JP6466202B2 - 熱交換器の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、静止型熱交換器及びその製造方法に関するものである。

工場の乾燥炉等の換気を行なう際、乾燥炉等から排出される排気の熱を熱交換器によって回収すると、エネルギーの損失が少なくなり、省エネルギー効果を高めることができる。つまり工場の乾燥炉等の高温の排気と、外気などの常温の空気とが熱交換され、温度の上昇した外気を乾燥炉等に供給することで、外気を加熱するエネルギーが節約される。

このような工場や機械装置用の熱交換器としては、熱回収効率を考慮して、アルミニウム伝熱シートを積層した直交流型の熱交換器が望ましい。こうした熱交換器としては矩形の伝熱シートが積層されたものがよく知られており、その場合、矩形のコーナー部分の気密保持手段が重要となる。気密保持手段には、通常エポキシ樹脂や、特に耐熱性が要求される場合はシリコーンを含むコーキング剤が使用される。

ただし、こうした熱交換が、塗装工場や、塗装工程の乾燥器、フィルムコーティング装置、フィルム印刷乾燥機、飲料缶用メタルシート印刷乾燥機などへの空気供給に適用される場合に、供給される乾燥空気にシリコーンが含まれると、塗面にシリコーンが付着し、微量でも塗膜が押しのけられたような凹みを生じ、塗膜の一部に下地が露出するハジキ等の塗装不良が発生する。よって、熱交換器に使用する材料にシリコーンが含まれないようにする必要があり、気密保持手段にシリコーンを含むコーキング剤は使用できない。

この他、熱交換器として、外気と還気のガス移行やアルミニウムシート自体からのリークを防止するため、空隙率の大きい熱交換積層体を使用することがある。この場合に、前記塗装不良の点を考慮して、シリコーンを含むコーキング剤等を使用する代わりに、矩形のコーナー部分の気密保持にフッ素ゴム系コーキング剤や塗料を使用すると、コーキング剤に多量に含まれる溶剤の蒸発により肉痩せして気密保持効果が失われることがある。一方、コーキング剤の溶剤含有量を少なくすると、コーキング剤が硬くなり塗布が不可能になる。また、コーキング剤に代えて、フッ素ゴムスポンジを隙間部に挿入加圧する方法では、熱交換積層体の強度が弱いため変形して、気密保持効果が発揮できない。

これに対し、特許文献１に開示されているような、未加硫乃至半加硫の熱硬化性エラストマーやフッ素ゴムを使って加硫接着させる技術がある。

特開２００１−３４１２０６号公報

上記特許文献１に開示されたものは、加硫接着させる場合に、加熱と同時に加圧を施す必要がある。この特許文献１に記載の発明では、十分な強度を有して加圧が容易なプレート式熱交換器の単板構造を対象としているので、加熱と同時の加圧を実施できる。しかし、この加熱と同時の加圧は、過大な外力を加えると変形のおそれがある、複数の薄い伝熱シートが積層された熱交換積層体の側面部をシールする方法には適用できないという問題があった。

本発明は前記課題を解消するためになされたもので、複数の伝熱シートを積層した熱交換積層体におけるコーナー部分での気密保持を十分に図れる熱交換器、及び、加熱を一回行うだけで簡略に熱交換積層体のコーナー部分に気密保持効果を生じさせられる熱交換器製造方法を提供することを目的とする。

本発明の開示に係る熱交換器は、熱交換器において熱交換対象となる流体のリークが発生しやすいコーナー部分に、加硫剤を配合した未加硫状態のゴムを挿入し、加圧しない状態で加熱してゴムの加硫を進行させることによって、同時にゴムを膨張させ、気密状態を確保したものである。

本発明の熱交換器の製造方法は、複数の伝熱シートを積層したのち、熱交換積層体のコーナー部分とコーナー部材との間に加硫剤を配合した未加硫状態のゴムを加圧せずに挿入し、一回加熱するだけで未加硫状態のゴムを発泡させて膨張させ、積層体コーナー部分の空隙に発泡し膨張したゴムを進入させて気密保持効果を持たせることができ、伝熱シートの強度が低い場合でも加圧しないことで変形をもたらさずに済み、気密保持手段にシリコーンを含むものを一切使用することなく、容易且つ確実に気密保持状態を得られると共に、熱交換器に使用する材料からシリコーンを排除でき、塗装不良の発生も抑えられる、という利点を有する。

また、伝熱シートの積層体又はコーナー部材の接合部において、積層体又はコーナー部材のいずれかに切欠きを設け、この切欠きに加硫剤を配合した未加硫状態のゴムを挿入することで、積層体又はコーナー部材で略溝状に連なる切欠き部分にゴムを棒状の連続状態で適切に配置でき、加熱によりゴムを加硫し、加硫で発生するガスにより発泡したゴムが膨張する状況で、各伝熱シート間の空隙に膨張したフッ素ゴムが進入する状態を適切に得られ、気密保持状態をより確実なものにできる。

本発明の第１の実施形態に係る熱交換器の斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係る熱交換器に用いる熱交換積層体の要部概略斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係る熱交換器に用いる熱交換積層体のシート端部構造説明図である。 本発明の第１の実施形態に係る熱交換器に用いる熱交換積層体のシート積層状態説明図である。 本発明の第１の実施形態に係る熱交換器における熱交換積層体とケーシングのコーナー部材とを組み付ける際の上面図である。 本発明の第１の実施形態に係る熱交換器における熱交換積層体とケーシングのコーナー部材とを組み付ける際の側面図である。 本発明の第１の実施形態に係る熱交換器における加硫前後のコーナー部分断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る熱交換器における熱交換積層体とケーシングの天板、底板との気密保持効果付与後の側面図である。 本発明の第２の実施形態に係る熱交換器の分解斜視図である。 本発明に係る熱交換器におけるコーナー部材と熱交換積層体のコーナー部分との接合部の切欠き形状例を示す上面図である。 直交流型の静止型熱交換器の例を示す斜視図である。 向流型の静止型熱交換器の例を示す斜視図である。

本発明は、矩形の伝熱シートが積層された熱交換積層体の４つのコーナー部分にそれぞれ断面略Ｌ字状のコーナー部材を接合して、このコーナー部材と熱交換積層体のコーナー部分の間に、加硫剤を配合した未加硫状態のゴム、例えばフッ素ゴムを挿入し、加熱し加硫することによってゴムを熱交換積層体の多数の空隙内部に膨張侵入させて、コーナー部材と積層体コーナー部分との間の気密を図るという目的を実現した。

（本発明の第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態に係る熱交換器を図１ないし図８に基づいて説明する。熱交換積層体１１は、アルミニウムシートなどの伝熱シート１６を複数積層して形成される。そして、熱交換積層体１１は、金属製のコーナー部材１２、天板１３、底板１４でできたケーシングにボルトやリベットなどで組み付けられる。なお、伝熱シート１６としては、アルミニウムシートの他、特に熱交換する空気中に腐食性の物質を含む場合は、耐蝕コーティングを施したアルミニウムシートやステンレスシートなど耐腐食性のある金属シートを用いてもよい。

熱交換積層体１１の概略図を図２に示す。還気の流れＡと外気の流れＢとは伝熱シートで完全に隔離されており、ガス移行は発生しない。また、熱交換積層体１１のシート端部１５が、図３に示すように二重折り曲げ加工接合されており、積層体の強度が増し、シート端部の接合部からの空気のリークも発生しない。

熱交換積層体１１に用いる伝熱シート１６の一例を図４に示す。伝熱シート１６に上方向のリブ１７を設け、還気の流れＡの伝熱シートと外気の流れＢの伝熱シートとを９０度の角度でずらしている。なお、このことは、伝熱シートに９０度の角度で凹凸のリブを設けてなしてもよい。以上のように、伝熱シートの形状については、熱交換効率や圧損等を考慮して、適宜最適なものを選択すればよい。

図５に本実施形態に係る熱交換器１０の熱交換積層体１１とケーシングのコーナー部材１２を組み付けるときの上面図を示す。コーナー部材１２は、ケーシングの一部として十分な強度を有する、断面が等辺Ｌ字状の金属材である。なお、コーナー部材は不等辺のＬ字状断面であってもよく、Ｌ字の開き角も熱交換積層体のコーナー部分の角度に対応する任意の角度とすることができ、全体として略Ｌ字状をなしていれば中空部分を有する断面形状でもかまわない。

また、熱交換積層体１１は一段毎にシート端部１５に二重折り曲げ加工があるため、上から見ると四角形の各コーナー部分に切欠き状の部分がある。この部分に当たるように、加硫剤を配合した棒状の未加硫ゴム１８を熱交換積層体１１とコーナー部材１２との間に挟み込む。

このように、熱交換積層体１１又はコーナー部材１２の接合部において、熱交換積層体かコーナー部材のいずれかに切欠きを形成し、この切欠きに基づいて生じた溝状部分に棒状の未加硫ゴム１８を加圧しない状態で挿入してから、加熱してゴムを加硫し、この加硫に伴う発泡でゴムを膨張させ空隙を閉塞することで気密状態確保を図る。

その後、図６に示すようにフッ素ゴムシートなどのリーク防止部材１９を底板１４とコーナー部材１２の間に挟んで、底板１４とコーナー部材１２をボルトなどで固定する。四箇所全てのコーナー部材１２と底板１４とを固定したら、天板１３も同様に固定する。

組み立てた熱交換器１０を１７５〜２００℃で１時間加熱保持することにより、未加硫ゴム１８を加硫する。未加硫ゴム１８は、オープン状態で加熱すると、加硫により発生する水蒸気や二酸化炭素により発泡する。これにより、図７のようにゴムを膨張させて熱交換積層体１１の多数の空隙内部に進入させることができ、コーナー部材１２と熱交換積層体１１のコーナー部分との間の気密状態確保を図ることが可能となる。また、ゴムは開放状態でしかも発泡により多孔質になっているので、加硫時に発生するガスも抜けやすくなり、長時間の二次加硫を要することなく短時間で加硫が完了するという特徴もある。

加熱して加硫を進行させた後、図８に示すように熱交換積層体１１と天板１３、底板１４との間に角ひも状のフッ素ゴムなどのリーク防止部材２０を押し込んで充填する。その後、その部分にゴム塗料、例えばフッ素ゴム塗料、を塗布して気密保持効果を高くする。また、リーク防止部材１９を挟み込んだコーナー部材１２と天板１３、底板１４との間にも同様にゴム塗料を塗布する。
ゴム塗料を塗布完了後、室温で２０〜３０分放置して、２００℃で１時間保持し塗料を硬化させる。この工程は未加硫ゴム１８の加熱による加硫に先立って実施しても良い。

未加硫ゴムの従来の一般的使用方法は、加硫剤を配合した未加硫ゴムを金型でプレス加熱（１７０〜１８０℃で１０〜４５分）して成形一次加硫し、その後金型から取り出して再度加熱して（２００〜２３０℃で２４時間）二次加硫することで物性を安定化させて完成品を得るというものである。本発明はこれとは異なり、加圧しない状態で、加硫剤を配合した未加硫ゴムを急加熱すると、加硫反応により発生するガスでゴムが発泡することに着目して、空隙を多く有する熱交換積層体のコーナー部分を簡単確実に気密構造化する方法を想到したものである。

（本発明の第２の実施形態）
図９に別の実施形態に係る熱交換器を示す。この熱交換器は平板状伝熱シートとスペーサーとして波付加工した伝熱シートとを交互に直交するように積層した直交流型熱交換器である。この熱交換器においても、前記第１の実施形態同様に熱交換積層体１１とコーナー部材１２との間に設けた未加硫ゴム１８の加熱により気密状態確保を実現できる。

なお、前記第１の実施形態においては、コーナー部材１２と熱交換積層体１１のコーナー部分との接合部の切欠きについては、図１０（ａ）に示した形状としているが、これに限られるものではなく、図１０（ｂ）〜（ｆ）に示すような様々な形態を用いることが可能である。さらに、これらの図示形状以外の形状を適宜採用してもかまわない。

本発明の熱交換器は、以上のような方法で製作され、シリコーンを含む材料が空気の供給経路に使用できない塗装工場、フィルム印刷乾燥機、飲料缶用メタルシート印刷乾燥機、その他乾燥装置や、シリコーン雰囲気によりリレーの接触不良が危惧される部屋等での熱交換器として使用することができる。

また、前記各実施形態では図１１に示すような直交流型の熱交換器を例示して説明したが、これに限られるものではなく、本発明は図１２に示すような向流型や、斜交流型の熱交換器の場合でも同様に実施可能である。

本発明は、上記のとおりシリコーンを含む材料を使用できない場所でも使用可能な高気密性の熱交換器を提供することができる。

１０ 熱交換器
１１ 熱交換積層体
１２ コーナー部材
１３ 天板
１４ 底板
１５ 素子端部
１６ 伝熱シート
１７ リブ
１８ ゴム
１９ リーク防止部材
２０ リーク防止部材

Claims (1)

1. 伝熱シートを積層した熱交換積層体のコーナー部分に、断面略Ｌ字状のコーナー部材を配設すると共に、コーナー部材と熱交換積層体のコーナー部分との間に、加硫剤を配合した未加硫のゴムを加圧しない状態であらかじめ介設し、
   熱交換積層体に対し未加硫ゴム及びコーナー部材を設けた後、少なくとも未加硫ゴムを加圧しない状態で一回だけ加熱し、当該加熱によりゴムで加硫を進行させて、当該加硫に伴う発泡によりゴムを膨張させ、コーナー部材と熱交換積層体のコーナー部分との間の空隙を膨張したゴムで閉塞して気密状態とすることを
   特徴とする熱交換器の製造方法。

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