JP2022061054A

JP2022061054A - プレート式熱交換器

Info

Publication number: JP2022061054A
Application number: JP2020168811A
Authority: JP
Inventors: 貴大小野; Takahiro Ono
Original assignee: Rinnai Corp
Current assignee: Rinnai Corp
Priority date: 2020-10-06
Filing date: 2020-10-06
Publication date: 2022-04-18
Also published as: US20220107144A1; KR20220045914A

Abstract

【課題】組付け不良の少ない、高熱効率のプレート式熱交換器を提供する。【解決手段】複数の熱交換体１０を積層して構成されるプレート式熱交換器１であって、隣接する熱交換体１０は、一方の熱交換体１０の内部空間１４と他方の熱交換体１０の内部空間１４とが各熱交換体１０に設けられた一方開口１２ｅと他方開口１１ｅを介して連通するように積層されており、一方の熱交換体１０は、一方開口１２ｅの周縁部に、他方の熱交換体１０の対向する他方開口１１ｅに挿入される挿入壁１２ｊを有し、挿入壁１２ｊの先端部は、周方向で不連続な突出高さを有する。【選択図】図８

Description

本発明は、複数の熱交換体を積層して構成されるプレート式熱交換器に関する。

上熱交換プレートと下熱交換プレートとが接合された複数の熱交換体を備えるプレート式熱交換器が提案されている（例えば、特許文献１）。各熱交換体は、上熱交換プレートと下熱交換プレートとの間に熱媒が流通する内部空間と、内部空間を非連通状態で貫通し、燃焼排気が上下方向に流通する複数の貫通孔とを有する。

各熱交換体は、内部空間と連通する少なくとも１つの開口を有する。また、各開口は、隣接する熱交換体の開口と対向するように配置されている。このため、上記プレート式熱交換器における隣接する熱交換体は、熱媒が開口を介して下方から上方に向かって流れるように相互に連通されている。また、燃焼排気のガス流路の最下流に位置する最下流熱交換体の１つの開口に熱媒を供給する流入管が挿通されている。さらに、最下流熱交換体の他の１つの開口から最上流熱交換体の１つの開口まで流出管が挿通されている。従って、このプレート式熱交換器では、流入管から最下流熱交換体へ流入する熱媒は、最下流熱交換体から最上流熱交換体に向かって積層された熱交換体内を流れ、最上流熱交換体の開口から流出管に流出する。これにより、熱効率を高めることができる。

特開２０２０－８５３６２号公報

ところで、特許文献１のプレート式熱交換器を製造する場合、多数の上下熱交換プレートを積層させて、上下熱交換プレートの所定箇所をロウ材等の接合手段により接合する必要がある。そのため、組付け誤差が生じやすく、隣接する熱交換体の開口がずれて配置されやすい。このような開口のずれが生じると、内部空間から熱交換体の外部へ熱媒が漏洩するという問題がある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、組付け不良の少ない、高熱効率のプレート式熱交換器を提供することにある。

本発明によれば、
複数の熱交換体を積層して構成されるプレート式熱交換器であって、
各熱交換体は、前記熱交換体の内部空間を流通する第１流体と、前記熱交換体の外部を流通する第２流体との間で熱交換を行うように構成され、
前記複数の熱交換体における隣接する熱交換体は、一方の熱交換体の前記内部空間と他方の熱交換体の前記内部空間とが前記一方の熱交換体に設けられた一方開口と前記他方の熱交換体に設けられた他方開口を介して連通するように積層されており、
前記一方の熱交換体は、前記一方開口の周縁部に、前記一方の熱交換体と前記他方の熱交換体とが積層されたとき、前記他方開口に挿入される挿入壁を有し、
前記挿入壁は、先端部が周方向で不連続な突出高さを有するように形成されているプレート式熱交換器が提供される。

上記プレート式熱交換器によれば、一方開口の周縁部には他方開口に挿入される挿入壁が設けられているから、一方の熱交換体と他方の熱交換体とが積層されたとき、組付け誤差により対向する一方開口と他方開口とがずれて配置されると、挿入壁が他方開口の周縁部に乗り上げる。そのため、隣接する熱交換体の間の隙間は適切な積層状態におけるそれよりも大きくなる。これにより、組付け不良を容易に確認することができる。

一方、一方開口及び他方開口は各熱交換体の内部空間と連通しており、挿入壁は他方開口に挿入されるため、他方の熱交換体の内部空間に挿入壁が突出する。そのため、挿入壁によって他方開口近傍の内部空間を流れる第１流体の流路抵抗が増加して熱効率が低下する虞がある。

しかしながら、上記プレート式熱交換器によれば、挿入壁の先端部は周方向で不連続な突出高さを有するから、挿入壁の先端部には周方向に一定幅の切欠が形成される。このため、挿入壁が他方の熱交換体の内部空間に突出していても、第１流体は切欠を通って流通するから、他方開口近傍の第１流体の流路の減少は小さい。これにより、挿入壁による内部空間を流れる第１流体の流路抵抗の増加を抑制して、熱効率の低下を防止することができる。

好ましくは、上記プレート式熱交換器において、
前記各熱交換体は、一組の熱交換プレートを接合することによって形成され、
前記一組の熱交換プレートのうち一方の熱交換プレートは、周縁に前記熱交換体の積層方向の一方側に立設する外周フランジ部を有し、
前記一方の熱交換プレートと、前記一方側に隣接する熱交換体における前記一方の熱交換プレートに近い側の近接熱交換プレートとは、前記外周フランジ部と前記近接熱交換プレートの周縁とが前記熱交換体の積層方向において所定の重ね代で重なり合うように積層され、
前記挿入壁は、前記先端部の最大突出高さが前記重ね代よりも大きくなるように設定される。

上記プレート式熱交換器によれば、挿入壁は、先端部の最大突出高さが重ね代よりも大きくなるように設定されるから、組付け誤差により挿入壁の先端部が他方開口の周縁部に乗り上げると、隣接する熱交換体の周縁の間に一定の高さの隙間が生じる。これにより、確実に組付け不良を確認することができる。

好ましくは、上記プレート式熱交換器において、
前記挿入壁は、前記先端部が基端部よりも前記一方開口の内方に位置するように形成される。

上記プレート式熱交換器によれば、組付け時に挿入壁が他方開口内に導かれやすくなる。これにより、さらに組付け不良を低減することができる。

好ましくは、上記プレート式熱交換器において、
前記他方の熱交換体は、前記他方開口の周縁部に、前記一方開口側に向かって凹となる凹部を有する。

上記プレート式熱交換器によれば、他方の熱交換体は他方開口の周縁部に一方開口側に向かって凹となる凹部を有するから、挿入壁が他方開口に挿入されたとき、挿入壁の先端部が他方の熱交換体の内部空間に大きく突出するのを防止することができる。これにより、他方開口近傍の内部空間を流れる第１流体の流路抵抗の増加を抑えることができる。

以上のように、本発明によれば、組付け不良の少ない高熱効率のプレート式熱交換器を製造することができる。

図１は、本発明の実施の形態に係る熱交換器を有する熱源機を示す概略部分切欠斜視図である。図２は、本発明の実施の形態に係る熱交換器を示す概略部分分解斜視図である。図３は、本発明の実施の形態に係る熱交換器における燃焼排気と熱媒の流れを説明する概略模式図である。図４は、本発明の実施の形態に係る熱交換器における燃焼排気のガス流路の上流域における２つの熱交換体を示す概略分解斜視図である。図５は、本発明の実施の形態に係る熱交換器における熱交換体を構成する一方の熱交換プレートの上面の一例を示す概略平面図である。図６は、本発明の実施の形態に係る熱交換器における熱交換体を構成する他方の熱交換プレートの上面の一例を示す概略平面図である。図７は、図６の他方の熱交換プレートの下面の一例を示す概略部分斜視図である。図８は、本発明の実施の形態に係る熱交換器を示す概略部分断面図である。図９は、本発明の他の実施の形態に係る熱交換器を示す概略部分断面図である。

以下、本実施の形態に係るプレート式熱交換器及びそれを備える熱源機について、添付図面を参照しながら具体的に説明する。

図１に示すように、本実施の形態に係る熱源機は、流入管２０から熱交換器１内に流入する第１流体である水（熱媒）を、バーナ３１で生成される第２流体である燃焼排気により加熱し、流出管２１を通じてカランやシャワーなどの温水利用先（図示せず）に供給する給湯器である。図示しないが、給湯器は、ケーシング内に組み込まれる。なお、熱媒として、他の熱媒（例えば、不凍液）が用いられてもよい。

この給湯器では、上方から順に、バーナ３１の外郭を構成するバーナボディ３、燃焼室２、熱交換器１、及びドレン受け４０が配設される。また、バーナボディ３の一方側方（図１では、右側）には、バーナボディ３内に燃料ガスと空気との混合ガスを送り込む燃焼ファンを備えるファンケース４が配設される。また、バーナボディ３の他方側方（図１では、左側）には、ドレン受け４０と連通する排気ダクト４１が配設される。排気ダクト４１は、ドレン受け４０に排出される燃焼排気を給湯器の外部に排出する。

なお、本明細書では、ファンケース４及び排気ダクト４１がバーナボディ３の側方にそれぞれ配置された状態で給湯器を見たとき、奥行方向が前後方向に対応し、幅方向が左右方向に対応し、高さ方向が上下方向に対応する。

バーナボディ３は、平面視略小判形状を有し、例えば、ステンレス系金属で形成される。図示しないが、バーナボディ３は、下方に開放している。

ファンケース４と連通するガス導入部は、バーナボディ３の中央部から上方に突出している。バーナボディ３は、下向きの燃焼面３０を有する平面状のバーナ３１を備える。燃焼ファンを作動させることにより、混合ガスがバーナボディ３内に供給される。

バーナ３１は、全一次空気燃焼式であり、例えば、下向きに開口する多数の炎孔（図示せず）を有するセラミックス製の燃焼プレート、または金属繊維をネット状に編み込んだ燃焼マットからなる。バーナボディ３内に供給された混合ガスが、燃焼ファンの給気圧によって、下向きの燃焼面３０から下方へ向けて噴出される。この混合ガスを着火させることにより、バーナ３１の燃焼面３０に火炎が形成され、燃焼排気が生成される。従って、バーナ３１から噴出される燃焼排気は、燃焼室２を介して熱交換器１に送り込まれる。次いで、熱交換器１を通過した燃焼排気は、ドレン受け４０及び排気ダクト４１を通って給湯器の外部に排出される。

すなわち、この熱交換器１では、バーナ３１が設けられている上方側が燃焼排気のガス流路の上流側に対応し、バーナ３１が設けられている側と反対側の下方側が燃焼排気のガス流路の下流側に対応する。

燃焼室２は、平面視略小判形状を有する。燃焼室２は、例えば、ステンレス系金属で形成される。燃焼室２は、上下に開放するように、一枚の略長方形状の金属板を湾曲させて両端部を接合することにより形成される。

図２に示すように、熱交換器１は、平面視略小判形状を有する。熱交換器１は、複数（ここでは、１３層）の薄板状の熱交換体１０が積層されたプレート式熱交換器である。なお、熱交換器１は、その周囲を覆う筐体を有してもよい。

図２及び図３に示すように、熱交換器１は、１または複数の熱交換体１０を有する複数（ここでは、４段）のブロック５を上下方向に積み重ねて構成されている（以下、これらのブロック５を総称する場合、単に「ブロック５」という。また、燃焼排気のガス流路に従って、最上段のブロック５を、「最上流ブロック５ａ」、中段のブロック５を、上流側から順に「第１下流側ブロック５ｂ」、「第２下流側ブロック５ｃ」、最下段のブロック５を、「最下流ブロック５ｄ」という）。最上流ブロック５ａ及び第１下流側ブロック５ｂはそれぞれ、１つの熱交換体１０から構成されている。また、第２下流側ブロック５ｃは、５つの熱交換体１０が積層されて構成されており、最下流ブロック５ｄは、６つの熱交換体１０が積層されて構成されている。なお、熱交換器１は、３つ以下または５つ以上のブロック５から構成されてもよい。後述するように、１つのブロック５が複数の熱交換体１０から構成される場合、水は、その１つのブロック５を構成する各熱交換体１０の内部を同一方向に並列に流れる。また、各ブロック５における隣接する熱交換体１０は、水が下方から上方に向かって流れるように相互に連通されている。また、隣接するブロック５は、水が下方から上方に向かって流れるように相互に連通されている。また、隣接するブロック５は、一方のブロック５における各熱交換体１０の内部を流れる水の流路方向が、他方のブロック５における各熱交換体１０の内部を流れる水の流路方向と逆方向となるように構成されている。従って、この熱交換器１は、ブロック５の段数に応じて４つの流路（４パス）を有するように、各ブロック５の水の流路は隣接するブロック５間で折り返されている。これにより、熱交換器１内に長い水の流路が形成され、熱効率を向上させることができる。

次に、熱交換体１０の構成について説明する。各熱交換体１０は、上下貫通孔の位置やコーナ部の通水孔の有無などの一部の構成が相違する以外は、共通の構成を有する一組の上熱交換プレート１１と下熱交換プレート１２とを上下方向に重ね合わせて、後述する所定箇所をロウ材等の接合手段で接合することにより形成される。このため、以下では、１つの熱交換体１０の構成を主に説明する。なお、各図面は、必ずしも実際の寸法を示したものでなく、実施形態を限定するものではない。

図２及び図４～図６に示すように、上下熱交換プレート１１，１２は、平面視略小判形状を有する。上下熱交換プレート１１，１２は、例えば、所定の厚さを有するステンレス製の金属板から形成される。上下熱交換プレート１１，１２はそれぞれ、コーナ部を除くプレートの略全面に形成された多数の上貫通孔１１ａ，下貫通孔１２ａと、上下貫通孔１１ａ，１２ａの周縁部に形成された上貫通孔フランジ部１１ｃ，下貫通孔フランジ部１２ｃとを有する。

上下熱交換プレート１１，１２の周縁にはそれぞれ、外周フランジ部として上方に向かって突出する上周縁接合部Ｗ１，下周縁接合部Ｗ２が形成されている。上下周縁接合部Ｗ１，Ｗ２はそれぞれ、上端部が基端部よりも斜め上外方に位置するように上方に向かって所定角度で広がる傾斜壁で形成されている。このため、上下熱交換プレート１１，１２を積層させると、１つの熱交換体１０において、上熱交換プレート１１が下熱交換プレート１２に内嵌する。また、上方の熱交換体１０の下熱交換プレート１２が下方に隣接する熱交換体１０の上熱交換プレート１１に内嵌する。従って、複数の上下熱交換プレート１１，１２を積層させると、上下熱交換プレート１１，１２は、熱交換体１０の積層方向において、これらの周縁接合部Ｗ１，Ｗ２が所定の重ね代Ｈｐで重なり合うように配置される（図８参照）。

上下熱交換プレート１１，１２は、１つの熱交換体１０において、下周縁接合部Ｗ２と上熱交換プレート１１の下面周縁とを接合させたときに、上下熱交換プレート１１，１２が所定高さの間隙を存して離間するように設定されている。また、上下熱交換プレート１１，１２は、上周縁接合部Ｗ１と上方に隣接する熱交換体１０の下熱交換プレート１２の下面周縁とを接合させたときに、下方の熱交換体１０の上熱交換プレート１１と、上方に隣接する熱交換体１０の下熱交換プレート１２とが所定高さの間隙を存して離間するように設定されている。

従って、上下熱交換プレート１１，１２を接合させることにより、所定の高さの内部空間１４が形成される（図３参照）。また、複数の熱交換体１０を接合させることにより、上下に隣接する熱交換体１０の間には、所定の高さの排気空間１５が形成される（図３参照）。

上下熱交換プレート１１，１２の周縁領域を除いた領域には、平面視略正方形状の上下貫通孔１１ａ，１２ａが前後及び左右方向に所定の間隔で千鳥状に開設されている。平面視略正方形状の上下貫通孔１１ａ，１２ａの周縁部に形成された上下貫通孔フランジ部１１ｃ，１２ｃは、上下貫通孔１１ａ，１２ａの開口縁から周方向外方に略水平に広がり、平面視略正方形状の外形を有する。また、上下熱交換プレート１１，１２の周縁領域には、平面視略五角形状の上下貫通孔１１ａ，１２ａが前後または左右方向に所定の間隔で開設されている。平面視略五角形状の上下貫通孔１１ａ，１２ａの周縁部に形成された上下貫通孔フランジ部１１ｃ，１２ｃは、上下貫通孔１１ａ，１２ａの開口縁から周方向外方に略水平に広がり、平面視略五角形状の外形を有する。上下貫通孔１１ａ，１２ａは、略円形状や略楕円形状などの他の形状を有してもよい。なお、全ての上下貫通孔１１ａ，１２ａは同一の大きさ及び形状を有してもよいし、全ての上下貫通孔フランジ部１１ｃ，１２ｃは同一の大きさ及び形状を有してもよい。

上下貫通孔１１ａ，１２ａ及び上下貫通孔フランジ部１１ｃ，１２ｃはそれぞれ、上下熱交換プレート１１，１２が重ね合わされたときに相互に対応する位置に形成されている。また、上下貫通孔１１ａ，１２ａ及び上下貫通孔フランジ部１１ｃ，１２ｃは、絞り加工により、上下熱交換プレート１１，１２が重ね合わされたときに対向する上下貫通孔フランジ部１１ｃ，１２ｃが面接触するように、内方に突出する段差部の底面に形成されている。

従って、上下熱交換プレート１１，１２が重ね合わされた状態で、上下貫通孔フランジ部１１ｃ，１２ｃがロウ材等の接合手段により接合されると、上下貫通孔フランジ部１１ｃ，１２ｃによって内部空間１４を閉塞するフランジ部１６が形成される（図８参照）。また、上下貫通孔１１ａ，１２ａによって内部空間１４を非連通状態で貫通する貫通孔１３が形成される。

最上層の熱交換体１０（以下、「最上流熱交換体１０ａ」という）の上熱交換プレート１１を除いて、上下熱交換プレート１１，１２はそれぞれ、少なくとも１つのコーナ部に、上通水孔１１ｅ，下通水孔１２ｅを有する。１つの熱交換体１０を形成する上下熱交換プレート１１，１２の少なくとも１つのコーナ部に設けられた上下通水孔１１ｅ，１２ｅは、上下熱交換プレート１１，１２が重ね合わされたとき、上下熱交換プレート１１，１２の間に形成される内部空間１４と連通するように開口している。

上下通水孔１１ｅ，１２ｅの周縁部にはそれぞれ、上下通水孔１１ｅ，１２ｅの開口縁１１ｈ，１２ｈから周方向外方に略水平に広がる上通水孔フランジ部１１ｆ，下通水孔フランジ部１２ｆが形成されている。上通水孔１１ｅ及び上通水孔フランジ部１１ｆはそれぞれ、隣接する熱交換体１０が重ね合わされたときに隣接する熱交換体１０の下通水孔１２ｅ及び下通水孔フランジ部１２ｆと相互に対応する位置に形成されている。また、上通水孔１１ｅ及び上通水孔フランジ部１１ｆは、絞り加工により、上熱交換プレート１１と上方に隣接する熱交換体１０の下熱交換プレート１２とが重ね合わされたときに対向する上下通水孔フランジ部１１ｆ，１２ｆが面接触するように、外方に向かって突出する段差部の上面に形成されている。同様に、下通水孔１２ｅ及び下通水孔フランジ部１２ｆは、絞り加工により、下熱交換プレート１２と下方に隣接する熱交換体１０の上熱交換プレート１１とが重ね合わされたときに対向する上下通水孔フランジ部１１ｆ，１２ｆが面接触するように、外方に向かって突出する段差部の底面に形成されている。

従って、隣接する熱交換体１０の上下熱交換プレート１１，１２が重ね合わされた状態で、上下通水孔フランジ部１１ｆ，１２ｆがロウ材等の接合手段により接合されると、上下通水孔フランジ部１１ｆ，１２ｆによって隣接する熱交換体１０の間の排気空間１５を閉塞する通水孔フランジ部６４が形成される（図８参照）。また、隣接する熱交換体１０における上下に対向する上下通水孔１１ｅ，１２ｅによって、内部空間１４と連通する通水孔６３が形成される。また、上下通水孔１１ｅ，１２ｅの周縁部における内部空間１４は、他の内部空間１４よりも上下方向で広くなっている。このため、上通水孔１１ｅの周縁部には、上方に凹の上凹部６５が形成され、下通水孔１２ｅの周縁部には、下方に凹の下凹部６６が形成される。

下通水孔１２ｅはバーリング加工によって開設されている。このため、図７及び図８に示すように、下通水孔１２ｅは、開口縁１２ｈから下方（燃焼排気のガス流路の下流側）に突出する挿入壁１２ｊを有する。また、燃焼排気のガス流路の最下流に位置する熱交換体１０（以下、「最下流熱交換体１０ｓ」という）の下熱交換プレート１２の下通水孔１２ｅ及び他の熱交換体１０の下熱交換プレート１２の右側後方の下通水孔１２ｅを除く下通水孔１２ｅの挿入壁１２ｊは、下通水孔１２ｅの開口縁１２ｈから下方に延びる筒状部１２ｍと、筒状部１２ｍの下端から周方向に所定の角度（例えば、１２０度）離間して下方に突出する複数の爪部１２ｎとを有する。このため、挿入壁１２ｊの先端部は、周方向で不連続な突出高さを有し、爪部１２ｎ間に一定幅の切欠１２ｐを有する。

また、挿入壁１２ｊは、上下熱交換プレート１１，１２が重ね合わされたときに上通水孔１１ｅから下方に突出する先端部の最大突出高さ（すなわち、爪部１２ｎの下端の突出高さ）Ｈｓが、挿入壁１２ｊが設けられている下熱交換プレート１２の下周縁接合部Ｗ２と、挿入壁１２ｊが挿入される上通水孔１１ｅを有する下方に隣接する熱交換体１０の上熱交換プレート１１の上周縁接合部Ｗ１との間の重ね代Ｈｐよりも大きくなるように設定されている。なお、挿入壁１２ｊは、２以下または４以上の爪部１２ｎを有してもよい。また、複数の爪部１２ｎが設けられる場合、爪部１２ｎの高さは異なってもよい。さらに、挿入壁１２ｊは、筒状部１２ｍのない爪部１２ｎのみから構成されてもよい。

挿入壁１２ｊの筒状部１２ｍは、対向する上通水孔１１ｅの内径よりも若干小さい外径を有し、爪部１２ｎの先端部は筒状部１２ｍよりも若干小さな外径を有する。このため、挿入壁１２ｊは、先端部が基端部よりも内方に位置するように形成されている。

従って、上下熱交換プレート１１．１２が適切に積層されている状態では、下熱交換プレート１２の下通水孔１２ｅに形成された挿入壁１２ｊは下方に隣接する熱交換体１０の上熱交換プレート１１の上通水孔１１ｅに挿入し、挿入壁１２ｊの先端部は上通水孔フランジ部１１ｆよりも下方に突出する。すなわち、本実施の形態では、下通水孔１２ｅが一方開口に対応し、上通水孔１１ｅが他方開口に対応する。なお、上熱交換プレート１１の上通水孔１１ｅもバーリング加工により形成してもよい。

図３に示すように、熱交換体１０の貫通孔１３はいずれも、隣接する熱交換体１０における一方の熱交換体１０の貫通孔１３が他方の熱交換体１０の貫通孔１３と、燃焼排気のガス流路方向に対して垂直に交差する左右方向にずれるように配置されている。すなわち、上下で隣接する熱交換体１０は、一方の熱交換体１０の貫通孔１３の投影面が他方の熱交換体１０の貫通孔１３と重ならないように配置されている。従って、上流側から流れてきた燃焼排気は、１つの熱交換体１０の貫通孔１３を通過した後、その熱交換体１０と下流側に隣接する熱交換体１０との間の排気空間１５に流れ出る。そして、排気空間１５に流れ出た燃焼排気は、下流側に隣接する熱交換体１０の上熱交換プレート１１に衝突し、下流側に隣接する熱交換体１０の貫通孔１３からさらに下流側に流れる。すなわち、燃焼排気が熱交換器１内を上流側から下流側に向かって流れるとき、熱交換器１内にはジグザグ状のガス流路が形成される。これにより、熱交換器１内における燃焼排気と上下熱交換プレート１１，１２との接触時間が増加する。

次に、図３を参照して、熱交換器１における燃焼排気及び水の流れを説明する。各ブロック５は、水をブロック５内部に導入する導入口７１と、水をブロック５外部に導出する導出口７２とを有する。導入口７１はそれぞれ、各ブロック５の燃焼排気のガス流路の最下流に位置する熱交換体１０の所定の下通水孔１２ｅによって構成される。また、導出口７２は、最上流ブロック５ａ以外の各ブロック５ｂ，５ｃ，５ｄにおける燃焼排気のガス流路の最上流に位置する熱交換体１０の所定の上通水孔１１ｅ、及び最上流ブロック５ａにおける熱交換体１０の所定の下通水孔１２ｅによって構成される。なお、煩雑化を避けるため、図３中、フランジ部１６や挿入壁１２ｊなどの一部の構成は省略されている。

最下流熱交換体１０ｓを形成する下熱交換プレート１２の右側前方のコーナ部の下通水孔１２ｅには、流入管２０が接続されている。また、最下流熱交換体１０ｓを形成する下熱交換プレート１２の右側後方のコーナ部の下通水孔１２ｅには、熱交換器１の一部を貫通するように最下流熱交換体１０ｓから最上流熱交換体１０ａまで上方に向かって延びる流出管２１が挿通されている。流出管２１の上端部は、最上流熱交換体１０ａを形成する下熱交換プレート１２の右側後方のコーナ部の下通水孔１２ｅに挿通されている。

流出管２１の上端開口部は、最上流熱交換体１０ａの内部空間１４と連通している。また、流出管２１が最下流熱交換体１０ｓから最上流熱交換体１０ａまで挿通されると、流出管２１は最上流熱交換体１０ａ以外の熱交換体１０の内部空間１４及び隣接する熱交換体１０間の全ての排気空間１５を非連通状態で貫通する。

従って、右側前方のコーナ部の下通水孔１２ｅ（導入口７１）から最下流ブロック５ｄの各熱交換体１０の内部空間１４内に流入する水は、内部空間１４内を左右方向の一方向（図３中、右側から左側）に流れる。また、左側前後両方のコーナ部の上下通水孔１１ｅ，１２ｅ（導出口７２及び導入口７１）を介して第２下流側ブロック５ｃの各熱交換体１０の内部空間１４に流入する水は、内部空間１４内を左右方向の一方向（図３中、左側から右側）に流れる。この第２下流側ブロック５ｃの熱交換体１０の内部空間１４を流通する水の流路方向は、最下流ブロック５ｄのそれと反対になる。また、右側前方のコーナ部の上下通水孔１１ｅ，１２ｅ（導出口７２及び導入口７１）を介して第１下流側ブロック５ｂの熱交換体１０（以下、「第２熱交換体１０ｂ」という）の内部空間１４内に流入する水は、内部空間１４内を左右方向の一方向（図３中、右側から左側）に流れる。この第２熱交換体１０ｂの内部空間１４を流通する水の流路方向は、第２下流側ブロック５ｃのそれと反対になる。また、左側前後両方のコーナ部の上下通水孔１１ｅ，１２ｅ（導出口７２及び導入口７１）を介して最上流熱交換体１０ａの内部空間１４内に流入する水は、内部空間１４内を左右方向の一方向（図３中、左側から右側）に流れる。この最上流熱交換体１０ａの内部空間１４を流通する水の流路方向は、第２熱交換体１０ｂのそれと反対になる。そして、最上流熱交換体１０ａの内部空間１４内を流通する水は、最上流熱交換体１０ａの右側後方のコーナ部の下通水孔１２ｅ（導出口７２）に挿通された流出管２１に流出する。流出管２１に流出する水は、流出管２１を流下し、熱交換器１の外部に流出する。このように、燃焼排気のガス流路の上流域における最上流熱交換体１０ａ及び第２熱交換体１０ｂは、第２熱交換体１０ｂの内部に流入する全ての水が最上流熱交換体１０ａに流入するように、直列に接続されている。また、最下流ブロック５ｄの複数の熱交換体１０は、複数の平行流路が形成されるように並列に接続されている。第２下流側ブロック５ｃも最下流ブロック５ｄと同様の構成を有する。

次に、本実施の形態の熱交換器１の製造方法について説明する。１枚の下枠プレート１０１、所定枚数の上下熱交換プレート１１，１２、及び１枚の上枠プレート１０２の所定箇所にロウ材等の接合手段を供給しながらこれらのプレートを積層させる。図示しないが、最下流熱交換体１０ｓの下熱交換プレート１２の下通水孔１２ｅの筒状部１２ｍの外径は、対応する下枠プレート１０１の開口の内径よりも若干小さく設定されている。

次いで、下枠プレート１０１の開口を介して最下流熱交換体１０ｓの右側前方の下通水孔１２ｅに流入管２０の上端部を挿通させる。また、下枠プレート１０１の他の開口を介して最下流熱交換体１０ｓの右側後方の下通水孔１２ｅから流出管２１を上方に向かって挿通させる。そして、最下流熱交換体１０ｓの右側前方の下通水孔１２ｅに挿通されている流入管２０の外周面と、最下流熱交換体１０ｓの右側後方の下通水孔１２ｅに挿通されている流出管２１の外周面とにロウ材等の接合手段を供給してサブアセンブリを調製する。このサブアセンブリを炉中に投入してロウ付け処理を行うことにより、熱交換器１を製造することができる。

上記したように、隣接する熱交換体１０における上下に対向する上下通水孔１１ｅ，１２ｅによって、隣接する熱交換体１０の内部空間１４を連通させる連通路となる通水孔６３が形成される。一方、多数の上下熱交換プレート１１，１２を積層させて構成されるプレート式熱交換器１では、組付け誤差により対向する上下通水孔１１ｅ，１２ｅがずれて配置されやすい。そのため、通水孔６３の周縁部の通水孔フランジ部６４で上下熱交換プレート１１，１２が適切に接合されない組付け不良が生じる虞がある。このような組付け不良が生じると、内部空間１４と排気空間１５とが連通して、通水孔６３の周縁部から排気空間１５に水が漏洩する。

しかしながら、本実施の形態によれば、通水孔６３を形成する下通水孔１２ｅの周縁部に下方に向かって延びる挿入壁１２ｊが設けられているから、適切に熱交換体１０が積層されていない場合、下通水孔１２ｅの周縁部から下方に突出する挿入壁１２ｊが、上通水孔１１ｅの周縁部の上熱交換プレート１１の上面に乗り上げ、上方に隣接する下熱交換プレート１２に傾きが生じる。これにより、組付け不良を容易に確認することができる。

また、本実施の形態では、挿入壁１２ｊの先端部には、周方向で突出高さが不連続となるように爪部１２ｎが形成されているから、１つの爪部１２ｎが下方の上通水孔１１ｅ内に配置されても、組付け誤差により他の爪部１２ｎが上通水孔１１ｅの周縁部に乗り上げると、同様に上方に隣接する下熱交換プレート１２に傾きが生じる。これにより、確実に組付け不良を確認することができる。

また、本実施の形態によれば、挿入壁１２ｊが上通水孔１１ｅを介して隣接する熱交換体１０の内部空間１４内に突出するから、水が上通水孔１１ｅ近傍を流通するとき、挿入壁１２ｊによって水の流路抵抗が増加しやすい。しかしながら、本実施の形態によれば、挿入壁１２ｊの先端部は不連続な突出高さを有するから、挿入壁１２ｊの先端部には切欠１２ｐが形成される。このため、挿入壁１２ｊが隣接する熱交換体１０の内部空間１４内に突出していても、水は切欠１２ｐを通って流通するから、上通水孔１１ｅ近傍の水の流路の減少は小さい。従って、挿入壁１２ｊによる内部空間１４内を流通する水の流路抵抗の増加を抑えることができる。特に、本実施の形態では、挿入壁１２ｊが挿入される上通水孔１１ｅの周縁部に上方に凹の上凹部６５が形成されているから、挿入壁１２ｊが他方の熱交換体１０の内部空間１４に大きく突出するのを防止することができ、さらに水の流路抵抗の増加を抑えることができる。従って、円滑に水を一方の熱交換体１０の内部空間１４から他方の熱交換体１０の内部空間１４に流通させることができる。これにより、熱効率の低下を抑制することができる。

また、本実施の形態によれば、複数の熱交換体１０は、上熱交換プレート１１の周縁に設けられた外周フランジ部である上周縁接合部Ｗ１に、下熱交換プレート１２の底面周縁が内嵌し、下熱交換プレート１２の周縁に設けられた外周フランジ部である下周縁接合部Ｗ２に、上熱交換プレート１１の底面周縁が内嵌する。そして、挿入壁１２ｊが上通水孔１１ｅ内に適切に挿入されていれば、上下熱交換プレート１１，１２は所定の重ね代Ｈｐで重なり合うように積層される。一方、挿入壁１２ｊの先端部の最大突出高さＨｓは、上記重ね代Ｈｐよりも大きい。このため、組付け誤差により挿入壁１２ｊが上通水孔１１ｅの周縁部に乗り上げると、隣接する熱交換体１０の周縁の間に隙間が生じる。すなわち、本実施の形態では、１つの熱交換体１０の上熱交換プレート１１が一方の熱交換プレートに対応し、上方に隣接する熱交換体１０における上記上熱交換プレート１１に近い側の下熱交換プレート１２が近接熱交換プレートに対応する。特に、本実施の形態では、通水孔６３は熱交換体１０の周縁のコーナ部に設けられるため、上記隙間は外観上、容易に確認される。これにより、確実に組付け不良を確認することができる。

さらに、本実施の形態によれば、挿入壁１２ｊは先端部が基端部よりも上通水孔１１ｅの内方に位置するように形成されているから、複数の熱交換プレート１１，１２を積層させるとき、挿入壁１２ｊが上通水孔１１ｅ内にガイドされやすくなる。これにより、さらに組付け不良を低減することができる。

なお、本実施の形態では、下通水孔の周縁部に設けられた挿入壁が対向する上通水孔に挿入される。しかしながら、上通水孔の周縁部に設けられた挿入壁を対向する下通水孔に挿入させてもよい。この場合、上通水孔が一方開口に対応し、下通水孔が他方開口に対応する。

（その他の実施の形態）
（１）上記実施の形態では、上下熱交換プレートはそれぞれ、外周フランジ部である上下周縁接合部を有する。しかしながら、図９に示すように、上下熱交換プレート１１，１２のいずれか一方のプレートのみが熱交換体１０の積層方向の一方側に立設する外周フランジ部を有してもよい。この場合、上記実施の形態と同様に、挿入壁１２ｊは、先端部の最大突出高さＨｓが、一方の上熱交換プレート１１の外周フランジ部Ｗ１と、一方側に隣接する熱交換体１０における下熱交換プレート１２（すなわち、一方側に隣接する熱交換体１０において、下方の熱交換体１０の上熱交換プレート１１に近い側の下熱交換プレート１２）の周縁との間の重ね代Ｈｐよりも大きくなるように設定される。

（２）上記実施の形態では、熱交換器は第１流体の流路方向が異なる複数のブロックを有する。しかしながら、熱交換器は１つのブロックから構成されてもよい。この場合、第１流体は全ての熱交換体内を同一の方向に流通する。

（３）上記実施の形態では、下向きの燃焼面を有するバーナが熱交換器の上方に配設されている。しかしながら、上向きの燃焼面を有するバーナが熱交換器の下方に配設されてもよい。この場合、燃焼排気の流路は上下逆転するため、最上層熱交換体が最下流熱交換体に、最下層熱交換体が最上流熱交換体に対応する。また、燃焼排気はプレート式熱交換器を左右方向に流通してもよい。

（４）上記実施の形態では、挿入壁は一方開口の開口縁から他方開口に向かって延びている。しかしながら、挿入壁を他方開口に挿入させることができれば、挿入壁は一方開口の開口縁よりも周方向外方の所定位置から他方開口に向かって延びてもよい。

（５）上記実施の形態では、熱交換体の内部空間を流通する第１流体として熱媒が、熱交換体の外部を流通する第２流体として燃焼排気が使用される。しかしながら、第１流体として燃焼排気が、第２流体として熱媒が用いられてもよい。

（６）上記実施の形態では、複数の熱交換体が上下に積層されている。しかしながら、複数の熱交換体は左右に積層させてもよい。

（７）上記実施の形態では、給湯器が用いられているが、ボイラなどの熱源機が用いられてもよい。

１プレート式熱交換器
１０熱交換体
１１ｅ上通水孔
１２ｅ下通水孔
１２ｊ挿入壁
１４内部空間
６５上凹部

Claims

複数の熱交換体を積層して構成されるプレート式熱交換器であって、
各熱交換体は、前記熱交換体の内部空間を流通する第１流体と、前記熱交換体の外部を流通する第２流体との間で熱交換を行うように構成され、
前記複数の熱交換体における隣接する熱交換体は、一方の熱交換体の前記内部空間と他方の熱交換体の前記内部空間とが前記一方の熱交換体に設けられた一方開口と前記他方の熱交換体に設けられた他方開口を介して連通するように積層されており、
前記一方の熱交換体は、前記一方開口の周縁部に、前記一方の熱交換体と前記他方の熱交換体とが積層されたとき、前記他方開口に挿入される挿入壁を有し、
前記挿入壁は、先端部が周方向で不連続な突出高さを有するように形成されているプレート式熱交換器。
請求項１に記載のプレート式熱交換器において、
前記各熱交換体は、一組の熱交換プレートを接合することによって形成され、
前記一組の熱交換プレートのうち一方の熱交換プレートは、周縁に前記熱交換体の積層方向の一方側に立設する外周フランジ部を有し、
前記一方の熱交換プレートと、前記一方側に隣接する熱交換体における前記一方の熱交換プレートに近い側の近接熱交換プレートとは、前記外周フランジ部と前記近接熱交換プレートの周縁とが前記熱交換体の積層方向において所定の重ね代で重なり合うように積層され、
前記挿入壁は、前記先端部の最大突出高さが前記重ね代よりも大きくなるように設定されているプレート式熱交換器。
請求項１または２に記載のプレート式熱交換器において、
前記挿入壁は、前記先端部が基端部よりも前記一方開口の内方に位置するように形成されているプレート式熱交換器。
請求項１～３のいずれか１項に記載のプレート式熱交換器において、
前記他方の熱交換体は、前記他方開口の周縁部に、前記一方開口側に向かって凹となる凹部を有するプレート式熱交換器。