JP7265962B2

JP7265962B2 - プレート式熱交換器

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Publication number: JP7265962B2
Application number: JP2019152172A
Authority: JP
Inventors: 弘逸太田
Original assignee: Rinnai Corp
Current assignee: Rinnai Corp
Priority date: 2019-08-22
Filing date: 2019-08-22
Publication date: 2023-04-27
Anticipated expiration: 2039-08-22
Also published as: JP2021032458A

Description

本発明は、内部を流通する第１流体と外部を流通する第２流体との間で熱交換を行う熱交換体を有する複数のブロックを備え、複数のブロックが積層されて構成されるプレート式熱交換器に関する。

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第１流体である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、第２流体である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。

上記プレート式熱交換器は、少なくとも１つの熱交換体を有する複数のブロックを上下方向に積層することにより構成されている。また、上下方向で隣接するブロックは、熱媒が流通するように互いに連通されている。さらに、隣接するブロックは、一方のブロックを流通する熱媒の流路方向が、他方のブロックを流通する熱媒のそれと異なるように構成されている。これにより、熱交換器内を流通する熱媒の流路がブロックの段数に応じて長くなり、熱効率を高めることができる。

韓国登録特許第１０－１６０８１４９号公報

ところで、複数の熱交換体が積層されるプレート式熱交換器では、燃焼排気の流路方向から見て、一方の熱交換体の貫通孔の投影面が他方の熱交換体の貫通孔と重ならないように隣接する熱交換体を形成すれば、熱交換器内の燃焼排気のガス流路が長くなり、熱効率を向上させることができる。

しかしながら、上記のような貫通孔の配置構造を有する熱交換器では、上流側の熱交換体の貫通孔は下流側の熱交換体の貫通孔の形成されていない投影面と対向する。そのため、上流側の熱交換体の貫通孔を流通した燃焼排気は、まず上記の下流側の熱交換体の一面上の投影面に衝突し、その後、下流側の熱交換体の一面上に広がり、さらに下流側の熱交換体の貫通孔から下流側に流通する。従って、高温の燃焼排気が流通する燃焼排気のガス流路の上流域では、下流側の熱交換体における上流側の熱交換体の貫通孔と対向する部分が集中して加熱され、ローカルヒートが生じるという問題がある。特に、燃焼排気のガス流路の最上流の熱交換体に隣接する下流側の熱交換体には、最上流の熱交換体の内部を流通する熱媒と熱交換することなく、最上流の熱交換体の貫通孔を流通する高温の燃焼排気が衝突するため、ローカルヒートの問題が生じやすい。

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、第２流体の流路の最上流の熱交換体の下流側に隣接する熱交換体のローカルヒートを防止することにある。

本発明によれば、
内部を流通する第１流体と外部を流通する第２流体との間で熱交換を行う熱交換体を有する複数のブロックを備え、前記複数のブロックが積層されて構成されるプレート式熱交換器であって、
前記熱交換体は、前記熱交換体の内部を流通する前記第１流体の流路面と交差する方向に前記第２流体が前記熱交換体の外部を流通するように形成された複数の貫通孔を有し、
隣接する熱交換体は、前記第２流体の流路方向から見て、一方の熱交換体の前記貫通孔の投影面が、他方の熱交換体の前記貫通孔と重ならないように形成され、
前記各ブロックは、前記第１流体を前記各ブロック内部に導入する導入口と、前記第１流体を前記各ブロック外部に導出する導出口とを有し、
隣接するブロックは、一方のブロックを構成する前記各熱交換体の内部を流通する前記第１流体の流路方向が、他方のブロックを構成する前記各熱交換体の内部を流通する前記第１流体のそれと異なるように形成され、
前記隣接するブロック間には、前記一方のブロックの前記導出口と前記他方のブロックの前記導入口とを連通させる連絡通路が形成され、
前記複数のブロックのうち、前記第２流体の流路の最上流に位置する最上流ブロックは、少なくとも２つ以上の熱交換体が積層されて構成され、
前記最上流ブロックを構成する前記２つ以上の熱交換体は、前記第１流体が前記２つ以上の熱交換体の内部を並列に流通するように形成され、
前記最上流ブロックを構成する前記２つ以上の熱交換体のうち、前記第２流体の前記流路の前記最上流に位置する最上流熱交換体と、前記最上流熱交換体の前記第２流体の前記流路の下流側に隣接する第２熱交換体とは、前記第２熱交換体の内部を流通する前記第１流体の流量が、前記最上流熱交換体の内部を流通する前記第１流体のそれよりも多くなるように構成されているプレート式熱交換器が提供される。

上記熱交換器によれば、最上流ブロックを構成する２つ以上の熱交換体は、第１流体が２つ以上の熱交換体の内部を並列に流通するように形成され、最上流熱交換体と第２熱交換体とは、最上流熱交換体の貫通孔を流通する第２流体が衝突する第２熱交換体の内部を流通する第１流体の流量が、最上流熱交換体の内部を流通する第１流体のそれよりも多くなるように構成されているから、最上流熱交換体の貫通孔を通過した第２流体が第２熱交換体の小面積の投影面に集中しても、第２熱交換体の局部過熱を防止することができる。

好ましくは、上記熱交換器において、
前記最上流ブロックは、３つ以上の熱交換体が積層されて構成されており、
前記最上流ブロックを構成する前記３つ以上の熱交換体は、前記第２熱交換体の内部を流通する前記第１流体の前記流量が最も多くなるように構成される。

上記熱交換器によれば、最上流ブロックを構成する３つ以上の熱交換体のうち、第２熱交換体の内部に第１流体を最大流量で流通させるから、最上流熱交換体の貫通孔を通過した第２流体が第２熱交換体の小面積の投影面に集中しても、第２熱交換体の局部過熱を防止することができる。

好ましくは、上記熱交換器において、
前記最上流熱交換体における前記第１流体の流入側流路及び流出側流路の少なくともいずれか一方に、前記最上流熱交換体の内部を流通する前記第１流体の前記流量を絞る絞り手段が形成される。

上記熱交換器によれば、第１流体は最上流熱交換体及び第２熱交換体の内部を並列に流通するから、最上流熱交換体における第１流体の流入側流路及び流出側流路の少なくともいずれか一方に、第１流体の流量を絞る絞り手段を形成することにより、第２熱交換体の内部を流通する第１流体の流量を、最上流熱交換体の内部を流通する第１流体のそれよりも多くすることができる。また、上記熱交換器によれば、第１流体が最上流熱交換体の内部の中間部を流通しているときの第１流体の流路抵抗の変動を抑えることができる。これにより、第２流体によって加熱される最上流熱交換体の温度の偏りを低減することができる。

好ましくは、上記熱交換器において、
前記第２流体の前記流路の最下流に位置する最下流熱交換体から前記最上流熱交換体まで導出管が挿通され、
前記導出管は、前記第１流体が前記最上流熱交換体及び前記第２熱交換体から前記導出管に流出するように構成されており、
前記導出管によって、前記第１流体が前記最上流熱交換体から前記導出管に流出する前記流出側流路が、前記第１流体が前記第２熱交換体から前記導出管に流出するそれよりも狭くなるように形成される。

上記熱交換器によれば、第１流体は、最上流ブロックを構成する最上流熱交換体及び第２熱交換体から導出管に並列に流出する。また、第１流体が最上流熱交換体から導出管に流出する流出側流路は、第１流体が第２熱交換体から導出管に流出するそれよりも狭くなるように形成されているから、最上流熱交換体の内部を流通する第１流体の流路抵抗を、第２熱交換体の内部を流通する第１流体のそれよりも高くすることができる。これにより、第２熱交換体の内部を流通する第１流体の流量を、最上流熱交換体の内部を流通する第１流体のそれよりも多くすることができる。また、上記熱交換器によれば、第１流体が最上流熱交換体から導出管に流出する流出側流路が狭められているから、最上流熱交換体の内部を流通する第１流体の流路の最下流側で、第１流体の流路抵抗を増加させることができる。これにより、熱交換器内に供給される第１流体の流量が少ない場合でも、最上流熱交換体の内部に円滑に第１流体を流通させることができ、最上流熱交換体における局部過熱を防止することができる。また、導出管によって最上流熱交換体の内部を流通する第１流体の流量を減少させることができるから、最上流熱交換体及び第２熱交換体として専用の熱交換体を製造する必要がない。これにより、コストを低減することができる。

以上のように、本発明によれば、第１流体は、最上流熱交換体よりも、最上流熱交換体の第２流体の流路の下流側に隣接する第２熱交換体に多く流通する。従って、第２流体の流路方向から見て、隣接する熱交換体の一方の熱交換体の貫通孔の投影面が他方の熱交換体の貫通孔と重ならないように複数の熱交換体が積層されているプレート式熱交換器において、第２熱交換体のローカルヒートを防止することができる。これにより、第２熱交換体の内部を流通する第１流体の沸騰や変性を防止できるとともに、第２熱交換体の変形を防止できるから、優れた耐久性を有する熱交換器を提供することができる。

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を示す流入管側の概略要部拡大断面図である。図４は、本発明の実施の形態に係る熱交換器を示す流出管側の概略要部拡大断面図である。図５は、本発明の実施の形態に係る熱交換器における第１流体と第２流体の流れを説明する概略模式図である。図６は、本発明の実施の形態に係る導出管を示す概略斜視図である。

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内に流入する水（第１流体）を、バーナ３１で生成される燃焼排気（第２流体）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、第１流体として、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、１０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～図５に示すように、熱交換器１は、複数の熱交換体１０を有する複数（ここでは、３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、「中流ブロック５ｂ」、及び最下段のブロック５を、「最下流ブロック５ｃ」という）。最上流ブロック５ａは、２つの熱交換体１０が積層されて構成され、中流ブロック５ｂは、３つの熱交換体１０が積層されて構成され、最下流ブロック５ｃは、５つの熱交換体１０が積層されて構成されている。なお、最上流ブロック５ａを除いて、各ブロック５は、１つの熱交換体１０から構成されてもよい。また、熱交換器１は、２つ以下または４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では、熱交換器１内の水の流路はブロック５の段数に応じて３パスとなるように、ブロック５ごとに水の流路方向が折り返されている。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～図４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多数の略円形状の上下貫通孔１１ａ，１２ａと、上下貫通孔１１ａ，１２ａの周縁に形成された上下貫通孔フランジ部１１ｃ，１２ｃとを有する。なお、上下貫通孔１１ａ，１２ａは、略楕円形状などの他の形状を有してもよい。

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、上方の熱交換体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、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の下面周縁と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及び図４参照）。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及び図４参照）。

上下貫通孔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、平面視略正八角形状の外形を有するように形成されている。なお、本実施の形態では、各熱交換体１０の上下貫通孔１１ａ，１２ａは、同一の大きさ及び形状を有する。しかしながら、各熱交換体１０の上下貫通孔１１ａ，１２ａは、上下方向で対向する一対の上下貫通孔１１ａ，１２ａが同一の大きさ及び形状に形成されていれば、他の一対の上下貫通孔１１ａ，１２ａのそれらと異なってもよい。

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が形成される。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。

上下貫通孔１１ａ，１２ａや上下貫通孔フランジ部１１ｃ，１２ｃを除く上下熱交換プレート１１，１２の略全面には、複数の上下凹部及び複数の上下凸部がそれぞれ所定の間隔で形成されている。これらの上下凹部及び上下凸部はそれぞれ、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。従って、上下熱交換プレート１１，１２が重ね合わされると、上下凹部によって熱交換体１０の内部空間１４の高さを減少させる内向き段差部が形成され、上下凸部によって熱交換体１０の内部空間１４の高さを増加させる外向き段差部が形成される。なお、これらの凹凸部は、形成されなくてもよい。

図５に示すように、隣接する熱交換体１０の貫通孔１３は、上流側の熱交換体１０の貫通孔１３の投影面が下流側の熱交換体１０の貫通孔１３と重ならないように、燃焼排気の流路方向に対して垂直に交差する左右方向にずれている。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。

最上流ブロック５ａの燃焼排気のガス流路の最上流の熱交換体１０（以下、「最上流熱交換体１０ａ」という）を形成する上熱交換プレート１１を除いて、各熱交換体１０の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、通水孔６３と、通水孔６３の周縁から外方に向かって突出する通水孔フランジ部とを有する。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通水孔６３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。

次に、ブロック５の構成について説明する。図３～図５に示すように、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。これらの導入口７１及び導出口７２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及び最上流に位置する熱交換体１０の所定の通水孔６３により構成される。

最下流ブロック５ｃにおける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）を形成する下熱交換プレート１２の左側後方及び右側前方のコーナ部には、通水孔６３が形成されている。左側後方のコーナ部の通水孔６３には、流入管２０が接続されている。従って、この通水孔６３が、導入口７１を形成する。また、右側前方のコーナ部の通水孔６３には、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導出管２３が挿通されている。導出管２３の外周面は、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通水孔６３の内周縁とロウ材等の接合手段により接合されている。最下流ブロック５ｃの燃焼排気のガス流路の最上流に位置する熱交換体１０（以下、「第１最上流熱交換体１０ｅ」という）を形成する上熱交換プレート１１の右側後方のコーナ部には、通水孔６３が形成されている。従って、この通水孔６３が、導出口７２を形成する。

中流ブロック５ｂにおける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、「第１最下流熱交換体１０ｄ」という）を形成する下熱交換プレート１２の右側後方のコーナ部には、通水孔６３が形成されている。この通水孔６３は、第１最上流熱交換体１０ｅの通水孔６３と対向している。従って、この通水孔６３が、導入口７１を形成する。また、中流ブロック５ｂを構成する各熱交換体１０の右側前方のコーナ部の通水孔６３には、導出管２３が挿通されている。中流ブロック５ｂの燃焼排気のガス流路の最上流に位置する熱交換体１０（以下、「第２最上流熱交換体１０ｃ」という）を形成する上熱交換プレート１１の左側前後両方のコーナ部には、通水孔６３が形成されている。従って、これらの通水孔６３が、導出口７２を形成する。最下流ブロック５ｃと中流ブロック５ｂとの間には、最下流ブロック５ｃの導出口７２及び中流ブロック５ｂの導入口７１の周縁の通水孔フランジ部相互を接合することによって、これらの導出口７２と導入口７１とを連通させる連絡通路７が形成されている。

最上流ブロック５ａにおける燃焼排気のガス流路の最下流に位置する熱交換体１０（すなわち、最上流熱交換体１０ａの燃焼排気のガス流路の下流側に隣接する熱交換体１０（以下、「第２熱交換体１０ｂ」という））を形成する下熱交換プレート１２の左側前後両方のコーナ部には、通水孔６３が形成されている。これらの通水孔６３は、第２最上流熱交換体１０ｃの通水孔６３と対向している。従って、これらの通水孔６３が、導入口７１を形成する。また、最上流ブロック５ａを構成する各熱交換体１０の右側前方のコーナ部の通水孔６３には、導出管２３が挿通されている。最上流熱交換体１０ａ及び第２熱交換体１０ｂに挿通されている導出管２３の上流側端部２４は、最上流熱交換体１０ａ及び第２熱交換体１０ｂの内部空間１４と連通している。従って、第２熱交換体１０ｂ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通水孔６３が、導出口７２を形成する。中流ブロック５ｂと最上流ブロック５ａとの間には、中流ブロック５ｂの導出口７２及び最上流ブロック５ａの導入口７１の周縁の通水孔フランジ部相互を接合することによって、これらの導出口７２と導入口７１とを連通させる連絡通路７が形成されている。

各ブロック５の導入口７１及び導出口７２を形成する通水孔６３や導出管２３が挿通されている通水孔６３を除いて、上下熱交換プレート１１，１２に形成されている通水孔６３は、上下に隣接する熱交換体１０の同軸上に位置する通水孔６３の周縁の通水孔フランジ部相互を接合させることにより、連通路６４を形成している。これらの連通路６４及び既述した連絡通路７は、排気空間１５を非連通状態で貫通している。

既述したように、導出管２３は、最下流熱交換体１０ｓから最上流熱交換体１０ａまでの全ての熱交換体１０の右側前方のコーナ部の通水孔６３に挿通されている。また、図６に示すように、最上流熱交換体１０ａ及び第２熱交換体１０ｂに挿通される導出管２３の上流側端部２４には、周壁が切り欠かれた切欠部が形成されている。従って、導出管２３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、導出管２３は、切欠部によって形成される上流側及び下流側開口部２５，２６を介して最上流熱交換体１０ａ及び第２熱交換体１０ｂの内部空間１４と連通する。また、導出管２３は、第２熱交換体１０ｂより燃焼排気のガス流路の下流側の熱交換体１０の内部空間１４及び全ての排気空間１５を非連通状態で貫通する。

図５に示すように、流入管２０から導入口７１を介して最下流ブロック５ｃに導入される水は、左側２列の連通路６４を通って上方に向かって流れ、各熱交換体１０に分流される。各熱交換体１０に流入する水は、各内部空間１４を左右方向で同一方向（図中、左側から右側）に並列に流れる。従って、最下流ブロック５ｃ内には、５つの水の平行流路が形成される。各内部空間１４を流通する水は、右側１列の連通路６４に流出して合流し、連通路６４を通って上方に向かって流れる。そして、水は、最下流ブロック５ｃの導出口７２から連絡通路７を介して中流ブロック５ｂの導入口７１に導出される。

中流ブロック５ｂに導入される水は、右側１列の連通路６４を通って、各熱交換体１０に分流される。各熱交換体１０に流入する水は、各内部空間１４を左右方向で同一の方向（図中、右側から左側）に並列に流れる。従って、中流ブロック５ｂ内には、３つの水の平行流路が形成される。この中流ブロック５ｂの各熱交換体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５ｃのそれと反対になる。各内部空間１４を流通する水は、左側２列の連通路６４に流出して合流し、連通路６４を通って上方に向かって流れる。そして、水は、中流ブロック５ｂの導出口７２から連絡通路７を介して最上流ブロック５ａの導入口７１に導出される。

最上流ブロック５ａに導入される水は、左側２列の連通路６４を通って、最上流熱交換体１０ａ及び第２熱交換体１０ｂに分流される。最上流熱交換体１０ａ及び第２熱交換体１０ｂに流入する水は、各内部空間１４を左右方向で同一の方向（図中、左側から右側）に並列に流れる。従って、最上流ブロック５ａ内には、２つの水の平行流路が形成される。この最上流ブロック５ａの各熱交換体１０の内部空間１４を流通する水の流路方向は、中流ブロック５ｂのそれと反対になる。最上流熱交換体１０ａ及び第２熱交換体１０ｂの内部空間１４を流通する水は、導出管２３の上流側端部２４の切欠部によって形成される上流側及び下流側開口部２５，２６を介して導出管２３に並列に流出する。導出管２３は、最上流ブロック５ａの導出口７２に挿通されているため、導出管２３に流出する水は、導出管２３を流下し、最下流熱交換体１０ｓに接続された流出管２１から熱交換器１の外部に流出する。

図５及び図６に示すように、導出管２３の上流側端部２４は、導出管２３が最下流熱交換体１０ｓから最上流熱交換体１０ａまで挿通されたとき、最上流熱交換体１０ａの内部空間１４と連通する上流側開口部２５が、第２熱交換体１０ｂの内部空間１４と連通する下流側開口部２６よりも小さな開口面積を有するように略逆Ｔ字状に２箇所、切り欠かれている（例えば、下流側開口部２６の２０％～５０％）。このため、導出管２３の上流側端部２４によって、最上流熱交換体１０ａから導出管２３に流出する水の流出側流路８ａは、第２熱交換体１０ｂから導出管２３に流出する水の流出側流路８ｂよりも狭められている。

本実施の形態によれば、燃焼排気は各熱交換体１０を貫通する貫通孔１３を上下方向に流通する。従って、各熱交換体１０の貫通孔１３は、燃焼排気が各熱交換体１０の内部を流通する水の流路面に対して略垂直に交差する方向に熱交換体１０の外部を流通するように形成されている。また、貫通孔１３は、各熱交換体１０の略全面に前後及び左右方向に略一定の間隔で形成されている。そのため、ガス流路の上流側から流れてくる燃焼排気は、貫通孔１３を除いた最上流熱交換体１０ａの一面全体に衝突し、最上流熱交換体１０ａを加熱する。すなわち、最上流熱交換体１０ａでは、貫通孔１３を除いた部分が受熱面となる。一方、隣接する熱交換体１０は、上流側の熱交換体１０の貫通孔１３の投影面が下流側の熱交換体１０の貫通孔１３と重ならないように形成されている。そのため、最上流熱交換体１０ａの貫通孔１３を流通する燃焼排気は、第２熱交換体１０ｂ上の小面積の投影面にまず衝突する。この第２熱交換体１０ｂに衝突する燃焼排気は、最上流熱交換体１０ａと接触していない高温の燃焼排気（すなわち、最上流熱交換体１０ａの内部空間１４内を流通する水と熱交換が行われていない燃焼排気）も含んでいる。その結果、最上流熱交換体１０ａの下流側に隣接する第２熱交換体１０ｂで局部過熱が生じやすい。

しかしながら、本実施の形態によれば、最上流ブロック５ａを構成する最上流熱交換体１０ａ及び第２熱交換体１０ｂは、導入口７１から最上流ブロック５ａに流入する水が最上流熱交換体１０ａ及び第２熱交換体１０ｂに分流され、最上流熱交換体１０ａ及び第２熱交換体１０ｂの内部を並列に流通するように構成されている。従って、最上流熱交換体１０ａ及び第２熱交換体１０ｂの内部を流通する水の流量は、一方を増加させれば、他方が減少する相関関係にある。また、導出管２３の上流側端部２４は、上流側開口部２５の開口面積が下流側開口部２６のそれよりも小さくなるように形成されているため、最上流熱交換体１０ａから導出管２３に流出する水の流出側流路８ａは第２熱交換体１０ｂから導出管２３に流出する水の流出側流路８ｂよりも狭くなる。そのため、導出管２３の上流側端部２４によって、最上流熱交換体１０ａの内部を流通する水の流路抵抗は、第２熱交換体１０ｂの内部を流通する水のそれよりも高くなる。その結果、導出管２３の上流側端部２４は、最上流熱交換体１０ａの内部を流通する水の流量を絞る絞り手段として機能し、最上流ブロック５ａにおいて、第２熱交換体１０ｂの内部を流通する水の流量は、最上流熱交換体１０ａの内部を流通する水のそれよりも多くなる。これにより、最上流熱交換体１０ａの貫通孔１３を通過した第２流体が第２熱交換体１０ｂの小面積の投影面に集中しても、第２熱交換体１０ｂの局部過熱を防止することができる。なお、導出管２３の上流側端部２４には、切欠部以外に、周壁を貫通する孔部を設けてもよい。

また、本実施の形態によれば、最上流熱交換体１０ａから導出管２３に流出する水の流出側流路８ａが導出管２３の上流側端部２４によって絞られているから、最上流熱交換体１０ａの内部を流通する水の流路の最下流側で、水の流路抵抗を増加させることができる。これにより、熱交換器１内に供給される水の流量が少ない場合でも、最上流熱交換体１０ａの内部に円滑に水を流通させることができ、最上流熱交換体１０ａにおける局部過熱を防止することができる。また、水が最上流熱交換体１０ａの内部空間１４の中間部を流通しているときの水の流路抵抗の変動を抑えることができる。これにより、燃焼排気によって加熱される最上流熱交換体１０ａの温度の偏りを低減することができ、熱効率を向上させることができる。

また、本実施の形態によれば、導出管２３によって最上流熱交換体１０ａの内部を流通する水の流路抵抗を増加させることができるから、最上流熱交換体１０ａ及び第２熱交換体１０ｂとして、専用の熱交換体１０を製造する必要がない。従って、他の熱交換体１０と略同一の構成を有する熱交換体１０を最上流熱交換体１０ａ及び第２熱交換体１０ｂに使用することができる。これにより、コストを低減することができる。

また、本実施の形態によれば、導出管２３の上流側端部２４には、最上流熱交換体１０ａ及び第２熱交換体１０ｂの内部空間１４と連通する上流側及び下流側開口部２５，２６がそれぞれ、複数形成されている。そのため、導出管２３の上流側端部２４周辺で水の滞留が生じ難く、円滑に内部空間１４から導出管２３に水を流出させることができる。これにより、熱交換器１内に供給される水の流量が少ない場合でも、最上流熱交換体１０ａ及び第２熱交換体１０ｂにおけるローカルヒートを防止することができる。

以上のように、本実施の形態によれば、最上流熱交換体１０ａの貫通孔１３を流通して第２熱交換体１０ｂに高温の燃焼排気が衝突することによる第２熱交換体１０ｂのローカルヒートを防止することができる。従って、第２熱交換体１０ｂの内部を流れる水の局部的な沸騰を防止できるとともに、第２熱交換体１０ｂの内部の圧力の増加による第２熱交換体１０ｂの損傷を防止でき、熱交換器１の耐久性を向上させることできる。

（その他の実施の形態）
（１）上記実施の形態では、最上流ブロックは、２つの熱交換体が積層されて構成されている。しかしながら、最上流熱交換体は、３つ以上の熱交換体が積層されて構成されてもよい。この場合、好ましくは、３つ以上の熱交換体は、第２熱交換体の内部を流通する第１流体の流量が最も多くなるように構成される。これにより、最上流ブロックを構成する複数の熱交換体のうち、第２熱交換体の内部に第１流体を最大流量で流通させることができるから、第２熱交換体のローカルヒートを確実に防止することができる。
（２）上記実施の形態では、導出管の上流側端部によって絞り手段が形成されている。しかしながら、導出管を用いることなく、最上流熱交換体における第１流体の下流側の通水孔の開口面積を第２熱交換体における第１流体の下流側の通水孔のそれより小さくしてもよい。この場合、最上流熱交換体の上記通水孔自体が絞り手段を形成する。
（３）上記実施の形態では、最上流熱交換体に挿通させる導出管の上流側端部によって、第１流体が最上流熱交換体から導出管に流出する流出側流路が絞られている。しかしながら、絞り手段が形成される位置は特に限定されない。例えば、最上流熱交換体における第１流体の流入側流路に絞り手段が形成されてもよい。また、最上流熱交換体における流入側流路及び流出側流路の両方に絞り手段が形成されてもよい。
（４）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。
（５）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れてもよい。
（６）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熱交換器
１０熱交換体
１０ａ最上流熱交換体
１０ｂ第２熱交換体
５ブロック
５ａ最上流ブロック
１３貫通孔
２３導出管

Claims

内部を流通する第１流体と外部を流通する第２流体との間で熱交換を行う熱交換体を有する複数のブロックを備え、前記複数のブロックが積層されて構成されるプレート式熱交換器であって、
前記熱交換体は、前記熱交換体の内部を流通する前記第１流体の流路面と交差する方向に前記第２流体が前記熱交換体の外部を流通するように形成された複数の貫通孔を有し、
隣接する熱交換体は、前記第２流体の流路方向から見て、一方の熱交換体の前記貫通孔の投影面が、他方の熱交換体の前記貫通孔と重ならないように形成され、
前記各ブロックは、前記第１流体を前記各ブロック内部に導入する導入口と、前記第１流体を前記各ブロック外部に導出する導出口とを有し、
隣接するブロックは、一方のブロックを構成する前記各熱交換体の内部を流通する前記第１流体の流路方向が、他方のブロックを構成する前記各熱交換体の内部を流通する前記第１流体のそれと異なるように形成され、
前記隣接するブロック間には、前記一方のブロックの前記導出口と前記他方のブロックの前記導入口とを連通させる連絡通路が形成され、
前記複数のブロックのうち、前記第２流体の流路の最上流に位置する最上流ブロックは、少なくとも２つ以上の熱交換体が積層されて構成され、
前記最上流ブロックを構成する前記２つ以上の熱交換体は、前記第１流体が前記２つ以上の熱交換体の内部を並列に流通するように形成され、
前記最上流ブロックを構成する前記２つ以上の熱交換体のうち、前記第２流体の前記流路の前記最上流に位置する最上流熱交換体と、前記最上流熱交換体の前記第２流体の前記流路の下流側に隣接する第２熱交換体とは、前記第２熱交換体の内部を流通する前記第１流体の流量が、前記最上流熱交換体の内部を流通する前記第１流体のそれよりも多くなるように構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、
前記最上流ブロックは、３つ以上の熱交換体が積層されて構成されており、
前記最上流ブロックを構成する前記３つ以上の熱交換体は、前記第２熱交換体の内部を流通する前記第１流体の前記流量が最も多くなるように構成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、
前記最上流熱交換体における前記第１流体の流入側流路及び流出側流路の少なくともいずれか一方に、前記最上流熱交換体の内部を流通する前記第１流体の前記流量を絞る絞り手段が形成されているプレート式熱交換器。
請求項３に記載のプレート式熱交換器において、
前記第２流体の前記流路の最下流に位置する最下流熱交換体から前記最上流熱交換体まで導出管が挿通され、
前記導出管は、前記第１流体が前記最上流熱交換体及び前記第２熱交換体から前記導出管に流出するように構成されており、
前記導出管によって、前記第１流体が前記最上流熱交換体から前記導出管に流出する前記流出側流路が、前記第１流体が前記第２熱交換体から前記導出管に流出するそれよりも狭くなるように形成されているプレート式熱交換器。