JP2010243099A - 水冷式熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】着脱容易で且つシール性に優れた犠牲陽極の取付構造を有する水冷式熱交換器を提供する。
【解決手段】水冷式熱交換器には、冷媒室と水室とが区画形成されたシェル（11）と、該シェル（11）の冷媒室内に設けられて水が流れる伝熱管と、シェル（11）の開口（32）から水室（S21,S22）に挿入され且つ開口（32）を閉鎖する閉鎖板（34）に取り付けられた犠牲陽極（31）とが設けられている。シェル（11）の開口（32）の外側周縁部に形成された固定座面（33）と該固定座面（33）に対向する閉鎖板（34）の鎖閉面（34a）との間には、固定座面（33）と鎖閉面（34a）とに面接触する板状のシール部材（35）が設けられている。
【選択図】図５

Description

本発明は、犠牲陽極を備えた水冷式熱交換器に関する。

従来より、船舶の空気調和装置等において水冷式のシェルアンドチューブ型の熱交換器が用いられている。船舶に設置された水冷式の熱交換器では、海水を導入して熱交換媒体として用いることが多い。そのため、海水によって熱交換器内部の金属が腐食してしまう虞があった。そこで、従来より、このような水冷式熱交換器では、内部に犠牲陽極を設け、犠牲陽極を先に酸化させることによって内部の金属の腐食を防止していた（例えば、特許文献１参照）。

従来、犠牲陽極の取り換えを容易にするために、図６に示すような犠牲陽極の取付構造が採用されたものがあった。具体的には、熱交換器の蓋（100）に孔（100A）を形成し、該孔（100A）を閉鎖する閉鎖板（102）に犠牲陽極（101）を固定している。これにより、該閉鎖板（102）を蓋（100）に取り付けることによって、犠牲陽極（101）を熱交換器の内部に設置することができる一方、上記閉鎖板（102）を蓋（100）から取り外すことによって、犠牲陽極（101）を熱交換器の内部から容易に取り出すことができる。このようにして、図６に示す熱交換器では、犠牲陽極の着脱が容易に構成されている。

ところで、上記熱交換器では、蓋（100）に孔（100A）を形成するため、該孔（100A）部分から内部の水が外部に漏れ出さないようにシール部材が設けられている。具体的には、閉鎖板（102）の蓋（100）との当接面に円環状の溝（104）を形成し、該溝（104）の内部にＯリング（105）を設けている。このような構造により、熱交換器の内部の水が外部へ漏れないようにしている。

特開２００５−１９４６２４号公報

しかしながら、上述のようなＯリング（105）を用いたシール構造では、Ｏリング（105）と蓋（100）及び閉鎖板（102）との接触部分が小さいために、充分にシールできない虞があった。

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、着脱容易で且つシール性に優れた犠牲陽極の取付構造を有する水冷式熱交換器を提供することにある。

第１の発明は、冷媒室（S1）と水室（S3,S21,S22）とが区画形成されたシェル（11）と、該シェル（11）の上記冷媒室（S1）内に設けられて水が流れるチューブ（12）と、上記シェル（11）の開口（32）から上記水室（S21,S22）に挿入され且つ上記開口（32）を閉鎖する閉鎖部材（34）に取り付けられた犠牲陽極（31）とを備えた水冷式熱交換器であって、上記シェル（11）の上記開口（32）の外側周縁部に形成された固定座面（33）と該固定座面（33）に対向する上記閉鎖部材（34）の鎖閉面（34a）との間に設けられ、上記固定座面（33）と鎖閉面（34a）とに面接触する板状のシール部材（35）を備えている。

第１の発明では、閉鎖部材（34）を取り外すことによって犠牲陽極（31）をシェル（11）内の水室（S21,S22）から取り出すことができる一方、閉鎖部材（34）をシェル（11）に取り付けることによって犠牲陽極（31）をシェル（11）内の水室（S21,S22）に設置することができる。また、シェル（11）の開口（32）の外側周縁部に形成された固定座面（33）と、該固定座面（33）と対向する閉鎖部材（34）の鎖閉面（34a）との間には、両方の面に面接触する板状のシール部材（35）が設けられている。そのため、従来のようなＯリングを用いた場合に比べて、シール部材（35）と固定座面（33）及び鎖閉面（34a）との接触面積が格段に大きくなり、固定座面（33）と鎖閉面（34a）との間のシール性が向上する。

第２の発明は、第１の発明において、上記シール部材（35）は、上記固定座面（33）と上記鎖閉面（34a）とに全面接触するガスケットによって構成されている。

第２の発明では、固定座面（33）と鎖閉面（34a）との間は、該固定座面（33）と鎖閉面（34a）とに全面接触するガスケットによって隙間無くシールされている。

本発明によれば、閉鎖部材（34）を取り外すことによって犠牲陽極（31）をシェル（11）内の水室（S21,S22）から取り出すことができる一方、閉鎖部材（34）をシェル（11）に取り付けることによって犠牲陽極（31）をシェル（11）内の水室（S21,S22）に設置することができる。また、シェル（11）の固定座面（33）と閉鎖部材（34）の鎖閉面（34a）との間に、両方の面に面接触する板状のシール部材（35）を設けたことにより、従来のＯリングを用いていた場合に比べて、シール部材（35）と固定座面（33）及び鎖閉面（34a）との接触面積を拡大することができる。これにより、固定座面（33）と鎖閉面（34a）との間のシール性を格段に向上させることができ、固定座面（33）と鎖閉面（34a）との間への水の浸入を確実に防止することができる。従って、水室（S21,S22）内の水が外部へ漏れ出ることを防止することができると共に、シェル（11）及び閉鎖部材（34）の腐食を防止することができる。

また、第２の発明によれば、シール部材（35）を、固定座面（33）と鎖閉面（34a）とに全面接触するガスケットによって構成することにより、固定座面（33）と鎖閉面（34a）との間を隙間無くシールすることができる。よって、固定座面（33）と鎖閉面（34a）との間への水の浸入を確実に防止することができ、水漏れ及び固定座面（33）と鎖閉面（34a）との腐食をより確実に防止することができる。

また、シール部材（35）を固定座面（33）に全面接触させることにより、固定座面（33）の開口（32）側の角部にもシール部材（35）が当接するため、腐食し易い角部をシール部材（35）によって保護することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る犠牲陽極を備えた熱交換器の一部を切り欠いて示す正面図である。 図２は、図１のＩＩ方向矢視図である。 図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。 図４は、図１における前蓋付近の拡大図である。 図５は、犠牲陽極付近を拡大して示した断面図である。 図６は、従来の犠牲陽極の取付構造を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１に示すように、本発明の実施形態に係る熱交換器（10）は、所謂シェルアンドチューブ型の熱交換器である。つまり、密閉型の円筒形のシェル（11）と、該シェル（11）内部に設けられた複数の伝熱管（チューブ）（12）とを備えている。熱交換器（10）は、支持台（13）に固定され、シェル（11）の軸が水平方向に延びるように横向きに設置されている。

シェル（11）は、円筒状の胴部（11a）と、該胴部（11a）の一端側に設けられた前蓋（11b）と、胴部（11a）の他端側に設けられた後蓋（11c）とを備えている。

胴部（11a）の一端は、円板状の前管板（21）によって覆われている。一方、胴部（11a）の他端は、円板状の後管板（22）によって覆われている。この前管板（21）及び後管板（22）によって、シェル（11）の内部は、胴部（11a）と両管板（21,22）によって覆われた冷媒室（S1）と、前蓋（11b）と前管板（21）とによって覆われた前側水室（S2）と、後蓋（11c）と後管板（22）とによって覆われた後側水室（S3）とに区画されている。

胴部（11a）の上部であって長手方向の中央部には、冷媒の導入管（15）の一端が接続されている。一方、胴部（11a）の下部であって長手方向の中央部と両端部とのそれぞれの間には、冷媒の導出連絡管（16）の一端部と他端部とがそれぞれ接続されている。該導出連絡管（16）の中央部には、導出管（17）の一端が接続されている。導入管（15）と導出管（17）の一端は、上記冷媒室（S1）においてそれぞれ開口している。図示を省略するが、導入管（15）と導出管（17）の他端は、空気調和装置等の冷凍装置の冷媒回路に接続されている。

前蓋（11b）の上部には、水の流入管（18）が接続されている。一方、前蓋（11b）の下部には、水の流出管（19）が接続されている。また、前蓋（11b）の内側には、仕切板（11d）が形成されている。該仕切板（11d）は、上記前側水室（S2）を、流入管（18）側の入口水室（S21）と流出管（19）側の出口水室（S22）とに仕切っている。つまり、流入管（18）の一端は入口水室（S21）において開口し、流出管（19）の一端は出口水室（S22）において開口している。

冷媒室（S1）には、複数の伝熱管（12）が胴部（11a）の軸方向に延びるように設けられている。複数の伝熱管（12）は、前端が前管板（21）に支持される一方、後端が後管板（22）に支持されるように、両管板（21,22）に挿入されている。具体的には、前管板（21）及び後管板（22）には複数の貫通孔が形成されており、複数の伝熱管（12）の両端部は、前管板（21）及び後管板（22）の複数の貫通孔にそれぞれ挿入されている。なお、複数の伝熱管（12）の前端は前側水室（S2）の入口水室（S21）又は出口水室（S22）において開口し、後端は上記後側水室（S3）において開口している。

このような構成により、入口水室（S21）、後側水室（S3）及び出口水室（S22）は、複数の伝熱管（12）によって連通されることとなる。つまり、冷媒室（S1）の上半分に配された伝熱管（12）によって入口水室（S21）と後側水室（S3）とが連通され、冷媒室（S1）の下半分に配された伝熱管（12）によって後側水室（S3）と出口水室（S22）とが連通されている。そして、これら３つの水室（S3,S21,S22）と複数の伝熱管（12）とによって複数の水流路が形成されている。

なお、本実施形態では、上記シェル（11）、伝熱管（12）、前管板（21）及び後管板（22）は、鋳鉄によって形成されている。

〈犠牲陽極の取付構造〉
本熱交換器（10）には、シェル（11）、両管板（21,22）及び伝熱管（12）等の腐食を防止するために犠牲陽極（31）が設けられている。以下、犠牲陽極（31）の取付構造について具体的に説明する。

本実施形態では、犠牲陽極（31）は、前側水室（S2）を形成するシェル（11）の前蓋（11b）に取り付けられている。具体的には、犠牲陽極（31）は、入口水室（S21）と出口水室（S22）とに１つずつ設けられている。

図２乃至図４に示すように、上記前蓋（11b）は、椀状に形成された本体部（11e）と、前側水室（S2）を流入管（18）側の入口水室（S21）と流出管（19）側の出口水室（S22）とに仕切る上記仕切板（11d）と、本体部（11e）から前側（図２の紙面手前側、図４の右側）に向かって突出する台座部（11f）とを有している。

上記台座部（11f）は、前蓋（11b）に接続される流入管（18）と流出管（19）とを隔てるように且つ前蓋（11b）の直径方向に長く形成されている。また、台座部（11f）を長手方向に略三等分したときの両端部は、中央部よりも突出高さが僅かに低く形成され、平坦に形成されている。

前蓋（11b）の上記平坦に形成された部分には、それぞれ該前蓋（11b）を内外に貫通する開口（32）が形成されている。該開口（32）は、それぞれ断面円形状に形成され、本体部（11e）及び台座部（11f）を貫通している。つまり、該開口（32）の外側周縁部は平坦に形成され、後述する閉鎖板（34）を取り付けるための固定座面（33）を構成している。

上記２つの開口（32）は、閉鎖板（34）によって閉鎖されている。閉鎖板（34）は、断面が菱形形状に形成され、台座部（11f）の固定座面（33）とに対向する鎖閉面（34a）が平坦面となるように形成されている。また、閉鎖板（34）の鎖閉面（34a）の中央部には、犠牲陽極（31）が取り付けられている。閉鎖板（34）は、該犠牲陽極（31）が上記開口（32）から入口水室（S21）及び出口水室（S22）のそれぞれに挿入されると共に、上記開口（32）を前蓋（11b）の外側から閉鎖するように上記固定座面（33）にボルト（40）によって固定されている。

図５に示すように、上記２つの閉鎖板（34）の鎖閉面（34a）と台座部（11f）の固定座面（33）との間には、シール部材（35）が設けられている。該シール部材（35）は、板状に形成され、台座部（11f）の固定座面（33）と閉鎖板（34）の鎖閉面（34a）とに面接触している。また、該シール部材（35）は、閉鎖板（34）と同形状（断面菱形形状）に形成され、上記固定座面（33）及び鎖閉面（34a）に全面接触するガスケットによって構成されている。これにより、固定座面（33）と鎖閉面（34a）との間は、シール部材（35）によって隙間無くシールされている。

なお、本実施形態では、犠牲陽極（31）は亜鉛によって形成され、閉鎖板（34）は、鋳鉄によって形成されている。

〈犠牲陽極の交換手順〉
まず、ボルト（40）を外して閉鎖板（34）を前蓋（11b）から取り外すことにより、犠牲陽極（31）を前蓋（11b）の開口（32）から熱交換器（10）外部に取り出す。そして、閉鎖板（34）に取り付けられた犠牲陽極（31）を交換する。

新たな犠牲陽極（31）を閉鎖板（34）に固定した後、シール部材（35）を固定座面（33）上に仮置きした状態で、犠牲陽極（31）を開口（32）から水室（入口水室（S21）又は出口水室（S22））内に挿入させて、該開口（32）を鎖閉面（34a）によって閉鎖する。そして、ボルト（40）を締結して、閉鎖板（34）を前蓋（11b）に固定する。これにより、シール部材（35）が固定座面（33）と鎖閉面（34a）とに挟み込まれると共に該固定座面（33）と鎖閉面（34a）とに面接触する。その結果、開口（32）の外側周縁部に形成された固定座面（33）と該固定座面（33）に対向する閉鎖部材（34）の鎖閉面（34a）との間が水密に保持される。

−熱交換動作−
まず、流入管（18）を介して入口水室（S21）に水が供給される。入口水室（S21）に流入した水は、前端が該入口水室（S21）において開口する伝熱管（12）（図１における上半分の伝熱管）の内部を通って後側水室（S3）に至る。後側水室（S3）に流入した水は、流動方向を１８０°転換し、前端が出口水室（S22）において開口する伝熱管（12）（図１における下半分の伝熱管）を通って出口水室（S22）に至る。そして、出口水室（S22）に流入した水は、流出管（19）から排出される。

一方、冷媒室（S1）には、導入管（15）を介して冷媒回路の冷媒が導入される。冷媒室（S1）に導入された冷媒は、複数の伝熱管（12）の外側を上層部から下層部へと流れる。このとき、伝熱管（12）の外側を流れる冷媒は、伝熱管（12）の内部を流れる水と熱交換を行う。そして、冷媒室（S1）の下層部に至った冷媒は、導出連絡管（16）に流入し、導出管（17）から排出される。

なお、本熱交換器（10）の入口水室（S21）及び出口水室（S22）には、上述したようにシェル（11）及び伝熱管（12）の腐食を防止するために犠牲陽極（31）が設けられている。つまり、水室（S21,S3,S22）及び伝熱管（12）によって形成される複数の水流路に、犠牲陽極（31）が設けられている。これにより、複数の水流路では、鉄製のシェル（11）、伝熱管（12）、前管板（21）及び後管板（22）よりも、イオン化傾向の高い亜鉛製の犠牲陽極（31）が先に腐食する。これにより、シェル（11）、伝熱管（12）、前管板（21）及び後管板（22）の腐食が防止されることとなる。

−実施形態の効果−
以上より、本熱交換器（10）では、閉鎖板（34）を取り外すことによって犠牲陽極（31）をシェル（11）内の水室（入口水室（S21）又は出口水室（S22））から取り出すことができる一方、閉鎖板（34）をシェル（11）に取り付けることによって犠牲陽極（31）をシェル（11）内の水室（入口水室（S21）又は出口水室（S22））に設置することができる。また、シェル（11）の固定座面（33）と閉鎖板（34）の鎖閉面（34a）との間に、両方の面に面接触する板状のシール部材（35）を設けたことにより、従来のＯリングを用いていた場合に比べて、シール部材（35）と固定座面（33）及び鎖閉面（34a）との接触面積を拡大することができる。これにより、固定座面（33）と鎖閉面（34a）との間のシール性を格段に向上させることができ、固定座面（33）と鎖閉面（34a）との間への水の浸入を確実に防止することができる。従って、水室（入口水室（S21）又は出口水室（S22））内の水が外部へ漏れ出ることを防止することができると共に、シェル（11）及び閉鎖板（34）の腐食を防止することができる。

また、本熱交換器（10）によれば、シール部材（35）を、固定座面（33）と鎖閉面（34a）とに全面接触するガスケットによって構成することにより、固定座面（33）と鎖閉面（34a）との間を隙間無くシールすることができる。よって、固定座面（33）と鎖閉面（34a）との間への水の浸入を確実に防止することができ、水漏れ及び固定座面（33）と鎖閉面（34a）との腐食をより確実に防止することができる。

また、シール部材（35）を固定座面（33）に全面接触させることにより、固定座面（33）の開口（32）側の角部にシール部材（35）が当接する。そのため、防食被膜が剥がれ易い角部をシール部材（35）によって保護することができる。

《その他の実施形態》
上記実施形態については、以下のような構成としてもよい。

上記実施形態では、犠牲陽極（31）を入口水室（S21）及び出口水室（S22）に設けていたが、設置箇所はこれに限られない。後側水室（S3）に設けてもよく、３つの水室（S3,S21,S22）の全てに設けることとしてもよい。また、いずれかの水室（S3,S21,S22）に複数個設けられていてもよい。

また、上記実施形態では、シェル（11）の内部は、冷媒室（S1）と前側水室（S2）と後側水室（S3）とに区画形成されていたが、シェル（11）は、冷媒室（S1）と該冷媒室（S1）の前側にのみ水室（S21,S22）が区画形成されたものであってもよい。

また、上記実施形態では、シール部材（35）は、閉鎖板（34）と断面形状が等しくなるように形成されていた。しかし、シール部材（35）の形状はこれに限られない。シール部材（35）は、板状に形成され、固定座面（33）と鎖閉面（34a）とに面接触するものであればいかなる形状であってもよい。

また、上記実施形態では、シェル（11）、伝熱管（12）、前管板（21）、後管板（22）及び閉鎖板（34）を鋳鉄によって形成し、犠牲陽極（31）を亜鉛によって形成している。しかし、これらの部材の材質は上述のものに限られない。犠牲陽極（31）を他の部材よりもイオン化傾向の高い材質で形成するのであれば、いかなる材質であってもよい。

また、上述のような犠牲陽極（31）の取付構造は、船舶の空気調和装置等に用いられ、海水を導入する水冷式の熱交換器において特に有用であるが、これ以外の用途に用いられる水冷式の熱交換器においても用いることができ、これらにおいても有用である。

以上説明したように、本発明は、犠牲陽極を備えた水冷式熱交換器について有用である。

１０ 熱交換器
１１ シェル
１２ 伝熱管（チューブ）
３１ 犠牲陽極
３２ 開口
３３ 固定座面
３４ 閉鎖板（閉鎖部材）
３４ａ 鎖閉面
３５ シール部材
Ｓ１ 冷媒室
Ｓ２ 前側水室
Ｓ３ 後側水室
Ｓ２１ 入口水室
Ｓ２２ 出口水室

Claims (2)

1. 冷媒室（S1）と水室（S3,S21,S22）とが区画形成されたシェル（11）と、該シェル（11）の上記冷媒室（S1）内に設けられて水が流れるチューブ（12）と、上記シェル（11）の開口（32）から上記水室（S21,S22）に挿入され且つ上記開口（32）を閉鎖する閉鎖部材（34）に取り付けられた犠牲陽極（31）とを備えた水冷式熱交換器であって、
   上記シェル（11）の上記開口（32）の外側周縁部に形成された固定座面（33）と該固定座面（33）に対向する上記閉鎖部材（34）の鎖閉面（34a）との間に設けられ、上記固定座面（33）と鎖閉面（34a）とに面接触する板状のシール部材（35）を備えている
   ことを特徴とする水冷式熱交換器。
2. 請求項１において、
   上記シール部材（35）は、上記固定座面（33）と上記鎖閉面（34a）とに全面接触するガスケットによって構成されている
   ことを特徴とする水冷式熱交換器。

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