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技術 熱交換器及びその製造方法

出願人 株式会社西部技研株式会社桂精機製作所
発明者 岡野浩志河邉希篠原修二藤田淳一
出願日 2015年2月26日 (5年2ヶ月経過) 出願番号 2015-036792
公開日 2016年9月1日 (3年8ヶ月経過) 公開番号 2016-156603
状態 特許登録済
技術分野 一般的な熱交換又は熱伝導装置の細部2
主要キーワード 溝状部分 直交流型熱交換器 フッ素ゴムシート 挿入配設 メタルシート 高気密性 ステンレスシート 単板構造
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2016年9月1日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (13)

課題

シリコーンを含む材料を使用できないような場所での熱交換を可能とする熱交換器を提供する。

解決手段

熱交換積層体11をコーナー部材12、天板13、底板14で固定し、コーナー部材12と熱交換積層体11のコーナー部分との接合部に加硫剤を配合した未加硫ゴムを挿入し、この未加硫のゴムを加熱して加硫を進行させて発泡させ、ゴムを膨張させる。これによって、短時間で熱交換器10の気密保持効果を高められ、シリコーンを含む材料が使えないような塗装工場等でも使える熱交換器を容易に製造できる。

概要

背景

工場乾燥炉等の換気を行なう際、乾燥炉等から排出される排気の熱を熱交換器によって回収すると、エネルギー損失が少なくなり、省エネルギー効果を高めることができる。つまり工場の乾燥炉等の高温の排気と、外気などの常温の空気とが熱交換され、温度の上昇した外気を乾燥炉等に供給することで、外気を加熱するエネルギーが節約される。

このような工場や機械装置用の熱交換器としては、熱回収効率を考慮して、アルミニウム伝熱シートを積層した直交流型の熱交換器が望ましい。こうした熱交換器としては矩形の伝熱シートが積層されたものがよく知られており、その場合、矩形のコーナー部分の気密保持手段が重要となる。気密保持手段には、通常エポキシ樹脂や、特に耐熱性が要求される場合はシリコーンを含むコーキング剤が使用される。

ただし、こうした熱交換が、塗装工場や、塗装工程乾燥器フィルムコーティング装置フィルム印刷乾燥機飲料缶用メタルシート印刷乾燥機などへの空気供給に適用される場合に、供給される乾燥空気にシリコーンが含まれると、塗面にシリコーンが付着し、微量でも塗膜が押しのけられたような凹みを生じ、塗膜の一部に下地露出するハジキ等の塗装不良が発生する。よって、熱交換器に使用する材料にシリコーンが含まれないようにする必要があり、気密保持手段にシリコーンを含むコーキング剤は使用できない。

この他、熱交換器として、外気と還気ガス移行アルミニウムシート自体からのリークを防止するため、空隙率の大きい熱交換積層体を使用することがある。この場合に、前記塗装不良の点を考慮して、シリコーンを含むコーキング剤等を使用する代わりに、矩形のコーナー部分の気密保持にフッ素ゴム系コーキング剤や塗料を使用すると、コーキング剤に多量に含まれる溶剤蒸発により肉痩せして気密保持効果が失われることがある。一方、コーキング剤の溶剤含有量を少なくすると、コーキング剤が硬くなり塗布が不可能になる。また、コーキング剤に代えて、フッ素ゴムスポンジを隙間部に挿入加圧する方法では、熱交換積層体の強度が弱いため変形して、気密保持効果が発揮できない。

これに対し、特許文献1に開示されているような、未加硫乃至半加硫熱硬化性エラストマーやフッ素ゴムを使って加硫接着させる技術がある。

概要

シリコーンを含む材料を使用できないような場所での熱交換を可能とする熱交換器を提供する。熱交換積層体11をコーナー部材12、天板13、底板14で固定し、コーナー部材12と熱交換積層体11のコーナー部分との接合部に加硫剤を配合した未加硫のゴムを挿入し、この未加硫のゴムを加熱して加硫を進行させて発泡させ、ゴムを膨張させる。これによって、短時間で熱交換器10の気密保持効果を高められ、シリコーンを含む材料が使えないような塗装工場等でも使える熱交換器を容易に製造できる。

目的

本発明は前記課題を解消するためになされたもので、複数の伝熱シートを積層した熱交換積層体におけるコーナー部分での気密保持を十分に図れる熱交換器、及び、加熱を一回行うだけで簡略に熱交換積層体のコーナー部分に気密保持効果を生じさせられる熱交換器製造方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

伝熱シートを積層した熱交換積層体を少なくとも有し、積層された各伝熱シート間の隙間を、熱交換対象となる第一の流体流路と第二の流体の流路に交互に設定されて、伝熱シートを介して第一の流体と第二の流体が熱交換可能な熱交換器において、前記熱交換積層体のコーナー部分に断面略L字状のコーナー部材が配設されると共に、当該コーナー部材と熱交換積層体のコーナー部分との間に、加硫剤を配合した未加硫ゴムがあらかじめ介設され、コーナー部材と熱交換積層体のコーナー部分との間で未加硫ゴムが加熱され、当該加熱によりゴムで加硫が進行し、当該加硫に伴う発泡により膨張したゴムで、コーナー部材と熱交換積層体のコーナー部分との間が気密状態として閉塞されることを特徴とする熱交換器。

請求項2

前記請求項1に記載の熱交換器において、前記熱交換積層体のコーナー部分又は前記コーナー部材の熱交換積層体との接合部分に、前記未加硫のゴムを配置可能な切欠きが設けられることを特徴とする熱交換器。

請求項3

前記請求項1又は2に記載の熱交換器において、前記熱交換積層体の伝熱シート積層方向両端部に平板状部材固定配設され、当該平板状部材と熱交換積層体との間に、ひも状のゴムが挿入配設されることを特徴とする熱交換器。

請求項4

前記請求項1又は2に記載の熱交換器において、前記熱交換積層体の伝熱シート積層方向両端部に平板状部材が固定配設され、当該平板状部材と前記コーナー部材の端部が接合固定されると共に、コーナー部材端部と平板状部材との間にゴム塗料が塗布されることを特徴とする熱交換器。

請求項5

伝熱シートを積層した熱交換積層体のコーナー部分に、断面略L字状のコーナー部材を配設すると共に、コーナー部材と熱交換積層体のコーナー部分との間に、加硫剤を配合した未加硫のゴムをあらかじめ介設し、熱交換積層体に対し未加硫ゴム及びコーナー部材を設けた後、少なくとも未加硫ゴムを加熱し、当該加熱によりゴムで加硫を進行させて、当該加硫に伴う発泡によりゴムを膨張させ、コーナー部材と熱交換積層体のコーナー部分との間の空隙を膨張したゴムで閉塞して気密状態とすることを特徴とする熱交換器の製造方法。

技術分野

0001

本発明は、静止型熱交換器及びその製造方法に関するものである。

背景技術

0002

工場乾燥炉等の換気を行なう際、乾燥炉等から排出される排気の熱を熱交換器によって回収すると、エネルギー損失が少なくなり、省エネルギー効果を高めることができる。つまり工場の乾燥炉等の高温の排気と、外気などの常温の空気とが熱交換され、温度の上昇した外気を乾燥炉等に供給することで、外気を加熱するエネルギーが節約される。

0003

このような工場や機械装置用の熱交換器としては、熱回収効率を考慮して、アルミニウム伝熱シートを積層した直交流型の熱交換器が望ましい。こうした熱交換器としては矩形の伝熱シートが積層されたものがよく知られており、その場合、矩形のコーナー部分の気密保持手段が重要となる。気密保持手段には、通常エポキシ樹脂や、特に耐熱性が要求される場合はシリコーンを含むコーキング剤が使用される。

0004

ただし、こうした熱交換が、塗装工場や、塗装工程乾燥器フィルムコーティング装置フィルム印刷乾燥機飲料缶用メタルシート印刷乾燥機などへの空気供給に適用される場合に、供給される乾燥空気にシリコーンが含まれると、塗面にシリコーンが付着し、微量でも塗膜が押しのけられたような凹みを生じ、塗膜の一部に下地露出するハジキ等の塗装不良が発生する。よって、熱交換器に使用する材料にシリコーンが含まれないようにする必要があり、気密保持手段にシリコーンを含むコーキング剤は使用できない。

0005

この他、熱交換器として、外気と還気ガス移行アルミニウムシート自体からのリークを防止するため、空隙率の大きい熱交換積層体を使用することがある。この場合に、前記塗装不良の点を考慮して、シリコーンを含むコーキング剤等を使用する代わりに、矩形のコーナー部分の気密保持にフッ素ゴム系コーキング剤や塗料を使用すると、コーキング剤に多量に含まれる溶剤蒸発により肉痩せして気密保持効果が失われることがある。一方、コーキング剤の溶剤含有量を少なくすると、コーキング剤が硬くなり塗布が不可能になる。また、コーキング剤に代えて、フッ素ゴムスポンジを隙間部に挿入加圧する方法では、熱交換積層体の強度が弱いため変形して、気密保持効果が発揮できない。

0006

これに対し、特許文献1に開示されているような、未加硫乃至半加硫熱硬化性エラストマーやフッ素ゴムを使って加硫接着させる技術がある。

先行技術

0007

特開2001−341206号公報

発明が解決しようとする課題

0008

上記特許文献1に開示されたものは、加硫接着させる場合に、加熱と同時に加圧を施す必要がある。この特許文献1に記載の発明では、十分な強度を有して加圧が容易なプレート式熱交換器単板構造を対象としているので、加熱と同時の加圧を実施できる。しかし、この加熱と同時の加圧は、過大な外力を加えると変形のおそれがある、複数の薄い伝熱シートが積層された熱交換積層体の側面部をシールする方法には適用できないという問題があった。

0009

本発明は前記課題を解消するためになされたもので、複数の伝熱シートを積層した熱交換積層体におけるコーナー部分での気密保持を十分に図れる熱交換器、及び、加熱を一回行うだけで簡略に熱交換積層体のコーナー部分に気密保持効果を生じさせられる熱交換器製造方法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

0010

本発明の開示に係る熱交換器は、熱交換器において熱交換対象となる流体のリークが発生しやすいコーナー部分に、加硫剤を配合した未加硫状態ゴムを挿入し、加圧しない状態で加熱してゴムの加硫を進行させることによって、同時にゴムを膨張させ、気密状態を確保したものである。

発明の効果

0011

本発明の熱交換器の製造方法は、複数の伝熱シートを積層したのち、熱交換積層体のコーナー部分とコーナー部材との間に加硫剤を配合した未加硫状態のゴムを加圧せずに挿入し、一回加熱するだけで未加硫状態のゴムを発泡させて膨張させ、積層体コーナー部分の空隙に発泡し膨張したゴムを進入させて気密保持効果を持たせることができ、伝熱シートの強度が低い場合でも加圧しないことで変形をもたらさずに済み、気密保持手段にシリコーンを含むものを一切使用することなく、容易且つ確実に気密保持状態を得られると共に、熱交換器に使用する材料からシリコーンを排除でき、塗装不良の発生も抑えられる、という利点を有する。

0012

また、伝熱シートの積層体又はコーナー部材の接合部において、積層体又はコーナー部材のいずれかに切欠きを設け、この切欠きに加硫剤を配合した未加硫状態のゴムを挿入することで、積層体又はコーナー部材で略溝状に連なる切欠き部分にゴムを棒状の連続状態で適切に配置でき、加熱によりゴムを加硫し、加硫で発生するガスにより発泡したゴムが膨張する状況で、各伝熱シート間の空隙に膨張したフッ素ゴムが進入する状態を適切に得られ、気密保持状態をより確実なものにできる。

図面の簡単な説明

0013

本発明の第1の実施形態に係る熱交換器の斜視図である。
本発明の第1の実施形態に係る熱交換器に用いる熱交換積層体の要部概略斜視図である。
本発明の第1の実施形態に係る熱交換器に用いる熱交換積層体のシート端部構造説明図である。
本発明の第1の実施形態に係る熱交換器に用いる熱交換積層体のシート積層状態説明図である。
本発明の第1の実施形態に係る熱交換器における熱交換積層体とケーシングのコーナー部材とを組み付ける際の上面図である。
本発明の第1の実施形態に係る熱交換器における熱交換積層体とケーシングのコーナー部材とを組み付ける際の側面図である。
本発明の第1の実施形態に係る熱交換器における加硫前後のコーナー部分断面図である。
本発明の第1の実施形態に係る熱交換器における熱交換積層体とケーシングの天板底板との気密保持効果付与後の側面図である。
本発明の第2の実施形態に係る熱交換器の分解斜視図である。
本発明に係る熱交換器におけるコーナー部材と熱交換積層体のコーナー部分との接合部の切欠き形状例を示す上面図である。
直交流型の静止型熱交換器の例を示す斜視図である。
向流型の静止型熱交換器の例を示す斜視図である。

実施例

0014

本発明は、矩形の伝熱シートが積層された熱交換積層体の4つのコーナー部分にそれぞれ断面略L字状のコーナー部材を接合して、このコーナー部材と熱交換積層体のコーナー部分の間に、加硫剤を配合した未加硫状態のゴム、例えばフッ素ゴムを挿入し、加熱し加硫することによってゴムを熱交換積層体の多数の空隙内部に膨張侵入させて、コーナー部材と積層体コーナー部分との間の気密を図るという目的を実現した。

0015

(本発明の第1の実施形態)
以下、本発明の第1の実施形態に係る熱交換器を図1ないし図8に基づいて説明する。熱交換積層体11は、アルミニウムシートなどの伝熱シート16を複数積層して形成される。そして、熱交換積層体11は、金属製のコーナー部材12、天板13、底板14でできたケーシングにボルトリベットなどで組み付けられる。なお、伝熱シート16としては、アルミニウムシートの他、特に熱交換する空気中に腐食性物質を含む場合は、耐蝕コーティングを施したアルミニウムシートやステンレスシートなど耐腐食性のある金属シートを用いてもよい。

0016

熱交換積層体11の概略図を図2に示す。還気の流れAと外気の流れBとは伝熱シートで完全に隔離されており、ガス移行は発生しない。また、熱交換積層体11のシート端部15が、図3に示すように二重折曲げ加工接合されており、積層体の強度が増し、シート端部の接合部からの空気のリークも発生しない。

0017

熱交換積層体11に用いる伝熱シート16の一例を図4に示す。伝熱シート16に上方向のリブ17を設け、還気の流れAの伝熱シートと外気の流れBの伝熱シートとを90度の角度でずらしている。なお、このことは、伝熱シートに90度の角度で凹凸のリブを設けてなしてもよい。以上のように、伝熱シートの形状については、熱交換効率圧損等を考慮して、適宜最適なものを選択すればよい。

0018

図5に本実施形態に係る熱交換器10の熱交換積層体11とケーシングのコーナー部材12を組み付けるときの上面図を示す。コーナー部材12は、ケーシングの一部として十分な強度を有する、断面が等辺L字状の金属材である。なお、コーナー部材は不等辺のL字状断面であってもよく、L字の開き角も熱交換積層体のコーナー部分の角度に対応する任意の角度とすることができ、全体として略L字状をなしていれば中空部分を有する断面形状でもかまわない。

0019

また、熱交換積層体11は一段毎にシート端部15に二重折り曲げ加工があるため、上から見ると四角形の各コーナー部分に切欠き状の部分がある。この部分に当たるように、加硫剤を配合した棒状の未加硫ゴム18を熱交換積層体11とコーナー部材12との間に挟み込む。

0020

このように、熱交換積層体11又はコーナー部材12の接合部において、熱交換積層体かコーナー部材のいずれかに切欠きを形成し、この切欠きに基づいて生じた溝状部分に棒状の未加硫ゴム18を加圧しない状態で挿入してから、加熱してゴムを加硫し、この加硫に伴う発泡でゴムを膨張させ空隙を閉塞することで気密状態確保を図る。

0021

その後、図6に示すようにフッ素ゴムシートなどのリーク防止部材19を底板14とコーナー部材12の間に挟んで、底板14とコーナー部材12をボルトなどで固定する。四箇所全てのコーナー部材12と底板14とを固定したら、天板13も同様に固定する。

0022

組み立てた熱交換器10を175〜200℃で1時間加熱保持することにより、未加硫ゴム18を加硫する。未加硫ゴム18は、オープン状態で加熱すると、加硫により発生する水蒸気二酸化炭素により発泡する。これにより、図7のようにゴムを膨張させて熱交換積層体11の多数の空隙内部に進入させることができ、コーナー部材12と熱交換積層体11のコーナー部分との間の気密状態確保を図ることが可能となる。また、ゴムは開放状態でしかも発泡により多孔質になっているので、加硫時に発生するガスも抜けやすくなり、長時間の二次加硫を要することなく短時間で加硫が完了するという特徴もある。

0023

加熱して加硫を進行させた後、図8に示すように熱交換積層体11と天板13、底板14との間に角ひも状のフッ素ゴムなどのリーク防止部材20を押し込んで充填する。その後、その部分にゴム塗料、例えばフッ素ゴム塗料、を塗布して気密保持効果を高くする。また、リーク防止部材19を挟み込んだコーナー部材12と天板13、底板14との間にも同様にゴム塗料を塗布する。
ゴム塗料を塗布完了後、室温で20〜30分放置して、200℃で1時間保持し塗料を硬化させる。この工程は未加硫ゴム18の加熱による加硫に先立って実施しても良い。

0024

未加硫ゴムの従来の一般的使用方法は、加硫剤を配合した未加硫ゴムを金型プレス加熱(170〜180℃で10〜45分)して成形一次加硫し、その後金型から取り出して再度加熱して(200〜230℃で24時間)二次加硫することで物性を安定化させて完成品を得るというものである。本発明はこれとは異なり、加圧しない状態で、加硫剤を配合した未加硫ゴムを急加熱すると、加硫反応により発生するガスでゴムが発泡することに着目して、空隙を多く有する熱交換積層体のコーナー部分を簡単確実に気密構造化する方法を想到したものである。

0025

(本発明の第2の実施形態)
図9に別の実施形態に係る熱交換器を示す。この熱交換器は平板状伝熱シートとスペーサーとして波付加工した伝熱シートとを交互に直交するように積層した直交流型熱交換器である。この熱交換器においても、前記第1の実施形態同様に熱交換積層体11とコーナー部材12との間に設けた未加硫ゴム18の加熱により気密状態確保を実現できる。

0026

なお、前記第1の実施形態においては、コーナー部材12と熱交換積層体11のコーナー部分との接合部の切欠きについては、図10(a)に示した形状としているが、これに限られるものではなく、図10(b)〜(f)に示すような様々な形態を用いることが可能である。さらに、これらの図示形状以外の形状を適宜採用してもかまわない。

0027

本発明の熱交換器は、以上のような方法で製作され、シリコーンを含む材料が空気の供給経路に使用できない塗装工場、フィルム印刷乾燥機、飲料缶用メタルシート印刷乾燥機、その他乾燥装置や、シリコーン雰囲気によりリレー接触不良が危惧される部屋等での熱交換器として使用することができる。

0028

また、前記各実施形態では図11に示すような直交流型の熱交換器を例示して説明したが、これに限られるものではなく、本発明は図12に示すような向流型や、斜交流型の熱交換器の場合でも同様に実施可能である。

0029

本発明は、上記のとおりシリコーンを含む材料を使用できない場所でも使用可能な高気密性の熱交換器を提供することができる。

0030

10熱交換器
11熱交換積層体
12コーナー部材
13天板
14底板
15素子端
16伝熱シート
17リブ
18ゴム
19リーク防止部材
20 リーク防止部材

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