KR20190123205A - 열교환기 및 이것을 구비한 열원기 - Google Patents

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KR20190123205A
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heat exchanger
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다카시 쇼다이
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린나이코리아 주식회사
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Abstract

(과제) 연소성능의 개선, 열효율의 향상을 가능하게 하는 열교환기 및 이것을 구비한 열원기를 제공한다.
(해결수단) 버너(31)에서 분출되는 연소배기의 하류측에 배치되는 열교환기(1)로서, 복수의 열교환 유닛(10)이 연소배기의 흐름방향으로 적층된 플레이트 적층체(100)를 형성하고, 연소배기의 최하류측에 위치하는 열교환 유닛(10)에서 연소배기의 하류측으로 유입관(20) 및 유출관(21)을 돌출시킨다.

Description

열교환기 및 이것을 구비한 열원기{HEAT EXCHANGE DEVICE AND HEAT SOURCE MACHINE WITH THE SAME}
본 발명은 버너에서의 연소배기의 하류측에 복수의 열교환 유닛을 적층시킨 플레이트 적층체가 배치되어 있는 열교환기 및 이것을 구비한 열원기에 관한 것이다.
종래에는 상부 열교환 플레이트와 하부 열교환 플레이트가 접합된 열교환 유닛을 복수 적층시킴에 의해서 형성된 플레이트 적층체를 구비한 열교환기가 제안되어 있다(특허문헌 1). 각 열교환 유닛은 상부 열교환 플레이트와 하부 열교환 플레이트의 사이에 피가열유체가 흐르는 내부공간과, 내부공간을 관통하며 버너에서 분출되는 연소배기가 상하방향으로 통과하는 배기구멍을 가지고 있다.
또, 각 열교환 플레이트에는 좌우방향의 양단에 있어서의 전후방향의 대략 중앙부에 관통구멍이 형성되고, 상하로 인접하는 각 열교환 유닛의 관통구멍이 서로 접속되어 있다. 또, 열교환기에 피가열유체를 유입시키는 유입관과 열교환기에서 피가열유체를 유출시키는 유출관은 최상층의 열교환 유닛의 좌우방향의 양단에 있어서의 전후방향의 대략 중앙부의 관통구멍에 상측에서 접속되어 있다.
특허문헌 1 : 한국 등록특허 제10-1389465호 공보
특허문헌 1의 열교환기에서는 버너와 열교환기의 사이에 소정 높이의 연소실이 형성되어 있기 때문에, 최상층의 열교환 유닛에 접속된 상기 유입관 및 유출관이 연소실 내에 돌출되어 있어, 버너의 화염이 저온의 유입관 및 유출관에 접촉한다. 그 결과, 열교환기보다도 상측에 위치하는 유입관 및 유출관에 기인하여 일산화탄소가 발생함으로써 연소성능이 악화된다는 문제가 있다. 특히, 유입관 내에는 가열되기 전의 차가운 피가열유체가 흐르기 때문에 일산화탄소가 발생하기 쉽다. 또, 연소배기가 유입관 및 유출관에 접촉하면, 열교환기에 공급되는 연소배기의 온도가 저하되기 때문에, 열효율도 저하되기 쉽다.
연소성능을 향상시키기 위해서 연소실의 높이를 크게 하면, 버너와 열교환기의 사이가 벌어져서 열교환기에 공급되는 연소배기의 온도가 저하된다. 그 결과, 열효율이 더 저하된다는 문제나, 열원기를 설치하기 위해서 상하방향으로 큰 설치 스페이스를 필요로 한다는 문제가 있다.
본 발명은 상기한 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 연소성능의 개선 및 열효율의 향상을 실현시킨 열교환기 및 이것을 구비한 열원기를 제공하는 것이다.
본 발명은, 버너에서 분출되는 연소배기의 하류측에 배치되는 열교환기로서, 피가열유체가 흐르는 내부공간과, 상기 내부공간에 대해서 비연통상태로 관통하며 상기 연소배기가 흐르는 복수의 배기구멍과, 상기 내부공간으로 피가열유체를 유입시키는 적어도 1개의 유입구와, 상기 내부공간에서 피가열유체를 유출시키는 적어도 1개의 유출구를 가지는 열교환 유닛을 연소배기의 흐름방향으로 복수 적층시킨 플레이트 적층체로 이루어지고, 인접하는 열교환 유닛 각각의 내부공간은 일방의 열교환 유닛의 유출구와 타방의 열교환 유닛의 유입구를 통해서 서로 연통되어 있고, 상기 플레이트 적층체 중, 상기 연소배기의 최하류측에 위치하는 열교환 유닛에는 피가열유체를 유입시키는 유입관과 피가열유체를 유출시키는 유출관이 각각 연소배기의 하류측으로 돌출되도록 설치되는 구성으로 한 열교환기이다.
상기 열교환기에 의하면, 각 열교환 유닛에는 연소배기가 흐르는 복수의 배기구멍이 그 내부공간을 비연통상태로 관통하고 있고, 이 열교환 유닛이 연소배기의 흐름방향으로 복수 적층되어 플레이트 적층체를 구성하고 있다. 이것에 의해서, 버너에서 분출된 연소배기는 플레이트 적층체를 연소배기의 상류측에 위치하는 열교환 유닛에서 연소배기의 하류측에 위치하는 열교환 유닛으로 향해서 흐른다.
또, 유입관은 연소배기의 최하류측에 위치하는 열교환 유닛에 설치되어 있기 때문에, 피가열유체는 유입관에서 연소배기의 최하류측에 위치하는 열교환 유닛의 유입구를 통해서 그 내부공간으로 유입된다. 또한, 인접하는 열교환 유닛 각각의 내부공간은 일방의 열교환 유닛의 유출구와 타방의 열교환 유닛의 유입구를 통해서 서로 연통되어 있기 때문에, 피가열유체는 각 열교환 유닛의 유입구 및 유출구를 통해서 플레이트 적층체 내를 연소배기의 상류측으로 향해서 흐르고, 연소배기의 최상류측에 위치하는 열교환 유닛의 내부공간에 도달한다. 그리고, 유출관은 연소배기의 최하류측에 위치하는 열교환 유닛에 설치되어 있기 때문에, 피가열유체는 플레이트 적층체 내를 연소배기의 상류측에서 하류측으로 향해서 흐르며, 유출관에서 유출된다.
상기 열교환기에 의하면, 유입관 및 유출관 모두는 버너와는 반대측, 즉 연소배기의 최하류측에 위치하는 열교환 유닛에서 더 하류측으로 연장되게 설치되어 있어, 버너와 플레이트 적층체의 사이에 유입관 및 유출관이 돌출되는 일이 없다. 따라서, 버너의 화염이나 열교환 유닛에 공급되기 전의 고온의 연소배기가 유입관 및 유출관에 접촉하는 것을 방지할 수 있다. 이것에 의해서, 연소성능의 악화를 방지 할 수 있다. 또, 피가열유체가 연소배기의 최상류측에 위치하는 열교환 유닛의 내부공간을 흐르기 때문에, 높은 열효율로 피가열유체를 가열할 수 있다.
바람직하게는, 상기 열교환기에 있어서, 상기 플레이트 적층체 중 적어도 상기 연소배기의 최하류측에 위치하는 열교환 유닛의 내부공간에 대해서 비연통상태로 관통하는 유출유로가 상기 유출관에 연통하도록 형성되고, 상기 플레이트 적층체 중 적어도 상기 연소배기의 최상류측에 위치하는 열교환 유닛은 버너측 열교환부를 구성하고, 상기 버너측 열교환부를 구성하는 열교환 유닛의 적어도 1개의 유출구는 상기 유출유로에 연통한다.
상기 열교환기에 의하면, 연소배기의 최상류측에 위치하는 열교환 유닛에 도달하는 피가열유체를 유출유로를 통해서 유출관에서 유출시킬 수 있다. 그리고, 상기 유출유로는 적어도 연소배기의 최하류측에 위치하는 열교환 유닛의 내부공간에 대해서 연통하지 않기 때문에, 유출유로를 흐르는 가열된 피가열유체에, 연소배기의 최하류측에 위치하는 열교환 유닛의 내부공간을 흐르는 피가열유체(즉, 충분히 가열되지 않은 피가열유체)를 혼합시키는 일 없이, 유출관에서 유출시킬 수 있다. 이것에 의해서, 높은 열효율로 피가열유체를 가열할 수 있다.
바람직하게는, 상기 열교환기에 있어서, 상기 버너측 열교환부는 상기 연소배기의 최상류측에 위치하는 열교환 유닛과, 적어도 상기 연소배기의 최상류측에 위치하는 열교환 유닛으로부터 2번째에 위치하는 열교환 유닛을 포함하는 구성으로 하고, 상기 유출유로는 상기 버너측 열교환부보다도 상기 연소배기의 하류측에 위치하는 열교환 유닛의 내부공간에 대해서 비연통상태로 관통하여 상기 유출관과 연통한다.
상기 열교환기에 의하면, 연소배기의 상류측에 위치하는 버너측 열교환부를 구성하는 열교환 유닛에 도달하는 피가열유체는 유출유로를 통해서 유출관에서 유출된다. 따라서, 피가열유체의 적어도 일부는 반드시 연소배기의 상류측에 위치하는 버너측 열교환부를 구성하는 열교환 유닛의 내부공간을 흐르기 때문에, 유입관에서 플레이트 적층체에 유입된 피가열유체가 충분히 가열되지 않고 유출관에서 유출되는 것을 방지할 수 있다. 이것에 의해서, 높은 열효율로 피가열유체를 가열할 수 있다.
바람직하게는, 상기 열교환기에 있어서, 상기 각 열교환 유닛은 2장의 열교환 플레이트가 상기 내부공간을 가지도록 서로 겹쳐져 있고, 상기 유출유로는 2장의 열교환 플레이트에 형성된 버링구멍의 접합체로 이루어진다.
상기 열교환기에 의하면, 별도 부품을 사용하는 일 없이 2장의 열교환 플레이트를 접합함에 의해서 유출유로를 형성할 수 있다. 이것에 의해서, 제조 코스트를 저감할 수 있다. 또, 플레이트 적층체의 전체 높이를 저감할 수 있다.
바람직하게는, 상기 열교환기에 있어서, 상기 2장의 열교환 플레이트는 각각 장원(長圓)형상, 타원형상 또는 원형상을 가진다.
상기 열교환기에 의하면, 코너부를 둥글게 한 금속판이 사용되기 때문에, 직사각형상의 금속판이 사용되는 경우에 비해서 접합시에 코너부에 간극이 생기기 어려움으로 접합불량이 생기기 어렵다. 또, 열교환기의 상측의 연소실도 장원형상, 타원형상 또는 원형상으로 형성할 수 있기 때문에, 이들 케이싱을 접합개소가 적은 소수의 금속판에 의해서 형성할 수 있다. 이것에 의해서, 제조공정을 더 간소화할 수 있어, 제조 코스트를 저감할 수 있다. 또, 설치 스페이스를 작게 할 수 있다.
바람직하게는, 상기 열교환기에 있어서, 상기 버너는 하향의 연소면을 가지고 있고, 상기 플레이트 적층체는 상기 버너의 하측에 배치되어 있고, 상기 유입관 및 유출관은 각각 상기 연소배기의 최하류측에 위치하는 최하층의 열교환 유닛에서 하측으로 돌출되도록 형성된다.
특허문헌 1의 열교환기에서는, 열교환기에서 상측으로 향해서 돌출시킨 유입관 및 유출관은 연소실 내에서 연소실 밖으로 도출시키기 때문에, 유입관 및 유출관 각각을 외측으로 향해서 거의 직각으로 구부릴 필요가 있다. 또, 연소실 밖으로 도출되는 배관은 각 배관과 급수단말 또는 공급단말에 접속시키기 때문에, 하측으로 구부리거나 수평방향으로 더 구부릴 필요가 있다. 그 결과, 배관구조가 복잡하게 되어 유로저항이 커지게 된다는 문제나 물 빼기 성능이 악화된다는 문제가 있다. 또, 복잡한 제조공정이나 복수의 커플링이 필요하게 되어 제조 코스트가 증가한다는 문제나, 열원기를 설치하기 위한 설치 스페이스가 커지게 된다는 문제가 있다.
한편, 일반적으로 가스관이나 수도관 등의 배관은 하측에서 접속되기 때문에, 플레이트 적층체의 하측에는 일정한 크기의 스페이스가 형성된다. 따라서, 유입관 및 유출관을 연소배기의 최하류측에 위치하는 최하층의 열교환 유닛에서 하측으로 연장되게 설치함으로써, 굽힘구조가 적은 배관을 사용할 수 있음과 아울러, 이들 배관과 다른 기기의 간섭을 회피할 수 있다.
상기 열교환기를 구비한 열원기에 있어서, 상기 버너와 상기 열교환기의 사이에 연소실이 형성되고, 상기 연소실의 둘레벽의 외면을 따라서 권회관(卷回管)이 감겨지고, 상기 권회관의 상류단 및 하류단은 각각 상기 유입관 및 상기 유출관과 연통된다.
연소실의 둘레벽의 과열을 방지하는 권회관은 연소실의 둘레벽의 외면을 따라서 감겨져 있기 때문에, 버너의 화염이나 버너에서의 연소배기가 권회관과 접촉하는 것을 방지할 수 있다. 또, 연소실의 열을 이용하여 효율적으로 권회관을 흐르는 피가열유체를 가열할 수 있다. 이것에 의해서, 연소성능 및 열효율을 더 향상시킬 수 있다.
또, 상기 열교환기를 구비한 열원기에 있어서, 상기 버너와 상기 열교환기의 사이에 연소실이 형성되고, 상기 연소실의 둘레벽의 내면을 따라서 권회관이 감겨지고, 상기 권회관의 상류단 및 하류단은 각각 상기 연소배기의 최상류측에 위치하는 열교환 유닛의 내부공간에 연통된다.
연소실의 둘레벽의 과열을 방지하는 권회관은 연소배기의 최상류측에 위치하는 열교환 유닛에 연통되어 있기 때문에, 열교환기(복수의 열교환 유닛)에서 가열된 후의 피가열유체가 권회관을 흐른다. 따라서, 연소실 내에 권회관이 배치되어 있어도 버너의 화염 및 연소배기의 온도 저하도 적다. 또, 연소실의 열을 이용하여 효율적으로 피가열유체를 가열할 수 있다. 이것에 의해서, 연소성능 및 열효율을 더 향상시킬 수 있다.
바람직하게는, 상기 열원기는, 상기 열교환기의 하측에 형성된 드레인 받이를 가지고 있고, 상기 유입관 및 상기 유출관은 상기 드레인 받이의 저면을 관통하여 하측으로 연장되게 설치되고, 상기 드레인 받이는 상기 열교환기에서 적하되는 드레인을 배출하는 드레인 배출구를 가지고 있고, 상기 드레인 받이의 저면은 상기 유입관 및 상기 유출관의 관통개소에서 상기 드레인 배출구를 향해서 하측으로 경사지는 경사면을 가진다.
연소배기가 열교환기 내를 통과할 때, 연소배기 내의 수분이 응축되어 드레인이 발생한다. 유입관 및 유출관은 열교환기에서 하측으로 연장되어 있기 때문에, 열교환기 내에서 발생한 드레인은 유입관 및 유출관을 따라서 흐르기 쉽다. 또, 연소배기가 유입관 및 유출관과 접촉함에 의해서도 드레인이 생성된다. 그렇기 때문에, 열교환기의 하측에 드레인 받이가 설치되어 있는 경우, 드레인은 유입관 및 유출관이 드레인 받이를 관통하는 관통개소에 집중되기 쉽다. 그 결과, 드레인이 관통개소에 머물러 있으면, 관통개소에 부식이 생길 가능성이 있다. 그러나, 상기 열교환기에 의하면, 드레인 받이는 유입관 및 유출관의 관통개소에서 드레인 배출구로 향해서 하측으로 경사지는 경사면을 가지기 때문에, 관통개소에서 원활하게 드레인을 외부로 배출시킬 수 있다.
이상과 같이, 본 발명의 열교환기에 의하면, 버너의 화염이나 연소배기가 유입관 및 유출관에 접촉하는 것을 방지할 수 있기 때문에, 연소성능을 개선할 수 있음과 아울러 열효율을 향상시킬 수 있다.
또, 유입관 및 유출관으로서 굽힘구조가 적은 배관을 사용할 수 있기 때문에, 제조공정을 간소화할 수 있어 제조 코스트를 저감할 수 있을 뿐만 아니라 물 빼기 성능도 향상시킬 수 있다. 또한, 열교환기의 측방으로 유입관 및 유출관이 돌출되지 않기 때문에, 그 만큼 열교환기를 설치하기 위한 스페이스를 작게 할 수 있다. 따라서, 콤팩트한 열원기를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 관한 열원기의 일부 절결 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시형태에 관한 열원기를 구성하는 열교환기의 요부 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시형태에 관한 열원기를 구성하는 열교환기의 열교환 유닛의 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시형태에 관한 열원기를 구성하는 열교환기의 유입관의 축선을 따르는 단면 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시형태에 관한 열원기를 구성하는 열교환기와 연소실을 나타내는 유출관의 축선을 따르는 단면 사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시형태에 관한 열원기를 구성하는 연소실에 설치된 권회관의 구조의 일례를 나타내는 요부 사시도이다.
도 7은 본 발명의 실시형태에 관한 열원기를 구성하는 연소실에 설치된 권회관의 구조의 다른 예를 나타내는 요부 사시도이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 관한 열교환기 및 이것을 구비한 열원기에 대해서 첨부 도면을 참조하면서 구체적으로 설명한다.
본 실시형태의 열원기는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 유입관(20)에서 열교환기(1) 내로 유입되는 물(피가열유체)을 버너(31)에서 생성되는 연소배기에 의해서 가열하고, 유출관(21)을 통해서 카란이나 샤워 등의 온수 이용처(도시생략)에 공급하는 급탕기이다. 도시하지는 않았으나 급탕기는 케이싱 내에 조립된다. 또한, 피가열유체로서 다른 열매체(예를 들면, 부동액)가 이용되어도 좋다.
이 급탕기에서는 상측에서부터 순차적으로 버너(31)의 외곽을 구성하는 버너 보디(3), 연소실(2), 열교환기(1) 및 드레인 받이(40)가 배치된다. 또, 버너 보디(3)의 일측방(도 1에서는 우측)에는 버너 보디(3) 내로 연료가스와 공기의 혼합가스를 공급하는 연소 팬을 구비하는 팬 케이스(4)가 배치되고, 버너 보디(3)의 타측방(도 1에서는 좌측)에는 드레인 받이(40)와 연통하는 배기덕트(41)가 배치된다. 배기덕트(41)는 드레인 받이(40)로 배출되는 연소배기를 급탕기의 외부로 배출한다.
또한, 본 명세서에서는, 팬 케이스(4) 및 배기덕트(41)가 버너 보디(3)의 양 측방에 각각 배치된 상태에서 급탕기를 보았을 때에, 안길이방향이 전후방향에 대응하고, 폭방향이 좌우방향에 대응하고, 높이방향이 상하방향에 대응한다.
버너 보디(3)는 평면에서 보았을 때에 대략 장원형상을 가지도록 예를 들면 스테인리스계 금속으로 형성된다. 도시하지는 않았으나 버너 보디(3)는 하측으로 개방되어 있다.
팬 케이스(4)와 연통하는 가스 도입부는 버너 보디(3)의 중앙부에서 상측으로 돌출되어 있다. 버너 보디(3)는 하향의 연소면(30)을 가지는 평면형상의 버너(31)를 구비한다. 연소 팬을 작동시킴에 의해서 혼합가스가 버너 보디(3) 내로 공급된다.
버너(31)는 전1차 공기 연소식 버너(31)이며, 예를 들면 하향으로 개구되는 다수의 불꽃구멍(도시생략)을 가지는 세라믹스제의 연소 플레이트 또는 금속섬유를 네트형상으로 짠 연소 매트로 이루어진다. 버너 보디(3) 내로 공급된 혼합가스가 연소 팬의 급기압에 의해서 하향의 연소면(30)에서 하측으로 향해서 분출된다. 이 혼합가스를 착화시킴에 의해서 버너(31)의 연소면(30)에 화염이 형성되어 연소배기가 생성된다. 따라서, 버너(31)에서 분출되는 연소배기는 연소실(2)을 통해서 열교환기(1)로 공급된다. 그리고, 열교환기(1)를 통과한 연소배기는 드레인 받이(40) 및 배기덕트(41)를 통해서 급탕기의 외부로 배출된다.
즉, 이 열교환기(1)에서는 버너(31)가 설치되어 있는 상측이 연소배기의 상류측에 대응하고, 버너(31)가 설치되어 있는 측의 반대측인 하측이 연소배기의 하류측에 대응한다.
연소실(2)은 평면에서 보았을 때에 대략 장원형상을 가진다. 연소실(2)은 예를 들면 스테인리스계 금속으로 형성된다. 연소실(2)은 상하로 개방되도록 1장의 대략 직사각형상의 금속판을 만곡시키고 양 단부를 접합함에 의해서 형성된다. 연소실(2)의 상단에는 도 5에 나타내는 바와 같이 외측으로 구부린 플랜지(26a)가 형성되어 있고, 연소실(2)의 하단에는 내측으로 구부린 플랜지(26b)가 형성되어 있다. 이들 플랜지(26a, 26b)는 각각 버너 보디(3)의 하면 둘레 가장자리 및 열교환기(1)의 상면 둘레 가장자리와 접합된다.
열교환기(1)는 평면에서 보았을 때에 대략 장원형상을 가진다. 열교환기(1)는 도 4 및 도 5에 나타내는 바와 같이 복수(여기서는 8층)의 열교환 유닛(10)과 최하층의 열교환 유닛(10)의 하측에 연접된 편향 플레이트(5)가 적층된 플레이트 적층체(100)를 가진다. 또한, 열교환기(1)는 그 주위를 덮는 케이싱을 가지고 있어도 좋다.
각 열교환 유닛(10)은 배기구멍의 위치 등의 일부 구성이 상이한 것 이외에는 공통 구성을 가지는 1세트의 상부 열교환 플레이트(11)와 하부 열교환 플레이트(12)를 상하방향으로 서로 겹치고, 후술하는 소정 개소를 납땜재 등으로 접합함에 의해서 형성된다. 그렇기 때문에, 공통 구성에 대해서 먼저 설명하고, 상이한 구성은 후술한다.
상하 열교환 플레이트(11, 12)는, 도 3에 나타내는 바와 같이 평면에서 보았을 때에 대략 장원형상을 가지며, 예를 들면 스테인리스제의 금속판으로 형성된다. 상하 열교환 플레이트(11, 12)는 각각 코너부를 제외한 플레이트의 거의 전면에 다수의 대략 장공(長孔)형상의 상하 배기구멍(11a, 12a)을 가진다. 상하 배기구멍(11a, 12a)은 그 장변(長邊) 측이 전후방향으로 놓여지도록 형성된다.
또, 후술하는 바와 같이, 최상층의 열교환 유닛(10)의 상부 열교환 플레이트(11)를 제외한 상하 열교환 플레이트(11, 12)는 적어도 1개의 코너부에 대략 원형상의 상하 관통구멍을 가진다. 이들 상하 배기구멍(11a, 12a) 및 일부의 상하 관통구멍은 구멍 가장자리에서 상측 또는 하측으로 돌출되는 접합부가 형성되도록 버링 가공에 의해서 형성된다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 각 열교환 유닛(10)의 상하 열교환 플레이트(11, 12)의 상하 배기구멍(11a, 12a)은 서로 대향하는 위치에 형성되어 있다. 또, 상부 열교환 플레이트(11)의 상부 배기구멍(11a)은 구멍 가장자리에서 하측으로 향해서 돌출되는 상부 배기구멍 접합부를 가지고 있고, 하부 열교환 플레이트(12)의 하부 배기구멍(12a)은 구멍 가장자리에서 상측으로 향해서 돌출되는 하부 배기구멍 접합부를 가지고 있다. 또, 상하 열교환 플레이트(11, 12)의 둘레 가장자리에는 각각 상측으로 향해서 돌출되는 상하 둘레 가장자리 접합부(W1, W2)가 형성된다. 상하 열교환 플레이트(11, 12)는 상하 배기구멍 접합부 및 하부 열교환 플레이트(12)의 하부 둘레 가장자리 접합부(W2)와 상부 열교환 플레이트(11)의 저면 둘레 가장자리를 접합시켰을 때에, 상하 열교환 플레이트(11, 12)가 소정의 간극을 두고서 이간되도록 설정되어 있다.
또, 도 4 및 도 5에 나타내는 바와 같이, 상부 열교환 플레이트(11)의 상부 둘레 가장자리 접합부(W1)는, 이 상부 둘레 가장자리 접합부(W1)와 상측에서 인접하는 열교환 유닛(10)의 하부 열교환 플레이트(12)의 저면 둘레 가장자리를 접합시켰을 때에, 하측의 열교환 유닛(10)의 상부 열교환 플레이트(11)와 상측의 열교환 유닛(10)의 하부 열교환 플레이트(12)가 소정의 간극을 두고서 이간되는 높이로 설정되어 있다. 따라서, 상하 열교환 플레이트(11, 12)의 상하 배기구멍(11a, 12a)의 상하 배기구멍 접합부를 접합시킴과 동시에, 하부 열교환 플레이트(12)의 하부 둘레 가장자리 접합부(W2)와 상부 열교환 플레이트(11)의 저면 둘레 가장자리를 접합시킴으로써, 소정 높이의 내부공간(14)과 이 내부공간(14)을 비연통상태로 관통하는 배기구멍(13)이 형성된다. 또한, 복수의 열교환 유닛(10)을 접합시킴으로써, 상하로 인접하는 열교환 유닛(10)의 사이에는 배기구멍(13)을 통과한 연소배기가 흐르는 배기공간(15)이 형성된다.
상하로 인접하는 열교환 유닛(10)의 배기구멍(13)은 좌우방향에서 반 피치 어긋나 있다. 따라서, 상측에서 흘러온 연소배기는 1개의 열교환 유닛(10)의 배기구멍(13)을 통과한 후, 이 열교환 유닛(10)과 하측에서 인접하는 열교환 유닛(10)의 사이의 배기공간(15)으로 흘러나간다. 그리고, 배기공간(15)으로 흘러나간 연소배기는 하측에서 인접하는 열교환 유닛(10)의 상부 열교환 플레이트(11)에 충돌하고, 이 하측에서 인접하는 열교환 유닛(10)의 배기구멍(13)을 통해서 더 하측으로 흐른다. 즉, 연소배기가 플레이트 적층체(100) 내를 상측에서 하측으로 향해서 흐를 때에 지그재그 형상의 배기통로가 형성된다. 이것에 의해서, 열교환기(1) 내에 있어서의 연소배기와 상하 열교환 플레이트(11, 12)의 접촉시간이 증가한다.
다음은 각 층에 있어서의 열교환 유닛(10)에 대해서 도 3에 의거하여 설명한다. 또한, 도 3 및 도 5에 있어서의 열교환 유닛(10)의 도면부호 10에 병기된 괄호 [ ] 내의 숫자는 최하층의 열교환 유닛(10)을 1층으로 한 하측에서부터의 층수를 나타내고 있다.
1층째(최하층)의 열교환 유닛(10)을 형성하는 하부 열교환 플레이트(12)는 도 3에 있어서의 우측 전후 양방의 각 코너부에 하부 관통구멍(121, 122)을 가진다. 또, 1층째의 열교환 유닛(10)의 상부 열교환 플레이트(11)는 4개의 코너부에 상부 관통구멍(111∼114)을 가진다. 또한, 1층째를 포함하여 각 열교환 유닛(10)의 상하 열교환 플레이트(11, 12)에 있어서의 같은 코너부에 위치하는 상하 관통구멍은 상하 열교환 플레이트(11, 12)를 서로 겹쳤을 때에 같은 축선상에 위치하도록 개구되어 있다.
또, 2개의 하부 관통구멍(121, 122)은 구멍 가장자리에서 하측으로 돌출되는 하부 접합부를 가지고 있고, 상부 열교환 플레이트(11)의 우측 후방의 코너부의 상부 관통구멍(112)은 구멍 가장자리에서 하측으로 돌출되는 상부 접합부를 가지고 있다. 이 상부 접합부는 1층째의 상하 열교환 플레이트(11, 12)를 접합시켰을 때에 하부 열교환 플레이트(12)의 상면에 맞닿는 높이로 설정되어 있다.
따라서, 상술한 바와 같이 1층째의 열교환 유닛(10)을 형성하고 있는 상하 열교환 플레이트(11, 12)의 상하 배기구멍(11a, 12a)의 상하 배기구멍 접합부를 접합시킴과 동시에, 하부 열교환 플레이트(12)의 하부 둘레 가장자리 접합부(W2)와 상부 열교환 플레이트(11)의 저면 둘레 가장자리를 접합시키고, 또한 상부 열교환 플레이트(11)의 우측 후방의 코너부의 상부 관통구멍(112)의 상부 접합부와 하부 열교환 플레이트(12)의 상면을 접합시키면, 1층째의 열교환 유닛(10)의 내부공간(14)은 하부 열교환 플레이트(12)의 우측 전방의 코너부의 하부 관통구멍(121)과 연통하고, 상부 열교환 플레이트(11)의 우측 후방의 코너부의 상부 관통구멍(112) 이외의 3개의 상부 관통구멍(111, 113, 114)과 연통한다.
또, 상부 열교환 플레이트(11)의 우측 후방의 코너부의 상부 관통구멍(112)의 상부 접합부와 하부 열교환 플레이트(12)의 상면을 접합시킴에 의해서 형성되는 통로는 내부공간(14)과 비연통상태로 구획된 유로가 된다. 따라서, 후술하는 편향 플레이트(5)를 통해서 하부 열교환 플레이트(12)의 우측 전방의 코너부의 하부 관통구멍(121)의 하부 접합부에 유입관(20)을 접속시키면, 유입관(20)에서 1층째의 열교환 유닛(10)의 내부공간(14)으로 물이 유입된다. 그리고, 물은 상부 열교환 플레이트(11)의 우측 후방의 코너부의 상부 관통구멍(112) 이외의 상부 관통구멍(111, 113, 114)을 통해서 내부공간(14)에서 상측으로 유출된다.
즉, 이 1층째의 열교환 유닛(10)에서는 하부 열교환 플레이트(12)의 우측 전방의 코너부의 1개의 하부 관통구멍(121)이 내부공간(14)으로 물이 유입되는 유입구(23)가 되고, 상부 열교환 플레이트(11)의 우측 전방 및 좌측 전후 양방의 코너부의 3개의 상부 관통구멍(111, 113, 114)이 내부공간(14)에서 물이 유출되는 유출구(24)가 된다.
그리고, 1층째의 열교환 유닛(10)에서는 3개의 유출구(24) 중 좌측 전후 양방의 코너부의 2개의 유출구(24){즉, 상부 열교환 플레이트(11)의 좌측 전후 양방의 코너부의 상부 관통구멍(113, 114)}는 우측 전방의 코너부의 유입구(23){즉, 하부 열교환 플레이트(12)의 우측 전방의 코너부의 하부 관통구멍(121)}와 좌우방향으로 떨어져서 위치한다. 또, 이 유입구(23)와 좌우방향으로 떨어져서 위치하는 2개의 유출구(24) 중 좌측 후방의 코너부의 상부 관통구멍(114)으로 이루어지는 유출구(24)는 유입구(23)와 열교환 유닛(10)의 중심에 대해서 대략 대각선상에 위치한다. 따라서, 우측 전방의 코너부의 하부 관통구멍(121)으로 이루어지는 유입구(23)에서 내부공간(14)으로 유입된 물은 당해 유입구(23)와 같이 전방에 위치하는 좌측 전방의 코너부의 상부 관통구멍(113)으로 이루어지는 유출구(24)와, 대략 대각선상에 위치하는 좌측 후방의 코너부의 상부 관통구멍(114)으로 이루어지는 유출구(24)와, 후술하는 우측 전방의 코너부의 유출구(24)로 향해서 흐른다.
이와 같이, 물은, 1층째의 열교환 유닛(10)에서는 1개의 유입구(23)에서 전후방향으로 이간하여 위치하는 2개의 유출구(24)로 향해서 퍼지면서 내부공간(14)을 좌우방향으로 흐르기 때문에, 내부공간(14)을 좌우방향으로 흐르는 물의 부분적인 단락이 억제되어 균일한 수류 분포가 얻어진다.
또, 대략 장공형상의 배기구멍(13)은 그 장변(長邊) 측이 전후방향으로 놓여지도록 형성되어 있기 때문에, 배기구멍(13)의 장변 측이 놓여지는 방향은 내부공간(14)을 흐르는 물의 유로방향과 대략 직교한다. 이것에 의해서, 유입구(23)에서 유입된 물은 배기구멍(13)의 장변 측에 충돌함에 의해서 만곡되면서 전후로 떨어진 2개의 유출구(24)로 흘러간다. 따라서, 내부공간(14)을 흐르는 물은 내부공간(14) 내의 전체로 더욱더 퍼지게 된다. 그 결과, 내부공간(14)의 전후방향 양 단부에도 물이 흐르기 쉽게 된다. 이것에 의해서 효율적으로 물을 가열할 수 있다. 또, 만곡된 흐름이 형성되기 때문에 유로가 길어지게 되며, 그 만큼 흡열시간이 증가하기 때문에, 열효율이 향상된다.
2층째 내지 5층째의 열교환 유닛(10)에 있어서, 각 열교환 유닛(10)의 상하 열교환 플레이트(11, 12)는 상술한 상하 배기구멍(11a, 12a)의 위치가 상하로 인접하는 열교환 유닛(10)의 그것들과 좌우방향에서 반 피치 어긋나 있는 것 이외에는 동일한 구성을 가진다.
또, 이것들의 상하 열교환 플레이트(11, 12)는 각각 1층째의 상부 열교환 플레이트(11)의 4개의 코너부의 상부 관통구멍(111∼114)과 거의 동일한 위치에 4개의 상부 관통구멍(111∼114) 및 4개의 하부 관통구멍(121∼124)을 가진다. 또, 이것들의 하부 열교환 플레이트(12)의 4개의 코너부의 하부 관통구멍(121∼124)은 구멍 가장자리에서 하측으로 돌출되는 하부 접합부를 가진다. 또, 이것들의 상부 열교환 플레이트(11)의 우측 후방의 코너부의 상부 관통구멍(112)은 1층째의 상부 열교환 플레이트(11)와 마찬가지로 구멍 가장자리에서 하측으로 돌출되는 상부 접합부를 가진다. 이들 상하 접합부 및 상하 둘레 가장자리 접합부(W1, W2)의 높이는 1층째의 열교환 유닛(10)의 그것들과 같다.
따라서, 2층째 내지 5층째의 각 열교환 유닛(10)에서는, 상하 열교환 플레이트(11, 12)의 상하 배기구멍(11a, 12a)의 상하 배기구멍 접합부를 접합시킴과 동시에, 하부 열교환 플레이트(12)의 하부 둘레 가장자리 접합부(W2)와 상부 열교환 플레이트(11)의 저면 둘레 가장자리를 접합시키고, 또한 상부 열교환 플레이트(11)의 우측 후방의 코너부의 상부 관통구멍(112)의 상부 접합부와 하부 열교환 플레이트(12)의 상면을 접합시키면, 상하 열교환 플레이트(11, 12)의 사이에 형성되는 내부공간(14)은 하부 열교환 플레이트(12)의 우측 전방 및 좌측 전후 양방의 코너부의 3개의 하부 관통구멍(121, 123, 124)에 연통함과 동시에, 상부 열교환 플레이트(11)의 우측 전방 및 좌측 전후 양방의 코너부의 3개의 상부 관통구멍(111, 113, 114)에 연통한다.
또, 2층째 내지 5층째의 각 열교환 유닛(10)의 하부 열교환 플레이트(12)의 4개의 하부 관통구멍(121∼124)의 구멍 가장자리에서 하측으로 돌출되는 하부 접합부는, 상하방향으로 복수의 열교환 유닛(10)을 적층시켰을 때에, 이 하부 접합부가 하측에서 인접하는 열교환 유닛(10)의 상부 열교환 플레이트(11)의 상면에 맞닿는 높이로 설정되어 있다.
따라서, 1개의 열교환 유닛(10)의 하부 열교환 플레이트(12)의 우측 전방 및 좌측 전후 양방의 코너부의 3개의 하부 관통구멍(121, 123, 124)의 하부 접합부와 하측에서 인접하는 열교환 유닛(10)의 상부 열교환 플레이트(11)의 상면을 접합시킴과 동시에, 하부 열교환 플레이트(12)의 저면 둘레 가장자리와 하측에서 인접하는 열교환 유닛(10)의 상부 열교환 플레이트(11)의 상부 둘레 가장자리 접합부(W1)를 접합시키면, 상하로 인접하는 열교환 유닛(10)의 사이에는 도 4에 나타내는 바와 같이 상술한 배기공간(15)과 이 배기공간(15)과 비연통상태로 구획되는 연통로(22)가 형성된다.
즉, 2층째 내지 5층째의 각 열교환 유닛(10)에서는, 하부 열교환 플레이트(12)의 우측 전방 및 좌측 전후 양방의 코너부의 3개의 하부 관통구멍(121, 123, 124)이 내부공간(14)으로 물을 유입시키는 유입구(23)가 되고, 이것들에 대향하는 상부 열교환 플레이트(11)의 3개의 상부 관통구멍(111, 113, 114)이 내부공간(14)에서 물이 유출되는 유출구(24)가 된다.
또, 이들 3개의 유입구(23){즉, 하부 열교환 플레이트(12)의 우측 전방 및 좌측 전후 양방의 코너부의 하부 관통구멍(121, 123, 124)}의 하부 접합부와 하측에서 인접하는 열교환 유닛(10)의 상부 열교환 플레이트(11)의 상면을 접합시킴에 의해서 형성되는 통로는 상하로 인접하는 열교환 유닛(10)의 내부공간(14) 상호를 연통시키는 연통로(22)가 된다.
또, 도 5에 나타내는 바와 같이, 하부 열교환 플레이트(12)의 우측 후방의 코너부의 하부 관통구멍(122)의 하부 접합부와 하측에서 인접하는 열교환 유닛(10)의 상부 열교환 플레이트(11)의 우측 후방의 코너부의 상부 관통구멍(112)의 구멍 가장자리를 접합시킴으로써, 상하로 인접하는 열교환 유닛(10)의 사이의 배기공간(15)과 비연통상태로 구획되는 유로(35)가 형성된다.
또, 상부 열교환 플레이트(11)의 우측 후방의 코너부의 상부 관통구멍(112)의 상부 접합부와 하부 열교환 플레이트(12)의 우측 후방의 코너부의 하부 관통구멍(122)의 구멍 가장자리를 접합시킴으로써, 내부공간(14)과 비연통상태로 구획되는 유로(34)가 형성된다.
또한, 이것들의 각 열교환 유닛(10)에서도, 1층째의 열교환 유닛(10)과 마찬가지로, 우측 전방의 코너부의 유입구(23)에서 내부공간(14)으로 유입된 물의 일부는 당해 유입구(23)와 같이 전방에 위치하는 유출구(24)와, 대략 대각선상에 위치하는 후방의 유출구(24)로 향해서 배기구멍(13)에 충돌하면서 좌우방향으로 흘러간다.
도 3의 상측에서부터 3번째에 위치하고 있는 6층째의 열교환 유닛(10)에 있어서, 상하 열교환 플레이트(11, 12)는 상부 열교환 플레이트(11)의 우측 전방에 관통구멍이 형성되어 있지 않은 것 이외에는 2층째의 그것들과 동일한 구성을 가진다. 따라서, 6층째의 열교환 유닛(10)에서는 상하 열교환 플레이트(11, 12)의 상하 배기구멍(11a, 12a)의 상하 배기구멍 접합부를 접합시킴과 동시에, 하부 열교환 플레이트(12)의 하부 둘레 가장자리 접합부(W2)와 상부 열교환 플레이트(11)의 저면 둘레 가장자리를 접합시키고, 또한 상부 열교환 플레이트(11)의 우측 후방의 코너부의 상부 관통구멍(112)의 상부 접합부와 하부 열교환 플레이트(12)의 하부 관통구멍(122)의 구멍 가장자리를 접합시키면, 상하 열교환 플레이트(11, 12)의 사이에 형성되는 내부공간(14)은 하부 열교환 플레이트(12)의 우측 전방 및 좌측 전후 양방의 코너부의 3개의 하부 관통구멍(121, 123, 124)과 연통함과 동시에, 상부 열교환 플레이트(11)의 좌측 전후 양방의 코너부의 2개의 상부 관통구멍(113, 114)과 연통한다. 또, 상부 열교환 플레이트(11)의 우측 후방의 코너부의 상부 관통구멍(112)의 상부 접합부와 하부 열교환 플레이트(12)의 상면을 접합시킴에 의해서 형성되는 통로는 내부공간(14)과 비연통상태로 구획되는 유로(34)가 된다.
또, 상기한 바와 마찬가지로, 5층째와 6층째의 열교환 유닛(10)을 접합시키면, 상술한 배기공간(15)과 이 배기공간(15)과 비연통상태로 구획되는 통로가 형성된다. 즉, 6층째의 열교환 유닛(10)에서는 하부 열교환 플레이트(12)의 우측 전방 및 좌측 전후 양방의 코너부의 3개의 하부 관통구멍(121, 123, 124)이 내부공간(14)으로 물이 유입되는 유입구(23)가 되고, 상부 열교환 플레이트(11)의 좌측 전후 양방의 코너부의 2개의 상부 관통구멍(113, 114)이 내부공간(14)에서 물이 유출되는 유출구(24)가 된다. 또, 이들 3개의 유입구(23){즉, 하부 열교환 플레이트(12)의 우측 전방 및 좌측 전후 양방의 코너부의 하부 관통구멍(121, 123, 124)}의 하부 접합부와 하측에서 인접하는 열교환 유닛(10)의 상부 열교환 플레이트(11)의 상면을 접합시킴에 의해서 형성되는 통로는 상하로 인접하는 열교환 유닛(10)의 내부공간(14) 상호를 연통시키는 연통로(22)가 된다.
또, 하부 열교환 플레이트(12)의 우측 후방의 코너부의 하부 관통구멍(122)의 하부 접합부와 하측에서 인접하는 열교환 유닛(10)의 상부 열교환 플레이트(11)의 우측 후방의 코너부의 상부 관통구멍(112)의 구멍 가장자리를 접합시킴으로써, 상하로 인접하는 열교환 유닛(10)의 사이의 배기공간(15)과 비연통상태로 구획되는 유로(35)가 형성된다.
1층째 내지 6층째의 열교환 유닛(10)에서는, 이들 열교환 유닛(10)이 서로 겹쳐졌을 때에, 우측 전방의 코너부의 유입구(23) 및 유출구(24)는 같은 축선상에 위치한다. 그렇기 때문에, 1층째의 열교환 유닛(10)의 내부공간(14)으로 유입된 물의 일부는 직선적으로 상측의 유출구(24)로 향해서 흐르고, 유출구(24)에서 연통로(22)를 통해서 2층째 내지 6층째의 각 열교환 유닛(10)의 내부공간(14)으로 유입된다. 따라서, 1층째 내지 6층째의 열교환 유닛(10)으로 유입된 물은 각 열교환 유닛(10) 내를 좌우방향에서 동일한 방향(도면에서는 우측에서 좌측)으로 흐른다.
7층째의 열교환 유닛(10)에 있어서, 상하 열교환 플레이트(11, 12)는 하부 열교환 플레이트(12)의 우측 전방의 코너부에 하부 관통구멍이 형성되어 있지 않은 것과, 상부 열교환 플레이트(11)의 우측 전방의 코너부에 상부 관통구멍이 형성되어 있지 않은 것과, 상부 열교환 플레이트(11)의 우측 후방의 상부 관통구멍(112)에 상부 접합부가 형성되어 있지 않은 것 이외에는 5층째의 그것들과 동일한 구성을 가진다. 따라서, 7층째의 열교환 유닛(10)에서는 상하 열교환 플레이트(11, 12)의 상하 배기구멍(11a, 12a)의 상하 배기구멍 접합부를 접합시킴과 동시에, 하부 열교환 플레이트(12)의 하부 둘레 가장자리 접합부(W2)와 상부 열교환 플레이트(11)의 저면 둘레 가장자리를 접합시키면, 상하 열교환 플레이트(11, 12)의 사이에 형성되는 내부공간(14)은 모든 상하 관통구멍(112, 113, 114, 122, 123, 124)에 연통한다.
또, 상기한 바와 마찬가지로, 6층째와 7층째의 열교환 유닛(10)을 접합시키면, 상술한 배기공간(15)과 이 배기공간(15)과 비연통상태로 구획되는 통로가 형성된다. 즉, 7층째의 열교환 유닛(10)에서는, 하부 열교환 플레이트(12)의 좌측 전후 양방의 코너부의 2개의 하부 관통구멍(123, 124)이 내부공간(14)으로 물을 유입시키는 유입구(23)가 되고, 상부 열교환 플레이트(11)의 좌측 전후 양방의 코너부의 2개의 상부 관통구멍(113, 114) 및 하부 열교환 플레이트(12)의 우측 후방의 코너부의 하부 관통구멍(122)이 내부공간(14)에서 물을 유출시키는 유출구(24)가 된다. 또, 이들 2개의 유입구(23){즉, 하부 열교환 플레이트(12)의 좌측 전후 양방의 코너부의 하부 관통구멍(123, 124)}의 하부 접합부와 하측에서 인접하는 열교환 유닛(10)의 상부 열교환 플레이트(11)의 상면을 접합시킴에 의해서 형성되는 통로는, 상하로 인접하는 열교환 유닛(10)의 내부공간(14) 상호를 연통시키는 연통로(22)가 된다.
또, 하부 열교환 플레이트(12)의 우측 후방의 코너부의 하부 관통구멍(122)의 하부 접합부와 하측에서 인접하는 열교환 유닛(10)의 상부 열교환 플레이트(11)의 상면을 접합함에 의해서 형성되는 통로는, 상하로 인접하는 열교환 유닛(10)의 사이의 배기공간(15)과 비연통상태로 구회되고 또한 7층째의 내부공간(14)과 연통하는 유로(35)가 된다.
또한, 상술한 바와 같이, 7층째의 열교환 유닛(10)의 하부 열교환 플레이트(12)는, 1층째 내지 6층째의 그것들과는 달리, 우측 전방의 코너부에 하부 관통구멍을 가지고 있지 않다. 그렇기 때문에, 7층째의 열교환 유닛(10)에서는, 좌측 전후 양방의 코너부의 2개의 유입구(23)에서 내부공간(14)으로 유입된 물의 일부는 하부 열교환 플레이트(12)의 우측 후방의 코너부의 유출구(24)로 향해서 배기구멍(13)에 충돌하면서, 1층째 내지 6층째의 열교환 유닛(10)의 내부공간(14)을 흐르는 물의 방향의 역방향(도면에서는 좌측에서 우측)으로 흐른다.
8층째(최상층)의 열교환 유닛(10)에 있어서, 상하 열교환 플레이트(11, 12)는 하부 열교환 플레이트(12)의 우측 전방의 코너부에 관통구멍이 형성되어 있지 않은 것과, 상부 열교환 플레이트(11)에 관통구멍이 형성되어 있지 않은 것 이외에는 6층째의 그것들과 동일한 구성을 가진다. 따라서, 8층째의 열교환 유닛(10)에서는 상하 열교환 플레이트(11, 12)의 상하 배기구멍(11a, 12a)의 상하 배기구멍 접합부를 접합시킴과 동시에, 하부 열교환 플레이트(12)의 하부 둘레 가장자리 접합부(W2)와 상부 열교환 플레이트(11)의 저면 둘레 가장자리를 접합시키면, 상하 열교환 플레이트(11, 12)의 사이에 형성되는 내부공간(14)은 하부 열교환 플레이트(12)의 모든 하부 관통구멍(122, 123, 124)에 연통한다.
또, 상기한 바와 마찬가지로, 7층째와 8층째의 열교환 유닛(10)을 접합시키면, 상술한 배기공간(15)과 이 배기공간(15)과 비연통상태로 구획되는 통로가 형성된다. 즉, 8층째의 열교환 유닛(10)에서는, 하부 열교환 플레이트(12)의 좌측 전후 양방의 코너부의 2개의 하부 관통구멍(123, 124)이 내부공간(14)으로 물이 유입되는 유입구(23)가 되고, 하부 열교환 플레이트(12)의 우측 후방의 코너부의 하부 관통구멍(122)이 내부공간(14)에서 물이 유출되는 유출구(24)가 된다. 또, 이들 2개의 유입구(23){즉, 하부 열교환 플레이트(12)의 좌측 전후 양방의 코너부의 하부 관통구멍(123, 124)}의 하부 접합부와 하측에서 인접하는 열교환 유닛(10)의 상부 열교환 플레이트(11)의 상면을 접합시킴에 의해서 형성되는 통로는, 상하로 인접하는 열교환 유닛(10)의 내부공간(14) 상호를 연통시키는 연통로(22)가 된다.
또, 하부 열교환 플레이트(12)의 우측 후방의 코너부의 하부 관통구멍(122)의 하부 접합부와 하측에서 인접하는 7층째의 열교환 유닛(10)의 상부 열교환 플레이트(11)의 상면을 접합함에 의해서 형성되는 통로는, 상하로 인접하는 열교환 유닛(10)의 사이의 배기공간(15)과 비연통상태로 구획되고, 또한 8층째의 내부공간(14)과 연통하는 유로(35)가 된다.
또한, 8층째의 열교환 유닛(10)에서도, 7층째의 열교환 유닛(10)과 마찬가지로, 좌측 전후 양방의 코너부의 2개의 유입구(23)에서 내부공간(14)으로 유입된 물은 하부 열교환 플레이트(12)의 우측 후방의 코너부의 유출구(24)로 향해서 배기구멍(13)에 충돌하면서 좌우방향으로 흐른다.
또, 7층째와 8층째의 열교환 유닛(10)에서는, 이들 열교환 유닛(10)이 서로 겹쳐졌을 때, 좌측 전후 양방의 코너부의 유입구(23) 및 유출구(24)는 동일 축선상에 위치한다. 그렇기 때문에, 7층째의 열교환 유닛(10)의 내부공간(14)으로 유입된 물의 일부는 직선적으로 상측의 유출구(24)로 향해서 흐르고, 유출구(24)에서 연통로(22)를 통해서 8층째의 열교환 유닛(10)의 내부공간(14)으로 유입된다. 따라서, 7층째와 8층째의 열교환 유닛(10)으로 유입되 물은 각 열교환 유닛(10) 내를 좌우방향에서 동일한 방향(도면에서는 좌측에서 우측)으로 흐른다.
또, 8층째의 열교환 유닛(10)의 유출구(24)는, 상술한 7층째와 8층째의 열교환 유닛(10)의 사이의 배기공간(15)과 비연통상태로 구획된 유로(35) 및 7층째의 열교환 유닛(10)의 상부 열교환 플레이트(11)의 우측 후방의 코너부의 상부 관통구멍(112)을 통해서 7층째의 열교환 유닛(10)의 내부공간(14)과 연통한다. 따라서, 상기 유로(35)는 상측에서 하측으로 물이 흐르는 연통로가 된다. 그리고, 이들 7층째 및 8층째의 열교환 유닛(10)의 우측 후방의 코너부의 유출구(24)는, 상술한 1층째 내지 6층째의 열교환 유닛(10)의 내부공간(14)과 비연통상태로 구회되는 유로(34) 및 1층째에서부터 7층째까지의 상하로 인접하는 열교환 유닛(10)의 사이의 배기공간(15)과 비연통상태로 구획되는 유로(35)의 상측에 위치한다.
또한, 1층째의 열교환 유닛(10)의 내부공간(14)과 비연통상태로 구획되는 유로(34)는, 1층째의 열교환 유닛(10)의 하부 열교환 플레이트(12)의 우측 후방의 코너부의 하부 관통구멍(122)과 연통한다.
따라서, 7층째 및 8층째의 열교환 유닛(10)의 우측 후방의 코너부의 유출구(24)에서 유출되는 물은, 이들 유출구(24)의 하측에 위치하는 열교환 유닛(10)의 내부공간(14) 및 이들 유출구(24)의 하측에 위치하는 열교환 유닛(10) 사이의 배기공간(15)을 비연통상태로 관통하는 유로(34, 35)를 통해서 하측으로 흐른다.
즉, 본 실시형태에서는, 최상층인 8층째의 열교환 유닛(10)과, 8층째의 열교환 유닛(10)의 유출구(24)와 유로(35)를 통해서 연통하는 7층째의 열교환 유닛(10)이 버너측 열교환부를 형성한다.
또, 7층째의 열교환 유닛(10)을 흐르는 물의 일부는 8층째의 열교환 유닛(10)으로 유입되는 일 없이 7층째의 열교환 유닛(10)의 우측 후방의 코너부의 유출구(24)에서 유출된다. 따라서, 8층째의 열교환 유닛(10)의 유출구(24)와, 8층째의 열교환 유닛(10)의 유출구(24)와 유로(35)를 통해서 연통하는 7층째의 열교환 유닛(10)의 유출구(24){이것들의 열교환 유닛(10)의 하부 열교환 플레이트(12)의 우측 후방의 코너부의 하부 관통구멍(122)}가 최종 유출구를 형성한다.
또, 이 최종 유출구와 같은 축선상에 위치하는 1층째에서부터 6층째까지의 내부공간(14)을 비연통상태로 관통하는 유로(34) 및 1층째 내지 7층째의 열교환 유닛(10)의 사이의 배기공간(15)을 비연통상태로 관통하는 유로(35)의 접합체가 유출유로(33)를 형성한다.
또한, 1층째의 열교환 유닛(10)의 하측에는, 통과구멍(52)이 1층째의 열교환 유닛(10)의 배기구멍(13)과 좌우방향에서 반 피치 어긋나 있는 것 이외에는 상기 1층째의 열교환 유닛(10)의 하부 열교환 플레이트(12)와 동일한 구성을 가지는 편향 플레이트(5)가 배치되어 있다.
1층째의 열교환 유닛(10)의 하부 열교환 플레이트(12)의 우측 전후 양방의 코너부의 하부 관통구멍(121, 122)의 하부 접합부와 편향 플레이트(5)의 상면을 접합시키면, 1층째의 열교환 유닛(10)의 하부 열교환 플레이트(12)와 편향 플레이트(5)의 사이에 배기공간(16)과 이 배기공간(16)과 비연통상태로 구획된 통로가 형성된다. 이것에 의해서, 버너(31)에서의 연소배기는 플레이트 적층체(100) 내를 8층째에서부터 1층째까지의 열교환 유닛(10)을 가열하면서 하측으로 향해서 흐른다. 그리고, 최하층의 열교환 유닛(10)의 배기구멍(13)을 통과한 연소배기는, 최하층의 열교환 유닛(10)의 하부 열교환 플레이트(12)와 편향 플레이트(5)의 사이의 배기공간(16)을 흐른다. 이것에 의해서, 최하층의 열교환 유닛(10)에서도 상하 양면에서 내부공간(14)을 흐르는 물을 가열할 수 있어, 한층 더 열효율을 향상시킬 수 있다.
또, 최하층의 열교환 유닛(10)의 유입구(23)는 편향 플레이트(5)의 우측 전방의 코너부의 관통구멍(50)을 통해서 유입관(20)과 접속된다. 또, 유출유로(33)의 하단은 편향 플레이트(5)의 우측 후방의 코너부의 관통구멍(51)을 통해서 유출관(21)과 접속된다.
상기 구조를 가지는 열교환기(1)에 의하면, 유입관(20)으로부터의 물이 1층째의 열교환 유닛(10)의 유입구(23)를 통해서 플레이트 적층체(100) 내로 유입된다. 상하로 인접하는 열교환 유닛(10)에서는 일방의 열교환 유닛(10)의 적어도 1개의 유출구(24)와 타방의 열교환 유닛(10)의 적어도 1개의 유입구(23)가 연통로(22)에 의해서 접속되어 있기 때문에, 유입관(20)에서 최하층의 열교환 유닛(10)으로 유입된 물은 플레이트 적층체(100)를 하측에서 상측(연소배기의 하류측에서 상류측)으로 향해서 흐른다. 또, 플레이트 적층체(100)를 하측에서 상측으로 흐르는 물은, 버너측 열교환부를 구성하는 7층째 및 8층째의 열교환 유닛(10)의 최종 유출구에서 이것보다 하측의 플레이트 적층체(100)를 관통하도록 형성되는 유출유로(33)를 통해서 유출관(21)으로 유출된다.
따라서, 유입관(20) 및 유출관(21) 모두는 버너(31) 측과는 반대측인 1층째의 열교환 유닛(10)에서 하측으로 연장되게 설치할 수 있다. 이것에 의해서, 버너(31)와 열교환기(1)의 사이에 유입관(20)이나 유출관(21)이 설치되지 않기 때문에, 버너(31)의 화염이 유입관(20) 및 유출관(21)에 접촉하는 것을 방지할 수 있다. 또, 연소배기가 열교환기(1)에 공급되기 전에 유입관(20)이나 유출관(21)에 접촉하는 것을 방지할 수 있다.
또, 유출유로(33)는 버너측 열교환부를 구성하는 7층째와 8층째의 열교환 유닛(10)보다도 하측인 1층째 내지 6층째의 열교환 유닛(10)의 내부공간(14)을 비연통상태로 관통한다. 그렇기 때문에, 연소배기의 상류측에 위치하는 버너측 열교환부에서 유출유로(33)로 흐르는 가장 가열된 물은, 하측의 열교환 유닛(10)의 내부공간(14)을 흐르는 충분히 가열되지 않은 물과 혼합되지 않는다. 이것에 의해서, 열효율을 향상시킬 수 있다.
또, 급탕기의 하측에는 일반적으로 일정한 크기의 스페이스가 형성된다. 따라서, 직관으로 이루어지는 유입관(20) 및 유출관(21)이 1층째의 열교환 유닛(10)에서 하측으로 수직으로 연장되게 설치되더라도, 이들 배관과 다른 기기의 간섭을 회피할 수 있다. 이것에 의해서, 유입관(20) 및 유출관(21)에 굽힘구조가 적은 배관을 사용할 수 있다.
또, 상기 구조를 가지는 열교환기(1)에 의하면, 상하로 인접하는 열교환 유닛(10)의 내부공간(14) 상호를 연통시키는 연통로(22) 및 유출유로(33)는 모두 버링구멍인 상하 관통구멍의 상하 접합부와 상부 열교환 플레이트(11) 또는 하부 열교환 플레이트(12)를 접합시킨 접합체로 이루어진다. 따라서, 제조 코스트를 저감할 수 있다. 또, 급탕기의 높이를 저감할 수 있다.
또, 1층째 내지 6층째의 열교환 유닛(10)의 내부공간(14)을 흐르는 물은 동일 방향으로 흐른다. 또, 7층째와 8층째의 열교환기(1)의 내부공간(14)을 흐르는 물은 1층째 내지 6층째의 열교환 유닛(10)의 내부공간(14)을 흐르는 물의 방향과는 역방향으로 동일 방향으로 흐른다. 따라서, 열교환기(1) 내에서의 유로의 되접어 구부린 부분이 적기 때문에, 물 빼기 성능을 향상시킬 수 있다.
또, 각 열교환 유닛(10)은 코너부를 둥글게 한 대략 장원형상을 가지는 상하 열교환 플레이트(11, 12)로 형성되어 있기 때문에, 직사각형상의 금속판이 사용되는 경우에 비해서 접합시에 코너부에 간극이 생기기 어려움으로 접합불량이 생기기 어렵다. 또, 열교환기(1)의 상측의 연소실(2)도 대략 장원형상으로 형성할 수 있기 때문에, 이들 케이싱을 접합개소가 적은 소수의 금속판에 의해서 형성할 수 있다. 이것에 의해서, 제조공정을 더 간소화할 수 있어, 제조 코스트를 저감할 수 있다. 또, 설치 스페이스를 작게 할 수 있다. 또한, 각 열교환 유닛(10)은 대략 타원형상 또는 대략 원형상을 가지는 상하 열교환 플레이트(11, 12)로 형성되어도 좋다.
본 실시형태에 있어서, 열교환기(1)의 하측 가장자리에는, 열교환기(1)를 하측에서 덮는 드레인 받이(40)가 연접되어 있다. 드레인 받이(40)는 예를 들면 스테인리스계 금속으로 형성된다. 드레인 받이(40)의 측방 일단은 배기덕트(41)에 연통되어 있다. 따라서, 열교환기(1)를 통과한 연소배기는 드레인 받이(40)를 통해서 배기덕트(41)로 흐른다. 또, 드레인 배출구(42)는 배기덕트(41)에 개구되는 개구부 근방에 형성된다. 드레인 배출구(42)는 도시하지 않은 드레인 중화기에 연결된다.
유입관(20) 및 유출관(21)은 드레인 받이(40)의 저면을 관통하여 하측으로 연장되게 설치된다. 열교환기(1) 내에서 발생하는 드레인은 유입관(20) 및 유출관(21)을 따라서 하측으로 흐르고, 드레인 받이(40)를 관통하는 관통개소에 집중되기 쉽다. 그 결과, 관통개소에 산성의 드레인이 체류하게 되면 부식이 생기기 쉽다. 그렇기 때문에, 드레인 받이(40)의 저면은 유입관(20) 및 유출관(21)의 관통개소에서 드레인 배출구(42)로 향해서 하측으로 경사지는 경사면을 가진다. 이것에 의해서, 관통개소에 드레인이 체류하는 일 없이 원활하게 드레인을 외부로 배출시킬 수 있다.
드레인 받이(40)에서 외부로 도출되는 유입관(20) 및 유출관(21)에는, 도 6에 나타내는 바와 같이, 각각 제 1 및 제 2 바이패스관(28, 29)의 일단이 접속된다. 제 1 및 제 2 바이패스관(28, 29)의 타단은 각각 연소실(2)의 둘레벽(25)의 외면에 감겨진 권회관(27)의 상류단 및 하류단과 접속된다. 따라서, 유입관(20)을 흐르는 물은 열교환기(1)에서 가열되기 전에 유입관(20)에서 분기되는 제 1 바이패스관(28)을 통해서 권회관(27)을 흐른다. 또, 권회관(27)을 흐르는 물은 제 2 바이패스관(29)을 통해서 열교환기(1)에서 가열된 물에 합류된다. 이것에 의해서, 저온의 물로 연소실(2)의 둘레벽을 효율적으로 냉각할 수 있다. 또, 권회관(27)은 연소실(2)의 둘레벽(25)의 외면에 감겨져 있기 때문에, 버너(31)의 화염이나 버너(31)에서의 연소배기가 권회관(27)에 접촉하는 것을 방지할 수 있다. 또, 권회관(27) 내를 흐르는 물은 연소실(2)의 둘레벽(25)의 열에 의해서 가열되기 때문에, 효율적으로 물을 가열할 수 있다. 이것에 의해서, 보다 연소성능 및 열효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 도 7에 나타내는 바와 같이, 권회관(37)은 연소실(2)의 둘레벽(25)의 내면에 감겨져 있어도 좋다. 이 경우, 권회관(37)의 상류단 및 하류단은 각각 최상층의 열교환 유닛(10)의 내부공간(14)과 연통하는 제 1 및 제 2 연결관(38, 39)과 접속된다. 이것에 의하면, 권회관(37)은 최상층의 열교환 유닛(10)의 내부공간(14)과 연통되어 있기 때문에, 열교환기(1)에서 가열된 후의 물이 권회관(37)을 흐른다. 따라서, 연소실(2) 내에 권회관(37)이 배치되어 있어도, 연소실(2) 내에 유입관(20)이 배치되어 있는 경우에 비해서, 버너(31)의 화염 및 연소배기의 온도의 저하는 적다. 또, 연소실(2)의 열을 이용하여 효율적으로 물을 가열할 수 있기 때문에, 한층 더 연소성능 및 열효율을 향상시킬 수 있다.
다만, 제 1 및 제 2 바이패스관(28, 29)을 통해서 유입관(20) 및 유출관(21)과 연통시킨 권회관(27)을 연소실(2)의 둘레벽(25)의 외면에 감은 경우, 보다 저온의 물로 연소실(2)을 냉각 할 수 있다. 그렇기 때문에, 열교환기(1)와 연통하며 또한 연소실(2)의 둘레벽(25)의 내면에 감은 권회관(37)보다도 권회관(27)의 직경을 약 30% 작게 할 수 있어, 권회작업이 보다 용이하게 된다.
이상과 같이, 본 발명에 의하면, 버너(31)의 화염이나 연소배기가 유입관(20) 및 유출관(21)에 접촉하는 것을 방지할 수 있기 때문에, 연소성능을 개선할 수 있음과 아울러, 열효율을 향상시킬 수 있다. 또, 유입관(20) 및 유출관(21)으로서 굽힘구조가 적은 배관을 사용할 수 있기 때문에, 제조공정을 간소화할 수 있어 제조 코스트를 저감할 수 있을 뿐만 아니라, 물 빼기 성능도 향상시킬 수 있다. 또한, 큰 설치 스페이스를 필요로 하지 않는 콤팩트한 열원기를 제공할 수 있다.
또한, 상기 실시형태에서는, 플레이트 적층체(100)의 상측 2층(7층째와 8층째)의 열교환 유닛(10)의 내부공간(14)을 연통시킴에 의해서 이들 열교환 유닛(10)이 버너측 열교환부를 형성하고, 또 이것들의 유출구(24)가 유출유로(33)와 연통하는 최종 유출구를 형성하는 구성으로 하였다. 그러나, 최상층의 열교환 유닛(10)만으로 버너측 열교환부를 형성하고, 그 유출구(24)를 유출유로(33)와 연통시켜서 최종 유출구로 하여도 좋다. 또, 상측 3층 이상의 열교환 유닛(10)이 버너측 열교환부를 형성하고, 이것들의 유출구(24)를 유출유로(33)와 연통하는 최종 유출구로 하여도 좋다. 또, 최하층의 열교환 유닛(10)에서 상측의 임의의 열교환 유닛(10)으로 일부의 물이 흐르도록 단락 유로를 형성하여도 좋다.
또, 상기 실시형태에서는 급탕기가 이용되고 있으나 보일러 등의 열원기가 이용되어도 좋다.
또, 상기 실시형태에서는 하향의 연소면(30)을 가지는 버너(31)를 열교환기(1)의 상측에 배치하는 구성으로 하였다. 그러나, 상향의 연소면을 가지는 버너를 열교환기(1)의 하측에 배치하고, 최상층의 열교환 유닛에서 상측으로 향해서 유입관(20) 및 유출관(21)이 돌출되도록 형성하는 구성으로 하여도 좋다.
또한, 상기 실시형태에서는 열교환 유닛(10)을 상하로 인접시켜서 플레이트 적층체(100)를 형성하였다. 그러나, 열교환 유닛(10)을 좌우로 인접시켜서 플레이트 적층체(100)를 형성하고, 그 좌우의 어느 일방측에 가로방향의 연소면을 가지는 버너를 배치하고, 타방측에서 유입관(20) 및 유출관(21)을 돌출시키는 구성으로 하여도 좋다.
또, 상기 실시형태에서는 상하로 인접하는 열교환 유닛(10)을 이들 사이에 배기공간(15)이 형성되도록 적층하였다. 그러나, 배기공간(15)을 형성하는 일 없이 열교환 유닛(10)을 직접 적층하여도 좋다.
또한, 유출유로(33)는 버너측 열교환부보다도 연소배기의 하류측에 위치하는 열교환 유닛(10)의 내부공간(14)에 대해서 부분적으로 연통상태이어도 좋다. 예를 들면, 유로(34)에 구멍이나 슬릿을 형성함에 의해서 피가열유체의 일부가 유로(34)에서 내부공간(14)으로 유입되어도 좋다.
1 - 열교환기 10 - 열교환 유닛
11 - 상부 열교환 플레이트 12 - 하부 열교환 플레이트
13 - 배기구멍 14 - 내부공간
15 - 배기공간 100 - 플레이트 적층체
20 - 유입관 21 - 유출관
22 - 연통로 30 - 연소면
31 - 버너 33 - 유출유로

Claims (11)

  1. 버너에서 분출되는 연소배기의 하류측에 배치되는 열교환기로서,
    피가열유체가 흐르는 내부공간과, 상기 내부공간에 대해서 비연통상태로 관통하며 상기 연소배기가 흐르는 복수의 배기구멍과, 상기 내부공간으로 피가열유체를 유입시키는 적어도 1개의 유입구와, 상기 내부공간에서 피가열유체를 유출시키는 적어도 1개의 유출구를 가지는 열교환 유닛을 연소배기의 흐름방향으로 복수 적층시킨 플레이트 적층체로 이루어지고,
    인접하는 열교환 유닛 각각의 내부공간은 일방의 열교환 유닛의 유출구와 타방의 열교환 유닛의 유입구를 통해서 서로 연통되어 있고,
    상기 플레이트 적층체 중, 상기 연소배기의 최하류측에 위치하는 열교환 유닛에는 피가열유체를 유입시키는 유입관과 피가열유체를 유출시키는 유출관이 각각 연소배기의 하류측으로 돌출되도록 설치되는 구성으로 한 열교환기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 플레이트 적층체 중, 적어도 상기 연소배기의 최하류측에 위치하는 열교환 유닛의 내부공간에 대해서 비연통상태로 관통하는 유출유로가 상기 유출관에 연통하도록 형성되고,
    상기 플레이트 적층체 중, 적어도 상기 연소배기의 최상류측에 위치하는 열교환 유닛은 버너측 열교환부를 구성하고,
    상기 버너측 열교환부를 구성하는 열교환 유닛의 적어도 1개의 유출구는 상기 유출유로에 연통하는 열교환기.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 버너측 열교환부는 상기 연소배기의 최상류측에 위치하는 열교환 유닛과, 적어도 상기 연소배기의 최상류측에 위치하는 열교환 유닛으로부터 2번째에 위치하는 열교환 유닛을 포함하는 구성으로 하고,
    상기 유출유로는 상기 버너측 열교환부보다도 상기 연소배기의 하류측에 위치하는 열교환 유닛의 내부공간에 대해서 비연통상태로 관통하여 상기 유출관과 연통하는 열교환기.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 각 열교환 유닛은 2장의 열교환 플레이트가 상기 내부공간을 가지도록 서로 겹쳐져 있고,
    상기 유출유로는 2장의 열교환 플레이트에 형성된 버링구멍의 접합체로 이루어지는 열교환기.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 각 열교환 유닛은 2장의 열교환 플레이트가 상기 내부공간을 가지도록 서로 겹쳐져 있고,
    상기 유출유로는 2장의 열교환 플레이트에 형성된 버링구멍의 접합체로 이루어지는 열교환기.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 2장의 열교환 플레이트는 각각 장원형상, 타원형상, 또는 원형상을 가지는 열교환기.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 2장의 열교환 플레이트는 각각 장원형상, 타원형상, 또는 원형상을 가지는 열교환기.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 버너는 하향의 연소면을 가지고 있고,
    상기 플레이트 적층체는 상기 버너의 하측에 배치되어 있고,
    상기 유입관 및 유출관은 각각 상기 연소배기의 최하류측에 위치하는 최하층의 열교환 유닛에서 하측으로 돌출되도록 형성되는 열교환기.
  9. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 기재된 열교환기를 구비한 열원기에 있어서,
    상기 버너와 상기 열교환기의 사이에 연소실이 형성되고,
    상기 연소실의 둘레벽의 외면을 따라서 권회관(卷回管)이 감겨지고,
    상기 권회관의 상류단 및 하류단은 각각 상기 유입관 및 상기 유출관과 연통되어 있는 열원기.
  10. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 기재된 열교환기를 구비한 열원기에 있어서,
    상기 버너와 상기 열교환기의 사이에 연소실이 형성되고,
    상기 연소실의 둘레벽의 내면을 따라서 권회관이 감겨지고,
    상기 권회관의 상류단 및 하류단은 각각 상기 연소배기의 최상류측에 위치하는 열교환 유닛의 내부공간에 연통되어 있는 열원기.
  11. 청구항 8에 기재된 열교환기를 구비한 열원기에 있어서,
    상기 열교환기의 하측에 형성된 드레인 받이를 가지고 있고,
    상기 유입관 및 상기 유출관은 상기 드레인 받이의 저면을 관통하여 하측으로 연장되게 설치되고,
    상기 드레인 받이는 상기 열교환기에서 적하되는 드레인을 배출하는 드레인 배출구를 가지고 있고,
    상기 드레인 받이의 저면은 상기 유입관 및 상기 유출관의 관통개소에서 상기 드레인 배출구를 향해서 하측으로 경사지는 경사면을 가지는 열원기.
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