JP5586057B2

JP5586057B2 - クーラントチラー用熱交換器

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Publication number: JP5586057B2
Application number: JP2010216518A
Authority: JP
Inventors: 玄人高見澤; 巳治郎東方
Original assignee: Orion Machinery Co Ltd
Current assignee: Orion Machinery Co Ltd
Priority date: 2010-09-28
Filing date: 2010-09-28
Publication date: 2014-09-10
Anticipated expiration: 2030-09-28
Also published as: JP2012072936A

Description

本発明は、クーラント液の流通路となるシェル部とこのシェル部に収容することにより冷媒の流通路となるコイル管部を備えるクーラントチラー用熱交換器に関する。

従来、基本構成として、上端面部及び下端面部を有する円筒形に構成し、かつ被冷却液の流通路を形成するシェル部と、このシェル部の内部に収容し、かつ冷媒の流通路を形成するコイル管部を備えた熱交換器であって、特に、被冷却液が比較的高い圧力により送られる環境において使用される熱交換器としては、特許文献１で開示される熱交換器が知られている。

同文献１に開示される熱交換器は、当該熱交換器を大きく形成することなく熱通過率を高い値で安定させることを目的としたものであり、ケース及びその内側に配置された入口管からなる二重管により油通路が形成され、該油通路の内部に冷媒通路を形成するコイル状のローフィンチューブが装着されたシェルアンドコイル型の油冷却器であって、該ローフィンチューブとの旋回ピッチが、チューブ外径の１．３〜２．０倍に形成された構成を備えている。

実開平１−１７０８７５号公報

ところで、上述した特許文献１で開示される流動抵抗の高い油（被冷却液）の冷却を行う熱交換器のように、一般に被冷却液が比較的高い液圧環境で使用される熱交換器では、当該熱交換器の耐圧性を十分に確保する必要がある。

例えば、工作機械によりワークを加工する場合、発熱するワークに対して冷却されたクーラント液を放出して当該ワークの冷却を行っている。この際、クーラント液は工作機械に対して別途設置するクーラントチラーにより冷却を行うため、クーラント液の流通経路が長くなる傾向があるとともに、クーラント液は循環使用するため、フィルタ等によるフィルタリングを行ったとしても完全には除去されない微細な切粉等によって徐々に汚れてしまう。したがって、この種のクーラントチラーでは、クーラント液を循環させる液圧を通常、０．５〜０．６〔ＭＰａ〕程度の高圧に設定することにより、流動抵抗に対抗させ、更に汚れによる管詰まり等の不具合の発生を防止しているとともに、ケース（シェル部）及びローフィンチューブ（コイル管部）を含む熱交換器全体の構成を一体構造とすることにより十分な密閉性及び耐圧性を確保していた。

しかし、被冷却液が比較的高い液圧環境で使用される従来の熱交換器は、一体構造とする故に、次のような固有の問題点も存在した。

第一に、クーラント液の汚れ、即ち、切粉等による汚れは、特に、熱交換器における複雑な形状のローフィンチューブ（コイル管部）の隙間等に堆積しやすいため、そのまま放置した場合には、熱交換効率の低下や流動抵抗の更なる増加を招く不具合を生じる。したがって、定期的に又は使用環境により汚れがひどいときには、熱交換器の洗浄を行う必要があるが、従来は、熱交換器から被冷却液を一旦抜き取り、この後、熱交換器に洗浄液を循環させて洗浄せざるを得ないため、洗浄に係わる工数増加及び長時間化が強いられ、しかも十分な洗浄を行うことができなかった。

第二に、被冷却液が比較的高い液圧環境で使用される熱交換器は、十分な密閉性及び耐圧性を確保する必要があるため、通常、ケース（シェル部）及びローフィンチューブ（コイル管部）を含む全体が一体化された一台のユニットとして構成されている。したがって、熱交換器が故障や寿命等により使用不能になった場合、ユニット全体を交換する必要があるなど、資源節減面及びコスト面において難があった。

本発明は、このような背景技術に存在する課題を解決したクーラントチラー用熱交換器の提供を目的とするものである。

本発明は、上述した課題を解決するため、上端面部２ｕ及び下端面部２ｄを有する円筒形に構成し、かつクーラント液Ｌｃの流通路を形成するシェル部２と、このシェル部２の内部に収容し、かつ冷媒Ｋｍの流通路を形成するコイル管部３とを備えてなるクーラントチラー用熱交換器１を構成するに際して、シェル部２の軸方向Ｆｓにおける中央部位Ｘｃと下端面部２ｄの間にシェル部２を軸方向Ｆｓの第一シェル分割部４と第二シェル分割部５に分割する分割部Ｐｃを設け、この分割部Ｐｃを着脱手段６により着脱可能に構成するとともに、コイル管部３は、第一シェル分割部４からシェル部２の内部外周側Ｘｆに配して上端面部２ｕの近傍に至る外側コイル半部７，及び外側コイル半部７の上端から折返すことによりシェル部２の内部中心側Ｘｉに配して第一シェル分割部４に至る内側コイル半部８を備えて構成し、さらに、シェル部２に、第一シェル分割部４から軸方向Ｆｓ上方に突出し、かつ外側コイル半部７と内側コイル半部８間に介在して上端面部２ｕの近傍に至る円筒形の流通路仕切部９を設けるとともに、液流入口２ｉを、第一シェル分割部４の下端面部２ｄに対して斜めに傾斜させて設け、又は第一シェル分割部４の下側一部２ｍｄにおける周面部に設けることにより、シェル部２の内部に流入したクーラント液Ｌｃに螺旋流が発生するように流通路仕切部９の外側に臨ませ、かつ液流出口２ｅを流通路仕切部９の内側に臨ませてなることを特徴とする。

この場合、発明の好適な態様により、熱交換器１は、第一シェル分割部４を第二シェル分割部５に対して下側に位置させる第一設置態様Ｍｓ又はこの第一設置態様Ｍｓに対して上下を反転させることにより第一シェル分割部４を第二シェル分割部５に対して上側に位置させる第二設置態様Ｍｎ可能に構成できる。一方、着脱手段６は、第一シェル分割部４又は第二シェル分割部５の一方に装着部１１を設け、かつ他方に被装着部１２を設けることにより、第一シェル分割部４と第二シェル分割部５を直接着脱可能に構成してもよいし、或いは第一シェル分割部４と第二シェル分割部５に対して着脱し、装着時には第一シェル分割部４と第二シェル分割部５間に跨がることにより第一シェル分割部４と第二シェル分割部５を固定可能な別体の着脱具１３を備えて構成してもよい。他方、第一シェル分割部４に対して第二シェル分割部５の代わりに着脱し、装着した際にコイル管部３を直接洗浄する洗浄手段１４を備えて構成してもよいし、第一シェル分割部４に対して第二シェル分割部５の代わりに着脱し、装着した際にコイル管部３の洗浄を補助する洗浄補助手段１５を備えて構成してもよい。

このような構成を有する本発明に係るクーラントチラー用熱交換器１によれば、次のような顕著な効果を奏する。

（１）シェル部２の軸方向Ｆｓにおける中央部位Ｘｃと下端面部２ｄの間にシェル部２を軸方向Ｆｓの第一シェル分割部４と第二シェル分割部５に分割する分割部Ｐｃを設け、この分割部Ｐｃを着脱手段６により着脱可能に構成したため、熱交換器１の内部を洗浄する際には、第一シェル分割部４から第二シェル分割部５を離脱すればよく、これにより、切粉等の汚れが堆積しやすい複雑な形状のコイル管部３等であっても容易に洗浄することが可能となり、洗浄に係わる工数低減及び作業時間の短縮を図れるとともに、十分かつ確実な洗浄を行うことができる。特に、第一シェル分割部４を、下端面部２ｄのみにより構成した場合には、第一シェル分割部４の形状は平坦状の円板になるため、コイル管部３の側方が開放され、コイル管部３の洗浄をより容易かつ確実に行うことができる。

（２）シェル部２の軸方向Ｆｓにおける中央部位Ｘｃと下端面部２ｄの間にシェル部２を軸方向Ｆｓの第一シェル分割部４と第二シェル分割部５に分割する分割部Ｐｃを設け、この分割部Ｐｃを着脱手段６により着脱可能に構成したため、熱交換器１のメンテナンスも容易に行うことができるとともに、故障や寿命等により熱交換器１の使用が不能になった場合であっても、一部の部品交換、即ち、第一シェル分割部４又は第二シェル分割部５のいずれか一方を交換すれば足りるため、資源節減面及びコスト面における有利性を確保できる。

（３）コイル管部３を、第一シェル分割部４からシェル部２の内部外周側Ｘｆに配して上端面部２ｕの近傍に至る外側コイル半部７と、この外側コイル半部７の上端から折返し、シェル部２の内部中心側Ｘｉに配して第一シェル分割部４に至る内側コイル半部８とを備えて構成したため、コイル管部３の全長をシェル部２の筒長のほぼ二倍にできるとともに、熱交換面積もほぼ二倍にでき、もって、熱の交換効率を飛躍的に高めることができる。この場合、シェル部２の内部のコイル管部３の密度が二倍になり、切粉等の汚れがより堆積しやすくなるが、シェル部２は第一シェル分割部４から第二シェル分割部５を離脱して洗浄可能なため、特に、本発明はこのような熱交換器１の実施態様に適用して最適となる。

（４）シェル部２に、第一シェル分割部４から軸方向Ｆｓ上方に突出し、かつ外側コイル半部７と内側コイル半部８間に介在するとともに、上端面部２ｕの近傍に至る円筒形の流通路仕切部９を設け、液流入口２ｉをシェル部２の内部に流入したクーラント液Ｌｃに螺旋流が発生するように流通路仕切部９の外側に臨ませ、かつ液流出口２ｅを流通路仕切部９の内側に臨ませて構成したため、シェル部２の内部におけるクーラント液Ｌｃの流通路の長さをほぼ二倍にでき、より効率的な熱交換を行うことができる。また、流通路の形状が複雑になっても、シェル部２は第一シェル分割部４から第二シェル分割部５を離脱可能なため、容易に洗浄することができる。

（５）液流入口２ｉは、第一シェル分割部４の下端面部２ｄに対して斜めに傾斜させて設け、又は第一シェル分割部４の下側一部２ｍｄにおける周面部に設けたため、液流入口２ｉからシェル部２の内部に流入するクーラント液Ｌｃに螺旋流を発生させる実施形態として採用できるとともに、特に、第一シェル分割部４の下側一部２ｍｄにおける周面部に設けた場合には、より良好な螺旋流を発生させることができる。

（６）好適な態様により、熱交換器１を、第一シェル分割部４を第二シェル分割部５に対して下側に位置させる第一設置態様Ｍｓ又はこの第一設置態様Ｍｓに対して上下を反転させることにより第一シェル分割部４を第二シェル分割部５に対して上側に位置させる第二設置態様Ｍｎ可能に構成すれば、液流入口２ｉと液流出口２ｅ及び冷媒流入口３ｉ…と冷媒流出口３ｅ…を上側に配するか下側に配するかの選択ができるため、設計自由度を高めることができ、更なる小型化の実現に寄与できるとともに、特に、第二設置態様Ｍｎを選択すれば、洗浄時に、洗浄液が第一シェル分割部４に溜まることがないため、洗浄作業をより円滑に行うことができる。

（７）好適な態様により、着脱手段６を構成するに際し、第一シェル分割部４又は第二シェル分割部５の一方に装着部１１を設け、かつ他方に被装着部１２を設けることにより、第一シェル分割部４と第二シェル分割部５を直接着脱可能に構成すれば、別途用意する着脱手段が不要になるため、着脱操作を容易に行うことができるとともに、コスト面でも有利となる。

（８）好適な態様により、着脱手段６を構成するに際し、第一シェル分割部４と第二シェル分割部５に対して着脱し、装着時には第一シェル分割部４と第二シェル分割部５間に跨がることにより第一シェル分割部４と第二シェル分割部５を固定可能な別体の着脱具１３を備えて構成すれば、第一シェル分割部４と第二シェル分割部５をより強固に結合できるため、シェル部２の密閉性及び耐圧性をより高めることができる。

（９）好適な態様により、第一シェル分割部４に対して第二シェル分割部５の代わりに着脱し、装着した際にコイル管部３を直接洗浄する洗浄手段１４を備えて構成すれば、特に、コイル管部３の形態に適した洗浄が可能になるため、洗浄性（洗浄能力）及び洗浄能率をより高めることができる。

（１０）好適な態様により、第一シェル分割部４に対して第二シェル分割部５の代わりに着脱し、装着した際にコイル管部３の洗浄を補助する洗浄補助手段１５を備えて構成すれば、他の洗浄手段と組合わせることにより洗浄性（洗浄能力）及び洗浄能率をより高めることができるとともに、比較的低コストに実現できる。

本発明の好適実施形態に係る熱交換器の内部構造を示す断面正面図、同熱交換器に備える第一シェル分割部から第二シェル分割部を離脱した状態を示す分解正面図、同熱交換器に用いるクランプバンド（着脱手段）の平面図、同熱交換器の外観正面図、同熱交換器の第一シェル分割部の平面図、同熱交換器の第一シェル分割部の底面図、同熱交換器を備えるクーラントチラー及び工作機械を含む回路系統図、同熱交換器に備える洗浄手段の断面正面図、同熱交換器に備える洗浄補助手段の断面正面図、本発明の変更実施形態に係る熱交換器の外観正面図、本発明の他の変更実施形態に係る熱交換器の外観正面図、本発明の他の変更実施形態に係る熱交換器の外観正面図、本発明の他の変更実施形態に係る熱交換器の一部を抽出して示す断面正面図、

次に、本発明に係る好適実施形態を挙げ、図面に基づき詳細に説明する。

まず、本実施形態に係るクーラントチラー用熱交換器１の全体構成について、図１〜図６を参照して説明する。

熱交換器１において、２はステンレス素材等により形成したシェル部であり、円筒形のシェル本体部２ｍとこのシェル本体部２ｍの上端及び下端を覆う上端面部２ｕ及び下端面部２ｄを有する。そして、このシェル部２において、軸方向Ｆｓにおける中央部位Ｘｃと下端面部２ｄの間にシェル部２を軸方向Ｆｓに分割する分割部Ｐｃを設ける。これにより、シェル部２は、図２に示すように、下端面部２ｄを有する第一シェル分割部４と上端面部２ｕを有する第二シェル分割部５との二分割構造となる。この場合、分割部Ｐｃは、できるだけ下端面部２ｄ寄りに設けることが望ましい。図１〜図４は、下端面部２ｄのみにより第一シェル分割部４を構成した場合を例示する。したがって、第二シェル分割部５は、シェル本体部２ｍと上端面部２ｕにより構成される。このように、第一シェル分割部４を、下端面部２ｄのみにより構成すれば、第一シェル分割部４の形状は平坦状の円板になるため、コイル管部３の側方が開放され、コイル管部３の洗浄をより容易かつ確実に行える利点がある。

また、分割部Ｐｃを着脱可能な着脱手段６を備える。この着脱手段６には、第一シェル分割部４と第二シェル分割部５に対して着脱し、装着時には第一シェル分割部４と第二シェル分割部５間に跨がることにより第一シェル分割部４と第二シェル分割部５を固定可能な別体の着脱具１３を用いる。例示の着脱具１３は、クランプバンド２０であり、図３に示すように、リング形のバンドを三つに分割した形状のバンド分割部２１，２２及び２３を備え、中間のバンド分割部２１の両端に二つのバンド分割部２２，２３の一端をそれぞれ回動部２４，２５を介して連結するとともに、両側のバンド分割部２２，２３の他端同士を連結又は離脱させる締付部１３ｃを備える。この場合、締付部１３ｃは、バンド分割部２２，２３の他端から径方向に突出した一対の連結片２２ｊ，２３ｊと、この連結片２２ｊと２３ｊを連結又は連結解除する連結部２６とを有するとともに、この連結部２６は、さらに、一方の連結片２２ｊに回動自在に取付けたボルト部２６ｂと、このボルト部２６ｂに先端を螺合したグリップ付ナット部２６ｎとを有する。なお、各バンド分割部２１，２２及び２３の断面は、図１に示すように、上下部位に傾斜面を有する。

一方、第一シェル分割部４の周縁にはフランジ部４ｆを一体形成するとともに、第二シェル分割部５の下端にはフランジ部５ｆを一体形成する。これにより、第一シェル分割部４と第二シェル分割部５を一体化する際には、図２に示すように、シールリング（Ｏリング）２９を介してフランジ部４ｆと５ｆを重ね合わせ、連結部２６による連結を解除状態にしたクランプバンド２０、即ち、図３に仮想線で示すクランプバンド２０を、フランジ部４ｆと５ｆの双方の周縁を挟むように装着した後、図３に実線で示すように、グリップ付ナット部２６ｎを他方の連結片２３ｊに設けた割溝に係合させ、この後、グリップ付ナット部２６ｎを回し操作することにより締め付ければよい。これにより、第一シェル分割部４と第二シェル分割部５は一体に固定される。このような別体のクランプバンド２０（着脱具１３）を備えて構成すれば、第一シェル分割部４と第二シェル分割部５をより強固に結合できるため、シェル部２の密閉性及び耐圧性をより高めることができる。

他方、第一シェル分割部４には、図６に示すように、シェル部２に対する液流入口２ｉと液流出口２ｅ及びコイル管部３に対する冷媒流入口３ｉ…と冷媒流出口３ｅ…を配設する。したがって、第一シェル分割部４の上面には、コイル管部３を配設し、このコイル管部３の一端側を冷媒流入口３ｉ…に接続し、コイル管部３の他端側を冷媒流出口３ｅ…に接続する。なお、例示の場合、コイル管部３の端部をそのまま冷媒流入口３ｉ…及び冷媒流出口３ｅ…として構成し、下端面部２ｄを貫通させることにより当該下端面部２ｄの下方に露出させている。コイル管部３は、図１に示すように、第一シェル分割部４からシェル部２の内部外周側Ｘｆに配して上端面部２ｕの近傍に至る外側コイル半部７と、この外側コイル半部７の上端から折返し、シェル部２の内部中心側Ｘｉに配して第一シェル分割部４に至る内側コイル半部８とを備えて構成する。また、例示のコイル管部３は、四本の熱交換管３１ａ，３１ｂ，３１ｃ及び３１ｄを横二列縦二段に配した集合管により構成し、この集合管を螺旋状に湾曲させて製作する。これにより、コイル管部３は、シェル部２の内部に収容して冷媒Ｋｍの流通路を形成する。一方、冷媒流入口３ｉ…は外部のマニホールド３３に接続するとともに、冷媒流出口３ｅ…は外部のマニホールド３４に接続する。なお、３６ａ，３６ｂ及び３６ｃは熱交換器１を支持する三つの脚部を示す。

コイル管部３を、このような外側コイル半部７と内側コイル半部８により構成すれば、コイル管部３の全長をシェル部２の筒長のほぼ二倍にできるため、熱交換面積もほぼ二倍にでき、もって、熱の交換効率を飛躍的に高めることができる。この場合、シェル部２の内部のコイル管部３の密度が二倍になり、切粉等の汚れがより堆積しやすくなるが、シェル部２は第一シェル分割部４から第二シェル分割部５を離脱して洗浄可能なため、特に、本発明はこのような熱交換器１の実施態様に適用して最適となる。

さらに、シェル部２の内部には、第一シェル分割部４（下端面部２ｄ）の上面から軸方向Ｆｓ上方に突出し、かつ外側コイル半部７と内側コイル半部８間に介在するとともに、上端面部２ｕの近傍に至る円筒形の流通路仕切部９を配設する。この場合、液流入口２ｉは流通路仕切部９の外側に臨ませ、液流出口２ｅは流通路仕切部９の内側に臨ませる。これにより、シェル部２は、流通路仕切部９と共にクーラント液Ｌｃの流通路を形成する。なお、液流入口２ｉは、下端面部２ｄに対して斜めに傾斜させて配することにより、クーラント液Ｌｃが液流入口２ｉからシェル部２の内部に流入した際に螺旋流が発生するように考慮する。

このような流通路仕切部９を設けるとともに、液流入口２ｉを流通路仕切部９の外側に臨ませ、液流出口２ｅを流通路仕切部９の内側に臨ませれば、シェル部２の内部におけるクーラント液Ｌｃの流通路の長さをほぼ二倍にできるため、より効率的な熱交換を行うことができるとともに、流通路の形状が複雑になっても、シェル部２は第一シェル分割部４から第二シェル分割部５を離脱可能なため、容易に洗浄することができる。

次に、本実施形態に係る熱交換器１を用いたクーラントチラー及びこのクーラントチラーにより冷却されるクーラント液Ｌｃの循環系について、図７を参照して説明する。

図７において、４０はクーラントチラー、８０はこのクーラントチラー４０により冷却されるクーラント液Ｌｃの循環系をそれぞれ示す。まず、クーラントチラー４０は、一般的な冷凍サイクルＣを構成しており、本実施形態に係る熱交換器１の一次側、即ち、冷媒流入口３ｉ…を接続したマニホールド３３と冷媒流出口３ｅ…を接続したマニホールド３４を、冷凍サイクルＣを構成する冷媒回路に接続する。また、熱交換器１の二次側、即ち、液流入口２ｉと液流出口２ｅは、クーラント液Ｌｃの循環系に接続する。

冷凍サイクルＣは、冷媒ストレーナ４１，圧縮機４２，凝縮器４３，電子膨張弁４４を順次接続するとともに、冷媒ストレーナ４１の冷媒入口をマニホールド３４に接続し、かつ電子膨張弁４４の冷媒出口をマニホールド３３に接続した構成を備えており、これにより、冷媒Ｋｍが循環する冷媒回路が構成される。なお、例示の冷凍サイクルＣは、マニホールド３３と圧縮機４２の吐出口間に接続した、キャピラリチューブ４６と電磁弁４７の直列回路からなるホットガスバイパス回路４５を備えている。その他、図７中、４３ｆは凝縮器４３を空冷する凝縮器ファン、４８は高圧圧力スイッチ、４９は低圧圧力スイッチ、５０は吐出管温度センサ、５１は周囲温度センサ、５２は凝縮冷媒温度センサ、５３は熱交換器入口温度センサ、５４は吸入温度センサ、５５はチェックジョイント、５６は圧縮機インバータをそれぞれ示す。

一方、クーラント液Ｌｃの循環系８０において、８１はクーラント液Ｌｃを貯留するクーラント液タンクを示す。クーラント液タンク８１の内部は、半仕切板８１ａ，８１ｂによりクーラント液供給槽部８２とクーラント液冷却槽部８３に仕切られ、クーラント液冷却槽部８３は、循環ポンプ８４を接続した吸入管８５を介して熱交換器１の液流入口２ｉに接続するとともに、熱交換器１の液流出口２ｅは、戻し管８６を介してクーラント液冷却槽部８３に接続する。また、クーラント液供給槽部８２は、送液ポンプ８７を接続した供給管８８を介して工作機械１００の放出ノズル１０１に接続するとともに、工作機械１００の液回収トレイ１０２はフィルタ８９を接続した戻し管９０を介してクーラント液冷却槽部８３に接続する。さらに、供給管８８における循環ポンプ８４の下流側には、液流入口２ｉに流入するクーラント液Ｌｃの温度を検出する熱交換器入口温度センサ９１を付設する。

他方、９５はコントローラを示す。コントローラ９５は、クーラントチラー４０の全体の制御を司る機能を備える。なお、必要によりクーラント液Ｌｃの循環系８０における一部又は全部の制御を司る機能を設けることができる。したがって、コントローラ９５の制御出力ポートには、少なくとも上述した圧縮機インバータ５６を接続するとともに、循環ポンプ８４、更には送液ポンプ８７を接続する。また、コントローラ９５の入力ポートには、少なくとも熱交換器１の熱交換器入口温度センサ９１を接続する。コントローラ９５は、ＣＰＵ，メモリ，電源ユニット等を含むコンピュータ機能を備え、少なくともクーラントチラー４０に係わる温度制御（シーケンス制御）を実行する。したがって、コントローラ９５には、これらの制御を実現するための制御プログラムを格納する。

次に、本実施形態に係る熱交換器１の機能を含むクーラントチラー４０の動作及び洗浄方法について、図１〜図９を参照して説明する。

まず、クーラントチラー４０を作動させれば、冷凍サイクルＣ内を冷媒Ｋｍが循環し、熱交換器１のコイル管部３は冷却器（蒸発器）として機能し、クーラント液Ｌｃに対する冷却が行われる。この場合、熱交換器１では、冷媒流入口３ｉ…から冷媒Ｋｍが外側コイル半部７に流入し、外側コイル半部７を流通して上端側に至るとともに、この後、内側コイル半部８に流入し、内側コイル半部８を流通して下端側に至り、冷媒流出口３ｅ…から流出する。一方、循環ポンプ８４の作動により、クーラント液Ｌｃがクーラント液タンク８１のクーラント液冷却槽部８３から吸い上げられ、吸入管８５を流通した後、液流入口２ｉからシェル部２の内部に流入する。この際、クーラント液Ｌｃは流通路仕切部９の外側の空間に斜め上方に向いた螺旋状に流入するとともに、順次貯留される。そして、クーラント液Ｌｃの液面が上昇し、流通路仕切部９の上端に達すれば、クーラント液Ｌｃは流通路仕切部９の内側の空間に落下流入し、液流出口２ｅから流出する。この場合、液流出口２ｅからの自然流出による流量よりも循環ポンプ８４の作動による流量が多くなれば、流通路仕切部９の内側の空間にもクーラント液Ｌｃが貯留され、最終的にはシェル部２の内部にクーラント液Ｌｃが満たされる。

これにより、シェル部２の内部では、クーラント液Ｌｃと冷媒Ｋｍとの熱交換が行われ、クーラント液タンク８１内のクーラント液Ｌｃに対する冷却が行われる。この際、液流入口２ｉに流入するクーラント液Ｌｃの温度は熱交換器入口温度センサ９１により検出され、検出温度としてコントローラ９５に付与される。コントローラ９５には、予め目標温度が設定されているため、コントローラ９５は、検出温度が目標温度になるように、圧縮機インバータ５６に制御信号を付与し、圧縮機４２の回転数を可変することにより、クーラント液Ｌｃの温度に対するフィードバック制御を行う。

他方、送液ポンプ８７の作動により、冷却されたクーラント液Ｌｃがクーラント液タンク８１のクーラント液供給槽部８２から吸い上げられ、供給管８８を通して工作機械１００の放出ノズル１０１に送られる。これにより、放出ノズル１０１からワーク１０５に対して冷却されたクーラント液Ｌｃが放出され、加工により発熱したワーク１０５が冷却される。そして、使用されたクーラント液Ｌｃは液回収トレイ１０２により回収され、戻し管９０及びフィルタ８９を通してクーラント液冷却槽部８３に戻される。この場合、液回収トレイ１０２に回収されるクーラント液Ｌｃは、切粉等の混在により汚れているが、この汚れはフィルタ８９により除去される。しかし、フィルタ８９により完全に除去することは困難であるため、クーラント液冷却槽部８３に収容されるクーラント液Ｌｃは徐々に汚れが進行するとともに、汚れたクーラント液Ｌｃが熱交換器１を循環し、熱交換器１の内部にも汚れが堆積するとともに、藻等も自然発生する。

したがって、熱交換器１は、定期的に又は使用環境により汚れがひどいときには、内部の洗浄を行う必要がある。この場合、従来では、前述したように、熱交換器１からクーラント液Ｌｃを排出した後、クーラント液タンク８１から外した吸入管８５と戻し管８６を、洗浄液の収容された洗浄液タンクに浸け、循環ポンプ８４を作動させることにより、熱交換器１に洗浄液を循環させる洗浄を行っていた。しかし、本実施形態に係る熱交換器１では、熱交換器１からクーラント液Ｌｃを排出した後、クランプバンド２０を取外すことにより、第一シェル分割部４から第二シェル分割部５を離脱できる。これにより、図２に示すように、コイル管部３を外部に露出させることができるため、この状態でコイル管部３及び第二シェル分割部５内部の洗浄を容易に行うことができる。

洗浄に際しては、洗浄用ブラシや洗浄用雑巾等を用いた手作業による洗浄を行ってももちろんよいが、より好適な態様により洗浄を行うには、図８に示す専用の洗浄器７０等の洗浄手段１４を用いたり、図９に示す専用の洗浄補助具７５等の洗浄補助手段１５を用いることが望ましい。

図８に示す洗浄器７０は、第一シェル分割部４に対して第二シェル分割部５の代わりに着脱し、装着した際にコイル管部３を直接洗浄可能な機能を備えている。この洗浄器７０は、第一シェル分割部４のフランジ部４ｆに着脱可能な装着部７１ｃを下端に形成した外筒部７１と、この外筒部７１の内部に回動自在に配した内筒部７２と、この内筒部７２の上端面に固定したシャフト部７３ｓと、このシャフト部７３ｓの上端側を外筒部７１の挿通孔を通して外部に突出させ、クランク状に折曲形成した回動操作部７３ｇと、内筒部７２の内周面から突出した外側洗浄ブラシ部７４ｅと、シャフト部７３ｓから突出した内側洗浄ブラシ部７４ｉとにより構成する。なお、外筒部７１及び内筒部７２は、透明なプラスチック素材等により形成することが望ましい。

また、図９に示す洗浄補助具７５は、第一シェル分割部４に対して第二シェル分割部５の代わりに着脱し、装着した際にコイル管部３の洗浄を補助する機能を備えており、この洗浄補助具７５は、第一シェル分割部４のフランジ部４ｆに着脱可能な装着部７６ｃを下端に形成した筒部７６を備えている。この筒部７６も透明なプラスチック素材等により形成することが望ましい。

洗浄を行う際には、第二シェル分割部５の代わりに洗浄器７０を第一シェル分割部４に装着すればよい。この場合、外筒部７１の装着部７１ｃを第一シェル分割部４のフランジ部４ｆに装着することができる。これにより、外側洗浄ブラシ部７４ｅは外側コイル半部７に接触し、内側洗浄ブラシ部７４ｉは内側コイル半部８に接触する。なお、各ブラシ部７４ｉ，７４ｅには予め洗浄液、例えば泡の出る洗浄液を塗布することが望ましい。そして、この状態で回動操作部７３ｇを手で回動操作すれば、内筒部７２及びシャフト部７３ｓが一体に回動し、外側洗浄ブラシ部７４ｅにより外側コイル半部７に対する洗浄（汚れ落とし）が行われるとともに、内側洗浄ブラシ部７４ｉにより内側コイル半部８に対する洗浄（汚れ落とし）が行われる。この後、洗浄が終了したなら、洗浄器７０の代わりに洗浄補助具７５を装着し、洗浄補助具７５の上端開口からシャワー水等をかけることにより、洗浄液を流し落とせばよい。

他方、洗浄器７０を用いることなく、洗浄補助具７５のみを用いた洗浄も可能である。この場合、第二シェル分割部５の代わりに洗浄補助具７５を第一シェル分割部４に装着する。そして、この状態で洗浄補助具７５の上端開口から高圧洗浄機からの高圧洗浄水を吹き付けることにより洗浄を行うことができる。

このように、洗浄器７０等の洗浄手段１４をオプションとして備えれば、特に、コイル管部３の形態（態様）に適した洗浄が可能になるため、洗浄性（洗浄能力）及び洗浄能率をより高めることができる。また、洗浄補助具７５等の洗浄補助手段１５をオプションとして備えれば、他の洗浄手段と組合わせることにより洗浄性（洗浄能力）及び洗浄能率をより高めることができるとともに、比較的低コストに実現できる利点がある。

次に、本発明の変更実施形態に係るクーラントチラー用熱交換器１について、図１０〜図１３を参照して説明する。

図１０に示す変更実施形態に係る熱交換器１は、シェル部２を第一シェル分割部４と第二シェル分割部５に分割する分割部Ｐｃの位置を変更したものである。前述した図４（図１）に示した熱交換器１は、第一シェル分割部４を、下端面部２ｄのみにより構成、即ち、分割部Ｐｃの位置として、最下部の位置を選択した例であるが、このような分割部Ｐｃは、シェル部２の軸方向Ｆｓにおける中央部位Ｘｃと下端面部２ｄの間の任意位置を選択できる。図１０に示す変更実施形態では、中央部位Ｘｃと下端面部２ｄ間のほぼ中央の位置を分割部Ｐｃに選定したものである。したがって、第一シェル分割部４には、下端面部２ｄとシェル本体部２ｍの下側一部２ｍｄが含まれ、第二シェル分割部５には、上端面部２ｕとシェル本体部２ｍの上側残部２ｍｕが含まれる。この場合、液流入口２ｉはシェル本体部２ｍの下側一部２ｍｄにおける周面部に設けることができる。これにより、液流入口２ｉから水平方向にクーラント液Ｌｃを吐出させることができるため、より良好な螺旋流を発生させることができる。なお、その他の基本的な構成は、前述した図４（図１）に示した熱交換器１と同じになる。

図１１に示す変更実施形態に係る熱交換器１は、設置時の向きを変更したものである。前述した図４（図１）に示した実施形態は、第一シェル分割部４を第二シェル分割部５に対して下側に位置させる第一設置態様Ｍｓにより設置した場合を示したが、図１１に示す変更実施形態は、この第一設置態様Ｍｓに対して上下を反転させることにより第一シェル分割部４を第二シェル分割部５に対して上側に位置させる第二設置態様Ｍｎにより設置したものである。したがって、熱交換器１の基本的な構成は、前述した図４（図１）に示した熱交換器１と同じになる。熱交換器１を設置する際には、例えば、ゲート形の設置用フレーム２０１を使用し、この設置用フレーム２０１の上フレーム２０１ｓにより、反転させた熱交換器１を吊り下げる態様により設置できる。このような第二設置態様Ｍｎにより設置すれば、洗浄時に、洗浄液が第一シェル分割部４に溜まることがないため、洗浄作業をより円滑に行うことができる。このように、熱交換器１を、第一シェル分割部４を第二シェル分割部５に対して下側に位置させる第一設置態様Ｍｓ又は第一シェル分割部４を第二シェル分割部５に対して上側に位置させる第二設置態様Ｍｎ可能に構成すれば、液流入口２ｉと液流出口２ｅ及び冷媒流入口３ｉ…と冷媒流出口３ｅ…を上側に配するか下側に配するかの選択ができるため、設計自由度を高めることができ、更なる小型化の実現にも寄与できる。

図１２に示す変更実施形態に係る熱交換器１は、着脱手段６の形態を変更したものである。前述した図１（図４）に示した実施形態は、着脱手段６として、第一シェル分割部４と第二シェル分割部５を固定可能な別体の着脱具１３を用いた例を示したが、図１２に示す変更実施形態は、着脱手段６として、第二シェル分割部５の下端部の外周面にネジ部を形成した装着部１１を設けるとともに、第一シェル分割部４の外周縁から上方に突出し、内周面に、当該装着部１１が螺着するネジ孔部を形成した被装着部１２を設けたものである。これにより、第一シェル分割部４と第二シェル分割部５は直接着脱可能となる。図１２中、３０１は、装着時に、第一シェル分割部４と第二シェル分割部５間に介在されるシールリング（Ｏリング）を示すとともに、３０２及び３０３は、第二シェル分割部５を回す際に手で握ることができる一対のグリップを示す。なお、第二シェル分割部５に被装着部１２を設け、第一シェル分割部４に装着部１１を設けてもよい。このように、第一シェル分割部４と第二シェル分割部５を直接着脱可能に構成すれば、別途用意する着脱手段が不要となるため、着脱操作を容易に行えるとともに、コスト面でも有利となる。なお、その他の基本的な構成は、前述した図４（図１）に示した熱交換器１と同じになる。

図１３に示す変更実施形態に係る熱交換器１は、追加的構成要素として、吸気孔４０１及び／又は排出孔４０４を設けたものである。図１３中、上段には、熱交換器１の上側の一部を示し、第二シェル分割部５の上端面部２ｕに、外気をシェル部２に導入可能なネジ孔部による吸気孔４０１を設けるとともに、この吸気孔４０１に着脱して当該吸気孔４０１を閉塞又は開放可能なボルトによる吸気孔キャップ４０２を設けた例を示す。なお、４０３は上端面部２ｕと吸気孔キャップ４０２間に介在させるシールリング（Ｏリング）を示す。このような吸気孔４０１を設ければ、シェル部２の内部の圧抜き（給気）を行うことができるため、シェル部２からのクーラント液Ｌｃの液抜きを確実に行うことができるとともに、第一シェル分割部４と第二シェル分割部５を離脱する際における無用な吹き出しを防止して安全性を高めることができる。

他方、図１３中、下段には、熱交換器１の下側の一部を示し、第一シェル分割部４を構成する下端面部２ｄに、シェル部２内部のクーラント液Ｌｃ又は洗浄液を外部に排出可能なネジ孔部による排出孔４０４を設けるとともに、この排出孔４０４に着脱して当該排出孔４０４を閉塞又は開放可能なボルトによる排出孔キャップ４０５を設けた例を示す。なお、４０６は下端面部２ｄと排出孔キャップ４０５間に介在させるシールリング（Ｏリング）を示す。このような排出孔４０４を設ければ、シェル部２内部におけるクーラント液Ｌｃ又は洗浄液の液抜きを確実に行うことができ、第一シェル分割部４と第二シェル分割部５を離脱する際におけるクーラント液Ｌｃ又は洗浄液の無用な外部流出を防止でき、洗浄作業をより円滑に行うことができるとともに、下端面部２ｄの上面に溜まった切粉等の汚れも一緒に排出することができる。なお、以上、図１０〜図１３において、図１〜図９と同一部分には同一符号を付してその構成を明確化した。

よって、このような変更実施形態を含む本実施形態に係る熱交換器１によれば、シェル部２の軸方向Ｆｓにおける中央部位Ｘｃと下端面部２ｄの間にシェル部２を軸方向Ｆｓの第一シェル分割部４と第二シェル分割部５に分割する分割部Ｐｃを設け、この分割部Ｐｃを着脱手段６により着脱可能に構成するとともに、第一シェル分割部４に、シェル部２に対する液流入口２ｉと液流出口２ｅ及びコイル管部３に対する冷媒流入口３ｉ…と冷媒流出口３ｅ…を配設したため、熱交換器１の内部を洗浄する際には、第一シェル分割部４から第二シェル分割部５を離脱すればよく、これにより、切粉等の汚れが堆積しやすい複雑な形状のコイル管部３等であっても容易に洗浄することが可能となり、洗浄に係わる工数低減及び作業時間の短縮を図れるとともに、十分かつ確実な洗浄を行うことができる。また、シェル部２の軸方向Ｆｓにおける中央部位Ｘｃと下端面部２ｄの間にシェル部２を軸方向Ｆｓの第一シェル分割部４と第二シェル分割部５に分割する分割部Ｐｃを設け、この分割部Ｐｃを着脱手段６により着脱可能に構成したため、熱交換器１のメンテナンスも容易に行うことができるとともに、故障や寿命等により熱交換器１の使用が不能になった場合であっても、一部の部品交換、即ち、第一シェル分割部４又は第二シェル分割部５のいずれか一方を交換すれば足りるため、資源節減面及びコスト面における有利性を確保できる。

以上、好適実施形態（変更実施形態）について詳細に説明したが、本発明は、このような実施形態に限定されるものではなく、細部の構成，形状，素材，数量等において、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、任意に変更，追加，削除することができる。

例えば、クーラント液Ｌｃは、冷却液として使用できれば足り、水道水であってもよいし不凍液等の各種水溶液であってもよい。その他、着脱手段６，洗浄手段１４，洗浄補助手段１５は例示の形態に限定されるものではなく、同様の機能を有する各種形態により実施可能である。

本発明に係るクーラントチラー用熱交換器は、クーラント液の流通路となるシェル部とこのシェル部に収容することにより冷媒の流通路となるコイル管部を備える各種熱交換器に適用できるとともに、例示したクーラントチラーをはじめ各種用途のクーラントチラーに利用できる。

１：クーラントチラー用熱交換器，２：シェル部，２ｕ：上端面部，２ｄ：下端面部，２ｉ：液流入口，２ｅ：液流出口，３：コイル管部，３ｉ…：冷媒流入口，３ｅ…：冷媒流出口，４：第一シェル分割部，５：第二シェル分割部，６：着脱手段，７：外側コイル半部，８：内側コイル半部，９：流通路仕切部，１１：装着部，１２：被装着部，１３：クランプバンド，１４：洗浄手段，１５：洗浄補助手段，Ｌｃ：クーラント液，Ｋｍ：冷媒，Ｆｓ：軸方向，Ｘｃ：中央部位，Ｘｆ：内部外周側，Ｘｉ：内部中心側，Ｐｃ：分割部，Ｍｓ：第一設置態様，Ｍｎ：第二設置態様

Claims

上端面部及び下端面部を有する円筒形に構成し、かつクーラント液の流通路を形成するシェル部と、このシェル部の内部に収容し、かつ冷媒の流通路を形成するコイル管部とを備えてなるクーラントチラー用熱交換器であって、前記シェル部の軸方向における中央部位と前記下端面部（又は前記上端面部）の間に前記シェル部を軸方向の第一シェル分割部と第二シェル分割部に分割する分割部を設け、この分割部を着脱手段により着脱可能に構成するとともに、前記コイル管部は、前記第一シェル分割部から前記シェル部の内部外周側に配して前記上端面部の近傍に至る外側コイル半部，及び外側コイル半部の上端から折返すことにより前記シェル部の内部中心側に配して前記第一シェル分割部に至る内側コイル半部を備えて構成し、さらに、前記シェル部に、前記第一シェル分割部から軸方向上方に突出し、かつ前記外側コイル半部と前記内側コイル半部間に介在して前記上端面部の近傍に至る円筒形の流通路仕切部を設けるとともに、液流入口を、前記第一シェル分割部の下端面部に対して斜めに傾斜させて設け，又は前記第一シェル分割部の下側一部における周面部に設けることにより、前記シェル部の内部に流入したクーラント液に螺旋流が発生するように前記流通路仕切部の外側に臨ませ、かつ液流出口を前記流通路仕切部の内側に臨ませてなることを特徴とするクーラントチラー用熱交換器。
前記第一シェル分割部を前記第二シェル分割部に対して下側に位置させる第一設置態様又はこの第一設置態様に対して上下を反転させることにより前記第一シェル分割部を前記第二シェル分割部に対して上側に位置させる第二設置態様可能に構成することを特徴とする請求項１記載のクーラントチラー用熱交換器。
前記着脱手段は、前記第一シェル分割部又は前記第二シェル分割部の一方に装着部を設け、かつ他方に被装着部を設けることにより、前記第一シェル分割部と前記第二シェル分割部を直接着脱可能に構成することを特徴とする請求項１又は２記載のクーラントチラー用熱交換器。
前記着脱手段は、前記第一シェル分割部と前記第二シェル分割部に対して着脱し、装着時には前記第一シェル分割部と前記第二シェル分割部間に跨がることにより前記第一シェル分割部と前記第二シェル分割部を固定可能な別体の着脱具を備えることを特徴とする請求項１，２又は３記載のクーラントチラー用熱交換器。
前記第一シェル分割部に対して前記第二シェル分割部の代わりに着脱し、装着した際に前記コイル管部を直接洗浄する洗浄手段を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のクーラントチラー用熱交換器。
前記第一シェル分割部に対して前記第二シェル分割部の代わりに着脱し、装着した際に前記コイル管部の洗浄を補助する洗浄補助手段を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のクーラントチラー用熱交換器。