(57)【要約】【課題】製造が容易な熱交換器を提供する。【解決手段】熱交換器は、第１の流体が流れる第１流路を形成する筒型の伝熱管と、伝熱管を収容し、伝熱管の外部に第２の流体が流れる第２流路を形成する筒形の胴部材と、伝熱管の端部が接続される管穴が設けられた管板を備え、伝熱管の両端に接続される２つの管板部材と、第１流路の一部となる凹部を備え、２つの管板部材の管板に対し伝熱管とは反対側にそれぞれ配される２つのカバー部材と、２つのカバー部材を接続し、カバー部材に、胴部材及び２つの管板部材を挟持させる接続部材とを有する。また、カバー部材は、胴部材の径方向に胴部材よりも張り出したフランジ部を備え、接続部材は２つのカバー部材がそれぞれ備えるフランジ部を接続する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の流体が流れる第１流路を形成する筒型の伝熱管と、
前記伝熱管を収容し、前記伝熱管の外部に第２の流体が流れる第２流路を形成する筒形の胴部材と、
前記伝熱管の端部が接続される管穴が設けられた管板を備え、前記伝熱管の両端に接続される２つの管板部材と、
前記第１流路の一部となる凹部を備え、前記２つの管板部材の前記管板に対し前記伝熱管とは反対側にそれぞれ配される２つのカバー部材と、
前記２つのカバー部材を接続し、前記カバー部材に、前記胴部材及び前記２つの管板部材を挟持させる接続部材と、
を有する、
前記カバー部材は、前記胴部材の径方向に前記胴部材よりも張り出したフランジ部を備え、
前記接続部材は前記２つのカバー部材がそれぞれ備える前記フランジ部を接続する
熱交換器。
【請求項２】
前記接続部材は通しボルトである
請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記管板部材は、前記第２流路の出入口となるノズルをさらに備える
請求項１又は２に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記管板部材は、前記胴部材の径方向に前記胴部材よりも張り出したフランジ部を備え、
前記管板部材の前記フランジ部は、前記接続部材が貫通する通し穴を備える
請求項１から３のいずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項５】
前記胴部材の一端および一方の前記管板部材に接続され、前記第２流路の出入口となるノズルを備える第１の胴体フランジと、
前記胴部材の他端および他方の前記管板部材に接続され、前記第２流路の出入口となるノズルを備える第２の胴体フランジと、
をさらに有し、
前記第１の胴体フランジと一方の前記管板部材との接続部分、及び前記第２の胴体フランジと他方の前記管板部材との接続部分の少なくともいずれかは、シール部材を介して相対的に移動可能に接続される
請求項１又は２に記載の熱交換器。
【請求項６】
前記第１の胴体フランジおよび前記第２の胴体フランジは、前記胴部材の径方向に前記胴部材よりも張り出し、前記接続部材が貫通する通し穴を備える
請求項５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、熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、円筒形容器の内部に複数の伝熱管を収容し、伝熱管の内部を流れる流体と、伝熱管の外部であって円筒形容器の内部を流れる流体との間で熱交換を行う多管円筒形（シェルアンドチューブ）熱交換器が知られている。
【０００３】
また、熱交換器の端部に設けられる開口部を蓋で密封する構造について、伝熱管が固定される管板から熱交換器の端の蓋部までの構成要素を順次ねじ止めして溶接不要としたものが提案されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１５４９７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来、熱交換器の製造には、胴の端部と管板との接続部や、胴部と胴ノズルとの接続部、胴部とドレンプラグとの接続部等に溶接が必要であった。溶接には、作業者の熟練が必要であると共に、作業に時間がかかるという問題がある。
【０００６】
そこで、本発明は、製造が容易な熱交換器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る熱交換器は、第１の流体が流れる第１流路を形成する筒型の伝熱管と、伝熱管を収容し、伝熱管の外部に第２の流体が流れる第２流路を形成する筒形の胴部材と、伝熱管の端部が接続される管穴が設けられた管板を備え、伝熱管の両端に接続される２つの管板部材と、第１流路の一部となる凹部を備え、２つの管板部材の管板に対し伝熱管とは反対側にそれぞれ配される２つのカバー部材と、２つのカバー部材を接続し、カバー部材に、胴部材及び２つの管板部材を挟持させる接続部材とを有する。また、カバー部材は、胴部材の径方向に胴部材よりも張り出したフランジ部を備え、接続部材は２つのカバー部材がそれぞれ備えるフランジ部を接続する。
【０００８】
具体的には、接続部材は通しボルトであってもよい。このようにすれば、胴部材、管板部材といった一連の構成要素を、それらの両端のカバー部材同士を結合する接続部材によって連結することができる。したがって、構成要素の接続に溶接を必要とせず、製造が容易な熱交換器を提供することができる。
【０００９】
また、管板部材は、第２流路の出入口となるノズルをさらに備えるようにしてもよい。このような形状であっても、例えば鍛造で形成することができる。また、上述した接続部材でカバー部材同士を結合することにより、このような形状の管板部材を含む構成要素を連結することができる。
【００１０】
また、管板部材は、胴部材の径方向に胴部材よりも張り出したフランジ部を備え、管板部材のフランジ部は、接続部材が貫通する通し穴を備えるようにしてもよい。このようにすれば、上述した接続部材によって管板部材を接続する向きを固定することができる。
【００１１】
また、胴部材の一端および一方の管板部材に接続され、第２流路の出入口となるノズルを備える第１の胴体フランジと、胴部材の他端および他方の管板部材に接続され、第２流路の出入口となるノズルを備える第２の胴体フランジとをさらに有し、第１の胴体フランジと一方の管板部材との接続部分、及び第２の胴体フランジと他方の管板部材との接続部分の少なくともいずれかは、シール部材を介して相対的に移動可能に接続されるようにしてもよい。このようにすれば、例えば流体の温度に応じて伝熱管が伸縮する場合に、胴体フランジに対し相対的に移動可能な遊動式管板を実現することができる。
【００１２】
第１の胴体フランジおよび第２の胴体フランジは、胴部材の径方向に胴部材よりも張り出し、接続部材が貫通する通し穴を備えるようにしてもよい。このようにすれば、上述した接続部材によって胴体フランジを接続する向きを固定することができる。
【００１３】
なお、課題を解決するための手段に記載の内容は、本発明の課題や技術的思想を逸脱しない範囲で可能な限り組み合わせることができる。
【発明の効果】
【００１４】
組立てに溶接を必要としない熱交換器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１の実施形態に係る熱交換器の外観の一例を示す斜視図である。
【図２】熱交換器の一例を示す正面図である。
【図３】熱交換器の一例を示す平面図である。
【図４】熱交換器の一例を示す左側面図である。
【図５】熱交換器の一例を示す右側面図である。
【図６】図３に矢印で示す位置で熱交換器を切断したときのＡ−Ａ断面図である。
【図７】熱交換器の一例を示す分解斜視図である。
【図８】変形例に係る熱交換器の一例を示す断面図である。
【図９】第２の実施形態に係る遊動式管板を備える熱交換器の一例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態に係る熱交換器について、図面を参照しながら説明する。ただし、以下に説明する実施形態は装置の一例であり、本発明に係る装置は、以下の構成には限定されない。
【００１７】
＜実施形態１＞
図１は、第１の実施形態に係る熱交換器の外観の一例を示す斜視図である。本実施例に係る熱交換器は、いわゆる多管円筒形（シェルアンドチューブ）熱交換器である。熱交換器は、筒形の胴体の内部に伝熱管（冷却管）を備え、伝熱管の内部に形成される第１の流路を流れる第１の流体と、伝熱管の外部であって胴体の内部に形成される第２の流路を流れる第２の流体との間で熱交換を行う。また、熱交換器は、蒸発器、加熱器、凝縮器、冷却器等として用いられ、上述した第１の流体及び第２の流体は、それぞれ液体であっても気体であってもよい。熱交換器は、例えば、第１の流体として水を流し、第２の流体として油圧機器の作動油を流すオイルクーラとして利用することができる。
【００１８】
図１の熱交換器１００は、胴部材１と、２つの管板部材２と、第１のカバー部材３と、第２のカバー部材４とが接続され、４本の通しボルト５及びナット６によって連結されている。また、２本の通しボルト５には、熱交換器１００を設置場所に固定するための脚部材７がナットで結合されている。本実施形態では、便宜上、脚部材７が接続された方向を
下、その反対方向を上とする。また、円筒形の胴部材１の側面の一方を前（正面）、その反対方向を後（背面）とする。図１の例では、熱交換器の左側面に第１のカバー部材３が接続され、右側面に第２のカバー部材４が接続されている。また、第２のカバー部材４は、第１の流路の出入口となるノズルを有する。また、２つの管板部材２は、それぞれ第２の流路の出入口となるノズルを１つずつ有する。
【００１９】
図２は、熱交換器の一例を示す正面図である。図３は、熱交換器の一例を示す平面図である。図４は、熱交換器の一例を示す左側面図である。図５は、熱交換器の一例を示す右側面図である。図６は、図３に矢印で示す位置で熱交換器を切断したときのＡ−Ａ断面図である。図７は、熱交換器の一例を示す分解斜視図である。
【００２０】
胴部材１は、円筒形状の金属部材である。図６や図７に示すように、胴部材１の左右の端部は開口し、胴部材１の内部には伝熱管８やバッフルプレート（じゃま板）９、固定プレート１０等が収容される。
【００２１】
管板部材２は、接続部２１と、ノズル２２と、フランジ部２３と、通し穴２４と、管板部２５と、管穴２６と、ドレン２７とを備える金属部材である。接続部２１は、その一端の内径が胴部材１の外径とほぼ同じであり、ガスケット等のシール部材１１を介して胴部材１の端部に接続される円筒形状の部分である。なお、シール部材は、例えば樹脂製のＯリングである。ノズル２２は、接続部２１の側面に設けられる開口部分であり、第２の流路の出入口となる。フランジ部２３は、接続部２１の他端に設けられ、胴部材１や接続部２１の径方向に胴部材１や接続部２１よりも張り出したフランジ状の部分である。通し穴２４は、フランジ部２３にほぼ等間隔に４つ設けられる貫通孔であり、通しボルト５を通すためのいわゆるバカ穴になっている。管板部２５は、接続部２１の他端に設けられ、第１の流路と第２の流路とを仕切る壁部分である。管穴２６は、管板部２５に設けられる貫通孔である。また、管穴２６の内径は、伝熱管８の外径とほぼ同じである。管穴２６に伝熱管８の端部を挿入し、伝熱管８を拡管することにより、管板部２５に伝熱管８が結合される。ドレン２７は、接続部２１の側面に設けられる貫通孔であり、ドレン２７から内部の流体を排出することができる。なお、通常は、ドレン２７は、ドレンプラグを嵌合させ、密閉される。以上のような第１のカバー部材３は、例えば鍛造で形成できる。また、管板部材２は、胴部材１の両端にそれぞれ接続される。
【００２２】
第１のカバー部材３は、フランジ部３１と、通し穴３２と、カバー部３３と、ドレン３４とを備える金属部材である。また、第１のカバー部材３は、一方の管板部材２のフランジ部２３に接続され、熱交換器１００の一端を形成する。すなわち、第１のカバー部材３は、管板部材２に対し、胴部材１とは反対側に接続される。フランジ部３１は、ガスケット等のシール部材１１を介して管板部材２のフランジ部２３と接続されるフランジ状の部分である。通し穴３２は、フランジ部にほぼ等間隔に４つ設けられる貫通孔であり、通しボルト５を通すためのいわゆるバカ穴になっている。すなわち、通し穴３２は、管板部材２の通し穴２４と対応する位置に設けられる。カバー部３３は、第１のカバー部材３と管板部材２とを接続したときにその内部に仕切室３５を形成する凹部を有し、熱交換器１００の一端を密閉する。ドレン３４は、カバー部３３に設けられる貫通孔であり、ドレン３４から内部の流体を排出することができる。なお、通常は、ドレン３４は、ドレンプラグを嵌合させ、密閉される。以上のような第１のカバー部材３は、例えば鍛造で形成できる。
【００２３】
第２のカバー部材４は、フランジ部４１と、通し穴４２と、カバー部４３と、ノズル４４と、ドレン４５とを備える金属部材である。また、第２のカバー部材４は、他方の管板部材２のフランジ部２３に接続され、熱交換器１００の他端を形成する。すなわち、第２のカバー部材４は、管板部材２に対し、胴部材１とは反対側に接続される。フランジ部４
１は、ガスケット等のシール部材１１を介して管板部材２のフランジ部２３と接続されるフランジ状の部分である。通し穴４２は、フランジ部にほぼ等間隔に４つ設けられる貫通孔であり、通しボルト５を通すためのいわゆるバカ穴になっている。すなわち、通し穴４２は、管板部材２の通し穴２４と対応する位置に設けられる。カバー部４３は、第２のカバー部材４と管板部材２とを接続したときにその内部に仕切室４６を形成する凹部を有し、熱交換器１００の他端を密閉する。ノズル４４は、カバー部４３に設けられる貫通孔である。また、ノズル４４は２つ設けられ、第１の流路の出入口を形成する。ドレン４５も、カバー部４３に設けられる貫通孔であり、ドレン４５から内部の流体を排出することができる。なお、通常は、ドレン４５は、ドレンプラグを嵌合させ、密閉される。また、第２のカバー部材４は、カバー部４３が形成する仕切室４６内を第１の流路の入口側と出口側とに区画する壁部４７を備える。すなわち、第２のカバー部材４は２つの仕切室４６を形成し、それぞれの仕切室４６にノズル４４が設けられる。以上のような第２のカバー部材４も、例えば鍛造で形成できる。
【００２４】
伝熱管８は、胴部材１及び２つの管板部材２の内部に格納され、伝熱管８の両端はそれぞれ管板部材２の管板部２５に結合される。上述したとおり、管穴２６に伝熱管８の端部を挿入し、伝熱管８を拡管することにより、管板部２５に伝熱管８が結合される。
【００２５】
図６に矢印で示すように、第２のカバー部材４の一方のノズル４４から流入する第１の流体は、一方の仕切室４６、一方の伝熱管８、第１のカバー部材３の内部に形成される仕切室３５、他方の伝熱管８、第２のカバー部材４が形成する他方の仕切室４６によって形成される第１の流路を通過し、他方のノズル４４から熱交換器１００の外部へ流出する。
【００２６】
また、胴部材１及び２つの管板部材２の内部には、バッフルプレート９及び固定プレート１０が格納され、第２の流路が形成される。バッフルプレート９は、円形の板部材の一部を欠いた形状になっている。バッフルプレート９の大きさは、胴部材１の内径とほぼ同じであり、胴部材１の長手方向と平行に配設される。図６及び図７の例では、熱交換器１００は５つのバッフルプレート９を備えているが、バッフルプレート９の数は任意である。また、バッフルプレート９には、伝熱管８を挿通させる貫通孔９１が設けられている。また、バッフルプレート９の周縁部には所定数のスリット状の切り欠きが設けられ、後述する固定プレート１０の切り欠きと係合させることで、バッフルプレート９は胴部材１の内部に固定される。
【００２７】
固定プレート１０は、細長いほぼ矩形の板部材であり、その長辺の１つにスリット状の切り欠きが設けられている。図６及び図７の例では、熱交換器１００は４つの固定プレート１０を備えているが、固定プレート１０の数も任意である。また、バッフルプレート９の切り欠き及び固定プレート１０の切り欠きは、それぞれ互いの厚さ程度の幅を有し、バッフルプレート９の切り欠きと固定プレート１０の切り欠きとを係合させることで、バッフルプレート９と固定プレート１０とを接続することができる。すなわち、固定プレート１０に設けられた切り欠きの位置に基づいて、バッフルプレート９を設ける位置が決まる。なお、図７においては、バッフルプレート９と固定プレート１０とを組み合わせた状態を表している。
【００２８】
図６及び図７に示すように、バッフルプレート９は、その円形の欠けた部分が熱交換器１００の断面視上において交互に反対側になるように配置される。これにより、第２の流路の全長が長くなるとともに、第２の流体が流れる方向を変え、第２の流体の温度分布を均一化させて、第１の流体と十分に熱交換できるようにしている。すなわち、図６に矢印で示すように、一方の管板部材２のノズル２２から流入する第２の流体は、一方の管板部材２、胴部材１、及び他方の管板部材２の内部であって、伝熱管８の外部に形成される空間を、バッフルプレート９の隙間に沿って形成される第２の流路を通過し、他方の管板部
材２のノズル２２から熱交換器１００の外部へ流出する。
【００２９】
また、第１のカバー部材３、一方の管板部材２、胴部材１、他方の管板部材２、及び第２のカバー部材４は、通しボルト５のような接続部材で接続される。すなわち、第１のカバー部材３の通し穴３２及び第２のカバー部材４の通し穴４２に通しボルトを挿通させ、両側からナット６を締めることにより、一方の管板部材２、胴部材１、及び他方の管板部材２は、第１のカバー部材３と第２のカバー部材４とによって挟持される。なお、管板部材２の接続部２１は段付きになっており、組み立て後において、管板部材２がその断面方向に移動しないようになっている。また、２つの管板部材２には、それぞれのフランジ部２３に設けられる通し穴２４に通しボルト５を挿通させることで、管板部材２と第１のカバー部材、及び管板部材２と第２のカバー部材との相対的な移動が規制される。なお、図１には円柱形状のロッドの側面全体にねじ山が設けられた全ねじボルトを例示したが、通しボルト５の中央付近等、その一部にねじ山が設けられていなくてもよい。また、接続部材は、両端のカバー部材同士を結合するクランプ等、通しボルト以外の部材であってもよい。
【００３０】
また、脚部材７は、例えば断面がＬ字状の山形鋼（アングル）であるが、その他の様々な形鋼を用いることができる。図７等に示すように、脚部材７の上部には、胴部材１等の外形に沿って凹部が設けられていてもよい。
【００３１】
＜効果＞
以上のように、本実施形態に係る熱交換器１００は、その組み立て作業において溶接を行う必要がない。したがって、熱交換器１００の製造を行う作業者に要求される熟練の程度は下がり、熱交換器１００の品質が安定する。また、熱交換器１００の製造にかかる時間を低減できる。さらに、外観上、溶接する場合に熱交換器の表面に生じる凹凸や色むらがなくなり、見栄えがよくなる。
【００３２】
＜変形例＞
図８は、変形例に係る熱交換器の一例を示す断面図である。本変形例では、上述した実施形態で説明した対応する部材に同一の符号を付し、説明を省略する。
【００３３】
図８の例では、２つの管板部材２を接続する向きが図６の例とは異なっている。すなわち、第２の流体の入口となるノズル２２が、図６の例とは逆になるように、管板部材２が１８０度回転した状態で接続されている。なお、管穴２６は、管板部２５上において回転対称となるように設けられており、本変形例においても伝熱管８の端部と位置が合うようになっている。同様に、フランジ部２３に設けられる通し穴２４も、通しボルト５を挿通できるようになっている（図示せず）。
【００３４】
以上のように、実施形態１で説明した管板部材２は、ノズル２２の向きを変えて接続することがでる。したがって、同一の管板部材２を組み替えることで、熱交換器１００に設置場所に合わせて第２の流体の出入口を変更することができる。なお、ノズル２２を両方とも下に向けて管板部材２を接続することもできる（図示せず）。
【００３５】
＜実施形態２＞
図９は、第２の実施形態に係る遊動式管板を備える熱交換器の一例を示す断面図である。本実施形態でも、第１の実施形態で説明した対応する部材に同一の符号を付し、説明を省略する。
【００３６】
図９の例では、図６に示した管板部材２が、２つの部材に分けられ、パッキン等のシール部材１１を介して接続される。具体的には、図６における管板部２５及び管穴２６に対
応する管板部２１５及び管穴２６を含む管板部材と、図６における接続部２１、ノズル２２、フランジ部２３、通し穴２４及びドレン２７に相当する接続部２２１、ノズル２２２、フランジ部２２３、通し穴（図示せず）及びドレン２２７を含む胴体フランジとに分かれている。本実施形態でも、管穴２２６に伝熱管８の端部を挿入し、伝熱管８を拡管することにより、管板部２２５に伝熱管８が結合される。また、接続部２２１も、その一端の内径が胴部材１の外径とほぼ同じであり、ガスケット等のシール部材１１を介して胴部材１の端部に接続される。また、フランジ部２２３は、通しボルト５及びナット６を用いて、第１のカバー部材３のフランジ部３１又は第２のカバー部材４のフランジ部４１と接続される。また、管板部２１５の外径は、第１のカバー部材３の凹部によって形成される仕切室３５の内径よりも小さくなっている。
【００３７】
＜効果＞
本実施形態に係る熱交換器１００によれば、流体の温度に応じて伝熱管８が伸縮する場合に、管板部２１５が仕切室３５内へ進入したり退出したりすることができる。また、第１の実施形態と同様に、本実施形態に係る熱交換器１００も、その組み立て作業において溶接を行う必要がない。したがって、熱交換器１００の製造を行う作業者に要求される熟練の程度は下がり、熱交換器１００の品質が安定する。また、熱交換器１００の製造にかかる時間を低減できる。さらに、外観上、溶接する場合に熱交換器の表面に生じる凹凸や色むらがなくなり、見栄えがよくなる。
【００３８】
なお、上述の変形例と同様に、本実施形態に係る胴体フランジも、ノズル２２２の向きを変更して接続することができる。
【００３９】
＜その他＞
上述した実施形態に係る熱交換器１００は例示であり、本発明の課題や技術的思想を逸脱しない範囲で可能な限り変更することができる。例えば、熱交換器１００の径の大きさや長さ、これらの比率は図示した例には限定されない。また、熱交換器１００の内部に収容される伝熱管８の数や大きさも、図示した例には限定されない。また、上述した熱交換器１００は、例えばＪＩＳ（Japanese Industrial Standards）  Ｂ８２４９：１９９９
に定められる様々な形状の固定頭部、胴部、後頭部を組み合わせた熱交換器に適用することができる。
【００４０】
また、熱交換器１００の金属材料としては、流体に応じて様々な炭素鋼材及び低合金鋼材、高合金鋼材、動及び銅合金材、アルミニウム及びアルミニウム合金材、その他の非鉄金属材等を利用することができる。
【符号の説明】
【００４１】
１００  ：熱交換器
１      ：胴部材
２      ：管板部材
２１    ：接続部
２２    ：ノズル
２３    ：フランジ部
２４    ：通し穴
２５    ：管板部
２６    ：管穴
２７    ：ドレン
３      ：第１のカバー部材
３１    ：フランジ部
３２    ：通し穴
３３    ：カバー部
３４    ：ドレン
３５    ：仕切室
４      ：第２のカバー部材
４１    ：フランジ部
４２    ：通し穴
４３    ：カバー部
４４    ：ノズル
４５    ：ドレン
４６    ：仕切室
４７    ：壁部
５      ：通しボルト
６      ：ナット
７      ：脚部材
８      ：伝熱管
９      ：バッフルプレート
１０    ：固定プレート
１１    ：シール部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2019045073.tif 000006
【図５】
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【図６】
2019045073.tif 000008
【図７】
2019045073.tif 000009
【図８】
2019045073.tif 000010
【図９】
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