(57)【要約】【課題】被熱交換流体を排出する際に、流入ヘッドの底部近傍に残留する被熱交換流体を低減できるグラスライニング製多管式熱交換器を提供すること。【解決手段】グラスライニング製多管式熱交換器１は、筒状に形成される胴部シェル２と、胴部シェル２の流入側開口端部２１１に取り付けられ、被熱交換流体を流入させる被熱交換流体流入ノズル３２を有する流入ヘッド３と、胴部シェル２に収納され、内面にグラスライニングが施されて、流入ヘッド３から被熱交換流体が流入する伝熱管８と、胴部シェル２の周面に取り付けられ、胴部シェル２の内部に連通する筒状の連結部２３と、連結部２３に接続され、被熱交換流体と熱交換する伝熱媒体を流入させる伝熱媒体流入ノズル２４と、連結部２３の内部に配置され、伝熱媒体流入ノズル２４から直接的に胴部シェル２の内部に流入させる伝熱媒体の流れを抑制する阻流機構２４３と、を備える。【選択図】図２
2020112308.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状に形成される胴部シェルと、
前記胴部シェルの流入側開口端部に取り付けられ、被熱交換流体を流入させる被熱交換流体流入ノズルを有する流入ヘッドと、
前記胴部シェルに収納され、内面にグラスライニングが施されて、前記流入ヘッドから前記被熱交換流体が流入する伝熱管と、
前記胴部シェルの周面に取り付けられ、前記胴部シェルの内部に連通する筒状の連結部と、
前記連結部に接続され、前記被熱交換流体と熱交換する伝熱媒体を流入させる伝熱媒体流入ノズルと、
前記連結部の内部に配置され、前記伝熱媒体流入ノズルから直接的に前記胴部シェルの内部に流入される前記伝熱媒体の流れを抑制する阻流機構と、を備える
ことを特徴とするグラスライニング製多管式熱交換器。
【請求項２】
請求項１に記載のグラスライニング製多管式熱交換器において、
前記胴部シェルの流出側開口端部に取り付けられる流出ヘッドを備え、
前記流出ヘッドは、前記胴部シェルに取り付けられる筒状の流出ヘッド本体部と、前記流出ヘッド本体部に取り付けられ前記被熱交換流体を流出させる被熱交換流体流出ノズルとを有し、
前記流出ヘッド本体部は、大径部と、前記被熱交換流体流出ノズルが取り付けられる小径部と、前記大径部および前記小径部を接続させる縮径部とを有し、
前記大径部と前記小径部とは偏心している
ことを特徴とするグラスライニング製多管式熱交換器。
【請求項３】
請求項２に記載のグラスライニング製多管式熱交換器において、
前記伝熱管は、前記胴部シェルの前記流入側開口端部から前記流出側開口端部に向かって、中心軸線が水平方向に対して下向きに傾くように配置されている
ことを特徴とするグラスライニング製多管式熱交換器。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のグラスライニング製多管式熱交換器において、
前記連結部は、一端側が前記胴部シェルに取り付けられる筒状の基部と、半楕円体状に形成され前記基部の他端側の開口を覆うように前記基部に接合される覆蓋部とを有し、
前記伝熱媒体流入ノズルは、前記覆蓋部に接続される
ことを特徴とするグラスライニング製多管式熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、グラスライニング製多管式熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
内面にグラスライニングが施された複数の伝熱管を管板に配置し、筒状に形成された胴部シェルの両端部に当該管板を配置することにより、胴部シェル内に複数の伝熱管を収納したグラスライニング製多管式熱交換器が知られている（例えば、特許文献１）。
特許文献１のグラスライニング製多管式熱交換器では、酸性溶液や有機溶媒等の腐食性を有する被熱交換流体を流入ヘッドから導入させて、伝熱管に流通させることがある。そのため、流入ヘッド、管板および伝熱管には、被熱交換流体と接触する内面を覆うようにグラスライニングが施されている。これにより、腐食性を有する被熱交換流体と接触しても、伝熱管が腐食することを防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１０９１４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１のグラスライニング製多管式熱交換器では、伝熱管を流通する被熱交換流体と、流入ノズルから流入され胴部シェル内を流通する伝熱媒体との間で熱交換が行われる。この際、被熱交換流体と伝熱媒体との温度差が著しく大きくなると、伝熱管の内面側と外面側とで熱膨張量の差が大きくなり、伝熱管の内面に施されたグラスライニングが損傷する所謂「熱割れ」が生じる可能性がある。このような「熱割れ」は、特に、被熱交換流体と伝熱媒体との温度差が大きくなりやすい流入ノズル付近で生じやすい。
そのため、特許文献１のグラスライニング製多管式熱交換器では、流入ノズルと伝熱管との間に伝熱媒体の流れを抑制する阻流板を設けている。これにより、流入ノズルから流入した伝熱媒体が、伝熱管に直接接触することを防ぐことで、被熱交換流体と伝熱媒体との温度差を小さくしている。
【０００５】
ここで、特許文献１のグラスライニング製多管式熱交換器では、伝熱媒体を胴部シェル内に流通させる際に、胴部シェルの頂部付近に空気が溜まってしまい、伝熱媒体が流れにくくなってしまう所謂「エア障害」が生じる可能性がある。そのため、このような「エア障害」を回避するために、特許文献１では、伝熱媒体を流入させる流入ノズルを胴部シェルの底部に設け、伝熱媒体を流出させる流出ノズルを胴部シェルの頂部に設けている。この場合、前述した阻流板は、胴部シェルの底部と伝熱管との間に配置されることになるので、伝熱管を胴部シェルの底部に沿って配置しようとすると、阻流板と伝熱管とが干渉してしまう。そのため、伝熱管を胴部シェルの底部に沿って配置することができない。そうすると、流入ヘッドおよび伝熱管の内部の被熱交換流体を排出（ドレン）する際に、流入ヘッドの底部近傍の被熱交換流体を排出できないといった問題があった。
【０００６】
本発明の目的は、被熱交換流体を排出する際に、流入ヘッドの底部近傍に残留する被熱交換流体を低減できるグラスライニング製多管式熱交換器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のグラスライニング製多管式熱交換器は、筒状に形成される胴部シェルと、前記胴部シェルの流入側開口端部に取り付けられ、被熱交換流体を流入させる被熱交換流体流入ノズルを有する流入ヘッドと、前記胴部シェルに収納され、内面にグラスライニングが施されて、前記流入ヘッドから前記被熱交換流体が流入する伝熱管と、前記胴部シェルの周面に取り付けられ、前記胴部シェルの内部に連通する筒状の連結部と、前記連結部に接続され、前記被熱交換流体と熱交換する伝熱媒体を流入させる伝熱媒体流入ノズルと、前記連結部の内部に配置され、前記伝熱媒体流入ノズルから直接的に前記胴部シェルの内部に流入される前記伝熱媒体の流れを抑制する阻流機構と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
このような本発明では、筒状に形成される胴部シェルの流入側開口端部に、被熱交換流体流入ノズルを有する流入ヘッドが取り付けられる。そして、流入ヘッドから被熱交換流体が流入する伝熱管が胴部シェル内に収納されている。そのため、被熱交換流体は、被熱交換流体流入ノズルおよび流入ヘッドを介して、伝熱管に流入される。
また、胴部シェルの周面に、当該胴部シェルの内部に連通する筒状の連結部が取り付けられ、当該連結部に伝熱媒体を流入させる伝熱媒体流入ノズルが接続される。そのため、例えば、胴部シェルは、中心軸線が略水平方向に沿って延び、かつ、連結部が当該胴部シェルの底部に位置するように配置された場合、伝熱媒体は、伝熱媒体流入ノズルおよび連結部を介して、胴部シェルの底部側から胴部シェルの内部に流入する。
そして、このような場合において、胴部シェルの底部に位置する連結部の内部に、伝熱媒体流入ノズルから直接的に胴部シェルの内部に流入される伝熱媒体の流れを抑制する阻流機構が配置される。これにより、流入ヘッドから被熱交換流体が流入する伝熱管を、胴部シェルの底部に沿って配置することができる。そのため、流入ヘッドの内部の被熱交換流体を排出する際に、流入ヘッドの底部近傍に滞留する被熱交換流体を、胴部シェルの底部に沿って配置した伝熱管を介して排出することができる。そのため、流入ヘッドの底部に残留する被熱交換流体を低減できる。これにより、例えば、グラスライニング製多管式熱交換器に流入させる被熱交換流体を、別の種類のものに切り替える場合に、切り替え後の被熱交換流体に対して、流入ヘッドに残留した切り替え前の被熱交換流体が混入（コンタミネーション）してしまうことを防止できる。
【０００９】
また、本発明では、伝熱媒体流入ノズルから直接的に胴部シェルに流入される伝熱媒体の流れを抑制する阻流機構が連結部の内部、つまり、伝熱媒体流入ノズルと伝熱管との間に配置される。そのため、伝熱媒体流入ノズルから流入された伝熱媒体は、当該阻流機構を迂回して胴部シェルに流入されるので、当該伝熱媒体が伝熱管に直接接触することを防ぐことができる。これにより、伝熱管の内面に接触する被熱交換流体と、伝熱管の外面に接触する伝熱媒体との温度差を小さくできるので、伝熱管の内面に施されたグラスライニングに熱割れが生じることを抑制できる。
【００１０】
本発明のグラスライニング製多管式熱交換器において、前記胴部シェルの流出側開口端部に取り付けられる流出ヘッドを備え、前記流出ヘッドは、前記胴部シェルに取り付けられる筒状の流出ヘッド本体部と、前記流出ヘッド本体部に取り付けられ前記被熱交換流体を流出させる被熱交換流体流出ノズルとを有し、前記流出ヘッド本体部は、大径部と、前記被熱交換流体流出ノズルが取り付けられる小径部と、前記大径部および前記小径部を接続させる縮径部とを有し、前記大径部と前記小径部とは偏心していることが好ましい。
本発明では、流出ヘッド本体部は、大径部と、被熱交換流体流出ノズルが取り付けられる小径部と、大径部および小径部を接続させる縮径部とを有する。これにより、流出ヘッド本体部の大径部に対して、小さい径の被熱交換流体流出ノズルを取り付けることができる。この際、大径部と小径部とが偏心しているので、大径部の底部と小径部の底部とが面一となるように大径部と小径部とを偏心させれば、大径部から小径部までの間に段差がない状態で、小径部に被熱交換流体流出ノズルを取り付けることができる。これにより、大径部から被熱交換流体流出ノズルまでの間に、被熱交換流体が滞留することを抑制できるので、流出ヘッド内の被熱交換流体を排出する際に、流出ヘッドの内部に残留する被熱交換流体を低減できる。
【００１１】
本発明のグラスライニング製多管式熱交換器において、前記伝熱管は、前記胴部シェルの前記流入側開口端部から前記流出側開口端部に向かって、中心軸線が水平方向に対して下向きに傾くように配置されていることが好ましい。
本発明では、伝熱管は、流入側開口端部から流出側開口端部に向かって、中心軸線が水平方向に対して下向きに傾いているので、流入ヘッドから流入した被熱交換流体を、流出ヘッドに流出させやすくできる。そのため、伝熱管を介して流入ヘッドの被熱交換流体を排出する際に、流入ヘッドおよび伝熱管に残留する被熱交換流体の量を低減することができる。
【００１２】
本発明のグラスライニング製多管式熱交換器において、前記連結部は、一端側が前記胴部シェルに取り付けられる筒状の基部と、半楕円体状に形成され前記基部の他端側の開口を覆うように前記基部に接合される覆蓋部とを有し、前記伝熱媒体流入ノズルは、前記覆蓋部に接続されることが好ましい。
本発明では、伝熱媒体流入ノズルは覆蓋部に接続されるので、伝熱媒体流入ノズルから流入する伝熱媒体は、当該覆蓋部および基部を介して、胴部シェルに流入する。この際、覆蓋部は半楕円体状に形成されているので、伝熱媒体の流入流路は緩やかに湾曲することになる。そのため、例えば、伝熱媒体の流入流路が屈曲している場合に比べて、覆蓋部を通過する際の伝熱媒体の圧力損失を低減することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、被熱交換流体を排出する際に、流入ヘッドの底部近傍に残留する被熱交換流体を低減できるグラスライニング製多管式熱交換器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態に係るグラスライニング製多管式熱交換器の概略を示す正面図。
【図２】第１実施形態のグラスライニング製多管式熱交換器の概略を示す断面図。
【図３】第１実施形態のグラスライニング製多管式熱交換器の概略を示す別の断面図。
【図４】第１従来例のグラスライニング製多管式熱交換器の概略を示す正面図。
【図５】第１従来例のグラスライニング製多管式熱交換器の概略を示す断面図。
【図６】第１従来例のグラスライニング製多管式熱交換器の概略を示す別の断面図。
【図７】第１実施形態のグラスライニング製多管式熱交換器および第１従来例のグラスライニング製多管式熱交換器の仕様を示す図。
【図８】本発明の第２実施形態に係るグラスライニング製多管式熱交換器の概略を示す断面図。
【図９】第２従来例のグラスライニング製多管式熱交換器の概略を示す断面図。
【図１０】第２実施形態のグラスライニング製多管式熱交換器および第２従来例のグラスライニング製多管式熱交換器の仕様を示す図。
【図１１】本発明の第３実施形態に係るグラスライニング製多管式熱交換器の概略を示す断面図。
【図１２】第３従来例のグラスライニング製多管式熱交換器の概略を示す断面図。
【図１３】第３実施形態のグラスライニング製多管式熱交換器および第３従来例のグラスライニング製多管式熱交換器の仕様を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
〔第１実施形態〕
図１〜図３に、本発明の第１実施形態を示す。
図１は、本実施形態のグラスライニング製多管式熱交換器１の概略を示す正面図であり、図２は、グラスライニング製多管式熱交換器１の概略を示す断面図であり、図３は、グラスライニング製多管式熱交換器１の概略を示す別の断面図である。
図１〜図３に示すように、グラスライニング製多管式熱交換器１は圧力容器として形成され、胴部シェル２と、流入ヘッド３と、流出ヘッド４と、脚部５と、第１管板６と、第２管板７と、伝熱管８と、締結部材９とを有する。
【００１６】
［胴部シェル２］
胴部シェル２は、胴部シェル本体部２１と、フランジ部２２と、連結部２３と、伝熱媒体流入ノズル２４と、伝熱媒体流出ノズル２５と、支持ボルト２６とを有する。
胴部シェル本体部２１は、金属から形成された円筒状の部材であり、内部に複数の伝熱管８が収納されている。また、胴部シェル本体部２１には、流入側開口端部２１１に第１管板６が取り付けられ、流出側開口端部２１２に第２管板７が取り付けられている。
本実施形態では、胴部シェル本体部２１の中心軸線Ｐ方向の長さＬは、約２０００ｍｍとされ、内径Ｄは、約３００ｍｍとされている。
フランジ部２２は、第１フランジ部２２１と第２フランジ部２２２とを有する。第１フランジ部２２１は、胴部シェル本体部２１の流入側開口端部２１１に取り付けられており、第２フランジ部２２２は胴部シェル本体部２１の流出側開口端部２１２に取り付けられている。
【００１７】
連結部２３は、筒状に形成された金属製の部材であり、胴部シェル本体部２１の流出側開口端部２１２近傍において、胴部シェル本体部２１の周面の底部に取り付けられており、胴部シェル本体部２１の内部に連通している。連結部２３は、基部２３１と、覆蓋部２３２とを有する。
基部２３１は、円筒状に形成され、一端側が胴部シェル本体部２１の底部に接合されて取り付けられている。覆蓋部２３２は、半楕円体状に形成され、基部２３１の他端側の開口を覆うように基部２３１に接合されている。
【００１８】
伝熱媒体流入ノズル２４は、伝熱媒体を流入させるノズルであり、本体管部２４１と、フランジ部２４２と、阻流機構２４３とを有する。なお、伝熱媒体としては、被熱交換流体を冷却する冷却水等が例示される。
本体管部２４１は、金属製で円筒状の部材であり、連結部２３の覆蓋部２３２の頂部を貫通して配置されている。本実施形態では、本体管部２４１と覆蓋部２３２とは、溶接されて接合されている。
また、本体管部２４１の一方の開口端部にはフランジ部２４２が取り付けられており、他方の開口端部には、阻流機構２４３が取り付けられている。
阻流機構２４３は、金属製で円板状の部材であり、連結部２３の内部に配置されている。
【００１９】
さらに、本体管部２４１の他方の開口端近傍には、開口部２４４が形成されている。本実施形態では、開口部２４４は２つ形成されており、伝熱媒体は当該開口部２４４を介して、連結部２３に流入し、その後、胴部シェル本体部２１内に流入する。すなわち、本体管部２４１に流入した伝熱媒体は、阻流機構２４３によって流れが抑制されることで、胴部シェル本体部２１内に直接流入せず、開口部２４４および連結部２３を迂回して、胴部シェル本体部２１内に流入する。
【００２０】
伝熱媒体流出ノズル２５は、金属製の管状部材であり、胴部シェル本体部２１の流入側開口端部２１１近傍の頂部に接合され、胴部シェル本体部２１の内部に連通している。本実施形態では、伝熱媒体流出ノズル２５は、胴部シェル本体部２１に溶接されて接合されている。伝熱媒体流入ノズル２４から流入した伝熱媒体は、胴部シェル本体部２１内を流通し、当該伝熱媒体流出ノズル２５から流出する。そのため、伝熱媒体を流入させる際に胴部シェル本体部２１の頂部に取り付けられた伝熱媒体流出ノズル２５から空気が排出されるので、胴部シェル本体部２１内に空気が溜まってしまうことを防止できる。
【００２１】
支持ボルト２６は、金属製の所謂長ボルトであり、胴部シェル本体部２１の内部に収納される図示略のバッフルプレートを支持する部材である。本実施形態では、支持ボルト２６は４本設けられており、各々の支持ボルト２６は、一方の端部が第２管板７に挿入され、他方の端部が図示略のバッフルプレートに挿入されている。
【００２２】
［流入ヘッド３］
流入ヘッド３は、金属製で内面にグラスライニングが施されている。流入ヘッド３は、流入ヘッド本体部３１と、被熱交換流体流入ノズル３２と、フランジ部３３と、鏡板部３４とを有する。
流入ヘッド本体部３１は、円筒状に形成され、一方の開口端にフランジ部３３が接合され、他方の開口端に鏡板部３４が接合されている。
被熱交換流体流入ノズル３２は、伝熱媒体によって熱交換される被熱交換流体を流入させるノズルであり、流入ヘッド本体部３１の頂部に取り付けられている。本実施形態では、被熱交換流体流入ノズル３２は、溶接により流入ヘッド本体部３１に接合されている。なお、被熱交換流体としては、伝熱媒体によって冷却される酸性溶液や有機溶媒等が例示される。
【００２３】
フランジ部３３は、後述する第１締結部材９１により、胴部シェル２の第１フランジ部２２１に締結される。これにより、流入ヘッド３は、胴部シェル本体部２１に取り付けられる。
鏡板部３４は、金属製の部材であり、頂部に向かって湾曲した半楕円体状に形成されている。
【００２４】
［流出ヘッド４］
流出ヘッド４は、金属製で内面にグラスライニングが施されている。流出ヘッド４は、流出ヘッド本体部４１と、被熱交換流体流出ノズル４２と、フランジ部４３とを有する。
流出ヘッド本体部４１は、大径部４１１と、小径部４１２と、縮径部４１３とを有する。
【００２５】
大径部４１１は、円筒状に形成された部材であり、一方の開口端部にフランジ部４３が接合され、他方の開口端部に縮径部４１３が接合されている。
小径部４１２は、大径部４１１よりも径が小さくなるように、円筒状に形成された部材である。また、小径部４１２は、基端側が縮径部４１３に接合されており、先端側にフランジ部４１４が設けられている。
縮径部４１３は、大径部４１１および小径部４１２を接続させる部材である。本実施形態では、縮径部４１３は錐台状に形成されており、大径部４１１側から小径部４１２側に向かうにしたがって、径が縮径している。
【００２６】
ここで、本実施形態では、大径部４１１の底部と小径部４１２の底部とが面一になるように、大径部４１１と小径部４１２とは偏心している。これにより、大径部４１１から小径部４１２までの間に段差がない状態で、大径部４１１と小径部４１２とが縮径部４１３により接続されている。
【００２７】
被熱交換流体流出ノズル４２は、被熱交換流体を流出させるノズルである。本実施形態では、被熱交換流体流出ノズル４２は、小径部４１２と同じ径となっている。つまり、被熱交換流体流出ノズル４２は、大径部４１１に対して、径が小さくなっている。
また、被熱交換流体流出ノズル４２には、基端側にフランジ部４２１が設けられている。そして、当該フランジ部４２１と、小径部４１２の先端側に設けられたフランジ部４１４とが、図示略のボルト等により締結されている。これにより、被熱交換流体流出ノズル４２は、流出ヘッド本体部４１に取り付けられている。ただし、上記構成に限られるものではなく、例えば、小径部４１２と被熱交換流体流出ノズル４２とは、溶接により接合されていてもよい。
また、本実施形態では、被熱交換流体流出ノズル４２は、所謂エルボ管により構成されており、先端側が下向きに折れ曲がるように、流出ヘッド本体部４１に取り付けられている。
【００２８】
フランジ部４３は、後述する第２締結部材９２により、胴部シェル２の第２フランジ部２２２に締結される。これにより、流出ヘッド４は、第２フランジ部２２２を介して、胴部シェル本体部２１に取り付けられる。
【００２９】
［脚部５］
脚部５は、金属製の部材であり、胴部シェル本体部２１の底部に取り付けられて、胴部シェル本体部２１を支持している。本実施形態では、脚部５は、胴部シェル本体部２１に２つ取り付けられている。ただし、上記構成に限らず、例えば、脚部５は１つでもよく、あるいは、３つ以上取り付けられていてもよい。
また、脚部５は、胴部シェル本体部２１の流入側開口端部２１１から流出側開口端部２１２に向かって、胴部シェル本体部２１の中心軸線Ｐが水平方向に対してわずかに下向きに傾くように、胴部シェル本体部２１を支持している。つまり、胴部シェル本体部２１は、中心軸線Ｐが略水平方向に沿って延びるように、脚部５に支持されている。本実施形態では、水平方向に対する中心軸線Ｐの傾きが約３％となるように、脚部５は胴部シェル本体部２１を支持している。
ただし、上記構成に限らず、例えば、脚部５は、中心軸線Ｐが水平方向と平行になるように、胴部シェル本体部２１を支持していてもよい。
【００３０】
［第１管板６］
第１管板６は、金属製で円板状の部材であり、前述したように、胴部シェル本体部２１の流入側開口端部２１１に取り付けられている。つまり、第１管板６は、流入ヘッド３と胴部シェル本体部２１との間を仕切るように配置されている。そして、第１管板６の流入ヘッド３側の面には、グラスライニングが施されている。
また、第１管板６には、伝熱管８が挿入される孔部６１が複数形成されている。本実施形態では、第１管板６には、孔部６１が２７個形成されている。
【００３１】
［第２管板７］
第２管板７は、金属製で円板状の部材であり、前述したように、胴部シェル本体部２１の流出側開口端部２１２に接合されて取り付けられている。つまり、第２管板７は、流出ヘッド４と胴部シェル本体部２１との間を仕切るように配置されている。そして、第２管板７の流出ヘッド４側の面には、グラスライニングが施されている。
また、第２管板７には、伝熱管８が挿入される孔部７１が複数形成されている。本実施形態では、第１管板６と同様に、第２管板７には、孔部７１が２７個形成されている。
【００３２】
［伝熱管８］
伝熱管８は、金属製で管状の部材であり、内面にグラスライニングが施されている。本実施形態では、胴部シェル本体部２１内に２７本の伝熱管８が収納されている。そして、各々の伝熱管８は、一方の端部が第１管板６の孔部６１に挿入され、他方の端部が第２管板７の孔部７１に挿入されている。つまり、各々の伝熱管８は、第１管板６および第２管板７によって支持されている。
【００３３】
また、本実施形態では、各々の伝熱管８は、長さＷが約２０００ｍｍとされ、内径Ｍが約２７ｍｍとされ、外径Ｎが約３４ｍｍとされている。
さらに、本実施形態では、伝熱管８は、中心軸線Ｏが胴部シェル本体部２１の中心軸線Ｐと平行になるように、胴部シェル本体部２１内に配置されている。つまり、伝熱管８は、一方の端部から他方の端部に向かって、中心軸線Ｏが水平方向に対して下向きに傾くように配置されている。
ただし、上記構成に限らず、例えば、伝熱管８は、中心軸線Ｏが水平方向と平行になるように配置されていてもよい。
【００３４】
ここで、本実施形態では、最も下方に配置された伝熱管８は、胴部シェル本体部２１の底部に沿って配置されている。そのため、伝熱管８および被熱交換流体流出ノズル４２を介して、流入ヘッド３内の被熱交換流体を排出する際に、流入ヘッド３の底部近傍に滞留する被熱交換流体を排出することができる。
【００３５】
［締結部材９］
締結部材９は、第１締結部材９１と第２締結部材９２とを有する。
第１締結部材９１は、前述したように、胴部シェル２の第１フランジ部２２１と流入ヘッド３のフランジ部３３とを締結する締結具である。図１では、一部図示を省略しているが、第１締結部材９１は、第１フランジ部２２１およびフランジ部３３の周方向に沿って、複数設けられている。これにより、流入ヘッド３と胴部シェル２との間が密閉される。
【００３６】
第２締結部材９２は、前述したように、胴部シェル２の第２フランジ部２２２と流出ヘッド４のフランジ部４３とを締結する締結具である。図１では、一部図示を省略しているが、第２締結部材９２は、第２フランジ部２２２およびフランジ部４３の周方向に沿って、複数設けられている。これにより、流出ヘッド４と胴部シェル２との間が密閉される。
【００３７】
〔第１従来例〕
次に、前述した第１実施形態を従来技術と対比して説明するために、本発明の従来例を第１従来例として説明する。
図４〜図６に、第１従来例のグラスライニング製多管式熱交換器１００を示す。
図４は、第１従来例のグラスライニング製多管式熱交換器１００の概略を示す正面図であり、図５は、グラスライニング製多管式熱交換器１００の概略を示す断面図であり、図６は、グラスライニング製多管式熱交換器１００の概略を示す別の断面図である。
図４〜図６に示すように、グラスライニング製多管式熱交換器１００は、圧力容器として形成され、胴部シェル１２０と、流入ヘッド１３０と、流出ヘッド１４０と、脚部１５０と、第１管板１６０と、第２管板１７０と、伝熱管１８０と、締結部材１９０とを有する。なお、流入ヘッド１３０、脚部１５０、第１管板１６０、第２管板１７０、および締結部材１９０は、前述した本発明の第１実施形態とほぼ同様であるため、詳細な説明を割愛する。
【００３８】
［胴部シェル１２０］
胴部シェル１２０は、胴部シェル本体部１２１と、フランジ部１２２と、伝熱媒体流入ノズル１２４と、伝熱媒体流出ノズル１２５と、支持ボルト１２６とを有する。前述した第１実施形態とは異なり、第１従来例の胴部シェル１２０には連結部が取り付けられていない。
胴部シェル本体部１２１は、前述した第１実施形態の胴部シェル本体部２１と同様の部材であり、内部に複数の伝熱管１８０が収納されている。また、胴部シェル本体部１２１の中心軸線Ｑ方向の長さＨは、約２０００ｍｍとされ、内径Ｅは、約３００ｍｍとされている。すなわち、第１実施形態の胴部シェル本体部２１と、第１従来例の胴部シェル本体部１２１とは、同様の形状をしている。
また、第１従来例では、支持ボルト１２６は４本設けられている。
【００３９】
伝熱媒体流入ノズル１２４は、本体管部１２４１と、フランジ部１２４２と、阻流機構１２４３とを有する。
第１従来例のグラスライニング製多管式熱交換器１００では、本体管部１２４１が胴部シェル本体部１２１の周面の底部に直接接合されて取り付けられている。そして、阻流機構１２４３は、胴部シェル本体部１２１の内部において、底部近傍に配置されている。
【００４０】
［流出ヘッド１４０］
流出ヘッド１４０は、流出ヘッド本体部１４１と、被熱交換流体流出ノズル１４２と、フランジ部１４３と、鏡板部１４４とを有する。前述した第１実施形態の流出ヘッド４と異なり、従来例の流出ヘッド本体部１４１には縮径部が設けられていない。
流出ヘッド本体部１４１は、円筒状に形成され、一方の開口端部にフランジ部１４３が接合され、他方の開口端部に鏡板部１４４が接合される。また、流出ヘッド本体部１４１には、底部に被熱交換流体流出ノズル１４２が接合される。
【００４１】
［伝熱管１８０］
伝熱管１８０は、前述した第１実施形態の伝熱管８と同様の部材であり、胴部シェル本体部１２１内に２７本収納されている。
また、各々の伝熱管１８０は、長さＸが約２０００ｍｍとされ、内径Ｙが約２７ｍｍとされ、外径Ｚが約３４ｍｍとされている。
【００４２】
ここで、第１従来例のグラスライニング製多管式熱交換器１００では、阻流機構１２４３が胴部シェル本体部１２１の底部近傍に配置されているので、伝熱管１８０を胴部シェル本体部１２１の底部に沿って配置することができない。そのため、伝熱管１８０および被熱交換流体流出ノズル１４２を介して、流入ヘッド１３０内の被熱交換流体を排出する際に、流入ヘッド３の底部近傍に被熱交換流体が残留する。
【００４３】
図７は、前述した第１実施形態のグラスライニング製多管式熱交換器１および第１従来例のグラスライニング製多管式熱交換器１００の仕様を示す図である。
図７に示すように、第１実施形態および第１従来例では、伝熱管８，１８０の本数が２７本と同じことから、伝熱管８，１８０の外径を基準とした伝熱面積５．５９ｍ２と同じになっている。なお、第１実施形態のグラスライニング製多管式熱交換器１および第１従来例のグラスライニング製多管式熱交換器１００は、通常、伝熱面積が５ｍ２のタイプの熱交換器として使用される。
【００４４】
一方、流入ヘッド３，１３０内の被熱交換流体の残留量は、第１実施形態では１５ｍＬであるのに対して、第１従来例では２３７９ｍＬとなっている。つまり、第１実施形態では、第１従来例に対して被熱交換流体の残留量を約９９．４％低減している。
これは、第１実施形態では、伝熱管８が胴部シェル本体部２１の底部に沿って配置できるため、被熱交換流体を流入ヘッド３の底部近傍まで排出できるのに対して、第１従来例では、伝熱管１８０を胴部シェル本体部１２１の底部に沿って配置できないので、流入ヘッド１３０の底部近傍に残留する被熱交換流体を排出できないことによるものである。
【００４５】
以上説明したとおり、第１実施形態のグラスライニング製多管式熱交換器１によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）第１実施形態のグラスライニング製多管式熱交換器１では、筒状に形成される胴部シェル本体部２１の流入側開口端部２１１に、被熱交換流体流入ノズル３２を有する流入ヘッド３が取り付けられる。そして、流入ヘッド３から被熱交換流体が流入する伝熱管８が胴部シェル本体部２１内に収納されている。そのため、被熱交換流体は、被熱交換流体流入ノズル３２および流入ヘッド３を介して、伝熱管８に流入される。
また、胴部シェル本体部２１の周面に、当該胴部シェル本体部２１の内部に連通する筒状の連結部２３が取り付けられ、当該連結部２３に伝熱媒体を流入させる伝熱媒体流入ノズル２４が接続される。そして、胴部シェル本体部２１は、中心軸線Ｐが略水平方向に沿って延び、かつ、連結部２３が当該胴部シェルの底部に位置するように配置される。これにより、伝熱媒体は、伝熱媒体流入ノズル２４および連結部２３を介して、底部側から胴部シェル本体部２１の内部に流入する。
そして、当該連結部２３の内部に、伝熱媒体流入ノズル２４から直接的に胴部シェル本体部２１の内部に流入される伝熱媒体の流れを抑制する阻流機構２４３が配置される。これにより、流入ヘッド３から被熱交換流体が流入する伝熱管８を、胴部シェル本体部２１の底部に沿って配置することができる。そのため、流入ヘッド３の内部の被熱交換流体を排出する際に、流入ヘッド３の底部近傍に滞留する被熱交換流体を、胴部シェル本体部２１の底部に沿って配置した伝熱管８を介して排出することができる。そのため、流入ヘッド３の底部に残留する被熱交換流体を低減できる。これにより、例えば、グラスライニング製多管式熱交換器１に流入させる被熱交換流体を、別の種類のものに切り替える場合に、切り替え後の被熱交換流体に対して、流入ヘッド３に残留した切り替え前の被熱交換流体が混入してしまうことを防止できる。
また、第１実施形態のグラスライニング製多管式熱交換器１では、伝熱媒体流入ノズル２４から胴部シェル本体部２１に流入される伝熱媒体の流れを妨害する阻流機構２４３が連結部２３の内部、つまり、伝熱媒体流入ノズル２４と伝熱管８との間に配置される。そのため、伝熱媒体流入ノズル２４から流入した伝熱媒体は、当該阻流機構２４３を迂回して胴部シェル本体部２１に流入されるので、当該伝熱媒体が伝熱管８に直接接触することを防ぐことができる。これにより、伝熱管８の内面に接触する被熱交換流体と、伝熱管８の外面に接触する伝熱媒体との温度差を小さくできるので、伝熱管８の内面に施されたグラスライニングに熱割れが生じることを抑制することができる。
【００４６】
（２）第１実施形態のグラスライニング製多管式熱交換器１では、流出ヘッド本体部４１は、大径部４１１と、被熱交換流体流出ノズル４２が取り付けられる小径部４１２と、大径部４１１および小径部４１２を接続させる縮径部４１３とを有する。これにより、流出ヘッド本体部４１の大径部４１１に対して、小さい径の被熱交換流体流出ノズル４２を取り付けることができる。この際、大径部４１１と小径部４１２とが偏心しているので、大径部４１１の底部と小径部４１２の底部とが面一となるように大径部４１１と小径部４１２とを偏心させることで、大径部４１１から小径部４１２までの間に段差がない状態で、小径部４１２に被熱交換流体流出ノズル４２を取り付けることができる。これにより、大径部４１１から被熱交換流体流出ノズル４２までの間に、被熱交換流体が滞留することを抑制できる。
これに対し、第１従来例のグラスライニング製多管式熱交換器１００では、流出ヘッド本体部１４１の底部に被熱交換流体流出ノズル１４２が接合されているので、流出ヘッド１４０内の被熱交換流体を排出する際に、鏡板部１４４の底部近傍に被熱交換流体が残留してしまう。
したがって、第１実施形態のグラスライニング製多管式熱交換器１では、流出ヘッド４内の被熱交換流体を排出する際に、底部に残留する被熱交換流体を低減できる。
【００４７】
（３）第１実施形態のグラスライニング製多管式熱交換器１では、伝熱管８が、流入側開口端部２１１から流出側開口端部２１２に向かって、水平方向に対して下向きに傾いている。これにより、流入ヘッド３から流入した被熱交換流体を、流出ヘッド４に流出させやすくできる。そのため、伝熱管８を介して流入ヘッド３の被熱交換流体を排出する際に、流入ヘッド３および伝熱管８に残留する被熱交換流体の量を低減することができる。
【００４８】
（４）第１実施形態のグラスライニング製多管式熱交換器１では、伝熱媒体流入ノズル２４は覆蓋部２３２に接続されるので、伝熱媒体流入ノズル２４から流入する伝熱媒体は、当該覆蓋部２３２および基部２３１を介して、胴部シェル本体部２１に流入する。この際、覆蓋部２３２は半楕円体状に形成されているので、伝熱媒体の流入流路は湾曲することになる。そのため、例えば、伝熱媒体の流入流路が屈曲している場合に比べて、覆蓋部２３２を通過する際の伝熱媒体の圧力損失を低減することができる。
【００４９】
〔第２実施形態〕
図８に、本発明の第２実施形態を示す。
図８は、本実施形態のグラスライニング製多管式熱交換器１Ａの概略を示す断面図である。
本実施形態において、胴部シェル２Ａおよび伝熱管８Ａに係る構成以外の構成は、前述した第１実施形態と共通である。したがって、以下には相違する部分についてのみ説明する。
【００５０】
［胴部シェル２Ａ］
本実施形態の胴部シェル２Ａの胴部シェル本体部２１Ａは、前述した第１実施形態と同様に、金属から形成された円筒状の部材であり、内部に複数の伝熱管８Ａが収納されている。本実施形態では、胴部シェル本体部２１Ａの内径Ｄ１は、約３９０ｍｍとされている。なお、図示は略すが、胴部シェル本体部２１Ａの長さは、前述した第１実施形態と同様に、約２０００ｍｍとされている。
また、本実施形態では、支持ボルト２６Ａは４本設けられている。
【００５１】
［伝熱管８Ａ］
伝熱管８Ａは、前述した第１実施形態と同様に、金属製で管状の部材であり、内面にグラスライニングが施されている。本実施形態では、胴部シェル本体部２１Ａ内に５２本の伝熱管８Ａが収納されている。
また、本実施形態では、各々の伝熱管８Ａは、内径Ｍ１が約２７ｍｍとされ、外径Ｎ１が約３４ｍｍとされている。なお、図示は略すが、伝熱管８Ａの長さは、前述した第１実施形態と同様に、約２０００ｍｍとされている。
【００５２】
〔第２従来例〕
次に、図９に、第２従来例のグラスライニング製多管式熱交換器１００Ａを示す。
図９は、第２従来例のグラスライニング製多管式熱交換器１００Ａの概略を示す断面図である。
第２従来例において、胴部シェル１２０Ａおよび伝熱管１８０Ａに係る構成以外の構成は、前述した第１従来例と共通である。したがって、以下には相違する部分についてのみ説明する。
【００５３】
［胴部シェル１２０Ａ］
第２従来例の胴部シェル１２０Ａの胴部シェル本体部１２１Ａは、前述した第１従来例と同様に、金属から形成された円筒状の部材であり、内部に複数の伝熱管１８０Ａが収納されている。第２従来例では、胴部シェル本体部１２１Ａの内径Ｅ１は、約３９０ｍｍとされている。なお、図示は略すが、胴部シェル本体部１２１Ａの長さは、前述した第１従来例と同様に、約２０００ｍｍとされている。すなわち、第２実施形態の胴部シェル本体部２１Ａと、第２従来例の胴部シェル本体部１２１Ａとは、同様の形状をしている。
また、第２従来例では、支持ボルト１２６Ａは４本設けられている。
【００５４】
［伝熱管１８０Ａ］
伝熱管１８０Ａは、前述した第１従来例と同様に、金属製で管状の部材であり、内面にグラスライニングが施されている。第２従来例では、胴部シェル本体部１２１Ａ内に５０本の伝熱管１８０Ａが収納されている。
また、第２従来例では、各々の伝熱管１８０Ａは、内径Ｙ１が約２７ｍｍとされ、外径Ｚ１が約３４ｍｍとされている。なお、図示は略すが、伝熱管１８０Ａの長さは、前述した第１従来例と同様に、約２０００ｍｍとされている。
【００５５】
図１０は、前述した第２実施形態のグラスライニング製多管式熱交換器１Ａおよび第２従来例のグラスライニング製多管式熱交換器１００Ａの仕様を示す図である。
図１０に示すように、伝熱管８Ａ，１８０Ａの本数は、第２実施形態では５２本であるのに対して、第２従来例では５０本となっている。すなわち、第２実施形態では、第２従来例よりも伝熱管８Ａを多く収納することができる。これは、阻流機構を連結部に配置したことから、胴部シェル本体部２１Ａの内部のスペースに余裕ができたことによるものである。これにより、第２実施形態では、第２従来例に比べて、伝熱管８Ａ，１８０Ａの外径を基準とした伝熱面積を大きくできるので、熱交換効率を高めることができる。なお、第２実施形態のグラスライニング製多管式熱交換器１Ａおよび第２従来例のグラスライニング製多管式熱交換器１００Ａは、通常、伝熱面積が１０ｍ２のタイプの熱交換器として使用される。
【００５６】
また、被熱交換流体の残留量は、第２実施形態では４９ｍＬであるのに対して、第２従来例では８９０ｍＬとなっている。つまり、第２実施形態では、第２従来例に対して被熱交換流体の残留量を約９４．５％低減している。
【００５７】
以上説明したとおり、第２実施形態のグラスライニング製多管式熱交換器１Ａによれば、前述した第１実施形態の効果に加えて、以下の効果を得ることができる。
（５）第２実施形態のグラスライニング製多管式熱交換器１Ａでは、第２従来例のグラスライニング製多管式熱交換器１００Ａに比べて、胴部シェル本体部２１Ａに伝熱管８Ａを多く収納することができる。そのため、第２従来例に比べて、伝熱管８Ａの伝熱面積を大きくすることができ、熱交換効率を高くすることができる。
【００５８】
〔第３実施形態〕
図１１に、本発明の第３実施形態を示す。
図１１は、本実施形態のグラスライニング製多管式熱交換器１Ｂの概略を示す断面図である。
本実施形態において、胴部シェル２Ｂおよび伝熱管８Ｂに係る構成以外の構成は、前述した第１、第２実施形態と共通である。したがって、以下には相違する部分についてのみ説明する。
【００５９】
［胴部シェル２Ｂ］
本実施形態の胴部シェル２Ｂの胴部シェル本体部２１Ｂは、前述した第１、第２実施形態と同様に、金属から形成された円筒状の部材であり、内部に複数の伝熱管８Ｂが収納されている。本実施形態では、胴部シェル本体部２１Ｂの内径Ｄ２は、約４９０ｍｍとされている。なお、図示は略すが、胴部シェル本体部２１Ｂの長さは、約２７５０ｍｍとされている。
また、本実施形態では、支持ボルト２６Ｂは８本設けられている。
【００６０】
［伝熱管８Ｂ］
伝熱管８Ｂは、前述した第１実施形態と同様に、金属製で管状の部材であり、内面にグラスライニングが施されている。本実施形態では、胴部シェル本体部２１Ｂ内に７７本の伝熱管８Ｂが収納されている。
また、本実施形態では、各々の伝熱管８Ｂは、内径Ｍ２が約２７ｍｍとされ、外径Ｎ２が約３４ｍｍとされている。なお、図示は略すが、伝熱管８Ｂの長さは、約２７５０ｍｍとされている。
【００６１】
〔第３従来例〕
次に、図１２に、第３従来例のグラスライニング製多管式熱交換器１００Ｂを示す。
図１２は、第３従来例のグラスライニング製多管式熱交換器１００Ｂの概略を示す断面図である。
第３従来例において、胴部シェル１２０Ｂおよび伝熱管１８０Ｂに係る構成以外の構成は、前述した第１、第２従来例と共通である。したがって、以下には相違する部分についてのみ説明する。
【００６２】
［胴部シェル１２０Ｂ］
第３従来例の胴部シェル１２０Ｂの胴部シェル本体部１２１Ｂは、前述した第１、第２従来例と同様に、金属から形成された円筒状の部材であり、内部に複数の伝熱管１８０Ｂが収納されている。第３従来例では、胴部シェル本体部１２１Ｂの内径Ｅ２は、約４９０ｍｍとされている。なお、図示は略すが、胴部シェル本体部１２１Ｂの長さは、約２７５０ｍｍとされている。すなわち、第３実施形態の胴部シェル本体部２１Ｂと、第３従来例の胴部シェル本体部１２１Ｂとは、同様の形状をしている。
また、第３従来例では、支持ボルト１２６Ｂは８本設けられている。
【００６３】
［伝熱管１８０Ｂ］
伝熱管１８０Ｂは、前述した第１、第２従来例と同様に、金属製で管状の部材であり、内面にグラスライニングが施されている。第３従来例では、胴部シェル本体部１２１Ｂ内に７６本の伝熱管１８０Ｂが収納されている。
また、第３従来例では、各々の伝熱管１８０Ｂは、内径Ｙ２が約２７ｍｍとされ、外径Ｚ２が約３４ｍｍとされている。なお、図示は略すが、伝熱管１８０Ｂの長さは、約２７５０ｍｍとされている。
【００６４】
図１３は、前述した第３実施形態のグラスライニング製多管式熱交換器１Ｂおよび第３従来例のグラスライニング製多管式熱交換器１００Ｂの仕様を示す図である。
図１３に示すように、伝熱管８Ｂ，１８０Ｂの本数は、第３実施形態では７７本であるのに対して、第３従来例では７６本となっている。すなわち、第３実施形態では、第３従来例よりも伝熱管８Ｂを多く収納することができる。これにより、第３実施形態では、第３従来例に比べて、伝熱管８Ｂ，１８０Ｂの外径を基準とした伝熱面積を大きくすることができ、熱交換効率を高くすることができる。なお、第３実施形態のグラスライニング製多管式熱交換器１Ｂおよび第３従来例のグラスライニング製多管式熱交換器１００Ｂは、通常、伝熱面積が２０ｍ２のタイプの熱交換器として使用される。
【００６５】
また、被熱交換流体の残留量は、第３実施形態では１８７ｍＬであるのに対して、第３従来例では１５６９ｍＬとなっている。つまり、第３実施形態では、第３従来例に対して被熱交換流体の残留量を約８８．１％低減している。
【００６６】
以上説明したとおり、第３実施形態のグラスライニング製多管式熱交換器１Ｂによれば、前述した第１、第２実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００６７】
〔変形例〕
本発明は、前述した各実施形態の構成に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形などは本発明に含まれるものである。
例えば、前述した各実施形態では、阻流機構２４３は連結部２３内に配置されていたが、これに限られない。例えば、阻流機構は、その一部が胴部シェル本体部内に配置されていてもよく、胴部シェル本体部の底部に沿って配置された伝熱管と干渉しない位置に配置されていればよい。
【００６８】
前述した各実施形態では、阻流機構２４３は、伝熱媒体流入ノズル２４の本体管部２４１に取り付けられていたが、これに限定されず、例えば、連結部の基端部に阻流板が設けられて阻流機構を構成していてもよい。また、阻流機構を構成する阻流板は複数設けられていてもよい。
【００６９】
前述した各実施形態では、連結部２３に半楕円体状に形成された覆蓋部２３２が設けられていたが、これに限定されず、例えば、連結部に平板状の覆蓋部が設けられていてもよい。
また、前述した各実施形態では、流出ヘッド４に縮径部４１３が設けられていたが、これに限定されず、流出ヘッドに縮径部が設けられない場合も本発明に含まれる。
さらに、伝熱管８，８Ａ，８Ｂの配置は、前述した各実施形態に示したものに限られるものではなく、胴部シェル本体部２１，２１Ａ，２１Ｂに収納可能に配置されていればよい。
【００７０】
前述した第１、２実施形態では、伝熱管８，８Ａの長さは約２０００ｍｍとされ、第３実施形態では、伝熱管８Ｂの長さは約２７５０ｍｍとされていたが、これに限られない。例えば、伝熱管の長さは約３０００ｍｍであってもよく、任意の長さに変更することができる。
【符号の説明】
【００７１】
１，１Ａ，１Ｂ…グラスライニング製多管式熱交換器、２，２Ａ，２Ｂ…胴部シェル、３…流入ヘッド、４…流出ヘッド、５…脚部、６…第１管板、７…第２管板、８，８Ａ，８Ｂ…伝熱管、９…締結部材、２１，２１Ａ，２１Ｂ…胴部シェル本体部、２２…フランジ部、２３…連結部、２４…伝熱媒体流入ノズル、２５…伝熱媒体流出ノズル、２６，２６Ａ，２６Ｂ…支持ボルト、３１…流入ヘッド本体部、３２…被熱交換流体流入ノズル、３３…フランジ部、３４…鏡板部、４１…流出ヘッド本体部、４２…被熱交換流体流出ノズル、４３…フランジ部、２１１…流入側開口端部、２１２…流出側開口端部、２３１…基部、２３２…覆蓋部、２４１…本体管部、２４２…フランジ部、２４３…阻流機構、２４４…開口部、４１１…大径部、４１２…小径部、４１３…縮径部、４１４…フランジ部。
【図１】
2020112308.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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