JP6093240B2

JP6093240B2 - 熱交換装置

Info

Publication number: JP6093240B2
Application number: JP2013103104A
Authority: JP
Inventors: 定雄田窪
Original assignee: 株式会社タクボ精機製作所
Priority date: 2013-05-15
Filing date: 2013-05-15
Publication date: 2017-03-08
Anticipated expiration: 2033-05-15
Also published as: JP2014224624A

Description

本発明は、ケーシング内部に流通させる高温流体と低温流体との間で伝熱板を介して熱交換する熱交換装置に関する。

従来より、例えば、特許文献１に開示されているプレート式熱交換器は、直方体形状の金属製ケーシングと、１枚の帯状金属板をひだ状に折り曲げて形成され、ケーシング内部を第１流通空間と第２流通空間とに仕切る伝熱板とを備えている。上記ケーシングの側壁には、上記第１流通空間に高温流体を流入させる高温流体入口、上記第１流通空間から高温流体を流出させる高温流体出口、上記第２流通空間に低温流体を流入させる低温流体入口及び上記第２流通空間から低温流体を流出させる低温流体出口がそれぞれ貫通形成され、上記第１流通空間を流通する高温流体と上記第２流通空間を流通する低温空間との間で上記伝熱板を介して熱交換する。

ところで、上述の如きプレート式熱交換器は、一枚の帯状金属板を折り曲げて伝熱板を形成するが、一般的に、帯状金属板はコイル状にして金属メーカから供給されるので、熱交換容量を大きくするためにコイルの幅以上に大きい熱交換器を製造しようとすると、特注の帯状金属板を金属メーカに要求する必要があり、コストが嵩んでしまう。

また、上記伝熱板は、第１流通空間と第２流通空間との間における熱交換の効率を高めるために板厚の薄いものが使用されており、単純に熱交換器を大きくすると、ケーシング内部には伝熱板しかないので熱交換器全体の剛性が低下してしまうおそれがある。

これを回避するために、上述の如きプレート式熱交換器を複数にすることで熱交換容量を大きくすることが考えられる。

特許第５０９０５１５号公報（段落００１７〜００２４欄、図１〜３）

しかし、特許文献１の如きプレート式熱交換器には、高温流体入口、高温流体出口、低温流体入口及び低温流体出口のそれぞれに配管が繋がっていて、各配管の配置を考慮しないとこれら複数の熱交換器を設置するのに広いスペースが必要となってしまい、当該スペースに他の設備を設置できなくなってしまう。

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、伝熱板が１枚の帯状金属板をひだ状に折り曲げて形成されたプレート式熱交換器を利用して、コンパクトで、且つ、熱交換容量が大きく、しかも、低コストな熱交換装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明は、特許文献１の如きプレート式熱交換器を複数並設するとともに、各プレート式熱交換器の連結の仕方に工夫を凝らしたことを特徴とする。

すなわち、第１の発明では、１枚の帯状金属板をひだ状に折り曲げて形成された伝熱板を断面矩形状である直方体形状の金属製ケーシング内部に収容して該ケーシング内部を高温流体が流通する第１流通空間と低温流体が流通する第２流通空間とに仕切り、上記第１流通空間側の伝熱板と対向するケーシング側壁には、上記高温流体を流出入させる高温流体入口及び高温流体出口が、上記第２流通空間側の伝熱板に対向するケーシング側壁には、上記低温流体を流出入させる低温流体入口及び低温流体出口が上記伝熱板の幅方向両端側にそれぞれ設けられ、上記第１流通空間を流通する高温流体と上記第２流通空間を流通する低温流体とが上記伝熱板を介して熱交換する複数の同形状のプレート式熱交換器と、平行に延びる４つの直線状で、且つ、断面矩形状の角筒状をなす同形状の金属製第１、第２、第３及び第４配管とを備え、上記第１〜第４配管における側面の１つには、上記熱交換器の数に対応する接続孔が各配管の長手方向に等間隔に形成され、上記各熱交換器は、上記伝熱板の幅方向と交差する方向に、且つ、上記各高温流体入口、各高温流体出口、各低温流体入口及び各低温流体出口がそれぞれ隣り合うよう並設され、上記第１流通空間側の伝熱板と対向する上記ケーシング側壁に上記第１及び第２配管が重なる一方、上記第２流通空間側の伝熱板と対向する上記ケーシング側壁に上記第３及び第４配管が重なるように、且つ、上記第１配管の各接続孔が上記各高温流体入口に、上記第２配管の各接続孔が上記各高温流体出口に、上記第３配管の各接続孔が上記各低温流体入口に、上記第４配管の各接続孔が上記各低温流体出口にそれぞれ接続されるように上記第１〜第４配管が上記ケーシングに着脱可能に固定されていることを特徴とする。

第２の発明では、第１の発明において、上記第１〜第４配管の長手方向一端には、配管を接続可能な貫通孔がそれぞれに形成され、上記第１及び第３配管は、当該第１及び第３配管の各貫通孔が上記各熱交換の並設方向一端側を向く姿勢で上記各ケーシングに固定される一方、上記第２及び第４配管は、当該第２及び第４配管の各貫通孔が上記各熱交換の並設方向他端側を向く姿勢で上記各ケーシングに固定されていることを特徴とする。

第１の発明では、所定の熱交換容量を有するプレート式熱交換器を複数並設することで、装置全体の熱交換容量が大きくなるので、特注の帯状金属板で伝熱板を形成して熱交換容量を大きくするといった必要がなく、製造コストを抑えることができる。また、隣り合うプレート式熱交換器がそれぞれ第１〜第４配管で連結されるとともに、当該第１〜第４配管に挟み込まれるので、装置全体の剛性を高めることができる。さらに、複数のプレート式熱交換器に対して配管が第１〜第４配管の４つしかないので、各プレート式熱交換器に対する配管の配置が複雑にならず、装置全体をコンパクトにして設置スペースを有効利用することができる。それに加えて、第１〜第４配管を上記各プレート式熱交換器から取り外せるので、場所を選ばずに組立・分解を行うことができ、分解して運搬することで輸送コストを抑えることができる。

また、熱交換装置における部品の種類を少なくでき、製造コストをさらに抑えることができる。

本発明の実施形態に係る熱交換装置の斜視図である。本発明の実施形態に係る熱交換装置の分解斜視図である。図１のＡ−Ａ線における断面図である。図２のＢ−Ｂ線における断面図である。図３のＣ部拡大図である。本発明の実施形態に係る熱交換装置を上下に２つ繋ぎ合わせたものであり、（ａ）は正面図を、（ｂ）は、（ａ）のＤ矢視図を、（ｃ）は、（ａ）のＥ矢視図を、（ｄ）は、（ａ）のＦ矢視図を示す。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎない。

図１及び図２は、本発明の実施形態に係る熱交換装置１を示す。該熱交換装置１は、クリーニング工場や病院等に設置された乾燥機で発生させる熱風の廃熱利用に用いるものであり、５つのプレート式熱交換器２と、４つの第１配管３ａ、第２配管３ｂ、第３配管３ｃ及び第４配管３ｄとを備えている。

上記熱交換器２は、図３及び図４に示すように、水平方向に延びる直方体形状の鉄製ケーシング４を備えている。

該ケーシング４は、断面矩形の角筒状をなすケーシング本体４１と、該ケーシング本体４１の両開口を塞ぐ一対の閉塞板４２とを備え、該各閉塞板４２には、複数のネジ挿通孔４２ａが貫通形成されている（図５参照）。

上記ケーシング本体４１は、上側に位置するケーシング側壁４１ａ、下側に位置するケーシング側壁４１ｂ、及び上記ケーシング側壁４１ａと上記ケーシング側壁４１ｂとの長辺側両端縁同士を連結する一対のケーシング側壁４１ｃからなっている。

上記ケーシング側壁４１ａの長手方向一端側には、高温空気（高温流体）を流入させる矩形状の第１入口４３（高温流体入口）が、他端側には、高温空気を流出させる矩形状の第１出口４４（高温流体出口）が形成されている。

一方、上記ケーシング側壁４１ｂの長手方向一端側には、低温空気（低温流体）を流出させる矩形状の第２出口４６（低温流体出口）が、他端側には、低温空気を流入させる矩形状の第２入口４５（低温流体入口）が形成されている。

上記ケーシング４内部には、１枚の帯状鋼板をひだ状に折り曲げて形成された伝熱板５が当該伝熱板５の幅方向と上記ケーシング４の長手方向とが一致するように収容されている。尚、図４では便宜上、伝熱板５の板厚を誇張して記載している。

上記伝熱板５の長手方向両端には、断面Ｕ字状のゴム製シール部材５ａが嵌合していて、伝熱板５の長手方向一端のシール部材５ａ嵌合部分が、一方のケーシング側壁４１ｃの内面に固定板５ｂで固定されるとともに、伝熱板５の長手方向他端のシール部材５ａ嵌合部分が、他方のケーシング側壁４１ｃの内面に固定板５ｂで固定されている。

上記ケーシング本体４１の長手方向両端寄り内方には、矩形状をなす押圧板６とシール板７とが開口側から順に並設されている。

該各シール板７は、シリコンゴムからなる耐熱性の高弾性部材であり、ケーシング本体４１内部の開口寄りを塞ぐとともに、上記伝熱板５の幅方向端部に接触している。

また、上記押圧板６の上記閉塞板４２側には、上記各ネジ挿通孔４２ａに対応する位置に鉄製ブッシュ８がそれぞれ固定されている。

該ブッシュ８は、内周面に雌ネジが螺刻された筒部８ａと、該筒部８ａの筒中心方向一端から径方向に環状に延びる環状板部８ｂとからなっている。

上記筒部８ａには、コイルバネ９が巻装され、該コイルバネ９の一端が上記閉塞板４２の内面に、他端が上記環状板部８ｂに当接している。

上記ネジ挿通孔４２ａには、ネジ１１が挿通され、該ネジ１１の雄ネジを上記筒部８ａの雌ネジに螺合することにより押圧板６が閉塞板４２に固定されるようになっている。

上記押圧板６は、上記ネジ１１を締めると上記ブッシュ８とともにコイルバネ９の付勢力に抗して閉塞板４２側に移動する一方、上記ネジ１１を緩めると上記ブッシュ８とともにコイルバネ９の付勢力により閉塞板４２から離れる方向に移動するようになっている。

上記ネジ１１を締めて上記押圧板６を上記閉塞板４２側に移動させた状態で当該閉塞板４２をケーシング本体４１に固定し、当該ケーシング本体４１に上記閉塞板４２を固定した状態で上記ネジ１１を緩めると、上記コイルバネ９の付勢力により上記押圧板６が上記シール板７を上記伝熱板５の幅方向端部に押し付けてケーシング４内部が第１流通空間Ｓ１と第２流通空間Ｓ２とに仕切られ、当該第１流通空間Ｓ１と第２流通空間Ｓ２との気密が保たれるようになっている。

そして、上記ケーシング本体４１におけるケーシング側壁４１ａは伝熱板５の第１流通空間Ｓ１側に、ケーシング側壁４１ｂは、伝熱板５の第２流通空間Ｓ２側に対向するようになっている。

さらに、上記各熱交換器２は、同形状であり、図１及び図２に示すように、上記伝熱板５の幅方向と交差する水平方向に、且つ、上記各第１入口４３、各第１出口４４、各第２入口４５及び各第２出口４６がそれぞれ隣り合うように並設されている。

上記第１配管３ａ〜第４配管３ｄは、同形状であり、各熱交換器２の並設方向に平行に延びる断面矩形の角筒状をなしている。

上記第１配管３ａ〜第４配管３ｄの長手方向一端には、乾燥機の配管１０ａ〜１０ｄにそれぞれ接続可能な第１接続孔３１（貫通孔）が貫通形成され、上記各第１配管３ａ〜第４配管３ｄの側面の１つには、５つの矩形状の第２接続孔３２が上記第１配管３ａ〜第４配管３ｄの長手方向に沿って等間隔に形成されている。

上記第１配管３ａは、上記第１接続孔３１が各熱交換器２の並設方向一端側を向く姿勢で上記ケーシング側壁４１ａに重なるように、且つ、上記各第２接続孔３２が上記各熱交換器２の第１入口４３に接続されるように上記各ケーシング４の上方に着脱可能に固定されている。

また、上記第２配管３ｂは、上記第１接続孔３１が各熱交換器２の並設方向他端側を向く姿勢で上記ケーシング側壁４１ａに重なるように、且つ、上記各第２接続孔３２が上記各熱交換器２の第１出口４４に接続されるように上記各ケーシング４の上方に着脱可能に固定されている。

さらに、上記第３配管３ｃは、上記第１接続孔３１が各熱交換器２の並設方向一端側を向く姿勢で上記ケーシング側壁４１ｂに重なるように、且つ、上記各第２接続孔３２を上記各熱交換器２の第２入口４５に接続されるように上記各ケーシング４の下方に着脱可能に固定されている。

それに加え、上記第４配管３ｄは、上記第１接続孔３１が各熱交換器２の並設方向他端側を向く姿勢で上記ケーシング側壁４１ｂに重なるように、且つ、上記各第２接続孔３２を上記各熱交換器２の第２出口４６に接続されるように上記各ケーシング４の下方に着脱可能に固定されている。

そして、上記配管１０ａから上記第１配管３ａに導入された高温空気は、第１配管３ａから各第２接続孔３２及び各熱交換器２の第１入口４３を介して上記各ケーシング４内部の第１流通空間Ｓ１に流入するとともに、各熱交換器２の第１出口４４及び各第２接続孔３２を介して上記第２配管３ｂに排出され、該第２配管３ｂから配管１０ｂに排出されるようになっている（図３矢印Ｘ１参照）。

一方、配管１０ｃから上記第３配管３ｃに導入された低温空気は、第３配管３ｃから各第２接続孔３２及び各熱交換器２の第２入口４５を介して上記各ケーシング４内部の第２流通空間Ｓ２に流入するとともに、各熱交換器２の第２出口４６及び各第２接続孔３２を介して上記第４配管３ｄに排出され、該第４配管３ｄから配管１０ｄに排出されるようになっている（図３矢印Ｘ参照）。

そして、上記各熱交換器２において、上記第１流通空間Ｓ１を流通する高温空気と上記第２流通空間Ｓ２を流通する低温流体とが上記伝熱板５を介して熱交換するようになっている。

以上より、本発明の実施形態によると、所定の熱交換容量を有するプレート式熱交換器２を複数並設することで、熱交換装置１全体の熱交換容量が大きくなるので、特注の帯状鉄板で伝熱板５を形成して熱交換容量を大きくするといった必要がなく、製造コストを抑えることができる。

また、隣り合うプレート式熱交換器２がそれぞれ第１配管３ａ〜第４配管３ｄで連結されるとともに、当該第１配管３ａ〜第４配管３ｄに挟み込まれるので、熱交換装置１全体の剛性を高めることができる。

さらに、各第１入口４３、各第１出口４４、各第２入口４５及び各第２出口４６に対してそれぞれ直線状の配管（第１配管３ａ〜第４配管３ｄ）が１つずつしかないので、各プレート式熱交換器２に対する配管（第１配管３ａ〜第４配管３ｄ）の配置が複雑にならず、熱交換装置１全体をコンパクトにして設置スペースを有効利用することができる。

それに加えて、第１配管３ａ〜第４配管３ｄを上記各熱交換器２から取り外せるので、場所を選ばずに組立・分解を行うことができ、分解して運搬することで輸送コストを抑えることができる。

そして、各熱交換器２は同一形状であり、第１配管３ａ〜第４配管３ｄは同一形状であるので、熱交換装置１における部品の種類を少なくでき、製造コストをさらに抑えることができる。

尚、本発明の熱交換装置１は、複数個を繋ぎ合わせて使用することが可能であり、例えば、図６（ａ）〜（ｄ）では、上記熱交換装置１を上下に２つ繋ぎ合わせている。

上記各熱交換装置１は、各熱交換器２の並設方向が水平方向に向く姿勢となっていて、上記両熱交換装置１は、同じ姿勢で上下に並設されている。

上記熱交換装置１における各熱交換器２の並設方向一端側には、上下に延びる断面矩形の角筒状をなす第５配管３ｅ及び第６配管３ｇが、上記熱交換装置１における各熱交換器２の並設方向他端側には、上下に延びる断面矩形の角筒状をなす第７配管３ｆ及び第８配管３ｈが設けられている。

上記第５配管３ｅは、各熱交換装置１における第１配管３ａの第１接続孔３１に接続管３４で接続され、上記第６配管３ｇは、各熱交換装置１における第３配管３ｃの第１接続孔３１に接続管３５で接続されている。

また、上記第７配管３ｆは、各熱交換装置１における第２配管３ｂの第１接続孔３１に接続管３６で接続され、上記第８配管３ｈは、各熱交換装置１における第４配管３ｄの第１接続孔３１に接続管３７で接続されている。

そして、上記第５配管３ｅ〜第８配管３ｈの上端には、上記配管１０ａ〜１０ｄにそれぞれ接続可能な第３接続孔３３が貫通形成されている。

このように、本発明の熱交換装置１は、簡単な構造で複数個を繋ぎ合わせることができるので拡張性が高く、しかも、製造コストを抑えながら熱交換容量をさらに大きくすることができる。尚、図６では、熱交換装置１を上下に２つ繋ぎ合わせているが、３つ以上繋ぎ合わせてもよく、水平方向に複数個並設して繋ぎ合わせてもよい。

また、本発明の実施形態では、１つの熱交換装置１に熱交換器２を５つ並設しているが、これに限らず、熱交換器２を２〜４つ並設するものであってもよいし、６つ以上並設するものであってもよい。

また、本発明の実施形態における熱交換装置１は、高温空気と低温空気との間で熱交換を行っているが、高温の液体と低温の液体との間で熱交換を行うこともできる。

また、本発明の実施形態では、高温空気を第１配管３ａに導入するとともに第２配管３ｂから排出しているが、第２配管３ｂから導入して第１配管３ａから排出してもよい。

また、本発明の実施形態では、低温空気を第３配管３ｃに導入するとともに第４配管３ｄから排出しているが、第４配管３ｄから導入して第３配管３ｃに排出してもよい。

また、本発明の実施形態では、熱交換器２及び第１配管３ａ〜第４配管３ｄを鋼板で形成しているが、アルミニウム合金材で形成してもよいし、ステンレス材で形成してもよい。

また、本発明の熱交換装置１は、乾燥機の廃熱利用に用いたが、その他の設備の廃熱利用にも適用可能である。

本発明は、ケーシング内部に流通させる高温流体と低温流体との間で伝熱板を介して熱交換する熱交換装置に適している。

１熱交換装置
２プレート式熱交換器
３ａ第１配管
３ｂ第２配管
３ｃ第３配管
３ｄ第４配管
４ケーシング
５伝熱板
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ配管
３１第１接続孔（貫通孔）
３２第２接続孔
４１ａ、４１ｂ、４１ｃケーシング側壁
４３第１入口（高温流体入口）
４４第１出口（高温流体出口）
４５第２入口（低温流体入口）
４６第２出口（低温流体出口）
Ｓ１第１流通空間
Ｓ２第２流通空間

Claims

１枚の帯状金属板をひだ状に折り曲げて形成された伝熱板を断面矩形状である直方体形状の金属製ケーシング内部に収容して該ケーシング内部を高温流体が流通する第１流通空間と低温流体が流通する第２流通空間とに仕切り、上記第１流通空間側の伝熱板と対向するケーシング側壁には、上記高温流体を流出入させる高温流体入口及び高温流体出口が、上記第２流通空間側の伝熱板に対向するケーシング側壁には、上記低温流体を流出入させる低温流体入口及び低温流体出口が上記伝熱板の幅方向両端側にそれぞれ設けられ、上記第１流通空間を流通する高温流体と上記第２流通空間を流通する低温流体とが上記伝熱板を介して熱交換する複数の同形状のプレート式熱交換器と、
平行に延びる４つの直線状で、且つ、断面矩形状の角筒状をなす同形状の金属製第１、第２、第３及び第４配管とを備え、
上記第１〜第４配管における側面の１つには、上記熱交換器の数に対応する接続孔が各配管の長手方向に等間隔に形成され、
上記各熱交換器は、上記伝熱板の幅方向と交差する方向に、且つ、上記各高温流体入口、各高温流体出口、各低温流体入口及び各低温流体出口がそれぞれ隣り合うよう並設され、
上記第１流通空間側の伝熱板と対向する上記ケーシング側壁に上記第１及び第２配管が重なる一方、上記第２流通空間側の伝熱板と対向する上記ケーシング側壁に上記第３及び第４配管が重なるように、且つ、上記第１配管の各接続孔が上記各高温流体入口に、上記第２配管の各接続孔が上記各高温流体出口に、上記第３配管の各接続孔が上記各低温流体入口に、上記第４配管の各接続孔が上記各低温流体出口にそれぞれ接続されるように上記第１〜第４配管が上記ケーシングに着脱可能に固定されていることを特徴とする熱交換装置。
請求項１に記載の熱交換装置において、
上記第１〜第４配管の長手方向一端には、配管を接続可能な貫通孔がそれぞれに形成され、
上記第１及び第３配管は、当該第１及び第３配管の各貫通孔が上記各熱交換の並設方向一端側を向く姿勢で上記各ケーシングに固定される一方、上記第２及び第４配管は、当該第２及び第４配管の各貫通孔が上記各熱交換の並設方向他端側を向く姿勢で上記各ケーシングに固定されていることを特徴とする熱交換装置。