特許 7182395 熱交換器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-11-24

(45)【発行日】2022-12-02

(54)【発明の名称】熱交換器

(51)【国際特許分類】

   F24H 9/00 20220101AFI20221125BHJP

   F28D 9/00 20060101ALI20221125BHJP

   F28F 3/04 20060101ALI20221125BHJP

   F28F 3/08 20060101ALI20221125BHJP

【ＦＩ】

F24H9/00 A

F28D9/00

F28F3/04 A

F28F3/08 311

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2018150471

(22)【出願日】2018-08-09

(65)【公開番号】P2020026900

(43)【公開日】2020-02-20

【審査請求日】2021-06-21

(73)【特許権者】

【識別番号】000115854

【氏名又は名称】リンナイ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100111257

【弁理士】

【氏名又は名称】宮崎 栄二

(74)【代理人】

【識別番号】100110504

【弁理士】

【氏名又は名称】原田 智裕

(72)【発明者】

【氏名】小代 卓史

【審査官】河野 俊二

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０１８４３５０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】実開昭６２－１４２６７２（ＪＰ，Ｕ）

【文献】中国実用新案第２０６５９２９５５（ＣＮ，Ｕ）

【文献】国際公開第２００７／０４５７１９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１３－１７８０７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－２１４６２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００８／００２９２４３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２４Ｈ ９／００

Ｆ２８Ｄ ９／００

Ｆ２８Ｆ ３／０４

Ｆ２８Ｆ ３／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃焼排気のガス流路の方向に積層された複数の熱交換ユニットを有する熱交換器であって、
前記複数の熱交換ユニットはそれぞれ、被加熱流体が流れる内部空間と、前記内部空間を非連通状態で貫通し、且つ前記燃焼排気が通過する複数の排気孔と、隣接する前記排気孔の間に、前記内部空間の高さを減少させる内向き段差部とを有し、
前記排気孔と前記内向き段差部とは、前記各熱交換ユニットの前後及び左右方向の少なくとも一方向において交互に形成されている熱交換器。

【請求項2】

請求項１に記載の熱交換器において、
前記複数の熱交換ユニットはそれぞれ、前記排気孔の周縁部に、前記内部空間を閉塞するフランジ部を有する熱交換器。

【請求項3】

請求項１または２に記載の熱交換器において、
前記複数の熱交換ユニットはそれぞれ、隣接する前記排気孔と隣接する前記内向き段差部とで囲まれる領域内に、前記内部空間の高さが増加する外向き段差部を有する熱交換器。

【請求項4】

請求項２または３に記載の熱交換器において、
前記フランジ部は、前記排気孔の開口縁から前記燃焼排気のガス流路の上流側または下流側に延びるバーリング部を有する熱交換器。

【請求項5】

請求項４に記載の熱交換器において、
前記バーリング部は、前記排気孔の孔径が前記燃焼排気のガス流路の下流側に向かって小さくなるように、テーパ形状を有する熱交換器。

【請求項6】

請求項１～５のいずれか１項に記載の熱交換器は、さらに、
隣接する前記熱交換ユニットの間に、前記燃焼排気が流れる排気空間を有する熱交換器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、被加熱流体が流れる内部空間と、内部空間を非連通状態で貫通する複数の排気孔とを有する複数の熱交換ユニットが積層された熱交換器に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、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ユニットを積層させることによって形成されたプレート積層体を備える熱交換器が提案されている（例えば、特許文献１）。各熱交換ユニットは、上熱交換プレートと下熱交換プレートとの間に被加熱流体が流れる内部空間と、内部空間を非連通状態で貫通し、バーナから噴出される燃焼排気が上下方向に通過する複数の排気孔とを有する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】韓国登録特許第１０－１６０８１４９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、上記のような熱交換ユニットでは、燃焼排気が通過する排気孔の周縁部が最も加熱される。従って、熱交換ユニットで吸熱された熱を効率よく被加熱流体に熱伝達させて、熱効率を高めるためには、排気孔の周縁部にできるだけ多くの被加熱流体が流れるような熱交換ユニットの構造が好ましい。

【0005】

しかしながら、特許文献１の熱交換器では、燃焼排気が通過する排気孔は内部空間を非連通状態で貫通しているため、排気孔の周縁部には内部空間を閉塞させる一定幅のフランジ部が形成される。それゆえ、排気孔と被加熱流体が流れる内部空間との間には一定の距離が生じる。また、フランジ部では内部空間が閉塞されているため、内部空間におけるフランジ部近傍の流路抵抗はフランジ部から離れた領域のそれよりも高くなる。そのため、被加熱流体はフランジ部から離れた領域を流れやすい。その結果、燃焼排気の熱が内部空間を流れる被加熱流体に効率的に熱伝達され難いという問題がある。

【0006】

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、被加熱流体が流れる内部空間と、内部空間を非連通状態で貫通する複数の排気孔とを有する複数の熱交換ユニットが積層された熱交換器の熱効率を向上させることにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明によれば、
燃焼排気のガス流路の方向に積層された複数の熱交換ユニットを有する熱交換器であって、
前記複数の熱交換ユニットはそれぞれ、被加熱流体が流れる内部空間と、前記内部空間を非連通状態で貫通し、且つ前記燃焼排気が通過する複数の排気孔と、隣接する前記排気孔の間に、前記内部空間の高さを減少させる内向き段差部とを有し、
前記排気孔と前記内向き段差部とは、前記各熱交換ユニットの前後及び左右方向の少なくとも一方向において交互に形成されている熱交換器が提供される。

【0008】

上記熱交換器によれば、内部空間の高さが内向き段差部で減少するから、内向き段差部は内部空間の内方に向かって突出する。そのため、内向き段差部よりも流体流路の上流側から流れてきた被加熱流体は内向き段差部の周縁に衝突し、内向き段差部によって形成される狭内部空間を通過して流体流路の下流側に向かって流れる被加熱流体と、内向き段差部の周囲を回り込みながら流体流路の下流側に向かって流れる被加熱流体とに分流される。そして、内向き段差部は隣接する排気孔の間に形成されているから、内向き段差部の周囲を回り込む被加熱流体は、より排気孔の周縁部近傍を流れる。これにより、高温に加熱された排気孔の周縁部の熱を効率的に被加熱流体に熱伝達させることができる。

【0009】

また、被加熱流体が内向き段差部の周縁に衝突すると、被加熱流体の乱流が発生する。従って、内向き段差部よりも流体流路の上流側での被加熱流体の温度分布を小さくすることができる。これにより、熱交換ユニットで吸熱された熱を効率的に被加熱流体に熱伝達させることができる。

【0010】

また、内部空間の高さが内向き段差部で減少するから、内向き段差部によって形成される狭内部空間を通過する被加熱流体と熱交換ユニットの内面との間の距離が減少する。これにより、熱交換ユニットで吸熱された熱を効率的に被加熱流体に熱伝達させることができる。

【0011】

また、内向き段差部によって形成される狭内部空間を通過する被加熱流体と内向き段差部の周囲を回り込む被加熱流体とは、内向き段差部よりも流体流路の下流側で再度、合流し、被加熱流体の乱流が発生する。従って、内向き段差部よりも流体流路の下流側での被加熱流体の温度分布を小さくすることができる。これにより、熱交換ユニットで吸熱された熱を効率的に被加熱流体に熱伝達させることができる。
また、上記熱交換器によれば、熱交換ユニットで吸熱された熱をより効率的に被加熱流体に熱伝達させることができる。また、排気孔及び内向き段差部が熱交換ユニットの前後及び左右方向で交互に形成されている場合、１つの隣接する排気孔の間に位置する内向き段差部に向かって、他の隣接する排気孔の間を通過する被加熱流体が流れる。これにより、さらに被加熱流体の乱流が発生して、被加熱流体の温度分布をさらに小さくすることができる。

【0012】

好ましくは、上記熱交換器において、
前記複数の熱交換ユニットはそれぞれ、前記排気孔の周縁部に前記内部空間を閉塞するフランジ部を有する。

【0013】

上記熱交換器によれば、排気孔の周縁部に内部空間を閉塞するフランジ部が形成されているから、燃焼排気が排気孔を通過するとき、燃焼排気の熱をフランジ部で効率的に吸熱することができる。そして、内向き段差部は、周縁部にフランジ部が形成された隣接する排気孔の間に形成されているから、フランジ部で吸熱された熱を効率的に被加熱流体に熱伝達させることができる。

【0016】

好ましくは、上記熱交換器において、
前記複数の熱交換ユニットはそれぞれ、隣接する前記排気孔と隣接する前記内向き段差部とで囲まれる領域内に、前記内部空間の高さが増加する外向き段差部を有する。

【0017】

上記熱交換器によれば、外向き段差部は隣接する排気孔と隣接する内向き段差部とで囲まれる領域内に位置するから、被加熱流体が外向き段差部によって形成される広内部空間に流入するとき、被加熱流体の乱流が発生する。従って、被加熱流体の温度分布をさらに小さくすることができる。これにより、熱交換ユニットで吸熱された熱をさらに効率的に被加熱流体に熱伝達させることができる。

【0018】

好ましくは、上記熱交換器において、
前記フランジ部は、前記排気孔の開口縁から前記燃焼排気のガス流路の上流側または下流側に延びるバーリング部を有する。

【0019】

上記熱交換器によれば、バーリング部に燃焼排気が接触しながら、燃焼排気が排気孔を通過するから、吸熱面積を増加させることができる。また、バーリング部が燃焼排気のガス流路の上流側に延びていれば、燃焼排気が排気孔に流入するとき、バーリング部によって燃焼排気の乱流が発生する。そのため、排気孔の周縁部における燃焼排気の温度境界層が薄くなり、燃焼排気の熱をフランジ部で効率的に吸熱することができる。これにより、熱交換ユニットで吸熱された熱を効率的に被加熱流体に熱伝達させることができる。

【0020】

好ましくは、上記熱交換器において、
前記バーリング部は、前記排気孔の孔径が前記燃焼排気のガス流路の下流側に向かって小さくなるように、テーパ形状を有する。

【0021】

上記熱交換器によれば、排気孔に流入する燃焼排気の通気抵抗を抑えることができる。また、燃焼排気が排気孔を通過するときに、燃焼排気がより長時間、テーパ形状を有するバーリング部に接触する。このため、さらに燃焼排気の熱をフランジ部及びバーリング部で吸熱することができる。これにより、熱交換ユニットで吸熱された熱を効率的に被加熱流体に熱伝達させることができる。

【0022】

好ましくは、上記熱交換器は、さらに、
隣接する前記熱交換ユニットの間に、前記燃焼排気が流れる排気空間を有する。

【0023】

上記熱交換器によれば、燃焼排気の熱が各熱交換ユニットの両面で吸熱されるから、熱交換ユニットで吸熱された熱を効率的に被加熱流体に熱伝達させることができる。また、内向き段差部で内部空間の高さが減少するから、隣接する排気孔の間の外面にも凹凸が形成される。その結果、燃焼排気が凹凸に衝突すると、燃焼排気の乱流が発生し、排気孔の周縁部の燃焼排気の温度境界層を薄くすることができる。これにより、燃焼排気の熱を排気孔の周縁部で効率的に吸熱することができる。

【発明の効果】

【0024】

以上のように、本発明によれば、被加熱流体が流れる内部空間と、内部空間を非連通状態で貫通する複数の排気孔とを有する複数の熱交換ユニットが積層された熱交換器において、燃焼排気から各熱交換ユニットが吸熱する熱を効率的に内部空間を流れる被加熱流体に熱伝達させることできる。これにより、熱交換が促進され、熱交換器の熱効率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】図１は、本発明の実施の形態に係る熱源機を示す部分切欠斜視図である。

【図2】図２は、本発明の実施の形態に係る熱交換器の熱交換ユニットの一部を示す分解斜視図である。

【図3】図３は、本発明の実施の形態に係る熱交換器の流入管側の断面斜視図である。

【図4】図４は、本発明の実施の形態に係る熱交換器の流出管側の断面斜視図である。

【図5】図５は、本発明の実施の形態に係る熱交換器の一部を示す部分拡大平面図である。

【図6】図６は、本発明の実施の形態に係る熱交換器の一部を示す部分拡大断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0026】

以下、本発明の実施の形態に係る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内に流入する水（被加熱流体）を、バーナ３１で生成され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、被加熱流体として、他の熱媒体（例えば、不凍液）が用いられてもよい。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

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。

【0030】

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。

【0031】

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。

【0032】

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。

【0033】

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３に示すように、燃焼室２の下端には内方に折り曲げられたフランジ２６が形成されている。フランジ２６は、熱交換器１の上面周縁と接合される。

【0034】

熱交換器１は、平面視略小判形状を有する。図３及び図４に示すように、熱交換器１は、複数（ここでは、８層）の薄板状の熱交換ユニット１０が積層されたプレート積層体１００を有する。なお、熱交換器１は、その周囲を覆う筐体を有してもよい。

【0035】

各熱交換ユニット１０は、排気孔１３の位置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で接合することにより形成される。このため、共通の構成を先に説明し、異なる構成を後述する。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。

【0036】

図２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し、例えば、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多数の略円形状の上下排気孔１１ａ，１２ａと、上下熱交換プレート１１，１２が重ね合わせられたときに内方に向かって突出する多数の上下凹部１１ｂ，１２ｂとを有する。なお、上下排気孔１１ａ，１２ａや上下凹部１１ｂ，１２ｂは、長孔形状や矩形状などの他の形状を有してもよい。

【0037】

最上層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の周縁にはそれぞれ、上方に向かって突出する上下周縁接合部Ｗ１，Ｗ２が形成されている。下熱交換プレート１２の下周縁接合部Ｗ２は、下周縁接合部Ｗ２と上熱交換プレート１１の底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。なお、図示しないが、最上層の上熱交換プレート１１の下面周縁には、下方に向かって突出する上周縁接合部が形成されている。この上周縁接合部は、最上層の下熱交換プレート１２の下周縁接合部Ｗ２が上周縁接合部に内嵌するように形成されている。

【0038】

また、上熱交換プレート１１の上周縁接合部Ｗ１は、上周縁接合部Ｗ１と上方に隣接する熱交換ユニット１０の下熱交換プレート１２の底面周縁とを接合させたときに、下方の熱交換ユニット１０の上熱交換プレート１１と、上方の熱交換ユニット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、下熱交換プレート１２の下周縁接合部Ｗ２と上熱交換プレート１１の底面周縁とを接合させることにより、上下凹部１１ｂ，１２ｂや後述する上下凸部及び上下貫通孔が形成されていない平面領域で所定高さ（例えば、約２ｍｍ）の内部空間１４が形成される（図３及び図４参照）。また、複数の熱交換ユニット１０を接合させることにより、上下に隣接する熱交換ユニット１０の平面領域の間には、所定高さ（例えば、約３ｍｍ）の排気空間１５が形成される（図３及び図４参照）。

【0039】

上下排気孔１１ａ，１２ａはそれぞれ、４つのコーナ部を除いた上下熱交換プレート１１，１２の略全面にわたって前後及び左右方向に所定の間隔で格子状に開設されている。また、上下排気孔１１ａ，１２ａの周縁部にはそれぞれ、所定幅の水平に延びる上下排気孔フランジ部１１ｃ，１２ｃが形成されている。上下排気孔１１ａ，１２ａ及び上下排気孔フランジ部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、上下排気孔１１ａ，１２ａ及び上下排気孔フランジ部１１ｃ，１２ｃは、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熱交換プレート１１，１２に向かって所定高さ（例えば、約１ｍｍ）突出する段差部の底面に形成されている。また、上排気孔１１ａは、バーリング加工により形成されている。従って、図３及び図４に示すように、上下熱交換プレート１１，１２が重ね合わされて、所定箇所がロウ材等により接合されると、上下排気孔フランジ部１１ｃ，１２ｃによって内部空間１４を閉塞するフランジ部１８が形成され、上下排気孔１１ａ，１２ａによって内部空間１４を非連通状態で貫通する排気孔１３が形成される。また、上排気孔フランジ部１１ｃの先端には、排気孔１３の開口縁から下排気孔フランジ部１２ｃよりも下方（燃焼排気のガス流路の下流側）に突出するバーリング部１１ｄが形成される。

【0040】

前後及び左右方向で隣接する２つの上下排気孔１１ａ，１２ａの間にはそれぞれ、略円形状の上下凹部１１ｂ，１２ｂが形成されている。また、これらの上下凹部１１ｂ，１２ｂは、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。従って、上下凹部１１ｂ，１２ｂは、４つのコーナ部を除いた上下熱交換プレート１１，１２の略全面にわたって前後及び左右方向に所定の間隔で格子状に形成されている。また、隣接する上下凹部１１ｂ，１２ｂの間隔は、隣接する上下排気孔１１ａ，１２ａのそれと略同一に設定されている。このため、上下排気孔１１ａ，１２ａと上下凹部１１ｂ，１２ｂとは、前後及び左右方向に交互に略等間隔で形成されている。また、上下排気孔１１ａ，１２ａ及び上下凹部１１ｂ，１２ｂはそれぞれ、前後及び左右方向に対して所定角度、傾斜する方向に所定の間隔で連続して配列されている。また、上下凹部１１ｂ，１２ｂはそれぞれ、上下熱交換プレート１１，１２の周縁を除いて、前後及び左右方向で隣接する４つの上下排気孔１１ａ，１２ａで囲まれる領域の略中央部に位置するように形成されている。また、上下凹部１１ｂ，１２ｂはそれぞれ、前後及び左右方向で隣接する上下排気孔フランジ部１１ｃ，１２ｃ間の距離よりも小さい直径を有する。

【0041】

上下凹部１１ｂ，１２ｂ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内部空間１４の内方に向かって所定高さ（例えば、約０．５ｍｍ）突出するように形成されている。この上下凹部１１ｂ，１２ｂの内方への突出高さは、上下排気孔フランジ部１１ｃ，１２ｃのそれよりも低く設定されている。従って、図３及び図４に示すように、上下熱交換プレート１１，１２が重ね合わされたとき、上下凹部１１ｂ，１２ｂによって内部空間１４の高さを減少させる内向き段差部１７が形成され、上下凹部１１ｂ，１２ｂ間に所定高さ（例えば、約１ｍｍ）の狭内部空間１４ａが形成される。また、内向き段差部１７と隣接するフランジ部１８との間には、水の流体流路が形成される。好ましくは、狭内部空間１４ａは、平面領域における内部空間１４の高さの２０～７０％の高さを有する。なお、内向き段差部１７は、上下凹部１１ｂ，１２ｂのいずれか一方のみにより形成されてもよい。

【0042】

上下熱交換プレート１１，１２の前後及び左右方向の中央部には、上下熱交換プレート１１，１２が重ね合わせられたときに外方に向かって突出する４つの略小円形状の上下凸部１１ｅ，１２ｅが形成されている（図６参照）。１組の上下熱交換プレート１１，１２の上下凸部１１ｅ，１２ｅは、隣接する他の１組の上下熱交換プレート１１，１２の上下凸部１１ｅ，１２ｅと相互に対応する位置に形成されている。また、４つの上下凸部１１ｅ，１２ｅはそれぞれ、前後及び左右方向で、これらの間に２つの上下排気孔１１ａ，１２ａまたは２つの上下凹部１１ｂ，１２ｂを挟むように略正方形状のパターンで配列されている。また、既述したように、上下排気孔１１ａ，１２ａ及び上下凹部１１ｂ，１２ｂはそれぞれ、前後及び左右方向に対して所定角度、傾斜する方向に所定の間隔で連続して配列されている。そのため、上下凸部１１ｅ，１２ｅはそれぞれ、前後及び左右方向に対して所定角度、傾斜する方向で、連続して隣接する２つの上下排気孔１１ａ，１２ａと、連続して隣接する２つの上下凹部１１ｂ，１２ｂとで囲まれる領域の略中央部に形成されている。

【0043】

上下凸部１１ｅ，１２ｅはそれぞれ、上下凸部１１ｅ，１２ｅを囲む隣接する上下排気孔フランジ部１１ｃ，１２ｃ間の最短距離の間隔と略同一の直径を有する。また、上下凸部１１ｅ，１２ｅはそれぞれ、隣接する熱交換ユニット１０が重ね合わされたときに排気空間１５の高さの略半分の高さ（例えば、約１．５ｍｍ）を有する。従って、図６に示すように、上下熱交換プレート１１，１２が重ね合わされたとき、上下凸部１１ｅ，１２ｅによって内部空間１４の高さを増加させる外向き段差部１９が形成され、上下凸部１１ｅ，１２ｅ間に所定高さ（例えば、約４ｍｍ）の広内部空間１４ｂが形成される。好ましくは、広内部空間１４ｂは、平面領域における内部空間１４の高さの１５０～２５０％の高さを有する。また、隣接する熱交換ユニット１０が重ね合わせられると、上方の熱交換ユニット１０の下熱交換プレート１２の下凸部１２ｅと、下方に隣接する熱交換ユニット１０の上熱交換プレート１１の上凸部１１ｅとは、相互に当接し、排気空間１５を保持する支持部が形成される。なお、外向き段差部１９は、上下凸部１１ｅ，１２ｅのいずれか一方のみにより形成されてもよい。また、熱交換ユニット１０の大きさに応じて、上下凸部１１ｅ，１２ｅはそれぞれ、３箇所未満または５箇所以上、形成されてもよい。さらに、上下凸部１１ｅ，１２ｅは、長孔形状や矩形状などの他の形状を有してもよい。

【0044】

最上層の熱交換ユニット１０の上熱交換プレート１１を除いた上下熱交換プレート１１，１２は、各コーナ部に略円形状の上下貫通孔１１１～１１４，１２１～１２４を有する。各熱交換ユニット１０の上下熱交換プレート１１，１２における同じコーナ部に位置する上下貫通孔１１１～１１４，１２１～１２４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、同軸線上に位置するように開口されている。また、上下貫通孔１１１～１１４，１２１～１２４の周縁部には、所定幅の水平に延びる上下貫通孔フランジ部（図示せず）が形成されている。上下貫通孔フランジ部は、隣接する熱交換ユニット１０が重ね合わせられたとき、隣接する熱交換ユニット１０の上下貫通孔フランジ部と相互に対応する位置に形成されている。また、上下貫通孔フランジ部は、上下熱交換プレート１１，１２が重ね合わされたときに外方に向かって所定高さ（例えば、約１．５ｍｍ）突出するように、形成されている。そのため、上下貫通孔フランジ部は、隣接する熱交換ユニット１０が重ね合わされたときにロウ材等により接合されて、隣接する熱交換ユニット１０を接合する接合部の一部を形成する。また、後述するように、隣接する熱交換ユニット１０が重ね合わされて、接合されると、上下貫通孔フランジ部によって、排気空間１５を非連通状態で貫通し、隣接する熱交換ユニット１０の内部空間１４を連通させる連通路２２，３５が形成される。

【0045】

隣接する熱交換ユニット１０の排気孔１３は、燃焼排気のガス流路の方向に対して垂直に交差する左右方向で半ピッチずれている。従って、上方から流れてきた燃焼排気は、１つの熱交換ユニット１０の排気孔１３を通過した後、その熱交換ユニット１０と下方に隣接する熱交換ユニット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、下方に隣接する熱交換ユニット１０の上熱交換プレート１１に衝突し、下方に隣接する熱交換ユニット１０の排気孔１３からさらに下方に流れる。すなわち、燃焼排気がプレート積層体１００内を上方から下方に向かって流れるとき、プレート積層体１００内にはジグザグ状の排気通路が形成される。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。

【0046】

次に、各層における熱交換ユニット１０について、図２～図４を参照して説明する。図２～図４における熱交換ユニット１０の右横の[ ]内の数字は、最下層の熱交換ユニット１０を１層目としたときの下からの層数を示す。なお、図２において、４層目及び５層目の熱交換ユニット１０の構成はそれぞれ、２層目及び３層目の熱交換ユニット１０のそれと同一であるため、省略されている。

【0047】

１層目（最下層）の熱交換ユニット１０の要素である下熱交換プレート１２は、各コーナ部に下貫通孔１２１～１２４を有する。これらの下貫通孔１２１～１２４のうち、左側前後両方のコーナ部の２つの下貫通孔１２３，１２４（図示せず）は、蓋部材９０によってシールされている。また、１層目の熱交換ユニット１０の上熱交換プレート１１は、４つのコーナ部に上貫通孔１１１～１１４を有する。

【0048】

また、既述したように、１層目の上下熱交換プレート１１,１２の４つのコーナ部の上下貫通孔１１１～１１４，１２１～１２４の周縁部には、上下熱交換プレート１１,１２が重ね合わされたときに外方に突出する上下貫通孔フランジ部が形成されている。また、下熱交換プレート１２の右側前方のコーナ部の下貫通孔１２２の周縁部には、１～６層目の熱交換ユニット１０の内部空間１４及びこれらの熱交換ユニット１０の間の排気空間１５を貫通する導出管３３の下端が接続されている（図４参照）。なお、図示しないが、１層目の下熱交換プレート１２の下面における下貫通孔１２１，１２２の周縁部にはそれぞれ、流入管２０及び流出管２１を接続するための接続ジョイントが設けられている。

【0049】

従って、１層目の熱交換ユニット１０を形成している上下熱交換プレート１１，１２の上下排気孔フランジ部１１ｃ，１２ｃを接合させるとともに、下熱交換プレート１２の下周縁接合部Ｗ２と上熱交換プレート１１の底面周縁とを接合させると、１層目の熱交換ユニット１０の内部空間１４は、下熱交換プレート１２の右側後方のコーナ部の下貫通孔１２１と連通し、上熱交換プレート１１の右側後方及び左側前後両方のコーナ部の３つの上貫通孔１１１，１１３，１１４と連通する。

【0050】

また、下熱交換プレート１２の右側前方のコーナ部の下貫通孔１２２から上方に向かって延在する導出管３３は、内部空間１４と非連通状態で画成される流体流路を形成する（図４参照）。従って、下熱交換プレート１２の右側後方のコーナ部の下貫通孔１２１に接続ジョイントを介して流入管２０を接続させると、流入管２０から下貫通孔１２１を介して１層目の熱交換ユニット１０の内部空間１４に水が流入する。そして、水は、上熱交換プレート１１の右側後方及び左側前後両方のコーナ部の３つの上貫通孔１１１，１１３，１１４を介して内部空間１４から上方に流出する。

【0051】

すなわち、この１層目の熱交換ユニット１０では、下熱交換プレート１２の右側後方のコーナ部の１つの下貫通孔１２１が、内部空間１４に水が流入する流入口２３となる。また、上熱交換プレート１１の右側後方及び左側前後両方のコーナ部の３つの上貫通孔１１１，１１３，１１４が、内部空間１４から水が流出する流出口２４となる。

【0052】

既述したように、排気孔１３は前後及び左右方向に格子状に配列されており、内部空間１４は排気孔１３の周縁部のフランジ部１８によって閉塞されている。そのため、流入口２３から流入した水の一部は、フランジ部１８に衝突しながら、左側の前後に離れた２つの流出口２４に流れていく。従って、内部空間１４を流れる水は、内部空間１４内の全体に広がる。その結果、内部空間１４の前後方向両端部にも、水が流れ易くなる。これにより、効率的に水が加熱される。また、湾曲した水の流れが形成されるため、流体流路が長くなる。その結果、吸熱時間が増え、熱効率が向上する。

【0053】

２層目から５層目の熱交換ユニット１０は、各熱交換ユニット１０の排気孔１３及び内向き段差部１７の位置が、上下に隣接する熱交換ユニット１０のそれらと左右方向で半ピッチずれている以外は、同一の構成を有する。

【0054】

また、これらの熱交換ユニット１０の上下熱交換プレート１１，１２はそれぞれ、１層目の上熱交換プレート１１のコーナ部の４つの上貫通孔１１１～１１４と略同一位置に、４つの上貫通孔１１１～１１４及び４つの下貫通孔１２１～１２４を有する。また、１層目の上下熱交換プレート１１，１２と同様に、上下熱交換プレート１１,１２の４つのコーナ部の上下貫通孔１１１～１１４，１２１～１２４の周縁部には、上下熱交換プレート１１,１２が重ね合わされたときに外方に突出する上下貫通孔フランジ部が形成されている。また、上下熱交換プレート１１，１２の右側前方のコーナ部の上下貫通孔１１２，１２２には、導出管３３が挿入されている。

【0055】

従って、２層目から５層目の各熱交換ユニット１０では、上下熱交換プレート１１，１２の上下排気孔１１ａ，１２ａの周縁部の上下排気孔フランジ部１１ｃ，１２ｃを接合させるとともに、下熱交換プレート１２の下周縁接合部Ｗ２と上熱交換プレート１１の底面周縁とを接合させると、上下熱交換プレート１１，１２の間に形成される内部空間１４は、下熱交換プレート１２の右側後方及び左側前後両方のコーナ部の３つの下貫通孔１２１，１２３，１２４に連通するとともに、上熱交換プレート１１の右側後方及び左側前後両方のコーナ部の３つの上貫通孔１１１，１１３，１１４に連通する。

【0056】

また、既述したように、２層目から５層目の各熱交換ユニット１０の上下熱交換プレート１１，１２の４つのコーナ部の上下貫通孔１１１～１１４，１２１～１２４の周縁部には、上下熱交換プレート１１,１２が重ね合わされたときに外方に突出する上下貫通孔フランジ部が形成されている。

【0057】

従って、１つの熱交換ユニット１０の下熱交換プレート１２の４つのコーナ部の下貫通孔フランジ部と、下方に隣接する熱交換ユニット１０の上熱交換プレート１１の４つのコーナ部の上貫通孔フランジ部とを接合させるとともに、下熱交換プレート１２の底面周縁と下方に隣接する熱交換ユニット１０の上熱交換プレート１１の上周縁接合部Ｗ１とを接合させると、上下に隣接する熱交換ユニット１０の間には、図３及び図４に示すように、排気空間１５と、排気空間１５と非連通状態で画成される連通路２２とが形成される。

【0058】

すなわち、２層目から５層目の各熱交換ユニット１０では、下熱交換プレート１２の右側後方及び左側前後両方のコーナ部の３つの下貫通孔１２１，１２３，１２４が、内部空間１４に水を流入させる流入口２３となる。また、下貫通孔１２１，１２３，１２４に対向する上熱交換プレート１１の３つの上貫通孔１１１，１１３，１１４が、内部空間１４から水が流出する流出口２４となる。

【0059】

また、これら３つの流入口２３（すなわち、下熱交換プレート１２の右側後方及び左側前後両方のコーナ部の３つの下貫通孔１２１，１２３，１２４）の周縁部に形成された下貫通孔フランジ部と、下方に隣接する熱交換ユニット１０の上熱交換プレート１１の流出口２４（すなわち、上熱交換プレート１１の右側後方及び左側前後両方のコーナ部の３つの上貫通孔１１１，１１３，１１４）の周縁部に形成された上貫通孔フランジ部とを接合させることによって形成される連通路２２は、上下に隣接する熱交換ユニット１０の内部空間１４相互を連通させる流体流路となる。

【0060】

また、下熱交換プレート１２の右側前方のコーナ部の下貫通孔フランジ部と、下方に隣接する熱交換ユニット１０の上熱交換プレート１１の右側前方のコーナ部の上貫通孔フランジ部とを接合させるとともに、上下貫通孔１１２，１２２に導出管３３を挿入させると、内部空間１４及び排気空間１５と非連通状態で画成される流体流路が形成される。

【0061】

図２及び図３に示すように、６層目の熱交換ユニット１０において、上下熱交換プレート１１，１２は、上熱交換プレート１１の右側後方の上貫通孔１１１が蓋部材９０でシールされている以外は、２層目のそれらと同一の構成を有する。従って、６層目の熱交換ユニット１０では、上下熱交換プレート１１，１２の上下排気孔フランジ部１１ｃ，１２ｃを接合させるとともに、下熱交換プレート１２の下周縁接合部Ｗ２と上熱交換プレート１１の底面周縁とを接合させると、上下熱交換プレート１１，１２の間に形成される内部空間１４は、下熱交換プレート１２の右側後方及び左側前後両方のコーナ部の３つの下貫通孔１２１，１２３，１２４と連通するとともに、上熱交換プレート１１の左側前後両方のコーナ部の２つの上貫通孔１１３，１１４と連通する。

【0062】

また、上記と同様に、５層目と６層目の熱交換ユニット１０を接合させると、既述した排気空間１５と、排気空間１５と非連通状態で画成される連通路２２が形成される。すなわち、６層目の熱交換ユニット１０では、下熱交換プレート１２の右側後方及び左側前後両方のコーナ部の３つの下貫通孔１２１，１２３，１２４が内部空間１４に水が流入する流入口２３となり、上熱交換プレート１１の左側前後両方のコーナ部の２つの上貫通孔１１３，１１４が内部空間１４から水が流出する流出口２４となる。また、これら３つの流入口２３（すなわち、下熱交換プレート１２の右側後方及び左側前後両方のコーナ部の３つの下貫通孔１２１，１２３，１２４）の周縁部に形成された下貫通孔フランジ部と、下方に隣接する熱交換ユニット１０の上熱交換プレート１１の流出口２４（すなわち、上熱交換プレート１１の右側後方及び左側前後両方のコーナ部の３つの上貫通孔１１１，１１３，１１４）の周縁部に形成された上貫通孔フランジ部とを接合させることによって形成される連通路２２は、上下に隣接する熱交換ユニット１０の内部空間１４相互を連通させる流体流路となる。

【0063】

また、下熱交換プレート１２の右側前方のコーナ部の下貫通孔フランジ部と、下方に隣接する熱交換ユニット１０の上熱交換プレート１１の右側前方のコーナ部の上貫通孔フランジ部とを接合させるとともに、下貫通孔１２２に導出管３３を挿入させ、上貫通孔１１２の上貫通孔フランジ部の下面に導出管３３の上端を接合させると、内部空間１４及び排気空間１５と非連通状態で画成される流体流路が形成される。また、既述したように、この導出管３３は、１層目から６層目の熱交換ユニット１０の内部空間１４及びこれらの熱交換ユニット１０の間の排気空間１５を非連通状態で貫通して、１層目の熱交換ユニット１０の下熱交換プレート１２の右側前方のコーナ部の下貫通孔１２２に接続されている。

【0064】

１層目～６層目の熱交換ユニット１０では、これらの熱交換ユニット１０が重ね合わされたとき、右側後方のコーナ部の流入口２３及び流出口２４は同軸線上に位置する。そのため、１層目の熱交換ユニット１０の内部空間１４に流入した水の一部は、直線的に上方の流出口２４に向かって流れ、流出口２４から連通路２２を介して２～６層目の各熱交換ユニット１０の内部空間１４に流入する。従って、１層目～６層目の各熱交換ユニット１０の内部空間１４に流入した水の一部は、フランジ部１８に衝突しながら各熱交換ユニット１０の内部空間１４内を左右方向で同一の方向（図面中、右側から左側）に流れる。

【0065】

７層目の熱交換ユニット１０において、上下熱交換プレート１１，１２は、右側前方のコーナ部の上下貫通孔１１２，１２２に導出管３３が挿入されていない以外は、５層目のそれらと同一の構成を有する（図２及び図４参照）。従って、７層目の熱交換ユニット１０では、上下熱交換プレート１１，１２の上下排気孔フランジ部１１ｃ，１２ｃを接合させるとともに、下熱交換プレート１２の下周縁接合部Ｗ２と上熱交換プレート１１の底面周縁とを接合させると、上下熱交換プレート１１，１２の間に形成される内部空間１４は、全ての上下貫通孔１１１～１１４，１２１～１２４に連通する。

【0066】

また、上記と同様に、６層目と７層目の熱交換ユニット１０を接合させると、既述した排気空間１５と、排気空間１５と非連通状態で画成される連通路２２，３５が形成される。すなわち、７層目の熱交換ユニット１０では、下熱交換プレート１２の左側前後両方のコーナ部の２つの下貫通孔１２３，１２４が、内部空間１４に水を流入させる流入口２３となり、上熱交換プレート１１の右側後方及び左側前後両方のコーナ部の３つの上貫通孔１１１，１１３，１１４が８層目の熱交換ユニット１０へ水を流出させる流出口２４となる。また、下熱交換プレート１２の右側前方のコーナ部の下貫通孔１２２は、内部空間１４から導出管３３へ水を流出させる流出口２４となる。また、左側前後両方のコーナ部の２つの流入口２３（すなわち、下熱交換プレート１２の左側前後両方のコーナ部の２つの下貫通孔１２３，１２４）の周縁部に形成された下貫通孔フランジ部と、下方に隣接する熱交換ユニット１０の上熱交換プレート１１の流出口２４（すなわち、上熱交換プレート１１の左側前後両方のコーナ部の２つの上貫通孔１１３，１１４）の周縁部に形成された上貫通孔フランジ部とを接合させることによって形成される連通路２２は、上下に隣接する熱交換ユニット１０の内部空間１４相互を連通させる流体流路となる。

【0067】

また、下熱交換プレート１２の右側前方のコーナ部の下貫通孔フランジ部と、下方に隣接する熱交換ユニット１０の上熱交換プレート１１の右側前方のコーナ部の上貫通孔フランジ部とを接合させると、排気空間１５と非連通状態で画成される連通路３５が形成される（図４参照）。また、既述したように、導出管３３の上端は、６層目の上熱交換プレート１１の右側前方のコーナ部の上貫通孔フランジ部の下面と接合されている。このため、７層目の熱交換ユニット１０の内部空間１４は、連通路３５を介して導出管３３に連通する。

【0068】

７層目の熱交換ユニット１０では、左側前後両方のコーナ部の２つの流入口２３から内部空間１４に流入した水の一部は、右側前後両方の２つのコーナ部の流出口２４（すなわち、上熱交換プレート１１の右側後方のコーナ部の上貫通孔１１１及び下熱交換プレート１２の右側前方のコーナ部の下貫通孔１２２）に向かって内部空間１４内をフランジ部１８に衝突しながら、１層目から６層目の熱交換ユニット１０の内部空間１４内を流れる水の方向と逆方向（図面中、左側から右側）に流れる。

【0069】

燃焼排気のガス流路の最上流に位置する８層目（最上層）の熱交換ユニット１０において、上下熱交換プレート１１，１２は、上熱交換プレート１１が下方に向かって突出する上周縁接合部を有すること、上熱交換プレート１１が上貫通孔を有さないこと、並びに上下貫通孔１１２，１２２に導出管３３が挿入されていないこと以外は、２層目のそれらと同一の構成を有する。従って、８層目の熱交換ユニット１０では、上下熱交換プレート１１，１２の上下排気孔フランジ部１１ｃ，１２ｃを接合させるとともに、下熱交換プレート１２の下周縁接合部Ｗ２と上熱交換プレート１１の上周縁接合部とを接合させると、上下熱交換プレート１１，１２の間に形成される内部空間１４は、下熱交換プレート１２の全ての下貫通孔１２１～１２４に連通する。

【0070】

また、上記と同様に、７層目と８層目の熱交換ユニット１０を接合させると、既述した排気空間１５と、排気空間１５と非連通状態で画成される連通路２２，３５が形成される。すなわち、８層目の熱交換ユニット１０では、下熱交換プレート１２の右側後方及び左側前後両方のコーナ部の３つの下貫通孔１２１，１２３，１２４が内部空間１４に水が流入する流入口２３となり、下熱交換プレート１２の右側前方のコーナ部の下貫通孔１２２が内部空間１４から水が流出する流出口２４となる。また、これら３つの流入口２３（すなわち、下熱交換プレート１２の右側後方及び左側前後両方のコーナ部の３つの下貫通孔１２１，１２３，１２４）の周縁部の下貫通孔フランジ部と、下方に隣接する熱交換ユニット１０の上熱交換プレート１１の流出口２４（すなわち、上熱交換プレート１１の右側後方及び左側前後両方のコーナ部の３つの上貫通孔１１１，１１３，１１４）の周縁部に形成された上貫通孔フランジ部とを接合させることによって形成される連通路２２は、上下に隣接する熱交換ユニット１０の内部空間１４相互を連通させる流体流路となる。

【0071】

また、下熱交換プレート１２の右側前方のコーナ部の下貫通孔フランジ部と、下方に隣接する熱交換ユニット１０の上熱交換プレート１１の右側前方のコーナ部の上貫通孔フランジ部とを接合させると、排気空間１５と非連通状態で画成される連通路３５が形成される。すなわち、７層目と８層目の熱交換ユニット１０の内部空間１４は、水が下方から上方へ流れる連通路２２と、水が上方から下方に流れる連通路３５とを介して連通する。また、８層目の熱交換ユニット１０の内部空間１４は、７層目の熱交換ユニット１０の内部空間１４を介して導出管３３と連通する。

【0072】

また、７層目～８層目の熱交換ユニット１０では、これらの熱交換ユニット１０が重ね合わされたとき、左側前後両方のコーナ部の流入口２３及び流出口２４は同軸線上に位置する。そのため、７層目の熱交換ユニット１０の内部空間１４に流入した水の一部は、直線的に上方の流出口２４に向かって流れ、流出口２４から連通路２２を介して８層目の各熱交換ユニット１０の内部空間１４に流入する。従って、７層目～８層目の各熱交換ユニット１０の内部空間１４に流入した水は、フランジ部１８に衝突しながら各熱交換ユニット１０の内部空間１４内を左右方向で同一の方向（図面中、左側から右側）に流れる。

【0073】

また、７層目及び８層目の熱交換ユニット１０の右側前方のコーナ部の流出口２４は、導出管３３と連通しているから、７層目及び８層目の熱交換ユニット１０に到達した水は、導出管３３を介して下方に流れる。すなわち、７層目の熱交換ユニット１０を流れる水の一部は、８層目の熱交換ユニット１０に流入することなく、７層目の熱交換ユニット１０の右側前方のコーナ部の流出口２４から導出管３３に流出する。従って、８層目の熱交換ユニット１０の右側前方のコーナ部の流出口２４と、７層目の熱交換ユニット１０の右側前方のコーナ部の流出口２４（これらの熱交換ユニット１０の下熱交換プレート１２の右側前方のコーナ部の下貫通孔１２２）とは、導出管３３を介して流出管２１に水が流出する最終流出口を形成する。このように、本実施の形態では、流入管２０から熱交換器１に流入する水は、上下方向に積層された熱交換ユニット１０を下方から上方に向かって流れ、７層目または８層目の熱交換ユニット１０から導出管３３を介して流出管２１に流出する。

【0074】

次に、各熱交換ユニット１０の内部空間１４内の水の流れについて説明する。図５は、１つの熱交換ユニット１０の一部を上方から見たときの内部空間１４内の水の流れを示す部分平面図であり、図６は、１つの熱交換ユニット１０の一部の内部空間１４内の水の流れを示す部分断面図である。これらの図中、矢印Ｆは、水の流れを、矢印Ｇは、燃焼排気の流れを示す。

【0075】

既述したように、水は、各熱交換ユニット１０の内部空間１４内を流入口２３から流出口２４に向かって左右方向に流れる。このとき、水は、内部空間１４内の流路抵抗の低い部分を流れやすい。そのため、隣接する排気孔１３の間に内向き段差部１７が形成されていない場合、水は内部空間１４を閉塞するフランジ部１８から離れたフランジ部１８間の中央部を流れやすい。その結果、フランジ部１８近傍を流れる水が少なくなるだけでなく、フランジ部１８間の中央部では層流が形成されやすくなる。そのため、フランジ部１８近傍を流れる水の温度とフランジ部１８間の中央部を流れる水の温度との温度差が大きくなり、内部空間１４内を流れる水の温度分布が大きくなる。その結果、フランジ部１８で吸熱された熱が水に十分に熱伝達されず、熱効率が低下しやすい。

【0076】

しかしながら、本実施の形態の熱交換器１では、隣接する排気孔１３の間に内部空間１４の高さを減少させる内向き段差部１７が形成されているから、内向き段差部１７は内部空間１４の内方に向かって突出する。そのため、図５に示すように、内向き段差部１７の周縁に衝突した水は、狭内部空間１４ａを通過して下流側に向かって直線的に流れる水と、内向き段差部１７の周囲を回り込みながら下流側に向かって流れる水とに分流される。従って、内向き段差部１７の周囲を回り込む水は、フランジ部１８近傍を流れる。これにより、高温に加熱されたフランジ部１８の熱を効率的に水に熱伝達させることができる。

【0077】

また、内部空間１４内の上流側から流れてきた水は内向き段差部１７に衝突して、水の乱流が発生する。従って、内向き段差部１７よりも上流側での水の温度分布を小さくすることができる。これにより、熱交換ユニット１０で吸熱された熱が効率的に水に熱伝達される。

【0078】

また、排気孔１３及び内向き段差部１７はそれぞれ熱交換ユニット１０の略全面にわたって格子状に形成されており、且つ排気孔１３及び内向き段差部１７は等間隔で前後及び左右方向で交互に形成されている。そのため、１つの隣接する排気孔１３の間に位置する内向き段差部１７に向かって、他の隣接する排気孔１３の間を通過する水が流れる。これにより、さらに水の乱流が発生して、内向き段差部１７近傍の水の温度分布を一層、小さくすることができる。

【0079】

また、図６に示すように、狭内部空間１４ａを通過する水と熱交換ユニット１０との内面との間の距離が減少する。これにより、熱交換ユニット１０で吸熱された熱がさらに効率的に水に熱伝達される。

【0080】

また、図５に示すように、狭内部空間１４ａを通過する水と内向き段差部１７の周囲を回り込む水とは、内向き段差部１７より下流側で再度、合流し、水の乱流が発生する。従って、内向き段差部１７より下流側での温度分布を小さくすることができる。これにより、熱交換ユニット１０で吸熱された熱がさらに効率的に水に熱伝達される。

【0081】

また、図６に示すように、狭内部空間１４ａを通過してきた水は内向き段差部１７の下流側で上下方向に広がるように流れるため、内向き段差部１７の下流側で上下方向に向かって流れる流れ成分が多い。一方、内向き段差部１７の周囲を回り込む水は一定の高さの内部空間１４を流れるため、上下方向に向かって流れる流れ成分は少ない。このため、内向き段差部１７の下流側では、異なる方向の流れ成分を有する水が合流し、さらに水の乱流の発生が促進される。従って、内向き段差部１７より下流側での温度分布を一層、小さくすることができる。

【0082】

また、隣接する２つの排気孔１３と隣接する２つの内向き段差部１７とで囲まれる領域の略中央部には、内部空間１４の高さを増加させる外向き段差部１９が形成されているから、図６に示すように、既述した内向き段差部１７の下流側で合流した水が広内部空間１４ｂに流入するとき、水の乱流が発生する。従って、内向き段差部１７よりも下流側の水の温度分布をさらに小さくすることができる。これにより、熱交換ユニット１０で吸熱された熱がさらに効率的に水に熱伝達される。

【0083】

また、内向き段差部１７によって内部空間１４の高さが減少するから、熱交換ユニット１０の隣接する２つの排気孔１３の間の外面には凹凸が形成される。また、上下で隣接する熱交換ユニット１０の排気孔１３は左右方向に半ピッチずれており、内向き段差部１７は隣接する排気孔１３の間に位置する。従って、上方の熱交換ユニット１０の排気孔１３の下方に、下方の熱交換ユニット１０の内向き段差部１７が位置する。そのため、排気空間１５を流れる燃焼排気は、排気孔１３に流入する前に上凹部１１ｂによって形成される凹凸に衝突して、燃焼排気の乱流が発生する。従って、排気孔１３の周縁部の燃焼排気の温度境界層を薄くすることができる。これにより、燃焼排気の熱がフランジ部１８で効率的に吸熱される。

【0084】

また、隣接する熱交換ユニット１０の間には燃焼排気が流れる排気空間１５が形成されているから、燃焼排気の熱は上下熱交換プレート１１，１２で吸熱される。これにより、熱交換ユニット１０で吸熱された熱がさらに効率的に水に熱伝達される。

【0085】

また、フランジ部１８の先端に形成されたバーリング部１１ｄは、排気孔１３の開口縁から燃焼排気の下流側に向かって延在しているから、燃焼排気が排気孔１３を通過するときにバーリング部１１ｄに接触しながら下流側に向かって流れる。従って、吸熱面積が増加するから、燃焼排気の熱がフランジ部１８で効率的に吸熱される。これにより、熱交換ユニット１０で吸熱された熱がさらに効率的に水に熱伝達される。

【0086】

なお、バーリング部１１ｄは、燃焼排気の下流側に向かって孔径が小さくなるようにテーパ形状に形成されてもよい。これにより、燃焼排気の通気抵抗の増加を抑えながら、吸熱面積を増加させることができる。

【0087】

また、バーリング部１１ｄは、排気孔１３の開口縁から燃焼排気の上流側に向かって延在するように、下排気孔フランジ部１２ｃの先端に設けられてもよい。この場合、燃焼排気が排気孔１３に流入する前にバーリング部１１ｄによって燃焼排気の乱流がより発生しやすくなる。そのため、排気孔１３の周縁部における燃焼排気の温度境界層が薄くなる。これにより、燃焼排気の熱がフランジ部１８で効率的に吸熱される。

【0088】

以上のように、上記熱交換器１によれば、燃焼排気から熱交換ユニット１０が吸熱する熱が、効率的に内部空間１４内を流れる水に熱伝達されるから、熱交換が促進される。本発明者の検討によれば、本実施の形態の内向き段差部１７を有する熱交換ユニット１０を用いた熱交換器１の熱効率は、約８８％である。これに対して、内向き段差部１７のない熱交換ユニットを用いた比較熱交換器の熱効率は、約８６％である。従って、本発明によれば、高い熱効率を有する熱交換器１を提供することができる。

【0089】

なお、上記実施の形態では、導出管３３は１～６層目の熱交換ユニット１０を貫通させている。しかしながら、導出管３３は、１～７層目の熱交換ユニット１０を貫通させてもよい。この場合、全ての水が８層目の熱交換ユニット１０の内部空間１４に流入し、８層目の熱交換ユニット１０の流出口２４から導出管３３を介して流出管２１に水が流出する。

【0090】

また、上記実施の形態では、１～６層目の熱交換ユニット１０を貫通する導出管３３と流出管２１とを接続させて、熱交換器１から水を流出させている。しかしながら、導出管３３を用いることなく、所定位置の上下貫通孔の周縁部にバーリング部を形成し、バーリング部を接合することにより、流出管２１に連通する導出流路が形成されてもよい。

【0091】

また、上記実施の形態では、下向きの燃焼面３０を有するバーナ３１が熱交換器１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１の下方に配設されてもよい。

【0092】

さらに、上記実施の形態では、複数の熱交換ユニット１０が上下に積層されている。しかしながら、複数の熱交換ユニット１０は左右に積層されてもよい。

【0093】

また、上記実施の形態では、上下に隣接する熱交換ユニット１０は排気空間１５を介して積層されている。しかしながら、排気空間１５を設けることなく、複数の熱交換ユニット１０が直接、積層されてもよい。

【0094】

また、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。

【符号の説明】

【0095】

１ 熱交換器
１０ 熱交換ユニット
１３ 排気孔
１４ 内部空間
１５ 排気空間
１７ 内向き段差部
１８ フランジ部
１９ 外向き段差部
１１ｄ バーリング部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】