(57)【要約】【課題】熱交換器本体内部での差圧異常が発生した場合に、損傷を回避することができる差圧設計型の熱交換器を提供する。【解決手段】差圧設計型の熱交換器１０Ａは、胴体（シェル）１１内に複数本の伝熱管（チューブ）１２を収めてなり、差圧設計型のシェルアンドチューブ型熱交換器であって、胴体１１内の圧力（Ｐ1）と伝熱管１２内の圧力（Ｐ2）との差圧（Ｐ2−Ｐ1）又は（Ｐ1−Ｐ2）が、差圧設計の所定圧（２．０ＭＰａ）以上（例えば２．５ＭＰａ）になった際、圧力を解放する圧力解放部材である破断板２１を設けてなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
胴体内に複数本の伝熱管を収めてなり、差圧設計型のシェルアンドチューブ型熱交換器であって、
前記胴体内の圧力（Ｐ1）と前記伝熱管内の圧力（Ｐ2）との差圧（Ｐ2−Ｐ1）又は（Ｐ1−Ｐ2）が、差圧設計の所定圧以上になった際、圧力を解放する圧力解放部材を設けてなることを特徴とする差圧設計型の熱交換器。
【請求項２】
請求項１において、
前記圧力解放部材が、破断板であると共に、
前記破断板を、伝熱管内と連通し、外部へ管内流体を排出するフローティングヘッドの鏡部又は円筒部のいずれか一方に設けたことを特徴とする差圧設計型の熱交換器。
【請求項３】
請求項２において、
破断板が一方向に破断する破断板又は双方向に破断する破断板であることを特徴とする差圧設計型の熱交換器。
【請求項４】
請求項１において、
前記圧力解放部材が、複数の伝熱管の一部を圧力解放管の伝熱管とすると共に、前記圧力解放管の耐圧を所定設計圧以下とすることを特徴とする差圧設計型の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、差圧設計型の熱交換器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、自己発熱型の熱交換器として、シェルアンドチューブ型熱交換器があり、胴体（シェル）に先ず外部より初期導入流体（Ｆ0）を導入し、伝熱管(チューブ)を通過する発熱流体（Ｆ2）と熱交換させて、胴体排出流体（Ｆ1）として排出される。この外部に排出された胴体流体（Ｆ1）は、例えば反応装置等において発熱反応を生じさせることで、伝熱管内に導入する高温の発熱流体（Ｆ2）となる。この温度上昇した発熱流体（Ｆ2）を伝熱管内部に導入させることで、外部より胴体内に導入される初期導入流体（Ｆ0）を熱交換させる自己熱交換方法がある。
ここで、反応装置を通過することで生じる圧力減少（Δｐ）分が所定圧（例えば２．０ＭＰａ）として設計されており、高圧系の差圧設計型の熱交換器を構成している。
【０００３】
ここで、差圧設計以下の圧力の場合には、胴体に配した伝熱管の損傷は無いものの、所定設計差圧以上となった際には、伝熱管の接続部において、破断部が発生するという問題がある。
【０００４】
そこで、従来においては、差圧異常がある場合、熱交換器の外部の流体ラインにおいて、流体の流れを制御することで対応していた（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−６１８７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来技術の提案では、外部に設置するため、流体流れを制御する手段の設置には、そのための設置ラインが必要となる、という問題がある。
【０００７】
また、従来技術の提案では、熱交換器の外部での設計圧以上となった際の対応には対処できるものの、熱交換器本体内部における差圧異常が発生した場合には、対応することができない、という問題がある。
【０００８】
よって、熱交換器本体内部での差圧異常が発生した場合に、損傷を回避することができる差圧設計型の熱交換器の出現が切望されている。
【０００９】
本発明は、前記問題に鑑み、熱交換器本体内部での差圧異常が発生した場合に、対応できる差圧設計型の熱交換器を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、胴体内に複数本の伝熱管を収めてなり、差圧設計型のシェルアンドチューブ型熱交換器であって、前記胴体内の圧力（Ｐ1）と前記伝熱管内の圧力（Ｐ2）との差圧（Ｐ2−Ｐ1）又は（Ｐ1−Ｐ2）が、差圧設計の所定圧以上になった際、圧力を解放する圧力解放部材を設けてなることを特徴とする差圧設計型の熱交換器にある。
【００１１】
第２の発明は、第１の発明において、前記圧力解放部材が、破断板であると共に、前記破断板を、伝熱管内と連通し、外部へ管内流体を排出するフローティングヘッドの鏡部又は円筒部のいずれか一方に設けたことを特徴とする差圧設計型の熱交換器にある。
【００１２】
第３の発明は、第２の発明において、破断板が一方向に破断する破断板又は双方向に破断する破断板であることを特徴とする差圧設計型の熱交換器にある。
【００１３】
第４の発明は、第１の発明において、前記圧力解放部材が、複数の伝熱管の一部を圧力解放管の伝熱管とすると共に、前記圧力解放管の耐圧を所定設計圧以下とすることを特徴とする差圧設計型の熱交換器にある。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、差圧設計型の熱交換器において、所定差圧以上の圧力が発生した場合、圧力解放部材を設けているので、この圧力解放部材が圧力を解放することで、熱交換器の損傷を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、実施例１に係る差圧設計型の熱交換器の概略図である。
【図２】図２は、実施例１に係る差圧設計型の熱交換器の要部概略図である。
【図３】図３は、実施例２に係る差圧設計型の熱交換器の要部概略図である。
【図４】図４は、実施例３に係る差圧設計型の熱交換器の要部概略図である。
【図５】図５は、実施例４に係る差圧設計型の熱交換器の要部概略図である。
【図６】図６は、差圧設計型の熱交換器の損傷の一例を示す要部概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に添付図面を参照して、本発明の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。
【実施例１】
【００１７】
図１は、実施例１に係る差圧設計型の熱交換器の概略図である。図２は、実施例１に係る差圧設計型の熱交換器の要部概略図である。
図１に示すように、本実施例に係る差圧設計型の熱交換器１０Ａは、胴体（シェル）１１内に複数本の伝熱管（チューブ）１２を収めてなり、差圧設計型のシェルアンドチューブ型熱交換器であって、胴体１１内の圧力（Ｐ1）と伝熱管１２内の圧力（Ｐ2）との差圧（Ｐ2−Ｐ1）又は（Ｐ1−Ｐ2）が、差圧設計の所定圧（例えば２．０ＭＰａ）以上（例えば２．５ＭＰａ）になった際、圧力を解放する圧力解放部材を設けてなるものである。
【００１８】
本実施例の差圧設計型の熱交換器１０Ａは、図１に示すように、シェルアンドチューブ型熱交換器があり、胴体（シェル）１１に先ず外部より温度（Ｔ0）の初期導入流体Ｆ0を導入し、伝熱管(チューブ)１２を通過する温度（Ｔ2）の発熱流体Ｆ2と熱交換させて、温度（Ｔ1）の胴体排出流体Ｆ1として排出される。この外部に排出された胴体排出流体Ｆ1は、例えば反応装置２０において発熱反応を生じさせることで、伝熱管１２内に導入する高温の温度（Ｔ2）の発熱流体Ｆ2となる。この温度上昇した発熱流体Ｆ2を、伝熱管１２内部に導入させることで、外部より胴体内に導入される温度（Ｔ0）の初期の導入流体Ｆ0を熱交換させる自己熱交換を行っている。ここで、反応装置２０での反応により生じる圧力減少（Δｐ）分が所定圧（例えば２．０ＭＰａ）として設計されており、高圧系の差圧設計型の熱交換器を構成している。
【００１９】
また、差圧設計型の熱交換器１０Ａは、図１に示すように、胴体１１内には固定管板１３Ａと遊動管板１３Ｂとが配設され、両者の間に伝熱管１２が複数本（例えば２０００本）設けられている。胴体１１には初期の導入流体Ｆ0を導入する導入部１１ａと、胴体排出流体Ｆ1を排出する排出部１１ｂとが形成されている。
また、固定管板１３Ａ側の発熱流体Ｆ2を導入する導入ヘッド１５には導入部１５ａが設けられている。
【００２０】
また、遊動管板１３Ｂの発熱流体Ｆ2から熱交換されて低温（Ｔ3）となった伝熱管排出流体Ｆ3を排出する排出ヘッド１６内には、遊動ヘッド１７が設けられている。
この遊動ヘッド１７は遊動管板１３Ｂと基部側で接合された鏡部１７ａと排出ヘッド１６の排出部１６ａと摺動する遊動管１７ｂとから構成され、内部の圧力状況に応じて遊動自在としている。
【００２１】
そして、本実施例では、圧力解放部材として胴体内の圧力（Ｐ1）と伝熱管内の圧力（Ｐ2）との差圧（Ｐ2−Ｐ1）又は（Ｐ1−Ｐ2）が、差圧設計の所定圧（例えば２．０ＭＰａ）以上の例えば２．５ＭＰａになった際、圧力を解放する破断板２１を、遊動ヘッド１７の鏡部１７ａに設けている。
そして、所定圧以上の圧力が発生した場合、破断板２１が破断することで、熱交換器の損傷を防止している。
【００２２】
図６は、差圧設計型の熱交換器の損傷の一例を示す要部概略図であり、図中左側は問題発生前の通常の場合であり、図中右側は問題発生後の差圧異常が発生して損傷が発生した場合である。
図６に示すように、内部に破断板２１を設けていない場合には、熱交換器の内部において、圧力（Ｐ2−Ｐ1）＞設計圧がかかった場合、遊動管板１３Ｂと鏡部１７ａとの継ぎ部において破断部Ｘの損傷が発生した。
【００２３】
これに対し、本実施例のように、差圧設計型の熱交換器１０Ａの内部の鏡部１７ａに破断板２１を設けることで、所定設計圧以上となった際に、破断板が作動するので、内部の損傷の発生を回避することができる。
【００２４】
また、従来は、遊動管板１３Ｂと鏡部１７ａとは一度溶接による接合をした後は、分解できないので、排出ヘッド１６内に仮に異物等が存在して、遊動に不具合が発生した場合でも、解放点検できなかったが、遊動不具合が発生した場合、破断板２１部分を解放することで、内部の再点検を実施することができる。
【００２５】
また、破断板２１としては、一方向に破断する破断板であっても、双方向に破断する破断板であってもよい。
【実施例２】
【００２６】
次に、本発明の実施例２に係る差圧設計型の熱交換器について、図３を参照して説明する。図３は、実施例２に係る差圧設計型の熱交換器の要部概略図である。なお、実施例１と同様の部材については、同一符号を付してその説明は省略する。
【００２７】
図３に示すように、本実施例の差圧設計型の熱交換器１０Ｂでは一方向に破断する破断板２１Ａ、２１Ｂを鏡部１７ａの２か所に設けると共に、胴体１１側からの圧力（Ｐ1）が高い場合と、伝熱管側の圧力（Ｐ2）が高い場合との二方向の圧力に応じて破断する２種類の破断板としている。
【００２８】
すなわち、熱交換器の内部において、（Ｐ1−Ｐ2）＞設計圧となる前に、破断板２１Ａから圧を逃がすことができる。また、（Ｐ2−Ｐ1）＞設計圧となる前に、破断板２１Ｂから圧を逃がすことができる。
【００２９】
これにより、いずれかの圧力が設計圧以上となった場合において、対応できる。
特に、熱交換器の設置時や検査時において、通常は片圧をかけない差圧設計型の熱交換器に片圧をかけて、所定圧以上となる場合に、損傷を回避することができる。
【実施例３】
【００３０】
次に、本発明の実施例３に係る差圧設計型の熱交換器について、図４を参照して説明する。図４は、実施例３に係る差圧設計型の熱交換器の要部概略図である。なお、実施例１と同様の部材については、同一符号を付してその説明は省略する。
【００３１】
実施例１の差圧設計型の熱交換器１０Ａでは、破断板２１の設置を鏡部１７ａとしたが、本発明はこれに限定されず、図４に示す差圧設計型の熱交換器１０Ｃでは、遊動管１７ｂに破断板２１を設置するようにしている。
なお、遊動管１７ｂは排出部１６ａの内側で摺動するので、その摺動阻害がない位置に設ける必要がある。
【００３２】
また、破断板２１としては、一方向に破断する破断板であっても、双方向に破断する破断板であってもよい。また、実施例２のように２方向の破断板２１Ａ、２１Ｂを設けるようにしてもよい。
【実施例４】
【００３３】
次に、本発明の実施例４に係る差圧設計型の熱交換器について、図５を参照して説明する。図５は、実施例４に係る差圧設計型の熱交換器の要部概略図である。なお、実施例１と同様の部材については、同一符号を付してその説明は省略する。
実施例４の差圧設計型の熱交換器１０Ｄは、図５に示すように、圧力解放部材として圧力解放管２２を用いている。そして、通常の熱交換するための伝熱管１２を所定設計圧（２．１ＭＰａ）とする場合に、圧力解放管２２は、この所定圧以下（２．０ＭＰａ）で破断するような設計圧としている。
【００３４】
通常の熱交換用の伝熱管１２は例えば２０００本ある場合、その一部（例えば４〜５本）について、圧力解放管２２の伝熱管とすると共に、この圧力解放管２２の耐圧を所定設計圧以下とすることとして、破断可能とすることで、熱交換器内部での差圧異常に対応することができる。なお、破断した圧力解放管２２は、管板１３Ａ，１３Ｂの外部において、破断した圧力解放管２２の端部を目止めすることで、再度熱交換することができる。
【符号の説明】
【００３５】
１０Ａ〜１０Ｄ  差圧設計型の熱交換器
１１  胴体
１２  伝熱管
１３Ａ  固定管板
１３Ｂ  遊動管板
１５  導入ヘッド
１５ａ  導入部
１６  排出ヘッド
１６ａ  排出部
１７  遊動ヘッド
１７ａ  鏡部
１７ｂ  遊動管
２０  反応装置
２１、２１Ａ、２１Ｂ  破断板
２２  圧力解放管
【図１】
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【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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