(57)【要約】【課題】本発明は、熱交換器の全ての部材を同一の合成樹脂材料で形成し、これら全ての部材を熱溶着により接着すれば、シール部がないので液漏れの原因が完全に解消でき、またシール部材を使用する必要がないので金属を一切使用しない熱交換器を提供することにある。【解決手段】本発明に係る熱交換器は、チューブ１からなるチューブ部材１０、チューブ側液体入口部材３０、チューブ側液体出口部材４０からなる伝熱チューブ体と、チューブ部材１０を覆い包むシェル体であって、シェル部材１０、シェル側液体入口部材２１、シェル側液体出口部材２３からなるシェル体とを構成し、前記伝熱チューブ体及びシェル体を構成する個々の要素を全て同一の合成樹脂材料により形成し、それぞれの要素を熱溶着により接着して構成される。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主としてチューブからなるチューブ部材、チューブ内へ液体を流入させるためのチューブ側液体入口部材、及び、チューブ内から液体を流出させるためのチューブ側液体出口部材からなる伝熱チューブ体と、
前記チューブ部材を覆い包むシェル体であって、主としてシェルからなるシェル部材、シェル内へ液体を流入させるためのシェル側液体入口部材、及び、シェル内から液体を流出させるためのシェル側液体出口部材からなるシェル体とを構成し、
また前記伝熱チューブ体及びシェル体を構成する個々の要素を全て合成樹脂材料により形成し、
さらに伝熱チューブ体を構成する全ての要素を同一の合成樹脂材料とし、それぞれの要素を熱溶着により接着して伝熱チューブ体を構成したことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
シェル体を構成する全ての要素を同一の合成樹脂材料とし、それぞれの要素及び伝熱チューブ体との接触部を熱溶着により接着して伝熱チューブ体及びシェル体を構成したことを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
合成樹脂材料がフッ素樹脂であることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱交換器に関し、特に高純度薬品、例えば半導体や医薬品の製造に使用する超純水等の液体を加熱又は冷却する際に使用するのに適した熱交換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、熱交換器を合成樹脂材料にて製造することが知られている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照。）。下記文献１に記載の発明は、チューブ以外の主構成要素に耐熱、耐蝕性合成樹脂を使用したものであり、下記文献２に記載の発明は、前記の発明に加え、チューブにカーボン繊維入り合成樹脂材料を使用したものである。そしてこのような従来の熱交換器は、合成樹脂材料にて構成されてはいるものの、設置時やメンテナンス時において分解や組立を可能にするために、種々の結合部にシール部材を介したボルト・ナット結合が一般に採用されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平９−６１０７１号
【０００４】
【特許文献２】特開平１１−３３７２９５号
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、金属イオンを嫌う半導体等の製造において、高純度薬品の加熱又は冷却に使用する熱交換器としては金属が一切使用されていないものが望まれているが、上記従来の熱交換器はボルト・ナット結合に採用されるシール部材が金属を含有する点において問題があった。さらに、半導体や医薬品の製造における高純度薬品は、これを熱交換器により加熱又は冷却してもスケールの発生などでチューブが詰まるようなことは起こり得ないため分解して修理や清掃を行い易くする必要性は少なく、むしろ上記従来のシール部を有する熱交換器において、このシール部から液漏れが発生することの方がはるかに深刻な問題であるため、液漏れが発生しない熱交換器が望まれていた。
【０００６】
そこで、本発明者は、上記の課題を解決するために鋭意研究を重ね、熱交換器の全ての部材を同一の合成樹脂材料で形成し、これら全ての部材を熱溶着により接着すれば、分解することは不可能になるけれども、シール部がないので液漏れの原因が完全に解消でき、またシール部材を使用する必要がないので金属を一切使用しない熱交換器を完成するに至った。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る熱交換器は、主としてチューブからなるチューブ部材、チューブ内へ液体を流入させるためのチューブ側液体入口部材、及び、チューブ内から液体を流出させるためのチューブ側液体出口部材からなる伝熱チューブ体と、前記チューブ部材を覆い包むシェル体であって、主としてシェルからなるシェル部材、シェル内へ液体を流入させるためのシェル側液体入口部材、及び、シェル内から液体を流出させるためのシェル側液体出口部材からなるシェル体とを構成し、また前記伝熱チューブ体及びシェル体を構成する個々の要素を全て合成樹脂材料により形成し、さらに伝熱チューブ体を構成する全ての要素を同一の合成樹脂材料とし、それぞれの要素を熱溶着により接着して伝熱チューブ体を構成したことを特徴とするものである。
【０００８】
このように構成すると、伝熱チューブ体を構成する全ての要素、例えばチューブ部材とチューブ側液体入口部材とチューブ側液体出口部材とが同一合成樹脂材料であるため、接着剤を使用せずに各要素を容易にかつ完全に熱溶着することが可能である。したがって、熱溶着して構成した伝熱チューブ体は液体の入口及び出口を除く他は完全密閉体となる。
【０００９】
また、上記の熱交換器において、シェル体を構成する全ての要素を同一の合成樹脂材料とし、それぞれの要素及び伝熱チューブ体との接触部を熱溶着により接着して伝熱チューブ体及びシェル体を構成してもよい。
【００１０】
このように構成した場合には、上記の構成における作用に加え、シェル部材を構成する全ての要素、例えばシェル部材とシェル側液体入口部材とシェル側液体出口部材とが同一合成樹脂材料であるため、接着剤を使用せずに各要素を熱溶着することが可能であると共に、伝熱チューブ体とシェル体との接触部も接着剤を使用せずに熱溶着することができる。したがって、当該熱交換器は、これを構成する全ての要素、例えば伝熱チューブ体及びシェル体を構成する全ての要素を熱溶着して構成しているため、当該熱交換器は液体の入口及び出口を除いて完全密閉体となる。また、当該熱交換器は、これを構成する全ての要素、例えば伝熱チューブ体及びシェル体を構成する全ての要素として金属は一切使用せず、合成樹脂材料のみで形成したため、金属イオンを発生するおそれがない。
【００１１】
さらに、上記の熱交換器に使用する合成樹脂材料としてフッ素樹脂を使用した構成としてもよい。
【００１２】
上記のように構成した場合には、耐蝕性及び耐薬品性に優れる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の好適な実施例を図に基いて詳細に説明する。図１は本実施例に係る熱交換器おけるチューブ部材の分解図、図２の（ａ）はチューブ部材とシェル部材とを分解し、シェル部材を断面図で表した分解図であり、（ｂ）はチューブ部材の側面図、図３はシェル部材にチューブ部材を組み込んだ状態において一部を断面図で表した熱交換器の分解図、図４（ａ）は組み上げた状態における熱交換器の一部断面図であり、（ｂ）は熱交換器の側面図、図５（ａ）は伝熱チューブ体の一部断面図であり、（ｂ）は伝熱チューブ体の側面図、図６（ａ）はシェル体の一部断面図であり、（ｂ）はシェル体の側面図である。
【００１４】
本実施例における熱交換器を構成する全ての要素は、耐蝕性及び耐薬品性に優れたＰＦＡ（テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）を材料として製造したものである。なお、材料としては、ＰＦＡ以外のフッ素樹脂を使用してもよく、また、フッ素樹脂以外に、熱交換器内を流れる液体に応じてポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンなどの合成樹脂材料を使用してもよい。
【００１５】
図１において、１はチューブであり、２は入口用チューブ保持体、３は出口用チューブ保持体であって、複数本のチューブ１と左右両側にはめ込むチューブ保持体２、３とでチューブ部材１０が構成される。そして、チューブ１は一体成型により製造された中空円筒状のものであり、チューブ保持体２、３は同じく一体成型により製造され、前記チューブ１が嵌入できる貫通穴４がチューブの本数に合わせて複数形成された円板状のものである。該チューブ体１０は、前記チューブ１を複数本束ね、図１の矢符で示すようにその両側から、チューブ保持体２、３をそれぞれはめ込み、熱溶着により接着されて図２（ａ）の上図に示すように固定される。
【００１６】
図２（ａ）において２０は中空円筒状をなすシェル部材であって、チューブ保持体２の外径とほぼ等しい内径を有しており、チューブ部材１０がその内部に挿入され、図３に示すようにチューブ保持体２、３がシェル部材２０の内側に接した状態で熱溶着により固定される。該シェル部材２０の上端には、シェル側液体入口部材である入口用アダプタ２１がはめ込まれる嵌合穴２２とシェル側液体出口部材である出口用アダプタ２３がはめ込まれる嵌合穴２４とが形成されており、図４（ａ）に示すように、アダプタ２１が嵌合穴２２にはめ込まれ、熱溶着により接着される。また、同様にアダプタ２３が嵌合穴２４にはめ込まれ、熱溶着により接着される。
【００１７】
図３及び図４において、３１はチューブ保持体２にはめ込まれるキャップであって、キャップ３１は、チューブ保持体２の周縁部２ａとシェル部材２０の端部２０ａとに熱溶着により接着される。このキャップ３１には嵌合穴３２が形成されており、入口用アダプタ３３がはめ込まれ、熱溶着により接着される。これらのキャップ３１と入口用アダプタ３３によりチューブ側液体入口部材３０が構成される。また、４１はチューブ保持体３にはめ込まれるキャップであって、キャップ４１は、チューブ保持体３の周縁部３ａとシェル部材２０の端部２０ｂとに熱溶着により接着される。このキャップ４１には嵌合穴４２が形成されており、入口用アダプタ４３がはめ込まれ、熱溶着により接着される。これらのキャップ４１と入口用アダプタ４３によりチューブ側液体入口部材４０が構成される。
【００１８】
以上のように、本実施例においては、チューブ部材１０がチューブ１とチューブ保持体２、３とから構成され、チューブ側液体入口部材３０がチューブ内へ液体を流入させるためのキャップ３１と入口用アダプタ３３とから構成され、チューブ側液体出口部材４０がチューブ内から液体を流出させるためのキャップ４１と入口用アダプタ４３とから構成される。そして、図５に示すように、これらチューブ部材１０、チューブ側液体入口部材３０、及び、チューブ側液体出口部材４０により伝熱チューブ体Ｂが構成される。この伝熱チューブ体Ｂは、これを構成する全ての要素、すなわちチューブ１、チューブ保持体２、３、キャップ３１、入口用アダプタ３３、キャップ４１、及び、入口用アダプタ４３が、それぞれ前述したように同一のＰＦＡで構成されているため、接着剤を使用せずに熱溶着により容易に接着され、完全密閉されている。したがって、入口用アダプタ４３から流入する液体がキャップ３１、入口用チューブ保持体２、チューブ１、出口用チューブ保持体３、キャップ４１、及び、出口用アダプタ４３を通過する間において、一切伝熱チューブ体Ｂの外部に漏出することがない。なお、チューブ部材１０、チューブ側液体入口部材３０、あるいは、チューブ側液体出口部材４０に同一のＰＦＡよりなる他の要素が設けられるような場合でも、当該他の要素を熱溶着により接着すれば、伝熱チューブ体Ｂの内部を流通する液体が伝熱チューブ体Ｂの外部に漏出することがない。
【００１９】
また、本実施例においては、前記チューブ部材１０を覆い包むためのシェル体Ｃを、図６に示すように、シェル部材２０、シェル側液体入口部材である入口用アダプタ２１、及び、シェル側液体出口部材である出口用アダプタ２３とで構成している。そして、シェル部材２０に対して、入口用アダプタ２１及び出口用アダプタ２３がそれぞれ前述したように同一のＰＦＡで構成されているため、接着剤を使用せずに熱溶着により容易に接着される。また、シェル部材２０に対して、その両側の開口部に前記チューブ用保持体２、３が嵌合し、かつ、キャップ３１、４１が結合され、これらの嵌合及び結合が、伝熱チューブ体Ｂとシェル体Ｃとが同一のＰＦＡより構成されているため、接着剤を使用せずに熱溶着により容易に接着されるので、完全に密閉される状態となる。したがって、入口用アダプタ２１から流入する液体がシェル部材２０及び出口用アダプタ２３を通過する間において、一切シェル体Ｃの外部に漏出することがない。なお、シェル部材２０、シェル側液体入口部材、あるいは、シェル側液体出口部材に同一のＰＦＡよりなる他の要素が設けられるような場合でも、当該他の要素を熱溶着により接着すれば、シェル体Ｃの内部を流通する液体がシェル体Ｃの外部に漏出することがない。
【００２０】
なお、本実施例においては、最も望ましい形態としてシェル体Ｃも完全密閉となるように構成しているが、伝熱チューブ体Ｂを完全密閉し、液漏れがない状態にすれば支障がない場合には、シェル体Ｃについては従来の熱交換器におけるボルト・ナット結合のような締結手段を採用してもよい。この場合には、シェル体Ｃを構成する要素は、伝熱チューブ体Ｂと同一の合成樹脂を使用しなくてもよい。
【００２１】
なお、アダプター２１、２３、３３、４３の形状は、本実施例に示すようなチューブ継手タイプ以外に、ねじ込みタイプ、フランジタイプなども可能である。
【００２２】
上記の実施例は、これに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した広範囲な実施形態を包含するものである。
【００２３】
【発明の効果】
本発明に係る熱交換器は、伝熱チューブ体を構成する全ての要素、例えばチューブ部材とチューブ側液体入口部材とチューブ側液体出口部材とが同一合成樹脂材料であるため、接着剤を使用せずに各要素を容易にかつ完全に熱溶着することが可能である。したがって、熱溶着して構成した伝熱チューブ体は液体の入口及び出口を除く他は完全密閉体となるので、チューブ内を流れる液体が入口及び出口以外からはチューブ外へ漏出するおそれがない。
【００２４】
また、シェル体を構成する全ての要素を同一の合成樹脂材料とし、それぞれの要素及び伝熱チューブ体との接触部を熱溶着により接着して伝熱チューブ体及びシェル体を構成した場合には、上記の効果に加え、シェル部材を構成する全ての要素、例えばシェル部材とシェル側液体入口部材とシェル側液体出口部材とが同一合成樹脂材料であるため、接着剤を使用せずに各要素を熱溶着することが可能であると共に、伝熱チューブ体とシェル体との接触部も接着剤を使用せずに熱溶着することができる。したがって、当該熱交換器は、シール部材を介在したボルト・ナット結合のような締結手段を一切使用せず、熱交換器を構成する全ての要素、例えば伝熱チューブ体及びシェル体を構成する全ての要素を熱溶着して構成しているため、当該熱交換器は液体の入口及び出口を除いて完全密閉体となるので、チューブ内を流れる液体がチューブ外へ漏出したり、チューブ内とシェル内とに液体が相互に混入したり、シェル内に流れる液体がシェル外に漏出するおそれがない。また、当該熱交換器は、シール部材を介在したボルト・ナット結合のような締結手段を一切使用せず、熱交換器を構成する全ての要素、例えば伝熱チューブ体及びシェル体を構成する全ての要素として金属は一切使用せず、合成樹脂材料のみで形成したため、金属イオンを発生するおそれがないので、半導体の製造などにおいて適切な熱交換器が提供できる。
【００２５】
さらに、上記の熱交換器に使用する合成樹脂材料としてフッ素樹脂を使用した場合には、耐蝕性及び耐薬品性に優れ、グレードの高い熱交換器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施例に係る熱交換器おけるチューブ部材の分解図である。
【図２】（ａ）はチューブ部材とシェル部材とを分解し、シェル部材を断面図で表した分解図であり、（ｂ）はチューブ部材の側面図である。
【図３】シェル部材にチューブ部材を組み込んだ状態において一部を断面図で表した熱交換器の分解図である。
【図４】（ａ）は組み上げた状態における熱交換器の一部断面図であり、（ｂ）は熱交換器の側面図である。
【図５】（ａ）は伝熱チューブ体の一部断面図であり、（ｂ）は伝熱チューブ体の側面図である。
【図６】（ａ）はシェル体の一部断面図であり、（ｂ）はシェル体の側面図である。
【符号の説明】
Ａ・・・・熱交換器
Ｂ・・・・伝熱チューブ体
Ｃ・・・・シェル体
１・・・・チューブ
２・・・・入口用チューブ保持体
３・・・・出口用チューブ保持体
４・・・・貫通穴
１０・・・チューブ部材
２０・・・シェル部材
２１・・・入口用アダプタ
２２・・・嵌合穴
２３・・・出口用アダプタ
２４・・・嵌合穴
３０・・・チューブ側液体入口部材
３１・・・キャップ
３２・・・嵌合穴
３３・・・入口用アダプタ
４０・・・チューブ側液体出口部材
４１・・・キャップ
４２・・・嵌合穴
４３・・・出口用アダプタ
【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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