JP7566366B2 - 熱交換器 - Google Patents

Description

本発明は、熱交換器に関する。

一般にプレート式熱交換器では、例えば特許文献１（実用新案登録第３２２２５４６号公報）に開示されているように、複数の伝熱プレートが互いにロウ付けされる。

実用新案登録第３２２２５４６号公報

しかし、ロウ付け等により一体化された伝熱プレート積層体を清掃するのは手間である。また、いずれかのプレートが破損すると、伝熱プレート積層体の全体を交換する必要があり、プレート単位での交換は困難である。

そこで、本発明は、簡便にプレートを清掃することができ、破損したプレートの交換を容易に行うことができる熱交換器を提供することを目的とする。

上述した課題を解決すべく、本発明は、
向かい合う一対の側板及び前記一対の側板同士を繋ぐ横枠を含むフレームと、
前記フレームに収納され、前記横枠に沿ってスライドする複数のプレートから構成されるプレート積層体と、
前記フレームに着脱自在に装着され、前記フレーム中のプレート積層体を前記側板に押圧する挿入体と、
前記プレート積層体を前記横枠に対して固定する固定部と、を具備し、
前記挿入体が前記フレームから取り出されると、前記プレートが前記フレームにおける前記挿入体の装着空間を介して取り外し可能となること、
を特徴とする熱交換器、を提供する。

本発明の熱交換器では、前記フレームが、前記横枠に沿って設けられたレールを更に含み、各プレートが、前記レールと係合する係合片を有すること、が好ましい。

本発明の熱交換器では、前記レールが、前記挿入体に対応する位置において切り欠かれていること、が好ましい。

本発明の熱交換器では、前記固定部が、前記レールとの間で前記係合片を挟持することで、前記プレートを前記横枠に対して固定すること、が好ましい。

本発明の熱交換器では、前記挿入体が、前記フレーム中の前記プレート積層体を前記側板に押圧する押圧部を有すること、が好ましい。

本発明の熱交換器は、前記複数のプレートのそれぞれを前記フレームの前後方向にスライド自在に支持するローラを更に具備すること、が好ましい。

本発明の熱交換器では、前記ローラが、軸方向に所定の間隔で並ぶ、周方向に形成された溝を有し、前記複数のプレートのそれぞれが、前記溝に係合する突起片を有して、前記溝と前記突起片とが係合しながら、前記複数のプレートのそれぞれが前記ローラ上をスライドすること、が好ましい。

本発明の熱交換器では、前記固定部が、前記フレームの前面に着脱自在に装着され、前記フレームの前後方向の通気を許容する扉であること、が好ましい。

本発明によれば、簡便にプレートを清掃することができ、破損したプレートの交換を容易に行うことができる熱交換器を提供することができる。

実施形態１に係る熱交換器１の正面図、側面図、Ａ－Ａ線断面図、及びＢ部分拡大図である。 エレメント５０の正面図、側面図、Ｃ部分拡大正面図、及びＣ部分拡大側面図である。 挿入体７の正面図及び側面図である。 熱交換器１の斜視図である。 挿入体７をフレーム３から取り出す途中の状態の熱交換器１の斜視図である。 挿入体７がフレーム３から取り出された状態の熱交換器１の部分拡大斜視図である。 固定部が解放された状態の熱交換器１の部分拡大斜視図である。 １つのエレメント５０がフレーム３内をスライドしている状態の熱交換器１の部分拡大斜視図である。 １つのエレメント５０がフレーム３から取り出されようとしている状態の熱交換器１の部分拡大斜視図である。 １つのエレメント５０がフレーム３から取り出されている状態の熱交換器１の斜視図である。 １つのエレメント５０がフレーム３から取り出された状態の熱交換器１の斜視図である。 エレメント５０及びプレート積層体５の構成の一例を示す図である。 エレメント５０及びプレート積層体５の構成の他の例を示す図である。 実施形態２に係る熱交換器１０１の斜視図である。 熱交換器１０１の部分断面斜視図である。 図１５の左側部分の部分拡大正面図である。 図１５の左上部の部分拡大斜視図である。 図１５の前側上部の部分拡大側面図である。 １つの扉１０９がフレーム１０３から取り外された状態の熱交換器１０１の斜視図である。 １つのエレメント１５０がフレーム１０３から取り出されようとしている状態の熱交換器１０１の斜視図である。 １つのエレメント１５０がフレーム１０３から取り出された状態の熱交換器１０１の斜視図である。 別のエレメント１５０がフレーム１０３から取り出されようとしている状態の熱交換器１０１の斜視図である。

以下、本発明に係る熱交換器の代表的な実施形態を、図を参照しながら詳細に説明する。但し、本発明は図示されるものに限られるものではない。図面は本発明を概念的に説明するためのものであるから、理解容易のために必要に応じて寸法、比又は数を誇張又は簡略化して表している場合もある。以下の説明では、同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略することもある。

Ａ．実施形態１
図１～図１３を参照して、実施形態１に係る熱交換器を説明する。

１．熱交換器１の構成
熱交換器１は、排ガス利用の空気予熱器用に使用されることを想定しているが、これに限られない。
熱交換器１は、略直方体状であり、ステンレス鋼などの金属材料で作製される。ここでは、熱交換器１の前面及び後ろ面が放熱側の流体（例えば排ガス）の流路となり、熱交換器１の上面及び下面が受熱側の流体（例えば空気）の流路となることとして説明するが、本発明はこれに限られない。

熱交換器１は、フレーム３、プレート積層体５、挿入体７及び固定部９を含む。以下、これらの構成要素を詳細に説明する。

フレーム３は、向かい合う一対の側板３１，３２を含む。側板３１，３２は略長方形状であるが、これに限られない。
また、フレーム３は、側板３１，３２同士を繋ぐ横枠３３～３６を含む。ここでは、横枠３３～３６は、側板３１，３２の対応する角部同士を接続している。
したがって、フレーム３の前面及び後ろ面は放熱側の流路となるために、また、フレーム３の上面及び下面は受熱側の流体（例えば空気）の流路となるために、それぞれ開放されている。

フレーム３は更に、横枠３３～３６に沿って設けられたレール３７～４０を含んでもよい。ここで、レール３７～４０は、内側に突出する板状体である。
レール３７～４０は、挿入体７に対応する位置において切り欠かれている。あるいは、レール３７～４０のそれぞれは、所定間隔だけ離間して配置された左右一対の板状片から構成されると言ってもよい。この切り掛かれた部位から、後述する挿入体７及びプレート５０がフレーム３外に取り出される（図５及び図９参照）。

フレーム３には、プレート積層体５が収納される。
プレート積層体５は、複数のプレート（エレメント）５０から構成される。すなわち、複数のエレメント５０が厚さ方向に積層されてプレート積層体５を形成する。隣り合うエレメント５０同士は溶接されていない。
図２に示すように、エレメント５０は、略長方形状をなす。

ここで、エレメント５０の構成例（エレメント５０Ａ，Ｂ）を説明する。
図１２（Ａ）に示すように、パーツ６０を一組準備する。パーツ６０は、対向する板材６１，６２からなり、特殊な形状にプレス加工（曲げ加工）されている。板材６１，６２の上下の縁部同士は互いに連結され、板材６１，６２の前後の縁部からは略Ｌ字状の連結片６３，６４が突出している。そして、板材６１，６２の連結片６３，６４同士を溶接などにより接合することで、エレメント５０Ａが構成される（図１２（Ｂ）参照）。
したがって、エレメント５０Ａ内には３つの流路６６Ａ～６６Ｃが形成される。中央の流路６６Ａは上下方向の流路、すなわち受熱側通路を形成する。また、両側の流路６６Ｂ，６６Ｃは、前後方向の流路、すなわち放熱側通路を形成する。
そして、複数のエレメント５０が厚み方向（左右方向）に密着され積層されることで、プレート積層体５が形成される（図１２（Ｃ），（Ｄ）参照）。すなわち、エレメント５０Ａから構成されるプレート積層体５は、受熱側の流体及び放熱側の流体が互いに混じらないように構成される。

あるいは、図１３に示すように、一組のパーツ６０の組合せ方の異なるエレメント５０Ｂを用いることも可能である。
すなわち、一組のパーツ６０を板材６１において接合することでエレメント５０Ｂを構成する（図１３（Ａ），（Ｂ）参照）。エレメント５０Ｂはその内部に同じ方向（前後方向）の流路６７Ａ，６７Ｂを含み、更に、複数のエレメント５０Ｂが密着され積層されることで、隣り合うエレメント５０Ｂとの間に別方向（上下方向）の流路６７Ｃを形成する（（図１３（Ｃ），（Ｄ）参照））。すなわち、エレメント５０Ｂから構成されるプレート積層体５もまた、受熱側の流体及び放熱側の流体が互いに混じらないように構成される。

図２に戻ると、エレメント５０は、角部に、レール３７～４０と係合する係合片５１～５４を有する。係合片５１～５４はエレメント５０の角部から上下方向の外側に突出している。ここでは突出片は略Ｌ字状であるが、これに限られない。

係合片５１～５４は、エレメント５０がフレーム３内に収納された状態において、レール３７～４０の外側に位置する（例えば図７参照）。それゆえ、係合片５１～５４がレール３７～４０に係合することで、エレメント５０が横枠３３～３６に沿ってスライドすることになる（図７及び図８参照）。

また、係合片５１～５４は、エレメント５０がフレーム３内に収納された状態において、固定部９（９１～９４）の内側に位置する（例えば図７参照）。したがって、追って述べるように、係合片５１～５４は、レール３７～４０と固定部９（９１～９４）との間に挟持されることができる。

プレート積層体５は、挿入体７によりフレーム３の側板３１，３２に押圧され一体化される。
挿入体７は、対向する一対の板材７１，７２、板材７１，７２同士を連結する連結部７３、板材７１，７２の角部同士に亘って設けられた押圧部７４～７７、正面側の板材７１に取り付けられた取手７８、及び、押圧部７４～７７を側板３１，３２の方向に変位させる変位機構（例えばハンドル）７９を含む。

挿入体７は、レール３７～４０の切欠きを介してフレーム３に挿入したりフレーム３から取り出したりすることができる（図５参照）。また、フレーム３に装着された挿入体７は、変位機構７９の操作に応じて押圧部７４～７７を外側（側板３１，３２側）に変位させ、これによりプレート積層体５を側板３１，３２に押圧する。

プレート積層体５（エレメント５０）は、固定部９１～９４（総称して固定部９ということがある。）によりフレーム３に固定される。ここで、固定部９は、略Ｌ字状の板片である。固定部９は、エレメント５０の係合する係合片５１～５４を対応するレール３７～４０に押圧することで、当該エレメント５０をフレーム３（横枠３３～３６）に固定する。

固定部９は、固定部９を所定位置に保持するロック機構９５を有する。ロック機構９５としては、ハンドル付きのネジ部材が想定されている（図１（Ｅ）参照）が、これに限られない。

２．熱交換器１の動作
熱交換器１の動作を、特にメンテナンスの観点から説明する。

動作中の熱交換器１は、例えば、フレーム３の前後面から排ガスを流通させ、フレーム３の上下面から空気を流通させることで、熱交換を行う（図４参照）。

熱交換器１の手入れやパーツ交換は、以下の手順で行われる。
すなわち、挿入体７によるエレメント５０の押圧を解除し、挿入体７をフレーム３から抜き取る（図５参照）。

次いで、固定部９のロック機構９５を解除し、固定部９をエレメント５０から遠ざけることで、エレメント５０とフレーム３との固定を解除する（図６及び図７参照）。
エレメント５０を中央側にスライドさせ、フレーム３から抜き取る（図８～図１１参照）。

必要な清掃や部品交換を実施し、その後、上記と逆の手順で、エレメント５０をフレーム３に差し込んで側板３１，３２側にスライドさせ、挿入体７をフレーム３に差し込み固定する。
これにより、挿入体７及びプレート積層体５の清掃や部品交換を簡便に実施することができる。

３．実施形態１の効果
本実施形態では、プレート積層体５を構成するエレメント５０が溶接等により一体化されておらず、個々のエレメント５０をフレーム３から取り出すことができる。したがって、熱交換器１のメンテナンス及び清掃が容易であるだけでなく、破損したエレメント５０を交換することで、残りのエレメント５０を引き続き使用可能である。

Ｂ．実施形態２
図１４～図２２を参照して、実施形態２に係る熱交換器を説明する。

１．熱交換器１０１の構成
例えば図１４に示すように、熱交換器１０１は、フレーム１０３、プレート積層体１０５、ローラ１０７、及び、固定部の一例としての扉１０９を含む。

フレーム１０３は、向かい合う一対の側板１３１，１３２を含む。また、フレーム１０３は、側板１３１，１３２同士を繋ぐ横枠１３３～１３６を含む。したがって、フレーム１０３の前面及び後ろ面は放熱側の流路となるために、また、フレーム１０３の上面及び下面は受熱側の流体（例えば空気）の流路となるために、それぞれ開放されている。

フレーム１０３には、プレート積層体１０５が収納される。例えば図２１に示すように、エレメント１５０は、略長方形状をなす。
プレート積層体１０５は、複数のプレート（エレメント）１５０から構成される。すなわち、複数のエレメント１５０が厚さ方向に積層されてプレート積層体１０５を形成する。隣り合うエレメント１５０同士は溶接されておらず、それゆえエレメント１５０ごとにフレーム１０３から取り出すことができる。

ここで、エレメント１５０の構成例を説明する。
エレメント１５０は、対向する板材１５１，１５２からなり、特殊な形状にプレス加工（曲げ加工）されていてもよい。板材１５１，１５２は、所定の間隔で離間しており、上縁及び下縁において溶接等の接合手段により連結されている（例えば図１６参照）。したがって、エレメント１５０は上下方向には閉じており、前後方向には開いている。すなわち、エレメント１５０は前後方向の流路を形成する。

上記の連結部位は、板材１５１，１５２の上端及び下端から突出し、後述する下側ローラ１７１、上側ローラ１７２の溝１７１Ａ，１７２Ａに入り込む係合片１５３，１５４を形成する（併せて図１７参照）。これにより、エレメント１５０は、フレーム１０３に対して前後方向にスライドしやすくなる（つまりフレーム１０３から取り出し又は挿入しやすくなる）とともに、フレーム１０３の左右方向に正確に位置決めされる。

また、板材１５１，１５２は、前縁及び後ろ縁において、他の部分よりも厚さ方向（横方向）に広がり、幅広部１５５，１５６を形成している（例えば図２１参照）。幅広部１５５，１５６は、複数のエレメント１５０が積層された状態において互いに接触し、エレメント１５０同士の間に上下方向の流路を形成する。

したがって、エレメント１５０の積層体であるプレート積層体１０５は、エレメント１５０内に形成された前後方向の流路、及び、隣り合うエレメント１５０同士の間に形成された上下方向の流路、といった２つの流路を有する。例えば上下方向の流路が受熱側通路であり、前後方向の流路が放熱側通路であってもよいし、その逆でもよい。すなわち、プレート積層体１０５は、受熱側の流体及び放熱側の流体が互いに混じらないように構成される。

フレーム１０３には、ローラ１０７が回転可能に支持されている。
ローラ１０７は、プレート積層体１０５の上側に配置された上側ローラ１７２、及び、プレート積層体１０５の下側に配置された下側ローラ１７１を含んでもよい（例えば図１６参照）。上側ローラ１７２及び下側ローラ１７１はそれぞれ２つのローラを含むが、本発明はかかる構成に限られるものではない。

ローラ１０７は、側板１３１，１３２の間に亘って取り付けられている。すなわち、ローラ１０７は、エレメント１５０のスライド方向に直交する方向に配置されており、これにより、エレメント１５０のスムーズなスライドが可能となる。

ローラ１０７には、周方向の溝１７１Ａ，１７２Ａが形成されている。
これらの溝１７１Ａ，１７２Ａはエレメント１５０の係合片１５３，１５４と係合する。ローラ１０７の回転により、エレメント１５０の引き出し及び差し入れが容易になる。また、フレーム１０３の左右方向におけるエレメント１５０の位置決めが容易になる。

溝１７１Ａ，１７２Ａは、所定の間隔で形成されている。所定の間隔は、幅広部１５５，１５６の幅と略同一であることが好適であり、これにより、隣り合うエレメント１５０同士の間に上下方向の流路を形成することができる。

フレーム１０３の前面には、扉１０９が着脱自在に装着される。扉１０９は、上述したとおり固定部の一例であり、プレート積層体１０５をフレーム１０３内に保持するために設けられる。例えば、扉１０９は、前面側の上下の横枠１３３，１３４から突出する保持片１３７の間に入れ込まれることで、フレーム１０３に保持される（図１８参照）。

扉１０９には、プレート積層体１０５の前後方向の流路を妨げないように、開口１９１が形成されている。ここでは、開口１９１は、プレート積層体１０５の前後方向の流路の形状に対応して、上下方向に長く伸びたスリット状であるが、これに限られない。

２．熱交換器１０１の動作
熱交換器１０１の動作を、特にメンテナンスの観点から説明する。

動作中の熱交換器１０１は、例えば、フレーム１０３の前後面から排ガスを流通させ、フレーム１０３の上下面から空気を流通させることで、熱交換を行う（図１４参照）。

熱交換器１０１の手入れやパーツ交換は、以下の手順で行われる。
すなわち、扉１０９をフレーム１０３から取り外して、エレメント１５０の保持を解除する（図１９参照）。

任意の１つのエレメント１５０を前側にスライドさせ、フレーム１０３から抜き取る（図２０及び図２１参照）。必要に応じて、別のエレメント１５０を前側にスライドさせ、フレーム１０３から抜き取る（図２２参照）。そして、必要な清掃や部品交換を実施する。
このとき、また、所望のエレメント１５０だけを取り出せば足りるので、作業効率が向上する。

３．実施形態２の効果
実施形態２では、清掃や部品交換を必要とするエレメント１５０だけを取り出し及び差し入れることができるので、実施形態１の効果に加えて、清掃や部品交換の作業が更に簡略化される。
また、ローラ１０７の回転により、エレメント１５０の出し入れがスムーズに実施される。

以上、本発明の代表的な実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、種々の設計変更が可能であり、かかる設計変更した態様も全て本発明の技術的範囲に含まれる。

１，１０１ 熱交換器
３，１０３ フレーム
５，１０５ プレート積層体
７ 挿入体
９ 固定部
５０，１５０ プレート（エレメント）
１０７ ローラ
１０９ 扉

Claims (8)

1. 向かい合う一対の側板及び前記一対の側板同士を繋ぐ横枠を含むフレームと、
   前記フレームに収納され、複数のプレートから構成されるプレート積層体と、
   前記プレート積層体を前記フレームに対して固定する固定部と、
   前記フレームに着脱自在に装着され、前記フレーム中のプレート積層体を前記側板に押圧する挿入体と、を具備し、
   前記固定部による前記プレート積層体の固定が解除されると、前記複数のプレートのそれぞれが、前記一対の側板が向かい合う方向に対して略垂直な方向のうちのいずれか一方向において、前記フレームから取り外し可能となり、
   前記挿入体が前記フレームから取り出されると、前記複数のプレートのそれぞれが前記フレームにおける前記挿入体の装着空間を介して取り外し可能となること、
   を特徴とする熱交換器。
2. 前記フレームが、前記横枠に沿って設けられたレールを更に含み、
   各プレートが、前記レールと係合する係合片を有すること、
   を特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記レールが、前記挿入体に対応する位置において切り欠かれていること、
   を特徴とする請求項２に記載の熱交換器。
4. 前記固定部が、前記レールとの間で前記係合片を挟持することで、前記プレートを前記横枠に対して固定すること、
   を特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
5. 前記挿入体が、前記フレーム中の前記プレート積層体を前記側板に押圧する押圧部を有すること、
   を特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
6. 前記複数のプレートのそれぞれを前記一方向においてスライド自在に支持するローラを更に具備すること、
   を特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
7. 前記ローラが、軸方向に所定の間隔で並ぶ、周方向に形成された溝を有し、
   前記複数のプレートのそれぞれが、前記溝に係合する突起片を有して、
   前記溝と前記突起片とが係合しながら、前記複数のプレートのそれぞれが前記ローラ上をスライドすること、
   を特徴とする請求項６に記載の熱交換器。
8. 前記固定部が、前記フレームに着脱自在に装着され、前記一方向において通気を許容する扉であること、
   を特徴とする請求項１に記載の熱交換器。