JP6848303B2

JP6848303B2 - 熱交換器および温水装置

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Publication number: JP6848303B2
Application number: JP2016187230A
Authority: JP
Inventors: 正樹今藤; 健大東; 亘大下
Original assignee: Noritz Corp
Current assignee: Noritz Corp
Priority date: 2016-09-26
Filing date: 2016-09-26
Publication date: 2021-03-24
Anticipated expiration: 2036-09-26
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Description

本発明は、熱交換器および温水装置に関するものである。

温水装置には、加熱用気体と湯水との間で熱交換するための熱交換器を備えたものがある。この熱交換器は、たとえば特許第５０４３８５９号公報（特許文献１）に開示されている。上記公報における熱交換器においては、複数の単位熱交換器が積層されている。各単位熱交換器においては、複数の伝熱プレートが積層されている。複数の伝熱プレートの各中央部には熱伝達面積を増やすための凹凸形状が形成されている。複数の伝熱プレートの各外周部は互いに接合されている。隣接する２つの単位熱交換器の間を通過する加熱用気体と、各単位熱交換器内を流れる湯水との間で熱交換が行われる。

特許第５０４３８５９号公報

上記公報における熱交換器においては、複数の伝熱プレートの各中央部は、凹凸形状を加熱用気体が通過することにより熱交換に寄与する。他方、複数の伝熱プレートの各外周部は、凹凸形状を有していないため、各外周部を加熱用気体が通過しても熱交換に寄与しない。したがって、加熱用気体が複数の伝熱プレートの各外周部を流れると、熱交換器の熱効率が低下するという問題がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、熱効率を向上させることができる熱交換器およびそれを備えた温水装置を提供することである。

本発明の熱交換器は、外部を流れる加熱用気体と内部を流れる湯水との間で熱交換するためのものである。熱交換器は、ケースと、熱交換部と、整流板とを備えている。ケースは、加熱用気体が流入する流入口と、加熱用気体が流出する流出口と、流入口と流出口とをつなぐ周壁部とを含んでいる。熱交換部は、ケースの周壁部に取り囲まれ、かつ互いに積層され、各々が流入口から流出口に向かう方向に延在する複数の伝熱プレートを有している。整流板はケースの周壁部に取り囲まれ、加熱用気体を整流する。整流板は、流入口から流出口に向かって熱交換部を見たときに、複数の伝熱プレートが積層された方向と交差する方向における複数の伝熱プレートの端部において、複数の伝熱プレート同士の間の空間を塞ぐように複数の伝熱プレートを覆う天板部を含んでいる。

本発明の熱交換器によれば、整流板の天板部が複数の伝熱プレートの端部において複数の伝熱プレート同士の間の空間を塞ぐように伝熱プレートを覆っている。このため、熱交換に寄与しない複数の伝熱プレートの端部を加熱用気体が流れることを抑制することができる。これにより、熱交換器の熱効率を向上させることができる。

上記の熱交換器においては、複数の伝熱プレートのうち最外層に設けられた伝熱プレートは、湯水を流入させる流入部および湯水を流出させる流出部の少なくともいずれかを有している。天板部は、流入口から流出口に向かって熱交換部を見たときに、複数の伝熱プレートが積層された方向と交差する方向において、複数の伝熱プレートの端部から流入部および流出部の少なくともいずれかよりも内側に延びている。このため、天板部は、複数の伝熱プレートの端部から流入部および流出部の少なくともいずれかよりも内側まで複数の伝熱プレートを覆うことが可能となる。このため、熱交換に寄与しない複数の伝熱プレートの端部を加熱用気体が流れることを抑制することができる。これにより、熱交換器の熱効率を向上させることができる。

上記の熱交換器においては、天板部は、第１天板部と、第１天板部から分離された第２天板部とを含んでいる。第１天板部は、流入口から流出口に向かって熱交換部を見たときに、複数の伝熱プレートが積層された方向と交差する方向において、複数の伝熱プレートの端部から流入部よりも内側に延びている。第２天板部は、流入口から流出口に向かって熱交換部を見たときに、複数の伝熱プレートが積層された方向と交差する方向において、複数の伝熱プレートの端部から流出部よりも内側に延びている。このため、第１天板部は複数の伝熱プレートの端部から流入部よりも内側まで複数の伝熱プレートを覆うことが可能となる。また、第２天板部は複数の伝熱プレートの端部から流出部よりも内側まで複数の伝熱プレートを覆うことが可能となる。このため、熱交換に寄与しない複数の伝熱プレートの端部を加熱用気体が流れることを抑制することができる。これにより、熱交換器の熱効率を向上させることができる。

上記の熱交換器においては、整流板は、天板部に接続され、かつ流入口から流出口に向かう方向に延在する側板部を含んでいる。側板部は、流入口から流出口に向かって熱交換部を見たときに、複数の伝熱プレートが積層された方向と交差する方向において、複数の伝熱プレート同士の間の空間を塞ぐように複数の伝熱プレートを覆っている。このため、複数の伝熱プレート同士の間の空間からケースに向けて加熱用気体が流れることを抑制することができる。これにより、ケースの温度上昇を抑制することができる。

上記の熱交換器においては、側板部は、複数の伝熱プレートの各々に固定されている。このため、側板部は複数の伝熱プレートを補強することができる。

上記の熱交換器においては、整流板は、側板部に接続された底板部を含んでいる。底板部は、流出口から流入口に向かって熱交換部を見たときに、複数の伝熱プレートが積層された方向と交差する方向における複数の伝熱プレートの端部において、複数の伝熱プレート同士の間の空間を塞ぐように複数の伝熱プレートを覆っている。このため、底板部に沿って熱交換器の内側に加熱用気体を流すことができる。これにより、ケースの温度上昇を抑制することができる。

上記の熱交換器においては、熱交換部は、周壁部との間に複数の伝熱プレートを複数の伝熱プレートが積層された方向に挟む背板部と、背板部から複数の伝熱プレートが積層された方向に向かって突出する突起部とを含んでいる。側板部は、複数の伝熱プレートと突起部との間に挟まれている。このため、側板部を複数の伝熱プレートと突起部との間に挟んで保持することができる。これにより、側板部を保持することが容易となる。

上記の熱交換器においては、複数の伝熱プレートの各々は外縁に設けられた凹部を含んでいる。整流板の熱交換部側の端は、凹部に係止されている。このため、整流板を複数の伝熱プレートに固定することができる。

上記の熱交換器においては、天板部は、複数の伝熱プレートの端部から内側に向けて下り勾配を有するように傾斜している。このため、天板部は熱交換器の内側に向けて加熱用気体を流すことが可能となる。これにより、熱交換に寄与しない複数の伝熱プレートの上記端部を加熱用気体が流れることを抑制することができる。これにより、熱交換器の熱効率を向上させることができる。

本発明の温水装置は、熱交換器と、加熱用気体を発生させるためのバーナーとを備えている。このため、熱効率を向上させることができる熱交換器を備えた温水装置を提供することができる。

以上説明したように、本発明によれば、熱効率を向上させることができる熱交換器およびそれを備えた温水装置を提供することができる。

本発明の一実施の形態における温水装置の構成を模式的に示す図である。本発明の一実施の形態における顕熱回収熱交換器および潜熱回収熱交換器の構成を概略的に示す斜視図である。本発明の一実施の形態における顕熱回収熱交換器および潜熱回収熱交換器の構成を概略的に示す分解斜視図である。本発明の一実施の形態における潜熱回収熱交換器の構成を概略的に示す分解斜視図である。本発明の一実施の形態における潜熱回収熱交換器の熱交換部の構成を概略的に示す分解斜視図である。本発明の一実施の形態における潜熱回収熱交換器の構成を概略的に示す平面図である。本発明の一実施の形態における潜熱回収熱交換器の熱交換部の構成を概略的に示す斜視図である。図７のＶＩＩＩ部を示す拡大図である。本発明の一実施の形態における潜熱回収熱交換器の加熱用気体の流れを示す正面図である。図９のＸ部を示す拡大図である。比較例における潜熱回収熱交換器の熱交換部の構成を概略的に示す斜視図である。比較例における潜熱回収熱交換器の加熱用気体の流れを示す正面図である。

以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
まず、本発明の一実施の形態における温水装置の構成について説明する。

図１を参照して、本実施の形態の温水装置１００は、潜熱回収熱交換器（二次熱交換器）１０と、顕熱回収熱交換器（一次熱交換器）２０と、燃焼装置（バーナー）３０と、チャンバ３１と、送風装置３２と、ダクト３３と、ベンチュリ３４、オリフィス３５、ガスバルブ３６、配管４０と、バイパス配管４１と、三方弁４２と、液液熱交換器４３と、温水配管４４と、筐体５０とを主に有している。筐体５０の内部に、上記の部品のうち筐体５０を除く全ての部品が配置されている。

送風装置３２は、筐体５０の外部から取り入れた空気と燃料ガスとの混合ガスを燃焼装置３０へ送出するためのものである。送風装置３２は、ファンケースと、ファンケース内に配置された羽根車と、羽根車を回転させるための駆動源（モータなど）とを有している。

燃料ガスは、ガスバルブ３６とオリフィス３５とを通じてベンチュリ３４に流れる。ガスバルブ３６は燃料ガスの流量を制御するためのものである。筐体５０の外部から取り入れられた空気はベンチュリ３４に流れる。

ベンチュリ３４にて燃料ガスと空気とが混合される。ベンチュリ３４は、燃料ガスと空気との混合ガスの流れを絞ることによって混合ガスの流速を増加させるものである。ベンチュリ３４を通過した混合ガスは送風装置３２によってチャンバ３１を通じて燃焼装置３０に送られる。

燃焼装置（バーナー）３０は加熱用気体（燃焼ガス）を発生させるためのものである。燃焼装置３０は、顕熱回収熱交換器２０および潜熱回収熱交換器１０に燃焼ガスを供給するためのものである。燃焼装置３０は燃焼ガスを下向きに供給する逆燃式の装置である。燃焼装置３０から吹出される混合ガスはイグナイタ３０ａによって着火され、燃焼ガスとなる。

燃焼ガスは顕熱回収熱交換器２０および潜熱回収熱交換器１０を順に通過する。その後、燃焼ガスはダクト３３を通じて筐体５０の外部へ排出される。したがって、燃焼ガスは、顕熱回収熱交換器２０および潜熱回収熱交換器１０の内部を上方から下方に向かって流れてからダクト３３の内部において方向を変えて下方から上方に向かって流れる。

顕熱回収熱交換器２０および潜熱回収熱交換器１０の各々は、燃焼装置３０から供給された燃焼ガスによって熱交換を行うためのものである。燃焼装置３０の下に顕熱回収熱交換器２０が取付けられており、その顕熱回収熱交換器２０の下に潜熱回収熱交換器１０が取付けられている。

顕熱回収熱交換器２０は燃焼ガスの顕熱回収用の熱交換器である。顕熱回収熱交換器２０は、燃焼装置３０が発生させた加熱用気体（燃焼ガス）の顕熱を回収する。潜熱回収熱交換器１０は燃焼ガスの潜熱回収用の熱交換器である。潜熱回収熱交換器１０は、加熱用気体（燃焼ガス）の潜熱を回収する。潜熱回収熱交換器１０において燃焼ガスの水蒸気が凝縮し、凝縮した水（ドレン）が発生する。このドレンは、ダクト３３の一部を通って、筐体５０の外部へ排水される。

また、顕熱回収熱交換器２０においても入水する湯水の温度が低い場合、または燃焼装置３０の加熱量が少ない場合などにおいて、ドレンが発生する。このドレンは潜熱回収熱交換器１０を経由してダクト３３の一部を通って、筐体５０の外部へ排水される。

顕熱回収熱交換器２０と潜熱回収熱交換器１０とは配管４０で接続されている。潜熱回収熱交換器１０よりも入水側の配管４０の部分と、顕熱回収熱交換器２０よりも出湯側の配管４０の部分とはバイパス配管４１によりバイパスされている。

顕熱回収熱交換器２０よりも出湯側の配管４０の部分とバイパス配管４１とは三方弁４２で接続されている。三方弁４２は、顕熱回収熱交換器２０から配管４０の出湯口への流路と、顕熱回収熱交換器２０からバイパス配管４１への流路とを切り替え可能に構成されている。

バイパス配管４１には液液熱交換器４３が接続されている。液液熱交換器４３には、温水端末に接続された温水配管４４が挿入されている。液液熱交換器４３の内部には顕熱回収熱交換器２０および潜熱回収熱交換器１０を通って温められた温水が流れている。この液液熱交換器４３の内部を流れる温水が温水配管４４の外側を流れることにより、液液熱交換器４３の内部を流れる温水と温水配管４４の内部を流れる温水との間で熱交換を行うことが可能となる。

上記の温水装置１００に供給された水は、顕熱回収熱交換器２０および潜熱回収熱交換器１０において燃焼ガスと熱交換をして湯となる。これにより温水装置１００によって湯を供給することが可能となる。

温水端末から戻ってきた温水は、温水配管４４を通って、液液熱交換器４３において顕熱回収熱交換器２０および潜熱回収熱交換器１０で温められた温水との熱交換により温められてから、再び温水端末に供給される。このようにして、温水装置１００によって温水端末に温水を供給することが可能となる。

上記の温水装置１００の潜熱回収熱交換器１０に本実施の形態のプレート式熱交換器が適用される。

次に、図２および図３を参照して、本実施の形態の熱交換器セットの構成について説明する。熱交換器セットは、潜熱回収熱交換器１０と、顕熱回収熱交換器２０と、シール部材６０とを有している。潜熱回収熱交換器１０の上にシール部材６０を介して顕熱回収熱交換器２０が配置されている。つまり、潜熱回収熱交換器１０と、顕熱回収熱交換器２０との間にシール部材６０が挟まれている。シール部材６０は環状に構成されている。またシール部材６０は平板状に構成されている。

顕熱回収熱交換器（一次熱交換器）２０は、ケース２１と、ヘッダ２２と、伝熱管２３とを主に有している。ケース２１は第１側壁２１ａ〜第４側壁２１ｄを有している。第１側壁２１ａ〜第４側壁２１ｄは、第１側壁２１ａ〜第４側壁２１ｄの順に接続されている。ケース２１は第１側壁２１ａ〜第４側壁２１ｄによって上下に開口を有する枠を構成している。上側の開口を通って燃焼ガスが給気され、下側の開口を通って燃焼ガスが排気される。

第１側壁２１ａの外面にヘッダ２２が設けられている。第１側壁２１ａの外面に設けられたヘッダ２２には、入水側の継手２４ａおよび出湯側の継手２４ｂが取り付けられている。第３側壁２１ｃの外面にも図示しないヘッダ２２が設けられている。

第１側壁２１ａの外面に設けられたヘッダ２２と、第３側壁２１ｃの外面に設けられたヘッダ２２とは複数の伝熱管２３で接続されている。

入水側の継手２４ａから流入した湯水は、第１側壁２１ａの外面に設けられたヘッダ２２、伝熱管２３、第３側壁２１ｃの外面に設けられたヘッダ２２を通って出湯側の継手２４ｂから流出する。

加熱用気体は、顕熱回収熱交換器２０の複数の伝熱管２３内を流れる湯水と熱交換を行った後に、ケース２１の下側の開口を通過して潜熱回収熱交換器１０に流入する。

図３および図４を参照して、潜熱回収熱交換器１０は、熱交換部１１と、ケース１２と、フランジ部材１３と、継手部１４と、整流板１５と、整流部材１６とを主に有している。潜熱回収熱交換器１０は、外部を流れる加熱用気体と内部を流れる湯水との間で熱交換するためのものである。

図４および図５を参照して、熱交換部１１は、前板部１１ａと、複数の伝熱プレート１１ｂと、背板部１１ｃと、突起部１１ｄとを有している。前板部１１ａおよび背板部１１ｃは、複数の伝熱プレート１１ｂを挟み込むように配置されている。

前板部１１ａは、熱交換部１１の最外層に設けられている。前板部１１ａは複数の伝熱プレート１１ｂのうち最前に配置された伝熱プレート１１ｂの前面にろう付けされている。

背板部１１ｃは、複数の伝熱プレート１１ｂに対して前板部１１ａと反対側において熱交換部１１の最外層に設けられている。背板部１１ｃは複数の伝熱プレート１１ｂのうち最後に配置された伝熱プレート１１ｂの後面にろう付けされている。突起部１１ｄは、背板部１１ｃから複数の伝熱プレート１１ｂが積層された方向に向かって突出する。

複数の伝熱プレート１１ｂは互いに積層されている。つまり、複数の伝熱プレート１１ｂの各々の伝熱プレート１１ｂは、前板部１１ａおよび背板部１１ｃが対向する方向に互いに重なり合うように配置されている。

前板部１１ａは、複数の伝熱プレート１１ｂが積層された方向において一方端（第１端）に配置された伝熱プレート１１ｂに接合されており、背板部１１ｃは複数の伝熱プレート１１ｂが積層された方向において他方端（第２端）に配置された伝熱プレート１１ｂに接合されている。

複数の伝熱プレート１１ｂの互いに隣り合う伝熱プレート１１ｂ同士はろう付けされている。複数の伝熱プレート１１ｂの互いに隣り合う一対の伝熱プレート１１ｂの間は、湯水を通す流路を構成している。

複数の伝熱プレート１１ｂの互いに隣り合う一対の伝熱プレート１１ｂ同士の間の空間は燃焼ガスを通す流路を構成している。また、一対の伝熱プレート１１ｂと前板部１１ａとの間の空間、および一対の伝熱プレート１１ｂと背板部１１ｃとの間の空間の各々も、燃焼ガスを通す流路を構成している。これにより、潜熱回収熱交換器（二次熱交換器）１０を通る湯水と燃焼ガスとの間で熱交換が可能となる。

伝熱プレート１１ｂは、平面視においてたとえば略矩形の外形を有している。伝熱プレート１１ｂは、たとえば１枚の平板をプレス加工などすることにより形成されている。伝熱プレート１１ｂは、上記の加工により形成された流路用凹凸を有している。伝熱プレート１１ｂの流路用凹凸は、複数の流路用凸部と、複数の流路用凹部とを有している。複数の伝熱プレート１１ｂが重ね合わせられることで、複数の流路用凸部および複数の流路用凹部により、一対の伝熱プレート１１ｂの間に湯水を通す流路が構成され、一対の伝熱プレート１１ｂ同士の間の空間に燃焼ガスを通す流路が構成される。

一対の継手部１４は前板部１１ａに取り付けられている。継手部１４は、複数の伝熱プレート１１ｂに湯水を流出入させるためのものである。複数の伝熱プレート１１ｂのうち最外層に設けられた伝熱プレート１１ｂは、湯水を流入させる流入部１１ｂ１および湯水を流出させる流出部１１ｂ２の少なくともいずれかを有している。本実施の形態では、最外層に設けられた伝熱プレート１１ｂは流入部１１ｂ１および流出部１１ｂ２の両方を有している。

最外層の伝熱プレート１１ｂは、前板部１１ａを介して、流入部１１ｂ１で入水側の継手部１４に接続されており、流出部１１ｂ２で出湯側の継手部１４に接続されている。一対の継手部１４の各々は、配管を接続するための継手である。一対の継手部１４の各々の流路は、複数の伝熱プレート１１ｂの各々の内部流路に接続されている。

一対の継手部１４の一方に接続される配管は、湯水を一対の伝熱プレート１１ｂの各々の内部流路内に流入させるための配管である。一対の継手部１４の他方に接続される配管は、一対の伝熱プレート１１ｂの各々の内部流路内から湯水を流出させるための配管である。

また複数の伝熱プレート１１ｂの各々には、貫通孔が設けられている。この貫通孔の各々は、一対の伝熱プレート１１ｂの内部流路に連通している。この貫通孔は、継手部１４の真下に配置されている。この貫通孔は、継手部１４内の流路に連通している。したがって、入水側の継手部１４から入水した湯水は、一対の伝熱プレート１１ｂの各々の内部流路内を流れてから出湯側の継手部１４から出湯する。

また複数の伝熱プレート１１ｂの各々は外縁に設けられた凹部１１ｂ３を含んでいる。凹部１１ｂ３は、平面視において伝熱プレート１１ｂの外縁から内側に窪んでいる。複数の伝熱プレート１１ｂの各々の凹部１１ｂ３は、複数の伝熱プレート１１ｂが積層された方向において、重なるように配置されている。凹部１１ｂ３は、１つの伝熱プレート１１ｂにおいて４つ設けられている。凹部１１ｂ３は、伝熱プレート１１ｂの加熱用気体の流れの上流側の辺に２つ設けられており、下流側の辺に２つ設けられている。凹部１１ｂ３は、伝熱プレート１１ｂの上流側および下流側の辺の各々において、伝熱プレート１１ｂの長手方向の一方側および他方側にそれぞれ配置されている。

ケース１２は熱交換部１１の複数の伝熱プレート１１ｂを収容する。熱交換部１１の前板部１１ａは、ケース１２の一部を構成している。ケース１２は、加熱用気体が流入する流入口ＦＩと、加熱用気体が流出する流出口ＦＯと、流入口ＦＩと流出口ＦＯとをつなぐ周壁部１２０とを含んでいる。つまり、ケース１２は、上下に開口を有する枠を構成している。上側の開口である流入口ＦＩを通って加熱用気体が潜熱回収熱交換器１０に流入し、下側の開口である流出口ＦＯを通って加熱用気体が潜熱回収熱交換器１０から流出する。ケース１２の周壁部１２０は、複数の伝熱プレート１１ｂの周囲を取り囲んでいる。複数の伝熱プレート１１ｂの各々は流入口ＦＩから流出口ＦＯに向かう方向に延在する。

ケース１２の周壁部１２０は、前板部１１ａと、背壁部１２ａと、一対の側壁部１２ｂとを有している。背壁部１２ａは、前板部１１ａとの間に複数の伝熱プレート１１ｂを挟むように配置されている。背壁部１２ａは複数の伝熱プレート１１ｂを挟んで前板部１１ａと反対側に配置されている。一対の側壁部１２ｂは、背壁部１２ａの両端から前板部１１ａに向かって延びている。一対の側壁部１２ｂはそれぞれ前板部１１ａに接合されている。

図４〜図６を参照して、ケース１２内に整流板１５が配置されている。整流板１５は加熱用気体を整流するものである。整流板１５は、ケース１２の周壁部１２０に取り囲まれている。整流板１５は、天板部１５ａと、側板部１５ｂと、底板部１５ｃとを有している。整流板１５は、一枚の板が折り曲げられることにより構成されていてもよい。

天板部１５ａは加熱用気体の流れにおいて熱交換部１１よりも上流に配置されている。つまり、天板部１５ａは、流入口ＦＩから流出口ＦＯに向かって、流入口ＦＩと、熱交換部１１との間に配置されている。天板部１５ａは、流入口ＦＩから流出口ＦＯに向かって熱交換部１１を見たときに、複数の伝熱プレート１１ｂが積層された方向と交差する方向における複数の伝熱プレート１１ｂの端部１１ｂａにおいて、複数の伝熱プレート１１ｂ同士の間の空間を塞ぐように複数の伝熱プレート１１ｂを覆っている。天板部１５ａは、ケース１２の側壁部１２ｂに沿って、前板部１１ａから背板部１１ｃに向けて延びている。

天板部１５ａは、流入口ＦＩから流出口ＦＯに向かって熱交換部１１を見たときに、複数の伝熱プレート１１ｂが積層された方向と交差する方向において、複数の伝熱プレート１１ｂの端部１１ｂａから流入部１１ｂ１および流出部１１ｂ２の少なくともいずれかよりも内側に延びている。本実施の形態では、上記方向において、天板部１５ａは、複数の伝熱プレート１１ｂの一方側の端部１１ｂａから流入部１１ｂ１よりも内側に延びており、かつ複数の伝熱プレート１１ｂの他方側の端部１１ｂａから流出部１１ｂ２よりも内側に延びている。

すなわち、天板部１５ａは、第１天板部１５ａ１と、第１天板部１５ａ１から分離された第２天板部１５ａ２とを含んでいる。第１天板部１５ａ１は、流入口ＦＩから流出口ＦＯに向かって熱交換部１１を見たときに、複数の伝熱プレート１１ｂが積層された方向と交差する方向において、複数の伝熱プレート１１ｂの端部１１ｂａ（一方端部）から流入部１１ｂ１よりも内側に延びている。第２天板部は、流入口ＦＩから流出口ＦＯに向かって熱交換部１１を見たときに、複数の伝熱プレート１１ｂが積層された方向と交差する方向において、複数の伝熱プレート１１ｂの端部１１ｂａ（他方端部）から流出部１１ｂ２よりも内側に延びている。

側板部１５ｂは、天板部１５ａに接続されている。側板部１５ｂは、流入口ＦＩから流出口ＦＯに向かう方向に延在する。側板部１５ｂは加熱用気体の流れにおいて天板部１５ａよりも下流に配置されている。側板部１５ｂは、ケース１２の側壁部１２ｂと複数の伝熱プレート１１ｂとの間に配置されている。側板部１５ｂは、流入口ＦＩから流出口ＦＯに向かって熱交換部１１を見たときに、複数の伝熱プレート１１ｂが積層された方向と交差する方向において、複数の伝熱プレート１１ｂ同士の間の空間を塞ぐように複数の伝熱プレート１１ｂを覆っている。側板部１５ｂは、ケース１２の側壁部１２ｂに沿って、前板部１１ａから背板部１１ｃに向けて延びている。

また、側板部１５ｂは、複数の伝熱プレート１１ｂの各々に固定されている。具体的には、側板部１５ｂの内面に複数の伝熱プレート１１ｂの各々が固定されている。複数の伝熱プレート１１ｂの各々は、側板部１５ｂの内面にろう付けされている。

底板部１５ｃは、側板部１５ｂに接続されている。底板部１５ｃは、加熱用気体の流れにおいて、側板部１５ｂよりも下流に配置されている。また、底板部１５ｃは、加熱用気体の流れにおいて、熱交換部１１よりも下流に配置されている。つまり、底板部１５ｃは、流入口ＦＩから流出口ＦＯに向かって、流出口ＦＯと、熱交換部１１との間に配置されている。

底板部１５ｃは、流出口ＦＯから流入口ＦＩに向かって熱交換部１１を見たときに、複数の伝熱プレート１１ｂが積層された方向と交差する方向における複数の伝熱プレート１１ｂの端部１１ｂａにおいて、複数の伝熱プレート１１ｂ同士の間の空間を塞ぐように複数の伝熱プレート１１ｂを覆っている。底板部１５ｃは、ケース１２の側壁部１２ｂに沿って、前板部１１ａから背板部１１ｃに向けて延びている。

整流板１５の熱交換部１１側の端は、凹部１１ｂ３に係止されている。具体的には、天板部１５ａの側板部１５ｂと反対側の端は、凹部１１ｂ３に嵌め込まれている。また、底板部１５ｃの側板部１５ｂと反対側の端は凹部１１ｂ３に嵌め込まれている。

熱交換部１１の背板部１１ｃとケース１２の背壁部１２ａとの間に整流部材１６が配置されている。

図４、図７および図８を参照して、背板部１１ｃはケース１２の周壁部１２０との間に複数の伝熱プレート１１ｂを複数の伝熱プレート１１ｂが積層された方向に挟んでいる。具体的には、背板部１１ｃは前板部１１ａとの間に複数の伝熱プレート１１ｂを挟んでいる。側板部１５ｂは、複数の伝熱プレート１１ｂと突起部１１ｄとの間に挟まれている。１つの整流板１５に対して２つの突起部１１ｄが設けられている。２つの突起部１１ｄはそれぞれ加熱用気体の流れにおいて上流および下流の２ヶ所に配置されている。

図４および図９を参照して、天板部１５ａは、複数の伝熱プレート１１ｂの端部１１ｂａから内側に向けて下り勾配を有するように傾斜している。天板部１５ａは、流入口ＦＩに向けて突き出すように湾曲している。つまり、天板部１５ａは上方に突き出すように湾曲している。

再び図３および図４を参照して、フランジ部材１３は、ケース１２の上端部１２ｃに配置されている。フランジ部材１３は環状に構成されている。フランジ部材１３は、張出部１３ａと、開口部１３ｂと、立ち上がり結合部１３ｃとを有している。張出部１３ａは、ケース１２の上端部１２ｃからケース１２の外側に張り出している。開口部１３ｂは張出部１３ａの内側に設けられている。開口部１３ｂは、フランジ部材１３を上方から見たときに、四角形状を有している。張出部１３ａは、開口部１３ｂを取り囲むように設けられている。

張出部１３ａは、第１段部と、第１段部の外側に配置された第２段部とを有している。つまり、第１段部は開口部１３ｂ側に配置されている。第２段部は、第１段部に対して開口部１３ｂと反対側に配置されている。第２段部は第１段部よりも上方に配置されている。第２段部にシール部材６０が載置されている。立ち上がり結合部１３ｃは、開口部１３ｂに沿って張出部１３ａから上方に立ち上がるように構成されている。ケース１２の上端部１２ｃは開口部１３ｂに挿入されている。立ち上がり結合部１３ｃは、開口部１３ｂに挿入されたケース１２の上端部１２ｃに外側から接合されている。具体的には、立ち上がり結合部１３ｃは、ケース１２の上端部１２ｃに溶接されている。

図２および図９を参照して、顕熱回収熱交換器２０を通過した加熱用気体は、潜熱回収熱交換器１０のケース１２の流入口ＦＩから潜熱回収熱交換器１０のケース１２内に流入する。

図９および図１０を参照して、潜熱回収熱交換器１０に流入した加熱用気体は、流入口ＦＩから流出口ＦＯに向けて熱交換部１１の複数の伝熱プレート１１ｂの間を流れる。複数の伝熱プレート１１ｂの中央には流路用凹凸が形成されている。この流路用凹凸を通過した加熱用気体は熱交換に寄与する。他方、複数の伝熱プレート１１ｂの端部１１ｂａ（外周部）には流路用凹凸が形成されていないため、複数の伝熱プレート１１ｂの端部１１ｂａを通過した加熱用気体は熱交換に寄与しない。

整流板１５の上方から流入口ＦＩに流入した加熱用気体は、天板部１５ａの上面を流れて、複数の伝熱プレート１１ｂの中央に流れる。このため、複数の伝熱プレート１１ｂの端部１１ｂａに加熱用気体が流れることが抑制される。これにより、複数の伝熱プレート１１ｂの端部１１ｂａへの加熱用気体のショートカットが抑制される。

次に、本実施の形態の作用効果について比較例と対比して説明する。
図１１および図１２を参照して、比較例の潜熱回収熱交換器１０について説明する。比較例の潜熱回収熱交換器１０は、本実施の形態の整流板１５を備えていない。そのため、整流板１５の上方から流入口ＦＩに流入した加熱用気体は、複数の伝熱プレート１１ｂの端部１１ｂａに流れる。このため、複数の伝熱プレート１１ｂの端部１１ｂａへの加熱用気体のショートカットが発生する。

これに対して、本実施の形態の潜熱回収熱交換器１０によれば、図４および図９に示すように、整流板１５の天板部１５ａが複数の伝熱プレート１１ｂの端部１１ｂａにおいて複数の伝熱プレート１１ｂ同士の間の空間を塞ぐように伝熱プレート１１ｂを覆っている。このため、熱交換に寄与しない複数の伝熱プレート１１ｂの端部１１ｂａを加熱用気体が流れることを抑制することができる。これにより、潜熱回収熱交換器１０の熱効率を向上させることができる。

本実施の形態の潜熱回収熱交換器１０によれば、図４および図６に示すように、天板部１５ａは、流入口ＦＩから流出口に向かって熱交換部１１を見たときに、複数の伝熱プレート１１ｂが積層された方向と交差する方向において、複数の伝熱プレート１１ｂの端部１１ｂａから流入部１１ｂ１および流出部１１ｂ２よりも内側に延びている。このため、天板部１５ａは、複数の伝熱プレート１１ｂの端部１１ｂａから流入部１１ｂ１および流出部１１ｂ２よりも内側まで複数の伝熱プレート１１ｂを覆うことが可能となる。このため、熱交換に寄与しない複数の伝熱プレート１１ｂの端部１１ｂａを加熱用気体が流れることを抑制することができる。これにより、潜熱回収熱交換器１０の熱効率を向上させることができる。

本実施の形態の潜熱回収熱交換器１０によれば、図４および図６に示すように、天板部１５ａは、第１天板部１５ａ１と、第１天板部１５ａ１から分離された第２天板部１５ａ２とを含んでいる。このため、第１天板部１５ａ１は複数の伝熱プレート１１ｂの端部１１ｂａから流入部１１ｂ１よりも内側まで複数の伝熱プレート１１ｂを覆うことが可能となる。また、第２天板部１５ａ２は複数の伝熱プレート１１ｂの端部１１ｂａから流出部１１ｂ２よりも内側まで複数の伝熱プレート１１ｂを覆うことが可能となる。このため、熱交換に寄与しない複数の伝熱プレート１１ｂの端部１１ｂａを加熱用気体が流れることを抑制することができる。これにより、潜熱回収熱交換器１０の熱効率を向上させることができる。

本実施の形態の潜熱回収熱交換器１０によれば、図４および図５に示すように、側板部１５ｂは、流入口ＦＩから流出口ＦＯに向かって熱交換部１１を見たときに、複数の伝熱プレート１１ｂが積層された方向と交差する方向において、複数の伝熱プレート１１ｂ同士の間の空間を塞ぐように複数の伝熱プレート１１ｂを覆っている。このため、複数の伝熱プレート１１ｂ同士の間の空間からケース１２に向けて加熱用気体が流れることを抑制することができる。これにより、ケース１２の温度上昇を抑制することができる。

本実施の形態の潜熱回収熱交換器１０によれば、図４および図５に示すように、側板部１５ｂは、複数の伝熱プレート１１ｂの各々に固定されている。このため、側板部１５ｂは複数の伝熱プレート１１ｂを補強することができる。

本実施の形態の潜熱回収熱交換器１０によれば、図４および図９に示すように、底板部１５ｃは、流出口ＦＯから流入口ＦＩに向かって熱交換部１１を見たときに、複数の伝熱プレート１１ｂが積層された方向と交差する方向における複数の伝熱プレート１１ｂの端部１１ｂａにおいて、複数の伝熱プレート１１ｂ同士の間の空間を塞ぐように複数の伝熱プレート１１ｂを覆っている。このため、底板部１５ｃに沿って潜熱回収熱交換器１０の内側に加熱用気体を流すことができる。これにより、ケース１２の温度上昇を抑制することができる。

本実施の形態の潜熱回収熱交換器１０によれば、図７および図８に示すように、側板部１５ｂは、複数の伝熱プレート１１ｂと突起部１１ｄとの間に挟まれている。このため、側板部１５ｂを複数の伝熱プレート１１ｂと突起部１１ｄとの間に挟んで保持することができる。これにより、側板部１５ｂを保持することが容易となる。

本実施の形態の潜熱回収熱交換器１０によれば、図５に示すように、整流板１５の熱交換部１１側の端は、凹部１１ｂ３に係止されている。このため、整流板１５を複数の伝熱プレート１１ｂに固定することができる。

本実施の形態の潜熱回収熱交換器１０によれば、図２および図９に示すように、天板部１５ａは、複数の伝熱プレート１１ｂの端部１１ｂａから内側に向けて下り勾配を有するように傾斜している。このため、天板部１５ａは潜熱回収熱交換器１０の内側に向けて加熱用気体を流すことが可能となる。これにより、熱交換に寄与しない複数の伝熱プレート１１ｂの端部１１ｂａを加熱用気体が流れることを抑制することができる。これにより、潜熱回収熱交換器１０の熱効率を向上させることができる。

本実施の形態の温水装置１００は、潜熱回収熱交換器１０と、加熱用気体を発生させるための燃焼装置（バーナー）３０とを備えている。このため、熱効率を向上させることができる潜熱回収熱交換器を備えた温水装置１００を提供することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０潜熱回収熱交換器、１１熱交換部、１１ａ前板部、１１ｂ伝熱プレート、１１ｂ１流入部、１１ｂ２流出部、１１ｂ３凹部、１１ｂａ端部、１１ｃ背板部、１１ｄ突起部、１２ケース、１２ａ背壁部、１２ｂ側壁部、１２ｃ上端部、１２ｄ第２切欠き部、１３フランジ部材、１３ａ張出部、１３ｂ開口部、１３ｃ立ち上がり結合部、１４継手部、１５整流板、１５ａ１第１天板部、１５ａ２第２天板部、１５ｂ側板部、１５ｃ底板部、１６整流部材、２０顕熱回収熱交換器、２２ヘッダ、２３伝熱管、３０燃焼装置、３１チャンバ、３２送風装置、３３ダクト、３４ベンチュリ、３５オリフィス、３６ガスバルブ、４０配管、４１バイパス配管、４２三方弁、４３液液熱交換器、４４温水配管、５０筐体、６０シール部材、１００温水装置、１２０周壁部、ＦＩ流入口、ＦＯ流出口。

Claims

外部を流れる加熱用気体と内部を流れる湯水との間で熱交換するための熱交換器であって、
前記加熱用気体が流入する流入口と、前記加熱用気体が流出する流出口と、前記流入口と前記流出口とをつなぐ周壁部とを含むケースと、
前記ケースの前記周壁部に取り囲まれ、かつ互いに積層され、各々が前記流入口から前記流出口に向かう方向に延在する複数の伝熱プレートを有する熱交換部と、
前記ケースの前記周壁部に取り囲まれ、前記加熱用気体を整流する整流板とを備え、
前記整流板は、前記流入口から前記流出口に向かって前記熱交換部を見たときに、前記複数の伝熱プレートが積層された方向と交差する方向における前記複数の伝熱プレートの端部において、前記複数の伝熱プレート同士の間の空間を塞ぐように前記複数の伝熱プレートを覆う天板部を含み、
前記複数の伝熱プレートのうち最外層に設けられた前記伝熱プレートは、前記湯水を流入させる流入部および前記湯水を流出させる流出部の少なくともいずれかを有し、
前記天板部は、前記流入口から前記流出口に向かって前記熱交換部を見たときに、前記複数の伝熱プレートが積層された方向と交差する方向において、前記複数の伝熱プレートの前記端部から前記流入部および前記流出部の少なくともいずれかよりも内側に延びている、熱交換器。
前記天板部は、第１天板部と、前記第１天板部から分離された第２天板部とを含み、
前記第１天板部は、前記流入口から前記流出口に向かって前記熱交換部を見たときに、前記複数の伝熱プレートが積層された方向と交差する方向において、前記複数の伝熱プレートの前記端部から前記流入部よりも内側に延びており、
前記第２天板部は、前記流入口から前記流出口に向かって前記熱交換部を見たときに、前記複数の伝熱プレートが積層された方向と交差する方向において、前記複数の伝熱プレートの前記端部から前記流出部よりも内側に延びている、請求項１に記載の熱交換器。
前記整流板は、前記天板部に接続され、かつ前記流入口から前記流出口に向かう方向に延在する側板部を含み、
前記側板部は、前記流入口から前記流出口に向かって前記熱交換部を見たときに、前記複数の伝熱プレートが積層された方向と交差する方向において、前記複数の伝熱プレート同士の間の空間を塞ぐように前記複数の伝熱プレートを覆っている、請求項１または２に記載の熱交換器。
前記側板部は、前記複数の伝熱プレートの各々に固定されている、請求項３に記載の熱交換器。
前記整流板は、前記側板部に接続された底板部を含み、
前記底板部は、前記流出口から前記流入口に向かって前記熱交換部を見たときに、前記複数の伝熱プレートが積層された方向と交差する方向における前記複数の伝熱プレートの前記端部において、前記複数の伝熱プレート同士の間の空間を塞ぐように前記複数の伝熱プレートを覆っている、請求項３または４に記載の熱交換器。
前記熱交換部は、
前記周壁部との間に前記複数の伝熱プレートを前記複数の伝熱プレートが積層された方向に挟む背板部と、
前記背板部から前記複数の伝熱プレートが積層された方向に向かって突出する突起部とを含み、
前記側板部は、前記複数の伝熱プレートと前記突起部との間に挟まれている、請求項３〜５のいずれか１項に記載の熱交換器。
前記複数の伝熱プレートの各々は外縁に設けられた凹部を含み、
前記整流板の前記熱交換部側の端は、前記凹部に係止されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の熱交換器。
前記天板部は、前記複数の伝熱プレートの前記端部から内側に向けて下り勾配を有するように傾斜している、請求項１〜７のいずれか１項に記載の熱交換器。
請求項１〜８のいずれか１項に記載の前記熱交換器と、
前記加熱用気体を発生させるためのバーナとを備えた、温水装置。