(57)【要約】【課題】耐久性を備え、スケールの付着を防止あるいは抑制し、仮にスケールが付着した場合でも除去が容易な熱交換器を得る。【解決手段】複数の平面状の隔壁体Ｐが積層され、互いに対向する隔壁体Ｐで挟まれた空間が隔壁体Ｐの積層方向に沿って連設されると共に、連接された空間が、放熱する高温媒体Ｌ１を流通させる高温流路Ｒ１および吸熱する低温媒体Ｌ２を流通させる低温流路Ｒ２に交互に割り当てられている熱交換部Ｕ１と、熱交換部Ｕ１を保持するフレームＦと、熱交換部Ｕ１およびフレームＦのうち少なくとも何れか一方に脱着自在に取り付けられる外力付加機構Ｖと、を備え、外力付加機構Ｖが、熱交換部Ｕ１に対して隔壁体Ｐの面に沿う方向のうち少なくとも一つ以上の方向に繰り返し外力を加える外力作用部Ｖ２を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の平面状の隔壁体が積層され、互いに対向する前記隔壁体で挟まれた空間が前記隔壁体の積層方向に沿って連設されると共に、連接された前記空間が、放熱する高温媒体を流通させる高温流路および吸熱する低温媒体を流通させる低温流路に交互に割り当てられている熱交換部と、
前記熱交換部を保持するフレームと、
前記熱交換部および前記フレームのうち少なくとも何れか一方に脱着自在に取り付けられる外力付加機構と、を備え、
前記外力付加機構が、前記熱交換部に対して前記隔壁体の面に沿う方向のうち少なくとも一つ以上の方向に繰り返し外力を加える外力作用部を備えている熱交換器。
【請求項２】
前記外力付加機構の機構本体が前記熱交換部の上縁部に載置され、前記機構本体の一部が前記熱交換部の上縁部に対する前記外力作用部となると共に、
前記外力付加機構が、前記熱交換部を前記面に沿って水平方向に挟む状態に位置する少なくとも一対の腕部を備え、当該腕部に前記外力作用部が備えられている請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記フレームと前記熱交換部との間、および、前記フレームと前記外力付加機構との間のうち少なくとも何れか一つに、弾性を備えた緩衝部材が設けられている請求項１または２に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記外力作用部が前記熱交換部に繰り返し打撃力を加える打撃部であり、前記外力付加機構が前記打撃部を有する打撃機構であって、
前記熱交換部および前記フレームのうち少なくとも何れか一方に当接する当接片と、当該当接片および前記打撃機構との間に付勢力を伝達させる付勢部材とが設けられ、
当該付勢部材が、前記打撃部の動作に拘わらず、前記当接片が前記熱交換部および前記フレームのうち少なくとも何れか一方に当接した状態が維持され、前記当接片と前記打撃機構との間で前記付勢力が作用し続けるバネ特性を備えている請求項１から３の何れか一項に記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換部に繰り返し動作を加えてスケールの付着を防止あるいは抑制し、仮にスケールが付着した場合でも除去が容易な脱着式の外力付加機構を備えたスケール対策機能を有する熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、このような熱交換器としては、例えば以下の特許文献１に示すものがあった。即ち、この文献に係る技術は、複数のプレートが積層され、プレートを挟んで流通する流体間で熱交換するプレート式熱交換器さらにはプレート式熱交換器を用いる給湯機に関する技術であって、プレート式熱交換器のスケール付着の防止効果を高めようとするものである。
【０００３】
そのために当該従来技術では、熱交換用のプレートを３枚以上積層した熱交換器本体を備え、熱交換器本体の端にあるプレートの外面のうちプレートの外縁から離れた位置に振動体を固着した状態で備えている。一方、プレートの外面の中で最も振動の振幅が小さくなる低振動部に接触する保持部を備え、熱交換器本体が外部から固定して保持される。この構成により、熱交換器本体のプレートに対してはプレートの積層方向に沿った振動が付加される。
【０００４】
このように構成することで、各プレートが自身の平面方向に対して垂直な方向に繰り返し振動し、熱交換流路に対するスケール発生の抑制と除去、あるいは、汚れ抑制と除去とが確実に行われるというものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−８８０４４  号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来技術では、熱交換器のプレートの面に対して垂直方向に振動が加えられる。この場合、振動部が当接しているプレートそのものは所定の態様で振動することが可能である。ただし、当該プレートから積層方向にそって遠い位置にあるプレートは同様に振動するとは限らない。
【０００７】
つまり、本構成では、最も端のプレートには所定の振動が加えられても、これに隣接するプレートにはプレート間に挟まれた媒体を介して振動が伝えられる。当該媒体は流通路を介して熱交換器本体の外部に連通しているから、最端のプレートから圧力を受けた媒体の一部は熱交換器本体の外部と給排される。このため、隣接するプレートに伝達される振動が弱まることとなる。さらに、プレート面に対する垂直方向への加振によりプレートを撓めたり曲げることに振動エネルギーが消費される結果、全てのプレートを同じ条件で振動させることができず、スケールの除去効果を高めるにも限界があった。
【０００８】
また、プレートの面に対して垂直な方向に振動を加えるものでは、プレートどうしを引き離すように外力が作用する瞬間がある。よって、プレートどうしの密閉が損なわれて媒体が漏えいするおそれが生じる。
【０００９】
それ以外に、プレートそのものが面外変形して媒体流路の形状が変化し、求める熱交換性能が発揮されなくなったり、撓みや曲げ疲労によるプレートの割れが発生する可能性もある。
【００１０】
このように従来の熱交換器が有する種々の問題点に鑑み、耐久性を備えつつ、スケールの付着を防止あるいは抑制し、仮にスケールが付着した場合でも除去が容易な熱交換器が求められている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
（特徴構成）
本発明に係る熱交換器の特徴構成は、複数の平面状の隔壁体が積層され、互いに対向する前記隔壁体で挟まれた空間が前記隔壁体の積層方向に沿って連設されると共に、連接された前記空間が、放熱する高温媒体を流通させる高温流路および吸熱する低温媒体を流通させる低温流路に交互に割り当てられている熱交換部と、
前記熱交換部を保持するフレームと、
前記熱交換部および前記フレームのうち少なくとも何れか一方に脱着自在に取り付けられる外力付加機構と、を備え、
前記外力付加機構が、前記熱交換部に対して前記隔壁体の面に沿う方向のうち少なくとも一つ以上の方向に繰り返し外力を加える外力作用部を備えた点にある。
【００１２】
（効果）
本構成であれば、外力付加機構の外力作用部が、熱交換部に対して、熱交換部の面に沿う方向に打撃や加振による強い繰り返し外力を加えることができ、熱交換部に強い持続的繰り返し動作を行わせることができる。この面に沿う方向は熱交換部を構成する隔壁体にとって撓みや曲げの変形が起こり難い方向であり、一つの方向には限られない。
【００１３】
このような強い持続的繰り返し動作は、複数の隔壁体の夫々に同時に作用し、夫々の隔壁体が受ける繰り返し動作力はその入力側端部から反対側の端部に至るまでの全面に亘ってほぼ同時に、かつ瞬時に伝えられる。これによって、内部に形成されている高温流路および低温流路の内面にスケールが付着しようとする際に、隔壁体とスケールとの間に隔壁体の面に沿う方向に、分離作用を及ぼすせん断力が働いてスケールの付着を防止あるいは抑制し、結果的にスケールの成長を抑制することができる。
【００１４】
また、隔壁体は薄い部材で構成されているが、面に沿う方向に外力を受けることで隔壁体が撓みや曲げ等による面外変形を生じることがなく、よって隔壁体に曲げ疲労等による割れ等の損傷が引き起こされるのを防止することができる。さらに、隔壁体の面方向に沿って外力が作用するため、隔壁体どうしの面間にガスケット部材等が設けられている場合でも、面外変形による当該ガスケット部材の分離剥がれが生じ難く、熱交換器の機能性と耐久性を高めることができる。
【００１５】
（特徴構成）
本発明に係る熱交換器にあっては、前記外力付加機構の機構本体が前記熱交換部の上縁部に載置され、前記機構本体の一部が前記熱交換部の上縁部に対する前記外力作用部となると共に、前記外力付加機構が前記熱交換部を前記面に沿って水平方向に挟む状態に位置する少なくとも一対の腕部を備え、当該腕部に前記外力作用部が備えられていてもよい。
【００１６】
（効果）
外力付加機構は、主には、熱交換部の上縁部に載置されている。つまり、通常時は、外力付加機構の自重によって熱交換部の上縁部に接している。この状態で外力付加機構が熱交換部に例えば、打撃や加振による強い繰り返し外力を加え、熱交換部に強い繰り返し動作を行わせると、外力付加機構はその動作力の反発により熱交換部の上縁部にて上下方向に当接離間の繰り返し動作を行い、外力付加機構の位置が不安定になる。しかし、外力付加機構は自重によって常に熱交換部の側に移動し接しようとするから、熱交換部に対する繰り返し外力の付加は継続される。このように、外力付加機構が熱交換部に載置されることで、熱交換部に対する外力付加機構の相対位置は所定の範囲内で留まることになる。
【００１７】
しかし本構成では、熱交換部に対する繰り返し外力の投入量を増やすべく、機構本体にはさらに少なくとも一対の腕部が設けられている。当該腕部は熱交換部を水平方向に挟む状態とされ、外力付加機構が熱交換部に対して水平方向に大きく位置ずれするのを防止する。また、当該腕部にも水平方向に継続的に繰り返し外力を加える外力作用部が形成されているため、上記上下方向の繰り返し動作に水平方向の繰り返し動作が加わり、熱交換部に効果的な強い持続的繰り返し動作を行わせることができる。
【００１８】
（特徴構成）
本発明に係る熱交換器にあっては、前記フレームと前記熱交換部との間、および、前記フレームと前記外力付加機構との間のうち少なくとも何れか一つに、弾性を備えた緩衝部材を設けておいてもよい。
【００１９】
（効果）
これら二つの部位のうち少なくとも何れか一つに緩衝部材を設けることで、外力付加機構から熱交換部に伝えるべき繰り返し動作力がフレームに逃げるのを防止することができ、熱交換部により強い持続的繰り返し動作を生じさせることができる。
また、特に、フレームと熱交換部との間に緩衝部材を設けることで、外力付加機構から熱交換部に伝えられた繰り返し動作力の一部がフレームに逃げることを防止し、熱交換部に強い持続的繰り返し動作を行わせる状態を良好に維持することができる。
【００２０】
（特徴構成）
本発明に係る熱交換器にあっては、前記外力作用部が前記熱交換部に継続的に繰り返し打撃力を加える打撃部であり、前記外力付加機構が前記打撃部を有する打撃機構であって、前記熱交換部および前記フレームのうち少なくとも何れか一方に当接する当接片と、当該当接片および前記打撃機構との間に付勢力を伝達させる付勢部材とが設けられ、
当該付勢部材が、前記打撃部の動作に拘わらず、前記当接片が前記熱交換部および前記フレームのうち少なくとも何れか一方に当接した状態が維持され、前記当接片と前記打撃機構との間で前記付勢力が作用し続けるバネ特性を備えていてもよい。
【００２１】
（効果）
本構成の打撃部は熱交換部に対して隙間のある状態と隙間のない状態の衝突・離間を繰り返すものであり、単に打撃部を設けただけでは、熱交換部に対して打撃機構が位置ずれし、熱交換部に対する繰り返し打撃の作用位置が変動することがある。その場合、熱交換部に効果的な繰り返し打撃を行わせることができない。
【００２２】
しかし、当接片と付勢部材を設けることで、打撃機構と熱交換部との位置関係が所定の範囲内で維持される。ただし、この付勢力は極端に強いものではなく、打撃部の動作を維持しながら、打撃機構と熱交換部とが所定の相対位置にあるように打撃機構に付勢力を作用させるものである。
【００２３】
よって、熱交換部に対する打撃力の作用位置が安定し、熱交換部が効果的な繰り返し打撃による持続的繰り返し衝撃力を受け、隔壁体とスケールとの間に隔壁体の面に沿う方向に、分離作用を及ぼすせん断力が働いてスケールの付着を防止あるいは抑制し、結果的にスケールが成長するのを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】第１実施形態に係る熱交換器の概要を示す説明図
【図２】第１実施形態に係る外力付加機構の構成を示す説明図
【図３】第２実施形態に係る外力付加機構の構成を示す説明図
【図４】第２実施形態に係る外力付加機構の構成を示す説明図
【図５】第３実施形態に係る外力付加機構の構成を示す斜視図
【図６】第４実施形態に係る外力付加機構の構成を示す説明図
【図７】高温温泉水を利用した小型バイナリー発電システムの構成を示す説明図
【図８】他熱源利用の冷温泉水加温システムの構成を示す説明図
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明の熱交換器に係る各実施形態つき、以下、図面を参照しながら説明する。
【００２６】
〔第１実施形態〕
（概要）
本発明に係る熱交換器は、例えば、図７に示す高温の温泉水１１の熱を利用して小型バイナリー発電を行うシステムや、図８に示す他熱源利用の冷温泉水加温システム等に適用することができる。
【００２７】
図７に示す小型バイナリー発電システム１０では、高温の温泉水１１を流通させる１次側流路１２と、熱を受ける低温の清水を流通させる２次側流路１３とを有する。１次側流路１２を流通する高温の温泉水１１は、間接熱交換器１４に導かれる。ここで清水と熱交換し、高温となった清水が小型バイナリー発電装置１５の蒸発器１５ａに導かれる。
【００２８】
一方、熱を放出した温泉水１１は、浴槽１６や温室１７等に導かれ利用される。また、小型バイナリー発電装置１５のうち凝縮器１５ｂの側には冷却水流路１８が接続されており、小型バイナリー発電装置１５で加熱された冷媒を冷やす冷却水が流通している。温度が高まった冷却水はクーリングタワー１９によって冷却される。
【００２９】
図８には、例えば、ＣＯ２冷媒ヒートポンプ方式熱源機２０で加温した貯湯タンク２１の温水（８５〜６５℃）を間接熱交換器２２の１次側に流通させ、２次側に流通させる冷温泉水２３（２５℃程度）を所定の温度（４５℃程度）まで加温し、適宜供給する水道水２８と併せて浴槽２４に供給する他熱源利用の冷温泉水２３を加温するシステムを示している。このシステムでは、例えば夜間電力を有効利用するために、１次側温水と同じ貯湯タンク２１の温水を別系統で温水栓２５やシャワー２６あるいは食器洗浄機２７等の用途に兼用する。
【００３０】
図７および図８に示すシステムは何れも温泉水１１,２３を利用する。ただし、温泉水にはカルシウム成分等が含まれている場合が多く、これらの成分が間接熱交換器１４，２２の内部で結晶化し析出してスケールとなり、熱交換部位に付着し固着化して熱交換効率を低下させたり、間接熱交換器１４，２２の故障を誘発する原因となる。とりわけ、小型バイナリー発電システムにおいては、このようなスケールの付着による間接熱交換器１４の熱交換効率の著しい低下が即、著しい発電効率の低下、あるいはその改善のためのメンテナンス頻度の大幅な増加につながり、当該システムの大きな問題の一つとなっている。本発明は、間接熱交換器１４，２２の内部におけるこのようなスケールの付着を防止あるいは抑制し、仮にスケールが付着した場合でも除去が容易な熱交換器を提供することを目的とする。以下、本発明の実施形態につき順次説明する。
【００３１】
（熱交換部の概要）
本実施形態に
係る熱交換器Ｕの概要を図１に示す。本発明に係る熱交換器Ｕは、例えば複数の平面状の隔壁体Ｐが積層された形式の熱交換部Ｕ１を備えている。これら複数の隔壁体Ｐで挟まれた夫々の空間には、互いに熱交換する高温媒体Ｌ１と低温媒体Ｌ２とが交互に流通する。複数の隔壁体Ｐどうしはその間の外周縁近くにガスケット等を挟んで互いに押圧されたり、ロウ付けされたりすることで、内部の気密性を確保している。これら複数の隔壁体Ｐは、その両端部に設けられ隔壁体Ｐより広い面を有するフレームＦである第１フレームＦ１および第２フレームＦ２と、複数の締結用のボルト１およびナット２によって挟持固定される。
【００３２】
各隔壁体Ｐの上縁部および下縁部にはボルト１によって各隔壁体Ｐの積層位置を規定する切欠部ＰＫが形成してある。尚、本実施形態では、ボルト１と各隔壁体Ｐとの間での振動伝達を防止するために、図示は省略するが、ボルト１と各隔壁体Ｐとの間にゴム等の振動吸収材を設けてある。また、上下夫々のボルト１を弾性棒材に変え、切欠部ＰＫを設けた隔壁体Ｐのガイドバーにすることもある（図示せず）。
【００３３】
隔壁体Ｐとしては第１隔壁体Ｐ１と第２隔壁体Ｐ２との２種類が用いられる。第１隔壁体Ｐ１と第２隔壁体Ｐ２とで形成される複数の空間は、放熱する高温媒体Ｌ１を流通させる高温流路Ｒ１と、吸熱する低温媒体Ｌ２を流通させる低温流路Ｒ２とに交互に割り当てられる。このうち、高温媒体Ｌ１は、例えば温泉水であり、低温媒体Ｌ２は家庭内で消費される水やきれいな井水等である。
【００３４】
例えば図１では、分解状態で記載した第１隔壁体Ｐ１の手前の空間が高温流路Ｒ１となり、第２隔壁体Ｐ２の手前の空間が低温流路Ｒ２となる。夫々の隔壁体Ｐには四隅に流路用の第１開口Ｈ１乃至第４開口Ｈ４が設けてある。第１フレームＦ１には、四つの筒部材で構成される第１接続部Ｊ１乃至第４接続部Ｊ４が設けてある。
【００３５】
このうち高温媒体Ｌ１を流入させるのが上部に設けた第１接続部Ｊ１である。ここに注入された高温媒体Ｌ１は一旦、各隔壁体Ｐの第１開口Ｈ１を所定圧に達するまで貫通するように流通する。ここで、第２隔壁体Ｐ２の第１開口Ｈ１の周りにはガスケット部材３が設けてあり、高温媒体Ｌ１は第２隔壁体Ｐ２の流入側の面には流通しない構成となっているが、その次の第１隔壁体Ｐ１の第１開口Ｈ１の周りはガスケット部材３で仕切られていない。そのため、各隔壁体Ｐの第１開口Ｈ１を貫通した高温媒体Ｌ１の一部はこの第１隔壁体Ｐ１の流入側の面の平面方向に流通すると共に、残りの高温媒体Ｌ１は次の第２隔壁体Ｐ２の第１開口Ｈ１に向けて流通する。
【００３６】
第１隔壁体Ｐ１の面に沿って下降した高温媒体Ｌ１は、第２隔壁体Ｐ２の下部に設けた第２開口Ｈ２を介して第１フレームＦ１の側に流通し、第２接続部Ｊ２から排出される。
【００３７】
一方、低温媒体Ｌ２は、第１フレームＦ１の下部に設けた第３接続部Ｊ３から熱交換部Ｕ１に注入される。図１において分解状態で記載した第２隔壁体Ｐ２の第３開口Ｈ３および第４開口Ｈ４はガスケット部材３で仕切られていない。よって、低温流路Ｒ２を流通する低温媒体Ｌ２の一部が第２隔壁体Ｐ２の流入側の面の平面に沿って上昇し、第４開口Ｈ４および第４流路Ｒ４を介して第４接続部Ｊ４から排出される。
尚、第１隔壁体Ｐ１および第２隔壁体Ｐ２の面に設けた流路溝やガスケット部材３のパターン、形状および媒体の流し方により、例えば前記第２接続部Ｊ２と第３接続部Ｊ３の位置を逆にして、高温媒体Ｌ１および低温媒体Ｌ２の夫々の流入口と排出口を結ぶ線が対角線状にならないように配置させる構成にすることもできる。
【００３８】
このように、高温媒体Ｌ１を熱交換部Ｕ１に流入させる第１接続部Ｊ１は熱交換部Ｕ１の上部位置に設けられ、排出させる第２接続部Ｊ２は熱交換部Ｕ１の下部位置に設けられている。一方、高温媒体Ｌ１から熱を吸収する低温媒体Ｌ２については熱交換部Ｕ１の下部の第３接続部Ｊ３から流入させて上部の第４接続部Ｊ４から排出させる。以上のように、隔壁体Ｐを挟んで流通する高温媒体Ｌ１と低温媒体Ｌ２の流れを対向流にすることにより、高温媒体Ｌ１が保有する熱を低温媒体Ｌ２に効率よく伝えることができる。
【００３９】
尚、図１に示すように、緩衝部材Ｂが、第１フレームＦ１とこれに対向する隔壁体Ｐとの間、および、第２フレームＦ２とこれに対向する隔壁体Ｐとの間に設けられている。第１フレームＦ１の側の第１緩衝部材Ｂ１としては、高温流路Ｒ１および低温流路Ｒ２を形成できるよう開口部Ｂ１１を有する隔壁体Ｐと同じ大きさの部材が、第１開口Ｈ１乃至第４開口Ｈ４の周囲を取り囲む状態に設けられている。尚、第１緩衝部材Ｂ１の上下縁部には、ボルト１との干渉を防止する切欠部ＢＫが形成されている。
【００４０】
一方の第２フレームＦ２の側に設けられた第２緩衝部材Ｂ２は、高温流路Ｒ１および第４流路Ｒ４を封止すべく、隔壁体Ｐと同じ大きさの開口のない板状部材で構成してある。これら第１緩衝部材Ｂ１および第２緩衝部材Ｂ２は、例えば耐熱性を有するゴム材料等で形成される。これにより、後述するように、熱交換部Ｕ１に強い繰り返し動作を行わせた場合でも、その動作力の一部が第１フレームＦ１および第２フレームＦ２に伝達されることを軽減し、熱交換部Ｕ１により効果的な強い持続的繰り返し動作を行わせることができる。尚、第２緩衝部材Ｂ２の上下縁部にも、ボルト１との干渉を防止する切欠部ＢＫが形成されている。
【００４１】
（外力付加機構の概要）
図１に示すように、熱交換部Ｕ１の上方には外力付加機構Ｖが載置される。外力付加機構Ｖは、熱交換部Ｕ１および第１フレームＦ１、第２フレームＦ２のうち少なくとも何れか一方に脱着自在に取り付けられる。外力付加機構Ｖは、繰り返し外力を発生させる繰り返し外力発生器Ｖ１と、当該繰り返し外力発生器Ｖ１を保持し、熱交換部Ｕ１を構成する第１隔壁体Ｐ１および第２隔壁体Ｐ２の夫々の縁部に接して作用させる外力作用部Ｖ２を有する機構本体Ｖ３とを備えている。外力作用部Ｖ２が熱交換部Ｕ１から大きく位置ずれしない限り、外力付加機構Ｖは、単に熱交換部Ｕ１に載置するだけでも良い。
【００４２】
繰り返し外力発生器Ｖ１は、偏心荷重をもつ錘を回転させる方式のものや、磁性を有する錘を磁力制御によって吸引反発させる方式のもの等、各種のものを利用可能であるが、外力作用部Ｖ２から熱交換部Ｕ１に作用させる打撃や加振等の繰り返し動作の方向が夫々の隔壁体Ｐの面方向に沿うように機構本体Ｖ３に取り付けられる。繰り返し動作の方向は、夫々の隔壁体Ｐの面に沿う方向であればよく、上下方向あるいは水平方向等は任意である。
【００４３】
このような強い持続的繰り返し動作は、複数の隔壁体Ｐの夫々に同時に作用し、夫々の隔壁体Ｐが受ける繰り返し動作力はその入力側端部から反対側の端部に至るまでの全面に亘ってほぼ同時に、かつ瞬時に伝えられる。これによって、内部に形成されている高温流路Ｒ１および低温流路Ｒ２の内面にスケールが付着しようとする際に、隔壁体Ｐとスケールとの間に隔壁体Ｐの面に沿う方向に、分離作用を及ぼすせん断力が働いてスケールの付着を防止あるいは抑制し、結果的にスケールの成長を抑制することができる。
【００４４】
また、隔壁体Ｐは薄い部材で構成されているが、面に沿う方向に外力を受けることで隔壁体Ｐが撓みや曲げ等による面外変形を生じることがなく、よって隔壁体Ｐに曲げ疲労等による割れ等の損傷が引き起こされるのを防止することができる。さらに、夫々の隔壁体Ｐの面方向に沿って外力が同時に作用するため、隔壁体Ｐどうしの面間にガスケット部材等が設けられている場合でも、面外変形による当該ガスケット部材の分離剥がれが生じ難く、熱交換器Ｕの機能性と耐久性を高めることができる。
【００４５】
外力付加機構Ｖは、主には、熱交換部Ｕ１の上縁部に載置されている。つまり、通常時は外力付加機構Ｖの自重によって熱交換部Ｕ１の上縁部に接している。この状態で外力付加機構Ｖが例えば、打撃や加振による強い繰り返し外力を加え、熱交換部Ｕ１に強い繰り返し動作を行わせると、外力付加機構Ｖはその動作力の反発により熱交換部Ｕ１の上縁部にて上下方向に当接離間する動作を繰り返し、外力付加機構Ｖの位置が不安定になる。しかし、外力付加機構Ｖは自重によって常に熱交換部Ｕ１の側に移動し接しようとするから、熱交換部Ｕ１に対する繰り返し外力の付加は継続される。このように、外力付加機構Ｖが熱交換部Ｕ１に載置されることで、熱交換部Ｕ１に対する外力付加機構Ｖの相対位置は所定の範囲内で留まることになる。
【００４６】
（外力付加機構の腕部）
本実施形態の熱交換器Ｕにあっては、外力付加機構Ｖの機構本体Ｖ３が熱交換部Ｕ１の上縁部に載置され、機構本体Ｖ３の一部が熱交換部Ｕ１の上縁部に対する外力作用部Ｖ２となる。さらに図１に示すように、外力付加機構Ｖが、熱交換部Ｕ１を面に沿って水平方向に挟む状態に位置する少なくとも一対の腕部Ｖ４を備えていてもよい。この場合、この腕部Ｖ４の先端を熱交換部Ｕ１の側部に沿って折れ曲がった状態に下垂させておき、この下垂部Ｖ５の先端であって、熱交換部Ｕ１に対向する位置に、熱交換部Ｕ１に接して作用する外力作用部Ｖ２を設けると好都合である。
【００４７】
本構成のように、機構本体Ｖ３に対して一対の腕部Ｖ４および下垂部Ｖ５を設けて外力作用部Ｖ２を形成することで、熱交換部Ｕ１に対する繰り返し外力の投入量を増やすことができる。この腕部Ｖ４は熱交換部Ｕ１を水平方向に挟む状態とされ、外力付加機構Ｖが熱交換部Ｕ１に対して水平方向に大きく位置ずれするのを防止する。また、下垂部Ｖ５にも水平方向に繰り返し外力を熱交換部Ｕ１に加える外力作用部Ｖ２が形成されているため、上記上下方向の継続的な繰り返し動作に水平方向の繰り返し動作が加わり、熱交換部Ｕ１に効果的な強い持続的繰り返し動作を行わせることができる。
【００４８】
図１に示すように、一対の腕部Ｖ４および外力作用部Ｖ２は、熱交換部Ｕ１の上部位置に設けられている。この位置で、熱交換部Ｕ１の面に沿って水平方向に繰り返し動作を加えることで、熱交換部Ｕ１には所定の慣性が作用するから、主に熱交換部Ｕ１の上方部が繰り返し動作を行うこととなる。つまり、熱交換部Ｕ１の全体が繰り返し動作を強いられる場合と比べて、熱交換部Ｕ１の上方部のみを動作させる方が上方部の振幅は大きくなる。よって、繰り返し外力発生器Ｖ１の外力付加能力がそれほど大きくない場合であっても、熱交換部Ｕ１の上方部に強い繰り返し動作を行わせることができる。
【００４９】
仮に、高温流路Ｒ１に温熱を有する温泉水等を流通させる場合、高温流路Ｒ１には各種のスケールが発生する。このスケールは高温状態であるほど発生量が増える傾向にあるから、熱交換部Ｕ１の上方部において発生し易いことになる。このような場合、熱交換部Ｕ１の上方部に強い繰り返し動作を行わせる構成であれば、繰り返し外力発生器Ｖ１の能力がそれ程大きくないコンパクトなものであっても良好なスケールの付着抑制効果または除去効果を生じさせることができる。よって、スケール対策を有する低コストでコンパクトな間接熱交換器を得ることができる。
【００５０】
尚、図１および図２に示すように、第１フレームＦ１と外力付加機構Ｖとの間、および、第２フレームＦ２と外力付加機構Ｖとの間に、弾性を備えた第３緩衝部材Ｂ３を設けておくとよい。例えば第３緩衝部材Ｂ３をゴム等の部材で構成しておくことで、外力付加機構Ｖから熱交換部Ｕ１に伝えるべき繰り返し動作力が第１フレームＦ１や第２フレームＦ２に逃げるのを防止することができ、熱交換部Ｕ１により強い持続的繰り返し動作を行わせることができる。
【００５１】
また、図２に示すように、外力付加機構Ｖの機構本体Ｖ３と熱交換部Ｕ１との間、および、一対の下垂部Ｖ５に形成した外力作用部Ｖ２と熱交換部Ｕ１との間に、例えば、硬質ゴム等で形成した繰り返し動作音低減部材４を挟んでおくのが好ましい。繰り返し動作音低減部材４を設けておくことで、仮に、外力付加機構Ｖと熱交換部Ｕ１との間に打撃が発生し、大きな繰り返し動作音が生じる場合に消音機能を発揮させることができる。さらに、硬質ゴムによる衝撃吸収機能によって、熱交換器Ｕの隔壁体Ｐの側部が損傷するのを防止することができる。
【００５２】
〔第２実施形態〕
本発明の熱交換器Ｕは、図３および図４に示す構成にすることもできる。
即ち、本実施形態の熱交換器Ｕにあっては、外力作用部Ｖ２が熱交換部Ｕ１に繰り返し打撃力を加える打撃部Ｖ２１であり、外力付加機構Ｖを、当該打撃部Ｖ２１が備えられた打撃機構とするものである。さらに、外力付加機構Ｖは、打撃部Ｖ２１に加えて、熱交換部Ｕ１および第１フレームＦ１および第２フレームＦ２のうち少なくとも何れか一方に当接する当接片Ｔを備えている。この当接片Ｔおよび打撃部Ｖ２１との間には当接片Ｔを熱交換部Ｕ１等に押し付けるよう付勢力を伝達させる付勢部材Ｓが設けられている。この付勢部材Ｓによって、打撃部Ｖ２１の動作に拘わらず、当接片Ｔが熱交換部Ｕ１および第１フレームＦ１、第２フレームＦ２のうち少なくとも何れか一方に当接した状態が維持される。付勢部材Ｓとしては、例えば、図５に示したような板ばねＳ１や図６のようなコイルばね８の他、皿ばね等を用いることができる。
【００５３】
具体的には、図３および図４に示したように、下垂部Ｖ５に例えば２本のボルト、即ち、打撃ボルト５と付勢ボルト６とを装着しておく。打撃ボルト５は、熱交換部Ｕ１に打撃力を加える打撃部Ｖ２１の機能を有する。
【００５４】
打撃ボルト５は、下垂部Ｖ５に設けた雌ネジ部に螺合させてあり、セッティングに際しては、打撃ボルト５の先端を当接片Ｔに当接させる。これにより、打撃ボルト５は熱交換部Ｕ１に対して隙間なく配置される。そののち、打撃ボルト５を引退させる側に所定角度だけ回転させ、打撃ボルト５の先端と当接片Ｔとの間に適切な隙間を設ける。これにより、繰り返し外力発生器Ｖ１の繰り返し動作力が打撃力となって熱交換部Ｕ１に付加される。
【００５５】
もう一方の付勢ボルト６の先端には、板ばねＳ１が、付勢ボルト６に対して相対回転自在に取り付けられている。この板ばねＳ１には、熱交換部Ｕ１の側縁部に当接する当接片Ｔが取り付けられている。
【００５６】
外力付加機構Ｖを熱交換部Ｕ１の上に載置し、付勢ボルト６を操作して、当接片Ｔを熱交換部Ｕ１の側縁部に当て付ける。当て付けの程度は板ばねＳ１が適度に撓む程度に調節する。板ばねＳ１の付勢強さを設定したのち、付勢ボルト６のロックナット７を下垂部Ｖ５の外面に押し付けて締結する。板ばねＳ１は中央の入力部Ｓ１１と、両端の作用部Ｓ１２とを有しており、板ばねＳ１に取り付けられた当接片Ｔにより板ばねＳ１の一箇所を押すだけで複数の隔壁体Ｐに外力を作用させることができる。
【００５７】
板ばねＳ１には当接片Ｔを保持させてある。当接片Ｔは例えば金属製の板部材で、一部を切り抜いて折り曲げ、板ばねＳ１を保持する保持部Ｔ１を形成してある。板ばねＳ１は自身が変形する際に、この保持部Ｔ１に対してスライド自在である。また、当接片Ｔには板ばねＳ１が大きく位置ずれするのを防止するストッパーＴ２を設けてある。このストッパーＴ２も当接片Ｔの一部を切り欠いて折り曲げ形成してある。
【００５８】
当接片Ｔは、図４に示すように、板ばねＳ１の当接領域よりも広く形成してあり、打撃ボルト５の先端が当接する領域を確保してある。このようにすることで、打撃ボルト５からの打撃力を熱交換部Ｕ１の側縁部に対して同時に全幅に作用させることができる。また、当接片Ｔを設けることで、熱交換部Ｕ１を構成する隔壁体Ｐの一部に打撃力が集中して、熱交換部Ｕ１が損傷するのを防止することもできる。
【００５９】
図３に示すように、当接片Ｔの両面のうち、熱交換部Ｕ１に向く面には、繰り返し動作音低減部材４が貼り付けてある。これにより、外力付加機構Ｖの稼働時の打撃騒音を低減することができる。また、繰り返し動作音低減部材４は、硬質のゴム等で構成されているから、当接片Ｔと熱交換部Ｕ１との間の滑りを防止し、外力付加機構Ｖが熱交換部Ｕ１から位置ずれするのを防止することができる。さらに、ゴム材料であるためある程度の変形機能を備えており、繰り返し動作音低減部材４は熱交換部Ｕ１の各隔壁体Ｐと当接片Ｔとの間に確実に介在して、当接片Ｔからの打撃力を各隔壁体Ｐに同時に確実に伝達することができる。
【００６０】
尚、板ばねＳ１の付勢力は、打撃ボルト５が当接片Ｔに当接離間するのを妨げるほどの強さではない。つまり、繰り返し外力発生器Ｖ１の振動によって打撃ボルト５は当接片Ｔに対して当接を繰り返すが、その際に、板ばねＳ１は曲がり変形する。これにより、当接片Ｔと熱交換部Ｕ１との当接状態は常に維持される。よって、打撃ボルト５から熱交換部Ｕ１に繰り返し打撃が加えられる一方で、当接片Ｔによって熱交換部Ｕ１に対する下垂部Ｖ５の位置が一定に保持される。これにより、熱交換部Ｕ１に対する打撃力の作用位置が安定し、熱交換部Ｕ１が効果的な繰り返し打撃による持続的繰り返し打撃力、即ち衝撃力を受け、隔壁体Ｐとスケールとの間に隔壁体Ｐの面に沿う方向に、分離作用を及ぼすせん断力が働いてスケールが付着し成長するのを抑制することができる。
【００６１】
尚、このような打撃ボルト５および付勢ボルト６、当接片Ｔは、熱交換部Ｕ１の一つの側縁部に対して複数組設けても良い。また、打撃ボルト５による打撃力を熱交換部Ｕ１に伝える板部材は当接片Ｔと別に設けても良い。
【００６２】
〔第３実施形態〕
付勢部材Ｓとしては、図５に示すように、板ばねＳ１に代えて構成した弾性変形自在な例えばゴム部材Ｓ２を用いることもできる。比較的自由に変形するゴム部材Ｓ２であれば、腕部Ｖ４の下垂部Ｖ５は熱交換部Ｕ１の側縁部に対して近接離間する方向と、側縁部に沿う方向とに位置変化可能である。つまり、打撃機構は、熱交換部Ｕ１に対して隔壁体Ｐの平面方向と平行に何れの方向にも動くことができる。
【００６３】
尚、ここでは、機構本体Ｖ３と腕部Ｖ４とを別体に構成し、機構本体Ｖ３に対して腕部Ｖ４の張り出し長さを調節できるように構成してある。当該調節に際しては、腕部Ｖ４に調節ボルトＶ６を取り付けてあり、機構本体Ｖ３の側には、当該調節ボルトＶ６が貫通する長孔Ｖ７が設けてある。固定ナットＶ８を緩めて腕部Ｖ４の張り出し長さを調節したのち、当該固定ナットＶ８を締めることで腕部Ｖ４の張り出し長さを任意に調節することができる。さらに、腕部Ｖ４として異なる張り出し長さを有する形状の部材に変更することも可能である。これらにより、各種サイズの熱交換部Ｕ１に対して繰り返し外力発生器Ｖ１を取り付けることができる。
【００６４】
熱交換部Ｕ１の上縁部には機構本体Ｖ３から垂直方向に打撃力が作用し、熱交換部Ｕ１の側縁部には下垂部Ｖ５から水平方向に打撃力が作用する。これらの打撃力は複合され、熱交換部Ｕ１は隔壁体Ｐの平面方向に沿って縦横に繰り返し動作させられることとなる。その結果、熱交換部Ｕ１の内部に生成しようとするスケールの付着抑制効果または除去効果が高まる。
【００６５】
〔第４実施形態〕
外力付加機構Ｖは、熱交換部Ｕ１に対して複数組設けても良い。例えば、複数組の外力付加機構Ｖを隔壁体Ｐの積層方向に沿って隣接した状態に設けることができる。また、図６に示すように、二組の外力付加機構Ｖを熱交換部Ｕ１の左右に設けることもできる。
【００６６】
図６に示す例の場合、外力付加機構Ｖが生じさせる繰り返し動作によって左右の外力付加機構Ｖは熱交換部Ｕ１から脱落し易い状態にある。よって、左右の下垂部Ｖ５どうしを例えばコイルばね８で連結しておく。このコイルばね８の引張り力は、外力付加機構Ｖから熱交換部Ｕ１に対して図６中の水平方向に繰り返し打撃が加えられる場合には、付勢部材Ｓであるゴム部材Ｓ２の弾性変形を阻害せず、機構本体Ｖ３が熱交換部Ｕ１の側縁部に対して当接離間を繰り返すことができる程度の強さに設定しておく。
【００６７】
また、図６の装置にあっては、左右夫々の繰り返し外力発生器Ｖ１の外力付加動作方向は夫々異ならせておいても良い。例えば、一方の繰り返し外力発生器Ｖ１の外力付加動作方向を熱交換部Ｕ１の側面に対して垂直方向とし、他方の繰り返し外力発生器Ｖ１の外力付加動作方向を熱交換部Ｕ１の側面に沿う方向としても良い。このようにすることで、仮に、左右の繰り返し外力発生器Ｖ１の外力付加動作方向を共に熱交換部Ｕ１の側面に対して垂直方向とした場合に、夫々の繰り返し外力発生器Ｖ１が熱交換部Ｕ１に作用させる外力どうしが打ち消し合い、結果として熱交換部Ｕ１に強い繰り返し動作が生じなくなる不都合を回避することができる。
【００６８】
尚、このような外力付加機構Ｖは、熱交換部Ｕ１の左右に配置するものに限られず、図示は省略するが、熱交換部Ｕ１の上下に一対設けるものであっても良い。
【００６９】
〔その他の実施形態〕
図３あるいは図５に示した当接片Ｔは、熱交換部Ｕ１に当接するものの他に、図示は省略するが、第１フレームＦ１および第２フレームＦ２に当接するものであっても良い。つまり、当接片Ｔは左右のフレームＦに当接して外力付加機構Ｖの姿勢を安定化させ、繰り返し動作力を効果的に熱交換部Ｕ１に加える構成とする。その場合、外力付加機構Ｖから熱交換部Ｕ１に伝えるべき繰り返し動作力が第１フレームＦ１および第２フレームＦ２に逃げるのを防止するために、当接片Ｔと第１フレームＦ１との間、および、当接片Ｔと第２フレームＦ２との間に緩衝部材を設けておくと良い。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明に係る熱交換器の構造は、例えば板状の隔壁体を複数備えて熱交換流路を形成するものに対して広く適用することができる。
【符号の説明】
【００７１】
Ｂ      緩衝部材
Ｆ      フレーム
Ｌ１    高温媒体
Ｌ２    低温媒体
Ｐ      隔壁体
Ｒ１    高温流路
Ｒ２    低温流路
Ｓ      付勢部材
Ｔ      当接片
Ｕ      熱交換器
Ｕ１    熱交換部
Ｖ      外力付加機構
Ｖ１    繰り返し外力発生器
Ｖ２    外力作用部
Ｖ２１  打撃部
Ｖ３    機構本体
Ｖ４    腕部
【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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