(57)【要約】【課題】  硬度７５゜以下となる弾性の大きいゴムリングを使用する場合であっても、十分なシール性（密閉性）を確保するとともに、耐薬品性のより優れた素材の選定を可能にして耐久性（メンテナンス性）及び信頼性の向上を図る。【解決手段】  弾性リング７として硬度７５゜以下のゴムリング７ｒを使用するとともに、ジャケット６における一対の平行片部６ａ…の先端縁部６ａｓ…と対向するシール溝４の壁面４ｗ間のクリアランスＣが第一部材２と第二部材３を組付けた際に所定の大きさＬｃ以下となるように平行片部６ａ…の幅方向長さＬｗを選定し、かつ平行片部６ａ…の表面に形成する複数のリング凸条８ａａ，８ａｂ…における先端縁部６ａｓ…に最も近いリング凸条８ａａ…と当該先端縁部６ａｓ…間の距離を所定の長さＬｒ以下となるように選定する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体が流通する熱交換室を形成する第一部材と第二部材の対向面間に設け、前記第一部材と前記第二部材の少なくとも一方の対向面に形成したリング形のシール溝と、このシール溝に収容する、径方向外側が開放されたコの字形の断面を有する全体がリング形のジャケット及びこのジャケットの内側に収容した弾性リングを組合わせて構成したガスケットとを有する熱交換器のシール構造において、前記弾性リングとして硬度７５゜以下のゴムリングを使用するとともに、前記ジャケットにおける一対の平行片部の先端縁部と対向する前記シール溝の壁面間のクリアランスが前記第一部材と前記第二部材を組付けた際に所定の大きさ以下となるように前記平行片部の幅方向長さを選定し、かつ前記平行片部の表面に形成する複数のリング凸条における前記先端縁部に最も近いリング凸条と当該先端縁部間の距離を所定の長さ以下となるように選定してなることを特徴とする熱交換器のシール構造。
【請求項２】
前記ジャケットは、フッ素系樹脂素材により形成することを特徴とする請求項１記載の熱交換器のシール構造。
【請求項３】
前記ゴムリングは、ＥＰＤＭ系合成ゴム素材により形成することを特徴とする請求項１又は２記載の熱交換器のシール構造。
【請求項４】
前記流体に薬液を適用するとともに、前記第一部材と前記第二部材はフッ素系樹脂素材により形成することを特徴とする請求項１，２又は３に記載の熱交換器のシール構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薬液に対する熱交換を行う薬液用熱交換器等に用いて好適な熱交換器のシール構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、弗化水素酸，硝酸，硫酸等の腐食性の大きい薬液に対して熱交換を行う薬液用熱交換器としては、既に、本出願人らが提案した特許文献１で開示される耐薬品性熱交換器が知られている。
【０００３】
同文献１に開示される耐薬品性熱交換器は、熱良導性素材から成り所定の間隔を隔てて対向して配設された一対の伝熱基板と、該一対の伝熱基板の対向面を覆う耐薬品性被覆層と、耐薬品性素材から成り、一対の伝熱基板間に介在して該伝熱基板に耐薬品性被覆層を介して圧接し該伝熱基板と共に熱交換室を囲む側壁体と、該熱交換室を外部に開放する流体出入口とを備え、側壁体の、耐薬品性被覆層との圧接部に熱交換室をループ状に囲む一連のシール溝を設け、該シール溝にガスケットに収納して熱交換室をシールしている耐薬品性熱交換器であって、ガスケットが、ゴム弾性素材から成るループ状心材と、少なくとも該心材の外側周面を除いて該心材を覆う耐薬品性素材から成るジャケットとにより構成されており、該ジャケットの、シール溝底面とシール溝開口面とに対向する周面には夫々突条が周設されており、熱交換室に遠い側のシール溝周壁面には、心材の外周面が当接した構成を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−２８０７８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上述した従来の耐薬品性熱交換器、特に熱交換器のシール構造は、次のような解決すべき課題が存在した。
【０００６】
即ち、この種の薬液用熱交換器では、弗化水素酸等の侵食性の高い薬液に対して熱交換（冷却又は加熱）を行うため、熱交換器における各部の形成素材は耐薬品性に優れたフッ素系樹脂素材を用いている。しかし、耐薬品性に優れたフッ素系樹脂素材であっても長期使用により薬液に侵食され、特に、シール構造に用いるガスケットの劣化は液漏れ等を招く原因となる。また、近年では処理時間を速めるため、薬液の温度を常温域から中高温域での使用が増加傾向にあるとともに、薬液も高純度化（強酸化，強アルカリ化）されているため、薬液の侵食性がより高まっている。
【０００７】
したがって、ガスケットに対しては、より耐薬品性に優れた素材への変更が求められるが、ゴム素材の場合、耐薬品性に優れていても硬度（弾性）が適さない場合がある。具体的には、図７に示す従来のシール構造Ｍｒの場合、弾性リング（心材）５１として、硬度７５〜８０゜程度のフッ素系樹脂素材を使用した際には特に問題を生じないが、硬度７５゜以下となる弾性の大きい素材Ｒｒを使用した際には、ジャケット５２における一対の平行片部５２ａ，５２ｂの先端縁部５２ａｓ，５２ｂｓと対向するシール溝６０の壁面６０ｗ間における隙間（クリアランス）Ｃｒａ，Ｃｒｂに弾性リング５１の一部が入り込む現象が生じる。また、平行片部５２ａ，５２ｂの表面に形成する複数のリング凸条５４ａ，５５ａ，５４ｂ，５５ｂは、主に、幅方向の位置的バランスを考慮して設けるため、先端縁部５２ａｓ，５２ｂｓに最も近いリング凸条５４ａ，５４ｂと当該先端縁部５２ａｓ，５２ｂｓ間における平行片部５２ａ，５２ｂが弾性リング５１の膨らみによる加圧により外側へ広がる方向に変形する現象が生じる。この結果、ガスケット５０が接する二つの対向面６１ａ，６１ｂに対する圧接力が低下し、十分なシール性（密閉性）を確保することができなくなるなど、シール構造に対する更なる改善の余地があった。
【０００８】
本発明は、このような背景技術に存在する課題を解決した熱交換器のシール構造の提供を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上述した課題を解決するため、流体Ｗが流通する熱交換室Ａを形成する第一部材２と第二部材３の対向面間に設け、第一部材２と第二部材３の少なくとも一方の対向面に形成したリング形のシール溝４と、このシール溝４に収容する、径方向外側が開放されたコの字形の断面を有する全体がリング形のジャケット６及びこのジャケット６の内側に収容した弾性リング７を組合わせて構成したガスケット５とを有する熱交換器１のシール構造Ｍを構成するに際して、弾性リング７として硬度７５゜以下のゴムリング７ｒを使用するとともに、ジャケット６における一対の平行片部６ａ，６ｂの先端縁部６ａｓ，６ｂｓと対向するシール溝４の壁面４ｗ間のクリアランスＣが第一部材２と第二部材３を組付けた際に所定の大きさＬｃ以下となるように平行片部６ａ，６ｂの幅方向長さＬｗを選定し、かつ平行片部６ａ，６ｂの表面に形成する複数のリング凸条８ａａ…，８ｂａ…における先端縁部６ａｓ，６ｂｓに最も近いリング凸条８ａａ，８ｂａと当該先端縁部６ａｓ，６ｂｓ間の距離を所定の長さＬｒ以下となるように選定したことを特徴とする。
【００１０】
この場合、発明の好適な態様により、ジャケット６は、フッ素系樹脂素材Ｒｆにより形成することができるとともに、ゴムリング７ｒは、ＥＰＤＭ系合成ゴム素材Ｒｅにより形成することができる。また、流体Ｗには薬液Ｗｄを適用するとともに、第一部材２と第二部材３はフッ素系樹脂素材Ｒｆにより形成することができる。
【発明の効果】
【００１１】
このような構成を有する本発明に係る熱交換器のシール構造によれば、次のような顕著な効果を奏する。
【００１２】
（１）  弾性リング７として硬度７５゜以下となる弾性の大きいゴムリング７ｒを使用する場合であっても、ガスケット５が接する二つの対向面に対する圧接力の低下を回避することができるため、十分なシール性（密閉性）を確保できる。また、素材を選定する際における選定自由度も高められるため、耐薬品性のより優れた素材の選定が可能になるなど、耐久性（メンテナンス性）及び信頼性の向上にも寄与できる。
【００１３】
（２）  好適な態様により、ゴムリング７ｒを、ＥＰＤＭ系合成ゴム素材Ｒｅにより形成すれば、ＥＰＤＭ系合成ゴム素材Ｒｅの物性により、十分なシール性（密閉性）の確保、更には耐久性（メンテナンス性）及び信頼性を向上させる観点から最適なパフォーマンスを得ることができる。
【００１４】
（３）  好適な態様により、流体Ｗとして薬液Ｗｄを適用するとともに、第一部材２と第二部材３をフッ素系樹脂素材Ｒｆにより形成すれば、耐薬品性に優れる最適な薬液用熱交換器（薬液温度調節用熱交換器）を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の好適実施形態に係るシール構造を備える熱交換器の一部抽出拡大図を含む断面構成図、
【図２】同熱交換器に用いるインナブロックの斜視図、
【図３】同熱交換器に用いるインナブロックの一部断面平面図、
【図４】同シール構造の一部を示す断面図、
【図５】同シール構造に用いるガスケットの一部を示す断面図、
【図６】本発明の各種変更実施形態に係るシール構造の一部を示す断面図、
【図７】背景技術の説明図、
【発明を実施するための形態】
【００１６】
次に、本発明に係る好適実施形態を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。
【００１７】
まず、本発明の理解を容易にするため、本実施形態に係るシール構造Ｍを除いた熱交換器１の基本構成について、図１〜図３を参照して説明する。
【００１８】
例示の熱交換器１は、薬液用熱交換器（薬液温度調節用熱交換器）である。熱交換器１は、交換器本体１０を備え、この交換器本体１０は、矩形に形成した一定の厚さを有するインナブロック１１と、このインナブロック１１を両側から挟む一対のアウタブロック１２，１３を備える。
【００１９】
インナブロック１１は、例えば、ＰＴＦＥ等の耐薬品性に優れたフッ素系樹脂素材Ｒｆにより形成する。このインナブロック１１は本発明における第一部材２を構成する。インナブロック１１は、表裏面を円形に刳貫いて形成した熱交換室（熱交換空間）Ａを有する。また、図２及び図３に示すように、インナブロック１１の一端面における離間した位置には、例えば、フッ素系樹脂素材により形成した流入側パイプ１４と流出側パイプ１５をそれぞれ接合する。そして、インナブロック１１の内部に、流入側パイプ１４と熱交換室Ａを連通接続する流入路１６、及び流出側パイプ１５と熱交換室Ａを連通接続する流出路１７をそれぞれ形成する。さらに、熱交換室Ａの内部には、例えば、フッ素系樹脂素材により形成した二つの仕切プレート１８，１９を熱交換室Ａの内壁面を利用して取付ける。仕切プレート１８，１９は、長手方向の一側に設けた切欠部１８ｏ，１９ｏが通水口となる。これにより、熱交換室Ａの内部には、薬液Ｗｄ（流体Ｗ）が流通する流通経路が形成される。図３の点線矢印が流通経路に沿って流れる薬液Ｗｄ（Ｗ）を示している。なお、１８ｓ，１９ｓは切欠部１８ｏ，１９ｏに対して反対側に位置する各仕切プレート１８，１９に切欠形成した液抜口を示す。
【００２０】
一方、アウタブロック１２は、例えば、アルミニウム等の熱伝導性の良好な素材により形成した外側プレート１２ｏと、例えば、ＰＴＦＥ等のフッ素系樹脂素材Ｒｆにより形成した内側プレート（内側シート）１２ｉの二層構造により構成する。なお、アウタブロック１３もアウタブロック１２と同様に構成できるため、アウタブロック１２を二つ用意し、一方をアウタブロック１２として使用し、他方をアウタブロック１３として使用すればよい。アウタブロック１３において、１３ｏは外側プレート、１３ｉは内側プレート（内側シート）をそれぞれ示す。このアウタブロック１２，１３における内側プレート１２ｉ，１３ｉは本発明における第二部材３…を構成する。
【００２１】
このような構成部材を用いるため、図１に示すように、インナブロック１１の両面を、内側プレート１２ｉ，１３ｉを対面させたアウタブロック１２，１３によりそれぞれ挟むとともに、複数のボルトナット２１…により固定すれば、交換器本体１０を得ることができる。図中、２２…はボルトナット２１…の挿通孔を示す。これにより、インナブロック１１の熱交換室Ａは、一対のアウタブロック１２，１３に挟まれることにより密閉される。さらに、交換器本体１０における外側プレート１２ｏ，１３ｏの外面には、ペルチェ素子を用いたサーモモジュール２３，２４の内面側をそれぞれ付設するとともに、このサーモモジュール２３，２４の外面側に冷却水を流通させて冷却を行う冷却器２５，２６を付設する。これにより、基本構成となる熱交換器１が得られる。なお、冷却器２５，２６には温水を流通させることにより加熱器として利用することもできる。
【００２２】
そして、この熱交換器１におけるインナブロック１１と内側プレート１２ｉ（アウタブロック１２）間、及びインナブロック１１と内側プレート１３ｉ（アウタブロック１３）間には、それぞれ本実施形態に係るシール構造Ｍを設ける。
【００２３】
次に、本実施形態に係る熱交換器のシール構造Ｍについて、図１〜図５を参照して具体的に説明する。
【００２４】
シール構造Ｍは、インナブロック１１（第一部材２）と内側プレート１２ｉ（第二部材３）の対向面１１ｆと１２ｆにおける一方の対向面１１ｆに形成するシール溝４と、このシール溝４に収容するガスケット５を備える。シール溝４は、図１に示すように、断面形状を矩形に形成するとともに、図２及び図３に示すように、全体形状を熱交換室Ａの外周に沿ったリング形に形成する。
【００２５】
一方、ガスケット５は、径方向外側が開放されたコの字形の断面を有する全体がリング形のジャケット６と、このジャケット６の内側に収容する弾性リング７の組合わせにより構成する。ジャケット６は、例えば、ＰＴＦＥ等のフッ素系樹脂素材Ｒｆにより形成する。ジャケット６は、図５に示すように、断面がコの字形になるため、両側には、先端縁部６ａｓ，６ｂｓが対峙する一対の平行片部６ａ，６ｂを有する。この平行片部６ａ，６ｂの幅方向長さＬｗは、次の条件を満たすように設定する。即ち、図４に示すように、インナブロック１１とアウタブロック１２を組付けた際に、一対の平行片部６ａ，６ｂの先端縁部６ａｓ，６ｂｓと対向するシール溝４の壁面４ｗ間のクリアランスＣが所定の大きさＬｃ以下となるように、平行片部６ａ，６ｂの幅方向長さＬｗを選定する。なお、所定の大きさＬｃ以下には０も含まれる。所定の大きさＬｃは、後述する硬度７５゜以下となるゴムリング７ｒを使用した場合であっても、クリアランスＣにゴムリング７ｒの一部が入り込まない大きさを考慮して選定する。
【００２６】
また、一方の平行片部６ａの表面（外面）には離間した大径と小径の二つのリング凸条８ａａ，８ａｂを一体形成するとともに、他方の平行片部６ｂの表面（外面）には離間した大径と小径の二つのリング凸条８ｂａ，８ｂｂを一体形成する。各リング凸条８ａａ，８ａｂ，８ｂａ，８ｂｂは、断面が三角山形となるように、周方向に沿って形成する。この際、図４に示すように、一方の平行片部６ａの表面に形成する二つのリング凸条８ａａ，８ａｂにおける先端縁部６ａｓに最も近いリング凸条８ａａと当該先端縁部６ａｓ間の距離を、所定の長さＬｒ以下となるように選定する。同様に、他方の平行片部６ｂの表面に形成する複数のリング凸条８ｂａ，８ｂｂにおける先端縁部６ｂｓに最も近いリング凸条８ｂａと当該先端縁部６ｂｓ間の距離も、所定の長さＬｒ以下となるように選定する。なお、所定の長さＬｒ以下には０も含まれる。所定の長さＬｒは、後述する硬度７５゜以下となるゴムリング７ｒを使用した場合であっても、平行片部６ａ，６ｂの先端縁部６ａｓ，６ｂｓ側がゴムリング７ｒの膨らみによる加圧により広がる方向に変形しない長さ、即ち、変形を阻止できる長さ（位置）を考慮して選定する。
【００２７】
他方、弾性リング７は、硬度７５゜以下、望ましくは硬度７０〜７５゜のゴムリング７ｒを使用する。この条件を満たすゴムリング７ｒの素材としては、ＥＰＤＭ系合成ゴム素材Ｒｅが最適である。ＥＰＤＭ系合成ゴム素材Ｒｅは、フッ素系樹脂素材ＲｆのＰＴＦＥよりも耐薬品性に優れている。反面、硬度が小さくなる（弾性が大きくなる）という物性を有しているため、この物性に伴う弊害を、上述したジャケット６側の幾何学的形状により補っている。このように、ゴムリング７ｒを、ＥＰＤＭ系合成ゴム素材Ｒｅにより形成すれば、ＥＰＤＭ系合成ゴム素材Ｒｅの物性により、十分なシール性（密閉性）の確保、更には耐久性（メンテナンス性）及び信頼性を向上させる観点から最適なパフォーマンスを得ることができる。
【００２８】
また、ゴムリング７ｒは断面を矩形に形成し、図５に示すように、ジャケット６における平行片部６ａ，６ｂ間に収容する。図５は、シール溝４に収容する前の状態のガスケット５、即ち、ガスケット５の自然状態を示している。したがって、ガスケット５の自然状態の厚さＨｏは、図４に示すインナブロック１１とアウタブロック１２間に挟まれることにより圧縮された状態の厚さＨｕよりも圧縮分Ｈｓだけ厚くなっている。また、圧縮されていない自然状態のガスケット５では、ゴムリング７ｒの先端が平行片部６ａの先端縁部６ａｓから幅Ｄｓだけ突出している。
【００２９】
このように構成するガスケット５は、インナブロック１１にアウタブロック１２を組付ける際に、インナブロック１１のシール溝４に収容すればよい。これにより、インナブロック１１とアウタブロック１２間に本実施形態に係るシール構造Ｍが設けられる。そして、前述したボルトナット２１…により固定した際には、ガスケット５はインナブロック１１とアウタブロック１２間に挟まれて圧縮され、ジャケット６における一対の平行片部６ａ，６ｂの先端縁部６ａｓ，６ｂｓと対向するシール溝４の壁面４ｗ間のクリアランスＣは所定の大きさＬｃ以下となる。なお、以上は、インナブロック１１とアウタブロック１２間に設けるシール構造Ｍについて説明したが、インナブロック１１とアウタブロック１３間に設けるシール構造Ｍも同一構造により構成できる。
【００３０】
よって、このような本実施形態に係るシール構造Ｍによれば、弾性リング７として硬度７５゜以下となる弾性の大きいゴムリング７ｒを使用する場合であっても、ガスケット５が接する二つの対向面に対する圧接力の低下を回避することができるため、十分なシール性（密閉性）を確保できる。また、素材を選定する際における選定自由度も高められるため、耐薬品性のより優れた素材の選定が可能になるなど、耐久性（メンテナンス性）及び信頼性の向上にも寄与できる。特に、流体Ｗとして薬液Ｗｄを適用するとともに、インナブロック１１と内側プレート１２ｉ，１３ｉをフッ素系樹脂素材Ｒｆにより形成するため、耐薬品性に優れる最適な薬液用熱交換器（薬液温度調節用熱交換器）を実現することができる。
【００３１】
次に、本発明の変更実施形態に係るシール構造Ｍについて、図６（ａ），（ｂ）を参照して説明する。
【００３２】
図６（ａ）は、リング凸条８ａａ…の数量を変更した変更実施形態を示す。図１〜図５の基本実施形態では、一方の平行片部６ａに二つのリング凸条８ａａ，８ａｂを設けた場合を示したが、三つ以上のリング凸条８ａａ…を設けてもよい。図６（ａ）は、三つのリング凸条８ａａ，８ａｂ，８ａｃを設けた例を示す。この場合であっても、平行片部６ａに形成する三つのリング凸条８ａａ…における先端縁部６ａｓに最も近いリング凸条８ａａと当該先端縁部６ａｓ間の距離を所定の長さＬｒ以下となるように選定すればよい。
【００３３】
図６（ｂ）は、リング凸条８ａａ…の断面形状を変更した変更実施形態を示す。図１〜図５の基本実施形態では、各リング凸条８ａａ，８ａｂの断面形状を三角山形に形成した場合を示したが、図６（ｂ）は、断面形状を半円形に形成した場合を示す。このように、各リング凸条８ａａ…の断面形状は三角山形に限定されるものではなく、必要に応じて各種形状により又は組合わせにより実施可能である。なお、図６（ａ），（ｂ）では、一方の平行片部６ａ側についてのみ説明したが、他方の平行片部６ｂ側も同様に構成する。また、図６（ａ），（ｂ）において、図１〜図５と同一部分には同一符号を付してその構成を明確にするとともに、その詳細な説明は省略する。
【００３４】
以上、好適実施形態（変更実施形態）について詳細に説明したが、本発明は、このような実施形態に限定されるものではなく、細部の構成，形状，数量，数値，素材等において、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更，追加，削除することができる。例えば、ジャケット６は、フッ素系樹脂素材Ｒｆにより形成する場合を示したが、他の素材により形成する場合を排除するものではない。また、ゴムリング７ｒは、ＥＰＤＭ系合成ゴム素材Ｒｅにより形成した場合を示したが、硬度７５゜以下のゴムリング７ｒであれば、他のゴム素材であっても適用できる。さらに、シール溝４はインナブロック１１に形成した場合を示したが、アウタブロック１２，１３側に設けてもよいし、インナブロック１１とアウタブロック１２，１３の双方に跨がって設けてもよい。なお、本発明における「リング形」とは円形のみならず楕円や矩形などの他の形状を含むものであり、いわば「ループ形」と同義である。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明に係る熱交換器のシール構造は、流体Ｗとして薬液Ｗｄを使用する薬液用熱交換器に用いて最適であるが、液漏れ防止等の観点からは耐久性に優れ、信頼性の高い熱交換器を実現できるため、一般的な冷却水や加熱水を使用する熱交換器に用いても好適であり、様々な流体を使用する各種熱交換器のシール構造として利用できる。
【符号の説明】
【００３６】
１：熱交換器，２：第一部材，３：第二部材，４：シール溝，４ｗ：シール溝の壁面，５：ガスケット，６：ジャケット，６ａ：平行片部，６ｂ：平行片部，６ａｓ：平行片部の先端縁部，６ｂｓ：平行片部の先端縁部，７：弾性リング，７ｒ：ゴムリング，８ａａ…：リング凸条，８ｂａ…：リング凸条，Ｗ：流体，Ｗｄ：薬液，Ａ：熱交換室，Ｍ：シール構造，Ｃ：クリアランス，Ｌｗ：平行片部の幅方向長さ，Ｒｆ：フッ素系樹脂素材，Ｒｅ：ＥＰＤＭ系合成ゴム素材
【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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