JP2008039310A - ヒートパイプ式熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】製造作業が簡単になるとともに、高温ガス通路と低温ガス通路との間でのガスのリークの発生を、面倒なシール作業を行うことなく防止しうるヒートパイプ式熱交換器を提供する。
【解決手段】ヒートパイプ式熱交換器は、フレーム、フレーム内を高温ガス通路と低温ガス通路とに区画する仕切板５、仕切板５に形成されたヒートパイプ挿通穴16に通されることにより両ガス通路に跨って配置された複数のヒートパイプ６、および各ガス通路内においてヒートパイプ６に設けられたフィンよりなる。仕切板５における各ヒートパイプ挿通穴16の周縁部に、同方向に突出した筒状のフランジ17を一体に形成する。フランジ17の内周面と、仕切板５におけるフランジ17が突出した側とは反対側の面との連接部に丸み18をつける。
【選択図】図３

Description

この発明は、たとえば高温の排気ガスから排熱を回収する排熱回収装置として好適に用いられるヒートパイプ式熱交換器に関する。

従来、排熱回収装置に用いられるヒートパイプ式熱交換器として、フレームと、フレーム内を高温ガス通路と低温ガス通路とに区画する仕切板と、仕切板に形成されたヒートパイプ挿通穴に通されることにより両ガス通路に跨って配置された複数のヒートパイプと、各ガス通路内においてヒートパイプに並列状に取り付けられた複数のプレートフィンとよりなり、フレームの高温ガス通路内に高温の排気ガスが流され、低温ガス通路内に低温の給気が流されるようになっているものが知られている（特許文献１参照）。

このようなヒートパイプ式熱交換器は、仕切板のヒートパイプ挿通穴の数よりも少ない複数のフィンセット用ダミーパイプを、仕切板における全ヒートパイプ挿通穴のうちの一部のヒートパイプ挿通穴に通すこと、仕切板の両側において、それぞれ複数のプレートフィンを並列状に配置するとともに、ダミーパイプをプレートフィンにおける全ヒートパイプ挿通穴のうちの一部のヒートパイプ挿通穴に通すこと、プレートフィンおよび仕切板におけるダミーパイプが通されていないヒートパイプ挿通穴に、一端が開口するとともに他端が閉鎖されたヒートパイプ用コンテナを通すこと、すべてのヒートパイプ用コンテナをプレートフィンおよび仕切板のヒートパイプ挿通穴に通し終わる前に、ダミーパイプをプレートフィンおよび仕切板のヒートパイプ挿通穴から抜くこと、ダミーパイプが抜かれたヒートパイプ挿通穴を含んでヒートパイプ用コンテナが通されていないプレートフィンおよび仕切板の残りのヒートパイプ挿通穴に、ヒートパイプ用コンテナを通すこと、ヒートパイプ用コンテナを拡管してプレートフィンおよび仕切板に固定すること、ならびにヒートパイプ用コンテナ内に作動液を封入してヒートパイプとすることを含む方法により製造される。

ところで、プレートフィンのヒートパイプ挿通穴の内径は、拡管後のヒートパイプ用コンテナの外径と等しく設定されているが、仕切板はプレートフィンに比べて厚肉であるから、仕切板のヒートパイプ挿通穴の内径が、拡管後のヒートパイプ用コンテナの外径と等しく設定されていると、ヒートパイプ用コンテナをヒートパイプ挿通穴に通す作業が困難になる。そこで、ヒートパイプ用コンテナをヒートパイプ挿通穴に通す作業を簡単にするため、仕切板のヒートパイプ挿通穴の径は、拡管後のヒートパイプ用コンテナの外径よりも２ｍｍ程度大きく設定されている。したがって、製造されたヒートパイプ式熱交換器におけるヒートパイプのコンテナの外周面と、仕切板のヒートパイプ挿通穴の内周縁との間をシーラントによりシールしない場合、高温ガス通路と低温ガス通路との間で、ガスのリークが発生するおそれがある。また、シーラントによるシール作業を行う場合には、シール作業が面倒であるという問題がある。
特開平９−４９９２号公報

この発明の目的は、上記問題を解決し、製造作業が簡単になるとともに、高温ガス通路と低温ガス通路との間でのガスのリークの発生を、面倒なシール作業を行うことなく防止しうるヒートパイプ式熱交換器を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために以下の態様からなる。

1)フレーム、フレーム内を高温ガス通路と低温ガス通路とに区画する仕切板、仕切板に形成されたヒートパイプ挿通穴に通されることにより両ガス通路に跨って配置された複数のヒートパイプ、および各ガス通路内においてヒートパイプに設けられたフィンよりなるヒートパイプ式熱交換器において、
仕切板における各ヒートパイプ挿通穴の周縁部に、同方向に突出した筒状のフランジが一体に形成され、フランジの内周面と、仕切板におけるフランジが突出した側とは反対側の面との連接部に丸みがつけられているヒートパイプ式熱交換器。

2)前記丸みの曲率半径が０．３８ｍｍ以上である上記1)請求項２記載のヒートパイプ式熱交換器。

3)仕切板のフランジの内周面とヒートパイプの外周面とが密着しており、この密着部のヒートパイプ長手方向の長さが５ｍｍ以上である上記1)または2)記載のヒートパイプ式熱交換器。

4)上記1)記載のヒートパイプ式熱交換器を製造する方法であって、仕切板を配置しておき、一端が開口するとともに他端が閉鎖されたヒートパイプ用コンテナを、フランジが突出した側とは反対側から仕切板のヒートパイプ挿通穴に通すことを含むヒートパイプ式熱交換器の製造方法。

5)フィンが、複数のヒートパイプ挿通穴を有するプレートフィンからなるとともに、各ガス通路内において複数のプレートフィンが並列状に配置され、ヒートパイプがプレートフィンのヒートパイプ挿通穴に通されることにより各ガス通路内においてヒートパイプにプレートフィンが取り付けられている上記1)記載のヒートパイプ式熱交換器を製造する方法であって、
仕切板のヒートパイプ挿通穴の数よりも少ない複数のフィンセット用ダミーパイプを、仕切板における全ヒートパイプ挿通穴のうちの一部のヒートパイプ挿通穴に通すこと、仕切板の両側において、それぞれ複数のプレートフィンを並列状に配置するとともに、ダミーパイプをプレートフィンにおける全ヒートパイプ挿通穴のうちの一部のヒートパイプ挿通穴に通すこと、プレートフィンおよび仕切板におけるダミーパイプが通されていないヒートパイプ挿通穴に、一端が開口するとともに他端が閉鎖されたヒートパイプ用コンテナを、仕切板におけるフランジが突出した側とは反対側から通すこと、すべてのヒートパイプ用コンテナをプレートフィンおよび仕切板のヒートパイプ挿通穴に通し終わる前に、ダミーパイプをプレートフィンおよび仕切板のヒートパイプ挿通穴から抜くこと、ダミーパイプが抜かれたヒートパイプ挿通穴を含んでヒートパイプ用コンテナが通されていないプレートフィンおよび仕切板の残りのヒートパイプ挿通穴に、ヒートパイプ用コンテナを、仕切板におけるフランジが突出した側とは反対側から通すこと、ヒートパイプ用コンテナを拡管してプレートフィンおよび仕切板に固定すること、ならびにヒートパイプ用コンテナ内に作動液を封入してヒートパイプとすることを含むヒートパイプ式熱交換器の製造方法。

6)仕切板のヒートパイプ挿通穴の内径を、拡管後のヒートパイプ用コンテナの外径と等しく設定しておく上記4)または5)記載のヒートパイプ式熱交換器の製造方法。

7)上記1)〜3)のうちのいずれかに記載のヒートパイプ式熱交換器からなり、フレームの高温ガス通路内に高温の排気ガスが流され、低温ガス通路内に低温の給気が流されるようになっている排熱回収装置。

上記1)のヒートパイプ式熱交換器によれば、その製造にあたって、ヒートパイプ用コンテナを、仕切板のヒートパイプ挿通穴に、仕切板におけるフランジが突出した側とは反対側から通す際に、フランジの内周面と仕切板におけるフランジが突出した側とは反対側の面との連接部につけられた丸みがガイドとして働くので、ヒートパイプ用コンテナのヒートパイプ挿通穴への挿通作業が簡単になる。したがって、プレートフィンの場合と同様に、仕切板のヒートパイプ挿通穴の内径を、拡管後のヒートパイプ用コンテナの外径と等しく設定することが可能になる。その結果、ヒートパイプ式熱交換器における仕切板のフランジ内周面とヒートパイプの外周面とが密着することと相俟って、高温ガス通路と低温ガス通路との間でのガスのリークの発生を、シーラントによる面倒なシール作業を行うことなく防止することができる。

上記2)のヒートパイプ式熱交換器によれば、その製造にあたって、ヒートパイプ用コンテナを仕切板のヒートパイプ挿通穴に通す作業を簡単にする効果が確実に得られる。

上記3)のヒートパイプ式熱交換器によれば、仕切板のフランジの内周面とヒートパイプの外周面との密着面積が増大し、高温ガス通路と低温ガス通路との間でのガスのリークの発生を効果的に防止することができる。

上記4)および5)のヒートパイプ式熱交換器の製造方法によれば、ヒートパイプ用コンテナを、仕切板のヒートパイプ挿通穴に、仕切板におけるフランジが突出した側とは反対側から通す際に、フランジの内周面と仕切板におけるフランジが突出した側とは反対側の面との連接部につけられた丸みがガイドとして働くので、ヒートパイプ用コンテナのヒートパイプ挿通穴への挿通作業が簡単になる。したがって、プレートフィンの場合と同様に、仕切板のヒートパイプ挿通穴の内径を、拡管後のヒートパイプ用コンテナの外径と等しく設定することが可能になる。その結果、ヒートパイプ式熱交換器における仕切板のフランジ内周面とヒートパイプの外周面とが密着することと相俟って、高温ガス通路と低温ガス通路との間でのガスのリークの発生を、シーラントによる面倒なシール作業を行うことなく防止することができる。

上記6)のヒートパイプ式熱交換器の製造方法によれば、高温ガス通路と低温ガス通路との間でのガスのリークの発生を、シーラントによる面倒なシール作業を行うことなく防止することができる。

以下、この発明の実施形態を、図面を参照して説明する。

図１はこの発明によるヒートパイプ式熱交換器の全体構成を示し、図２および図３はその要部の構成を示す。また、図４〜図６はヒートパイプ式熱交換器の製造方法を示す。

以下の説明において、図１および図４〜図６の上下、左右を上下、左右というものとする。

図１において、ヒートパイプ式熱交換器(1)は、フレーム(2)と、フレーム(2)内を左右方向に並んだ高温ガス通路(3)と低温ガス通路(4)とに区画する仕切板(5)と、仕切板(5)に貫通させられることにより両ガス通路(3)(4)に跨って配置された複数のヒートパイプ(6)と、各ガス通路(3)(4)内においてヒートパイプ(6)に並列状に固定された複数のプレートフィン(7)とよりなる。

フレーム(2)は、上下方向に間隔をおいて配置された左右方向に長い水平状の上下両フレーム部材(8)と、上下両フレーム部材(8)の左右両端部に跨るように配置されて上下両フレーム部材(8)に固定された垂直状の左右両フレーム部材(9)と、上下両フレーム部材(8)の左右方向中央部間に配置されて上下両フレーム部材(8)に固定された垂直状の中桟(11)とよりなる。

上下両フレーム部材(8)の周縁部には上下方向外側への環状壁(8a)が一体に形成されている。左右両フレーム部材(9)の周縁部には左右方向外側へ突出した環状壁(9a)が一体に形成されている。また、左右両フレーム部材(9)には、ヒートパイプ(6)の左右両端部が入り込む外方膨出部(9b)が形成されている。そして、左右両フレーム部材(9)の周縁部および上下両フレーム部材(8)における環状壁(8a)の左右両側壁部分を貫通したボルト(12)とナット(13)とにより、左右両フレーム部材(9)が上下両フレーム部材(8)に固定されている。中桟(11)は横断面Ｌ字状であって、左右方向と平行な面内に位置する第１板状部分(11a)と、第１板状部分(11a)の左側縁に連なりかつガスの流れ方向の内方に突出した第２板状部分(11b)とからなり（図２参照）、図示は省略したが、溶接、ボルト止めなどの適当な方法で上下両フレーム部材(8)に固定されている。

図２に示すように、仕切板(5)は、その周縁部および中桟(11)の第２板状部分(11b)を貫通したボルト(14)とナット(15)とにより中桟(11)に固定されており、これにより仕切板(5)は、中桟(11)を介してフレーム(2)の上下両フレーム部材(8)に固定されている。仕切板(5)には、複数の円形のヒートパイプ挿通穴(16)が形成されており、ヒートパイプ(6)はヒートパイプ挿通穴(16)に通されている。仕切板(5)における各ヒートパイプ挿通穴(16)の周縁部に、同方向に、ここでは左方に突出した円筒状のフランジ(17)が一体に形成されている。図３に示すように、フランジ(17)の内周面と、仕切板(5)におけるフランジ(17)が突出した側とは反対側の面（右側面）との連接部には丸み(18)がつけられている。丸み(18)の曲率半径(R)は、０．３８ｍｍ以上であることが好ましい。また、後述するように、ヒートパイプ用コンテナ(6A)は、ヒートパイプ挿通穴(16)に通された後拡管により仕切板(5)に固定されているので、ヒートパイプ挿通穴(16)の内径およびフランジ(17)の内径と、拡管後のヒートパイプ用コンテナ(6A)の外径とは等しくなっている。また、フランジ(17)の内周面とヒートパイプ用コンテナ(6A)の外周面とは密着している。この密着部の左右方向の長さ(L)（ヒートパイプ(6)長手方向の長さ）は５ｍｍ以上であることが好ましい。

図２および図３に示すように、プレートフィン(7)には、複数の円形のヒートパイプ挿通穴(19)が形成されており、ヒートパイプ(6)はヒートパイプ挿通穴(19)に通されている。また、プレートフィン(7)における各ヒートパイプ挿通穴(19)の周縁部に、同方向に、ここでは右方に突出した円筒状のフランジ(21)が一体に形成されている。このフランジ(21)は、その先端が右隣のプレートフィン(7)に当接しており、プレートフィン(7)間の間隔を一定に保つスペーサの働きをしている。また、後述するように、ヒートパイプ用コンテナ(6A)は、ヒートパイプ挿通穴(19)に通された後拡管によりプレートフィン(7)に固定されているので、ヒートパイプ挿通穴(19)の内径およびフランジ(21)の内径と、拡管後のヒートパイプ用コンテナ(6A)の外径とは等しくなっている。

次に、図４〜図６を参照して、ヒートパイプ式熱交換器(1)の製造方法について説明する。

まず、上下両フレーム部材(8)を間隔をおいて配置し、中桟(11)の上下両端部を上下両フレーム部材(8)に固定するとともに、中桟(11)に仕切板(5)を固定することによって、中桟(11)を介して仕切板(5)を上下両フレーム部材(8)に固定する。

ついで、仕切板(5)のヒートパイプ挿通穴(16)の数よりも少ない複数のフィンセット用ダミーパイプ(22)を、仕切板(5)における全ヒートパイプ挿通穴(16)のうちの一部のヒートパイプ挿通穴(16)に通した後、仕切板(5)の両側において、それぞれ複数のプレートフィン(7)を並列状に配置するとともに、ダミーパイプ(22)をプレートフィン(7)における全ヒートパイプ挿通穴(19)のうちの一部のヒートパイプ挿通穴(19)に通す（図４参照）。

ついで、プレートフィン(7)および仕切板(5)におけるダミーパイプ(22)が通されていないヒートパイプ挿通穴(19)(16)に、一端が開口するとともに他端が閉鎖されたヒートパイプ用コンテナ(6A)を、仕切板(5)におけるフランジ(17)が突出した側とは反対側（右側）から通す（図５参照）。ここで、複数のヒートパイプ用コンテナ(6A)をプレートフィン(7)および仕切板(5)のヒートパイプ挿通穴(19)(16)に通した後、すべてのヒートパイプ用コンテナ(6A)をプレートフィン(7)および仕切板(5)のヒートパイプ挿通穴(19)(16)に通し終わる前に、ダミーパイプ(22)をプレートフィン(7)および仕切板(5)のヒートパイプ挿通穴(19)(16)から抜く。そして、ダミーパイプ(22)が抜かれたヒートパイプ挿通穴(19)(16)を含んでヒートパイプ用コンテナ(6A)が通されていないプレートフィン(7)および仕切板(5)の残りのヒートパイプ挿通穴(19)(16)に、ヒートパイプ用コンテナ(6A)を、仕切板(5)におけるフランジ(17)が突出した側とは反対側から通す。ヒートパイプ用コンテナ(6A)を、仕切板(5)のヒートパイプ挿通穴(16)に、仕切板(5)におけるフランジ(17)が突出した側とは反対側から通す際に、フランジ(17)の内周面と仕切板(5)におけるフランジ(17)が突出した側とは反対側の面との連接部につけられた丸み(18)がガイドとして働くので、ヒートパイプ用コンテナ(6A)のヒートパイプ挿通穴(16)への挿通作業が簡単になる。

なお、プレートフィン(7)の肉厚は、仕切板(5)の肉厚（通常、２ｍｍ程度である）よりもかなり薄く、０．１〜０．１２ｍｍ程度であるから、フランジ(21)の内周面と、プレートフィン(7)におけるフランジ(21)が突出した側とは反対側の面との連接部に丸みがつけられていなくても、ヒートパイプ用コンテナ(6A)の挿通作業に支障を来すことはない。

ついで、すべてのヒートパイプ用コンテナ(6A)を、液圧を利用して拡管することによりプレートフィン(7)および仕切板(5)に固定する。ついで、すべてのヒートパイプ用コンテナ(6A)内に作動液を封入してヒートパイプ(6)を形成する。最後に、左右両フレーム部材(9)を、上下両フレーム部材(8)に固定する（図６参照）。こうして、ヒートパイプ式熱交換器(1)が製造される。

上記実施形態においては、ヒートパイプ(6)のコンテナ(6a)の外周面と、仕切板(5)のヒートパイプ挿通穴(16)の内周縁との間はシーラントによりシールされていないが、この部分がシーラントによりシールされていてもよい。

この発明によるヒートパイプ式熱交換器の実施形態の全体構成を示す斜視図である。 図１のＡ−Ａ線拡大断面図である。 図２の部分拡大図である。 図１のヒートパイプ式熱交換器を製造する方法の１工程を示す斜視図である。 図１のヒートパイプ式熱交換器を製造する方法における図４とは異なる工程を示す斜視図である。 図１のヒートパイプ式熱交換器を製造する方法における図４および図５とは異なる工程を示す斜視図である。

符号の説明

(1)：ヒートパイプ式熱交換器
(2)：フレーム
(3)：高温ガス通路
(4)：低温ガス通路
(5)：仕切板
(6)：ヒートパイプ
(6A)：ヒートパイプ用コンテナ
(7)：プレートフィン
(8)：上下両フレーム部材
(9)：左右両フレーム部材
(16)：ヒートパイプ挿通穴
(17)：フランジ
(18)：丸み
(19)：ヒートパイプ挿通穴
(21)：フランジ
(22)：ダミーパイプ

Claims (7)

1. フレーム、フレーム内を高温ガス通路と低温ガス通路とに区画する仕切板、仕切板に形成されたヒートパイプ挿通穴に通されることにより両ガス通路に跨って配置された複数のヒートパイプ、および各ガス通路内においてヒートパイプに設けられたフィンよりなるヒートパイプ式熱交換器において、
   仕切板における各ヒートパイプ挿通穴の周縁部に、同方向に突出した筒状のフランジが一体に形成され、フランジの内周面と、仕切板におけるフランジが突出した側とは反対側の面との連接部に丸みがつけられているヒートパイプ式熱交換器。
2. 前記丸みの曲率半径が０．３８ｍｍ以上である請求項１記載のヒートパイプ式熱交換器。
3. 仕切板のフランジの内周面とヒートパイプの外周面とが密着しており、この密着部のヒートパイプ長手方向の長さが５ｍｍ以上である請求項１または２記載のヒートパイプ式熱交換器。
4. 請求項１記載のヒートパイプ式熱交換器を製造する方法であって、仕切板を配置しておき、一端が開口するとともに他端が閉鎖されたヒートパイプ用コンテナを、フランジが突出した側とは反対側から仕切板のヒートパイプ挿通穴に通すことを含むヒートパイプ式熱交換器の製造方法。
5. フィンが、複数のヒートパイプ挿通穴を有するプレートフィンからなるとともに、各ガス通路内において複数のプレートフィンが並列状に配置され、ヒートパイプがプレートフィンのヒートパイプ挿通穴に通されることにより各ガス通路内においてヒートパイプにプレートフィンが取り付けられている請求項１記載のヒートパイプ式熱交換器を製造する方法であって、
   仕切板のヒートパイプ挿通穴の数よりも少ない複数のフィンセット用ダミーパイプを、仕切板における全ヒートパイプ挿通穴のうちの一部のヒートパイプ挿通穴に通すこと、仕切板の両側において、それぞれ複数のプレートフィンを並列状に配置するとともに、ダミーパイプをプレートフィンにおける全ヒートパイプ挿通穴のうちの一部のヒートパイプ挿通穴に通すこと、プレートフィンおよび仕切板におけるダミーパイプが通されていないヒートパイプ挿通穴に、一端が開口するとともに他端が閉鎖されたヒートパイプ用コンテナを、仕切板におけるフランジが突出した側とは反対側から通すこと、すべてのヒートパイプ用コンテナをプレートフィンおよび仕切板のヒートパイプ挿通穴に通し終わる前に、ダミーパイプをプレートフィンおよび仕切板のヒートパイプ挿通穴から抜くこと、ダミーパイプが抜かれたヒートパイプ挿通穴を含んでヒートパイプ用コンテナが通されていないプレートフィンおよび仕切板の残りのヒートパイプ挿通穴に、ヒートパイプ用コンテナを、仕切板におけるフランジが突出した側とは反対側から通すこと、ヒートパイプ用コンテナを拡管してプレートフィンおよび仕切板に固定すること、ならびにヒートパイプ用コンテナ内に作動液を封入してヒートパイプとすることを含むヒートパイプ式熱交換器の製造方法。
6. 仕切板のヒートパイプ挿通穴の内径を、拡管後のヒートパイプ用コンテナの外径と等しく設定しておく請求項４または５記載のヒートパイプ式熱交換器の製造方法。
7. 請求項１〜３のうちのいずれかに記載のヒートパイプ式熱交換器からなり、フレームの高温ガス通路内に高温の排気ガスが流され、低温ガス通路内に低温の給気が流されるようになっている排熱回収装置。

Images