JP2023075838A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】バッフル板とシェルとの間からの流体の漏れを抑制し、かつ製造も容易となる熱交換器を得る。【解決手段】熱交換器１０は、筒状部材としてのシェル上部１２Ｕ、シェル中間部１２Ｍ、シェル下部１２Ｌを備え、軸方向に隣接する筒状部材の開口縁部でバッフル板２８の外縁部を挟持させて筒状部材とバッフル板２８との隙間を無くし、バッフル板２８で複数の部屋が形成されたシェル本体１２と、両端部にある筒状部材の開口部を閉じる上部フランジ１４、及び下部フランジ１６と、シェル本体１２を貫通し、第１流体が流れる伝熱用チューブ３０と、シェル本体１２の一方側の部屋へ第２流体を流入させる熱媒配管５０と、シェル本体１２の他方側の部屋から第２流体を流出させる熱媒配管５０と、バッフル板２８に形成され、隣り合う一の部屋から他の部屋に第２流体を通過させる開口部５４と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、熱交換器に関する。

熱交換器として、円筒形のシェル内に複数本のチューブを内装しながらシェル及びチューブの長手方向に対し直角方向に円板状のバッフル板を所定間隔で配設し、チューブ内を流れる流体とシェル内でチューブ外を流れる流体との間で熱交換を行う方式のシェルアンドチューブ型熱交換器と呼ばれる熱交換器がある。

従来、シェルの内側にバッフル板を配設するタイプのシェルアンドチューブ型熱交換器では、バッフル板をシェル内に挿入して取り付けているため、バッフル板の外径をシェルの内径より小さく設定して製作している。このため、シェルとバッフル板との間に隙間ができてしまう。
シェルとバッフル板との間に隙間があると、該隙間に流体がバイパスして流れてしまい（いわゆる、リークフロー）、熱交換器の熱交換効率が低下する問題がある。
この問題を解決するために、シェルとバッフル板との隙間を塞ぐシールプレートをシェルの内面に溶接して取り付けたシェルアンドチューブ型熱交換器が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平０８－３３４２９３号公報

ところで、リークフロー防止用のシールプレートをシェル内面へ溶接して取り付ける場合、一例として、シェル内径が２５００ｍｍを超える大型の熱交換器であれば溶接作業者がシェル内へ入ることができ、熱交換器の長手方向中心部であってもシールプレートを溶接して取り付けを行うことはできる。

しかし、溶接作業者がシェル内へ入ることができない小型の熱交換器では、長手方向中心部の部位で溶接することが困難である。したがって、小型の熱交換器では、シェルとバッフル板の間のすきまを無くすことが難しい。

本発明は上記事実を考慮し、バッフル板とシェルとの間からの流体の漏れを抑制し、かつ製造も容易となる熱交換器の提供を目的とする。

請求項１に記載の熱交換器は、複数の筒状部材を備え、軸方向に隣接する前記筒状部材の開口縁部でバッフル板の外縁部を挟持させて前記筒状部材と前記バッフル板との隙間を無くし、前記バッフル板で複数の部屋が形成されたシェル本体と、前記シェル本体の両端部にある前記筒状部材の開口部をそれぞれ閉じる２つのフランジと、複数の前記バッフル板及び前記フランジを貫通して前記シェル本体の内部に設けられ、一方側の前記フランジの外側から第１流体が流入され他方側の前記フランジの外側へ第１流体が流出する伝熱用チューブと、前記シェル本体の外周壁を貫通し前記シェル本体の一方側の前記部屋へ第２流体を流入させる第２流入部と、前記シェル本体の外周壁を貫通し前記シェル本体の他方側の前記部屋から前記第２流体を流出させる第２流出部と、前記バッフル板に形成され、隣り合う一の前記部屋から他の前記部屋に前記第２流体を通過させる開口部と、を有している。

請求項１に記載の熱交換器では、シェル本体の内部に、バッフル板で複数の部屋が形成されており、互いに隣接する一方の筒状部材の部屋と他方の筒状部材の部屋とが、バッフル板に形成された開口部を介して連通している。
シェル本体の第２流入部からシェル本体の一方側の部屋へ第２流体を流入させると、第２流体は、各々のバッフル板の開口部を介して各部屋を順番に流れ、シェル本体の他方側の部屋から第２流体を流出させることができる。

伝熱用チューブの一端側から第１流体を流入させ、シェル本体の第２流入部から第２流体を流入させると、シェル本体内部を流れる第２流体と、伝熱用チューブの内部を流れる第１流体との間で効率的に熱交換を行うことができる。

請求項１に記載の熱交換器のシェル本体は、軸方向に隣接する筒状部材の開口縁部でバッフル板の外縁部を挟持させて筒状部材とバッフル板との隙間を無くし、バッフル板で複数の部屋を形成しているので、バッフル板と筒状部材との間から第２流体がリークし、第２流体がバッフル板に形成された開口部を介することなく、一方の筒状部材の部屋から他方の筒状部材の内部屋へ流れることが抑制され、効率的に熱交換を行うことができる。
また、筒状部材の内側からバッフル板を筒状部材にろう付けまたは溶接する作業形態を採らなくてもよいため、製造が容易になる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の熱交換器において、前記伝熱用チューブの両端部には、前記フランジに圧着して前記伝熱用チューブに引張力を導入する加締め部が形成され、一方の前記フランジと他方の前記フランジとの間で前記筒状部材と前記バッフル板とが互いに加圧された状態で接している。

請求項２に記載の熱交換器では、伝熱用チューブの両端部に形成された加締め部が、フランジに圧着して伝熱用チューブに引張力を導入している。これにより、筒状部材とバッフル板との間に圧縮力が付与され、一方のフランジと他方のフランジとの間で筒状部材とバッフル板とが互いに加圧された状態で接して密着性が向上し、シェル本体内部における第２流体のリークをより一層抑制することができる。
また、伝熱用チューブの両端部に加締め部を形成することで、両フランジ間に複数の筒状部材と複数のバッフル板を挟持して仮組することができる。このため、部材同士をろう材などの接合部材で接合する場合に、接合作業が容易になる。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の熱交換器において、前記筒状部材の開口縁部がバッフル板に突き当てられている。

請求項３に記載の熱交換器では、筒状部材の開口縁部がバッフル板に突き当てられた状態で、筒状部材とバッフル板との間に圧縮力が付与されることで、筒状部材とバッフル板との間からの第２流体のリークが抑制される。

請求項４に記載の発明は、請求項２に記載の熱交換器において、前記筒状部材の一方側の開口縁部の外周部には、径方向へ拡径した後、軸方向に立ち上がり、前記バッフル板の外縁部、及び前記筒状部材の他方側の開口縁部を受ける段部が形成されており、前記バッフル板が、径方向へ拡径した部分と、隣接する他の前記筒状部材の他方側の前記開口縁部との間に挟持されている。

請求項４に記載の熱交換器では、バッフル板の一方の面に一方の筒状部材の拡径した部分が接触し、バッフル板の他方の面に他方の筒状部材の他方側の開口縁部が接触した状態で、筒状部材とバッフル板との間に圧縮力が付与されることで、筒状部材とバッフル板との間からの第２流体のリークが抑制される。
また、一方の筒状部材の一方側の開口縁部に形成された段部で、バッフル板と、他方の筒状部材の他方側の開口縁部を受けるので、複数の筒状部材とバッフル板とを軸方向と交差する方向、言い換えれば、径方向にズレないように連結することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項２に記載の熱交換器において、前記シェル本体は、前記筒状部材、及び前記バッフル板の外側に外装された外側シェルを備え、２つの前記フランジは、前記シェル本体の両端部にある前記筒状部材の前記開口部をそれぞれ閉じると共に、前記外側シェルの両端部の開口部も閉じている。

請求項５に記載の熱交換器では、筒状部材、及びバッフル板を収容した外側シェルの開口部をフランジで閉じた状態で、該フランジに圧縮力が付与されることで、外側シェルとフランジとの間からの熱交換器外部への第２流体のリークが抑制される。

請求項６に記載の発明は、請求項２～請求項４の何れか１項に記載の熱交換器において、前記筒状部材と前記バッフル板との接触部位、前記フランジと前記筒状部材との接触部位、及び前記伝熱用チューブと前記フランジとの接触部位が接合部材を用いて接合されている。

請求項６に記載の熱交換器では、筒状部材とバッフル板との接触部位、フランジと筒状部材との接触部位、及び伝熱用チューブとフランジとの接触部位を接合部材を用いて接合することで、該接触部位の僅かな隙間でも接合部材で塞ぐことが可能となり、第２流体のリークを確実に抑制することができる。請求項６に記載の熱交換器は、特に、第２流体が液体の場合、熱交換器外部への液体のリークを確実に抑制できるため、好ましい形態となる。

請求項７に記載の発明は、請求項５に記載の熱交換器において、前記フランジと前記外側シェルとの接触部位、及び前記伝熱用チューブと前記フランジとの接触部位が接合部材を用いて接合されている。

請求項７に記載の熱交換器では、フランジと外側シェルとの接触部位、及び伝熱用チューブとフランジとの接触部位を接合部材を用いて接合することで、接触部位の僅かな隙間でも接合部材で塞ぐことが可能となり、熱交換器外部への第２流体のリークを確実に抑制することができる。請求項７に記載の熱交換器は、特に、第２流体が液体の場合、熱交換器外部への液体のリークを確実に抑制できるため、好ましい形態となる。

以上説明したように本発明の熱交換器によれば、バッフル板とシェルとの間からの流体の漏れを抑制し、かつ製造も容易となる、という優れた効果を有する。

本発明の第１の実施形態に係る熱交換器を示す軸線に沿った断面図である。 （Ａ）は図１に示す熱交換器の１Ａ－１Ａ線断面図であり、（Ｂ）は図１に示す熱交換器の１Ｂ－１Ｂ線断面図である。 シェルとバッフル板との溶接個所を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る熱交換器を示す軸線に沿った断面図である。 （Ａ）及び（Ｂ）はシェル中間部の接合箇所を示す断面図である。 伝熱用チューブの加締め部を示す伝熱用チューブを軸方向から見た平面図である 上部フランジと下部フランジとシェルとバッフル板とを重ねて伝熱用チューブを挿入した状態の概略構成を示す断面図である。 （Ａ）は、伝熱用チューブに加締め治具を装着した状態を示す仮組品の断面図であり、（Ｂ）は軸方向から見た加締め治具、及びチューブを示す平面図である。 伝熱用チューブの端部を加締めた状態を示す仮組品の断面図である。 本発明の第３の実施形態に係る熱交換器を示す軸線に沿った断面図である。 本発明の第４の実施形態に係る熱交換器におけるシェル本体の接合部を示す断面図である。 第１の実施形態の変形例に係る熱交換器を示す軸線に沿った断面図である。

［第１の実施形態］
図１～図４を用いて、本発明の第１の実施形態に係る熱交換器１０について説明する。なお、図中、矢印Ｕは上方向、矢印Ｄは下方向を示している。
図１に示すように、本実施形態の熱交換器１０は、いわゆるシェルアンドチューブ型の熱交換器であり、シェル本体１２、上部フランジ１４及び下部フランジ１６、上部蓋１８、下部蓋２０、スペーサ２２、シール材２４、整流板２６、バッフル板２８、伝熱用チューブ３０等を含んで構成されている。
また、本実施形態のシェル本体１２は、筒状部材の一例としてのシェル上部１２Ｕ、シェル中間部１２Ｍ、シェル下部１２Ｌを接合することで形成されている。

本実施形態の熱交換器１０は、軸方向を鉛直方向として上部蓋１８が上側となるように配置されるが、軸方向を水平方向、または水平方向に対して傾斜させて配置することもできる。

（上部フランジ、下部フランジ）
上部フランジ１４、及び下部フランジ１６は、同一の構成とされているので、代表して上部フランジ１４について説明する。上部フランジ１４は、金属板で円板状に形成されている。上部フランジ１４には、中央側に、伝熱用チューブ３０が貫通する丸孔３２が複数形成されており、外周側に、後述するボルト４６を挿通させる小孔３４が複数形成されている。

（上部蓋、下部蓋）
上部蓋１８、及び下部蓋２０は、同一の構成とされているので、代表して、上部蓋１８について説明する。上部蓋１８は、金属材料で漏斗状に形成されており、中心部に円筒状の接続部１８Ａが形成され、外周部分に環状フランジ１８Ｂが形成されている。環状フランジ１８Ｂには、後述するボルト４６を挿通させる小孔３６が複数形成されている。

（整流板）
上部蓋１８の円錐台形状部分１８Ｃの内面には、ボス１８Ｄが形成されている。このボス１８Ｄには、複数の流体通過孔３８が形成された円板状の整流板２６が小ねじ４２を用いて固定されている。

上部蓋１８と上部フランジ１４との間には、リング状に形成されたスペーサ２２が配置されている。スペーサ２２には、後述するボルト４６を挿通させる小孔４４が複数形成されている。

上部蓋１８と上部フランジ１４とスペーサ２２とは、これらを貫通するボルト４６とナット４９とを用いて互いに固定されている。

スペーサ２２の両側面には、環状の溝４８が形成されており、この環状に溝４８に環状のシール材２４が嵌め込まれている。シール材２４は、上部蓋１８とスペーサ２２との間、及びスペーサ２２と上部フランジ１４との間から流体が漏れないように隙間を塞いでいる。

なお、熱交換器１０の下方側においても、下部蓋２０と下部フランジ１６とスペーサ２２とがボルト４６とナット４９を用いて互いに固定されている。

（シェル上部、シェル中間部、シェル下部）
シェル上部１２Ｕ、シェル中間部１２Ｍ、及びシェル下部１２Ｌは、金属材料で形成された円筒状の筒状部材である。本実施形態では、材料の共通化のため、シェル上部１２Ｕ、シェル中間部１２Ｍ、及びシェル下部１２Ｌに、同一（厚さ、径、長さが同じ）の筒状部材が用いられている。
シェル上部１２Ｕ、シェル中間部１２Ｍ、及びシェル下部１２Ｌは、一例として、金属板を円筒状に加工して形成することができる。

本実施形態のシェル上部１２Ｕとシェル下部１２Ｌとは同一構造とされており、夫々の外周部分には金属の熱媒配管５０がろう付け（図中、符号５２は、接合部材の一例としてのろう材）により接合されている。熱媒配管５０は、シェル外周部に形成された孔５３に挿入された状態でろう付け（符号５２はろう材）されている。

シェル上部１２Ｕの上端部は、上部フランジ１４の下面にろう付け（符号５２はろう材）により接合されている。同様に、シェル下部１２Ｌの下端部は、下部フランジ１６の上面にろう付け（符号５２はろう材）により接合されている。

シェル上部１２Ｕとシェル中間部１２Ｍとの間、シェル中間部１２Ｍとシェル中間部１２Ｍとの間、及びシェル中間部１２Ｍとシェル下部１２Ｌとの間には、各々バッフル板２８が配置されている。

図２（Ａ），（Ｂ）に示すように、バッフル板２８は、金属材料で円板状に形成されており、外周側の一部分に三日月状の開口５４が形成されており、その他の部分には、伝熱用チューブ３０を貫通させる丸孔５６が複数形成されている。

図１に示すように、本実施形態のバッフル板２８は、外径がシェル上部１２Ｕ、シェル中間部１２Ｍ、及びシェル下部１２Ｌよりも大径に形成されており、外周側部分が、シェル上部１２Ｕ、シェル中間部１２Ｍ、及びシェル下部１２Ｌの外周面から外側に突出している。

シェル上部１２Ｕ、シェル中間部１２Ｍ、及びシェル下部１２Ｌの外周面が、バッフル板２８の外周側の側面部分とろう付け（符号５２はろう材）により接合されている。このようにして、シェル上部１２Ｕ、シェル中間部１２Ｍ、及びシェル下部１２Ｌは、バッフル板２８を介して相互に接合されている。

これら複数のバッフル板２８は、隣接する同士で開口５４がシェル本体１２の中心軸ＣＬを挟んで互い違いになるように配置されている。 これにより、シェル本体１２の内部（筒状部材と伝熱用チューブ３０との間の空間部分）に流体（以後、第２流体と呼ぶ）が流されると、第２流体は、矢印Ａで示すように、シェル本体１２の内部で蛇行して流れる様になっている。即ち、シェル本体１２の内部には、第２流体が蛇行して流れる熱媒流路２９が形成されている。

シェル本体１２の内部には、複数の伝熱用チューブ３０がシェル本体１２の軸方向に沿って配置されており、これらの伝熱用チューブ３０は、各バッフル板２８の丸孔５６、及び上部フランジ１４、及び下部フランジ１６の丸孔３２に挿入されている。なお、バッフル板２８の丸孔５６と伝熱用チューブ３０との間の隙間は、可能な限り小さくすることが好ましい。

伝熱用チューブ３０の一端部は、上部フランジ１４の丸孔３２に挿入された状態で上部フランジ１４にろう付け（符号５２はろう材）により接合されており、伝熱用チューブ３０の他端部は、下部フランジ１６の丸孔３２に挿入された状態で下部フランジ１６にろう付け（符号５２はろう材）により接合されている。

伝熱用チューブ３０の内部には、一例として、第２流体と熱交換を行う第１流体が流される。

本実施形態の熱交換器１０では、各部を構成する金属材料としてＳＵＳ３０４を用いているが、ＳＵＳ３０４以外の金属材料を用いてもよい。

（作用、効果）
本実施形態の熱交換器１０によれば、バッフル板２８の外周縁をシェル外周面から突出させ、シェル外周面から突出したバッフル板２８の外周縁とシェル外周面とをろう付けしているため、ろう付け作業が容易であり、また、シェル上部１２Ｕ、シェル中間部１２Ｍ、シェル下部１２Ｌ、及びバッフル板２８の寸法管理は、バッフル板をシェル内部に配置する従来のシェルアンドチューブ型熱交換器よりも軽減できる。

本実施形態の熱交換器１０の各部のろう付けは、例えば、真空加熱炉で一括して行うことができるので、ろう付け箇所を一つ一つ手作業でろう付けする場合に比較してろう付け作業を短時間で効率的に行うことができる。真空加熱炉で行うろう付けは、一例として、シェル上部１２Ｕ、シェル中間部１２Ｍ、シェル下部１２Ｌ、上部フランジ１４、下部フランジ１６、伝熱用チューブ３０、及び熱媒配管５０を仮組し、ろう付け箇所にろう材を含んだペーストを配した仮組品を真空加熱炉で加熱することで行うことができる。
なお、仮組は、一例として、部材同士が動かないように、部材同士を点溶接すればよい。

仮組品は、ろう材を含んだペーストを配する作業を外側から行うことができるので、作業員が中に入れないような小型の仮組品でもろう付け作業を簡単に行うことができる。

真空加熱炉では、仮組品全体を一様に加熱するため、例えば、アーク溶接やガス溶接のように、部材への入熱による熱応力で部材が変形することは殆どなく、部材の厚みや剛性を最小限に抑えられることから、熱交換器１０の使用条件（温度や圧力など）に応じた構造強度を確保できればよく、各部材を薄肉化（即ち、熱容量が小さい）することができ、熱損失を減少できる。

なお、本実施形態の熱交換器１０では、バッフル板２８をシェル上部１２Ｕ、シェル中間部１２Ｍ、またはシェル下部１２Ｌにろう付けにて接合したが、図３に示すように、バッフル板２８の外径寸法をシェル外径寸法と同一寸法とし、ろう付けの代わりにレーザー溶接（符号５８は溶接部分）してもよい。レーザー溶接は、アーク溶接やガス溶接に比較して局部加熱が可能であり、また短時間で接合することができ、さらには、溶接歪が少ないというメリットがある。なお、図示は省略するが、他の部位のろう付けをレーザー溶接にしてもよい。

熱交換器１０では、伝熱用チューブ３０内を流れる第１流体とシェル本体１２内で伝熱用チューブ３０の外側を流れる第２流体との間で熱交換を行うことができる。熱交換器１０では、一例として、加熱したい第１媒体を下部蓋２０の接続部１８Ａへ供給し、第２流体をシェル下部１２Ｌの熱媒配管（第２流入部）５０へ供給することで第１流体を加熱することができる。シェル本体１２の内部では、第２流体が矢印Ａで示すように蛇行して流れるため、第２流体と伝熱用チューブ３０との接触時間を長くとることができ、第２流体の熱を第１流体へ十分に付与することができる。

シェルアンドチューブ型熱交換器では、熱交換の能力が、伝熱用チューブとシェルの外径と長さ、および伝熱用チューブの本数等で決定されるため、従来のシェルアンドチューブ型熱交換器では、仕様毎でその都度、これら外径、長さ、本数の異なる熱交換器の設計、及び製作が必要となり、時間と費用がかかっていた。

一方、本実施形態の熱交換器１０の構造では、バッフル板２８とシェル中間部１２Ｍの数を増減し、増減に応じた長さの伝熱用チューブ３０を揃えることで、熱交換器能の増減調整が容易に実現でき、仕様の異なる熱交換器１０を容易に製造することができる。

［第２の実施形態］
図４～図９を用いて、本発明の第２の実施形態に係る熱交換器１０について説明する。なお、第１の実施形態と同一構成には同一符号を付し、その説明は省略する。

図４に示すように、シェル中間部１２Ｍ、及びシェル下部１２Ｌは、一定径に形成された小径部８３の一端側に、段部の一例としての大径部８４が形成されており、この大径部８４に、バッフル板２８を挟むようにして隣接するシェル上部１２Ｕ、またはシェル中間部１２Ｍの小径部８３が挿入されている。なお、本実施形態のバッフル板２８は、第１の実施形態のバッフル板２８よりも小径であり、大径部８４に挿入可能な径に形成されている。

図５（Ａ）に示すように、シェル中間部１２Ｍの大径部８４において、バッフル板２８の一方の片面にはシェル中間部１２Ｍ（またはシェル上部１２Ｕ）の小径部８３の端部が密着しており、バッフル板２８の他方の片面は、大径部８４の段部に密着しており、大径部８４の内周面とシェル中間部１２Ｍ（またはシェル上部１２Ｕ）の小径部８３の外周面との間でろう付け（符号５２はろう材）がされている。なお、図５（Ｂ）に示すように、大径部８４の端面とシェル中間部１２Ｍ（またはシェル上部１２Ｕ）の小径部８３の外周面との間でろう付け（符号５２はろう材）を行ってもよい。

（上部フランジ、下部フランジ）
図４に示すように、本実施形態の上部フランジ１４、及び下部フランジ１６は、第１の実施形態の上部フランジ１４、及び下部フランジ１６とは一部の形状が異なっている。 上部フランジ１４と下部フランジ１６とは、同一の構成とされているので、代表して上部フランジ１４について説明する。上部フランジ１４は、金属板で円板状に形成されており、外周縁には円筒部１４Ａが形成されており、円筒部１４Ａの内周側には円筒部１４Ａと同じ方向に突出する環状突起１４Ｂが形成されている。

上部フランジ１４の環状突起１４Ｂの内側にシェル上部１２Ｕの一端部が嵌め込まれており、シェル上部１２Ｕの一端部と上部フランジ１４の環状突起１４Ｂとがろう付け（符号５２はろう材）によって接合されている。同様に、下部フランジ１６の環状突起１４Ｂの内側にシェル下部１２Ｌの一端部が嵌め込まれており、シェル下部１２Ｌの一端部と下部フランジ１６の環状突起１４Ｂとがろう付け（符号５２はろう材）によって接合されている。

本実施形態の熱交換器１０では、伝熱用チューブ３０の一端部が上部フランジ１４から突出しており、図６に示すように、該一端部には、局所的に径方向外側へ変形（拡径）加工した加締め部８６が複数個所（本実施形態では４箇所）または、全周に設けられている。なお、伝熱用チューブ３０の他端部も、一端部と同様に加締め部８６が設けられている。また、図４に示すように、伝熱用チューブ３０は、フランジ表面から突出した部分の全周がフランジ表面とろう付け（符号５２はろう材）によって接合されている。

次に、図７～図９を参照して本実施形態の熱交換器１０の製造工程の一例を説明する。なお、図７～図９は、説明を分かり易くするために構成を簡略化している。
（１） 図７に示すように、上部フランジ１４、シェル上部１２Ｕ、シェル中間部１２Ｍ、バッフル板２８、シェル下部１２Ｌ、下部フランジ１６を積み重ね、上部フランジ１４の丸孔３２、バッフル板２８の丸孔５６、及び下部フランジ１６の丸孔３２に、断面円形の一定径の伝熱用チューブ３０を挿入する。

（２） 図８（Ａ）に示すように、伝熱用チューブ３０に、伝熱用チューブ３０よりも長い寸切ボルト８８を挿入し、寸切ボルト８８の両端に加締め治具９０、及びナット９２を取り付ける。図８（Ａ），（Ｂ）に示すように、加締め治具９０は、円筒形状とされた本体部９０Ａの外周の軸方向の略半分に、テーパー状の突起９０Ｂが形成されている。

（３） 寸切ボルト８８に取り付けた何れかのナット９２を締め付けると、加締め治具９０が伝熱用チューブ３０内方に向けて移動し、テーパー状の突起９０Ｂが伝熱用チューブ３０の端部を径方向外側へ変形させて、加締め加工を行うことができる。

このようにして伝熱用チューブ３０の両端を加締め加工することで、上部フランジ１４、シェル上部１２Ｕ、シェル中間部１２Ｍ、バッフル板２８、シェル下部１２Ｌ、下部フランジ１６が仮組される。また、伝熱用チューブ３０の両端を加締め加工することで、上部フランジ１４と下部フランジ１６との間に配置された、シェル上部１２Ｕ、シェル中間部１２Ｍ、バッフル板２８、及びシェル下部１２Ｌに対して軸方向に圧縮力を付与することができる。これにより、シェル上部１２Ｕの端部とバッフル板２８とを互いに密着させ、シェル中間部１２Ｍの端部とバッフル板２８とを密着させ、シェル下部１２Ｌの端部とバッフル板２８とを密着させることができる（図９参照）。

（４） 熱媒配管５０をシェル上部１２Ｕの孔５３、及びシェル下部１２Ｌの孔５３に挿入する（図９参照）。

（５） その後、一例として、ろう付けを行う箇所にろう材を含んだペーストを塗り、仮組品を真空加熱炉に入れて加熱し、各部のろう付けを行う。

本実施形態の熱交換器１０では、上部フランジ１４、シェル上部１２Ｕ、シェル中間部１２Ｍ、バッフル板２８、シェル下部１２Ｌ、下部フランジ１６を積み重ね、これらを貫通させた伝熱用チューブ３０の両端部を加締め加工して、上部フランジ１４、シェル上部１２Ｕ、シェル中間部１２Ｍ、バッフル板２８、シェル下部１２Ｌ、下部フランジ１６を積み重ねた状態で仮組（仮固定）できるので、これらを固定するために点溶接などをする必要がなく、ろう付けをする際の作業性に優れている。

また、本実施形態では、仮組品を真空加熱炉に入れて全てのろう付け箇所を一括でろう付けできるので、ろう付け箇所を一つ一つ手作業でろう付けする場合に比較してろう付け作業を短時間で効率的に行うことができる。

［第３の実施形態］
図１０を用いて、本発明の第３の実施形態に係る熱交換器１０について説明する。なお、前述した実施形態と同一構成には同一符号を付し、その説明は省略する。

図１０に示すように、本実施形態の熱交換器１０のシェル本体１２は二重筒構造とされ、外側シェルの一例としてのアウターシェル９６の内部に、筒状部材の一例としてのインナーシェル９８とバッフル板２８とが挿入されている。

アウターシェル９６は、上部フランジ１４と下部フランジ１６との間に配置される金属材料で形成された単一の円筒部材である。アウターシェル９６の外周面には、一端側、及び他端側に、各々熱媒配管５０がろう付け（符号５２はろう材）で接合されている。

アウターシェル９６の内部には、インナーシェル９８とバッフル板２８とが交互に配置されている。インナーシェル９８とバッフル板２８とが交互に配置された構成が、本発明の内側シェル本体に相当する。軸方向に隣接するインナーシェル９８の開口縁部がバッフル板２８の外縁部を挟持しており、これにより、バッフル板２８で複数の部屋が形成されている。また、インナーシェル９８とアウターシェル９６とは互いに密着している。

軸方向両側のインナーシェル９８には、熱媒配管５０と対向する位置に、孔９４が形成されている。

インナーシェル９８をアウターシェル９６の内部に配置してインナーシェル９８をアウターシェル９６に密着させる方法の一例を以下に説明する。
インナーシェル９８を、軸方向から見てＣ字状に形成する。
アウターシェル９６に挿入する前の状態で、インナーシェル９８の周方向の一端と他端とが離れるように変形させ、インナーシェル９８の外径をアウターシェル９６の内径よりも若干大径となるよう予め拡径しておく。

インナーシェル９８をアウターシェル９６に配置するには、インナーシェル９８の周方向の一端と他端とを接近させ、インナーシェル９８を弾性変形させて縮径し、縮径したインナーシェル９８をアウターシェル９６に挿入する。

アウターシェル９６に挿入されたインナーシェル９８は、自身の弾性でアウターシェル９６の内部で拡径し、これにより、インナーシェル９８の外周面がアウターシェル９６の内周面に密着する。

本実施形態の熱交換器１０も伝熱用チューブ３０の両端部が加締められており、これにより、インナーシェル９８の軸方向の端部がバッフル板２８に密着して、インナーシェル９８とバッフル板２８との間からの第２熱媒体のリークが抑制されている。

また、本実施形態の熱交換器１０では、インナーシェル９８の軸方向の端部がバッフル板２８に密着させて第２流体のリークを抑制しているので、インナーシェル９８の軸方向の端部とバッフル板２８とをろう付けや溶接によって接合する必要がない。

本実施形態の熱交換器１０では、バッフル板２８とインナーシェル９８の数を増減し、増減に応じた長さのアウターシェル９６と伝熱用チューブ３０とを揃えることで、熱交換器能の増減調整が容易に実現でき、仕様の異なる熱交換器１０を容易に製造することができる。

［第４の実施形態］
図１１を用いて、本発明の第４の実施形態に係る熱交換器１０について説明する。なお、本実施形態の熱交換器１０は、前述した第３の実施形態の変形例であり、第３の実施形態と同一構成には同一符号を付し、その説明は省略する。

第３の実施形態の熱交換器１０では、複数のインナーシェル９８とバッフル板２８とをアウターシェル９６の内部に挿入してインナーシェル９８とバッフル板２８とを連結していたが、第４の実施形態の熱交換器１０では、インナーシェル９８同士を、金属材料からなるリング１００を用いてろう付け（符号５２はろう材）にて接合している。

このため、本実施形態の熱交換器１０は、第３の実施形態の熱交換器１０よりも部材の使用量が少なくなる。

［第５の実施形態］
図１２を用いて、本発明の第５の実施形態に係る熱交換器１０について説明する。なお、本実施形態の熱交換器１０は、前述した第１の実施形態の変形例であり、第１の実施形態と同一構成には同一符号を付し、その説明は省略する。
図１２に示すように、本実施形態の熱交換器１０は、第２実施形態、及び第３実施形態と同様に、伝熱用チューブ３０の一端部が上部フランジ１４から突出しており、該一端部に加締め部８６が複数個所または、全周に設けられている。また、伝熱用チューブ３０の他端部も、一端部と同様に加締め部８６が設けられている。さらに、伝熱用チューブ３０は、フランジ表面から突出した部分の全周がフランジ表面とろう付け（符号５２はろう材）によって接合されている。
第５の実施形態に係る熱交換器１０は、伝熱用チューブ３０の両端を加締め加工することで、第２実施形態と同様に上部フランジ１４、シェル上部１２Ｕ、シェル中間部１２Ｍ、バッフル板２８、シェル下部１２Ｌ、下部フランジ１６を仮組することができ、その後のろう付け作業が容易になる。

［その他の実施形態］
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。

上記実施形態では、金属材料からなる部材同士を接合部材の一例としてのろう付け、または溶接にて接合したが、部材同士は半田付けで接合してもよく、耐熱性を有する接着剤で接合してもよい。

上記実施形態の熱交換器１０は、円筒形状であったが、角形の筒形状であってもよい。
上記時の熱交換器１０では、シェル本体１２の外周部に熱媒配管５０を設けたが、上部フランジ１４、及び下部フランジ１６に設けるようにしてもよい。

１０ 熱交換器
１２ シェル本体
１２Ｕ シェル上部（筒状部材）
１２Ｍ シェル中間部（筒状部材）
１２Ｌ シェル下部（筒状部材）
１４ 上部フランジ（フランジ）
１６ 下部フランジ（フランジ）
２８ バッフル板
３０ 伝熱用チューブ
５０ 熱媒配管（第２流入部、第２流出部）
５２ ろう材（接合部材）
５４ 開口部
８３ 小径部分（他方側の開口縁部）
８６ 加締め部
８４ 大径部分（段部）
９６ アウターシェル（外側シェル）
９８ インナーシェル（筒状部材）

Claims (7)

1. 複数の筒状部材を備え、軸方向に隣接する前記筒状部材の開口縁部でバッフル板の外縁部を挟持させて前記筒状部材と前記バッフル板との隙間を無くし、前記バッフル板で複数の部屋が形成されたシェル本体と、
   前記シェル本体の両端部にある前記筒状部材の開口部をそれぞれ閉じる２つのフランジと、
   複数の前記バッフル板及び前記フランジを貫通して前記シェル本体の内部に設けられ、一方側の前記フランジの外側から第１流体が流入され他方側の前記フランジの外側へ第１流体が流出する伝熱用チューブと、
   前記シェル本体の外周壁を貫通し前記シェル本体の一方側の前記部屋へ第２流体を流入させる第２流入部と、
   前記シェル本体の外周壁を貫通し前記シェル本体の他方側の前記部屋から前記第２流体を流出させる第２流出部と、
   前記バッフル板に形成され、隣り合う一の前記部屋から他の前記部屋に前記第２流体を通過させる開口部と、
   を有する熱交換器。
2. 前記伝熱用チューブの両端部には、前記フランジに圧着して前記伝熱用チューブに引張力を導入する加締め部が形成され、一方の前記フランジと他方の前記フランジとの間で前記筒状部材と前記バッフル板とが互いに加圧された状態で接している、
   請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記筒状部材の開口縁部がバッフル板に突き当てられている、
   請求項２に記載の熱交換器。
4. 前記筒状部材の一方側の開口縁部の外周部には、径方向へ拡径した後、軸方向に立ち上がり、前記バッフル板の外縁部、及び前記筒状部材の他方側の開口縁部を受ける段部が形成されており、
   前記バッフル板が、径方向へ拡径した部分と、隣接する他の前記筒状部材の他方側の前記開口縁部との間に挟持されている、
   請求項２に記載の熱交換器。
5. 前記シェル本体は、前記筒状部材、及び前記バッフル板の外側に外装された外側シェルを備え、
   ２つの前記フランジは、前記シェル本体の両端部にある前記筒状部材の前記開口部をそれぞれ閉じると共に、前記外側シェルの両端部の開口部も閉じている、
   請求項２に記載の熱交換器。
6. 前記筒状部材と前記バッフル板との接触部位、前記フランジと前記筒状部材との接触部位、及び前記伝熱用チューブと前記フランジとの接触部位が接合部材を用いて接合されている、
   請求項２～請求項４の何れか１項に記載の熱交換器。
7. 前記フランジと前記外側シェルとの接触部位、及び前記伝熱用チューブと前記フランジとの接触部位が接合部材を用いて接合されている、
   請求項５に記載の熱交換器。

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