陥没部（２６０）から前記顕熱部熱媒体流路（Ｐ３）に向かって突出し、前記第１ガイド部（２２１）と対応する位置に形成された複数の第２ガイド部（２６１）からなることを特徴とする、請求項５に記載の熱交換器。
7. 前記第１ガイド部（２２１）の突出した端部と前記第２ガイド部（２６１）の突出した端部とは、当接するように形成されたことを特徴とする、請求項４または請求項５に記載の熱交換器。
8. 前記第１プレートと第２プレートとを積層する時、前記第１平面部（２１０）と第２平面部（２５０）は当接し、前記第２突出部（２３０）は、逆くの字形状が並んだ形態で構成され、前記第２陥没部（２７０）は、くの字形状が並んだ形態で構成されたことを特徴とする、請求項５に記載の熱交換器。
9. 前記第１突出部（２２０）には前記燃焼ガス流路に向かって突出した複数の第１間隔維持部（２２２）が形成され、前記第１陥没部（２６０）には前記燃焼ガス流路に向かって突出し、前記第１間隔維持部（２２２）と対応する位置に形成された複数の第２間隔維持部（２６２）が形成されたことを特徴とする、請求項５に記載の熱交換器。
10. 前記第１間隔維持部（２２２）の突出した端部と前記第２間隔維持部（２６２）の突出した端部とは、当接するように形成されたことを特徴とする、請求項９に記載の熱交換器。
11. 前記燃焼室（Ｃ）の周りに位置する第１プレートの端部と第２プレートの端部のうちいずれか一つは折り曲げられて他の一つに密着するように、シーミング加工されて溶接結合されたことを特徴とする、請求項３に記載の熱交換器。
12. 前記シーミング加工された第１プレートと第２プレートの端部の長さは１〜５ｍｍであることを特徴とする、請求項１１に記載の熱交換器。
13. 前記顕熱部（２００Ａ）の燃焼ガス流路は０．８〜１．６ｍｍの間隔で形成されたことを特徴とする、請求項１に記載の熱交換器。
14. 前記プレートは、前記顕熱部（２００Ａ）が上部に位置し、前記潜熱部（２００Ｂ）が下部に位置するように直立構造からなり、前記バーナー（１００）は、前記燃焼室（Ｃ）の空間に正面から水平方向に挿入されて組み立てられることを特徴とする、請求項１に記載の熱交換器。
15. 前記顕熱部（２００Ａ）を構成するプレートは、前記潜熱部（２００Ａ）を向く側の領域の幅が前記潜熱部（２００Ａ）の反対側の領域の幅より大きく形成されたことを特徴とする、請求項１に記載の熱交換器。
16. 前記潜熱部（２００Ｂ）は、前記熱媒体が流入する熱媒体入口（２０１）と、前記複数のプレートとの間に形成され、前記熱媒体入口（２０１）に並列に連通する複数の潜熱部熱媒体流路（Ｐ１）からなり、前記顕熱部（２００Ａ）は、前記熱媒体が流出する熱媒体出口（２０２）と、前記複数のプレートとの間に形成され、前記潜熱部熱媒体流路（Ｐ１）と前記熱媒体出口（２０２）との間に直列に連結される複数の顕熱部熱媒体流路（Ｐ３）からなることを特徴とする、請求項１に記載の熱交換器。
17. 前記顕熱部熱媒体流路（Ｐ３）の間には顕熱部燃焼ガス流路（Ｐ４）が設けられ、前記潜熱部熱媒体流路（Ｐ１）の間には前記顕熱部燃焼ガス流路（Ｐ４）と連通する潜熱部燃焼ガス流路（Ｐ２）が設けられたことを特徴とする、請求項１６に記載の熱交換器。
18. 前記潜熱部（２００Ｂ）には前記潜熱部熱媒体流路（Ｐ１）を並列に連結するために、前記潜熱部熱媒体流路（Ｐ１）と連通する一側の貫通口（Ｈ１、Ｈ５）と他側の貫通口（Ｈ２、Ｈ６）が対角線の方向に形成され、前記顕熱部（２００Ａ）には前記顕熱部熱媒体流路（Ｐ３）を直列に連結するために、前記顕熱部熱媒体流路（Ｐ３）と連通する一側の貫通口（Ｈ３、Ｈ７）と他側の貫通口（Ｈ４、Ｈ８）が対角線の方向に形成されたことを特徴とする、請求項１６に記載の熱交換器。
19. 前記潜熱部（２００Ｂ）は熱媒体遮断部（２９０）を挟んで両側に第１潜熱部（２００Ｂ−１）と第２潜熱部（２００Ｂ−２）とに分割形成され、前記第１潜熱部（２００Ｂ−１）と第２潜熱部（２００Ｂ−２）の熱媒体流路は前記熱媒体遮断部（２９０）の一側に形成された熱媒体連結流路（Ｐ１’）を介して連通し、前記第１潜熱部（２００Ｂ−１）の一側には前記熱媒体入口（２０１）と前記第１潜熱部（２００Ｂ−１）の熱媒体流路に連通する貫通口（Ｈ１、Ｈ５）が形成され、前記第２潜熱部（２００Ｂ−２）の一側には前記第２潜熱部（２００Ｂ−２）の熱媒体流路と前記顕熱部熱媒体流路（Ｐ３）に連通する貫通口（Ｈ２、Ｈ６）が形成されたことを特徴とする、請求項１６に記載の熱交換器。
20. 前記一側の貫通口（Ｈ３、Ｈ７）を通じて顕熱部熱媒体流路（Ｐ３）に流入した熱媒体は、両方向に分岐して対角線の方向の他側に形成された貫通口（Ｈ４、Ｈ８）に向かって流動し、前記他側に形成された貫通口（Ｈ４、Ｈ８）を通じて顕熱部熱媒体流路（Ｐ３）に流入した熱媒体は、両方向に分岐して対角線の方向の一側に形成された前記貫通口（Ｈ３、Ｈ７）に向かって流動することを特徴とする、請求項１８または請求項１９に記載の熱交換器。
21. 前記顕熱部（２００Ａ）には、前記一側の貫通口（Ｈ３、Ｈ７）を通じて顕熱部熱媒体流路（Ｐ３）に流入した熱媒体が、対角線の方向の他側に形成された貫通口（Ｈ４、Ｈ８）に向かって流動するように誘導するための第１閉塞部（Ｈ３’、Ｈ７’）と、前記他側の貫通口（Ｈ４、Ｈ８）を通じて顕熱部熱媒体流路（Ｐ３）に流入した熱媒体が、対角線の方向の一側に形成された貫通口（Ｈ３、Ｈ７）に向かって流動するように誘導するための第２閉塞部（Ｈ４’、Ｈ８’）が形成されたことを特徴とする、請求項２０に記載の熱交換器。
22. 前記一側に形成された貫通口（Ｈ３、Ｈ７）には前記燃焼ガス流路に向かって突出して、突出した端部が当接する第１フランジ部（Ｈ３−１）と第２フランジ部（Ｈ７−１）が形成され、
    前記他側に形成された貫通口（Ｈ４、Ｈ８）には前記燃焼ガス流路に向かって突出して、突出した端部が当接する第１フランジ部（Ｈ４−１）と第２フランジ部（Ｈ８−１）が形成されたことを特徴とする、請求項１９に記載の熱交換器。

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