(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
伝熱管を収納し、第１の流体が導入される内ケーシングと、
前記内ケーシングを収納し、前記内ケーシングの上部を固定し、第２の流体が導入される外ケーシングと、を備え、
前記外ケーシングは、該外ケーシング内に前記第２の流体を外部から導入する外ケーシング流入口と、該外ケーシング内の前記第２の流体を外部に流出する外ケーシング流出口と、を有し、
前記外ケーシングと前記内ケーシングとの間の隙間部を、前記外ケーシング流入口と前記外ケーシング流出口との間で封鎖する封鎖部を更に備え、
前記伝熱管を流れる前記第１の流体と前記外ケーシングを流れる前記第２の流体との間で熱交換を行う縦型熱交換器の流体充填方法であって、
前記縦型熱交換器の前記隙間部に前記第２の流体の充填を行い、
前記隙間部の前記外ケーシング流出口側から前記封鎖部を貫通し、該縦型熱交換器の運転中における前記隙間部の前記外ケーシング流入口側の前記第２の流体の液面よりも上まで延伸するベント管によって、前記隙間部に対する前記第２の流体の充填中、前記封鎖部よりも前記外ケーシング流出口側の前記隙間部に存在するガスを前記封鎖部よりも前記外ケーシング流入口側の前記隙間部に逃がす
ことを特徴とする縦型熱交換器の流体充填方法。
【請求項２】
請求項１に記載の縦型熱交換器の流体充填方法において、
前記ベント管は、前記封鎖部のうちの上側の位置で該封鎖部を貫通するものである、
ことを特徴とする縦型熱交換器の流体充填方法。
【請求項３】
請求項１に記載の縦型熱交換器の流体充填方法において、
前記封鎖部は、
前記外ケーシングに設けられ、前記外ケーシングと前記内ケーシングとの間に位置する第１のフランジと、
前記第１のフランジの上に載置された第２のフランジと、
前記内ケーシングに設けられ、前記外ケーシングと前記内ケーシングとの間で前記第２のフランジの上方に位置する第３のフランジと、
前記第２のフランジと前記第３のフランジとを接続する伸縮可能なシール部材と、
から成り、
前記ベント管は、前記第３のフランジの下面から該第３のフランジを貫通し、該縦型熱交換器の運転中における、該第３のフランジの上方の前記第２の流体の液面よりも上まで延伸するものである、
ことを特徴とする縦型熱交換器の流体充填方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、縦型熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
発電プラント等では、シェルアンドチューブ式の熱交換器が使用される。シェルアンドチューブ式の熱交換器は、伝熱管を内蔵した内ケーシング（管側ケーシング）と、内ケーシングを収納する外ケーシング（胴側ケーシング）とを備え、伝熱管を流れる管側流体と、外ケーシングを流れる胴側流体とで熱交換を行う。
【０００３】
図３は、従来の縦型熱交換器の縦断面図である。
【０００４】
内ケーシング２は、伝熱管３を内蔵し、外ケーシング１の内部に配置される。外ケーシング１は、支持構造物を介して内ケーシング２を支持する。外ケーシング１と内ケーシング２との間には隙間部６があり、内ケーシング２は、外ケーシング１から上方に引き抜き自在である。
【０００５】
熱交換の際、管側流体は、内ケーシング２に設けられた流入口１３から内ケーシング２に入り、伝熱管３の中を流れる。胴側流体は、外ケーシング１に設けられた流入口１１から導入され、内ケーシング２に設けられた流入口４を通って内ケーシング２に入り、伝熱管３を介して管側流体と熱交換を行い、内ケーシング２の側面に設けられた流出口５を通り、外ケーシング１に設けられた流出口１２から流出する。
【０００６】
胴側流体は、流入口１１から流入口４へ流れる際に、一部が隙間部６へ流れ込む。隙間部６へ流れる胴側流体のことをバイパス流と呼ぶ。外ケーシング１と内ケーシング２との間の隙間部６を流れるバイパス流は、熱交換に寄与しない無効流であるため、伝熱効率の低下を招く要因となる。このため、バイパス流を防止、抑制する目的で、外ケーシング１と内ケーシング２との間に隙間部６の流路を塞いでバイパス流を抑制する構造を設ける必要がある。
【０００７】
図３に示した従来例では、バイパス流抑制構造として、外ケーシング１に設けられた第１のフランジ７と、その上に載置された第２のフランジ８と、内ケーシングに取り付けられた第３のフランジ９と、第２のフランジ８と第３のフランジ９とを接続する伸縮可能なシール部材１０と、から構成される構造を開示している。
【０００８】
一方、特許文献１には、運転中にはドレン孔からのバイパス流を防止し、メンテナンス時等には流体を排出できるように、外ケーシングと内ケーシングとの間のバイパス流抑制構造に流路制御機構を設けた熱交換器が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１４−２１４９９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、図３に示した従来のバイパス流抑制構造においては、熱交換器に胴側流体を充填する際にガスを逃がすため（ベントのため）にベント孔が必要であり、また、熱交換器のメンテナンス時等に内部の胴側流体をドレンするためにドレン孔が必要である。
【００１１】
特許文献１に記載の熱交換器では、運転中のドレン孔からのバイパス流を防止する対策が示されているが、ベント孔については何ら開示されていない。
【００１２】
本発明の目的は、ベント孔からのバイパス流を単純な構造で完全に防止することが可能な縦型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】
【００１３】
本発明は上記の目的を達成するために、伝熱管を収納し、第１の流体が導入される内ケーシングと、前記内ケーシングを収納し、前記内ケーシングの上部を固定し、第２の流体が導入される外ケーシングと、を備え、前記外ケーシングは、該外ケーシング内に前記第２の流体を外部から導入する外ケーシング流入口と、該外ケーシング内の前記第２の流体を外部に流出する外ケーシング流出口と、を有し、前記外ケーシングと前記内ケーシングとの間の隙間部を、前記外ケーシング流入口と前記外ケーシング流出口との間で封鎖する封鎖部を更に備え、前記伝熱管を流れる前記第１の流体と前記外ケーシングを流れる前記第２の流体との間で熱交換を行う縦型熱交換器の流体充填方法であって、前記縦型熱交換器の前記隙間部に前記第２の流体の充填を行い、前記隙間部の前記外ケーシング流出口側から前記封鎖部を貫通し、該縦型熱交換器の運転中における前記隙間部の前記外ケーシング流入口側の前記第２の流体の液面よりも上まで延伸するベント管によって、前記隙間部に対する前記第２の流体の充填中、前記封鎖部よりも前記外ケーシング流出口側の前記隙間部に存在するガスを前記封鎖部よりも前記外ケーシング流入口側の前記隙間部に逃がすことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ベント孔からのバイパス流を単純な構造で完全に防止することが可能な縦型熱交換器を提供することができる。
【００１５】
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施例による縦型熱交換器の縦断面図。
【図２】図１に示した縦型熱交換器１００のバイパス流抑制構造を拡大して示す図。
【図３】従来の縦型熱交換器の縦断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を用いて、本発明の実施形態に係る縦型熱交換器について詳細に説明する。
【００１８】
なお、本発明においては、縦型熱交換器のドレン構造については主要な構成ではないので、以下の実施例ではドレン構造については特に開示しておらず、例えば特許文献１に記載のような既知の如何なるドレン構造であっても用いることができる。
【実施例１】
【００１９】
図１は、本発明の実施例による縦型熱交換器の縦断面図である。
【００２０】
本実施例による縦型熱交換器１００は、例えば高速増殖炉で用いられるものであり、伝熱管３を収納した内ケーシング２（管側ケーシング）と、内ケーシング２を収納する外ケーシング１（胴側ケーシング）とを備え、内ケーシング２から伝熱管３へ導入される管側流体（第１の流体）と、外ケーシング１から内ケーシング２へ導入される胴側流体（第２の流体）とで熱交換を行う。管側流体や胴側流体としては例えばナトリウムが挙げられる。
【００２１】
本実施例において、外ケーシング１はほぼ円筒形状であり、内ケーシング２は、内部に伝熱管３を有するほぼ円柱形状である。なお、本発明による縦型熱交換器はこの形状に限られるものではない。外ケーシング１は、支持構造物（不図示）を介して内ケーシング２の上部を固定し、内ケーシング２を支持する。このとき、外ケーシング１と内ケーシング２とは同軸に配置される。外ケーシング１と内ケーシング２との間には隙間部６があり、内ケーシング２は、外ケーシング１から上方に引き抜き自在である。
【００２２】
熱交換の際、管側流体は、内ケーシング２に設けられた流入口１３から内ケーシング２の中へ導入され、伝熱管３の中を流れる。胴側流体は、外ケーシング１に設けられた流入口１１から外ケーシング１の中へ導入され、内ケーシング２に設けられた流入口４を通って内ケーシング２に入り、伝熱管３を介して管側流体と熱交換を行う。熱交換の後、胴側流体は、内ケーシング２の側面に設けられた流出口５を通り、外ケーシング１に設けられた流出口１２を通って熱交換器１００から外部へ流出する。熱交換した管側流体も、流出口１４から熱交換器１００の外部に流出する。流入口１１は流出口１２よりも上側に設けられている。
【００２３】
胴側流体は、流入口１１から流入口４へ流れる際に、一部が隙間部６へバイパス流として流れ込む。バイパス流は、伝熱効率の低下を招く要因となる。そこで、本実施例による縦型熱交換器１００では、バイパス流を防止、抑制するために、内ケーシング２と外ケーシング１との間の隙間部６に、バイパス流抑制構造を備える。
【００２４】
このバイパス流抑制構造は、封鎖部１０１（図２参照）としての、第１のフランジ７と、第２のフランジ８と、第３のフランジ９と、第２のフランジ８と、第３のフランジ９と、シール部材１０と、を有して構成される。以下、図２を参照してこのバイパス流抑制構造について説明する。
【００２５】
図２は、図１に示した縦型熱交換器１００のバイパス流抑制構造を拡大して示す図である。
【００２６】
本実施例のバイパス流抑制構造は、封鎖部１０１により、隙間部６を流入口１１と流出口１２との間で封鎖して成る。この構成により、隙間部６での流入口１１から流出口１２への胴側流体の流れを封鎖し、流入口１１から導入された胴側流体が、流入口４を通って内ケーシング２に入ることなく流出口１２へと流れてしまうことを防ぐことができる。
【００２７】
第１のフランジ７は、外ケーシング１の内周面から内側に突出しており、周方向全面にわたって設けられている。第１のフランジ７は、内ケーシング２の外周面までは達していない。
【００２８】
第２のフランジ８は平板のリング形状であり、第２のフランジ８が第１のフランジ７の上に載置されることで、第１のフランジ７と第２のフランジ８との間を胴側流体が流れない。第２のフランジ８は、外ケーシング１および内ケーシング２と同軸に配置される。第２のフランジ８の径方向の幅は、内ケーシング２と外ケーシング１との間の間隔すなわち隙間部６の径方向の大きさよりも小さい。
【００２９】
第３のフランジ９は、内ケーシング２の外周面から外側に突出しており、周方向全面にわたって設けられている。第３のフランジ９は、外ケーシング１の内周面までは達していない。
【００３０】
シール部材１０は、円筒状部材であって、一端を第２のフランジ８と周方向すべてにわたって接続し、他端を第３のフランジ９と周方向すべてにわたって接続し、この一端と他端との間で伸縮可能に構成されている。
【００３１】
第２のフランジ８とシール部材１０と第３のフランジ９とが接続されることで、第２のフランジ８とシール部材１０と第３のフランジ９との間を胴側流体が流れない。
【００３２】
封鎖部１０１のうちの上側に位置する第３のフランジ９は、ベント管１５が貫通する。ベント管１５は、中空の管であり、第３のフランジ９と内ケーシング２の外周面に固定されたベント管支持部材１６とによって支持される。ベント管１５の下端は第３のフランジ９の下面で開放し、ベント管１５の上端は、縦型熱交換器１００の運転中すなわち熱交換処理を実行中に隙間部６に導入される胴側流体の液面である隙間部液面１７よりも上まで延伸して開放している。ベント管１５の外周面は、このベント管１５が貫通する第３のフランジ９の孔を埋めるように、第３のフランジ９と接しあるいは接着され、この貫通箇所において胴側流体が流れることはない。
【００３３】
ベント管１５は、内ケーシング２と外ケーシング１との間に少なくとも１本設ける。ベント管１５を複数設ける場合には、それぞれを等間隔に配置するのが好ましい。
【００３４】
本実施例では、封鎖部１０１のうちの上側の位置に設けた第３のフランジ９をベント管１５が貫通するようにし、このようにすることで、ベント時に封鎖部１０１の下側のガスが、ベント管１５の上端から抜けるようにしたが、本発明はこれに限られるものではなく、封鎖部１０１のうちのいずれかの箇所でベント管１５が封鎖部１０１を貫通するようにしてもよい。この場合、ベント管１５の下端と封鎖部１０１との間でガスだまりが発生する可能性があるが、ベント管１５の下端よりも下のガスはベント管１５の上端から抜けることができるため、ベントを行うことが可能である。
【００３５】
本実施例において、伸縮可能なシール部材１０は、ベント管１５よりも外ケーシング１に近い位置に設けられ、内ケーシング２側の第３のフランジ９と第２のフランジ８とを接続する。伸縮可能なシール部材１０には、例えば、ベローズやゴムを用いることができる。
【００３６】
第２のフランジ８は、伸縮可能なシール部材１０の弾性力によって第１のフランジ７に押し付けられて位置が固定される。すなわち、内ケーシング２は、高さ方向の位置が、第３のフランジ９が伸縮可能なシール部材１０を圧縮して第２のフランジ８を第１のフランジ７に押し付けるような位置に、外ケーシング１に収納される。このため、第２のフランジ８と第１のフランジ７は、互いに隙間なく密着している。第２のフランジ８と第１のフランジ７は、溶接などで互いに固着していないので、内ケーシング２を外ケーシング１から上方に引き抜くと、容易に離れることができる。
【００３７】
本実施例による縦型熱交換器に胴側流体を充填する時には、ベント管１５からガスが抜けるため、第３のフランジ９の下部にガスが滞留することはない。また、熱交換器運転時には、ベント管１５が隙間部液面１７の上部に突き出ているため、隙間部６の胴側流体がベント管１５の上端から流入することはなく、ベント孔（ベント管１５の管孔）においてバイパス流が生じることはない。
【００３８】
上記の構造により、本実施例による縦型熱交換器１００は、バイパス流抑制構造のベント孔からのバイパス流を完全に防止することが可能である。
【００３９】
以上説明したように、本発明による縦型熱交換器は、ベント管を備えることにより、胴側流体充填時にはベントができるとともに、熱交換器運転中はベント孔からのバイパス流を完全に防止することが可能である。
【００４０】
（付記）
なお、以上説明した本発明は以下の構成を備える場合がある。
【００４１】
１．
伝熱管を収納し、第１の流体が導入される内ケーシングと、
前記内ケーシングを収納し、前記内ケーシングの上部を固定し、第２の流体が導入される外ケーシングと、
を備え、
前記伝熱管を流れる前記第１の流体と前記外ケーシングを流れる前記第２の流体との間で熱交換を行う縦型熱交換器において、
前記外ケーシングは、該外ケーシング内に前記第２の流体を外部から導入する外ケーシング流入口と、該外ケーシング内の前記第２の流体を外部に流出する外ケーシング流出口と、を有し、
前記外ケーシングと前記内ケーシングとの間の隙間部を、前記外ケーシング流入口と前記外ケーシング流出口との間で封鎖する封鎖部と、
前記隙間部の前記外ケーシング流出口側から、前記封鎖部を貫通し、該縦型熱交換器の運転中における、前記隙間部の前記外ケーシング流入口側の前記第２の流体の液面よりも上まで延伸するベント管と、
を備えたことを特徴とする縦型熱交換器とし、
このように構成することで、
・ベント孔からのバイパス流を単純な構造で完全に防止することが可能な縦型熱交換器を提供することができる。
【００４２】
２．
１．に記載の縦型熱交換器において、
前記ベント管は、前記封鎖部のうちの上側の位置で該封鎖部を貫通するものである、
ことを特徴とする縦型熱交換器とし、
このように構成することで、
・ベント時に封鎖部の下側にできるガスだまりを低減することができる。
【００４３】
３．
１．に記載の縦型熱交換器において、
前記封鎖部は、
前記外ケーシングに設けられ、前記外ケーシングと前記内ケーシングとの間に位置する第１のフランジと、
前記第１のフランジの上に載置された第２のフランジと、
前記内ケーシングに設けられ、前記外ケーシングと前記内ケーシングとの間で前記第２のフランジの上方に位置する第３のフランジと、
前記第２のフランジと前記第３のフランジとを接続する伸縮可能なシール部材と、
から成る、
ことを特徴とする縦型熱交換器とし、
このように構成することで、
・内ケーシングに固定されているのは第３のフランジとシール部材と第２のフランジであり、この第２のフランジは、外ケーシングに固定された第１のフランジの上に載置されているので、外ケーシングから内ケーシングを取り外すときには、内ケーシングを引き上げることで第２のフランジが第１のフランジから離れ、容易に取り外しができる。
【００４４】
４．
１．に記載の縦型熱交換器において、
前記封鎖部は、
前記外ケーシングに設けられ、前記外ケーシングと前記内ケーシングとの間に位置する第１のフランジと、
前記第１のフランジの上に載置された第２のフランジと、
前記内ケーシングに設けられ、前記外ケーシングと前記内ケーシングとの間で前記第２のフランジの上方に位置する第３のフランジと、
前記第２のフランジと前記第３のフランジとを接続する伸縮可能なシール部材と、
から成り、
前記ベント管は、前記第３のフランジの下面から該第３のフランジを貫通し、該縦型熱交換器の運転中における、該第３のフランジの上方の前記第２の流体の液面よりも上まで延伸するものである、
ことを特徴とする縦型熱交換器とし、
このように構成することで、
・内ケーシングに固定されているのは第３のフランジとシール部材と第２のフランジであり、この第２のフランジは、外ケーシングに固定された第１のフランジの上に載置されているので、外ケーシングから内ケーシングを取り外すときには、内ケーシングを引き上げることで第２のフランジが第１のフランジから離れ、容易に取り外しができる。
・また、ベント時に第３のフランジの下側にできるガスだまりを低減することができる。
【００４５】
５．
伝熱管を収納し、第１の流体が導入される内ケーシングと、
前記内ケーシングを収納し、前記内ケーシングの上部を固定し、第２の流体が導入される外ケーシングと、
前記外ケーシングに設けられ、前記外ケーシングと前記内ケーシングとの間に位置する第１のフランジと、
前記第１のフランジの上に載置された第２のフランジと、
前記内ケーシングに設けられ、前記外ケーシングと前記内ケーシングとの間で前記第２のフランジの上方に位置する第３のフランジと、
前記第２のフランジと前記第３のフランジとを接続する伸縮可能なシール部材と、
前記第３のフランジから上方に向かうベント管と、
を備え、
前記ベント管は、前記第３のフランジを貫通し上方の液面に突き出るように設けられる、
ことを特徴とする縦型熱交換器とし、
このように構成することで、
・ベント孔からのバイパス流を単純な構造で完全に防止することが可能な縦型熱交換器を提供することができる。
【００４６】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００４７】
１…外ケーシング、２…内ケーシング、３…伝熱管、４…内ケーシング流入口、５…内ケーシング流出口、６…隙間部、７…第１のフランジ、８…第２のフランジ、９…第３のフランジ、１０…伸縮可能なシール部材、１１…外ケーシング流入口、１２…外ケーシング流出口、１３…内ケーシング流入口、１４…内ケーシング流出口、１５…ベント管、１６…ベント管支持部材、１７…隙間部液面。
【図１】
0006570884.tif 000002
【図２】
0006570884.tif 000003
【図３】
0006570884.tif 000004