JP7018814B2 - 熱交換器 - Google Patents

Description

本発明は、流路体ユニットを有する熱交換器に関する。

熱交換器を有する装置として、例えば、バーナから発生した燃焼ガスにより水を温めるガス給湯器が知られている。

従来より熱交換効率を向上させるため、伝熱フィン構造の１次熱交換器には高価な銅材が採用されている。熱交換効率を更に向上させるため、潜熱回収用のステンレス製の２次熱交換器を重ねて追加配置したものがある。例えば、このようなガス給湯器として、燃焼ガスの上流側に配置された１次熱交換器と、この１次熱交換器を通過した燃焼ガスが流される２次熱交換器と、を有するものがある。ガス給湯器に用いられる熱交換器に関する従来技術として特許文献１に開示される技術がある。

図７には、特許文献１に開示された技術が模式的に示されている。熱交換器１００は、１次熱交換器２００と、この１次熱交換器２００の上方に配置された２次熱交換器３００と、この２次熱交換器３００に接続された給水管４００と、を有する。

１次熱交換器２００は、上下方向に配置された２層の流路体ユニット２０１、２０２と、これらの２つの流路体ユニット２０１、２０２を収納する収納ケース２０３と、を有する。流路体ユニット２０１、２０２は、層状に配置された複数枚のフィン２０４（一部のフィンのみ図示）を有する。フィン２０４は、通過する燃焼ガスの熱を受け、流路体ユニット２０１、２０２へ伝熱させる。そのため、熱伝導率の優れた銅材が採用されている。

同様に、２次熱交換器３００は、上下方向に層状に配置された５層の流路体ユニット３０１～３０５と、これらの流路体ユニット３０１～３０５を収納する収納ケース３０６と、を有する。２次熱交換器３００では潜熱回収により酸性の凝縮水が発生する。そのため、耐食性の優れたステンレス材が採用されている。

燃焼ガスは、送風機により１次熱交換器２００の収納ケース２０３内に導入される。収納ケース２０３を通過した燃焼ガスは、さらに、２次熱交換器３００の収納ケース３０６を通過して、排出される。

給水管から供給された水は、２次熱交換器３００の流路体ユニット３０１～３０５内を流れ、周囲を流れる燃焼ガスの熱により温められる。

温められた水は、２次熱交換器３００から１次熱交換器２００の流路体ユニット２０１に導入される。２次熱交換器３００と同様の作用により、１次熱交換器２００にて、設定温度に適した温度まで温められ、出湯される。

特開２０１４－１３７２０８号公報

１次熱交換器２００の流路体ユニット２０１は、互いに平行に配置された４本の配管２０５ａ～２０５ｂと、隣接する配管２０５ａ～２０５ｂの端部を接続する２つのＵ字状の接続管２０６、２０７と、を有する。

配管２０５ａ～２０５ｂには、複数枚のフィン２０４が接合されている。さらに、配管２０５ａの端部と、配管２０５ｂの端部は、それぞれ、接続管２０６に接合される。同様に、配管２０５ｃ、２０５ｄは、接続管２０７に接合されている。例えば、配管の数が増加すると、必要な接続管の数も増加し、コストが高まる。

そこで、コストを抑えて熱交換器１００を製造することが望ましいが、上記の通り、１次熱交換器２００には高価な銅材が採用され、２次熱交換器３００には、凝縮水への耐食性を考慮し、ステンレス材が採用されている。熱交換器１００は、互いに素材の異なる別体の１次熱交換器２００及び２次熱交換器３００から構成されており、簡素な構成とすることは難しい。

本発明は、簡素な構成の流路体ユニットを有する熱交換器の提供を課題とする。

請求項１による発明によれば、互いに平行に位置する複数の円筒部を有し、前記円筒部の内部を第１の流体が流れると共に周囲を第２の流体が流れる流路体ユニットを、少なくとも１つ備える熱交換器において、
前記流路体ユニットは、第１の板材と、この第１の板材に重ね合わされている第２の板材と、からなり、
前記第１の板材は、対向面側が開いた複数の第１の半筒部と、互いに隣接する前記複数の第１の半筒部の間に設けられた複数の第１の連結部と、を有し、
前記第２の板材は、前記複数の第１の半筒部に対向している複数の第２の半筒部と、互いに隣接する前記複数の第２の半筒部の間に設けられた複数の第２の連結部と、を有し、
前記複数の第１の連結部と、前記複数の第２の連結部とは、互いに接合して複数の接合部を構成し、
前記複数の第１の半筒部と、前記複数の第２の半筒部とは、前記第１の流体が流れる前記複数の円筒部を構成しており、
前記複数の接合部は、前記第２の流体が通過可能な通気穴を有しており、
この通気穴を有している前記流路体ユニットは、互いに隙間をあけて、複数配置されており、
隣接する前記複数の流路体ユニット同士の間隔、又は、前記通気穴の両側の前記円筒部同士の間隔の、少なくとも一方は、前記第２の流体の上流から下流へ向かって、小さくなるように設定されていることを特徴とする熱交換器が提供される。

請求項２による発明によれば、互いに平行に位置する複数の円筒部を有し、前記円筒部の内部を第１の流体が流れると共に周囲を第２の流体が流れる流路体ユニットを、少なくとも１つ備える熱交換器において、
前記流路体ユニットは、第１の板材と、この第１の板材に重ね合わされている第２の板材と、からなり、
前記第１の板材は、対向面側が開いた複数の第１の半筒部と、互いに隣接する前記複数の第１の半筒部の間に設けられた複数の第１の連結部と、を有し、
前記第２の板材は、前記複数の第１の半筒部に対向している複数の第２の半筒部と、互いに隣接する前記複数の第２の半筒部の間に設けられた複数の第２の連結部と、を有し、
前記複数の第１の連結部と、前記複数の第２の連結部とは、互いに接合して複数の接合部を構成し、
前記複数の第１の半筒部と、前記複数の第２の半筒部とは、前記第１の流体が流れる前記複数の円筒部を構成しており、
前記複数の接合部は、前記第２の流体が通過可能な通気穴を有しており、
この通気穴を有している前記流路体ユニットは、互いに隙間をあけて、複数配置されており、
前記第１の板材は、縁が全周に亘り起立することにより構成された第１の起立部を有し、前記第２の板材は、縁が全周に亘り起立することにより構成された第２の起立部を有し、
前記第１の起立部と、前記第２の起立部とは、互いに接合していることにより、前記複数の円筒部及び前記複数の通気穴を囲む周壁部を構成し、
前記複数の流路体ユニットの各々の前記周壁部同士は、互いに接合されていることにより前記複数の流路体ユニットの外周面となる壁面部を構成しており、
前記周壁部を構成する第１の起立部又は第２の起立部の少なくとも一方は、対向面側が開いた溝部を有し、この溝部は、前記第１の流体が流れる側溝部の一部を構成していることを特徴とする熱交換器が提供される。

請求項３に記載のごとく、好ましくは、前記第１の板材は、縁が全周に亘り起立することにより構成された第１の起立部を有し、前記第２の板材は、縁が全周に亘り起立することにより構成された第２の起立部を有し、
前記第１の起立部と、前記第２の起立部とは、互いに接合していることにより、前記複数の円筒部及び前記複数の通気穴を囲む周壁部を構成し、
前記複数の流路体ユニットの各々の前記周壁部同士は、互いに接合されていることにより、前記複数の流路体ユニットの外周面となる壁面部を構成している。

請求項４に記載のごとく、好ましくは、前記周壁部を構成する第１の起立部又は第２の起立部の少なくとも一方は、対向面側が開いた溝部を有し、
この溝部は、前記第１の流体が流れる側溝部の一部を構成している。

請求項６に記載のごとく、好ましくは、前記複数の流路体ユニットは、上下方向に配置され、
前記溝部は、下側の前記板材に設けられ、
上側の前記板材は、前記溝部を塞ぐ蓋部を有し、この蓋部は、前記周壁部から内側に向かって、下り勾配に設定されている。

請求項６に記載のごとく、好ましくは、前記複数の流路体ユニットは、上下方向に配置され、
前記通気穴は、第２の流体の流れ方向について、千鳥状に位置している。

請求項７に係る発明によれば、互いに平行に位置する複数の円筒部を有し、前記円筒部の内部を第１の流体が流れると共に周囲を第２の流体が流れる流路体ユニットを、少なくとも１つ備える熱交換器において、
前記流路体ユニットは、第１の板材と、この第１の板材に重ね合わされている第２の板材と、からなり、
前記第１の板材は、対向面側が開いた複数の第１の半筒部と、互いに隣接する前記複数の第１の半筒部の間に設けられた複数の第１の連結部と、を有し、
前記第２の板材は、前記複数の第１の半筒部に対向している複数の第２の半筒部と、互いに隣接する前記複数の第２の半筒部の間に設けられた複数の第２の連結部と、を有し、
前記複数の第１の連結部と、前記複数の第２の連結部とは、互いに接合して複数の接合部を構成し、
前記複数の第１の半筒部と、前記複数の第２の半筒部とは、前記第１の流体が流れる前記複数の円筒部を構成しており、
前記流路体ユニットは、互いに隙間をあけて、上下方向に複数配置され、
前記第２の流体から凝縮水が生成される位置よりも下方において、少なくとも１つの前記流路体ユニットの前記複数の接合部は、前記第２の流体が通過可能な通気穴を有している接合部と、前記通気穴を有していない接合部と、を備え、
前記通気穴を有していない接合部と、この接合部の両側の前記円筒部とは、前記凝縮水を受けることが可能な受け部を構成していることを特徴とする熱交換器が提供される。

請求項１に係る発明では、流路体ユニットは、第１の板材と、この第１の板材に重ね合わされている第２の板材と、からなる。第１の板材は、複数の第１の半筒部と、その間に設けられた第１の連結部と、を有している。第２の板材は、複数の第２の半筒部と、その間に設けられた第２の連結部と、を有している。第１の連結部と第２の連結部とは、互いに接合して接合部を構成している。第１の半筒部と、第２の半筒部とは、第１の流体が流れる円筒部を構成している。

即ち、２枚の板材の対向面にそれぞれ半筒部を設け、連結部を互いに接合することにより、筒部が構成される。配管や接続管を用いずに、２枚の板材のみで流路体ユニットを構成することができる。そのため、熱交換器を簡素に構成できる。

加えて、流路体ユニットは、複数の円筒部の間に、第２の流体が通過可能な通気穴を有している。この流路体ユニットは、互いに隙間をあけて、複数配置されている。そのため、通気穴の縁は、第２の流体が通気穴を通過する際、第２の流体の熱を吸収するためのフィンとなる。筒部とフィンは、一体的に形成されている。部品点数を増やすことなく、筒部にフィンを設けることができる。

加えて、隣接する前記複数の流路体ユニット同士の間隔、又は、通気穴の両側の円筒部同士の間隔の、少なくとも一方は、第２の流体の上流から下流へ向けて、小さくなるように設定されている。即ち、円筒部は、上流から下流へ向かって、粗から密となるように位置している。

仮に、流路体ユニット同士の間隔、又は、円筒部同士の間隔を大きくすると、通気抵抗は小さくなるが、熱交換の効率は下がる傾向になる。それらの間隔を小さくすると、熱交換の効率は上がるが、通気抵抗は大きくなる傾向になる。本発明では、第２の流体が温度による体積変化し、高温の上流側では、体積の大きい第２の流体に合わせて間隔を大きくし、低温の下流側では、第２の流体の体積が小さくなるのに合わせ間隔を小さくすることで、通気抵抗の低減と効率的な熱交換を両立することができる。

請求項２に係る発明では、第１の板材は、縁が全周に亘り起立することにより構成された第１の起立部を有している。第２の板材は、縁が全周に亘り起立することにより構成された第２の起立部を有している。第１の起立部と、第２の起立部とは、互いに接合していることにより、円筒部及び通気穴を囲む周壁部を構成している。さらに、複数の流路体ユニットの各々の周壁部同士は、互いに接合されていることにより、壁面部を構成している。そのため、流路体ユニットを収納するための収納ケースが不要となり、熱交換器をさらに簡素に構成することができる。

請求項４に係る発明では、周壁部を構成する第１の起立部又は第２の起立部の少なくとも一方は、対向面側が開いた溝部を有している。この溝部は、第１の流体が流れる側溝部の一部を構成している。即ち、第１の流体が流れる側溝部は、流路体ユニットの縁に位置している。周壁部は、第１の流体により冷却されるため、流路体ユニットの壁面部の高温化を抑制することができる。

請求項６に係る発明では、複数の流路体ユニットは、上下方向に配置されている。溝部は、下側の板材に設けられている。上側の板材は、溝部を塞ぐ蓋部を有している。蓋部は、周壁部から内側に向かって、下り勾配に設定されている。そのため、蓋部に凝縮水が生成しても、凝縮水は、周壁部から内側に向かって流れ落ちる。流路体ユニットの縁への凝縮水の滞留を抑制できる。

請求項６に係る発明では、複数の流路体ユニットは、上下方向に配置されている。複数の通気穴は、第２の流体の流れ方向について、千鳥状に位置している。そのため、通過する第２の流体が円滑に流れ、通気圧損が低減される。さらに、上側の流路体ユニットから滴下してきた凝縮水は、下側の流路体ユニットの通気穴を通過せず、流路体ユニットに当たる。凝縮水は、各々の流路体ユニットをつたいながら滴下するため、滴下速度を低下させることができる。

請求項７に係る発明では、第２の流体から凝縮水が生成される位置よりも下方において、少なくとも１つの流路体ユニットの複数の接合部は、通気穴が空けられた接合部と、通気穴が空けられていない接合部と、を有している。通気穴が空けられていない接合部と、この接合部の両側の円筒部とは、凝縮水を受けることが可能な受け部を構成している。凝縮水を受ける受け部は、別体として設けられるわけでなく、流路体ユニットの一部に構成される。即ち、部品点数を増やさずに凝縮水を受ける部位を構成できる。

さらに、受け部は、内部に第１の流体が流れる円筒部により構成されている。受け部周辺を流れる第２の流体が高温であっても、凝縮水は第１の流体により冷却されるため、凝縮水の沸騰を抑制できる。

図１（ａ）は、本発明の実施例による熱交換器の斜視図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）に示された熱交換器の分解斜視図である。 図１（ａ）の２－２線断面図である。 図１（ｂ）に示された熱交換器を構成する流路体ユニットの斜視図である。 図４（ａ）は、図３の４（ａ）－４（ａ）線断面図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）に示された流路体ユニットの端部の拡大図である。 図５（ａ）は、図１（ｂ）に示された熱交換器を構成する別の流路体ユニットの斜視図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）のｂ－ｂ線断面図である。 実施例の作用図である。 従来技術の構成を説明する図である。

本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。Ｕｐは上、Ｄｎは下を示している。Ｕｓは上流、Ｄｓは下流を示している。
＜実施例＞

図１（ａ）には、本発明の実施例による、水（第１の流体）を温める給湯器１０（熱交換器１０）が示されている。給湯器１０は、燃焼ガス（第２の流体）を発生させるバーナ１１と、バーナ１１の直上に置かれたステンレス製の熱交換部１２と、からなる。

図１（ｂ）を参照する。熱交換部１２は、水と燃焼ガスとの熱交換を行う本体部２０と、本体部２０を支持する基部１３と、本体部２０の上部に設けられるカバー部材１４と、からなる。

基部１３は、枠体の形状を呈し、燃焼ガスが導入されるガス導入口１３ａと、温められた水が排出される第１の排出管１５と、燃焼ガスから生成された凝縮水が、後述する排出穴８７ａ～８９ａ（図５ａ）を通り、排出される第２の排出管１６と、を有している。

カバー部材１４は、本体部２０を通過した燃焼ガスが排気されるガス排気口１４ａと、水が導入される水導入管１７と、を有している。

図２を参照する。本体部２０は、複数（例えば、９つ）の流路体ユニット２１～２９と、これらの流路体ユニット２１～２９間の間隔を調整するための第１のスペーサ３１、第２のスペーサ３２と、を有する。

本体部は、９つの流路体ユニット２１～２９が上下に積層されて構成されている。最下層の１つのユニットを第１の流路体ユニット２１とする。その上の層の１つのユニットを第２の流路体ユニット２２とする。その上の層の４つのユニットを第３の流路体ユニット２３～２６とする。その上の層の２つのユニットを第４の流路体ユニット２７、２８とする。最上層の１つのユニットを第５の流路体ユニット２９とする。

第１の流路体ユニット２１と、第２の流路体ユニット２２との間には、第１のスペーサ３１が配置されている。同様に、第２の流路体ユニット２２と、第３の流路体ユニット２３との間には、第２のスペーサ３２が配置されている。

第１の流路体ユニット２１～第５の流路体ユニット２９のいずれのユニットについても、後述する円筒部の内部を水が流れ、かつ、円筒部の周囲を燃焼ガスが通過する。以下、例として、第３の流路体ユニット２３について説明する。

図３を参照する。第３の流路体ユニット２３は、水を導入可能な（矢印１参照）５つの導入穴４１と、一端側が導入穴４１と連通し内部を水が通過する（矢印２参照）６つの円筒部４２と、円筒部４２の他端側と連通し水を排出可能な（矢印３参照）５つの排出穴４３と、を有している。

互いに平行に位置している円筒部４２同士の間、及び、その側方には、燃焼ガスが通過可能な（矢印４参照）７つの通気穴４４が空けられている。

第３の流路体ユニット２３は、ステンレス製の第１の板材５１と、この第１の板材の上に重ね合わされているステンレス製の第２の板材６１と、からなる。

導入穴４１は、第２の板材６１に空けられている。排出穴４３は、第１の板材５１に空けられている。円筒部４２は、第１の板材５１と第２の板材６１とにより構成されている。以下、詳細に説明する。

図３及び図４（ａ）を参照する。第１の板材５１は、対向面側が開いた６つの第１の半筒部５２と、互いに隣接する第１の半筒部５２の間及びその側方に設けられた７つの第１の連結部５３と、を有している。

同様に、第２の板材６１は、第１の半筒部５２に対向している６つの第２の半筒部６２と、互いに隣接する第２の半筒部６２の間及びその側方に設けられた７つの第２の連結部６３と、を有している。

７つの第１の連結部５３と、７つの第２の連結部６３とは、互いに接合して、７つの接合部４５が構成されている。これにより、第１の半筒部５２と、第２の半筒部６２とは、上記の６つの円筒部４２を構成している。通気穴４４は、接合部４５に空けられている。

第３の流路体ユニット２３～２６は、幅方向の中心線ＣＬ（図４（ａ）参照）を基準として、左右非対称の構成である。同様に、第４の流路体ユニット２７、２８も左右非対称の構成である（図２参照）。

図３及び図４（ｂ）を参照する。第１の板材５１は、縁が全周に亘り上方に向かって起立することにより構成された第１の起立部５４を有している。同様に、第２の板材６１は、縁が全周に亘り上方に向かって起立することにより構成された第２の起立部６４を有している。

第１の起立部５４の内周面５５と、第２の起立部６４の外周面６５とは、互いに接合している。互いに接合した第１の起立部５４と第２の起立部６４とは、円筒部４２及び通気穴４４を囲う周壁部２３ａを構成している。

第１の起立部５４は、対向面側が凹んだ溝部５６を有している。この溝部５６は、導入穴４１から導入された水が流れる側溝部４６の一部を構成している。溝部５６は、下側の第１の板材５１に設けられている。上側の第２の板材６１は、溝部５６を塞ぐ蓋部６６を有している。この蓋部６６は、周壁部２３ａから内側に向かって、下り勾配に設定されている（矢印５参照）。

図２及び図３を参照する。第３の流路体ユニット２３～２６の構成は、第３の流路体ユニット２３と同一である。第３の流路体ユニット２３～２６は、互いの導入穴４１と排出穴４３が連通するように、互い違いに積層している。第３の流路体ユニット２３は下側に位置し、第３の流路体ユニット２６は上側に位置している。第３の流路体ユニットの周壁部２３ａ～２６ａは、それぞれ、上方（燃焼ガスの下流側）に向いている。

第４の流路体ユニット２７、２８、及び、第５の流路体ユニット２９の構成も、第３の流路体ユニット２３～２６と略同一である。すなわち、第４の流路体ユニット２７～第５の流路体ユニット２９も、重ね合わされた２枚の板材からなり、かつ、第３の流路体ユニット２３～２６における、導入穴４１、円筒部４２、排出穴４３、側溝部４６、に相当する部位を有するが、その位置及び数が異なる。詳細な説明は省略する。

第１のスペーサ３１は、２枚の板材からなる。第１のスペーサ３１は、枠体形状（不図示）であり、通気口３３と、側溝部３５、３５を有する。第２のスペーサ３２は、第１のスペーサ３１と同一の構成であり、通気口３４と、側溝部３６、３６を有する。

第１の流路体ユニット２１～第９の流路体ユニット２９は、それぞれ、周壁部２１ａ～２９ａを有する。第１のスペーサ３１、第２のスペーサ３２は、それぞれ、周壁部３１ａ、３２ａを有する。周壁部２１ａ～２９ａ、周壁部３１ａ、３２ａは、ロウ付けにより一度に接合され、本体部２０（図１参照）の外周面となる壁面部２０ａを構成している。

図５（ａ）及び図５（ｂ）を参照する。第２の流路体ユニット２２の基本的な構成は、第３の流路体ユニット２３と同一である。第２の流路体ユニット２２は、第１の板材７１と、第１の板材７１の上に重ね合わされている第２の板材７２と、からなる。

第２の板材７２には、端部に１０個の導入穴７３が空けられている。第１の板材７１には、排出穴（不図示）が空けられている。第２の流路体ユニット２２は、第１の円筒部８１～第６の円筒部８６と、を有している。

第１の円筒部８１～第６の円筒部８６の間及びその側方には、第１の板材７１及び第２の板材７２が接合して構成された第１の接合部９１～第７の接合部９７が設けられている。

第１の接合部９１、第３の接合部９３、第５の接合部９５、第７の接合部９７は、それぞれ、第１の通気穴７４～第４の通気穴７７を有している。第２の接合部９２、第４の接合部９４、第６の接合部９６は、上層から滴下する凝縮水を受ける機能を有するため、通気穴を有していない。

第２の接合部９２と、この第２の接合部９２の両側の第１の円筒部８１と、第２の円筒部８２とは、燃焼ガスから生成される凝縮水を受けることが可能な第１の受け部８７を構成している。第２の接合部９２は、第１の受け部８７に溜まった凝縮水を排出するための第１の排出穴８７ａを有する。

同様に、第４の接合部９４、第３の円筒部８３、第４の円筒部８４は、第２の受け部８８を構成する。第４の接合部９４は、第２の排出穴８８ａを有する。第６の接合部９６、第５の円筒部８５、第６の円筒部８６は、第３の受け部８９を構成する。第６の接合部９６は、第３の排出穴８９ａを有する。第１の排出穴８７ａ～第３の排出穴８９ａを通過した凝縮水は、最下層の第１の流路体ユニット２１（図２）の上面溝部へ滴下し、１箇所に集約され、第２の排出管１６（図１（ｂ））から排出される。

第２の流路体ユニット２２と同様に、最下層の第１の流路体ユニット２１も、上記の受け部８７～８９と同一の構成の４つの受け部２１ｃを有する（図２参照）。

なお、凝縮水を受ける受け部は、必要に応じて、各々の流路体ユニットに適宜設けることができる。すなわち、凝縮水が生成される位置よりも下方にて、受け部を流路体ユニットに適宜設ける。下方に滴下していく凝縮水を確実に受けるためには、本実施例のように、最下層の第１の流路体ユニット２１に受け部を設けることが好ましい。

図６を参照する。第１の流路体ユニット２１と、第２の流路体ユニット２２との間隔をＤ１とする。第３の流路体ユニット２３と、第３の流路体ユニット２４との間隔をＤ２とする。第４の流路体ユニット２８と、第５の流路体ユニット２９との間隔をＤ３とする。Ｄ１～Ｄ３の関係は、Ｄ１＞Ｄ２＞Ｄ３となっている。
即ち、第１の流路体ユニット２１～第５の流路体ユニット２９の間隔Ｄは、燃焼ガスの上流から下流へ向かって、小さくなるように設定されている。

第２の流路体ユニット２２の第４の円筒部８４と第５の円筒部８５との間隔をｄ１とする。第３の流路体ユニット２３の円筒部４２、４２同士の間隔をｄ２とし、第５の流路体ユニットの円筒部９９、９９同士の間隔をｄ３とする。ｄ１～ｄ３の大きさは、ｄ１＞ｄ２＞ｄ３となる。即ち、円筒部間の間隔ｄは、燃焼ガスの上流から下流へ向かって、小さくなるように設定されている。そのため、円筒部間に形成される通気穴２１ｂ、…４４…、２９ｂの大きさも、燃焼ガスの上流から下流へ向かって、小さくなる。

加えて、第１の流路体ユニット２１の通気穴２１ｂ～第５の流路体ユニット２９の通気穴２９ｂは、燃焼ガスの流れ方向について、千鳥状に位置している。

次に、実施例の効果について説明する。

図３及び図４（ａ）を参照する。第３の流路体ユニット２３は、第１の板材５１と、この第１の板材５１に重ね合わされている第２の板材６１と、からなる。第１の板材５１は、６つの第１の半筒部５２と、その間及び側方に設けられた７つの第１の連結部５３と、を有している。同様に、第２の板材６１は、６つの第２の半筒部６２と、７つの第２の連結部６３と、を有している。第１の連結部５３と第２の連結部６３とは、互いに接合して接合部４５を構成している。これにより、第１の半筒部５２と、第２の半筒部６２とは、円筒部４２を構成している。

即ち、配管や接続管を用いずに、第１の板材５１及び第２の板材６１のみで第３の流路体ユニット２３を構成することができる。他の流路体ユニットの構成も同様である。そのため、熱交換器１０を簡素に構成できる。

円筒部４２の内周面４２ａは、略円形状を呈する。そのため、円筒部４２の内部を通過する水の圧力は、均等に分散される。

図３及び図４（ｂ）を参照する。第３の流路体ユニット２３は、円筒部４２の間及び側方に、燃焼ガスが通過可能な７つの通気穴４４を有している。通気穴４４の縁４７、４７は、燃焼ガスが通気穴４４を通過する際、燃焼ガスの熱を吸収するためのフィン４７、４７となる。円筒部４２とフィン４７は、一体的に形成されている。部品点数を増やすことなく、円筒部４２にフィン４７、４７を設けることができる。

加えて、第１の板材５１は、第１の起立部５４を有している。第２の板材６１は、第２の起立部６４を有している。第１の起立部５４と第２の起立部６４とは、円筒部４２及び通気穴４４を囲う周壁部２３ａを構成している。他の流路体ユニット２１、２２、２４～２９において同様に構成された周壁部２１ａ～２９ａ、周壁部３１ａ、３２ａ（図２）は、ロウ付けにより一度に接合され、本体部２０（図１参照）の外周面となる壁面部２０ａを構成している。そのため、第１の流路体ユニット２１～第５の流路体ユニット２９を収納するための収納ケースが不要となり、熱交換器１０をさらに簡素に構成することができる。

加えて、第１の起立部５４は、対向面側が凹んだ溝部５６を有している。この溝部５６は、水が流れる側溝部４６の一部を構成している。即ち、水が流れる側溝部４６は、第３の流路体ユニット２３の縁に位置している。周壁部２３ａは、水により冷却される。他の流路体ユニット２１、２２、２４～２９も同様の構成である。結果、本体部２０の壁面部２０ａの高温化を抑制することができる。

加えて、溝部５６は、下側の第１の板材５１に設けられている。上側の第２の板材６１は、溝部５６を塞ぐ蓋部６６を有している。蓋部６６は、周壁部２３ａから内側に向かって、下り勾配に設定されている。そのため、蓋部６６に凝縮水が生成しても、凝縮水は、周壁部２３ａから内側下方に向かって流れ落ちる（矢印５参照）。第３の流路体ユニット２３の縁への凝縮水の滞留を抑制できる。

図６を参照する。第１の流路体ユニット２１～第５の流路体ユニット２９の間隔Ｄは、燃焼ガスの上流から下流へ向かって、小さくなるように設定されている（Ｄ１＞Ｄ２＞Ｄ３）。さらに、第１の流路体ユニット２１～第５の流路体ユニット２９における、円筒部間の間隔ｄは、燃焼ガスの上流から下流へ向かって、小さくなるになるように設定されている（ｄ１＞ｄ２＞ｄ３）。

即ち、円筒部は、燃焼ガスの上流から下流へ向かって、粗から密となるように位置している。そのため、矢印（６）～矢印（８）に示されるように、上流から下流へ向かうに連れて、燃焼ガスの温度の低下により体積が小さくなるため、通気抵抗への影響は少ない。

仮に、間隔Ｄ,ｄが大きく設定されていると、通気抵抗は小さいが、熱交換の効率は下がる。間隔Ｄ,ｄが小さく設定されていると、熱交換の効率は上がるが、通気抵抗は大きくなる。本実施例では、間隔Ｄ,ｄは、上流から下流へ向けて、小さくなる。そのため、高温の上流側では、通気抵抗を下げることができ、低温の下流側では、熱交換の効率を高めることができる。結果、通気抵抗の低減と効率的な熱交換を両立することができる。

第１の流路体ユニットの通気穴２１ｂ～第５の流路体ユニットの通気穴２９ｂは、第２の流体の流れ方向について、千鳥状に位置している。そのため、上層の流路体ユニットから滴下してきた凝縮水は、下層の流路体ユニットの通気穴を通過せず、下層の流路体ユニットに当たる。凝縮水は、各層の流路体ユニットをつたいながら滴下するため、滴下速度を低下させることができる。

特に、第３の流路体ユニット２３は、幅方向の中心線ＣＬを基準として、左右非対称の構成である（図３（ａ）参照）。そのため、第３の流路体ユニット２３～２６は、互い違いに積層するだけで、通気穴４４を、千鳥状に位置させることができる。第４の流路体ユニット２７、２８も同様の構成である。説明は省略する。

図５（ａ）、図５（ｂ）、図６を参照する。通気穴が空けられていない第２の接合部９２と、この第２の接合部９２の両側の第１の円筒部８１と第２の円筒部８２は、燃焼ガスから生成される凝縮水を受けることが可能な（矢印（９）参照）第１の受け部８７を構成している。即ち、凝縮水を受ける受け部は、別体として設けられるわけでなく、第２の流路体ユニット２２の一部に構成される。即ち、部品点数を増やさずに凝縮水を受ける部位を構成できるため、熱交換器１０を簡素に構成できる。

さらに、第１の受け部８７は、内部に水が流れる第１の円筒部８１と第２の円筒部８２により構成されている。第１の受け部８７周辺を流れる燃焼ガスが高温であっても、凝縮水は水により冷却されるため、凝縮水の沸騰を抑制できる。第２の受け部８８、第３の受け部８８も同様の作用を奏する。

第１の流路体ユニット２１～第５の流路体ユニット２９は、上記の通り、ステンレス製の板材で構成されている。従来の熱交換器は、互いに材質が異なり別体であった１次、２次熱交換器から構成されている。一方、本発明の熱交換器１０は、ステンレス製の簡素な流路体ユニット２１～２９により一体化されている。熱交換器１０の製造コストを抑えられる。さらに、熱交換器１０は、ステンレス製であるため、酸性の凝縮水に対する耐食性も有する。

なお、本実施例では、第１の流路体ユニット２１が最下層となるように配置されているが、例えば、第１の流路体ユニット２１が最上層となるように配置し、第１の流路体ユニット２１から第５の流路体ユニット２９に向けて燃焼ガスを流す構成としても良い。さらに、第１～第５の流路体ユニット２１～２９を水平方向に配列しても良い。流路体ユニットの数は、及び凝縮水の受け部機構の有無は、用途に応じて適宜変更することができる。

また、本実施例では、第１の流体は水であり、円筒部は高水圧に耐えられる円形状が好ましい。円筒部の形状は、円筒部の内部を流れる第１の流体の圧力に応じて、適宜変更することができる。円筒部とは略円筒形状であればよく、扁平円筒形状も含み、少なくとも１か所に平面または角部が存在してもいい。

本発明は、作用及び効果を奏する限りにおいて、実施例に限定されるものではない。

本発明の熱交換器は、家庭において用いられる給湯器に好適である。

１０…給湯器（熱交換器）
１２…熱交換部
２０…本体部
２０ａ…壁面部
２１～２９…第１の流路体ユニット
～第９の流路体ユニット
２１ａ～２９ａ…周壁部
３１…第１のスペーサー
３２…第２のスペーサー
３３…通気口
３４…通気口
３５…側溝部
３６…側溝部
４１…導入穴
４２…円筒部
４３…排出穴
４４…通気穴
４５…接合部
４６…側溝部
４７…縁（フィン）
５１…第１の板材
５２…第１の半筒部
５３…第１の連結部
５４…第１の起立部
５５…内周面
５６…溝部
６１…第２の板材
６２…第２の半筒部
６３…第２の連結部
６４…第２の起立部
６５…外周面
６６…蓋部
７１…第１の板材
７２…第２の板材
７３…導入穴
７４～７７…第１の通気穴～第４の通気穴
８１～８６…第１の円筒部～第６の円筒部
８７～８９…第１の受け部～第３の受け部
８７ａ～８９ａ…第１の排出穴～第３の排出穴
９１～９７…第１の接合部～第７の接合部
９９…円筒部

Claims (7)

1. 互いに平行に位置する複数の円筒部を有し、前記円筒部の内部を第１の流体が流れると共に周囲を第２の流体が流れる流路体ユニットを、少なくとも１つ備える熱交換器において、
   前記流路体ユニットは、第１の板材と、この第１の板材に重ね合わされている第２の板材と、からなり、
   前記第１の板材は、対向面側が開いた複数の第１の半筒部と、互いに隣接する前記複数の第１の半筒部の間に設けられた複数の第１の連結部と、を有し、
   前記第２の板材は、前記複数の第１の半筒部に対向している複数の第２の半筒部と、互いに隣接する前記複数の第２の半筒部の間に設けられた複数の第２の連結部と、を有し、
   前記複数の第１の連結部と、前記複数の第２の連結部とは、互いに接合して複数の接合部を構成し、
   前記複数の第１の半筒部と、前記複数の第２の半筒部とは、前記第１の流体が流れる前記複数の円筒部を構成しており、
   前記複数の接合部は、前記第２の流体が通過可能な通気穴を有しており、
   この通気穴を有している前記流路体ユニットは、互いに隙間をあけて、複数配置されており、
   隣接する前記複数の流路体ユニット同士の間隔、又は、前記通気穴の両側の前記円筒部同士の間隔の、少なくとも一方は、前記第２の流体の上流から下流へ向かって、小さくなるように設定されていることを特徴とする熱交換器。
2. 互いに平行に位置する複数の円筒部を有し、前記円筒部の内部を第１の流体が流れると共に周囲を第２の流体が流れる流路体ユニットを、少なくとも１つ備える熱交換器において、
   前記流路体ユニットは、第１の板材と、この第１の板材に重ね合わされている第２の板材と、からなり、
   前記第１の板材は、対向面側が開いた複数の第１の半筒部と、互いに隣接する前記複数の第１の半筒部の間に設けられた複数の第１の連結部と、を有し、
   前記第２の板材は、前記複数の第１の半筒部に対向している複数の第２の半筒部と、互いに隣接する前記複数の第２の半筒部の間に設けられた複数の第２の連結部と、を有し、
   前記複数の第１の連結部と、前記複数の第２の連結部とは、互いに接合して複数の接合部を構成し、
   前記複数の第１の半筒部と、前記複数の第２の半筒部とは、前記第１の流体が流れる前記複数の円筒部を構成しており、
   前記複数の接合部は、前記第２の流体が通過可能な通気穴を有しており、
   この通気穴を有している前記流路体ユニットは、互いに隙間をあけて、複数配置されており、
   前記第１の板材は、縁が全周に亘り起立することにより構成された第１の起立部を有し、前記第２の板材は、縁が全周に亘り起立することにより構成された第２の起立部を有し、
   前記第１の起立部と、前記第２の起立部とは、互いに接合していることにより、前記複数の円筒部及び前記複数の通気穴を囲む周壁部を構成し、
   前記複数の流路体ユニットの各々の前記周壁部同士は、互いに接合されていることにより前記複数の流路体ユニットの外周面となる壁面部を構成しており、
   前記周壁部を構成する第１の起立部又は第２の起立部の少なくとも一方は、対向面側が開いた溝部を有し、この溝部は、前記第１の流体が流れる側溝部の一部を構成していることを特徴とする熱交換器。
3. 前記第１の板材は、縁が全周に亘り起立することにより構成された第１の起立部を有し、前記第２の板材は、縁が全周に亘り起立することにより構成された第２の起立部を有し、
   前記第１の起立部と、前記第２の起立部とは、互いに接合していることにより、前記複数の円筒部及び前記複数の通気穴を囲む周壁部を構成し、
   前記複数の流路体ユニットの各々の前記周壁部同士は、互いに接合されていることにより前記複数の流路体ユニットの外周面となる壁面部を構成していることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
4. 前記周壁部を構成する第１の起立部又は第２の起立部の少なくとも一方は、対向面側が開いた溝部を有し、
   この溝部は、前記第１の流体が流れる側溝部の一部を構成していることを特徴とする請求項３に記載の熱交換器。
5. 前記複数の流路体ユニットは、上下方向に配置され、
   前記溝部は、下側の前記板材に設けられ、
   上側の前記板材は、前記溝部を塞ぐ蓋部を有し、この蓋部は、前記周壁部から内側に向かって、下り勾配に設定されていることを特徴とする請求項２又は請求項４に記載の熱交換器。
6. 前記複数の流路体ユニットは、上下方向に配置され、
   前記通気穴は、第２の流体の流れ方向について、千鳥状に位置していることを特徴とする請求項１～請求項５のいずれか１項に記載の熱交換器。
7. 互いに平行に位置する複数の円筒部を有し、前記円筒部の内部を第１の流体が流れると共に周囲を第２の流体が流れる流路体ユニットを、少なくとも１つ備える熱交換器において、
   前記流路体ユニットは、第１の板材と、この第１の板材に重ね合わされている第２の板材と、からなり、
   前記第１の板材は、対向面側が開いた複数の第１の半筒部と、互いに隣接する前記複数の第１の半筒部の間に設けられた複数の第１の連結部と、を有し、
   前記第２の板材は、前記複数の第１の半筒部に対向している複数の第２の半筒部と、互いに隣接する前記複数の第２の半筒部の間に設けられた複数の第２の連結部と、を有し、
   前記複数の第１の連結部と、前記複数の第２の連結部とは、互いに接合して複数の接合部を構成し、
   前記複数の第１の半筒部と、前記複数の第２の半筒部とは、前記第１の流体が流れる前記複数の円筒部を構成しており、
   前記流路体ユニットは、互いに隙間をあけて、上下方向に複数配置され、
   前記第２の流体から凝縮水が生成される位置よりも下方において、少なくとも１つの前記流路体ユニットの前記複数の接合部は、前記第２の流体が通過可能な通気穴を有している接合部と、前記通気穴を有していない接合部と、を備え、
   前記通気穴を有していない接合部と、この接合部の両側の前記円筒部とは、前記凝縮水を受けることが可能な受け部を構成していることを特徴とする熱交換器。

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