JPH07310994A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 部品点数の低減に伴って組付性を向上させる
こと。 【構成】 コアプレート２を介して多数のチューブ３を
内蔵するシェル４の両端側には、パッキン５を介してシ
ェル４の開口端部を閉塞するサイドカバー６とコアプレ
ート２との間に多数のチューブ３と連通する連通空間
Ａ、Ｂが形成される。そして、各連通空間Ａ、Ｂは、そ
れぞれパッキン５と一体に設けられた仕切板７によって
仕切られている。サイドカバー６は、コアプレート２の
中心位置に支持される特定のチューブ３ａと対応する位
置に取付け孔が設けられており、この取付け孔より挿入
されたボルト８を特定のチューブ３ａの端部に形成され
た雌ねじに螺着させて締め付けることにより、シェル４
に固定される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、所謂シェルアンドチュ
ーブ式（多管式）の熱交換器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、多数のチューブと、このチュ
ーブを収容するシェルとを備え、チューブ内を流れる第
１流体とシェルの中でチューブの外側を流れる第２流体
との間で熱交換を行なう所謂シェルアンドチューブ式の
熱交換器が公知である。この熱交換器は、例えば、実開
昭５６−１６９１９３号公報に示されるように、多数の
チューブ、円筒状のシェル、このシェルの両端開口部を
閉塞するための一対のサイドカバー、第１流体を往復さ
せるために設けられた仕切板等より構成されている。サ
イドカバーは、その内側に仕切板を組付けた状態で、多
数のチューブを内蔵したシェルの両端開口部にそれぞれ
パッキンを介して組み合わされて、サイドカバーの周縁
部で多数のボルトの締め付けによりシェルに固定されて
いる。

【０００３】ところが、上記公報に開示された熱交換器
では、サイドカバーに対して仕切板が確実に固定されて
いないことから、サイドカバーをシェルに固定する際
に、仕切板がずれて設置される可能性がある。また、サ
イドカバーをその周縁部で多数のボルトによってシェル
に固定する構造であることから、サイドカバーおよびシ
ェルの径方向の寸法が大きくなり、熱交換器が大型化す
るとともに、搭載性の低下を招くことになる。

【０００４】そこで、図９に示すように、サイドカバー
１００を１本のボルト１１０によって締め付け固定する
構造が提案されている。この場合、ボルト１１０を螺着
する雌ねじ部１２０が、仕切板１３０と一体に鋳物ある
いは切削品等により設けられて（図１０参照）、その仕
切板１３０がシェル１４０の開口端部にろう付け等によ
り接合されている。サイドカバー１００は、仕切板１３
０との間にパッキン１５０を挟んでシェル１４０の開口
端部に組み合わされ、サイドカバー１００の中央部でボ
ルト１１０を雌ねじ部１２０に螺着することによりシェ
ル１４０に固定される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、図９に示し
た熱交換器では、仕切板１３０をシェル１４０に接合す
る必要が生じることから、組付性が著しく低下する。ま
た、パッキン１５０と仕切板１３０とが別体であること
から、部品点数が多くなり、それに伴って組付工数も増
加する。本発明は、上記事情に基づいて成されたもの
で、その目的は、部品点数を低減して組付性の向上を図
った熱交換器の提供にある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、以下の技術的手段を備える。請求項１で
は、それぞれ両端部が一対のコアプレートに支持され
て、内部を第１流体が流れる多数のチューブと、前記コ
アプレートを介して前記多数のチューブを内蔵し、前記
一対のコアプレートによって区画される内部空間で、前
記各チューブの外周を第２流体が流れるシェルと、パッ
キンを介して前記シェルの開口端部を閉塞するととも
に、前記コアプレートとの間に前記多数のチューブと連
通する連通空間を形成するサイドカバーと、前記パッキ
ンと一体に設けられて、前記第１流体が前記多数のチュ
ーブを往復するために前記連通空間を仕切る仕切板とを
備える。

【０００７】請求項２では、前記多数のチューブの何れ
か１本の特定されたチューブの端部に雌ねじを形成し、
前記サイドカバーは、前記特定されたチューブに対応す
る位置に取付け孔が貫通し、この取付け孔を通って前記
雌ねじに螺着されるボルトの締め付けによって前記シェ
ルに固定される。

【０００８】請求項２に記載された前記特定されたチュ
ーブは、前記シェルの略中央部に位置するチューブであ
る。

【０００９】請求項１〜３に記載された何れかの前記仕
切板および前記パッキンは、弾性体である。請求項４に
記載された前記仕切板および前記パッキンはゴム製であ
る。あるいは、請求項４に記載された前記仕切板および
前記パッキンは、弾性を有する樹脂製である。

【００１０】

【作用】上記構成より成る本発明の熱交換器は、シェル
に内蔵された多数のチューブを流れる第１流体と、各チ
ューブの両端部を支持する一対のコアプレートの間で各
チューブの外周を流れる第２流体との間で熱交換が行な
われる。多数のチューブの端部を支持するコアプレート
とサイドカバーとの間に形成される連通空間は、第１流
体が多数のチューブを往復できるように、パッキンと一
体に設けられた仕切板によって仕切られている。

【００１１】また、サイドカバーは、多数のチューブの
何れか１本の特定されたチューブの端部に形成された雌
ねじに、サイドカバーに設けられた取付け孔より挿通さ
れたボルトを螺着させて締め付けることにより、シェル
に固定される。その特定されたチューブは、シェルの略
中央部に位置するチューブを使用することができる。

【００１２】仕切板およびパッキンは、それぞれシール
性を確保するために弾性体により形成されている。その
弾性体としては、ゴムあるいは弾性を有する樹脂を使用
することができる。

【００１３】

【実施例】次に、本発明の熱交換器の第１実施例を図１
〜６に基づいて説明する。図１は熱交換器の断面図であ
る。本実施例の熱交換器１は、両端部が一対のコアプレ
ート２に支持された多数のチューブ３、コアプレート２
を介して多数のチューブ３を内蔵する円筒状のシェル
４、パッキン５を挟んでシェル４の開口端部を閉塞する
一対のサイドカバー６、およびサイドカバー６とコアプ
レート２との間に形成される連通空間Ａ、Ｂを仕切る仕
切板７等より構成されている。

【００１４】コアプレート２は、図２に示すように、各
チューブ３の端部が挿通される挿通孔（図示しない）が
多数設けられた円形の支持面２ａと、この支持面２ａの
外周縁より筒状に設けられた環状部２ｂと、この環状部
２ｂより径方向の外側へ張り出されたフランジ部２ｃよ
り成る。

【００１５】チューブ３は、内部を第１流体（例えば海
水）が流れる流体通路を成すもので、断面円形を呈する
円筒管で所定の長さに設定されている。この各チューブ
３は、その両端部がコアプレート２の支持面２ａに設け
られた挿通孔に挿通されて、ろう付け、溶接等により金
属的に接合される。

【００１６】但し、コアプレート２の中心位置に支持さ
れる特定のチューブ３ａは、サイドカバー６を固定する
ために使用するもので、内部を第１流体が流れることは
ない。この特定のチューブ３ａは、図１に示すように、
他のチューブ３より長く設定されており、コアプレート
２の両外側へ均等に突出して設けられている。そして、
特定のチューブ３ａの両端内周面には、サイドカバー６
を固定するボルト８を螺着するための雌ねじ９（図２参
照）が形成されている。なお、特定のチューブ３ａは、
他のチューブ３と長さおよび肉厚が異なるだけで、材質
および外径は同じである。

【００１７】シェル４は、図１に示すように、両端開口
部にコアプレート２の環状部２ｂが挿入された状態で多
数のチューブ３を内蔵する。シェル４の両端開口部に
は、径方向の外側へ張り出されたフランジ部４ａが設け
られており、このフランジ部４ａにコアプレート２のフ
ランジ部２ｃが当接することで、シェル４に対するコア
プレート２の位置決めが行なわれる。

【００１８】シェル４とコアプレート２は、ろう付けあ
るいは溶接等により金属的に接合されている。従って、
シェル４の内周には、一対のコアプレート２によって区
画される液密な内部空間Ｃが形成されて、この内部空間
Ｃに、各チューブ３（特定のチューブ３ａを除く）を流
れる第１流体との間で熱交換を行なう第２流体（例えば
冷媒）が導入される。

【００１９】シェル４の外周壁には、第２流体が流入す
る入口パイプ１０と、第２流体が流出する出口パイプ１
１とが取り付けられている。この入口パイプ１０と出口
パイプ１１とは、一対のコアプレート２で区画されるシ
ェル４の内部空間Ｃに連通する位置に取り付けられてい
る。具体的には、シェル４の長手方向においてコアプレ
ート２の支持面２ａより内側で、且つシェル４の径方向
において反対側に取り付けられている。

【００２０】また、一対のコアプレート２で区画された
シェル４の内部空間Ｃには、入口パイプ１０から出口パ
イプ１１に向かって各チューブ３の外周を第２流体が蛇
行して流れるように（図３参照）、適宜な位置に２枚の
邪魔板１２が設けられている。

【００２１】サイドカバー６は、一定の厚さで、シェル
４のフランジ部４ａを含む外径と略同一の外径を有する
円形に設けられている。このサイドカバー６は、その中
心部（コアプレート２に支持された特定のチューブ３ａ
と対応する位置）にボルト８を通すための取付け孔６ａ
（図２参照）が設けられており、その取付け孔６ａより
挿入されたボルト８を特定のチューブ３ａに形成された
雌ねじ９に螺着させて締め付けることによりシェル４に
固定される。また、一方（図１の左側）のサイドカバー
６には、第１流体が流入する入口パイプ１３と、第１流
体が流出する出口パイプ１４とが取り付けられている。

【００２２】シェル４の開口端部にサイドカバー６が固
定されることにより、そのサイドカバー６とコアプレー
ト２との間には、特定のチューブ３ａを除く他の各チュ
ーブ３と連通する連通空間Ａ、Ｂがそれぞれ形成され
る。

【００２３】この連通空間Ａ、Ｂを仕切る仕切板７は、
図４に示すように、両側の連通空間Ａ、Ｂの間を各チュ
ーブ３を通って第１流体を往復させるために設けられる
もので、それぞれパッキン５（図５、６参照）と一体に
ゴムあるいは弾性を有する樹脂等の弾性体によって形成
されている。

【００２４】この仕切板７は、円環状を成すパッキン５
の内周端より筒状に突設された円筒壁７ａ、この円筒壁
７ａの中心部に設けられた中心筒７ｂ、この中心筒７ｂ
と円筒壁７ａの内周とを結ぶ仕切壁７ｃより成る（図５
および図６参照）。

【００２５】円筒壁７ａは、コアプレート２の環状部２
ｂの内周に挿入されて、先端面がコアプレート２の支持
面２ａに当接される。中心筒７ｂは、その中央部に貫通
孔７ｄが設けられて、その貫通孔７ｄに特定のチューブ
３ａが挿通され、両端面がサイドカバー６とコアプレー
ト２とに当接される。仕切壁７ｃは、実際に連通空間
Ａ、Ｂを仕切るもので、中心筒７ｂと同様に両端面がサ
イドカバー６とコアプレート２とに当接される。

【００２６】但し、一方の仕切板７には、図５に示すよ
うに、連通空間Ａを第１Ａ室、第２Ａ室、および第３Ａ
室に仕切る３つの仕切壁７ｃが設けられており、他方の
仕切板７には、図６に示すように、連通空間Ｂを第１Ｂ
室と第２Ｂ室とに仕切る２つの仕切壁７ｃが設けられて
いる。なお、シェル４に対する一方の仕切板７と他方の
仕切板７との周方向の位置関係を図４に示す。

【００２７】また、入口パイプ１３および出口パイプ１
４が取り付けられる一方のサイドカバー６は、一方の仕
切板７によって仕切られる連通空間Ａの第１Ａ室に入口
パイプ１３が連通し、第３Ａ室に出口パイプ１４が連通
するように組付けられる。

【００２８】ここで、第１流体と第２流体の流れを説明
する。第１流体は、入口パイプ１３より一方の連通空間
Ａの第１Ａ室に流入した後、この第１Ａ室に連通する各
チューブ３を通って他方の連通空間Ｂの第１Ｂ室へ流入
する。そして、この第１Ｂ室でＵターンして、第１Ｂ室
と一方の連通空間Ａの第２Ａ室とを連通する各チューブ
３を通って第２Ａ室へ流入する。続いて、第２Ａ室でＵ
ターンして、第２Ａ室と他方の連通空間Ｂの第２Ｂ室と
を連通する各チューブ３を通って第２Ｂ室へ流入する。
さらに、第２Ｂ室でＵターンして、第２Ｂ室と一方の連
通空間Ａの第３Ａ室とを連通する各チューブ３を通って
第３Ａ室へ流入し、出口パイプ１４より流出する（図４
参照）。

【００２９】第２流体は、入口パイプ１０よりシェル４
の内部空間Ｃに流入した後、邪魔板１２によって蛇行し
ながら各チューブ３の外周を流れて、出口パイプ１１よ
り流出する。そして、上記のように各チューブ３を流れ
る第１流体と、シェル４の内部空間Ｃで各チューブ３の
外周を流れる第２流体との間で熱交換が行なわれる（図
３参照）。

【００３０】次に、パッキン５および仕切板７とサイド
カバー６の組付けについて説明する。まず、コアプレー
ト２を介して多数のチューブ３が内蔵されたシェル４の
両端部に、パッキン５および仕切板７を取り付ける。こ
の時、仕切板７は、円筒壁７ａがコアプレート２の環状
部２ｂの内周に挿入されて、中心筒７ｂに設けられた貫
通孔７ｄに、コアプレート２の中心部に位置する特定の
チューブ３ａが挿通される。この状態で、パッキン５
は、コアプレート２のフランジ部２ｃに重ね合わされ
る。

【００３１】続いて、パッキン５の外側にサイドカバー
６を配置し、サイドカバー６の中心部に設けられた取付
け孔６ａよりボルト８を挿通して、特定のチューブ３ａ
の内周面に形成された雌ねじ９にボルト８を螺着させる
ことにより、サイドカバー６を固定する。この時、パッ
キン５は、ボルト８の締め付けにより、コアプレート２
のフランジ部２ｃとサイドカバー６との間に弾力を伴っ
て押圧されることにより、コアプレート２とサイドカバ
ー６との間を液密にシールすることができる。

【００３２】また、仕切板７は、円筒壁７ａ、中心筒７
ｂ、および仕切壁７ｃが、それぞれサイドカバー６とコ
アプレート２の支持面２ａとの間に弾力を伴って押圧さ
れることにより、連通空間Ａ、Ｂを液密に仕切ることが
できる。

【００３３】なお、仕切板７は、シェル４の両端側で周
方向の位置を合わせる必要があるため、各仕切板７と各
コアプレート２との間に位置決め手段を設けても良い。
その位置決め手段としては、例えば、仕切板７とコアプ
レート２の一方に突起（凸部）を設け、他方に嵌合孔
（凹部）を設けて、突起と嵌合孔との嵌合によって位置
決めを行なう方法。あるいはコアプレート２のフランジ
部２ｃの外周面と、パッキン５の外周面とにそれぞれ位
置合わせ用の線や点等の印を設けて、両者の印を合わせ
ることにより位置決めを行なう方法等が考えられる。

【００３４】上述のように、本実施例の熱交換器１は、
パッキン５と仕切板７とを一体化して部品点数を低減し
たことにより、組付性の向上を図ることができるととも
に、シェル４に対して仕切板７の取り外しが容易である
ことから、熱交換器１内部のメンテナンス性（洗浄性）
が向上する。さらには、仕切板７をゴム製あるいは樹脂
製とすることにより、軽量化を図ることもできる。

【００３５】次に、本発明の第２実施例を説明する。図
７はシェル４に対するパッキン５および仕切板７とサイ
ドカバー６の組付け状態を示す断面図である。本実施例
では、コアプレート２が平板状に設けられており、その
コアプレート２とサイドカバー６との間に連通空間Ａ、
Ｂを形成するために、サイドカバー６が所定の深みを持
つ深皿形状に設けられている。具体的に説明すると、サ
イドカバー６は、外周縁より筒状に延びる外周壁６ｂが
設けられるとともに、この外周壁６ｂより径方向の外側
へ張り出されたフランジ部６ｃが設けられている。

【００３６】また、パッキン５および仕切板７は、第１
実施例の場合と逆向きに取り付けられて、パッキン５
が、コアプレート２の外周部とともに、シェル４のフラ
ンジ部４ａとサイドカバー６のフランジ部６ｃとの間に
挟持されて、ボルト８により締め付け固定されている。
本実施例の場合でも、コアプレート２およびサイドカバ
ー６の形状が異なるだけで、第１実施例と同様の効果を
得ることができる。

【００３７】次に、本発明の第３実施例を説明する。図
８はシェル４に対するパッキン５および仕切板７とサイ
ドカバー６の組付け状態を示す断面図である。本実施例
では、コアプレート２とサイドカバー６の両方に深みを
持たせることで、連通空間Ａ、Ｂを形成するものであ
る。具体的に説明すると、コアプレート２は、第１実施
例と同様に、深みを持たせるために環状部２ｂを有し、
サイドカバー６も、第２実施例と同様に外周壁６ｂを有
する。

【００３８】但し、コアプレート２の環状部２ｂは、第
１実施例の場合より短く設定されており、同様にサイド
カバー６の外周壁６ｂは、第２実施例の場合より短く設
定されている。これに伴って、仕切板７は、円筒壁７
ａ、中心筒７ｂ、および仕切壁７ｃとともに、パッキン
５の両面側へ突設されている。本実施例においても、コ
アプレート２、サイドカバー６、および仕切板７の形状
が異なるが、第１実施例および第２実施例と同様の効果
を得ることができる。

【００３９】〔変形例〕両端内周面に雌ねじ９が形成さ
れた特定のチューブ３ａは、必ずしも他のチューブ３と
材質および外径を同一とする必要はない。例えば、雌ね
じ部の強度不足が懸念される場合は、高強度材を使用し
たり、またはチューブ３の肉厚を大きくする必要があ
る。

【００４０】また、チューブ径が小さくなると、シェル
４の内部空間Ｃにおいて第２流体が流れるチューブ外側
の流路断面積が増加して流速が低下することから、性能
低下を招く虞がある。そこで、特定のチューブ３ａは、
他のチューブ３と同等以上のチューブ径とすることによ
り、流速の低下を防止して性能低下を防ぐことが可能で
ある。

【００４１】本実施例では、シェル４に対してコアプレ
ート２をろう付けあるいは溶接等により金属的に接合し
たが、シェル４とコアプレート２との間にパッキンまた
はＯリング等のシール材を介在させた状態で締結部材
（ボルトとナット等）により締め付け固定しても良い。

【００４２】本実施例の熱交換器１は、復水器、ラジエ
ータ、オイルクーラ、コンデンサ、インタークーラ等と
して使用することができる。なお、第１流体あるいは第
２流体として海水を使用する場合等で、コアプレート
２、チューブ３、シェル４等の腐蝕が懸念される場合
は、各部品材料として、キプロニッケル、ネーバル黄
銅、アルミニウム黄銅等の耐蝕材を使用することが望ま
しい。

【００４３】

【発明の効果】本発明の熱交換器は、特定されたチュー
ブの端部にボルトを螺着するための雌ねじを形成するこ
とで、仕切板とパッキンとの一体化が可能となる。この
結果、部品点数の低減とともに、シェルに対して仕切板
を金属的に接合する必要がないことから、組付性の向上
を図ることができる。また、従来のようにボルトを螺着
する雌ねじ部とともに仕切板を鋳物や切削品等で設ける
必要がなく、ゴム製あるいは樹脂製とすることにより、
軽量化が可能となる。さらには、シェルに対して仕切板
の脱着が容易であることから、熱交換器内部のメンテナ
ンス性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】熱交換器の全体断面図である。

【図２】仕切板とサイドカバーの組付け状態を示す断面
図である。

【図３】第２流体の流れを示す熱交換器の模式図であ
る。

【図４】第１流体の流れを示す熱交換器の模式図であ
る。

【図５】一方の仕切板およびパッキンの平面図である。

【図６】他方の仕切板およびパッキンの平面図である。

【図７】仕切板とサイドカバーの組付け状態を示す断面
図である（第２実施例）。

【図８】仕切板とサイドカバーの組付け状態を示す断面
図である（第３実施例）。

【図９】仕切板とサイドカバーの組付け状態を示す断面
図である（従来技術）。

【図１０】図９に示す仕切板の平面図である（従来技
術）。

【符号の説明】

１ 熱交換器 ２ コアプレート ３ チューブ ３ａ 特定のチューブ ４ シェル ５ パッキン ６ サイドカバー ６ａ 取付け孔 ７ 仕切板 ８ ボルト ９ 雌ねじ Ａ 連通空間 Ｂ 連通空間 Ｃ 内部空間

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】それぞれ両端部が一対のコアプレートに支
   持されて、内部を第１流体が流れる多数のチューブと、 前記コアプレートを介して前記多数のチューブを内蔵
   し、前記一対のコアプレートによって区画される内部空
   間で、前記各チューブの外周を第２流体が流れるシェル
   と、 パッキンを介して前記シェルの開口端部を閉塞するとと
   もに、前記コアプレートとの間に前記多数のチューブと
   連通する連通空間を形成するサイドカバーと、 前記パッキンと一体に設けられて、前記第１流体が前記
   多数のチューブを往復するために前記連通空間を仕切る
   仕切板とを備えたシェルアンドチューブ式の熱交換器。
2. 【請求項２】前記多数のチューブの何れか１本の特定さ
   れたチューブの端部に雌ねじを形成し、 前記サイドカバーは、前記特定されたチューブに対応す
   る位置に取付け孔が貫通し、この取付け孔を通って前記
   雌ねじに螺着されるボルトの締め付けによって前記シェ
   ルに固定されることを特徴とする請求項１記載の熱交換
   器。
3. 【請求項３】前記特定されたチューブは、前記シェルの
   略中央部に位置するチューブであることを特徴とする請
   求項２記載の熱交換器。
4. 【請求項４】前記仕切板および前記パッキンは、弾性体
   であることを特徴とする請求項１〜３記載の何れかの熱
   交換器。
5. 【請求項５】前記仕切板および前記パッキンは、ゴム製
   であることを特徴とする請求項４記載の熱交換器。
6. 【請求項６】前記仕切板および前記パッキンは、弾性を
   有する樹脂製であることを特徴とする請求項４記載の熱
   交換器。