JP5882909B2 - 熱交換器、熱交換器を含む生ごみ処理機、及び熱交換器の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、熱交換器、上記熱交換器を含む生ごみ処理機、及び上記熱交換器の製造方法に関し、より詳細には、押出及び切削加工の過程によって内部に複数の流動チャンネルが形成されて相互熱交換が円滑に行われるように作業工程が単純化された熱交換器、上記熱交換器を含む生ごみ処理機、及び上記熱交換器の製造方法に関するものである。

一般に、熱交換器は、温度の高い流体から伝熱壁を介して温度の低い流体に熱を伝達する装置と定義できる。熱交換器の構造として最も一般的に用いられるものは、金属管を伝熱壁とするものであって、その種類としては、注水式、二重管式、フィン付多管式、及び透管式などの多様な実施例がある。上記の熱交換器の中で二重管式熱交換器は、内管と外管とからなり、内管内部の流体と内管と外管との間にある環状部分の流体との間で熱交換が行われる。二重管式熱交換器は構造は簡単であるが、処理する量が少ない。

上記の熱交換器のうち大容量のものには、大きな外管に複数の小さな管を入れた透管式が適用される。熱の高い流体と低い流体の流れで同じ方向に流れるものを並流型、反対方向に流れるものを逆流型、直角方向に流れるものを直交流型と呼ぶ。通常工業で使用される伝熱媒体としては、水、水蒸気、空気、煙道ガス、石油、水銀、ナトリウム、カリウム、及びジフェニルエーテルとビフェニルとの混合物であるダウサム(dowtherm)などが適用され得る。

以下、具体的に図１を参照して従来のプレートフィン式熱交換器の構造を説明する。フィン式熱交換器１０は、中空の円形管１２と上記円形管１２が挿入固定されるプレートフィン１４とを備える。上記円形管１２の内部には高温の流体が流動するようになるが(図面符号１８参照)、円形管１２に密着固定されるプレートフィン１４は、円形管１２の軸方向に沿って一定間隔で積層形成される。

上記フィン式熱交換器１０の作動過程を見れば、円形管１２内部の高温の熱は上記プレートフィン１４に熱拡散過程を通じて分散する過程を経て、この状態でプレートフィン１４方向に流動する低温の冷却空気１６がプレートフィン１４を冷却することで継続的な熱交換作用が行われる。

一方、フィン式熱交換器１０は、円形管１２のプレートフィン１４上への圧入度によって熱交換効率が決定され、プレートフィン１４の厚さによって圧入または使用時に変形などが発生して品質低下が発生することがある。併せて、円形管１２の流路断面積が一般的に小さくてその内部を流動する高温流体の圧力負荷が大きく作用し、これにより高圧のポンプまたは高圧力の送風ファンが必要となる。上記の問題点を克服するための方策としては、圧力負荷の低減のために円形管１２の個数を増加させる方策が導出され得るが、上記方策の場合は、工程コストが上昇し、製造コストが高価となる問題点がある。

本発明は、上記の問題点を解決するために、金属成形部材に対する押出及び切削工程によって複数の流路チャンネルが形成された本体及び上記本体に取り付けられるカバー部材を組み合わせて、作業工程の単純化及び製造コストの削減を図る熱交換器、上記熱交換器を含む生ごみ処理機、及び上記熱交換器の製造方法を提供することを目的とする。

上記のような目的を達成するために提供される本発明の一態様に係る熱交換器は、複数の流動流体の間で熱的移動が行われ、上記複数の流動流体が互いに異なる方向に流動するように互いに異なる方向に貫通する複数の流動チャンネルを含むことを特徴とする。

上記流動チャンネルは、第１流動流体の通路として機能する第１流動チャンネル及び第２流動流体の通路として機能する第２流動チャンネルを含み、上記第１流動流体及び上記第２流動流体は、上記熱交換器の内部を交差する方向に熱的交換が行われることが好ましい。

上記第１流動チャンネルと上記第２流動チャンネルとは、上記本体内において互いに交互に配置されることが好ましい。

上記熱交換器は、上記本体の第１方向上における両側の先端に締結される一対のカバー部材を含み、上記第１流動チャンネルは、上記カバー部材を通じて出入りする上記第１流動流体の上記第１方向への通路としての機能を果たすことが好ましい。

上記本体に上記第１方向に沿って形成される上記第１及び第２流動チャンネルは、押出加工によって形成されることが好ましい。

上記第１または第２流動チャンネルには、所定形状の熱交換フィンが突出形成されることが好ましい。

上記熱交換フィンは、上記第１または第２流動チャンネルのうち上記熱交換フィンが設けられたいずれか一つの流動チャンネル内において対向する内面にずらして配置されることが好ましい。

上記第２流動チャンネルは、上記本体の側面に対する切削加工によって連通可能になることが好ましい。

上記カバー部材は、上記本体の側面から上記第２流動チャンネルを通じて流入される第２流動流体が上記第１方向に沿って上記本体から排出されるのを防止することが好ましい。
上記のような目的を達成するために提供される本発明の他の態様に係る熱交換器の製造方法は、上記複数の流動チャンネルのうちいずれか一方向の流動チャンネルが異なる高さで形成されるように上記本体を成形する押出工程ステップ、上記異なる高さで形成された流動チャンネルのうち所定の流動チャンネルの先端が外部に露出する深さで上記一方向と異なる方向の上記本体の側面を切削する切削加工ステップ、及び上記外部に露出した先端を備えた上記所定の流動チャンネルの上記一方向側の側面をカバーするカバー部材を取り付けるステップ、を含むことを特徴とする。

上記のような目的を達成するために提供される本発明のまた他の態様に係る熱交換器を含む生ごみ処理機において、上記熱交換器においては、上記生ごみ処理機の乾燥路から発生した排気ガスと外部の冷却空気とが熱交換することを特徴とする。

上記のような目的を達成するために提供される本発明のさらに他の態様に係る生ごみ処理機は、上記の製造方法によって製造された熱交換器を含む。

上述した本発明の熱交換器、上記熱交換器を含む生ごみ処理機及び上記熱交換器の製造方法は、互いに異なる温度の熱エネルギーを保有した流動流体が本体内に形成された流動チャンネルを互いに交差ないし直交する方向に流動する過程を通じて、熱交換が効果的に行われるようにすることを特徴とする。また、本体を形成する過程で一度の押出工程、本体の上下端に対する切削工程、及び本体の前後面にカバー部材を取り付ける工程によって、短時間で簡易な方法で熱交換器を製造できるという点で高い生産性と経済性が導出される。

従来の一般的な熱交換器の構造を示す斜視図である。 本発明の一実施例に係る熱交換器の構造を示す斜視図である。 本発明の熱交換器の構成要素である本体が押出工程によって形成された状態を示す斜視図である。 本体の側面に対する切削加工によって本体内に形成された第２流動チャンネルが本体の側面に露出した状態を示す斜視図である。 本体の前後面にカバー部材が結合される状態を示す分解斜視図である。 図４のＡ方向視における正面図である。 図４のＢ方向視における平面図である。 図４のＣ−Ｃ線による断面図である。 図４のＤ−Ｄ線による断面図である。

本発明の上記のような目的、特徴及び他の長所は添付図面を参照して本発明の好ましい実施例を詳しく説明することで、より明らかになるだろう。以下、添付の図面を参照して、本発明の実施例に係る熱交換器、上記熱交換器を含む生ごみ処理機及び上記熱交換器の製造方法を詳細に説明する。

図１は、従来の一般的な熱交換器の構造を示す斜視図、図２は、本発明の一実施例に係る熱交換器の構造を示す斜視図、図３は、本発明の熱交換器の構成要素である本体が押出工程によって形成された状態を示す斜視図、図４は、本体の側面に対する切削加工によって本体内に形成された第２流動チャンネルが本体の側面に露出した状態を示す斜視図、図５は、本体の前後面にカバー部材が結合される状態を示す分解斜視図、図６は、図４のＡ方向視における正面図、図７は、図４のＢ方向視における平面図、図８は、図４のＣ−Ｃ線による断面図、図９は、図４のＤ−Ｄ線による断面図である。

以下、本発明の実施例について図面を参照してより詳細に説明する。

まず、図２ないし図５を参照して本発明の一実施例に係る熱交換装置１００の構造について説明する。熱交換装置１００は、複数の流動チャンネル１２０がその内部に形成される本体１１０及び、上記本体１１０の前後面の両先端に締結されるカバー部材１３０を備える。本体１１０の前後面の角部に形成された締結溝１１２とカバー部材１３０の角部に形成される締結孔１３１とは互いに対応して構成され、別途の締結部材(図示せず)を用いて相互結合される。

本体１１０は、押出過程によって生産可能な単一部材であって、任意の地点における断面が等しく形成できるようになるが、上記の押出過程によって短時間で所望する形状の製品を確保するようになる。

複数の流動チャンネル１２０は、カバー部材１３０を通じて出入りする第１流動流体の通路としての機能を果たす第１流動チャンネル１２２、及び本体１１０の側面に選択的に連通される第２流動チャンネル１２４からなる。図２において、本体１１０の前後面から第１流動流体が移動する方向を第１方向１０２、本体１１０の側面上下端から第２流動流体が移動する方向を第２方向１０４と定義できるが、直交座標係において第１方向はＸ方向、第２方向はＹ方向に設定することができる。ここで、上記第１、２方向に対する方向設定は、便宜上、直交するように設定するだけであり、必ずしも直交する方向に設定されることに限定されない。

第１流動流体は、第１方向１０２に沿って本体１１０の後面に流入されて第１流動チャンネル１２２を介して本体１１０の前面に吐出される。上記過程でカバー部材１３０は第１流動流体の流れを干渉しなくなる。

第２流動流体は、第２方向１０４に沿って本体１１０の側面上端に流入されて第２流動チャンネル１２４を介して本体１１０の側面下端に吐出される。本体１１０の側面上下端と第２流動チャンネル１２４との連通は、上記本体１１０の側上端及び側下端に対する切削加工によって行われる。図４を参照すれば、上記の切削加工によって本体１１０の両側面には一定の段差が形成される。上記段差は、切削が行われた加工面１１６と未加工の基準面１１８との高さの差を意味するものであって、上記段差によって第２流動チャンネル１２４が本体１１０の両側面に露出する状態になる。

カバー部材１３０は、第２流動流体が本体１１０の前面部に排出されることを防止するが、これは第２流動チャンネル１２４が本体１１０の前後面に連通される部分をカバー部材１３０が閉鎖する構造を形成することで可能になる。

カバー部材１３０は、第１方向１０２に沿って本体１１０内に流入される第１流動流体が移動可能に貫通口１３４が形成される。上記貫通口１３４は、プレス機械を用いて金属板に対して穿孔工程によって形成することができる。上記貫通口１３４の間に配置される遮断部１３２は、第２流動流体が本体１１０の前後面から漏れることを防止する。そして、カバー部材１３０の内側面にはシーリング部材(図示せず)が取り付けられることで、 カバー部材１３０と本体１１０とが密着する場合に流動流体の漏れを防止することができる。
一方、上記第１流動チャンネル１２２と第２流動チャンネル１２４とは、図６に示すように本体１１０内において相互交互に連続配置されてもよい。すなわち、第１流動チャンネル１２２に隣接する両側には第２流動チャンネル１２４が配置されることで、第１流動チャンネル１２２に流れる第１流動流体と第２流動チャンネル１２４に流れる第２流動流体との間で熱的交換を円滑に生じさせる。ここで、上記流動チャンネル１２０の間には所定形状の熱交換フィン１１４が形成されて、第１、２流動流体間の熱交換性能を強化できるようにする。

本発明に係る熱交換器１００は、熱的交換ないし配分が行われなければならない全ての装置に適用され得るが、特に、生ごみ処理機システムの熱交換のために用いられる。生ごみ処理機では、食べ物に対する粉砕、乾燥が行われる乾燥路から発生する高温多湿な排気ガスと外部から供給された冷却空気とが熱交換器１００の流動チャンネル１２０内で互いに交差する方向に流動することで相互熱交換できる。

特に、図９を参照すると、第２方向１０４に沿って第２流動チャンネル１２４に入る第２流動流体の場合は、上記熱交換フィン１１４の存在によってその流動過程が流線形で行われることで第２流動チャンネル１２４の表面に密着して進行することになるが、これは流動チャンネル１２０間での熱伝導による熱の移動性を増加させる。ここで、 第２動流体の流線形の移動を支援するために熱交換フィン１１４は、それぞれの第２流動チャンネル１２４内において第２方向１０４に沿って両側の壁面にずらして形成される。
押出工程によって本体１１０内に形成された流動チャンネル１２０は、第２方向１０４に沿って形成される長さが相違に形成される。すなわち、図８を見れば、第２流動チャンネル１２４が第１流動チャンネル１２２よりも上記第２方向１０４を基準としてさらに長く形成されることで、上記第２流動チャンネル１２４の上下部先端が第１流動チャンネル１２２よりも本体１１０の側面により近接して形成される。以下、図９は本体１１０に切削加工が行われた状態での断面を示しているが、切削加工が第２流動チャンネル１２４の上下部が外部に露出する程度にのみ進行されて第１流動チャンネル１２２の上下部は露出しなくなる。

上記状態で本体１１０の上端から流入される第２流動流体は、第２流動チャンネル１２４を貫通して本体１１０の下端から排出される。この過程で熱交換フィン１１４の突出形状によって、第２流動流体は第２流動チャンネル１２４の内部をジグザグ状の流線形を描きながら流動する(図面符号１２５参照)。

以下、図２ないし図９を再度参照して、本発明の実施例に係る熱交換器の製造方法についてまとめて説明する。

まず、溶融された成形材料をポンプを用いて本発明の本体１１０の形状に合う成形型に押し入れる押出過程を行う。上記の押出過程は、大きく正押出法と逆押出法に分類されるが、前者は押出される成形材料の方向が外部から圧力をかける方向と同一である場合であり、後者はこの方向が逆になる場合である。本発明では、上記一度の押出工程によって本体１１０内に複数の流動チャンネル１２０を均一に形成する。図３は、押出工程によって形成された本体１１０を示しており、第１方向(１０２、Ｘ軸方向)に沿って均一な形状の流動チャンネル１２０が形成される。

押出工程が進行された後、本体１１０の上下端部に対する切削加工が行われる。上記切削加工の過程では第２流動チャンネル１２４の上下部のみ外部に露出し、第１流動チャンネル１２２の上下部は露出しなくなる。図４は、本体１１０の上下面に切削が行われた状態を示しており、このような加工によって第２流動流体が本体１１０の上面から第２流動チャンネル１２４に流入される。

本体１１０に対する切削工程が進行された後、カバー部材１３０が上記本体１１０の前後面に取り付けられる。カバー部材１３０は第２流動流体が第１方向１０２に沿って本体１１０から排出されることを防止するが、これは第２流動チャンネル１２４が本体１１０の前後面に連通される部分をカバー部材１３０が閉鎖する構造を形成することで可能になる。

上述したように、本願発明は、互いに異なる温度の熱エネルギーを保有した流動流体が本体内に形成された流動チャンネルを互いに交差ないし直交する方向に流動する過程を通じて、熱交換が効果的に行われるようにすることを特徴とする。また、本体を形成する過程で一度の押出工程、本体の上下端に対する切削工程、及び本体の前後面にカバー部材を取り付ける工程によって、短時間で簡易な方法で熱交換器を製造することができるという点で、高い生産性と経済性が導出される。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明は上述した特定の実施例に限定されない。すなわち、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者であれば、添付の特許請求の範囲の思想及び範疇を逸脱することなく本発明に対する種々の変更及び修正が可能であり、そのような全ての適切な変更及び修正の均等物も本発明の範囲に属するものと見なすべきである。

Claims (11)

1. 複数の流動流体の間で熱的移動が行われる熱交換器において、
   複数の流動チャンネルがその中に形成された本体、及び
   前記本体の前後面の両側の先端に締結されるカバー部材を含み、
   前記複数の流動チャンネルは第１方向に沿って前記カバー部材を通じて出入りする第１流動流体の通路としての機能する第１流動チャンネル、及び前記本体の上下面を通じて第２方向に沿って第２流動流体を流動させる第２流動チャンネルを含み、
   前記第２流動チャンネルは、前記第２方向に沿って前記第１流動チャンネルよりさらに長く形成され、かつ、前記本体の上端および下端に形成された段差のために前記本体から露出され、
   前記カバー部材は、前記第２流動チャンネルの中の前記本体の前後面に連通される部分を閉鎖し、
   前記第２流動チャンネルにおける前記本体の前記前後面に連通される部分は、前記第１流動チャンネルにおける前記本体の前記前後面に連通される部分よりも長く、
   前記段差は、前記本体の前記前後面における上端および下端に形成されることを特徴とする熱交換器。
2. 前記第１流動流体及び前記第２流動流体は、前記熱交換器の内部を交差する方向に熱的交換が行われることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記第１流動チャンネルと前記第２流動チャンネルとは、前記本体内において互いに交互に配置されることを特徴とする請求項２に記載の熱交換器。
4. 前記第１または第２流動チャンネルには、所定形状の熱交換フィンが突出形成されることを特徴とする請求項２に記載の熱交換器。
5. 前記熱交換フィンは、前記第１または第２流動チャンネルのうち前記熱交換フィンが設けられたいずれか一つの流動チャンネル内において対向する内面にずらして配置されることを特徴とする請求項４に記載の熱交換器。
6. 前記熱交換器の内部では生ごみ処理機から発生した排気ガスと外部の冷却空気とが熱交換することを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
7. 複数の流動流体の間で熱的移動が行われる熱交換器の製造方法において、
   (a)前記複数の流動流体を流動させる複数の流動チャンネルが形成され、同時に前記複数の流動チャンネルが異なる高さで形成されるように第１方向に沿って押出成形して前記熱交換器の本体を形成するステップ、
   (b)前記異なる高さで形成された流動チャンネルのうち所定の流動チャンネルの先端が外部に露出する深さで前記第１方向に沿って前記本体の上端表面および下端表面を切削する切削加工ステップ、及び
   (c)前記所定の流動チャンネルのうち前記第１方向に沿って前記本体の前後面に連通される部分を閉鎖するカバー部材を取り付けるステップを含み、
   前記熱交換器の本体を形成するステップは、前記複数の流動チャンネルを第１流動チャンネル及び前記第１方向と異なる第２方向に沿って第１流動チャンネルよりさらに長く形成される第２流動チャンネルとして製造するステップを含み、
   前記切削加工ステップは、前記本体の上端表面および下端表面の切削によって、第２流動チャンネルだけを前記本体の上端表面および下端表面を通じて露出し、前記本体の上端および下端に段差を形成するステップを含む
   ことを特徴とする熱交換器の製造方法。
8. 前記第１流動チャンネルと前記第２流動チャンネルとは、前記本体内において互いに交互に配置されることを特徴とする請求項７に記載の熱交換器の製造方法。
9. 前記(a)ステップは、
   前記流動チャンネルのうち任意の流動チャンネルの中に形成される熱交換フィンは対向する内側面に組み違えるように配置されるステップを含むことを特徴とする請求項７に記載の熱交換器の製造方法。
10. 前記(c)ステップは、
    前記第２流動チャンネルの流動流体が前記第１方向に沿って前記本体へ流出入されることを防止するように前記カバー部材を前記本体に取り付けるステップを含むことを特徴とする請求項７に記載の熱交換器の製造方法。
11. 請求項７によって製造された熱交換器を含む生ごみ処理機。

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