(57)【要約】【課題】  従来の金属を隔板とした隔板式熱交換器を高性能で低コストとするのは現状技術の限界に達しており難しい。この状態を打破するにはプラスチックを熱交換素子とすることが考えられるが、次の課題がある。▲１▼高性能熱交換器を実現させるプラスチック熱交換素子の構成の考案もしくは選定▲２▼この高性能熱交換素子を採用した熱交換器の低コスト製造を可能とする方式の考案▲３▼プラスチック熱交換器に対する従来からのこの分野での評価をどのように改善するか【解決手段】隔板にプラスチック製マルチウエブパネルを採用し、これを多数積み重ねて熱交換ブロックを形成するが、この時支持用フラットバーの採用、高剛性パネルの挿入およびパネルの波形化等により物理条件を改善するとともに熱交換される流体の常時導通による低差圧化等により従来の評価を改善して高性能、低コストの熱交換器を提供する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
隔板式熱交換器において、プラスチック製のマルチウエブパネル（多連矩形開口パネル）を熱交換素子（隔板もしくは伝熱面）とし、これを複数枚重ね合わせ、矩形開口部を一方の流体流路とし、重ね合わせられたマルチウエブパネル間をもう一方の流体流路として成ることを特徴とするプラスチック熱交換器。
【請求項２】
上記のプラスチック熱交換器において、マルチウエブパネルの少なくとも一方の面に複数のスペーサを溶着もしくは接着して、重ね合わせられるプラスチック製マルチウエブパネル（多連矩形開口パネル）間の最小間隔を確保し、パネル側の流体流路を構成することを特徴とするプラスチック熱交換器。
【請求項３】
上記のプラスチック熱交換器において、マルチウエブパネル（多連矩形開口パネル）の端部にマルチウエブパネルとマルチウエブパネル間のスペーサを兼ねるプラスチック製の支持用フラットバーを溶着もしくは接着しておき、多数のマルチウエブパネルを重ね合わせて熱交換ブロックを組み立てる時に、この支持用フラットバーと隣り合うマルチウエブパネルの支持用フラットバーとを溶着または接着することにより多数のマルチウエブパネルを重ね合わせて熱交換ブロックを組立ることを特徴とするプラスチック熱交換器。
【請求項４】
上記のプラスチック熱交換器において、多数のマルチウエブパネル（多連矩形開口パネル）を重ね合わせて熱交換ブロックを組み立てるときに、波形の台にプラスチック製の支持用フラットバーを沿わせて重ねる要領で支持用フラットバーとともにマルチウエブパネルも波形に成形し、隣り合う支持用フラットバーとを溶着または接着することにより組み立てられた熱交換ブロックが波形に成形されたマルチウエブパネルと支持用フラットバーにより構成されることとなり、波形に成形されない場合に比し高い剛性を有することを特徴とするプラスチック熱交換器。
【請求項５】
上記のプラスチック熱交換器において、多数の支持用フラットバーを接着または溶着したマルチウエブパネル（多連矩形開口パネル）を波形に成形しながら重ね合わせて熱交換ブロックを構成する際、複数枚（数十枚から百数十枚）のマルチウエブパネル毎に剛性の高い波形の高剛性パネルを挿入して熱交換ブロックを構成することにより熱交換ブロックの剛性をさらに高めることを特徴とするプラスチック熱交換器。
【請求項６】
上記のプラスチック熱交換器において、多数のマルチウエブパネル（多連矩形開口パネル）を重ね合わせて熱交換ブロックを組立るときに、あらかじめマルチウエブパネルの両面に、粘性が長期間持続する粘性接着剤を塗布した弾性体製テープを折り曲げて接着しておき、支持用フラットバーを溶着もしくは接着してマルチウエブパネルとマルチウエブパネルを重ねて熱交換ブロックを組立るとき弾性体テープの弾性の働きにより確実に弾性体テープ同士が接着して熱交換される２つの流体間の導通もしくは漏れがないことを長期間にわたって保持することを特徴とするプラスチック熱交換器。
【請求項７】
上記の請求項１から請求項６のプラスチック熱交換器において、熱交換される流体が気体と液体の場合、矩形開口側流路の液体とパネル側流路の気体の圧力が常に導通状態となるよう熱交換部ブロック下部に液面が形成されるよう運用するとともに、液面部の液体の入れ替えが生じにくい構成として気体が液体に溶け込むことによるシステムの性能低下を防ぐ構成としたことを特徴とするプラスチック熱交換器。
【請求項８】
上記のプラスチック熱交換器において、フリーピストンもしくはゴム等の弾性体製の隔膜を介して熱交換される２つの流体の圧力が常時連通状態となるようにしてプラスチック製のマルチウエブパネルに加わる差圧をあらかじめ設定した値以下となるよう構成したことを特徴とするプラスチック熱交換器
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、隔板式熱交換器に関し、詳細には隔板（熱交換素子およびその端部）をプラスチック製としたプラスチック熱交換器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  理想的に高性能な熱交換器を構成するには、熱交換される２つの流体が逆方向に、交互に対向して流れるよう、それぞれの流路が配置され、かつその流路が出来る限り細分化されることが必要条件である。この場合２つの流路間に隔板がある場合が隔板式熱交換器であり、隔板が無く双方の流体が直接接触して熱の授受が行われるのが直接接触式熱交換器である。【０００３】  ここで流路を細分化するとは、それぞれの流路断面が互いの流路により隔板（伝熱面）を介して細かく分断されることであり、理論的には細分化すればするほど単位容積当たりの熱交換面積を広くすることが出来、さらに隔板（伝熱面）からそれぞれの流体への伝熱距離が短くなり伝熱抵抗が低くなることにより、熱通過率（熱貫流率）が高くなり、結果として熱交換器性能が高くなるとともにコンパクトな構成が実現できる。【０００４】  もう一つの細分化のメリットは細分化すれば細分化するほど、隔板厚さが同じ場合の耐圧性能が理論的に高くなることである。すなわち同等の耐圧性能でよい場合には隔板の厚さを薄くすることが可能となることである。【０００５】  従来から熱交換器の隔板（熱交換素子及び熱交換素子端部）には金属もしくは合金が採用されていたが、次の理由により高性能の熱交換器とするには限界があった。【０００６】  ▲１▼ほとんど全ての金属および合金は酸化し、時間を経るに従い強度が低下する。
耐食金属または耐食合金は一部の例外を除き表面が緻密に酸化することで酸素分子または酸素原子が金属内部に進入するのを防止して酸化の進行を抑えることにより強度低下を防止しているが、完全に酸化を止めることが出来るわけではない、この対策として腐れ代を設けて寿命を延ばすこととなる。すなわち流路細分化に限界があることとなる。
このことは前述の細分化した場合、隔板を薄くすることが可能となると言うメリットを大きく損なうこととなる。【０００７】  ▲２▼金属または合金を加工して熱交換エレメントとする場合、強度が高いことが逆に欠点となり、細管またはプレート等に加工する場合、細分化のための加工工程および加工エネルギーが大幅にアップする。これがコストアップの大きな要因となる。【０００８】  ▲３▼隔板は熱交換エレメントとこれらを集合するためのエレメント端部で構成されるが、これらを接合する必要があり、一旦細分化して細かくした（薄くした）金属材料に対し信頼性が高く寿命の長い接合方式を実行するには接合技術の画期的なレベルアップが必要であり、実質的には不可能である。【０００９】  これに対し熱交換エレメントをプラスチック製とすることが提案されている。
プラスチックは有機化合物の一種であり本質的に金属材料に比し桁違いに腐食（酸化）し難く、比重量が軽く、低コストでの調達が可能なことと加工性が容易であるとの大きな長所を持っており、一部プラスチック熱交換器が実用化されている。【００１０】  しかしプラスチックは金属材料に比べ機械的な強度と熱伝導率が低くさらに耐熱性が低いこと等が熱交換器として適さないと言うことが強調され、かつそれが通説となっており、特殊な用途にのみ採用されているのが現状である。【００１１】  以下にプラスチックを熱交換素子とした隔板式熱交換器の特許公報例を示す。【００１２】  ［特許文献１］特開平０７−３１８２９５号公報の”プラスチック製熱交換器およびその製造方法”ではプラスチックシートを裁断して、切れ目を溶着することにより熱交換エレメントを製作するものであるが、熱交換される流体の流路の細分化レベルが低く高性能の熱交換器にはほど遠い状態にある。【００１３】    ［特許文献２］特開２００１−３３０３９２号公報の”プラスチック熱交換器”は多数のプラスチックチューブを束ねて一方の流体を流す構成としているが、チューブ外（シェル側）を流れる流体に対しては効率の悪い構成であり、高性能熱交換器にはほど遠い構成である。【００１４】  ［特許文献３］特開２００３−０１９７５１号公報の”プラスチック製熱交換器”は多数のプラスチックチューブを複数の終端要素を積み木のように組み立てられるコレクタープレートに接続される構成であり、組み立て作業の手間が多く製造コストアップの要因となる恐れがある。また特許文献２と同じくシェル側流体に対しての構成は悪く、本願が目的とする高性能でかつ低コストの熱交換器にはほど遠い構成である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】  本願ではプラスチック製熱交換素子を採用し、高性能でコンパクトかつ低コストで製造可能なプラスチック熱交換器を提供することを課題とする。【００１６】  この課題を分析すると３つの課題に分割出来る。
第１の課題は高性能熱交換器を実現させるための必要条件を満たすプラスチック熱交換素子の考案もしくは選定である。
次いで第２の課題は、この高性能熱交換素子を採用した熱交換器を低コストで製造可能とする方式の考案とその確立である。
最後の第３の課題はプラスチック熱交換器に対する従来からのこの分野での評価（すなわちプラスチックの強度、熱伝導および耐熱性さらには信頼性が低い等の欠点）をどのように改善し、プラスチック熱交換器が採用される機運を盛り上げるかである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】  本発明は前記課題を解決すべくなされたものである。【００１８】  まず理想的に高性能な熱交換器としては最初に記述したように、熱交換される２つの流体が逆方向に、交互に対向して流れるよう、それぞれの流路が配置され、かつその流路が出来る限り細分化されることが必要条件である。【００１９】  細分化のための流路配置を検討すると、図１ごとき流路断面が考えられる。
図１のａは矩形流路、ｂは三角形流路、ｃは六角形流路でいわゆるハニカムであり、ｄは円柱流路であり、シェル＆チューブとして熱交換器として最も実績のある形状である。太線もしくは２重線は隔壁（伝熱面）を示し、空白部は一方の流体流路で、ハッチング部はもう一方の流体流路を示す。【００２０】  図１でａの矩形流路（チェス盤）とｂの三角形流路（三角）は隔壁を介して隣り合う流路が全てもう一方の流路であり、逆方向に交互に対向して流すことが出来るので理想的な流路配置と言える。
しかしこの構成を熱交換器とする場合、どのように熱交換素子端部で、それぞれの流路に振り分けて流れを集合するかであるが、これを信頼性高く低コストで実施するのは不可能と思えるほど難しい。すなわち熱交換器として実際的でない構成である。【００２１】  次にｃのハニカムは六つの辺の内２辺が同じ流体の流路となり理想的よりやや後退するが、致命的なのはａおよびｂの流路案と同じく熱交換素子端部でそれぞれの流路にどのように振り分けるかが課題であり、熱交換器として実際的でない構成である。【００２２】  またｄの円柱流路形状はａおよびｂと同様対向流が採用でき理想的であり、また熱交換素子端部でそれぞれの流路に振り分けすることについては従来から管板を設けることで実行されており問題ないが、隔壁（チューブ）が管板間で支持されず浮いた状態となり、何らかの支持装置が無いとチューブ同士が接触したり絡んだりする可能性があり大きな問題である。【００２３】  特に高性能熱交換器とする場合熱交換素子（チューブ）の長さを数ｍから十数ｍとする必要があることと、チューブ本数も従来に比し桁違いの単位面積（１平方メートル）当たり数万本から十数万本とする必要があることから、従来のシェルアンドチューブ熱交換器で採用されている管支持板では実現困難な構成である。さらに高性能熱交換器のもう一つの条件である２つの流体を逆方向に、交互に対向して流すよう配置する必要あるが、これも非常に難しい。このようにｄの円柱流路方式は解決しなければならない課題が多く高性能熱交換器への適用は困難である。【００２４】  このような状況を十分検討し、理想的に高性能という目標を若干犠牲として実質的に高性能な熱交換器を目標とすることとし、熱交換素子としてプラスチック製のマルチウエブパネル（多連矩形開口パネル）を選定し、請求項１の発明とした。【００２５】  マルチウエブパネル１０は図２の様な構造で、フランジ１２と称される２枚のパネル間をウエブ１１でつなぎ合わせた構成で熱可塑性樹脂を射出成形することにより製造される。ウエブ１１とウエブ１１の間に矩形流路（矩形の空間、セル）１３が形成されることから本願では多連矩形開口パネルとも称することとしている。【００２６】  マルチウエブパネル１０を熱交換素子とし、これを複数枚重ね合わせ、矩形開口部を一方の流体流路とし、パネルの両外面をもう一方の流体流路として熱交換器を構成する。
図２では説明のために４枚のマルチウエブパネル１０を表示している。
マルチウエブパネル１０の矩形開口が多数口を開いている側をマルチウエブパネル端部１４、残りの辺をマルチウエブパネル耳部１５と称することとする。【００２７】  マルチウエブパネル１０を高性能熱交換器の熱交換素子として見ると矩形開口部のウエブ１１は同じ流体の隔壁となり理想的な流路断面とは言えないがパネル側（フランジの外側）はもう一方の流体と接するので、ほぼ申し分の無い構成である。熱交換素子端部でそれぞれの流路に振り分けることに関しては後述するが、プラスチックが容易に加工成形できさらに信頼性の高い接着または溶着が可能でもあり課題解決の可能性は高い。【００２８】  請求項２の発明はマルチウエブパネル１０を採用したことにより派生したもので、パネル側流路を確保するものである。プラスチック熱交換器において、マルチウエブパネル１０の少なくとも一方の面に複数のスペーサ１６を溶着もしくは接着して、重ね合わせられる複数のプラスチック製マルチウエブパネル１０（多連矩形開口パネル）間の最小間隔を確保してパネル側流体流路を構成することを特徴とする。【００２９】  図２ではスペーサ１６の一つの形式を示しており、材料についてはマルチウエブパネル１０と同じ材料とするのが通常の考え方となるが、スペーサの機能を満足するものであれば材料および形状を限定する必要は無く、パネル側の流れの確保と、パネル側熱伝達率の大きな低下が無けれ問題無い。【００３０】  請求項３の発明は隔板式熱交換器の組立時最も工数の多い熱交換エレメント端部の組立に関するもので、以下の工法を採用することにより組み立て作業の機械化と自動化が可能となる組立方法の一つである。【００３１】  この工程の目的は、熱交換素子端部での熱交換される流体の分離である。すなわちウエブ側の流体をそのままセル方向（矩形開口方向）へ流すとともに、パネル側の流体の流れ方向を転向しパネルの耳方向に向けるもので、マルチウエブパネル間の間隙厚さのフラットバーをマルチウエブパネル端部１４に挿入し、フラットバーとマルチウエブパネル１０のフランジ１２とを接着もしくは溶着すれば一見シンプルな構成となるのであるが、ウエブおよびフランジとも肉厚が０．１ｍｍ前後の厚さとなることもあり、複数のマルチウエブパネル１０を重ね合わせた状態でこの作業（接着もしくは溶着）を実行する必要があることから、この作業が非常に難しくなるとともに接着もしくは溶着作業に万一不具合が生じた場合、最初からやり直す必要があり手数を食う上、歩留まりの悪い手法でもある。そこでこの工程を以下のように２つに分けたものである。【００３２】  まず最初の工程は、マルチウエブパネル１０（多連矩形開口パネル）の端部１４にパネルとパネル間のスペーサを兼ねるプラスチック製の支持用フラットバー１７を溶着もしくは接着することである。【００３３】  この準備としてマルチウエブパネル端部のウエブを数ｍｍから十数ｍｍの深さ、専用工具により切断もしくは削り取っておき、支持用フラットバーを接着もしくは溶着する時に、マルチウエブパネルの端部フランジを専用工具により広げて支持用フラットバーに押さえつけ接着もしくは溶着することで作業を単純化し、自動化および機械化が図れる構成としたものである。
次いで多数のマルチウエブパネルを重ね合わせて熱交換ブロックを組み立てる時に、この支持用フラットバーと隣り合うマルチウエブパネルの支持用フラットバーとを溶着または接着することにより熱交換ブロックを組立る。【００３４】  この状況を示すのが図３である。４枚のマルチウエブパネル１０に支持用フラットバー１７が接着されており、右側前面のパネルでは支持用フラットバーが切り欠かれて示され接着面がハッチングで示されている。
請求項３での記載は省略したがマルチウエブパネル１０の耳部処理のため耳部スペーサ１８が支持用フラットバー１７端に挿入されさらに接着もしくは溶着されている。【００３５】  支持用フラットバー１７はマルチウエブパネル１０と溶着する場合は同質材料とする必要あるが接着する場合はこの限りでない。また厚さについては熱交換ブロック組立の際、溶着される隣の支持用フラットバー１７との厚さの和がパネル側流路の間隙にに相当すればよく、接着もしくは溶着されるフラットバー１７は同じ厚さとする必要はない。また支持用フラットバー１７を３枚とし挟まれる支持用フラットバー１７を熱交換ブロックの支持等に使用してもよい。【００３６】  図３での記載は一点鎖線のみとしたが、支持用フラットバー１７と耳部スペサー１８を貫通するボルトを設けてこれをナットで締結すれば熱交換ブロック２０の強度が向上するとともに熱交換ブロック２０近傍の部品（例えばエンドパネル２３）支持に利用できる。
同様に記載は一点鎖線のみとしたが、支持用フラットバー１７貫通するボルトを設けてこれをナットで締結すれば熱交換ブロック２０の強度が向上するとともに熱交換ブロック２０近傍の部品（例えば耳部支持部品２６）の支持に利用できる。この場合それぞれの支持用フラットバー間にマルチウエブパネル１０の厚さに相当するスペーサの挿入が必要である。
上記ボルトはマルチウエブパネル１０を貫通することは無いが、ウエブ側流体の流れを邪魔しないよう適当なサイズを選定する必要がある。【００３７】  請求項４と請求項５の発明は、上記で組み立てられる熱交換ブロックの剛性を高めることを目的としている。特に熱交換器の据え付け時および補修（メインテナンス）時の作業性の向上であり、発明が解決しようとする課題の課題３に相当する。【００３８】    多数のマルチウエブパネル（多連矩形開口パネル）を重ね合わせて熱交換ブロックを組み立てるときに、波形の台にプラスチック製の支持用フラットバーを沿わせて重ねる要領で、支持用フラットバーとともにマルチウエブパネルも波形に成形し、隣り合う支持用フラットバーとを溶着または接着することにより組み立てられた熱交換ブロックが波形に成形されたマルチウエブパネルと支持用フラットバーにより構成され、熱交換素子が平面である場合に比し高い剛性を有することを特徴とする。【００３９】  さらに請求項５では、多数の支持用フラットバーを接着または溶着したマルチウエブパネル（多連矩形開口パネル）を波形に成形しながら重ね合わせて熱交換ブロックを構成する際、複数枚（数十枚から百数十枚）のマルチウエブパネル毎に、剛性の高い波形の高剛性パネルを挿入して熱交換ブロックを構成することにより熱交換ブロックの剛性をさらに高めたことを特徴とする。【００４０】  上記を図４の熱交換ブロック断面図により若干手順を変えたものを説明する。
先ずまくら２４を所定の位置に配置したエンドパネル２３を作業台に乗せ、次いであらかじめ波形に成形したエンドパネル２２をまくら２４に沿わせてエンドパネル２３にかぶせる。次いでエンドパネル２２に支持用フラットバー１７取り付け済み（接着もしくは溶着）のマルチウエブパネル１０を重ね支持用フラットバー１７とエンドパネル（波形）を接着もしくは溶着する。【００４１】  次いで上記要領にて支持用フラットバー付きマルチウエブパネルを順次重ね、支持用フラットバーを接着もしくは溶着する作業を繰り返しこれが（数十枚から百数十枚）となったところでマルチウエブパネル１０の代わりに高剛性パネル２１を挿入して熱交換ブロックの剛性の向上を図る。この要領でマルチウエブパネル１０の積み重ねを続け、最後にあらかじめ波形に成形したエンドパネル２２、まくら２４を所定の位置に配置したエンドパネル２３積み重ねることで熱交換ブロック２０の組立が完了する。【００４２】  図４で波形の谷と山それぞれを一点鎖線で結んでいるのは支持ボルトの中心線を示しており支持用フラットバー、エンドパネル２２，まくら２４およびエンドパネル２３を貫通する。この時マルチウエブパネル１０は貫通せず代わりにパネルと同じ寸法のスペーサスリーブ（図示省略）が挿入される。
高剛性パネル２１およびエンドパネルは、熱交換ブロックの強度に関わるのでプラスチックだけでなく金属材料のの採用も考えられる。【００４３】  請求項６の発明は前述の課題３に相当するものでプラスチック熱交換器の信頼性向上を目的としたものである。本来本発明のプラスチック熱交換器において熱交換素子端部構成は請求項３に記載した方法のみで熱交換素子の支持と、熱交換される２つの流体間シールする機能を十分達成することが可能であるが、２つの流体間シールを多重化することにより装置の信頼性の向上をはかるものである。【００４４】  すなわち多数のマルチウエブパネル（多連矩形開口パネル）を重ね合わせて熱交換ブロックを組立るときに、あらかじめパネルの両面に、粘性が長期間持続する粘性接着剤を塗布した弾性体製シートを折り曲げて接着しておき、パネルとパネルを支持用フラットバーにて溶着もしくは接着して熱交換ブロックを組立るとき、弾性体シートの弾性の働きにより確実に弾性体シート同士が接着して流体に対する信頼性の高いシール性を長期間にわたって保持することを特徴とする。【００４５】  図５は部分断面図でありマルチウエブパネル１０を多数重ね合わせて組み立てた熱交換ブロック２０の上部右側をしめす。
マルチウエブパネル１０の端に支持用フラットバー１７が接着もしくは溶着されている。シール用弾性体製テープ２５は粘性接着剤が塗布された面を外面として折り曲げられ支持用フラットバー１７に沿ってマルチウエブパネル１０に張り付けられており、熱交換ブロック２０を組み立てるためマルチウエブパネル１０を重ねるとマルチウエブパネル１０に張り付けられたシール用弾性体製テープ２５同士の粘着材塗布面同士が重なり接着して熱交換される流体に対しての強力なシール性能を発揮することとなる。【００４６】  シール用弾性体テープ２５は合成ゴム等が採用されるが弾性体であれば熱交換される流体に対し問題なければ材料を規制する必要はない。
上記作業で折り曲げたシール用弾性体テープ２５がパネルを重ねる前に開く不都合が予想されるが、これに対しては接着剤を両面に塗布したスポンジテープをシール用弾性体テープ２５を折り曲げる時に挿入しておけばよい。【００４７】  請求項７と請求項８の発明はプラスチックは弱いという通念を打破するためのもので、熱交換される２つの流体を常に導通させて熱交換素子にかかる差圧があらかじめ設定した値以上とならない構成とするものである。【００４８】    熱交換される２つの流体が直接接触し混合しても、その影響が小さい場合が請求項７の発明である。影響が小さいとは運転を継続してもよく若干の性能低下程度で済む場合で修理も熱交換器本体でなく周辺装置の可能性がある場合である。
この内容は本発明の実施の形態の項で図６により説明する。【００４９】  請求項８の発明は目的とするところは請求項７と同じであり前述の課題３に相当するものでプラスチックは弱いという通念を打破するためのもので、フリーピストンもしくはゴム等の弾性体製の隔膜を介して常時熱交換される２つの流体の圧力が連通状態となるようにして、プラスチック製のマルチウエブパネルに加わる差圧をあらかじめ設定した値以下となるよう構成したものである。【００５０】  この内容は本発明の実施の形態の項で図７により説明する。
【発明の効果】
【００５１】  以上説明したように請求項１の発明によれば、隔板式熱交換器において、プラスチック製のマルチウエブパネル（多連矩形開口パネル）１０を熱交換素子（伝熱面）とし、これを複数枚重ね合わせ、パネルの矩形開口部を一方の流体流路とし、パネルの両外面をもう一方の流体流路とするものである。【００５２】  マルチウエブパネル１０は現在熱交換器とは別の目的で大量生産され販売されており、その特性が従来の紙製の段ボールに比べて強度が比較的高く、軽くさらに水濡れに対しても強いことから高性能段ボールとして定着ししている。このためマルチウエブパネルを熱交換素子として採用する場合十分製造工程が熟成した材料であるとともに極めて低コストで入手可能である。【００５３】  製造されているプラスチック材料としてはポリプロピレン、塩化ビニル、ポリカーボネイト、ナイロンおよびアクリル樹脂等の汎用プラスチックであり、エンジニアリングプラスチック（エンプラ）等の高性能プラスチックはまだ採用されてはいないが、本発明が目標とする熱交換素子に適用する場合は付加価値の高い製品でもあり、今後開発実用化されるものと期待できる。【００５４】  熱交換素子としてマルチウエブパネルを試算すると厚さ２ｍｍのマルチウエブパネルを３ｍｍ間隔で積み重ねた熱交換ブロックでは単位容積当たりの熱交換面積は６７０ｍ２／ｍ３となる。
熱通過率については平均伝熱距離が矩形開口側流路では０．５４ｍｍ、パネル側流路では０．３３ｍｍと計算され、熱が流体の熱伝導率のみで熱伝達されるものとしても、流体が双方とも水の場合の熱通過率は約３８５ｗ／ｍ２Ｋとなり、流体が双方とも空気の場合の熱通過率は約２７ｗ／ｍ２Ｋとなり高性能熱交換器として満足できる値となった。【００５５】  上記値でプラスチックを隔壁に採用したことによる影響は流体が水の場合は金属隔壁に比し２０から６０％熱通過率を下げることとなるが、流体が空気の場合は従来の隔壁が金属である場合とほぼ同じ値となる。すなわちこの場合プラスチック製の熱交換器の熱通過率は金属製の熱交換器に対し遜色無い言える。【００５６】  以上マルチウエブパネルを熱交換素子とした場合従来の熱交換器に比し単位容積当たりの熱交換面積が桁違いに大きいこと、熱通過率についても数倍大きいこと、従来から指摘されていたプラスチックは熱伝導率が低いと言うことに関しては、前記２つのデータと較べれば問題になら無い程度の欠点と言える。すなわち本願発明による熱交換器は従来の熱交換器に比し桁違いにコンパクトで数倍熱通過率が高いと言うこととなる。【００５７】  また熱交換器を流れる流体の圧力損失は性能に影響を与えるデータとなるが、発明者の試算結果では従来の熱交換器よりも低い値となった。【００５８】  請求項２の発明はマルチウエブパネルを採用したことにより派生したことで、隣り合うマルチウエブパネル間の間隔に対し規制を与えるもので、マルチウエブパネルの少なくとも一方のパネル面に複数のスペーサを溶着もしくは接着して、重ね合わせられる複数のマルチウエブパネル（多連矩形開口パネル）の最小間隔を確保してパネル側流体流路を構成することである。【００５９】  この結果高性能熱交換器の最初の条件である”熱交換される２つの流体が逆方向に交互に対向して流れようそれぞれの流路が配置され”にほぼ合致させることが出来たわけである。【００６０】  請求項３の発明は、隔板式熱交換器の組立時最も工数の多い熱交換エレメント端部の組立に関するもので、以下の工法を採用することにより組み立て作業の機械化と自動化が可能となる組立方法の一つと考える。
まず最初の準備工程は、マルチウエブパネル（多連矩形開口パネル）の端部にパネルとパネル間のスペーサを兼ねるプラスチック製の支持用フラットバーを溶着もしくは接着することである。【００６１】  この準備としてマルチウエブパネル端部のウエブを数ｍｍから数十ｍｍの深さ、専用工具により切断もしくは削り取っておき、支持用フラットバーを接着もしくは溶着する時にマルチウエブパネルの端部フランジを広げ専用工具により支持用フラットバーに押さえつけて接着もしくは溶着することで作業を単純化し、自動化および機械化が図れる構成とするものである。【００６２】  次いで多数のマルチウエブパネルを重ね合わせて熱交換ブロックを組み立てる時に、この支持用フラットバーと隣り合うマルチウエブパネルの支持用フラットバーとを溶着または接着することにより熱交換ブロックを組立る。
以上で当初目的の低コストで熱交換器を製造する課題が解決の見通しをえることが出来る状態となった。【００６３】  請求項４と請求項５の発明は、上記のプラスチック熱交換器において、多数のマルチウエブパネル（多連矩形開口パネル）を重ね合わせて熱交換ブロックを組み立てるときに、マルチウエブパネル１０を支持用フラットバーとともに図５のごとくを波形形状として先ずマルチウエブパネル１０剛性を高めることにより、熱交換部ブロック２０の剛性を向上するものである。さらに複数枚（数十枚から百数十枚）のマルチウエブパネル１０の間に波形形状の高剛性パネルを挿入しさらに熱交換ブロックの剛性をはかったものである。【００６４】  支持用フラットバー１７付きマルチウエブパネル１０の波形成形は、請求項３の方式でマルチウエブパネル１０を数十枚から百数十枚重ねて、小熱交換ブロックを組み立てこれを高温炉に持ち込み時間をかけてマルチウエブパネル１０の軟化温度もしくはその近傍まで昇温して波形に成形する方式も考えられる。小熱交換ブロック、高剛性パネル２１エンドパネル２２，２３の組立は遥かに容易な作業になりそうである。【００６５】  波形に成形したことによる剛性向上は容易に桁違いの強度となるとともに、熱交換器としての仕様差はわずかであり大きな効果と考えられる。【００６６】  請求項６の発明はプラスチック熱交換器において、多数のマルチウエブパネル（多連矩形開口パネル）を重ね合わせて熱交換ブロックを組立るときに、あらかじめマルチウエブパネルの両面に、粘性が長期間持続する粘性接着剤を塗布した弾性体製テープを折り曲げて接着しておき、支持用フラットバーを溶着もしくは接着してマルチウエブパネルとマルチウエブパネルを重ねて熱交換ブロックを組立るとき、弾性体テープの弾性の働きにより確実に弾性体テープ同士が接着して熱交換される２つの流体間の導通もしくは漏れがないことを長期間にわたって保持することを特徴としている。【００６７】  請求項７の発明は請求項１から請求項６のプラスチック熱交換器において、熱交換される流体が気体と液体の場合、矩形開口側流路の液体とパネル側流路の気体の圧力が常に導通状態となるよう熱交換部ブロック下部に液面が形成されるよう運用するとともに、液面部の液体の入れ替えが生じにくい構成として気体が液体に溶け込むことによるシステムの性能低下を防ぐ構成としたことを特徴とする。【００６８】  熱交換エレメントの耐差圧性能の従来のごとくシステムの仕様に合わせるのでなくシステムの条件を本件のごとく変更して高性能な機器を世に出すのもよい考え方と思う。【００６９】  請求項８の発明はプラスチック熱交換器において、フリーピストンもしくはゴム等の弾性体製の隔膜を介して熱交換される２つの流体の圧力が常時連通状態となるようにして、プラスチック製のマルチウエブパネルに加わる差圧をあらかじめ設定した値以下となるよう構成したものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７０】  本発明の実施の形態熱交換ブロックを図６と図７により説明する。
図６は熱交換される２つの流体が直接接触して、一方の流体の成分がもう一方の流体に混入する事態となってもシステムの運転継続に大きく影響を与えること無く装置の性能低下程度で済む場合に採用される方式である。【００７１】  本実施の形態では熱交換ブロック２０は熱交換器槽３０内に収納されている。
本図では熱交換ブロック２０は、２つの断面図で示され中央より右側はマルチウエブパネル１０のパネル側を示し、中央より左側は重ねられたマルチウエブパネル１０の断面が示されている。
熱交換槽３０は円筒状の胴３１、上蓋３２および底蓋３３から構成されそれぞれがフランジで接合され耐圧容器としての構成をなしている。
熱交換ブロック２０は、胴３１と上蓋３２間のフランジに固定された熱交換ブロック支持部品３６ａおよび３６ｂにより熱交換槽内３０に吊される。【００７２】  本図ではウエブ側流体（液体）は、底蓋３３に設けられた給流体口３４ａより流入しウエブ側流制御装置３７を通り熱交換ブロック２０下部至りに多数のマルチウエブパネル１０の矩形流路１３を上昇しながら熱交換され、上蓋３２に設けられた排流体口３４ｂから排出される。【００７３】  パネル側流体（気体）については、胴３１上部に設けられた給流体口３５ａから熱交換槽３０に流入し熱交換ブロック２０の周囲を囲むエンドパネル２４とパネル側案内板３８の開いている部分を通過し、熱交換ブロック２０の上部に流入しパネル側流路を下降してウエブ側流路の流体（液体）と熱交換される。熱交換ブロック２０の下部で転向しエンドパネル２４とパネル側案内板３８の開いている部分を通過し熱交換ブロック２０の外へ排出され胴３１の下部に設けられた排流体口３５ｂから排出される。【００７４】  パネル側の給流体と排流体を分離するのは、熱交換ブロック２０を囲むエンドパネル２４およびパネル側案内板３８と胴３１の内壁間を分離するパネル側給排分離部品３９ａおよび３９ｂにより実行される。【００７５】  本実施の形態の特徴は熱交換器３０下部に形成される液面４６である。
この液面４６が形成されることで熱交換される２つの流体は直接接触して互いの圧力が導通状態となり、熱交換ブロック２０にかかる差圧はプラスチック熱交換素子の耐圧値よりも遥かに低い値に抑えられる。【００７６】  本図では記載を省略したが、液面４６の位置を検出するセンサー（液位センサー）が設けられ液面の高さを常に図の位置にするよう、制御弁もしくはポンプ等により自動液面制御が実施されている。
この構成により熱交換ブロック２０やそれに付属する部品に加わる差圧はあらかじめ設定した値を超えることはなく安定した運用が続けられる。【００７７】  パネル側流体の気体の成分の一部が、液化するとウエブ側流制御装置３７外周の溝に貯まることとなるが本図に記載されていない排出管路により系外へ排出することが出来る。
これはこの熱交換器が空気圧縮器の中間冷却器である場合は空気中に含まれる水分が凝縮されたものであるから排出された水の利用を検討してもよい。【００７８】  液面４６の下部に設けられウエブ側流制御装置３７に取り付けられている円環は液面部混合抑制器４７であり液面部の液体の流れを抑制して入れ替わり難くして液面部近傍の液体が気体に対し飽和状態を維持して気体が溶け込め無い状態を形成し、熱交換される気体が液体とともに流出することを抑制するものである。【００７９】  この実施の形態では液面部混合抑制器４７はスポンジ製で構成され、液面の上下等に大きな影響を与えるものでなく目的の機能は十分は足せるものと考える。また液面部混合抑制器４７は材料、形状とも図の通りである必然性はなく目標とする気体の溶け込み抑制が達成できればその形状および材料にこだわるものではない。【００８０】  図７は熱交換される２つの流体が直接接触して一方の流体の成分がもう一方の流体に混入する現象がシステムの運転継続に大きく影響を与える可能性がある場合に採用される方式である。【００８１】  本実施の形態では熱交換ブロック２０は熱交換器槽３０内に収納されている。
本図では熱交換ブロック２０は２つの断面図で示され中央より右側はマルチウエブパネル１０のパネル側を示し、中央より左側は重ねられたマルチウエブパネル１０の断面が示されている。【００８２】  熱交換槽３０は円筒状の胴３１、上蓋３２および底蓋３３から構成されそれぞれがフランジで接合され耐圧容器としての構成をなしている。
熱交換ブロック２０は胴３１と上蓋３２間のフランジに固定された熱交換ブロック支持部品３６ａおよび３６ｂにより熱交換槽内３０に吊される。【００８３】  本図ではウエブ側流体は底蓋３３に設けられた給流体口３４ａから流入しウエブ側流制御装置３７を通り多数のマルチウエブパネル１０の矩形流路１３を上昇しながら熱交換され上蓋３２に設けられた排流体口３４ｂから排出される。【００８４】  パネル側流体については胴３１上部に設けられた給流体口３５ａから熱交換槽３０に流入し熱交換ブロック２０の周囲を囲むエンドパネル２４とパネル側案内板３８の開いている部分を通過し熱交換ブロック２０の上部に流入しパネル側流路を下降してウエブ側流路の流体と熱交換される。熱交換ブロック２０の下部で転向しエンドパネル２４とパネル側案内板３８の開いている部分を通過し熱交換ブロック２０の外へ排出され胴３１の下部に設けられた排流体口３５ｂから排出される。【００８５】  パネル側の給流体と排流体を分離するのは熱交換ブロック２０を囲むエンドパネル２４およびパネル側案内板３８と胴３１の内壁間を分離するパネル側給排分離部品３９ａおよび３９ｂにより実行される。【００８６】  本実施の形態の特徴は熱交換器３０下部の隔膜４１である。
この隔膜４１により熱交換される２つの流体は直接接触することなく互いの圧力を導通状態とするものである。隔膜４１はゴム等の弾性体で構成され両面の流体は接触することなく圧力を伝達する機能を有する。【００８７】  本図では記載を省略したが隔膜４１の位置を検出するセンサーが設けられ熱交換される流体の片方がもう一方の流体の圧力に追随するようバルブ等により制御される構成となっている。【００８８】  この構成により熱交換ブロック２０やそれに付属する部品に加わる差圧はあらかじめ設定した値を超えることはなく安定した運用が続けられる。【００８９】  パネル側流体が気体である場合、気体の成分の一部が液化してウエブ側流れ制御装置３７外周の溝に貯まったり隔膜４１の上面に貯まることとなるが本図に記載されていない排出管路により系外へ排出される。
【産業上の利用可能性】
【００９０】  以上説明したように本願で提供される熱交換器は目標通り高性能であり、低コストでの製作、メインテナンスが可能であり、従来の熱交換器に取って代わるものと期待できるばかりでなく、熱交換器の大きさおよびコストがネックとなって実現していないシステムの実現を可能とするものと期待できる。【００９１】  例えばガスタービンシステムにおいて空気圧縮器の中間冷却器に本願熱交換器を採用すれば簡単に熱効率５０％以上の原動機の実用化が可能となり従来の発電用プラントばかりでなく高効率ガスタービン動力システムを搭載した船舶、大型運搬車両等への適用が現実のものになると期待できる。【００９２】  また現在ＯＴＥＣ（海洋温度差発電）の開発がスロウダウンしているのは熱交換器の性能とコストに依るところが大きいと考えるが、本願熱交換器であればこの現状を打破し具体的な実用化がはかれるものと期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】高性能熱交換器の流路アイデア
【図２】マルチウエブパネル
【図３】熱交換ブロック
【図４】波形パネル
【図５】シールテープ
【図６】実施の形態（液面分離）
【図７】実施の形態（隔膜分離）
【符号の説明】
０１    流路Ａ
０２    流路Ｂ
０３    隔壁（伝熱面）
１０    マルチウエブパネル（多連矩形開口パネル）
１１    ウエブ
１２    フランジ
１３    矩形流路
１４    マルチウエブパネル端部
１５    マルチウエブパネル耳部
１６    スペーサ（パネル間）
１６ａ  スペーサ（パネル−エンドパネル間）
１７    支持用フラットバー
１８    耳部スペーサ
１９    耳部支持部品
２０    熱交換ブロック
２１    高剛性パネル（補強パネル）
２２    エンドパネル（波形）
２３    エンドパネル
２４    まくら
２５    シール用弾性体製テープ
２６    耳部支持部品
３０    熱交換器槽
３１    胴
３２    上蓋
３３    底蓋
３４ａ  給流体口（ウエブ側）
３４ｂ  排流体口（ウエブ側）
３５ａ  給流体口（パネル側）
３５ｂ  排流体口（パネル側）
３６ａ  熱交換ブロック支持部品
３６ｂ  熱交換ブロック支持部品
３７    ウエブ側流制御装置
３８    パネル側案内板
３９ａ  パネル側給排分離部品ａ
３９ｂ  パネル側給排分離部品ｂ
４１    隔膜
４６    液面
４７    液面部混合抑制器
【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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