JP2015209997A - 組立型板状熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】組立型板状熱交換器を提供する。【解決手段】一対の伝熱板を結合させることで内部に第１流動路が形成されるペアを複数組み立てることで前記ペア同士の間に第２流動路が形成されるコアと、前記コアの各角部に配置された複数の支持ビームと、前記コアと前記支持ビームとの間に挟持され、「Ｕ」字形に折り曲げられた板状のコアスプリングと、それぞれの前記支持ビームの両端に締結される一対のケーシングと、前記コア、前記支持ビーム、前記コアスプリング、及び前記ケーシングの外面にそれぞれ形成されたホーロー層と、を含む、組立型板状熱交換器。【選択図】図１

Description

本発明は、組立型板状熱交換器に関する。

一般に、高温ガス用熱交換器は、装着される熱交換構造の方式によって板状熱交換器、円盤状熱交換器などに分けられる。板状熱交換器は平板状の伝熱板を複数配置して、高温流体と低温流体とが伝熱板によって分離されて流動するようにしたものであり、このような構造によって高温流体から低温流体への熱伝達がなされる。

例えば、廃棄物の完全燃焼のためには、約８００℃以上の高温の熱が必要である。この際、燃焼後に捨てられる高温の廃ガスと低温の空気とをこのような板状熱交換器によって互いに熱交換し、熱交換によって昇温された空気を燃焼室に投入することにより、回収された熱量の分だけの熱エネルギーを節減することができる。

このような板状熱交換器では、複数の伝熱板の間に形成された高温流体の流動通路と、低温流体の流動通路とが互いに交差するように構成される。ここで、高温流体の熱が低温流体側に伝達される過程において、伝熱板は、膨脹または収縮を繰り返すことになる。このような伝熱板の膨脹または収縮が繰り返された場合、熱交換機は、伝熱板の疲労度が蓄積し、最終的には、耐久性が低下するという問題がある。

このような問題点を解決するための方案として、従来、伝熱板と伝熱板との間にガスケットを挟み込んで支えたり、または、伝熱板を波形に成形したりすることにより、伝熱板に膨脹及び収縮に対する耐久性を付与する構造が提案されている。

しかし、前者の場合、定期的にガスケットを入れ替えなければならないことに加えて、伝熱板の間ごとにガスケットを挟み込まなければならず、煩雑であるという問題がある。後者の場合は、成形の特性上、０．８ｍｍ以下の薄型伝熱板を波形に成形する場合、成形が困難になるという問題があり、また、高温や高圧に脆弱になるという問題、さらに、事後掃除などの維持保守が容易ではなくなるという問題がある。

また、前後者共に、高温流体が流入する伝熱板間の接合部、および伝熱板ガスケット間の接合部が高温によって摩耗するという問題があり、また摩耗が進行した場合、接合部の間で漏洩が発生し、高温流体と低温流体が混合されるという問題がある。

そこで、本出願人は、上記の問題点を解決するために、韓国登録特許第９１７４２３号に開示された技術を研究、開発した。この技術によれば、伝熱板の膨脹及び収縮が補正されることにより、高温流体による摩耗および漏洩が生じない耐久性に優れた板状熱交換器が提供される。

韓国登録特許第９１７４２３号公報

しかしながら、前記技術において、コア、ケーシング、支持ビーム、スプリングを結合する場合、それぞれの構成部を溶接で組み立てるため、製造が容易でなかった。また、溶接によってさらに他の熱変形などが引き起こされるという問題があった。さらに、故障などによって解体が必要な場合に、解体が容易でないという問題があった。

一方、従来の熱交換器では、熱損失を防止するために、素材として金属または合金などが用いられる。しかし、金属の特性上、外部に露出される場合、多様な環境変化によって金属の変質または変形が発生する可能性があり、変質または変形により寿命が低下する可能性があった。

そのため、鋼板の表面に塗装層を塗布することにより鋼板を外部環境から保護する技術が提案されている。しかし、熱交換器は、熱交換によって鋼板に反復的な膨脹および収縮が発生するため、塗装層が鋼板から剥離、または破損することがあった。塗装層が剥離または破損した部位は、鋼板が露出してしまうため、かかる技術では、問題点を克服することが難しかった。

そこで、本発明の目的とするところは、伝熱板の膨脹及び収縮を補正しつつ、それぞれの構成部材の組立の際に溶接部が最小化されることにより組立及び解体が容易な、新規かつ改良された組立型板状熱交換器を提供することにある。

また、本発明の目的とするところは、金属材から構成されるコア、支持ビーム及びケーシングなどの表面にホーロー層からなる塗装層を形成して物理的特性を強化することにより、外部環境への耐性が向上した、新規かつ改良された組立型板状熱交換器を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、一対の伝熱板を結合させることで内部に第１流動路が形成されるペアを複数組み立てることで前記ペア同士の間に第２流動路が形成されるコアと、前記コアの各角部に配置された複数の支持ビームと、前記コアと前記支持ビームとの間に挟持され、「Ｕ」字形に折り曲げられた板状のコアスプリングと、それぞれの前記支持ビームの両端に締結される一対のケーシングと、前記コア、前記支持ビーム、前記コアスプリング、及び前記ケーシングの外面にそれぞれ形成されたホーロー層と、を含む、組立型板状熱交換器が提供される。

前記ホーロー層は、前記コア、前記支持ビーム、前記コアスプリング、及び前記ケーシングの外面にそれぞれ積層されるオイル層と、フリット、顔料及びシリコン系オイルが添加されて乾式粉砕され、前記オイル層の上面に塗布されることで形成される上薬層と、を含み、前記上薬層の塗布後に焼成加工されるによって形成されてもよい。

前記フリットは、二酸化珪素１００質量部に対し、酸化ホウ素２０〜３０質量部、酸化ナトリウム２０〜３０質量部、及び酸化カルシウム５〜１０質量部を含んでもよい。

前記フリットは、二酸化珪素１００質量部に対し、酸化カリウム１〜５質量部、酸化マグネシウム０．５〜２質量部、酸化亜鉛１〜５質量部、酸化リチウム１〜５質量部、二酸化マンガン１〜５質量部、酸化コバルト０．５〜２質量部、酸化ニッケル１〜５質量部、酸化銅１〜５質量部、酸化ストロンチウム０．５〜２質量部、酸化アルミニウム０．５〜２質量部、三酸化二鉄１〜５質量部、五酸化燐０．５〜２質量部、二酸化チタン１〜５質量部、三酸化二クロム０．５〜２質量部、三酸化モリブデン０．５〜２質量部、及び二酸化セリウム０．５〜２質量部の中から選択された１種以上の酸化物をさらに含んでもよい。

前記フリットは、二酸化珪素１００質量部に対し、電気炉精錬スラグ１０〜２０質量部、塩化アンモニウム０．０５〜３質量部、及びプロピオンアミド０．０１〜０．０５質量部をさらに含んでもよい。

前記コアは、複数の前記ペアを含み、それぞれの前記ペアは一対の前記伝熱板を含み、それぞれの前記伝熱板は四角板状であり、前記伝熱板は、一両側辺に形成される一対の第１折曲部と、他の両側辺に形成され、前記第１折曲部の折曲方向とは反対方向に折り曲げられた第２折曲部とを備え、対となる前記伝熱板の前記第１折曲部同士が結合されることで、対となる前記伝熱板同士の内部に前記第１流動路が形成され、前記伝熱板の前記第２折曲部同士が結合されることで前記ペア同士の間に前記第１流動路の流動方向と直交する流動方向を有する前記第２流動路が形成され、前記コアは、前記伝熱板間の前記第２折曲部によって形成される開口をカバーし、前記コアスプリングと締結されるエッジカバーをさらに含んでもよい。

それぞれ形成された一対の前記第２折曲部の端部に、それぞれ保護カバーがさらに設けられてもよい。

折り曲げられた板状形状を有し、一端部は前記支持ビームに締結され、前記一端部と対向する他端部には複数の収容切欠部が形成される弾性支持フレームをさらに含み、前記収容切欠部は、前記保護カバーの各々を収容してもよい。

前記一対のケーシングは弾性締結具によって締結され、前記弾性締結具は、前記ケーシングの外側に突出し、端部にフランジが形成された締結管と、前記締結管を貫通するスタッドと、前記スタッドによって貫通され、前記フランジと接するワッシャスプリングと、前記スタッドによって貫通され、前記ワッシャスプリングと接するワッシャと、前記ワッシャの外側で前記スタッドと締結される締結ナットとを含んでもよい。

前記コアは、両側面に最外側伝熱板が設けられ、前記最外側伝熱板に締結される前記一対のケーシングとの間には遮断空間部が形成されてもよい。

前記最外側伝熱板は、前記一対のケーシングに設けられる折曲形状の締結板と、前記締結板と前記ケーシングとの空間を埋める締結バーとの間に、前記最外側伝熱板の前記第１折曲部が挟まれることによって前記一対のケーシングに締結されてもよい。

以上説明したように、本発明に係る組立型板状熱交換器は、コア、一対のケーシング、支持ビームなどがボルト結合などによって締結可能であるため、溶接が必要なく、組立の際の変形などの問題が発生せず、組立及び解体が容易である。また、本発明に係る組立型板状熱交換器は、それぞれの構成がコアスプリング、弾性締結具などによって締結され、高温流体によるコアの膨脹及び収縮を補正することができるため、亀裂、疲労などを防止して耐久性を向上させることができる。

また、本発明に係る組立型板状熱交換器は、コア、支持ビーム及びケーシングなどの金属製鋼板に変形に対する構造的な補正手段を設けるとともに、表面にホーロー層を形成することにより、鋼板の耐食性、耐化学性、耐候性及び耐熱性などの物理的特性を強化することができる。特に、本発明に係る組立型板状熱交換器は、熱変形によってホーロー層が鋼板から剥離されないため、より鋼板の物理的特性を強化することができる。

本発明のホーロー層が形成された組立型板状熱交換器の斜視図である。 本発明のホーロー層が形成された組立型板状熱交換器の分解斜視図である。 本発明の一構成部材である伝熱板を示す斜視図である。 本発明の一構成部材であるペアを示す斜視図である。 本発明の一構成部材であるコアを示す斜視図である。 図１のＡ部の結合状態を示す詳細図である。 図１のＢ部の結合状態を示す詳細図である。 本発明の一実施例であるコアに保護カバー及び弾性支持フレームが形成された構成を示す平面図である。 本発明の一実施例であるホーロー層のコーティング工程を説明するためのフローチャート図である。 本発明の一実施例に係るホーロー層を示す断面図である。

以下、本発明の構成及び作用を添付図面に基づいてより具体的に説明する。本発明の説明において、この明細書及び請求範囲に使用された用語や単語は、発明者が自分の発明を最良の方法で説明するために用語の概念を適切に定義するという原則に従って、本発明の技術的思想に合う意味及び概念に解釈されなければならない。

本発明は、組立型板状熱交換器に関する。具体的には、本発明は、ビーム及びコアがそれぞれ単位モジュールで構成されて組立または解体が容易であり、締結手段に弾性を付与することでコアの熱変形を補正し、亀裂および漏洩などを防止して構造的安全性を増加させた組立型板状熱交換器に関する。また、本発明は、ケーシング、ビーム及びコアの外面をホーロー層でコートし、相互間の熱交換時の熱損失を防止し、また、温度の急変による変形に対する耐久性を向上させることができる組立型板状熱交換器に関する。

図１は本発明のホーロー層が形成された組立型板状熱交換器の斜視図であり、図２は本発明のホーロー層が形成された組立型板状熱交換器の分解斜視図である。また、図３は本発明の一構成部材である伝熱板を示す斜視図であり、図４は本発明の一構成部材であるペアを示す斜視図であり、図５は本発明の一構成部材であるコアを示す斜視図である。また、図６は図１のＡ部の結合状態を示す詳細図であり、図７は図１のＢ部の結合状態を示す詳細図である。また、図８は本発明の一実施例であるコアに保護カバー及び弾性支持フレームが形成された構成を示す平面図である。さらに、図９は本発明の一実施例であるホーロー層のコーティング工程を説明するフローチャート図であり、図１０は本発明の一実施例に係るホーロー層を示す断面図である。

本発明の組立型板状熱交換器は、図１に示すように、一対の伝熱板１００が結合されてなるペア２００が複数結合されてなるコア３００と、一対のケーシング５００と、ケーシング５００の間に装着される複数の支持ビーム６００と、を備える。また、本発明の組立型板状熱交換器は、前記コア３００および前記ケーシング５００の間に装着されるコアスプリング４００と、前記ケーシング５００の間に形成された弾性締結具７００とをさらに備える。

また、前記コア３００、支持ビーム６００及びケーシング５００の外面には、それぞれホーロー層９００がコートされる。これにより、外部環境にさらされるコア３００、支持ビーム６００及びケーシング５００の耐久性を強化することができ、かつ、熱損失を防止することができる。また、これにより、熱交換の特性上発生する、温度の急変による金属の形状変形にも対応できるようになる。

前記ケーシング５００は、図１及び図２に示すように、前記コア３００の両側面において高温流体（ＨＦ）および低温流体（ＬＦ）が流されないコア３００の両外側の伝熱板１００（最外側伝熱板１００−１）に、後述する締結板５３０などを介して結合される構成部材である。前記ケーシング５００の端部には、折曲部が形成されることで突出リブ５１０が設けられる。このような突出リブ５１０はケーシング５００の座屈変形などを防止する構成部材である。

前記支持ビーム６００は、一対のケーシング５００の間に装着される構造部材である。前記支持ビーム６００は、ケーシング５００の角部に装着され、その内部にコア３００などが定置することができるようにする構成部材である。前記支持ビーム６００は、多様に形成することができるが、図１及び図２では、中空をなすように平板を折り曲げたバー状であり、両端が塞がった形状を有する支持ビーム６００を例示する。また、図１及び図２では、支持ビーム６００は、四角板状のケーシング５００の４つの角部に４つ装着される。前記支持ビーム６００と前記ケーシング５００とは、図示しないボルト結合によって締結される。

前記コア３００は、前述したように、一対の伝熱板１００が結合されたペア２００が複数結合されてなる。前記コア３００は、高温流体（ＨＦ）と低温流体（ＬＦ）とがコア３００の内部で分離された流動を形成するように伝熱板１００によって多様に構成され、本発明ではその一例を例示する。図３に示すように、伝熱板１００は四角板状の部材であり、一対の両側辺に折り曲げられて形成される一対の第１折曲部１１０と、他の一対の両側辺に形成され、前記第１折曲部の折曲方向とは反対方向に折り曲げられた第２折曲部１２０とを有する。前記第１折曲部１１０及び前記第２折曲部１２０が形成される場合、前記第１折曲部１１０及び前記第２折曲部１２０は、伝熱板１００の平板部１３０において、それぞれ傾斜面１４０、１５０を構成されるように形成されることが好ましい。このような傾斜面１４０、１５０によって、流体が流動する際に渦流が発生することを防止することができる。前記伝熱板１００には、図示されないコーティング層が形成され、腐食及び熱変形が防止される。前記コーティング層は、公知の技術であり、ホーローコーティング、ガラスコーティングなどの腐食防止のための多様なコーティング技術を用いて形成することができるのは言うまでもない。

図４は、一対の伝熱板１００を結合して形成されたペア２００を示す。ペア２００は、それぞれの伝熱板１００に形成されたそれぞれの対向する第１折曲部１１０を接合することにより形成される。前記ペア２００には、前記第１折曲部１１０の折曲によって内部空間が形成され、該内部空間によって第１折曲部１１０と平行な第１流動路２１０が形成される。前記第１流動路２１０を通って高温流体（ＨＦ）または低温流体（ＬＦ）の流動が可能になる。なお、図面には前記第１流動路２１０を通じて高温流体（ＨＦ）が流動する場合を示した。

一方、図３などには、それぞれの伝熱板１００の平板部１３０の一面にスタッドピン１６０が複数形成された例を示した。前記スタッドピン１６０によれば、高温流体（ＨＦ）によって発生する熱変形などによって、前記第１流動路２１０及び後述する第２流動路３１０の間隔が変動することを防止することができる。

また、図３などに示すように、それぞれの伝熱板１００は、平板部１３０の一面にスタッドバー１７０が、複数形成される。前記スタッドバー１７０によれば、高温流体（ＨＦ）によって発生する熱変形などによって、前記第１流動路２１０及び後述する第２流動路３１０の間隔が変動することを防止することができる。

また、図４に示すように、前記ペア２００には、一対の伝熱板１００それぞれの第２折曲部１２０及び傾斜面１５０によってペア２００の上端及び下端に形成される開口をカバーするエッジカバー２２０がそれぞれ装着される。このようなエッジカバー２２０により、第１流動路２１０の入口及び出口で流体が漏洩することを防止することができる。また、本発明では、前記エッジカバー２２０の一端部が第２折曲部１２０の外側に突出するようにし、一端部にボルト孔２２１を形成することで、前記支持ビーム６００に一端部４１０が結合できるようにしている。具体的には、一端部４１０は、前記支持ビーム６００に到着されたコアスプリング４００の他端部４２０にボルト結合（図示せず）によって締結される。すなわち、前記コア３００は、前記エッジカバー２２０によって前記支持ビーム６００とコアスプリング４００を介して結合される。最終的に、コア３００と支持ビーム６００とは、ボルト結合によって結合され、組立及び解体を容易にすることができる。

また、図６に示すように、前記エッジカバー２２０と前記コアスプリング４００との締結の際に、前記エッジカバー２２０と前記コアスプリング４００との間にセラミック板４３０が挟まれて締結される。これによれば、コア３００で発生する熱を前記セラミック板４３０が遮断するため、熱によるコアスプリング４００の変形が防止され、全体としてコア３００の熱による位置変形などを防止することにより、熱交換効率を向上させることができる。

前記セラミック板４３０は、酸化亜鉛、インジウムスズ酸化物、ケイ酸マグネシウム、酸化マグネシウム、アンチモンスズ酸化物、カオリン、二酸化ケイ素、三酸化アルミニウムからなる群より選択された１種、または２種以上の混合物からなることができる。このような組成によれば、コア３００のエッジカバー２２０を介して前記コアスプリング４００に熱が伝逹されることを防止することができる。

また、図６に示すように、前記セラミック板４３０の上面にはワッシャ板（図示せず）がさらに設けられて締結されてもよい。

前述したような構成のペア２００が複数結合されることによって前記コア３００が形成される。前記コア３００は、それぞれのペア２００を構成する伝熱板１００の第２折曲部１２０を結合することによって形成される。前記第２折曲部１２０の折曲によって内部空間が形成され、該内部空間によって第２折曲部１２０と平行な第２流動路３１０が形成される。前記第２流動路３１０を通って高温流体（ＨＦ）または低温流体（ＬＦ）の流動が可能になる。なお、図面には前記第２流動路３１０を通じて低温流体（ＬＦ）が流動する場合を示した。例えば、図５に示すように、前記第１流動路２１０と前記第２流動路３１０とは直交する形状に流路が形成され、コア３００上において、上側から下側に低温流体（ＬＦ）が流動し、手前側から奥側に高温流体（ＨＦ）が流動する。すなわち、コア３００を形成する伝熱板１００を挟んで高温流体（ＨＦ）と低温流体（ＬＦ）とが分離されて流動することにより、伝熱板１００を介して熱交換がなされる。本発明の組立型板状熱交換器は、このような熱交換によって熱を回収するものである。

特に、本発明では、前述したように、前記コア３００が前記エッジカバー２２０によって、コアスプリング４００を介して前記支持ビーム６００と締結される。前記コアスプリング４００は「Ｕ」字形に折り曲げられた板状部材であり、一端部４１０は、前記支持ビーム６００に装着され、他端部４２０は、前記コア３００の前記エッジカバー２２０にボルト結合で締結される。図面に示すように、本発明では、前記コア３００のそれぞれの角部に四つのコアスプリング４００が設けられ、フレームとなる支持ビーム６００にそれぞれボルト結合によって締結される。本発明は、以上の構造によってコア３００が組み立てられることにより、コア３００と支持ビーム６００との間の組立及び解体を容易にするものである。

また、前記コアスプリング４００は、支持ビーム６００とコア３００との間に空間を形成するとともに弾性を付与することにより、高温流体（ＨＦ）と低温流体（ＬＦ）との流動によってコア３００の熱変形を補正することができる。

また、図６に示すように、下面に位置するコアスプリング４００には制御バー４４０が設けられる。これは、コア３００などの自重によってコアスプリング４００の形状が変形する可能性があるため、制御バー４４０によってコア３００などの自重による影響を制御する目的で構成されるものである。

ここで、本発明では、支持ビーム６００に装着された前記コアスプリング４００に対して、前記コア３００をボルト結合で締結するとともに、一対のケーシング５００とコア３００との間においても溶接ではない手段にて締結が行われる。

具体的には、前記コア３００において、前記ケーシング５００と対向する両側面にそれぞれ最外側伝熱板１００−１が装着付着され、最外側伝熱板１００−１において第１折曲部１１０によって前記ケーシング５００との間に遮断空間部５２０が形成される。遮断空間部５２０が形成されることによって、コア３００の熱が前記ケーシング５００に伝達されることが防止される。この構成によれば、ケーシング５００がコア３００の熱による膨脹、収縮の影響を受けないようにすることができるため、変形によるクラックなどを防止することできる。

また、前記コア３００の両側に最外側伝熱板１００−１が構成されることによって、前記ケーシング５００との間に締結可能な手段が提供される。具体的には、ケーシング５００の内側には折り曲げられた締結板５３０が設けられる。前記締結板５３０は切断面が「Ｌ」字形に折り曲げられた部材であり、内部に空間が形成されるように前記ケーシング５００に装着される。前記締結板５３０が前記ケーシング５００に構成される構造の例としては、図７に示すように、ケーシング５００に突出するように装着されたボルト５５０によって、前記締結板５３０が前記ケーシング５００にボルト結合されて締結される。この時、前記締結板５３０と前記ケーシング５００との間に形成される空間は、締結バー５４０によって埋められる。また、前記締結バー５４０と前記締結板５３０との間に最外側伝熱板１００−１の第１折曲部１１０の端部が挟まれることにより、一対のケーシング５００の間に前記コア３００が締結される。これによれば、本発明に係る組立型板状熱交換器では、溶接などによる結合なしに嵌合方式によって簡単な締結がなされて、組立が行われる。また、前記締結板５３０及び締結バー５４０の構成部材によって、前記最外側伝熱板１００−１と前記ケーシング５００との間隔をさらに大きくすることができるため、前記遮断空間部５２０の熱遮断効率を向上させることができる。

また、本発明では、図７に示すように、前記コア３００と前記ケーシング５００との間に遮断空間部５２０が形成され、コア３００の熱が伝達されることを遮断するとともに、一対のケーシング５００が、弾性締結具７００によって締結されるため、コア３００の熱変形が前記弾性締結具７００によって吸収され、構造的安全性を増加させることができる。

前記弾性締結具７００は、前記ケーシング５００の外側に突出し、端部にフランジ７１１が形成された締結管７１０と、前記締結管７１０を貫通するスタッド７２０と、前記スタッド７２０によって貫通され、前記フランジ７１１と接するワッシャスプリング７３０と、前記スタッド７２０によって貫通され、前記ワッシャスプリング７３０と接するワッシャ７４０と、前記ワッシャ７４０の外側で前記スタッド７２０と締結される締結ナット７５０と、を備える。

前記締結管７１０は、前記ケーシング５００の外側に突出するように構成される部材であり、ケーシング５００に溶接などによって装着されて構成される。このように締結管７１０を構成する理由は、一対のケーシング５００において、それぞれの締結管７１０を貫通するスタッド７２０によって偏心が発生することを防止するためである。すなわち、前記ワッシャスプリング７３０によって図７に正対した際の図面上での上下変形を吸収し、前記締結管７１０によってコア３００の変形による一対のケーシング５００（コア３００を含み）間の撓みを防止することができる。

このような前記弾性締結具７００は、コア３００を挟む一対のケーシング５００をボルト結合で締結するとともに、前記フランジ７１１と前記ワッシャ７４０との間に挟まれるワッシャスプリング７３０により、前記コア３００の膨脹や収縮が発生した際に、コア３００の変形を吸収することによって構造的安全性を図るものである。

ここで、本発明において、前記コア３００は、高温流体（ＨＦ）が流入する入口側の伝熱板１００各々の一対の第１折曲部１１０、または伝熱板１００各々に装着された一対の第２折曲部１２０の端部にそれぞれ保護カバー８００をそれぞれ装着することもできる。図８などにおいては、ペア２００の間に装着された第２折曲部１２０の端部に保護カバー８００が装着されたものが例示されている。このような保護カバー８００によれば、高温流体（ＨＦ）に曝されることにより、結合された第２折曲部１２０の間で漏洩が発生し、高温流体（ＨＦ）および低温流体（ＬＦ）が混合されることを防止することができる。また、このような保護カバー８００によれば、高温流体（ＨＦ）による第２折曲部１２０の端部の摩耗などの劣化が発生することを防止することができる。

前記保護カバー８００は、第２折曲部１２０を取り囲む「Ｕ」字形のカバー部８１０とカバー部８１０の両端に一体となって形成される側板部８２０とからなる。好ましくは、図８に示すように、前記側板部８２０の各々が第１流動路２１０に隣接するように構成され、高温流体（ＨＦ）の逆流入による第２折曲部１２０での漏洩や摩耗などを防止することが好ましい。前記保護カバー８００を前記第２折曲部１２０に装着する手段は、多様な手段を用いることができる。

また、本発明では、図６及び図８に示すように、前記保護カバー８００を固定させる手段として弾性支持フレーム８３０が例示される。前記弾性支持フレーム８３０は、図６に示すように、折り曲げられた板状部材であり、一端部８３１は前記支持ビーム６００に締結され、前記一端部８３１につながる折曲部８３２によって弾性が付与される。また、前記弾性支持フレーム８３０は、前記折曲部８３２につながる他端部８３３の端部に収容切欠部８３４が形成され、前記保護カバー８００を前記収容切欠部８３４に挿入された状態で支持する。

前記弾性支持フレーム８３０において、前記一端部８３１を前記支持ビーム６００に締結する構成として、図６では、前記支持ビーム６００に突設されたボルト（図示せず）によって前記一端部８３１がボルト結合により締結された構成を例示した。すなわち、前記弾性支持フレーム８３０もボルト結合によって締結されており、簡単に組立及び解体することができる。

前記折曲部８３２は、前記一端部８３１と前記他端部８３３との間で勾配が形成されており、前記コアスプリング４００とともにコア３００の熱変形を吸収することができるように弾性を付与するものである。

前記他端部８３３は、端部に収容切欠部８３４が形成されている。前記収容切欠部８３４は前記保護カバー８００の外周縁の形状と対応する形状に形成される。前記折曲部８３２の弾性によって前記他端部８３３が前記保護カバー８００を加圧するため、前記弾性支持フレーム８３０は、保護カバー８００を前記第２折曲部１２０上で支持することができる。

すなわち、前記弾性支持フレーム８３０は、前記コアスプリング４００によって前記支持ビーム６００に締結されるコア３００をさらに弾性を付与して支持する。また、前記弾性支持フレーム８３０は、コア３００で発生し得る熱変形を前記コアスプリング４００と一緒に吸収することができる。

また、本発明は、前述したように、前記コア３００、支持ビーム６００及びケーシング５００の外面にそれぞれホーロー層９００が形成される。

一般に、熱交換器は、その特性上、熱交換時の損失を防止するために、材質として多様な金属または合金を適用することができる。

本発明では、このような金属材のコア３００、支持ビーム６００及びケーシング５００に対して、外部環境にさらされた際の鋼板の耐食性、耐化学性、耐候性を強化するとともに、耐熱性及び耐寒性を備えるようにホーロー層９００を形成するものである。

また、前記ホーロー層９００は、鋼板の表面にガラス質の上薬層を焼成加工することによって融着するものである。本発明では、この際、前処理なしに鋼板に対するホーローの密着性を確保して、熱変形によってホーロー層９００が鋼板から剥離されないようにすることができる。

具体的に、本発明の一実施例によるホーロー層９００は、コア３００、支持ビーム６００及びケーシング５００の外面にそれぞれ積層されるオイル層９１０と、前記オイル層９１０の上面に塗布され、フリット、顔料及びシリコン系オイルを添加して乾式粉砕させてなる上薬層９２０と、を含み、前記上薬層９２０の塗布後に焼成加工することによって形成される。

図９に基づいて前記ホーロー層９００のコーティング工程を説明する。ホーロー層９００のコーティング工程は、前記コア３００、支持ビーム６００及びケーシング５００の各鋼板１０００にオイル層９１０を形成する段階（Ｓ１００）、前記鋼板１０００に形成されたオイル層９１０を物理的に除去する段階（Ｓ２００）、フリット（ｆｒｉｔ）、顔料及びシリコン系オイルを添加して乾式粉砕してなる乾式上薬を製造する段階（Ｓ３００）、製造された前記乾式上薬を鋼板に塗布して上薬層９２０を形成する段階（Ｓ４００）、及び上薬層９２０の塗布後に焼成加工する段階（Ｓ５００）を含む。

前記鋼板にオイル層９１０を形成する段階（Ｓ１００）では、ホーロー層９００を形成しようとする対象鋼板１０００の表面（具体的には、前記コア３００、支持ビーム６００及びケーシング５００などの表面）にオイルを塗布してオイル層９１０を形成する。このようなオイル層９１０によれば、鋼板１０００の腐食を防止し、成形性を向上させることができる。

そして、前記鋼板１０００に形成されたオイル層９１０を物理的に除去する段階（Ｓ２００）では、従来の前処理（具体的には、酸洗やニッケル洗などの化学的処理）を用いず、布、ブラシなどで物理的に拭き上げ、その後、エアをブローすることでオイル層９１０を鋼板１０００から除去する。このような物理的除去工程によれば、前記オイル層９１０は前記鋼板１０００の表面から完全に除去されず、微細なオイル層９１０が残存するようになる。

このように、本発明では、物理的方法によって鋼板１０００表面のオイル層９１０を除去し、その後、上薬層９２０を直ちに塗布することで工程を簡素にし、環境に優しいホーロー層９００を形成するものである。

次に、フリット、顔料、及びシリコン系オイルを添加し、乾式粉砕することによって乾式上薬を製造する段階（Ｓ３００）を実施する。前記フリット（ＦＲＩＴ）は以下の焼成過程によってガラス質の塗布層（ホーロー層）を鋼板１０００に塗布するものであり、このようなフリットの作用によって鋼板１０００は、多様な耐性を強化することができる。

ここで、前記フリットは、ホーロー層９００の主要成分として、添加物の種類及び配合比によって多様な機能を発揮することができる。

前記上薬層のフリットは、二酸化珪素（ＳｉＯ_２）１００質量部に対し、酸化ホウ素（Ｂ_２Ｏ_３）２０〜３０質量部、酸化ナトリウム（Ｎａ_２Ｏ）２０〜３０質量部、及び酸化カルシウム（ＣａＯ）５〜１０質量部を含んでなる例を示すことができる。

前記二酸化珪素（ＳｉＯ_２）はガラス質のホーロー層９００を決定するもので、その添加量が少なすぎる、または多すぎる場合、ホーロー層９００の剛性や耐熱衝撃性などが低下するという問題点があるため、好ましくない。

また、前記酸化ホウ素（Ｂ_２Ｏ_３）を添加した場合、ホーロー層９００の熱膨脹を減少させることができる。これによれば、温度が急変した際に、鋼板１０００が温度によって変形しても、ホーロー層９００が剥離せず、堅固に鋼板１０００に融着するようにすることができる。

また、前記フリットは、二酸化珪素（ＳｉＯ_２）１００質量部を基準として、酸化カリウム（Ｋ_２Ｏ）１〜５質量部、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）０．５〜２質量部、酸化亜鉛（ＺｎＯ）１〜５質量部、酸化リチウム（Ｌｉ_２Ｏ）１〜５質量部、二酸化マンガン（ＭｎＯ_２）１〜５質量部、酸化コバルト（ＣｏＯ）０．５〜２質量部、酸化ニッケル（ＮｉＯ）１〜５質量部、酸化銅（ＣｕＯ）１〜５質量部、酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）０．５〜２質量部、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）０．５〜２質量部、三酸化二鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３）１〜５質量部、五酸化リン（Ｐ_２Ｏ_５）０．５〜２質量部、二酸化チタン（ＴｉＯ_２）１〜５質量部、三酸化二クロム（Ｃｒ_２Ｏ_３）０．５〜２質量部、三酸化モリブデン（ＭｏＯ_３）０．５〜２質量部、及び二酸化セリウム（ＣｅＯ_２）０．５〜２質量部の中から選ばれた１種以上の酸化物を上記の割合でさらに配合してもよい。このような酸化物は鋼板の種類及びそれによる物理的性質を考慮して選択的に添加することができる。

また、本発明では、前記上薬層のフリットに、二酸化珪素１００質量部に対し、電気炉精錬スラグ１０〜２０質量部、塩化アンモニウム（ＮＨ_４Ｃｌ）０．０５〜３質量部及びプロピオンアミド０．０１〜０．０５質量部をさらに含むように構成された例を示すことができる。前記電気炉精錬スラグは、前記ホーロー層における充填剤として機能し、ホーロー層の強度を補強するために添加される。また、前記電気炉精錬スラグは、鋼板などと熱膨張係数が類似するため、鋼板との熱膨脹率の差によって亀裂などが発生することを防止することができる。また、塩化アンモニウムは、ホーロー層の強度を低下させる結果をもたらす過度な気泡（ＣＯ_２）の発生を抑制する。これによれば、電気炉精錬スラグと塩化アンモニウムの作用によって気泡（ＣＯ_２）の発生が制御され、結果物として発生する沈降性炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）が充填剤として機能するため、ホーロー層の強度をさらに補強することができる。ここで、電気炉精錬スラグを使う理由としては、スラグにおいて酸化カルシウム（ＣａＯ）の含量が最も高いため、他のスラグを使う場合に比べて気泡（ＣＯ_２）の除去による強度低下防止効果が高く、結果物として沈降性炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）が生成することにより強度補強に寄与する効果が高いためである。具体的には、この作用は、塩化アンモニウムが電気炉精錬スラグのＣａＯと反応して塩化カルシウム（ＣａＣｌ_２）と水酸化アンモニウム（ＮＨ_４ＯＨ）を生成し、塩化カルシウム（ＣａＣｌ_２）、水酸化アンモニウム（ＮＨ_４ＯＨ）、炭酸ガス（ＣＯ_２）が反応して沈降性炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）を生成する反応機構によるものである。

また、本発明では、プロピオンアミド０．０１〜０．０５質量部がさらに配合されてもよい。プロピオンアミドは、前記酸化ホウ素（Ｂ_２Ｏ_３）の添加による熱膨脹を制御することができる。このような熱膨脹を制御するために、例えば、酸化ホウ素（Ｂ_２Ｏ_３）の配合量を増やすことにより熱膨脹を制御することが可能であるが、一方で強度及び作業性が低下するという問題が発生する。そこで、本発明では、前記酸化ホウ素（Ｂ_２Ｏ_３）の配合量を限定しつつ、プロピオンアミド０．０１〜０．０５質量部をさらに配合することにより熱膨脹を制御する例を示す。前記プロピオンアミドは、所定の相転移温度（ｐｈａｓｅ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）において、相変化に必要な熱量を外部から吸収する特性を持つ。そのため、ホーロー層９００が相転移温度に到逹した場合、物理的な相変化によって熱を吸収し、ホーロー層９００全体の熱を減少させることができる。したがって、本発明では、このような作用によって熱膨脹による亀裂などの問題を制御することができる。

特に、本発明によれば、乾式上薬を製造するに際し、前記フリット、および顔料などの一般的に使われる上薬に、シリコン系オイルをさらに添加する。これによれば、シリコン系オイルが、前段階（Ｓ２００）で鋼板１０００に残ったオイル層９１０と共有結合を形成することにより、前処理の必要なしにホーロー層９００を形成することができる。すなわち、前段階（Ｓ２００）で鋼板に形成されたオイル層９１０を単純に物理的に除去し、物理的除去によって鋼板１０００に残っている残余オイル層９１０のオイルと、前記シリコンオイルが添加された上薬とが反応することによりホーロー層９００が形成される。

前記シリコンオイルは、その種類が限定されるものではなく、鋼板１０００のオイルと互いに結合するシリコンオイルを選択して使用することができる。また、前記シリコンオイルは、およそ０．１質量％〜１０質量％添加されて使われることが好ましい。

前記顔料は、例えば、無機質顔料である。ただし、前記顔料は、添加量があまり少ない場合には、ホーロー層９００の硬度が低くなり、衝撃時に破損されるという問題がある。一方、添加量が多すぎる場合には、硬度が高くなるものの、焼成時間が遅延されるため、焼成温度が上昇するときに所望のホーロー層９００を得られなくなる問題がある。したがって、前記顔料の添加量は、適切な添加量となるように、選択的に考慮しなければならない。

また、図面には示されていないが、前記フリット、顔料、及びシリコン系オイルを添加し、乾式粉砕して乾式上薬を製造する段階（Ｓ３００）では、珪石、乳白剤、耐火剤の中で選ばれた１種以上の添加剤をさらに添加してもよい。このような添加剤を添加した場合でも乾式上薬を製造することができる。

前述した段階（Ｓ３００）で製造された乾式上薬を鋼板１０００に塗布して上薬層９２０を形成する段階（Ｓ４００）では、実質的に鋼板１０００に塗布するのではなく、前述したように鋼板１０００の表面に存在する残余オイル層９１０に塗布する。これにより、残余オイルと前記シリコン系オイルとの間の反応によってホーロー層９００の密着性が確保され、堅固な被膜の形成によって鋼板１０００から剥離されにくいホーロー層９００を形成することができる。

その後、焼成加工段階（Ｓ５００）が行われる。この工程によってホーロー層９００の融着が仕上げられる。この際、焼成加工の温度は７００〜８７０℃にすることが好ましい。

焼成工程における焼成温度が７００℃未満の場合には、焼成にかかる時間が長くなり、局所での塗装状態が不良となるため、好ましくない。また、焼成温度が８７０℃を超える場合には、過熱によってホーロー層９００が容易に破損されるという問題が発生するため、好ましくない。また、より好ましい焼成温度はおよそ７８０〜８５０℃であり、このような場合、鋼板１０００に対する融着効果に優れ、衝撃及び曲げなどの外部要因にも破損または剥離されず、寿命が長く維持される優れたホーロー層９００を形成することができる。

このように、本発明の組立型板状熱交換器は、温度の急変によって膨脹及び収縮する前記コア３００、支持ビーム６００及びケーシング５００などの金属製鋼板に対して、変形への構造的な補正手段を有する。また、本発明の組立型板状熱交換器は、鋼板の表面にホーロー層９００が形成されることにより、鋼板の耐食性、耐化学性、耐候性及び耐熱性などの物理的特性を強化することができ、特に、熱変形した場合にも、ホーロー層９００が鋼板から剥離されないようにすることができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、伝熱板の膨脹及び収縮を補正し、それぞれの構成部材の組立の際に溶接装着を最小することで、組立及び解体が容易である組立型板状熱交換器に適用可能である。また、本発明は、金属製のコア、支持ビーム及びケーシングなどの表面に塗装層を形成することで、物理的特性を強化し、外部環境に対応することが可能なホーロー層が形成された組立型板状熱交換器に適用可能である。

１００ 伝熱板
２００ ペア
３００ コア
４００ コアスプリング
５００ ケーシング
６００ 支持ビーム
７００ 弾性締結具
８００ 保護カバー
９００ ホーロー層
１０００ 鋼板

Claims (11)

1. 一対の伝熱板を結合させることで内部に第１流動路が形成されるペアを複数組み立てることで前記ペア同士の間に第２流動路が形成されるコアと、
   前記コアの各角部に配置された複数の支持ビームと、
   前記コアと前記支持ビームとの間に挟持され、「Ｕ」字形に折り曲げられた板状のコアスプリングと、
   それぞれの前記支持ビームの両端に締結される一対のケーシングと、
   前記コア、前記支持ビーム、前記コアスプリング、及び前記ケーシングの外面にそれぞれ形成されたホーロー層と、
   を含む、組立型板状熱交換器。
2. 前記ホーロー層は、前記コア、前記支持ビーム、前記コアスプリング、及び前記ケーシングの外面にそれぞれ積層されるオイル層と、フリット、顔料及びシリコン系オイルが添加されて乾式粉砕され、前記オイル層の上面に塗布されることで形成される上薬層と、を含み、前記上薬層の塗布後に焼成加工されるによって形成される、請求項１に記載の組立型板状熱交換器。
3. 前記フリットは、二酸化珪素１００質量部に対し、酸化ホウ素２０〜３０質量部、酸化ナトリウム２０〜３０質量部、及び酸化カルシウム５〜１０質量部を含む、請求項２に記載の組立型板状熱交換器。
4. 前記フリットは、二酸化珪素１００質量部に対し、酸化カリウム１〜５質量部、酸化マグネシウム０．５〜２質量部、酸化亜鉛１〜５質量部、酸化リチウム１〜５質量部、二酸化マンガン１〜５質量部、酸化コバルト０．５〜２質量部、酸化ニッケル１〜５質量部、酸化銅１〜５質量部、酸化ストロンチウム０．５〜２質量部、酸化アルミニウム０．５〜２質量部、三酸化二鉄１〜５質量部、五酸化燐０．５〜２質量部、二酸化チタン１〜５質量部、三酸化二クロム０．５〜２質量部、三酸化モリブデン０．５〜２質量部、及び二酸化セリウム０．５〜２質量部の中から選択された１種以上の酸化物をさらに含む、請求項３に記載の組立型板状熱交換器。
5. 前記フリットは、二酸化珪素１００質量部に対し、電気炉精錬スラグ１０〜２０質量部、塩化アンモニウム０．０５〜３質量部、及びプロピオンアミド０．０１〜０．０５質量部をさらに含む、請求項３または４に記載の組立型板状熱交換器。
6. 前記コアは、複数の前記ペアを含み、それぞれの前記ペアは一対の前記伝熱板を含み、それぞれの前記伝熱板は四角板状であり、
   前記伝熱板は、一両側辺に形成される一対の第１折曲部と、他の両側辺に形成され、前記第１折曲部の折曲方向とは反対方向に折り曲げられた第２折曲部とを備え、
   対となる前記伝熱板の前記第１折曲部同士が結合されることで、対となる前記伝熱板同士の内部に前記第１流動路が形成され、前記伝熱板の前記第２折曲部同士が結合されることで前記ペア同士の間に前記第１流動路の流動方向と直交する流動方向を有する前記第２流動路が形成され、
   前記コアは、前記伝熱板間の前記第２折曲部によって形成される開口をカバーし、前記コアスプリングと締結されるエッジカバーをさらに含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の組立型板状熱交換器。
7. それぞれ形成された一対の前記第２折曲部の端部に、それぞれ保護カバーがさらに設けられる、請求項６に記載の組立型板状熱交換器。
8. 折り曲げられた板状形状を有し、一端部は前記支持ビームに締結され、前記一端部と対向する他端部には複数の収容切欠部が形成される弾性支持フレームをさらに含み、
   前記収容切欠部は、前記保護カバーの各々を収容する、請求項７に記載の組立型板状熱交換器。
9. 前記一対のケーシングは弾性締結具によって締結され、
   前記弾性締結具は、前記ケーシングの外側に突出し、端部にフランジが形成された締結管と、前記締結管を貫通するスタッドと、前記スタッドによって貫通され、前記フランジと接するワッシャスプリングと、前記スタッドによって貫通され、前記ワッシャスプリングと接するワッシャと、前記ワッシャの外側で前記スタッドと締結される締結ナットとを含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載の組立型板状熱交換器。
10. 前記コアは、両側面に最外側伝熱板が設けられ、前記最外側伝熱板に締結される前記一対のケーシングとの間には遮断空間部が形成されることを特徴とする、請求項６〜９のいずれか一項に記載の組立型板状熱交換器。
11. 前記最外側伝熱板は、前記一対のケーシングに設けられる折曲形状の締結板と、前記締結板と前記ケーシングとの空間を埋める締結バーとの間に、前記最外側伝熱板の前記第１折曲部が挟まれることによって前記一対のケーシングに締結される、請求項１０に記載の組立型板状熱交換器。
    

Images