(57)【要約】【課題】第１及び第２流体の温度によらず、シェル内を密に封じるシェルアンドコイル熱交換器を提供すること。【解決手段】シェルアンドコイル熱交換器１は、管状部材２１及び張出部材２２を備える管体２０を含んで構成される。張出部材２２を本体１１と蓋体１２との間に固定することにより、シェル１０内の第１流体が高温であってもシェル１０を構成する部材の熱膨張に起因する第１流体の漏出がなくなる。従来は不可能であった第１流体を高温とし、コイル管３０内の第２流体を低温として用いることが可能となる。【選択図】図３
0003207788.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
シェル内の第１流体とコイル管内の第２流体との間で熱交換を行うシェルアンドコイル熱交換器であって、
コイル管を収容する本体と、該本体を塞ぐ蓋体と、を有するシェルを備え、
前記本体は上縁に上面平面状の本体側フランジ部を有し、前記蓋体は下縁に下面平面状の蓋体側フランジ部を有し、前記本体側フランジ部と前記蓋体側フランジ部とが固定具によって圧着固定され、
前記固定具は前記本体側フランジ部の下端と前記蓋体側フランジ部の上端とに係合され、
前記蓋体を介して前記コイル管の端部を前記シェル外と導通させる管状部材と、該管状部材の外表面から径方向に張り出し、前記本体と前記蓋体との間に固定される張出部材と、を有する管体を備え、
前記管状部材と前記張出部材とは空隙なく接合され、
前記張出部材は、前記シェル内の空間を前記本体と前記蓋体との間で分離し、前記本体側フランジ部と前記蓋体側フランジ部との間に係合されることを特徴とする、シェルアンドコイル熱交換器。
【請求項２】
前記本体側フランジ部と前記張出部材との間及び前記蓋体側フランジ部と前記張出部材との間に設けられるシール部材を備える、請求項１に記載のシェルアンドコイル熱交換器。
【請求項３】
前記張出部材は、前記本体側フランジ部の上面の全部及び前記蓋体側フランジ部の下面の全部を被覆することを特徴とする、請求項１又は２に記載のシェルアンドコイル熱交換器。
【請求項４】
前記第２流体は、前記第１流体より高温の流体であることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載のシェルアンドコイル熱交換器。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、シェル内の第１流体とコイル管内の第２流体との間で熱交換を行うシェルアンドコイル熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱交換器の１つに、螺旋状（すなわちコイル状）に巻かれたコイル管とこれを収容するシェルとを有し、シェル内に流れる第１流体とコイル管内に流れる第２流体との間で熱交換を行うシェルアンドコイル熱交換器が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
従来、シェル内に第１流体を入れるための管状部材とこれが貫通するシェルの蓋体との間から第１流体が漏出するのを防ぐために、管状部材と蓋体との間にＯリング等のシール部材が設けられていた。しかし、蓋体は、樹脂等、管状部材より熱膨張率の大きい素材から構成され、第１流体の温度が上昇すると、その熱により蓋体が熱膨張して間隙が形成され、これを介して第１流体が漏出することがある。そのため、第２流体を第１流体よりも低温の流体とし、熱交換時には第１流体の温度が下降するようにして利用していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−４０７０６号公報
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００５】
本考案は、第１及び第２流体の温度によらず、シェル内を密に封じるシェルアンドコイル熱交換器を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本考案のシェルアンドコイル熱交換器は、
シェル内の第１流体とコイル管内の第２流体との間で熱交換を行うシェルアンドコイル熱交換器であって、
コイル管を収容する本体と、該本体を塞ぐ蓋体と、を有するシェルを備え、
前記本体は上縁に上面平面状の本体側フランジ部を有し、前記蓋体は下縁に下面平面状の蓋体側フランジ部を有し、前記本体側フランジ部と前記蓋体側フランジ部とが固定具によって圧着固定され、
前記固定具は前記本体側フランジ部の下端と前記蓋体側フランジ部の上端とに係合され、
前記蓋体を介して前記コイル管の端部を前記シェル外と導通させる管状部材と、該管状部材の外表面から径方向に張り出し、前記本体と前記蓋体との間に固定される張出部材と、を有する管体を備え、
前記管状部材と前記張出部材とは空隙なく接合され、
前記張出部材は、前記シェル内の空間を前記本体と前記蓋体との間で分離し、前記本体側フランジ部と前記蓋体側フランジ部との間に係合されることを特徴とする。
【０００７】
この特徴によれば、第１流体の漏出を防止することができる。詳細は後述する。
【０００８】
本考案のシェルアンドコイル熱交換器は、
前記本体側フランジ部と前記張出部材との間及び前記蓋体側フランジ部と前記張出部材との間に設けられるシール部材を備えることを特徴とする。
【０００９】
この特徴によれば、シール部材によって、シェル内を密に封じることができる。
【００１０】
本考案のシェルアンドコイル熱交換器は、
前記張出部材は、前記本体側フランジ部の上面の全部及び前記蓋体側フランジ部の下面の全部を被覆することを特徴とする。
【００１１】
この特徴によれば、本体側フランジ部の上面、張出部材及び蓋体側フランジ部の下面によって密に封じる面積が大きくなり、流体の流出がより完全に防止される。
【００１２】
本考案のシェルアンドコイル熱交換器は、
前記第２流体は、前記第１流体より高温の流体であることを特徴とする
【００１３】
この特徴によれば、従来は実現されていなかった、第１流体を低温、第２流体を高温とする使用をすることができる。第２流体からの熱により温度上昇した第１流体によって蓋体が熱膨張し第１流体が漏出してしまうことがないので、温度の制約を受けずに使用をすることができる。第２流体を第１流体より高温の流体とすることに問題がなく、第２流体の凝縮器として利用することができる。
【考案の効果】
【００１４】
本考案のシェルアンドコイル熱交換器によれば、シェル内を密に封じることが可能となり、シェル内及びコイル内の流体の温度制約を受けずに使用をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、従来のシェルアンドコイル熱交換器の内部構成を示す断面図である。
【図２】図２は、従来のシェルアンドコイル熱交換器のシーリングを示す図である。
【図３】図３は、本考案のシェルアンドコイル熱交換器の内部構成を示す断面図である。
【図４】図４は、本考案のシェルアンドコイル熱交換器のシーリングを示す図である。
【考案を実施するための形態】
【００１６】
（従来技術の説明）
まず、従来技術とその問題点を説明する。
【００１７】
図１に、従来技術に係るシェルアンドコイル熱交換器１の内部構成を示す。シェルアンドコイル熱交換器１は、シェル１０内の第１流体とコイル管３０内の第２流体との間で熱交換を行う熱交換器であり、シェル１０、及び、管体２０を端部に有するコイル管３０を含んで構成される。
【００１８】
シェル１０は、内部空間１０ａにコイル管３０を収容し、第１流体を満たして密封する容器であり、本体１１及び蓋体１２を有する。なお、本体１１及び蓋体１２は、一例として、樹脂を用いて構成することができる。
【００１９】
本体１１は、内部空間１０ａが形成された容器状部材である。本体１１は、一例として有底円筒形状を有し、第１流体をシェル１０外から流入しシェル１０外に流出する２つのノズル１１ａ及び上面に外向きに張り出して蓋体１２を支持するフランジ部１１ｂが形成されている。
【００２０】
蓋体１２は、本体１１の上面を塞ぐ蓋状部材である。蓋体１２は、一例として円板形状を有し、中央に管状部材２１をシェル１０内外に挿通するノズル１２ａ及び本体１１に支持されるフランジ部１２ｂが形成されている。なお、フランジ部１２ｂは、本体１１のフランジ部１１ｂに当接させるものであればよく、図のように屈曲して突出した形状でなくいともよい。蓋部１２全体を１枚の板状とすることも可能である。
【００２１】
ここで、本体１１と蓋体１２との間にシール部材２４が設けられている。シール部材２４は、例えば、紙、ゴム等、弾力を有する素材を用いて形成することができる。
【００２２】
さらに、蓋体１２は、固定具２５により、本体１１に設けられたフランジ部１１ｂに固定される。固定具２５は、一例として、ボルト及びナットを採用することができる。蓋体１２が本体１１のフランジ部１１ｂに強く固定され、シール部材２４による密封が実現される。
【００２３】
管状部材２１は、第２流体をコイル３０内に流入する（又はコイル３０から流出する）部材であり、図面上下方向に延びる管状の部材である。管状部材２１は、蓋体１２のノズル１２ａに通されて、シェル１０内外を繋げる。なお、第２流体を、２つの管状部材２１ａ、２１ｂの一方から流入し、他方から流出する。管状部材２１は、金属を用いて構成することができる。
【００２４】
コイル管３０は、その内部に第２流体を流す管状の部材であり、管状部材２１ｂから図面下方に向けて螺旋状（すなわちコイル状）に巻かれ、他の管状部材２１ａに繋がる。コイル管３０は、本体１１内に収容され、２つの管状部材２１ａ、２１ｂを介してシェル１０外に延設されている。
【００２５】
上述のように構成されたシェルアンドコイル熱交換器１において、ノズル１１ａを介して第１流体をシェル１０内に流入し且つ流出して、コイル管３０が収容された内部空間１０ａを第１流体で満たすとともに、コイル管３０内に高温の第２流体を流すことで、第１及び第２流体間で熱交換することができる。
【００２６】
ここで、シェル１０内の第１流体がシェル１０外に漏出することについて検討する。本体１１と蓋体１２との間は、上述のようにシール部材２４によって密封されている。漏出は、ノズル１２ａと管状部材２１との間で発生し得る。この対策として、ノズル１２ａにもシール部材２３が設けられていた。シール部材２３は、例えばノズル１２ａに嵌入されたゴム等の弾性部材とすることができる。また、Ｏリングを用いることもできる。
【００２７】
シール部材２３によってノズル１２ａと管状部材２１との間をシーリング（密封）していた。図２（Ａ）にシーリング状況を示す。ノズル１２ａとシール部材２３、シール部材２３と管状部材２１が、それぞれ密着し、シーリングを実現している。
【００２８】
シール部材２３による密封は、第１流体の温度が上昇する場合に脆弱である。低温の第１流体と高温の第２流体との間で熱交換を行うと第１流体の温度が上昇する。通常、ノズル１２ａ、シール部材２３及び管状部材２１は別の材質のものが使用される。熱膨張率は、ノズル１２ａ（蓋体１２）が、これら３つのうちで最大となることが多い。
【００２９】
図２（Ｂ）に熱膨張後のシーリング状況を示す。ノズル１２ａが膨張することにより、ノズル１２ａとシール部材２３、シール部材２３と管状部材２１が、それぞれの密着が外れ、間隙４が形成されてしまう。この間隙から、第１流体が漏出する。
【００３０】
シェルアンドコイル熱交換器においては、温度を変化させたい流体（第２流体）をコイル管に導入し、シェルには温度変化のための補助流体を導入することが多い。以上の理由により、従来は、第２流体を第１流体よりも高温として第２流体の凝縮器として用いることが困難であり、第２流体を第１流体よりも低温として第２流体の蒸発器として用いられていた。
【００３１】
以下、本考案の一実施例を説明する。シェルアンドコイル熱交換器の熱交換を行う構造は従来技術と同様であり、第１流体の漏出を防止するための密封の構造が従来技術と相違する。以下、相違点を中心に説明する。
【００３２】
図３に、本考案に係るシェルアンドコイル熱交換器１の内部構成を示す。シェルアンドコイル熱交換器（単に熱交換器とも呼ぶ）１は、シェル１０内の第１流体とコイル管３０内の第２流体との間で熱交換を行うシェルコイル型の熱交換器であり、シェル１０、管体２０、及びコイル管３０を含んで構成される。
【００３３】
シェル１０の本体１１及び蓋体１２並びにコイル管３０は、従来技術と同様である。ただし、管状部材２１に替えて管体２０である点が、従来技術と相違する。また、本体１１と蓋体１２との間の構成が従来技術と相違する。
【００３４】
管体２０は、管状部材２１及び張出部材２２を有する。管状部材２１は従来技術と同様である。張出部材２２を有する点が、本考案を特徴づける。なお、管状部材２１及び張出部材２２は、金属を用いて構成することができる。
【００３５】
張出部材２２は、管状部材２１の外表面から径方向（図面左右及び奥前方向）に張り出す円板形状を有する。なお、形状はシェル１０の形状に合わせるものであり、円板形状でなく、四角形、六角形とうの板形状も可能である。張出部材２２の中央には孔部２２ａが設けられている。ここで、管状部材２１を孔部２２ａに通してこれを塞ぎ、溶接することにより管状部材２１と張出部材２２とが間隙なく固定されている。
【００３６】
なお、張出部材２２は、フランジ部１１ｂの外縁にほぼ等しい外形を有することとするが、これに限らず、外縁を本体１１と蓋体１２との間に挟むことができれば、その大きさはフランジ部１１ｂより小さくてもよい。
【００３７】
上述の構成の管体２０は、張出部材２２の周縁を本体１１と蓋体１２との間に固定することにより、シェル１０に固定される。その結果、本体１１の上面が張出部材２２によって蓋閉され、シェル１０内の第１流体は、張出部材２２よりも下方にのみ存在する。
【００３８】
ここで、本体１１及び蓋体１２と張出部材２２との間にそれぞれシール部材２４が設けられている。シール部材２４により、本体１１と張出部材２２との間が密閉され、第１流体の漏出がなくなる。図４（Ａ）に、フランジ部におけるシーリングの状態を示す。
【００３９】
ここで、張出部材２２及びシール部材２４の配置は、図４（Ａ）と異なるものも考えられる。図４（Ｂ）に他の配置の一例を示す。張出部材２２はフランジ部の中間まで挿入され、シール部材２４により本体１１と張出部材２２との間が密閉される。残部は、１のシール部材２４により密閉される。
【００４０】
以下、第１流体の熱の影響について説明する。本体１１のフランジ部１１ｂと蓋体１２のフランジ部１２ｂとの間からの漏出がないことを検討する。
【００４１】
フランジ部１１ｂ、フランジ部１２ｂ、シール部材２４及び張出部材２２は別の材質のものが使用され得る。従来例と同様の材質であれば、熱膨張率は、フランジ部１２ｂ（蓋体１２）が、これら４つのうちで最大となることが多い。
【００４２】
フランジ部１２ｂが大きく熱膨張しても、フランジ部１１ｂとフランジ部１２ｂとの距離が大きくなるものではない。従来技術では管状部材２１の周縁でノズル１２ａのみの径が問題となったが、本考案においてはフランジ部１１ｂとフランジ部１２ｂとの間隙が問題であり、フランジ部１２ｂのみが膨張しても、間隙が広がるものではない。
【００４３】
本体１１と蓋体１２とが共に熱膨張すれば、シェル１０が熱膨張するので、フランジ部１１ｂとフランジ部１２ｂとの距離が大きくなるとも思われる。しかし、固定具２５がフランジ部１１ｂの下端とフランジ部１２ｂの上端とに係合され、フランジ部１１ｂの下端とフランジ部１２ｂの上端との距離が固定されている。厳密には固定具２５の熱膨張の分だけ距離が広がる。ここで、固定具２５の熱膨張率がフランジ部１１ｂ、フランジ部１２ｂのいずれよりも小さければ、フランジ部１１ｂの上面とフランジ部１２ｂの下面との距離は、シェル１０が熱膨張しても大きくならない。
【００４４】
以上詳細に説明したように、本考案のシェルアンドコイル熱交換器１は、第２流体が高音であっても、部材の熱膨張によって第１流体が漏出してしまうことがない。第１流体を高温、第２流体を低温とし、第２流体の凝縮器として用いることが可能なシェルアンドコイル熱交換器である。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本考案のシェルアンドコイル熱交換器は、温度の制約を受けずに使用をすることができる。第２流体を第１流体より高温の流体とすることに問題がなく、第２流体の凝縮器として利用することができる。多くの者による利用が考えられる。
【符号の説明】
【００４６】
１    シェルアンドコイル熱交換器
１０    シェル
１０ａ  内部空間
１１    本体
１１ａ  ノズル
１１ｂ  フランジ
１２    蓋体
１２ａ  ノズル
１２ｂ  フランジ
２０    管体
２１    管状部材
２２    張出部材
２３    シール部材
２４    シール部材
２５    固定具
３０    コイル管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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