(57)【要約】      （修正有）【課題】通常の閉止フランジとしてはもとより、大型スパイラル式熱交換器の渦巻状に巻回された帯状伝熱板の開口端縁を閉じる閉止フランジの重量を、ＪＩＳ規格の平板製閉止フランジの重量の５０％以下に軽量化する。【解決手段】大型スパイラル式熱交換器等の筐体３と、その開口端縁１１を閉じる蓋板１３の外側に伏椀状等の鏡板９を設け、該伏椀状の鏡板９と蓋板１３とで構成される内腔１０の少なくとも一部に、アルミニウムなどの発泡金属２２を充填、或いは多数のリブを渡して成る補強部材８を介在させて前記蓋板１３と鏡板９とを一体に構成する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状の筐体３と、その開口端縁１１を閉じる蓋板１３の外側に鏡板９を設け、該鏡板９と蓋板１３とで構成される内腔１０の一部又は全部に補強部材８を充填し、前記蓋板１３と鏡板９とを一体に構成したことを特徴とする閉止フランジ。
【請求項２】
前記補強部材８の少なくとも一部がアルミニウムなどの発泡金属２２であることを特徴とする請求項１に記載の閉止フランジ。
【請求項３】
前記鏡板９及び又は蓋板１３との内腔面１０の少なくとも一部に、スタッドボルト、スタッドリベット２８等を多数設けたことを特徴とする請求項１〜請求項２に記載の閉止フランジ。
【請求項４】
前記補強部材８の少なくとも一部がメタルハニカム１８、粗いピッチのゼンマイ１２、或いはリブ２３で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の閉止フランジ。
【請求項５】
前記鏡板９の外周２１は折曲られ、必要に応じてボルト穴２５が設けられた鏡板フランジ１９が構成されることを特徴とする請求項１〜請求項４に記載の閉止フランジ。
【請求項６】
前記鏡板９と蓋板１３には、必要に応じて配管２６が設けられたことを特徴とする請求項１〜請求項５に記載の閉止フランジ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、通常の閉止フランジ。
或いは少なくとも二枚の帯状伝熱板を渦巻状に巻回して、それぞれの流路に流体を流すようになされた帯状伝熱板が、筒状の筐体の中に収められように構成されたスパイラル式熱交換器の閉止フランジにおいて、該筒状の筐体と渦巻状に巻回された帯状伝熱板の開口端縁を閉じる蓋板に、伏椀状、円錐状等の鏡板とを一体に構成して成る閉止フランジに関するものである。
【０００２】
詳しくは、大型、例えば直径が１ｍ以上の筒状の伝熱板等の開口端縁を閉じる閉止フランジを蓋板と鏡板で構成し、この蓋板と鏡板で構成された内腔の少なくとも一部に補強部材を充満せしめることによって、必要な強度を低下することなく大幅に軽量化される閉止フランジに関するものである。
【背景技術】
【０００３】
従来、対向流型のスパイラル式熱交換器は、図１に示すように片方の流路の帯状伝熱板５の両端を直径方向に折り曲げてから、もう片方の帯状伝熱板４と所定の間隔をあけて一緒に渦巻状に多数回巻き回したのち溶接６して構成されている。
そして渦巻状に巻回された帯状伝熱板４と、曲げた帯状伝熱板５、及びこれらを収容した円筒状の筐体３の開口端縁１１を閉じるために、板状ガスケット７を挟んで平板の閉止フランジ２が蓋板１３として使用されている。（特許文献１）
スパイラル式熱交換器１の直径が比較的に小径（例えば直径が５００ｍｍ以下）であれば問題はがないが、これが大型のものになると直径に比例して当然厚いフランジが要求される。  
【０００４】
即ち、図２（イ）の平板の蓋板１３を閉止フランジ２とした場合、例えば図９に示すように、（参考文献１）ＪＩＳ（日本工業規格）Ｂ２２２０：２００４．呼び圧力１０ｋgのフランジでは、呼び径１５００Ａのとき、フランジの外径は１７９５ｍｍ．厚さＴは８２ｍｍ（アンダーライン）と規定されている。
而して重量はこの平板の閉止フランジだけで一枚、約１．５００ｋｇにもなる。
【０００５】
このうち図２（イ）、（ロ）に示すように、蓋板１３の直径に相当する筐体３の直径ａは１５２４ｍｍであるから、フランジの厚さＴが８２ｍｍとして、必要とされる蓋板１３の重量は約１．１７０ｋｇにもなる。
【０００６】
処でこの例で実際に必要な蓋板１３の厚さは図３に示す。（特許文献２）特開２００２−２１３７０６号で説明されているように、鏡板９の厚さｔ’が強度上、円筒状の筐体３の厚さと略同じ強度であるための必要厚さである。
即ちこれらから、平面状の蓋板１３に相当する伏椀状の鏡板９の厚さｔ’は円筒状の筐体３の厚さｔよりも大幅に薄くてもよいことになる。
【０００７】
因みに、前記（参考文献１）．呼び圧力１０ｋｇフランジで記載された筐体３に相当する胴部の厚さｔは、図２（イ）、（ロ）で示す管の外径ａではＪＩＳ（日本工業規格）Ｂ２２２０：２００４では２８ｍｍとなっている。
【０００８】
更に図２（ロ）に示す点線ｃは、筐体３と同じ厚さｔで、伏椀状の鏡板９を設けた例を示す説明図である。
【０００９】
一方補強部材８として発泡金属をエンジンのマウント装置の内腔に充填して軽量化に利用することが知られている（例えば特許文献３参照）。
【００１０】
【特許文献１】特開平０６−８２１７９号
【特許文献２】特開２００２−２１３７０６号
【特許文献３】特開２００８−３０３９１６号
【非特許文献１】ＪＩＳ（日本工業規格）Ｂ２２２０：２００４．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述のように、従来スパイラル式熱交換器の渦巻状に巻回された帯状伝熱板４の開口端縁１１と筐体３を閉じる蓋板１３には平板の閉止フランジ２が用いられている。  
しかしながら、平板の閉止フランジ２を用いた場合、閉止フランジ２のボルト２７を締めると、通常平板の閉止フランジ２が円筒状の頑丈な筐体３の開口端縁１１で、曲げ作用を生じることから、閉止フランジ２が薄いと、閉止フランジ２の中央付近は太鼓や天秤のように膨れ、均一に締まらない問題があった。  
而して閉止フランジ２の板状ガスケット７を均一に締めると同時に、内圧などに対しても充分な強度を維持させるためには、蓋板１３の厚さは、ＪＩＳＢ２２２０：２００４．の例からも円筒状の筐体３の約２．５倍かそれ以上の板厚が必要とされるため過大に重くならざるを得ない問題がある。  
【００１２】
これを改良するものとして図４（イ）、（ロ）に示すように平板の閉止フランジ２に補強部材８として（金属薄板を形切りしたもの・以下リブと呼ぶ）リブ２３を溶接６するものがあるが、平板の閉止フランジ２に頑丈なリブ２３を溶接するときには溶接歪を生じることから、使用する平板の閉止フランジ２をあまり薄くできない問題がある。
即ち、溶接などして平板の閉止フランジ２に狂いが生じると、巨大な平板の閉止フランジ２のシール面を全面に亘って切削等修整して仕上げなければならないため、大きなコストが掛かる問題がある
そしてこの歪は時間が経つと、残留応力で捩れ等の不都合となって現れるため、全体を焼き鈍しなどの後処理をしなくてはならない問題がある。
【００１３】
この発明は、上記した従来例に鑑み、通常の閉止フランジ２及び、スパイラル式熱交換器全体の強度を損なうことなく、組合わされた閉止フランジ２の大幅な軽量化とコストダウンができるスパイラル式熱交換器等に用いる閉止フランジを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
大型スパイラル式熱交換器等の閉止フランジとして、筒状の筐体と、その開口端縁を閉じる蓋板の外側に伏椀状等の鏡板を設け、該鏡板と蓋板とで構成される内腔にアルミニウムなどの発泡金属を充填する。      
或は該内腔に多数のリブ等を設けて成る軽量化された補強部材を介在させて前記蓋板と鏡板とを一体に構成することである。       
【００１５】
この発明の閉止フランジ２では、図５（イ）、（ロ）に示すように平板の蓋板１３と鏡板９とで構成される内腔１０に、発泡金属（例えばアルミニウムの発泡体）の補強部材８を充填し、蓋板１３との鏡板９とが完全に一体化されることによって、強度を落とすことなく閉止フランジ２を大幅に軽量化することに成功したものである。    
【発明の効果】
【００１６】
図３（特許文献３）に示されているように、円弧の鏡板ｔ’は強度上、外筒筐体３の厚さｔより大幅に必要厚さが軽減されるものであるが、例え外筒３と同じ厚さｔ’のものを使用したとしても、この対比効果は歴然としている。
即ち蓋板１３のバックアップに鏡板９を用いることで、蓋板１３の剛性が確保され、閉止フランジ２が大幅に軽量化される。
【００１７】
従来、大型の閉止フランジ２を作るとき。厚いステンレス板等から大口径の平板の閉止フランジ２材をガス切断等で切り出し、そして仕上げは旋盤などで削り出さなければならない為に、大型のスパイラル式熱交換器を作ることが困難であったが、図５〜７に示すようにこの発明の伏椀状の鏡板９を用いた蓋板１３によると、従来の平板の厚さの１０〜３０％程度の平板からプレス、へら絞りなど多品種少量生産の技術で、任意の形状、直径で伏椀状の鏡板９を作ることができるため、この鏡板９と蓋板１３を組み合わせた閉止フランジ２は大幅なコストダウンと軽量化ができると同時に、従来困難であった大型のスパイラル式熱交換器等を廉価に提供することができる。
【００１８】
即ち図５（イ）（ロ）に示すように蓋板１３と組合される鏡板９は、その縁が曲げられて外周２１を構成して蓋板１３の端部に一体に溶接６され、そして構成された内腔１０に補強部材８、例えば発泡金属２２を充填することで一体化され閉止フランジ２ができる。
【００１９】
或いは、図６に示すように平板の蓋板１３と伏椀状の鏡板９との間に構成される内腔１０に補強のリブ２３を軸方向に複数設置し、前記蓋板１３と伏椀状の鏡板９とを完全に一体化することによって、強度を落とすことなく蓋板１３を大幅に軽量化することである。    
【００２０】
また図７に示すように鏡板９と組合される蓋板１３は、軽量で剛性に優れたハニカムサンドイッチパネル１５がリブ２３を介して一体化できる。そしてこのハニカムサンドイッチパネル１５は鏡板９と組合せられる前に、必要に応じて例えばリブ２３の中央付近を少し凸に脹らませた態様で構成する等によって、蓋板１３の中央付近を少し凸に脹らませる等、従来切削でなければできなかった仕様が容易に実現できる。
鏡板９とハニカムサンドイッチパネル１５を一体化する補強部材８は、図６（ハ）．図７（ハ）に示すように薄くて（例えば厚さが１ｍｍ）、内腔１０の形状に適合したリブ２３を軸方向に放射状に多数配設して構成される。
而して伏椀状の鏡板９は、最も耐圧力に優れた半球状から半楕円、円錐状、皿状等自由に組み合わせることができる。
【発明を実施するための形態】
【実施例】
【００２１】
以下実施例によって本発明の詳細を図面について説明するが、本発明がこれらの実施例やスパイラル式熱交換器の閉止フランジに限定するものではなく同一又は類似の目的で他の用途の閉止フランジ２として適用できることは当然である。  
以下、この実施例では、同一構成要素には同一符号を付してその説明を省略する。
更に、軸方向及び直径方向の流体の出入口の記載は全て省略している。
【実施例１】
【００２２】
この実施例では図５（イ）（ロ）に示すように、伏椀状の鏡板９の外周は鍔状に曲げられて成る外周２１と、蓋板１３の外周とが組み合わせられ、且つ溶接６されて鏡板フランジ１９が構成されている。
そして図５（ロ）に示すように、内腔１０にアルミニウムの発泡金属２２が補強部材８として充填され、これらが一体化される。
この鏡板フランジ１９にはボルト孔２５が連設される。
前記伏椀状の鏡板９と蓋板１３には必要に応じて流体の流路である配管２６が溶接される。
【００２３】
補強部材８である発泡金属２２を鏡板９と蓋板１３の内腔１０に一体に構成する方法の一例として、内腔１０が空の状態の鏡板９と蓋板１３を、所定の金型に収容すると共に、該内腔１０の体積に相当する発泡剤を含む金属材料を充填する。そして金型を加熱して発泡剤を発泡させると、内腔１０に発泡金属２２が形成されると共に、鏡板９と蓋板１３の内腔１０に該発泡金属２２が強固に密着結合して一体になる。而してこれらが金型に収容されて加熱処理されることによって、加熱されることで当然生じる、発泡金属２２及び蓋板１３の歪が制御され、蓋板１３の精度を維持することができる。
【００２４】
前記鏡板９と蓋板１３の内腔１０に発泡金属２２を強固に且つ一体に構成する方法の一例として、内腔１０を構成する鏡板９と蓋板１３との内面を粗面及び又は、抜け止めの凹凸を及び又は横穴（図示しない）等を設けた、或いは設けないスタッドボルト、スタッドリベット２８等を多数設けることである。
【００２５】
そして図５（ロ）に示す、紐状中空ガスケット１４によって所定の間隔をあけて渦巻状に多数回巻き回されて構成された帯状伝熱板４と帯状伝熱板５、及びこれらを収容した円筒状の筐体３の開口端縁１１が密封される。
この例では鏡板フランジ１９と筐体３のフランジ１７とをボルト２７で締めた後、紐状中空ガスケット１４の中に液圧を加えて該紐状中空ガスケット１４を拡張し、確実に封止することができる。
【実施例２】
【００２６】
この実施例では図６（イ）は伏椀状の鏡板９に、蓋板１３とリングフランジ２４を組み合わせて溶接６、そして図６（ロ）に示すように、その内腔１０に図６（ハ）に示すリブ２３（形切りにした薄板）を放射状に配設してこれらを一体化したものである。  
この実施例において蓋板１３は、図６（ロ）に示すように、帯状伝熱板４．５の端部に配設されたスタッドピン２０の上に置かれた紐状中空ガスケット１４によって所定の間隔をあけて渦巻状に多数回巻き回されて構成された帯状伝熱板４と帯状伝熱板５、及びこれらを収容した円筒状の筐体３の開口端縁１１が密封できる。
この例では鏡板９に溶接されたリングフランジ２４と、筐体３のフランジ１７をボルト締めした後、紐状中空ガスケット１４の中に液圧を加えて紐状中空ガスケット１４を拡張し、確実に封止することができる。
【実施例３】
【００２７】
この実施例は図７に示すように蓋板１３にハニカムサンドイッチパネル１５を利用したものである。
ハニカム１８はステンレス薄板（例えば厚さが０．５ｍｍ）をスリットして幅７０ｍｍのコイルにし、図７（イ）に示すように一つは波状に成型してから、平板と波板とを組合せて渦巻状に巻回、これを厚さ６ｍｍのステンレス薄板で作られた上パネル１６をハニカム１８の上縁部と、ハニカム１８の下縁部は蓋板１３に接着して一体化されたハニカムサンドイッチパネル１５を蓋板１３とする。
【００２８】
伏椀状の鏡板９の内腔１０は、図６（イ）、図７（イ）のように該内腔１０に内接し、且つ前記ハニカムサンドイッチパネル１５の上パネル１６に放射状に緊密に嵌合せしめられた複数のリブ２３が配設され、このリブ２３を介して、伏椀状の鏡板９と蓋板１３の全体が固く一体にされた閉止フランジ２あることを特徴とする。
【実施例４】
【００２９】
この実施例は図８に示す。蓋板１３にはハニカムサンドイッチパネル１５の代わりに、ステンレス薄板（例えば厚さ１ｍｍ幅５０ｍｍにスリットされた）を、粗いゼンマイ１２状に渦巻き成型してから図７（ロ）に示す、厚さ６ｍｍのステンレス薄板で作られた上パネル１６をゼンマイ１２の上縁部と、粗いピッチのゼンマイ１２の下縁部は蓋板１３に接着して一体化されたゼンマイサンドイッチのパネル１５を蓋板１３としたものである。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は（特許文献１・特開平０６−８２１７９号）の一部を縦断した側面図である。
【図２】図２は（参考文献１）ＪＩＳ（日本工業規格）Ｂ２２２０：２００４．を基にした説明図で、図２（イ）は平板閉止フランジ２。図２（ロ）は溶接フランジ（斜線部）を示す断面図である。点線ｃは溶接フランジのパイプの厚さｔに相当する伏椀状の鏡板９を示す。
【図３】図３は（特許文献２・特開２００２−２１３７０６号）に記載された説明図である。
【図４】図４（イ）はリブを設けた従来例の一部を縦断した側面図である。（ロ）はこの例の斜視図である。
【図５】図５〜８はこの発明の実施例を示し  図５（イ）実施例１の平面図。（ロ）は（イ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図６】図６（イ）実施例２の平面図。（ロ）は（イ）のＡ−Ａ線断面図。（ハ）リブ２３の斜視図である。
【図７】図７（イ）は実施例３で、伏椀状の鏡板９の一部を裁除した説明図である。（ロ）は（イ）のＡ−Ａ線断面図。（ハ）はリブ２３の斜視図である。
【図８】図８は実施例４の説明図で、渦巻状に巻回されたサンドイッチ材、ゼンマイ１２の説明図である。
【図９】図９は（参考文献１）ＪＩＳ（日本工業規格）Ｂ２２２０：２００４．付表５  呼び圧力  １０Ｋ  フランジの寸法  （続き）  の写しである。
【符号の説明】
【００３１】
Ｔ．フランジの厚さ
ａ．管の外径
ｄ．管の内径
ｔ．管の厚さ（筒状の筐体の厚さ）
ｔ’．伏椀状鏡板の厚さ
ｃ．（点線）鏡板
ｇ．流路（旋回流）
１．スパイラル式熱交換器
２．閉止フランジ
３．筐体（筒状）
４．帯状伝熱板
５．端が曲げられた帯状伝熱板
６．溶接
７．板状ガスケット
８．補強部材
９．鏡板
１０．内腔
１１．開口端縁
１２．ゼンマイ
１３．蓋板
１４．紐状中空ガスケット
１５．ハニカムサンドイッチパネル
１６．上プレート
１７．フランジ
１８．ハニカム
１９．鏡板フランジ
２０．スタッドピン
２１．鍔状外周
２２．発泡金属
２３．リブ（形切り薄板）
２４．リングフランジ
２５．ボルト穴
２６．配管
２７．ボルト
２８．スタッドリベット
【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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