(57)【要約】【課題】  積層した伝熱プレートを挟持して固定するフレームの流体通路口を、構造と組付けを簡単にし、コスト的有利にして耐食性構造としたプレート式熱交換器の提供。【解決手段】  炭素鋼製フレーム１を貫通した流体通路口１０に耐食性材料から成る環状のボス２０を嵌め込み式にして着脱自在に装着したプレート式熱交換器で、流体通路口１０は内周に、ボス２０を軸方向から挿脱可能に嵌挿させ、嵌挿したボス２０の軸方向の動きを規制する係合部１１を有し、対するボス２０は外周に係合部１１に着脱自在に係合する係合部を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層した複数の伝熱プレートを積層方向両側から一対のフレームで挟持し、前記フレームに貫通させた流体通路口を前記伝熱プレート間の熱交換用流体通路に連通させたプレート式熱交換器において、
前記フレームの流体通路口に耐食性硬質材料からなるボスを、前記流体通路口内周とボス外周の双方に形成した凹凸による嵌め込み式の係合部によりを介し前記流体通路口の軸方向で拘束した状態で着脱可能に取付けたことを特徴とするプレート式熱交換器。
【請求項２】
前記係合部が、前記ボス外周の軸方向両端に設けた一対の凸部を有し、この一対の凸部を前記流体通路口の軸方向両端部に嵌合させて流体通路口内でボスを軸方向に拘束したことを特徴とする請求項１に記載のプレート式熱交換器。
【請求項３】
前記流体通路口の軸方向両端に前記ボス外周の一対の凸部が周方向に回転自在に嵌合する一対の凹部を形成したことを特徴とする請求項２に記載のプレート式熱交換器。
【請求項４】
前記ボス外周の一対の凸部の一方が周方向の複数箇所から半径方向外方に突設した部分突起であって、前記流体通路口の内周の前記一対の凹部間に、部分的に、前記伝熱プレート側または流体用配管側の部分突起をが前記流体通路口の軸方向から挿通可能なボス挿入用凹溝を部分的に形成したことを特徴とする請求項３に記載のプレート式熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数枚の伝熱プレートを積層して一対のフレームで挟持し固定したプレート式熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
プレート式熱交換器のフレームは、板厚方向に貫通させた流体出入り用流体通路口を有する。この流体通路口は、積層した伝熱プレートの隣接する伝熱プレート間に形成した熱交換用流体流路に連通し、流体通路口に熱交換媒体である流体が流れる。そのため、流体通路口は流体に対する耐食性を有する構造にしてある。例えば、炭素鋼製フレームにおいては、流体通路口の接液表面を耐食性材料で被覆して流体に直接に接触しないようにしてある。その具体的二例を、図５（Ａ）（Ｂ）で説明する。
【０００３】
図５（Ａ）はフレーム１の部分断面図で、フレーム１に形成した流体通路口２の内周部２ａと軸方向両端に設けた凹段部２ｂ、２ｃに耐食性材料であるゴムブーツ３を嵌着している（例えば、特許文献１参照）。ゴムブーツ３は断面Ｕ字状ないし溝形の環状体で、筒部３ａとその両端から半径方向外方に延在させた前後一対のフランジ部３ｂ、３ｃを有する。ゴムブーツ３のフランジ部３ｂ、３ｃを流体通路口２の凹段部２ｂ、２ｃに嵌め込み、筒部３ａを内周部２ａに圧着させるようにして、ゴムブーツ３を流体通路口２に取付ける。図５（Ａ）でフレーム１の右側が伝熱プレート側、左側が流体用配管側とすると、ゴムブーツ３の伝熱プレート側のフランジ部３ｂに、図５（Ａ）の鎖線で示す伝熱プレート５がガスケット６を介して圧接され、ゴムブーツ３の流体用配管側のフランジ部３ｃが図５（Ａ）の鎖線で示す外部の配管フランジ７にパッキング７’を介して圧接される。このゴムブーツ３の中を流体が出入りすることで、炭素鋼製フレーム１の流体通路口２の表面が流体に直接に接触することが回避され、流体に対する耐食性が確保される。
【０００４】
図５（Ｂ）は、上記と同様なフレーム１の流体通路口２にステンレス鋼などの耐食性金属材８を組付けている。この金属材８は、上記ゴムブーツ３と同様な断面Ｕ字状ないし溝形の環状体で、金属筒８ａの軸方向両端部に平板状の金属リング８ｂ、８ｃの内周部を溶接して構成される。金属材８の溶接は、流体通路口２に組付ける段階で行われる。金属材８の金属リング８ｂ、８ｃを流体通路口２の凹段部２ｂ、２ｃに嵌め、金属筒８ａを内周部２ａに当接させて、金属材８を流体通路口２に取付けることで、上記ゴムブーツ３と同様にして、フレーム１の流体通路口２の表面が流体に直接に接触することが回避され、流体に対する耐食性が確保される。
【特許文献１】実開平０１−１５１０６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図５（Ａ）（Ｂ）に示すような耐食性ゴムブーツ３や金属材８はフレーム１の流体通路口２の耐食性を確保する上で有効であるが、それぞれに次の問題がある。
【０００６】
ゴムブーツ３は安価であり、弾性変形させることで流体通路口２に比較的工数少なくして取付けることができるが、流体通路口２の直径が小さい場合はゴムブーツ３が小径になるため、流体通路以下に折り曲げにくくて流体通路口２への取付けが困難となり、取付作業性が悪くなる。また、ゴムブーツ３が流体との接触で経年劣化するとゴムブーツ３を取り換えるのであるが、この場合も流体通路口２の直径が小さいと取外しが困難となり、交換作業性が悪くなる。
【０００７】
金属材８は、流体通路口２の大きさに応じた３つの金属部材を組付けの段階で溶接して一体化するので、流体通路口２の直径が大小に関係なく取付けることができるが、この取付けに溶接工程が必要であるために取付作業性が悪く、生産効率が低下する問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、積層した複数の伝熱プレートを積層方向両側から一対のフレームで挟持し、前記フレームに貫通させた流体通路口を前記伝熱プレート間の熱交換用流体通路に連通させたプレート式熱交換器において、フレームの流体通路口に耐触性硬質材料からなるボスを、流体通路口内周とボス外周の双方に形成した凹凸による嵌め込み式の係合部によりを介し前記流体通路口の軸方向で拘束した状態で着脱可能に取付けた構造を特徴とする。
【０００９】
ここで、耐食性材料からなるボスは、硬質の樹脂材料やステンレス鋼などの金属材料、ゴム材料で所定の形状に成形された環状部材が適用できる。このような単一材料で構成されるボスは量産が容易であり、安価なものが使用できる。このボスをフレームの流体通路口に着脱可能に取付ける凹凸による係合部は、流体通路口内周に形成した溝などの凹部とこの凹部に嵌まる形状でボス外周に形成した鍔状や部分突起状などの凸部を組合わせた構造や、流体通路口内周に形成した凸部とこの凸部に嵌合される形状でボス外周に形成した凹部を組合わせた構造、これら異なる構造の複数の係合部を組合わせたものが適用できる。いずれの係合部においても、フレームの流体通路口に合わせた形状の単品の耐食性ボスが流体通路口に嵌め込まれると、係合部がボスを軸方向で拘束して、ボスの前後面に伝熱プレートなどから締め付けや運転圧力による外力が作用してもボスは流体通路口で軸方向に動くことがなく、流体通路口を被覆して耐食性を確保する。流体通路口とボスの間の係合部は、ボスを軸方向で拘束するため、ボスを流体通路口に周方向に回転操作するなどして取付けることができ、また、逆の操作をすることで流体通路口からボスを取外すことができる。このようなボスの着脱操作は、工具類を使用することなく手動操作で簡単、迅速に行うことができ、ボスの着脱作業性が良くなる。
【００１０】
本発明におけるフレームの流体通路口とボス間に設ける係合部は、ボス外周の軸方向両端に設けた一対の凸部を備えた構造とすることができる。このボス外周の一対の凸部を流体通路口の軸方向両端部に嵌合させることで、流体通路口内でボスを軸方向に拘束する。この場合の流体通路口の軸方向両端部は、流体通路口内周の軸方向両端部の内周面と、フレームの前面（流体用配管側の面）と後面（伝熱プレート側の面）の流体通路口周辺との角部分、または、この角部分を切削して凹段状に形成した凹部である。前者の角部分にボス外周の凸部を嵌合させるようにすると、流体通路口の加工が工数少なくでき、後者の角部分を切削した凹部にボス外周の凸部を嵌合させるようにすると、凹部に凸部が埋まるように嵌合して両者の嵌合性がよくなる。
【００１１】
本発明においては、流体通路口の軸方向両端に、ボス外周の一対の凸部が周方向に回転自在に嵌合する一対の凹部を形成することができる。この凹部は前述の凹部に相当するもので、ボス外周の凸部と嵌合すると共に、嵌合した状態で凸部と凹部が周方向に相対回転自在とすることで、流体通路口とボスの嵌合に若干の余裕ができて円滑な嵌合ができる。また、流体通路口に嵌挿したボスを周方向にある程度の距離だけ回転させると、凸部と凹部を増大した摩擦力で接触させるようにすれば、流体通路口内でボスが逆回転して抜け出さないように仮ロックすることができる。
【００１２】
また、本発明においては、ボス外周の一対の凸部の一方が周方向の複数箇所から半径方向外方に突設した部分突起であって、流体通路口の内周の前記一対の凹部間に、部分的に、前記伝熱プレート側または流体用配管側の部分突起がを流体通路口の軸方向から挿通可能なボス挿入用凹溝を部分的に形成することができる。ここでのボス挿入用凹溝は、流体通路口にボスを挿入する際のガイド溝となり、ボス外周の部分突起が凹溝の片端から他端へと挿入された時点でボスを回転させると、部分突起が流体通路口の凹溝から凹部へと移動して凹部に係合し、流体通路口にボスが軸方向で拘束される。このような流体通路口の凹溝は、ボスの着脱作業性を良好にする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、フレームの流体通路口に合わせた形状の耐食性ボスを流体通路口に、両者間の凹凸の係合部の係合で軸方向に移動しないよう拘束して着脱可能に取付けるようにしたので、フレームの流体通路口に対するボスの着脱操作が手動で簡単、迅速にできる。また、ボスは量産が容易で生産コストの安い単品が使用でき、しかも、溶接機など特別な機器、工具を使用することなく手作業だけでフレームの流体通路口に取付けることができる。さらに、フレームの流体通路口に対応したサイズのボスを嵌め込むため、流体通路口の大小サイズに関係なく容易に着脱することができて、サイズの異なる多品種のプレート式熱交換器に適用できる実用性、汎用性に優れた効果がある。特に耐食性を有する金属や高耐久性樹脂でボスを製作した場合には、ゴムなどの経年劣化がほとんどなく、半永久的に使用できることからボス交換のための熱交換器分解作業がなくなるメリットがある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を図１〜図４を参照して説明する。
【００１５】
図１（Ａ）（Ｂ）に示すプレート式熱交換器は、フレーム１にその板厚方向に貫通させた流体通路口１０に対して、耐食性材料から成る環状のボス２０を嵌め込み式に装着している。フレーム１は炭素鋼製品で、流体通路口１０に耐食性ボス２０を嵌着することで、流体通路口１０に熱交換媒体の流体に対する耐食性を持たせている。流体通路口１０は内周に、ボス２０を軸方向から挿脱可能に嵌挿させ、嵌挿したボス２０の軸方向の動きを規制する係合部１１を有する。一方、ボス２０はその外周に流体通路口１０の係合部１１に着脱自在に係合する係合部２２を有する。
【００１６】
図２（Ａ）（Ｂ）に、フレーム１の流体通路口１０での正面図と断面図を示す。流体通路口１０は円形の貫通孔で、内周の軸方向両端部に、この両端部の角部をＬ形に切削した一対の凹部１２、１３を有する。各凹部１２、１３は、流体通路口１０の全周に亘り形成された円形の凹段で、この各凹部１２、１３の間が円環状の凸部１４となる。この凸部１４の等間隔の４箇所を流体通路口１０の軸方向に半円形に切削して凹溝１５を形成する。４箇所の各凹溝１５の両端開口が凹部１２、１３の空間に連通する。なお、図２（Ａ）の符号１６は、フレーム１の流体用配管側の前面に図５（Ａ）で示した外部の配管部材７をボルト止めするためのタップ穴で、流体通路口１０の周辺部の４箇所に形成している。
【００１７】
図３（Ａ）（Ｂ）にボス２０の正面図と断面図を示し、図４に斜視図を示す。ボス２０は樹脂やステンレスなどの耐食性材料で成形された円形リング状の単品で、フレーム１とほぼ同一の板厚である。ボス２０の外周の軸方向両端部に、半径方向外方に延在させた凸部２２、２３を一体に有する。一方の凸部２２は、ボス２０の外周の前端側（流体用配管側）の等間隔の４箇所に突設された部分突起で、以下、凸部２２を部分突起２２と称する。他方の凸部２３は、ボス２０の外周の後端側（伝熱プレート側）の全周に突設された鍔部で、以下、凸部２３を鍔部２３と称する。
【００１８】
ボス２０の部分突起２２と鍔部２３を除く外周は、流体通路口１０の凸部１４の内周に嵌着される外径を有する。部分突起２２は、流体通路口１０の凹溝１５に軸方向で抜き差し可能に嵌合し、一方の凹部１２に周方向に相対回転自在に嵌合する半円形の突起である。鍔部２３は、流体通路口１０の他方の凹部１３に全周に亘り嵌合する環状突起である。
【００１９】
フレーム１の流体通路口１０にボス２０を取付けた構造が、図１に示される。図１（Ｂ）のフレーム断面図において、このフレーム１の右側が伝熱プレート側で、同図には伝熱プレート５とガスケット６が示される。流体通路口１０へのボス２０の取付けは、次のように行えばよい。
【００２０】
図１（Ｂ）の伝熱プレート５とガスケット６が無い状態において、フレーム１の伝熱プレート側からボス２０を流体通路口１０に挿入する。まず、ボス２０の部分突起２２を流体通路口１０の後端の凹部１３に嵌め、凹部１３の段面に部分突起２２を摺動させてボス２０を回転させ、部分突起２２が凹部１３の段面に開口する凹溝１５まで移動すると、部分突起２２を凹溝１５に挿入する。そのままボス２０を流体通路口１０内で前方へと挿通し、この挿通を部分突起２２が流体通路口１０の前端の凹部１２に達するまで行う。部分突起２２が凹部１２に達した時点で、ボス２０の後端の鍔部２３が凹部１３に嵌合する。次に、ボス２０を左右いずれかの方向に回転させて、部分突起２２を凹部１２の段面に摺動させながら凹部１２へと移動させて凹部１２に嵌合させて、ボス２０の取付けを終了する。ボス２０は、部分突起２２と鍔部２３が流体通路口１０の両端の凹部１２、１３の段面に当接することで、軸方向の動きが拘束されて流体通路口１０に安定した姿勢で取付けられる。このボス２０の伝熱プレート側の後面にガスケット６を当接させ、反プレート側の前面に配管部材７を当接させることで、ボス２０が流体通路口１０を流体から保護して、流体通路口１０の耐食性を確保する。
【００２１】
流体通路口１０からボス２０を取り外す場合は、上記の手動の取付け動作と逆の動作をすれば、これも手動で簡単に行える。
【００２２】
なお、本発明は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、上記の実施の形態において、ボス２０の軸方向前端側に部分突起を設けると共に後端側に鍔部を設けたが、軸方向前後端の部分突起と鍔部の取付け位置を逆にして、ボスをフレームの流体通路口に流体用配管側から挿入するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】（Ａ）は本発明の実施の形態を示すフレームの部分正面図、（Ｂ）はＴ１−Ｔ１線の断面図である。
【図２】（Ａ）は図１におけるフレームの部分正面図、（Ｂ）はＴ２−Ｔ２線の断面図である。
【図３】（Ａ）は図１におけるボスの正面図、（Ｂ）はＴ３−Ｔ３線の断面図である。
【図４】図３のボスの斜視図である。
【図５】（Ａ）は従来のプレート式熱交換器のフレームの部分断面図、（Ｂ）は他の従来のプレート式熱交換器の部分断面図である。
【符号の説明】
【００２４】
１    フレーム
１０    流体通路口
１１    係合部
１２    凹部
１３    凹部
１４    凸部
１５    凹溝
２０    ボス
２２    凸部、部分突起
２３    凸部、鍔部
【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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