(57)【要約】  この発明の熱交換器装置の運転方法は、被加熱液への熱移動量を一定に保ちながら、被加熱液流路へのスケール付着を防止する。  この熱交換器装置の運転方法では、被加熱液が熱媒体と熱交換により加熱されて被加熱液流路から流出した後、被加熱液の一部は、被加熱液循環配管に流入し、この流入した被加熱液は、循環ポンプの間欠駆動運転により脈動が生じ、脈動が生じた被加熱液は、そのまま被加熱液流路に再び流入する。
2010029786.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加熱液が流通し、外部の熱媒体と熱交換する被加熱液流路を有する熱交換器と、
この被加熱液流路の入口に接続された被加熱液入口配管と、
前記被加熱液が排出される前記被加熱液流路の出口に接続された被加熱液出口配管と、
この被加熱液出口配管から分岐されているとともに先端部が前記被加熱液流路の途中で接続された被加熱液循環配管と、
この被加熱液循環配管に設けられ前記被加熱液を前記被加熱液流路と被加熱液循環配管との間で循環させる循環ポンプと
を備えた熱交換器装置の運転方法であって、
前記被加熱液が前記熱媒体と熱交換により加熱されて前記被加熱液流路から流出した後、前記被加熱液の一部は、前記被加熱液循環配管に流入し、この流入した前記被加熱液は、前記循環ポンプの間欠駆動運転により脈動が生じ、脈動が生じた前記被加熱液は、そのまま前記被加熱液流路に再び流入することを特徴とする熱交換器装置の運転方法。
【請求項２】
前記被加熱液循環配管は、前記先端部が前記被加熱液流路の出口側に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器装置の運転方法。
【請求項３】
前記熱交換器は、内部に前記被加熱液が流通する、前記被加熱流路である伝熱管を有していることを特徴とする請求項１または２に記載の熱交換器装置の運転方法。
【請求項４】
前記コントローラは、前記伝熱管内を流れる前記被加熱液の流速を、０．５ｍ/ｓと、この流速よりも大きな流速とを３０秒未満の周期で繰り返すように、前記循環ポンプを運転させることを特徴とする請求項３に記載の熱交換器装置の運転方法。
【請求項５】
前記コントローラは、前記伝熱管内を流れる前記被加熱液の流速を、０．５ｍ/ｓと、この流速よりも少なくとも２５％大きな流速とを繰り返すように、前記循環ポンプを駆動させることを特徴とする請求項３に記載の熱交換器装置の運転方法。
【請求項６】
前記熱交換器は、内部に前記熱媒体が流通する高温側伝熱室を有する前記高温側伝熱板と、内部に前記被加熱液が流通する、前記被加熱液流路である前記低温側伝熱室を有する前記高温側伝熱板とが交互に積層されていることを特徴とする請求項１または２に記載の熱交換器装置の運転方法。
【請求項７】
前記被加熱液循環配管は、各前記低温側伝熱室に個別に連通した複数の分注配管を有していることを特徴とする請求項６に記載の熱交換器装置の運転方法。
【請求項８】
被加熱液が流通し、外部の熱媒体と熱交換する被加熱液流路を有する熱交換器と、
この被加熱液流路の入口に接続された被加熱液入口配管と、
前記被加熱液が排出される前記被加熱液流路の出口に接続された被加熱液出口配管と、
この被加熱液出口配管から分岐されているとともに先端部が前記被加熱液流路の途中で接続された被加熱液循環配管と、
この被加熱液循環配管に設けられ前記被加熱液を前記被加熱液流路と被加熱液循環配管との間で循環させる循環ポンプと、
この循環ポンプの運転動作を制御するコントローラとを備え、
前記コントローラは、前記循環ポンプを間欠運転させることを特徴とする熱交換器装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、被加熱液が流通し外部の熱媒体と熱交換する被加熱液流路にスケールが付着するのを防止する機能を備えた、熱交換器装置の運転方法、及び熱交換器装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
浴室や台所に温水を供給する給湯器は電気給湯器、ガス給湯器、石油給湯器などに大別されるが、いずれも熱を水に伝えるための熱交換器と呼ばれる部分が存在する。電気給湯器の中でも、最近特に、省エネや地球温暖化対策としての二酸化炭素削減の観点から、ヒートポンプ熱交換式の電気給湯器（ヒートポンプ給湯器）が注目されている。
その原理は、大気の熱を熱媒体に移し、その熱でお湯を沸かすものである。具体的に言えば気体を圧縮したときに発生する高熱を熱交換器を介して水へ移し、その気体を膨張させたときの冷気によって再び熱媒体の温度を大気温まで戻す繰り返し（冷熱サイクル）によるものである。理論上投入エネルギー以上の熱エネルギーを取り出すことはできないが、ヒートポンプ給湯器は大気の熱を活用する仕組みのため、運転に要するエネルギーよりも多くの熱エネルギーを利用することができる。【０００３】
熱交換器は水に対して熱を伝えるために、熱伝達面を常に清浄な状態に保つことが非常に重要である。隔壁が汚れると有効な熱伝達面積が減少し、熱伝達性能の低下を招く。さらに汚れが蓄積すると、最悪の場合には流路の閉塞を招く。
特に水中の硬度成分（カルシウムイオンやマグネシウムイオン）が高い地域では、加熱によりスケールと呼ばれる炭酸塩結晶が析出し、熱交換器内に付着しやすいという問題がある。【０００４】
従来の熱交換器装置として、例えば特許文献１には、加熱手段と、この加熱手段と熱交換可能に設けられた熱交換路２９と、この熱交換路２９内に介設されたポンプ２８とを備え、ポンプ２８を一定時間、定常運転時の回転数よりも高い回転数で駆動させることによって、熱交換路２９内を流通する湯水の速度を一時的に上昇させ、熱交換器２９内のスケールを除去する湯垢除去方法が記載されている。【０００５】
また、他の特許文献２には、被熱交換液を循環させる循環ポンプ３と、少なくとも循環ポンプ３の運転動作を制御するコントローラ１０とを備え、一定の時間間隔ごとに循環ポンプ３をフル駆動させることで、熱交換器２内のスケールを除去する給湯機が記載されている。【０００６】
【特許文献１】特開２００１−２６３７９３号公報
【特許文献２】特開２００５−３０８２３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１では、熱交換路２９内を流れる湯水の速度を脈動させることが目的ではなく、例えば貯湯タンク内の湯水の全量沸き上げ後に一定時間のスケール除去運転を行うものであった。
また、上記特許文献２についても、被熱交換液の速度を脈動させることが目的ではなく、被熱交換液を加熱するのに利用した運転時間の積算値が所定値に達したとき、被熱交換液の循環手段をフル駆動させるものであった。【０００８】
これらの運転動作は、貯湯タンクを経由した湯水を熱交換路の入口から再び流通させ、しかもその流量を一時的に増加させるというものなので、径もしくは幅の狭い熱交換路を流通させるためには多大な動力を必要とするという問題点があった。
また、貯湯タンクやその他の配管にて放熱が進行した後の湯水が循環することになるので、給湯温度を一定に維持するために余計な熱量が必要であるという問題点があった。
また、仮にこの運転動作を極めて短い間隔で繰り返せば、湯水の流量に対して脈動に近い作用を与えることはできるが、特許文献１及び２に記載されたものは、次のような問題点があった。即ち、
貯湯タンクを経由した湯水を熱交換路の入口から再び流通させるので、湯水が径もしくは幅の狭い熱交換路内を通過するときに、隔壁との間に生じる摩擦抵抗を受け、最もスケールが発生し易い、熱交換路隔壁の温度及び湯温が最も高くなる熱交換路出口付近では流速の変化が鈍ってしまい、十分なスケール付着防止効果もしくはスケール除去効果が得られないという問題点があった。【０００９】
この発明は、上述のような問題点を解決することを課題とするものであって、被加熱液が流通し外部の熱媒体と熱交換する被加熱液流路にスケールが付着するのを簡単な構成で防止することができる、熱交換器装置の運転方法、及び熱交換器装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明に係る熱交換器装置の運転方法は、被加熱液が流通し、外部の熱媒体と熱交換する被加熱液流路を有する熱交換器と、この被加熱液流路の入口に接続された被加熱液入口配管と、前記被加熱液が排出される前記被加熱液流路の出口に接続された被加熱液出口配管と、この被加熱液出口配管から分岐されているとともに先端部が前記被加熱液流路の途中で接続された被加熱液循環配管と、この被加熱液循環配管に設けられ前記被加熱液を前記被加熱液流路と被加熱液循環配管との間で循環させる循環ポンプとを備えた熱交換器装置の運転方法であって、前記被加熱液が前記熱媒体と熱交換により加熱されて前記被加熱液流路から流出した後、前記被加熱液の一部は、前記被加熱液循環配管に流入し、この流入した前記被加熱液は、前記循環ポンプの間欠駆動運転により脈動が生じ、脈動が生じた前記被加熱液は、そのまま前記被加熱液流路に再び流入する。【００１１】
この発明に係る熱交換器装置は、被加熱液が流通し、外部の熱媒体と熱交換する被加熱液流路を有する熱交換器と、この被加熱液流路の入口に接続された被加熱液入口配管と、前記被加熱液が排出される前記被加熱液流路の出口に接続された被加熱液出口配管と、この被加熱液出口配管から分岐されているとともに先端部が前記被加熱液流路の途中で接続された被加熱液循環配管と、この被加熱液循環配管に設けられ前記被加熱液を前記被加熱液流路と被加熱液循環配管との間で循環させる循環ポンプと、この循環ポンプの運転動作を制御するコントローラとを備え、前記コントローラは、前記循環ポンプを間欠運転させるようになっている。
【発明の効果】
【００１２】
この発明に係る熱交換器装置の運転方法、及び熱交換器装置によれば、被加熱液流路の途中の下流側と、被加熱液循環配管との間で被加熱液を間欠運転で循環させることで、被加熱液流路内の被加熱液の圧力変化を生じさせ、被加熱液流路へのスケールの付着を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明の実施の形態１における熱交換器装置の概略構成図である。
【図２】図１の熱交換器装置を用いたときのスケール付着防止効果を示す図である。
【図３】図１の熱交換器装置を用いたときのスケール付着防止効果を示す図である。
【図４】図１の熱交換器装置を用いたときのスケール付着防止効果を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態２における熱交換器装置の全体斜視図である。
【図６】図５の低温側伝熱板を示す平面図である。
【図７】図５の高温側伝熱板を示す平面図である。
【図８】図５のエンドプレートを示す平面図である。
【図９】図５の伝熱板モジュールを示す断面、及び被加熱液の流れを示す図である。
【図１０】図５の伝熱板モジュールを示す断面、及び熱媒体の流れを示す図である。
【図１１】この発明の実施の形態３における熱交換器装置の伝熱板モジュールを示す断面図である。
【図１２】図１１のエンドプレートを示す平面図である。
【図１３】図１１の低温側伝熱板を示す平面図である。
【図１４】図１１の高温側伝熱板を示す平面図である。
【図１５】図１１の制御弁の動作を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、この発明の各実施の形態について図に基づいて説明するが、各図において同一、または相当部材、部位については同一符号を付して説明する。
実施の形態１
図１は、この発明の実施の形態１における熱交換器装置１００を含む給湯装置を示す概略構成図である。
この給湯装置は、冷凍サイクルを構成する、外気の熱を例えば二酸化炭素冷媒である熱媒体に移すための空気−熱媒体熱交換器９１、熱媒体を圧縮するための圧縮機９２、熱媒体の熱で被加熱液である水を加熱する熱媒体−水熱交換器１００ｂ及び熱媒体を冷却するための膨張弁９３を備えている。
熱交換器装置１００における熱媒体−水熱交換器１００ｂは、熱媒体入口配管９９を介して空気−熱媒体熱交換器９１と接続されている。熱媒体入口配管９９には圧縮機９２が取り付けられている。
また、熱媒体−水熱交換器１００ｂは、熱媒体出口配管５５を介して空気−熱媒体熱交換器９１と接続されている。熱媒体出口配管５５には膨張弁９３が取り付けられている。
熱媒体−水熱交換器１００ｂの内部には、水が通過しながら加熱される伝熱管である被加熱液流路１００ａが設けられている。
被加熱液流路１００ａの一端部には、熱媒体−水熱交換器１００ｂに水が流入する被加熱液入口配管９が接続されている。被加熱液流路１００ａの他端部には、加熱された水を熱媒体−水熱交換器１００ｂの外部に排出する被加熱液出口配管５が接続されている。【００１５】
被加熱液出口配管５からは被加熱液循環配管６が分岐されている。この被加熱液循環配管６の先端部は被加熱液流路１００ａの途中で接続されている。被加熱液循環配管６には、循環ポンプ７が取り付けられている。この循環ポンプ７の駆動により、被加熱液である水は、被加熱液流路１００ａ、被加熱液出口配管５、被加熱液循環配管６及び被加熱液流路１００ａの順序で循環する。
循環ポンプ７は、信号線８ａを介して循環ポンプ７の駆動を制御するコントローラ８と接続されている。【００１６】
なお、図１では、熱媒体−水熱交換器１００ｂでは、熱媒体と水との関係は向流であるが、並流でもよい。
また、被加熱液出口配管５及び被加熱液入口配管９を給湯タンク（図示せず）に接続し、給湯タンクに貯留された、加熱された被加熱液である温水を再度熱媒体−水熱交換器１００ｂに送り、被加熱液を再加熱するようにしてもよい。【００１７】
次に、上記構成の熱交換器装置１００の動作について説明する。
まず、空気−熱媒体熱交換器９１で外気の熱を吸収した熱媒体は、ここでいったん蒸発し、圧縮機９２で圧縮されて高温高圧の気体となり熱媒体入口配管９９を介して熱媒体−水熱交換器１００ｂへ送られる。
一方、被加熱液入口配管９を介して熱媒体−水熱交換器１００ｂへ送り込まれた水は、熱媒体−水熱交換器１００ｂ内に設けられた被加熱液流路１００ａを通過しながら熱媒体からの熱を受けて加熱され、被加熱液出口配管５から流出する。
熱媒体−水熱交換器１００ｂで熱を奪われた熱媒体は、熱媒体出口配管５５を介して膨張弁９３へ送られ、ここで減圧されて再び液体となる。液体となった熱媒体は、空気−熱媒体熱交換器９１に戻され、外気の熱を吸収して上記の冷熱サイクルを繰り返すことになる。【００１８】
被加熱液出口配管５から流出した水の一部は、循環ポンプ７の駆動により、被加熱液循環配管６を通じて熱媒体−水熱交換器１００ｂ内の被加熱液流路１００ａへ戻される。このとき、コントローラ８は、信号線８ａを通じて循環ポンプ７が一定間隔でオン・オフを繰り返すように制御する。
これにより、被加熱液流路１００ａの出口付近、即ち被加熱液流路１００ａの上流からの温水と被加熱液循環配管６からの温水が合流した地点から、被加熱液出口配管５から分岐した被加熱液循環配管６の端部までの領域において、被加熱液である温水の流量を間欠的に増加し、この領域では脈動が生じる。【００１９】
上述したように、被加熱液である水は、被加熱液流路１００ａを通過しながら熱媒体からの熱を受けて加熱されていくので、被加熱液流路１００ａの出口付近が最も水温が上昇し、スケールが付着しやすい領域と言える。
従って、この領域で脈動を生じさせることは、スケール付着の発生を効率よく防止することになる。
このように、被加熱液循環配管６を被加熱液流路１００ａへ接続する位置を被加熱液流路１００ａの中央よりも出口側（下流側）にすることで、スケール付着の発生を効率よく防止することができる。【００２０】
このとき、被加熱液である水が脈動する領域は被加熱液流路１００ａの出口付近のみであるので、水をさらに上流、例えば被加熱液入口配管９へ戻す場合に比べて、圧力損失が小さい。即ち、速度変化を鈍らせることなく確実に水を脈動させ、スケール付着をより確実に防止することができる。
また、循環ポンプ７の容量もしくは動力が少なくて済む。
また、水は被加熱液流路１００ａの一部で循環することになるが、被加熱液入口配管９を通じて被加熱液流路１００ａへ流入する水の流量と、被加熱液出口配管５を通じて被加熱液流路１００ａから流出する加熱された温水の流量を常に一定に維持することができる。即ち、スケール付着を防止しながら給湯量と給湯温度を一定に維持することができる。【００２１】
次に、この発明の実施の形態１における熱交換器装置１００における、被加熱液流路１００ａのスケール付着防止効果の具体例を説明する。
図２は、本願発明者が熱媒体−水熱交換器１００ｂを模擬した長さ２５ｃｍ、外径８ｍｍ、内径６ｍｍの銅直管に水温８０℃の高硬度水（硬度２７０ｍｇ−ＣａＣＯ3／ｌ）を２００時間流通させたときの銅直管内面に付着したスケール量を分析した実験結果である。付着したスケールは１モル／ｌの希塩酸で抽出した後、高速液体クロマトグラフィ分析装置を使ってカルシウムイオン量を測定した。【００２２】
図２では、高硬度水の流速をパラメータとして３例（０．５ｍ／ｓ、０．７５ｍ／ｓ、１．０ｍ／ｓ）の定常流実験を行った結果と、脈動を与えた実験の結果とを合わせて示している。
脈動の実験では、流速０．５ｍ／ｓを１０秒間継続した後、さらに０．２５ｍ／ｓの増分を１０秒間与えることを繰り返した。即ち、流速０．５ｍ／ｓと０．７５ｍ／ｓ（＝０．５＋０．２５ｍ／ｓ）を１０秒ずつ交互に繰り返した。
その結果、図２に示すように、流速０．５ｍ／ｓ、０．７５ｍ／ｓ、１．０ｍ／ｓの場合はスケール付着が認められたが、脈動を「０．５＋０．２５ｍ／ｓ」の場合は実験開始２００時間後もスケール付着が認められなかった。【００２３】
流速が大きいと水と被加熱液流路１００ａの内隔壁との間に生じる摩擦力が高まり、スケール付着を抑制できることは明らかである。
しかしながら、脈動を与えたケースの最大流速は、０．７５ｍ／ｓであり、流速０．７５ｍ／ｓもしくは１．０ｍ／ｓで流し続けた場合の同等以下であったが、図２から分かるように、スケール付着抑制効果が両者のそれよりも著しく大きい。
脈動により生じる被加熱液流路１００ａ内の圧力変化が水の流れに複雑な乱れを生じさせ、これがスケール付着抑制効果に寄与したものと考えられる。【００２４】
なお、ここで示した流速は、高硬度水の体積流量（ｍ3／ｓ）を断面積（ｍ2）で除した線流速（ｍ／ｓ）なので、銅管の管径もしくは熱交換器内の伝熱流路幅、高さなどには依存しない条件とみなしてよい。【００２５】
図３は本願発明者が脈動の周期を変化させて４例の実験を行った結果を示している。例えば、脈動周期１分とは、流速０．５ｍ／ｓを１分間継続した後、さらに０．２５ｍ／ｓの増分を１分間与えることを交互に繰り返した例である。
図３に示すように、周期が１分の場合及び３０秒の場合はスケール付着が認められたが、１０秒以下の場合は実験開始２００時間後もスケール付着が認められなかった。従って、脈動の周期は３０秒未満、望ましくは１０秒以下に定めるのがよい。【００２６】
また、ここでは、基準となる流速を与える時間（Ａ）と、さらに流速を増加させる時間（Ｂ）とが等しい場合についてそのスケール付着防止効果を説明したが、必ずしも両者を一致させる必要はない。
それぞれを３０秒未満、望ましくは１０秒以下に定めれば、同等の効果を奏する。あるいは、Ａのみを３０秒未満、望ましくは１０秒以下に定めても、ほぼ同等の効果を奏する。【００２７】
図４は、流速０．５ｍ／ｓを基準として、４段階に流速を変えた場合の実験結果を示している。それぞれの流速を維持する時間は１０秒である。１０％増し（＋０．０５ｍ／ｓ）、２５％増し（＋０．１２５ｍ／ｓ）の場合はスケール付着が認められたが、５０％増し（＋０．２５ｍ／ｓ）、１００％増し（＋０．５ｍ／ｓ）の場合は実験開始２００時間後もスケール付着が認められなかった。従って、流速の増分は、基準となる流速の２５％を超えるように、望ましくは５０％以上となるように定めるのがよい。【００２８】
以上では、脈動の波形が矩形波である場合のスケール付着防止効果を説明したが、サインカーブを描くように波形を定めてもよい。このときの波形の振幅及び周期は、矩形波の場合に準じて定めればよい。例えば、次の式（１）に従って流速を変化させれば、同等の効果を得ることができる。【００２９】
Ｖ＝０．５＋０．２５×ｓｉｎ（２πｔ／２０）‥‥‥‥‥‥（１）
ここで
Ｖ：流速（ｍ／ｓ）
ｔ：時間（秒）である。【００３０】
さらには、サインカーブを描く波形の１周期分を１ストロークとして、これをある一定時間ごとに基準流速に与えるようにしても、顕著なスケール付着防止効果を得ることができる。この間隔は、矩形波の場合と同様に、１０秒程度以下に定めるのが望ましい。【００３１】
本実験に供した水の硬度（２７０ｍｇ−ＣａＣＯ3／ｌ）は、日本の水道水の平均的な硬度（５０〜６０ｍｇ−ＣａＣＯ3／ｌ）の約５倍であり、極めて高い値である。
また、水温も８０℃と、局所的な沸騰を回避できる限界の温度まで高めて実験しており、給湯に供する水としては最もスケールの発生しやすい条件下で行ったものと言える。
従って、図２〜４の実験結果から導き出されたスケール付着防止のための条件は、最もその効果の高い条件とみなせる。【００３２】
実施の形態１では、このような脈動を、被加熱液流路１００ａを流れる水に対して間欠的に循環流を与えることによって実現した。よって、水の循環ポンプ７としては、例えば水の間欠吐出が可能なレシプロポンプを用いるのがよい。【００３３】
実施の形態２．
一般家庭用の給湯システムでは、省エネの要求から熱交換率の向上が求められているが、同時に給湯器の小型化も求められている。熱交換器については、従来の伝熱管式と呼ばれる１ｃｍほどの径の管を用いたものに替わり、積層式と呼ばれる数ｍｍほどの間隔で薄板を積層した熱交換器が利用されるようになってきている。
図５は、この実施の形態の熱交換器装置２００を示す全体斜視図である。
この熱交換器装置２００の積層式の熱媒体−水熱交換器である伝熱板モジュール２００ａは、図８に示すエンドプレート３，４間に、図６に示す低温側伝熱板１と図７に示す高温側伝熱板２とが交互に積層して構成されている。なお、低温側伝熱板１、高温側伝熱板２の枚数は図５に示す枚数に限定されない。
エンドプレート３に穿設された熱媒体入口孔３１には、熱媒体入口配管９９の先端部が接合されている。熱媒体出口孔３２には、熱媒体出口配管５５の先端部が接合されている。被加熱液入口孔３３には、被加熱液入口配管９が接合されている。【００３４】
被加熱液出口孔３４には、被加熱液出口配管５の先端部が接合されている。被加熱液出口配管５からは、被加熱液循環配管６が分岐されている。この被加熱液循環配管６の先端部は、エンドプレート３に穿設された被加熱液循環孔３５に接合されている。被加熱液循環配管６には、循環ポンプ７が取り付けられている。
循環ポンプ７は、信号線８ａを介して循環ポンプ７の駆動を制御するコントローラ８と接続されている。【００３５】
図６は、中空で内部に被加熱液が流れる被加熱液流路である低温側伝熱室１ｂが形成された低温側伝熱板１を示す平面図であり、低温側伝熱板１の四隅には、熱媒体入口孔１１、熱媒体出口孔１２、被加熱液入口孔１３、被被加熱液出口孔１４、さらには被加熱液循環孔１５が穿設されている。
また、低温側伝熱板１、熱媒体入口孔１１、熱媒体出口孔１２の周囲にはそれぞれ隔壁１ａ、隔壁１１ａ、隔壁１２ａが設けられている。熱媒体入口孔１１及び隔壁１１ａにより、被加熱液流路である低温側伝熱室１ｂと区画された熱媒体入口流路１１ｂが形成され、熱媒体出口孔１２及び隔壁１２ａにより、低温側伝熱室１ｂと区画された熱媒体出口流路１２ｂが形成されている。【００３６】
図７は中空で内部に高温側伝熱室２ｂが形成された高温側伝熱板２を示す平面図であり、高温側伝熱板２の四隅には、熱媒体入口孔２１、熱媒体出口孔２２、被加熱液入口孔２３、被被加熱液出口孔２４、さらには被加熱液循環孔２５が穿設されている。また、高温側伝熱板２、被加熱液入口孔２３、被加熱液出口孔２４、被加熱液循環孔２５の周囲にはそれぞれ隔壁２ａ、隔壁２３ａ、隔壁２４ａ、隔壁２５ａが設けられている。被加熱液入口孔２３及び隔壁２３ａにより、高温側伝熱室２ｂと区画された被加熱液入口流路２３ｂが形成され、被加熱液出口２４及び隔壁２４ａにより、高温側伝熱室２ｂと区画された被加熱液出口流路２４ｂが形成されている。被加熱液循環孔２５及び隔壁２５ａにより、高温側伝熱室２ｂと区画された被加熱液循環流路２５ｂが形成されている。【００３７】
低温側伝熱板１の熱媒体入口流路１１ｂは、隣接した高温側伝熱板２の熱媒体入口孔２１に連通している。低温側伝熱板１の熱媒体出口流路１２ｂは、隣接した高温側伝熱板２の熱媒体出口孔２２に連通している。
高温側伝熱板２の被加熱液入口流路２３ｂは、隣接した低温側伝熱板１の被加熱液入口孔１３に連通している。高温側伝熱板２の被加熱液出口流路２４ｂは、隣接した低温側伝熱板１の被加熱液出口孔１４に連通している。高温側伝熱板２の被加熱液循環流路２５ｂは、隣接した低温側伝熱板１の被加熱液循環孔１５に連通している。【００３８】
なお、水が流通する中空の低温側伝熱板１の内壁面、及び熱媒体が流通する中空の高温側伝熱板２の内壁面は、それぞれ、水、熱媒体がまんべんなく流通させるための無数の凹凸が形成されている。
また、低温側伝熱板１、高温側伝熱板２の縦横の長さ、熱媒体入口孔１１，２１の径、熱媒体出口孔１２，２２の径、被加熱液入口孔１３，２３の径、被被加熱液出口孔１４，２４の径、被加熱液循環孔１５，２５の径は、図１に示した例に何ら限定されない。【００３９】
図８は、エンドプレート３を示す平面図であり、エンドプレート３の四隅には、熱媒体入口孔３１、熱媒体出口孔３２、被加熱液入口孔３３、被加熱液出口孔３４、さらには被加熱液循環孔３５が穿設されている。【００４０】
低温側伝熱板１、高温側伝熱板２、エンドプレート３，４は積層化して１つの伝熱板モジュール２００ａを構成し、それぞれの縦横の長さ、熱媒体入口孔、熱媒体出口孔、被加熱液入口孔、被加熱液出口孔、被加熱液循環孔の位置・径は共通である。【００４１】
次に、実施の形態２における熱交換器装置２００の動作について、図５、図９及び図１０を参照して説明する。
被加熱液入口配管９内の被加熱液である水１０００は、図９に示すように、エンドプレート３に穿設された被加熱液入口孔３３を通じて伝熱板モジュール２００ａへ流入する。伝熱板モジュール２００ａへ流入した水１０００は、まず、最も近傍の低温側伝熱室１ｂへ流入するが、一部は被加熱液入口孔１３、被加熱液入口流路２３ｂを通じて他の低温側伝熱室１ｂへも流入する。各低温側伝熱室１ｂを平行に通過した水１０００は、被加熱液出口流路２４ｂ、被加熱液出口孔１４を通じて合流し、被加熱液出口孔３４を通じて被加熱液出口配管５へ流出する。【００４２】
被加熱液出口配管５を流れる水１０００の一部は、循環ポンプ７の駆動により、被加熱液循環配管６を通じて伝熱板モジュール２００ａ内に再び流入する。この水１０００は、まず、最も近傍の低温側伝熱室１ｂへ流入するが、一部は被加熱液循環孔１５、被加熱液循環流路２５ｂを通じて他の低温側伝熱室１ｂ内に流入する。
ここで、コントローラ８は、信号線８ａを介して循環ポンプ７が一定間隔でオン・オフを繰り返すように制御する。
これにより、低温側伝熱室１ｂ内の被加熱液循環孔１５から被加熱液出口孔１４までの領域を通過する水１０００の流量を間欠的に増加させ、水を脈動させることができる。【００４３】
一方、熱媒体入口配管９９内の熱媒体２０００は、図１０に示すように、エンドプレート３に穿設された熱媒体入口孔３１を通じて伝熱板モジュール２００ａへ流入する。伝熱板モジュール１００ａへ流入した熱媒体２０００は、熱媒体入口流路１１ｂを通過して最も近傍の高温側伝熱室２ｂ内へ流入するが、一部は被加熱液入口孔２１、熱媒体入口流路１１ｂを通じて他の高温側伝熱室２ｂ内へ流入する。
各高温側伝熱室２ｂを互いに平行に通過した熱媒体２０００は、熱媒体出口流路２２ｂ、熱媒体出口孔１２を通じて合流し、熱媒体出口孔３２を通じて熱媒体出口配管５５へ流出する。【００４４】
こうして、隣り合う低温側伝熱室１ｂ、高温側伝熱室２ｂを、並流で対向して通過する水１０００、熱媒体２０００により、水１０００と熱媒体２０００との間で熱交換が行われ、水１０００の温度は、熱媒体２０００からの熱で上昇していく。
例えば、水１０００が硬度成分の高い水である場合、低温側伝熱室１ｂ内で水温が最も上昇する被加熱液出口孔１４近傍はスケールがもっとも付着しやすい場所であるが、この付近では、水が脈動し、スケール付着を防止することができる。【００４５】
このとき、水１０００が脈動する領域は低温側伝熱室１ｂ内の被加熱液出口孔１４近傍のみであるので、被加熱液１０００を従来例のように被加熱液入口配管９もしくはエンドプレート３に穿設された被加熱液入口孔３３へ戻す場合に比べて、圧力損失が小さい。即ち、速度変化を鈍化させることなく確実に水１０００を脈動させ、スケール付着を防止することができる。また、循環ポンプ７の容量もしくは動力が少なくて済む。【００４６】
また、水１０００は低温側伝熱室１ｂ内の一部を循環するが、低温側伝熱室１ｂへ流入する水１０００の流量と、低温側伝熱室１ｂから流出する被加熱液１０００の流量は常に一定に維持することができる。即ち、スケール付着を防止しながら給湯温度を一定に維持することができる。【００４７】
なお、被加熱液循環孔１５は、低温側伝熱板１においてスケール付着の危険性が高い領域、即ち水が高温となる領域に穿設される。具体的には、被加熱液出口孔１４を中心として低温伝熱板１の対角線長の１／２を半径とする扇形（四分の一円）領域のいずれかに穿設するのが望ましい。
また、高温側伝熱板２に穿設された被加熱液循環孔２５、エンドプレート３に穿設された被加熱液循環孔３５の位置もこれと同様である。【００４８】
実施の形態３．
図１１は、この発明の実施の形態における熱交換器装置２０１を示す断面図である。なお、図１１に示す低温側伝熱板１ｘ，１ｙ，１ｚ、高温側伝熱板２ｘ，２ｙ，２ｚをそれぞれ３枚ずつ積層する例を示したが、伝熱板の枚数についてはこれに限定されるものではない。
図１２は、図１１のエンドプレート３０の平面図である。エンドプレート３０の四隅には、熱媒体入口孔３０１、熱媒体出口孔３２、被加熱液入口孔３０３、被加熱液出口孔３０４が穿設されている。
また、これらとは別に被加熱液分注配管を貫通させるための貫通孔３０５１、３０５２、３０５３が穿設されている。【００４９】
図１３は、図１１の低温側伝熱板１ｘ，１ｙ，１ｚの平面図をまとめて示したものである。中空の低温側伝熱板１ｘ，１ｙ，１ｚの四隅には、熱媒体入口孔１１ｘ，１１ｙ，１１ｚ、熱媒体出口孔１２ｘ，１２ｙ，１２ｚ、被加熱液入口孔１３ｘ，１３ｙ，１３ｚ、被被加熱液出口孔１４ｘ，１４ｙ，１４ｚがそれぞれ穿設されている。【００５０】
さらに、低温側伝熱板１ｘには、被加熱液分注配管を貫通させるための貫通孔１５ｘ１、１５ｘ２が穿設されている。低温側伝熱板１ｙには、貫通孔１５ｙ１が穿設されている。低温側伝熱板１ｚには貫通孔は無い。
低温側伝熱板１ｘ、熱媒体入口孔１１ｘ、熱媒体出口孔１２ｘの周囲にはそれぞれ隔壁１ａｘ、隔壁１１ａｘ、隔壁１２ａｘが設けられており、低温側伝熱板１ｘの内部には低温側伝熱室１ｂｘが形成されている。さらに、熱媒体入口孔１１ｘ及び隔壁１１ａｘにより、熱媒体入口流路１１ｂｘが構成され、熱媒体出口孔１２ｘ及び隔壁１２ａｘにより熱媒体出口流路１２ｂｘが構成されている。【００５１】
同様に、低温側伝熱板１ｙ、熱媒体入口孔１１ｙ、熱媒体出口孔１２ｙの周囲にはそれぞれ隔壁１ａｙ、隔壁１１ａｙ、隔壁１２ａｙが設けられており、低温側伝熱板１ｙの内部には低温側伝熱室１ｂｙが形成されている。さらに、熱媒体入口孔１１ｙ及び隔壁１１ａｙにより熱媒体入口流路１１ｂｙが構成され、熱媒体出口孔１２ｙ及び隔壁１２ａｙにより熱媒体出口流路１２ｂｙが構成されている。【００５２】
同様に、低温側伝熱板１ｚ、熱媒体入口孔１１ｚ、熱媒体出口孔１２ｚの周囲にはそれぞれ隔壁１ａｚ、隔壁１１ａｚ、隔壁１２ａｚが設けられており、低温側伝熱板１ｚの内部には低温側伝熱室１ｂｚが形成されている。さらに、熱媒体入口孔１１ｚ及び隔壁１１ａｚにより熱媒体入口流路１１ｂｚが構成され、熱媒体出口孔１２ｚ及び隔壁１２ａｚにより熱媒体出口流路１２ｂｚが構成されている。
低温側伝熱室１ｂｘ，１ｂｙ，１ｂｚは、被加熱液が流通する被加熱液流路である。【００５３】
なお、中空の低温側伝熱板１ｘ、１ｙ、１ｚの内壁面には、被加熱液をまんべんなく流通させるための無数の凹凸が形成されている。
また、低温側伝熱板１ｘ、１ｙ、１ｚの縦横の長さ、熱媒体入口孔１１ｘ、１１ｙ、１１ｚ、熱媒体出口孔１２ｘ、１２ｙ、１２ｚ、被加熱液入口孔１３ｘ、１３ｙ、１３ｚ、被被加熱液出口孔１４ｘ、１４ｙ、１４ｚ、被加熱液循環孔１５ｘ、１５ｙ、１５ｚの径は、図１に示した例に何ら限定されるものではない。【００５４】
図１４は、図１１の高温側伝熱板２ｘ、２ｙ、２ｚの平面図をまとめて示したものである。中空の高温側伝熱板２ｘ、２ｙ、２ｚの四隅には、熱媒体入口孔２１ｘ、２１ｙ、２１ｚ、熱媒体出口孔２２ｘ、２２ｙ、２２ｚ、被加熱液入口孔２３ｘ、２３ｙ、２３ｚ、被被加熱液出口孔２４ｘ、２４ｙ、２４ｚが穿設されている。
さらに、高温側伝熱板２ｘには、被加熱液分注配管を貫通させるための貫通孔２５ｘ１、２５ｘ２が穿設されている。低温側伝熱板２ｙには、貫通孔２５ｙ１が穿設されている。低温側伝熱板２ｚには貫通孔は無い。
高温側伝熱板２ｘ、被加熱液入口孔２３ｘ、被加熱液出口孔２４ｘの周囲にはそれぞれ隔壁２ａｘ、隔壁２３ａｘ、隔壁２４ａｘが設けられており、高温側伝熱板２ｘの内部には、高温側伝熱室２ｂｘが形成されている。さらに、被加熱液入口孔２３ｘと隔壁２３ａｘは被加熱液入口流路２３ｂｘを、被加熱液出口２４ｘと隔壁２４ａｘは被加熱液出口流路２４ｂｘを形成している。
高温側伝熱板２ｙ、被加熱液入口孔２３ｙ、被加熱液出口孔２４ｙの周囲にはそれぞれ隔壁２ａｙ、隔壁２３ａｙ、隔壁２４ａｙが設けられており、高温側伝熱板２ｙの内部には、高温側伝熱室２ｂｙが形成されている。さらに、被加熱液入口孔２３ｙ及び隔壁２３ａｙにより被加熱液入口流路２３ｂｙを構成し、被加熱液出口２４ｙ及び隔壁２４ａｙにより被加熱液出口流路２４ｂｙを構成している。【００５５】
高温側伝熱板２ｚ、被加熱液入口孔２３ｚ、被加熱液出口孔２４ｚの周囲にはそれぞれ隔壁２ａｚ、隔壁２３ａｚ、隔壁２４ａｚが設けられており、高温側伝熱板２ｚの内部に高温側伝熱室２ｂｚが形成されている。さらに、被加熱液入口孔２３ｚ及び隔壁２３ａｚにより被加熱液入口流路２３ｂｚを構成し、被加熱液出口２４ｚ及び隔壁２４ａｚにより被加熱液出口流路２４ｂｚを構成している。【００５６】
なお、中空の高温側伝熱板２ｘ、２ｙ、２ｚの内壁面上には、被加熱液をまんべんなく流通させるための無数の凹凸が形成されている。
また、高温側伝熱板２ｘ、２ｙ、２ｚの縦横の長さ、熱媒体入口孔２１ｘ、２１ｙ、２１ｚ、熱媒体出口孔２２ｘ、２２ｙ、２２ｚ、被加熱液入口孔２３ｘ、２３ｙ、２３ｚ、被被加熱液出口孔２４ｘ、２４ｙ、２４ｚの径は、図１に示した例に何ら限定さらない。【００５７】
この実施の形態の熱交換器装置２０１では、低温側伝熱板１ｘ、１ｙ、１ｚと高温側伝熱板２ｘ、２ｙ、２ｚとが交互に積層されており、両端にエンドプレート３０１及び４０１が接合されて伝熱板モジュール２０１аを構成しているので、それぞれの縦横の長さ、熱媒体入口孔、熱媒体出口孔、被加熱液入口孔、被加熱液出口孔の、貫通孔の位置・径は共通である。
貫通孔について特に具体的に説明すると、貫通孔３０５１、１５ｘ１、１５ｙ１、２５ｘ１、２５ｙ１の位置・径、貫通穴３０５２、１５ｘ２、２５ｘ２の位置・径は共通である。
また、これらの貫通孔は、低温側伝熱板１ｘ、１ｙ、１ｚにおいてスケール付着の危険性が高い領域、すなわち被加熱液が高温となる領域に穿設される。具体的には、被加熱液出口孔１４ｘもしくは１４ｙもしくは１４ｚを中心として低温伝熱板の対角線長の１／２を半径とする扇形（四分の一円）領域のいずれかに穿設される。【００５８】
この熱交換器装置２０１には、循環する水１０００を各低温側伝熱室１ｂｘ，１ｂｙ，１ｂｚへ分注するための分注配管６ｘ、６ｙ、６ｚが備えられている。分注配管６ｘは、エンドプレート３０１に穿設された貫通孔３０５３を介して低温側伝熱室１ｂｘに連通している。
また、分注配管６ｙは、エンドプレート３０１に穿設された貫通孔３０５３、低温側伝熱板１ｘに穿設された貫通孔１５ｘ２、高温側伝熱板２ｘに穿設された貫通孔２５ｘ２を介して、低温側伝熱室１ｂｙと連通している。
分注配管６ｚは、エンドプレート３０１に穿設された貫通孔３０５１、低温側伝熱板１ｘに穿設された貫通孔１５ｘ１、高温側伝熱板２ｘに穿設された貫通孔２５ｘ１、低温側伝熱板１ｙに穿設された貫通孔１５ｙ１、高温側伝熱板２ｙに穿設された貫通孔２５ｙ１を介して、低温側伝熱室１ｂｚと連通している。【００５９】
各分注配管６ｘ、６ｙ、６ｚには、制御弁７０を介して被加熱液循環配管本体６Ａと接続されている。制御弁７０は信号線８０ａを介してコントローラ８０と接続されている。
各分注配管６ｘ、６ｙ、６ｚ及び被加熱液循環配管本体６Ａにより、被加熱液循環配管を構成している。
他の構成は、実施の形態２と同様である。【００６０】
コントローラ８０は、水１０００が時間差をつけて順次分注配管６ｘ、６ｙ、６ｚを流通するように信号線８０ａを介して制御弁７０を制御する。
例えば、図１５に示すようなタイミングで弁を開閉し、水１０００を分注配管６ｘ、６ｙ、６ｚに流通させる。
その他の動作は、実施の形態２と同様である。【００６１】
これにより、被加熱液流路である、低温側伝熱室１ｂｘ、１ｂｙ、１ｂｚ内で水温が最も上昇する被加熱液出口孔１４ｘ、１４ｙ、１４ｚ近傍の流速をそれぞれ脈動させ、スケール付着を確実に防止することができる。
このとき、被加熱液１０００を各低温側伝熱室１ｂｘ、１ｂｙ、１ｂｚへ時間差をつけて循環させているので、被加熱液出口配管５から送出される単位時間当たりの被加熱液循環量は少なくてよく、実施の形態１及び２に比べてポンプ容量や動力がさらに少なくて済むという効果を奏する。【００６２】
なお、上記各実施の形態では、給湯装置に組み込まれた熱交換器装置について説明したが、勿論このものに限定されるものではなく、この発明の熱交換器装置は、例えば床暖房装置にも適用することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
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