(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂製チューブの端部を一体に束ねたハニカム構造部と、前記ハニカム構造部をその外径がシェル側フランジよりも小さいことを補償してシェル側フランジに固定するためのスプリットリングと、シェル側エンドプレートと、配管側エンドプレートとを有するシェルアンドチューブ式熱交換器であって、
前記シェル側エンドプレートは、ほぼ円筒状であり、その内周側に前記ハニカム構造部のシェル側寄りの部分と前記スプリットリングとを嵌め込んでシェル側フランジに固定され、併せて前記ハニカム構造部と前記スプリットリングを押圧してシェル側フランジに固定し、
前記配管側エンドプレートは、ほぼ円筒状であり、その内周側に前記ハニカム構造部の配管側寄りの部分を嵌め込んで配管側フランジと前記シェル側エンドプレートに固定され、併せて前記ハニカム構造部を前記スプリットリングと挟み込んで固定し、
前記ハニカム構造部は、前記シェル側エンドプレートと前記配管側エンドプレートの相向き合う側端面間に位置する部分の外周面が外部に露出していることを特徴とするシェルアンドチューブ式熱交換器。
【請求項２】
前記ハニカム構造部は、前記シェル側エンドプレートと前記配管側エンドプレートの相向き合う端面間に位置する部分の外周面に水切りが形成されていることを特徴とする請求項１に記載のシェルアンドチューブ式熱交換器。
【請求項３】
前記配管側エンドプレートを前記シェル側エンドプレートに固定する複数のボルトと、
前記シェル側エンドプレートと前記配管側エンドプレートの相向き合う端面の間隔を一定に保持するため、前記複数のボルトの外周を囲むボルトごとのスペーサとを有していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のシェルアンドチューブ式熱交換器。
【請求項４】
前記ハニカム構造部は、前記スプリットリングと共に前記シェル側エンドプレートの内周側に嵌め込んで固定されたときに、前記スプリットリングをシェル側フランジ端面に押しつける凸出部を有し、
さらに、シェル側の液のシールは、前記凸出部と前記シェル側エンドプレートの内周側間に設けられたシール構造によりなされるものであることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のシェルアンドチューブ式熱交換器。
【請求項５】
前記凸出部と前記シェル側エンドプレートの内周側間に設けられたシール構造とは、前記凸出部の頂面および凸出部の反シェル側の壁面と前記シェル側エンドプレートの内周側間の２箇所に設けられたものであることを特徴とする請求項４に記載のシェルアンドチューブ式熱交換器。
【請求項６】
前記２箇所に設けられたシール構造は、いずれもＯリングを使用するものであることを特徴とする請求項５に記載のシェルアンドチューブ式熱交換器。
【請求項７】
前記配管側エンドプレートは、その内周側に前記ハニカム構造部の配管寄りの部分を嵌め込んだときに、前記ハニカム構造部の配管側の端面を押圧する段部を有し、
さらに、配管側の液のシールは、前記ハニカム構造部と前記配管側エンドプレートの内周側間に設けられたシール構造によりなされるものであることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載のシェルアンドチューブ式熱交換器。
【請求項８】
前記ハニカム構造部と前記配管側エンドプレートの内周側間に設けられたシール構造とは、前記ハニカム構造部の配管側の端面部分と前記配管側エンドプレートの内周側にある段部間、および前記ハニカム構造部の配管寄りの外周面と前記配管側エンドプレート内周側間の２箇所に設けられたものであることを特徴とする請求項７に記載のシェルアンドチューブ式熱交換器。
【請求項９】
前記ハニカム構造部の配管側の端面部分と前記配管側エンドプレートの内周側にある段部間、および前記ハニカム構造部の配管寄りの外周面と前記配管側エンドプレート内周側間の２箇所に設けられたシール構造は、いずれもＯリングを使用するものであることを特徴とする請求項８に記載のシェルアンドチューブ式熱交換器。
【請求項１０】
配管側の液のシールは、ポリテトラフルオロエチレンをその材質として使用するシール構造によりなされるものであることを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれかに記載のシェルアンドチューブ式熱交換器。
【請求項１１】
前記樹脂製チューブは、フッ素樹脂製であることを特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれかに記載のシェルアンドチューブ式熱交換器。
【請求項１２】
前記シェル側エンドプレートと前記配管側エンドプレートの相向き合う側端面間に位置する部分に、液漏れセンサーを設けることを特徴とする請求項１ないし請求項１１のいずれかに記載のシェルアンドチューブ式熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シェルアンドチューブ式熱交換器に関し、特に樹脂製のチューブを使用したシェルアンドチューブ式熱交換器における樹脂製チューブの両端を束ねてハニカム構造とした部分のシール機能の確実な維持に関する。
【背景技術】
【０００２】
シェルアンドチューブ式熱交換器は、液体の熱交換に広く使用されている。代表的なタイプのシェルアンドチューブ式熱交換器では、太いシェル（胴）内に、銅合金等からなる金属製チューブが多数、シェルに平行に保持され、シェル側（シェルの内部すなわちチューブの外側）には冷却水が流れ、チューブの内部には冷却される液（以下、「プロセス液」と記す）が流れ、チューブを介して両方の液の熱交換がなされる。
また、各チューブは、その両端をシェルの両端にある仕切り板（管束板、固定用管板あるいは側板）にて支持されている。このため、仕切り板には各チューブを支持するための貫通孔が形成され、貫通孔の内周部に設置されたＯリング等により密封を図りながらチューブが支持されている（特許文献１、特許文献２）。【０００３】
一方、近年、金属製以外のチューブも使用されている。例えば、半導体工業や医薬品用の高純度薬液や超純水、レドックスフロー電池等を含む化学プラントの電解液や反応液用のシェルアンドチューブ式の熱交換器では、チューブには耐薬品性等の極めて良好な樹脂製のチューブ、特にフッ素樹脂製のチューブが広く使用されている。そして、汚染を極度に嫌うあるいは極めて反応性に富むプロセス液が樹脂製チューブ内を流れ、冷却水がその外側を流れることとなる。【０００４】
このような樹脂製チューブは、金属製チューブに比べてはるかに柔軟である。このため、金属製チューブのように、Ｏリングを押圧して仕切り板とのシールを図りながら支持する構造等を採用することは困難である。
そこで、チューブの両端は、全てのチューブを焼結等により一体に束ねた、そして外形がおおよそ円盤状のハニカム構造とされている。そして、このハニカム構造の部分は、チューブ内を流れるプロセス液の流入する側あるいは流出する側の配管のフランジとシェルのフランジ間に配置され、ハニカム構造ごとシールを図りながらシェルや配管に固定されている。【０００５】
しかし、ハニカム構造部は樹脂製でチューブと一体になっているので、熱交換器を組立てる際には、一方のハニカム構造部はシェル内を通過させねばならない。このため、その直径をシェルのフランジ径やシェルの内径より大きくすることは困難である。まして、ボルト穴が多数形成されたフランジ状とすることは、その分直径が大きくなるため、事実上不可能に近い。
従って、相手方のフランジとの間にジョイントシートを挟みこんでボルトで一体に締め込んで、シールを図りながら固定する構造とすることは困難である。
この結果、樹脂製のチューブを使用するシェルアンドチューブ式の熱交換器において、ハニカム構造部をシェルや配管のフランジにシールを図りながら固定するためには、複雑な構造とせざるを得ず、種々の問題が生じていた。
【特許文献１】実開平７−３２４６２号公報
【特許文献２】特開平９−６１０７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
例えば、従来の樹脂製チューブを使用するシェルアンドチューブ式熱交換器の構造では、ハニカム構造部の外周は完全にスペーサ等により囲まれており、スペーサ等の内周面内に両方の液の通路が形成されている構造となっており、万が一にも冷却水とプロセス液を分離するＯリング等のシール機能が損なわれたときには、両方の液の接触が生じかねなかった。例えば、レドックスフロー電池の場合、電解液と冷却水が接触し、絶縁不良が発生する恐れがあった。【０００７】
また、ハニカム構造部の外周が完全にスペーサ等に囲まれているため、目視により液の漏れを発見することは困難であった。このため、特に、前記の各種プラントの場合には、液漏れの発見遅れによりシステム全体が大きなダメージを受けかねなかった。【０００８】
また、本来Ｏリングは、硬い金属で周囲から押付けられ、全体が圧縮された状態でシール機能を発揮するようになっているが、ハニカム構造部は樹脂製であるため、ハニカム構造部のＯリングによるシールに不安が生じる構造となっていた。【０００９】
これらのため、樹脂製のチューブを採用したシェルアンドチューブ式の熱交換器において、チューブの端部を一体に束ねたハニカム構造部で、液のシール機能が損なわれたときに、速やかに液の漏れを発見できる技術の開発が望まれていた。
また、両方の液のシール機能が損なわれたとしても、両方の液の接触が防止される技術の開発が望まれていた。
さらに、従来以上に信頼性のあるシール技術の開発が望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、以上の課題を解決することを目的としてなされたものであり、チューブ端部を束ねたハニカム構造部を覆い、また固定する部材（エンドプレート）を２個とし、両エンドプレート間にボルト間隙を設けて配置し、ハニカム構造部を外部に露出させたものである。そしてこれらにより、いずれか一方の液のシール機能が損なわれたときには、漏出した冷却水やプロセス液が熱交換器外部に容易に排出され、さらに両方の液のシール機能が損なわれた場合にも、両方の液が接触することを防止しやすくし、また液の漏出を両エンドプレート間の間隙から視覚で容易に発見できるようにしたものである。
また、両方のエンドプレートとハニカム構造部の固定には、ボルトによる締め付けだけでなく嵌め込みを併用し、さらにシール部はこの嵌め込み部内に設けて地震等に対する耐性を増したものである。
さらに、本発明の好ましい態様は、ハニカム構造部の外周部の両エンドプレート間に対応する位置に水切りを設け、両方の液ともシール機能が損なわれたときでも、両方の液の混合が生じないようにしたものである。
また、本発明の好ましい態様は、全ての樹脂製チューブの端部を一体に束ねたハニカム構造部のシェル側に、スプリットリングをシェルに押し付けることとなる凸出部を形成し、この凸出部を利用してシェル側を流れる冷却水などの液を２重にシールし、又ハニカム構造の配管側の外周面と端面の２箇所でチューブ内のプロセス液をシールするようにして、シールの信頼性、安全性を増したものである。
以下に、各請求項の内容と効果等を説明する。【００１１】
請求項１に記載の発明は、
樹脂製チューブの端部を一体に束ねたハニカム構造部と、前記ハニカム構造部をその外径がシェル側フランジよりも小さいことを補償してシェル側フランジに固定するためのスプリットリングと、シェル側エンドプレートと、配管側エンドプレートとを有するシェルアンドチューブ式熱交換器であって、
前記シェル側エンドプレートは、ほぼ円筒状であり、その内周側に前記ハニカム構造部のシェル側寄りの部分と前記スプリットリングとを嵌め込んでシェル側フランジに固定され、併せて前記ハニカム構造部と前記スプリットリングを押圧してシェル側フランジに固定し、
前記配管側エンドプレートは、ほぼ円筒状であり、その内周側に前記ハニカム構造部の配管側寄りの部分を嵌め込んで配管側フランジと前記シェル側エンドプレートに固定され、併せて前記ハニカム構造部を前記スプリットリングと挟み込んで固定し、
前記ハニカム構造部は、前記シェル側エンドプレートと前記配管側エンドプレートの相向き合う側端面間に位置する部分の外周面が外部に露出していることを特徴とするシェルアンドチューブ式熱交換器である。【００１２】
従来のシェルアンドチューブ式熱交換器では、シェル側と配管側に分離されたエンドプレートはなく、配管側とシェル側のフランジ間に位置するハニカム構造部の外周には、円筒形で一体型の大きな部材（スペーサ、シールドケース等）が設けられていた。このため、シール機能の喪失でハニカム構造部の外周面に液が漏出しても、その発見が困難であった。また、漏出した液が熱交換器外部に容易に排出されにくく、冷却水とプロセス液が接触する可能性があった。
さらに、従来のシェルアンドチューブ式熱交換器では、ハニカム構造部の固定に、エンドプレートとの嵌め込みは使用されていなかった。【００１３】
本発明のシェルアンドチューブ式熱交換器では、液のシールが内部にあるシェル側エンドプレートと、同じく液のシールが内部にある配管側エンドプレートの相向き合う端面間では、ハニカム構造部の外周面が外部に露出しているため、いずれか一方の液のシール機能の喪失があっても、漏出した液は熱交換器外部に容易に排出され、さらに両方の液についてのシール機能の喪失があっても、両液の接触を防止しやすい。また、迅速かつ容易に目視で液の漏出を発見できることとなる。
また、ハニカム構造部の固定に、エンドプレートとの嵌め込みが使用されているため、地震等における耐振動性も向上する。【００１４】
なおここに、シェル側エンドプレートの形状が「ほぼ円筒状」とは、ボルトで固定されるための孔が形成され、外周側にはボルトによるシェル側フランジおよび配管側エンドプレートとの固定の便宜のために段差があり、内周側にはハニカム構造部とスプリットリングとを嵌め込むため２箇所の段があるため、厳密な円筒ではないことを指す。これは、配管側エンドプレートについても同様である。
また、ここにいう円筒とは、薄いため円盤（板、リング）に近い形状も含まれる。
また、スプリットリングは、ハニカム構造部をシェル側エンドプレートに嵌め込んだ後、接着等によりハニカム構造部と接合され一体の物とされていてもよい。
また、ハニカム構造部の外周面やシェル側あるいは配管側の端面には、金属製のリングやライナが焼付けなどで固定されていてもよい。【００１５】
なおまた、チューブの材質である「樹脂」は、ポリエチレン等の純粋な樹脂の他に、ゴム、ナイロン等も含む意味である。すなわち、金属に比べて柔軟なため、金属製チューブに採用されている仕切り板へのシールを図りながら行われる支持、固定手段、方法を採りにくい材質であり、ハニカム構造部によるチューブのシールを図りながら行われる支持、固定が好ましく採用される材質を広く意味する。
また、シェルの外形やエンドプレート等の材質は問わない。【００１６】
請求項２に記載の発明は、前記のシェルアンドチューブ式熱交換器であって、前記ハニカム構造部の、前記シェル側エンドプレートと前記配管側エンドプレートの相向き合う端面間に位置する部分の外周面に、水切りが形成されていることを特徴とするシェルアンドチューブ式熱交換器である。【００１７】
従来の熱交換器では、ハニカム構造部の外周面には水切りがなかったため、両方の液のシールとも機能を喪失したときには、プロセス液と冷却水が接触する恐れがあった。【００１８】
請求項２の発明のシェルアンドチューブ式熱交換器では、ハニカム構造部の外周面に水切りが設けられているため、万が一両方の液のシール機能の喪失が生じても、漏出してきた内部の液は水切りのある場所から下方に滴下するため、両方の液の接触がより確実に防止され、またプロセス液内への冷却水の混入等が防止される。特に、レドックスフロー電池の熱交換器として用いられる場合、プロセス液としては電解液が用いられるため、冷却水と接触した場合、電気的にショートが発生する。このショートによって、電池とアース間との絶縁性が失われ、短絡事故を引き起す原因となる。しかし、本発明に従うことにより、このようなショートを防止できる。
なお、水切りは、ハニカム構造部の外周面を凸出させていてもよいし、逆に凹ませていてもよいし、２つ割れで取付けられている等の構造物であってもよい。【００１９】
請求項３に記載の発明は、
前記のシェルアンドチューブ式熱交換器であって、
前記配管側エンドプレートを前記シェル側エンドプレートに固定する複数のボルトと、
前記シェル側エンドプレートと前記配管側エンドプレートの相向き合う端面の間隔を一定に保持するため、前記複数のボルトの外周を囲むボルトごとのスペーサとを有していることを特徴とするシェルアンドチューブ式熱交換器である。【００２０】
従来の熱交換器では、ハニカム構造部外周を覆う部材（スペーサ、シールドケース等）はハニカム構造部の外周全体を囲む一体型のものであった。このため、ボルトごとの締め付け力の適切性の判断は、困難であった。【００２１】
請求項３の発明のシェルアンドチューブ式熱交換器では、ボルトごとにスペーサが設けられているため、両方のエンドプレートのボルトによる締め付けに際して、締め付けが緩ければスペーサが動き、逆に過度の締め付けはそのボルトに対応するスペーサの剛性（締め付け力で短縮しない）で防止するため、ボルトごとに締め付け力の調整作用がなされる。このため、全体の締め付けが確実になされる。さらに、ハニカム構造部の周囲にある複数のスペーサにより、過誤や事故による落下物からの樹脂製のハニカム構造部の保護もなされる。
また、シェル側と配管側のエンドプレートへのボルトの締め付けが確実になされるため、シェル方向あるいは配管方向への押圧によるシール機能が求められている場合には、いずれのエンドプレートも、Ｏリング等のシール材へのシェル方向又は配管方向への押圧が適切になされることとなる。【００２２】
請求項４に記載の発明は、前記のシェルアンドチューブ式熱交換器であって、
前記ハニカム構造部は、前記スプリットリングと共に前記シェル側エンドプレートの内周側に嵌め込んで固定されたときに、前記スプリットリングをシェル側フランジ端面に押しつける凸出部を有し、
さらに、シェル側の液のシールは、前記凸出部と前記シェル側エンドプレートの内周側間に設けられたシール構造によりなされるものであることを特徴とするシェルアンドチューブ式熱交換器である。【００２３】
請求項４の発明のシェルアンドチューブ式熱交換器では、ハニカム構造部の外周に凸出部を設けたため、先ず第１にシェル側エンドプレートがこの凸出部を利用してハニカム構造部をシェル側に押圧することが可能になる。
このため、ハニカム構造部の固定は、シェルのフランジとシェル側のエンドプレートが、この凸出部を、スプリットリングを介在させて両側から押圧しつつ挟み込むことと、嵌め込みによりなされることとなる。
また、冷却水のシールは、ほぼ円筒状のシェル側エンドプレートの内周側とハニカム構造部の凸出部の外周面にあるシールでなされることとなる。【００２４】
請求項５に記載の発明は、前記のシェルアンドチューブ式熱交換器であって、前記ハニカム構造部の前記凸出部と前記シェル側エンドプレートの内周側間に設けられたシール構造とは、前記凸出部の頂面および凸出部の反シェル側の壁面と前記シェル側エンドプレートの内周側間の２箇所に設けられたものであることを特徴とするシェルアンドチューブ式熱交換器である。【００２５】
従来の熱交換器では、シールは、構造上１箇所のみであった。【００２６】
請求項５の発明のシェルアンドチューブ式熱交換器では、ハニカム構造部の凸出部を形成し、シェル方向とこれに直交する半径方向の異なる方向の２箇所でシールされるため、シールの信頼性、安全性が向上し、冷却水の漏出やプロセス液側への浸入の恐れも少なくなる。
また、ケースによっては、あるいは化学プラントの如何によっては、沸騰を防止する等の目的で冷却水や冷却用液体の圧力を増すことも容易になる。【００２７】
請求項６に記載の発明は、前記のシェルアンドチューブ式熱交換器であって、前記２箇所に設けられたシール構造は、いずれもＯリングを使用するものであることを特徴とするシェルアンドチューブ式熱交換器である。【００２８】
請求項６の発明のシェルアンドチューブ式熱交換器では、Ｏリングによるシールであるため、半径方向へのＯリングの押圧は、ハニカム構造部をシェル側のエンドプレートの内周部に嵌め込むだけでなされる。
また同じく、シェル方向への押圧は、ボルトの締め付けだけによりなされることとなる。
また、シートによるシールと異なり、原則として接着兼シール剤が不必要であるため、取付け作業が容易であり、接着剤による汚染も生じない。
さらに、単に２重にシールされるだけでなく、Ｏリングは１つが前記ハニカム構造部の外周側にあって半径方向に押圧され、他の１つが前記ハニカム構造部の凸出部の端壁面にてシェル方向に押圧されてシールされる。このため、例えばチューブ方向のボルトの締め付け力の不足等、一つの原因による機能喪失が発生しても、他方のシール機能への影響が少ない。
また、Ｏリングは、嵌め込み部にあるため、シールの地震等における耐振動性も高い。【００２９】
請求項７に記載の発明は、前記のシェルアンドチューブ式熱交換器であって、前記配管側エンドプレートは、その内周側に前記ハニカム構造部の配管寄りの部分を嵌め込んだときに、前記ハニカム構造部の配管側の端面を押圧する段部を有し、
さらに、配管側の液のシールは、前記ハニカム構造部と前記配管側エンドプレートの内周側間に設けられたシール構造によりなされるものであることを特徴とするシェルアンドチューブ式熱交換器である。【００３０】
従来の熱交換器は、ハニカム構造部を覆う部材は、基本的には、あるいは直接的にはハニカム構造部を嵌め込む構造にはなっていなかった。【００３１】
請求項７の発明のシェルアンドチューブ式熱交換器では、前記配管側エンドプレートは、その内周側に前記ハニカム構造部の配管寄りの部分を嵌め込んで固定し、配管側液のシールもこの固定部にてなされる。このため、固定、シール機能とも信頼性が向上する。【００３２】
請求項８に記載の発明は、前記のシェルアンドチューブ式熱交換器であって、前記ハニカム構造部と前記配管側エンドプレートの内周側間に設けられたシール構造とは、前記ハニカム構造部の配管側の端面部分と前記配管側エンドプレートの内周側にある段部間、および前記ハニカム構造部の配管寄りの外周面と前記配管側エンドプレート内周側間の２箇所に設けられたものであることを特徴とするシェルアンドチューブ式熱交換器である。【００３３】
請求項８の発明のシェルアンドチューブ式熱交換器では、プロセス液が２重にシールされ、さらにシェル方向とこれに直交する半径方向の異なる方向でシールされるため、シールの信頼性がこの面からも向上する。【００３４】
請求項９に記載の発明は、前記請求項８のシェルアンドチューブ式熱交換器であって、前記２箇所のシール構造は、いずれもＯリングを使用するものであることを特徴とするシェルアンドチューブ式熱交換器である。【００３５】
請求項９の発明のシェルアンドチューブ式熱交換器では、Ｏリングによる２重のシールであるため、前記の請求項６の発明における冷却水のシールの場合と同様の作用、効果が得られる。
特に、プロセス液の圧力を上げることが容易になり、このため低圧の外部側からの不純な液体や気体が浸入してくる危険性を容易に低下させることができる。【００３６】
請求項１０に記載の発明は、前記のシェルアンドチューブ式熱交換器であって、配管側の液のシールは、ポリテトロフルオロエチレン（以後、ＰＴＦＥと表す。）をその材質として使用するシール構造によりなされるものであることを特徴とするシェルアンドチューブ式熱交換器である。【００３７】
ＰＴＦＥは、化学的安定性に非常に優れ、プロセス液等と接触して腐食されることや、又プロセス液等へ不純物等を溶出することがほとんどない、そこで、レドックスフロー電池、医薬品製造、半導体製造等の高度にプロセス液の汚染を嫌うシステム、超純水を扱うシステム、その他強度の腐食性流体を取り扱うシステム等に好適に用いられる。ＰＴＦＥをその材質として使用するシール構造としては、ＰＴＦＥをその材質とするＯリングを使用するシール構造の他、ＰＴＦＥをその材質とするガスケット等を挙げることができる。【００３８】
請求項１１に記載の発明は、前記のシェルアンドチューブ式熱交換器であって、前記樹脂製チューブは、フッ素樹脂製であることを特徴とするシェルアンドチューブ式熱交換器である。【００３９】
フッ素樹脂は、耐熱性、絶縁性、化学的安定性に優れているため、レドックスフロー電池、医薬品製造、半導体製造等の高度にプロセス液の汚染を嫌うシステム、超純水を扱うシステム、その他強度の腐食性流体を取り扱うシステムにおいて優れたシェルアンドチューブ式熱交換器を提供することが可能となる。
なお、フッ素樹脂としては、ＰＴＦＥ、パーフロアルコキシ（ＰＦＡ）等が挙げられる。
また、ハニカム構造部は、多数の小径のフッ素樹脂製チューブを束ねて形成されるが、そのための方法は問わない。
さらに、シェル内での熱交換を効率化するため、シェル内部で、チューブ相互間を拡散させて保持する治具として金属製の枠等他の材料が使用されていてもよい。【００４０】
請求項１２に記載の発明は、前記のシェルアンドチューブ式熱交換器であって、前記シェル側エンドプレートと前記配管側エンドプレートの相向き合う側端面間に位置する部分に、液漏れセンサーを設けることを特徴とするシェルアンドチューブ式熱交換器である。前記のシール機能が損なわれた場合、冷却水やプロセス液は、前記シェル側エンドプレートと前記配管側エンドプレートの相向き合う側端面間の熱交換器外部に漏出する。本発明によれば、この液の漏出は、両エンドプレート間の間隙から視覚で容易に発見できるが、この部分に、液漏れセンシングするシステム機能、すなわち液漏れセンサーを設けることにより、さらに確実に液の漏出を発見することができる。なお、液漏れセンサーが設けられる端面間に位置する部分とは、漏出した液が外部に排出するルート上の部分であり、例えば、前記端面間の下部に設けられる。
【発明の効果】
【００４１】
本発明によれば、２個のエンドプレートの相向き合う端面間にあるハニカム構造部は、外部に露出しているため、漏出した冷却水やプロセス液が熱交換器外部に容易に排出される。
また、両液の接触が防止されやすい。
また、外周面を外部より視認できるため、万が一シール漏れがあったとしても、その発見が容易となる。【００４２】
さらに、本発明の好ましい態様により次ぎの効果が得られる。【００４３】
２個のエンドプレートの相向き合う端面間にあるハニカム構造部の外周面に水切りが設けられている態様では、事故等で万が一プロセス液、冷却水両方のシールの機能が損なわれたとしても、両液の接触は生じない。【００４４】
また、プロセス液や冷却水について、Ｏリングによるシールが２重になされている態様では、シールの信頼性、安全性が増加する。しかも、いずれの２重のシールも、一方が半径方向へ、他方がシェル方向へと、Ｏリングへの押圧の方向が相違する態様では、同じ原因によるシール機能の喪失の危険性が少なくなる。また、半径方向のＯリングの押圧は、ハニカム構造部を２個のエンドプレートの内部に装着すれば自然となされ、チューブ方向のＯリングの押圧はボルトの締め付けで自然となされるため、作業が容易となる。
また、ハニカム構造部の固定は、押圧に加えて嵌め込みが使用されるため、地震等への耐性が向上するが、さらに、シールもこの嵌め込み箇所に設けられているため、地震等への耐性が向上する。
以上のため、樹脂製チューブを採用したシェルアンドチューブ式熱交換器の、信頼性や実用性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の、樹脂製チューブの端部を一体に束ねたハニカム構造部を、シェルと配管に取付けている様子を概念的に示す図である。
【符号の説明】
【００４６】
１１      ハニカム構造部
１２      ハニカム構造部のシェル側の凸出部
１３      ハニカム構造部の外周面
１４      ハニカム構造部の配管側の端面
１５      ハニカム構造部の外周部の凹部（水切り）
２１      樹脂製チューブ
２３      スプリットリング
４１、４２、４３、４４    シール部
５１      シェル側エンドプレート
５２      配管側エンドプレート
５３      スペーサ
６１      ボルト（配管側とシェル側のエンドプレート間用）
６２      ボルト（配管側フランジと配管側エンドプレート間用）
７１      液漏れセンサー
９０      シェル
９１      シェル側フランジ
９６      配管側フランジ
【発明を実施するための最良の形態】
【００４７】
以下、本発明をその最良の実施の形態に基づいて説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではない。本発明と同一および均等の範囲内において、以下の実施の形態に対して種々の変更を加えることが可能である。【００４８】
図１に、本発明の、樹脂製チューブの端部を一体に束ねたハニカム構造部が、シェルおよび配管との確実なシールを図りつつ固定されている様子を示す。図１において、１１は本発明のハニカム構造部であり、１２はそのシェル側の凸出部であり、１３は前記凸出部１２を除くハニカム構造部の外周部であり、１４はその配管側の端面であり、１５は前記外周部１３の中央に形成された凹部（水切り）であり、２１は樹脂製チューブであり、２３はスプリットリングであり、４１から４４はＯリングと溝からなるシール部であり、５１はシェル側エンドプレートであり、５２は配管側エンドプレートであり、５３はスペーサであり、６１と６２はボルトであり、９０は熱交換器のシェルであり、９１はシェル側フランジであり、９６は配管側フランジである。さらに、Ｃ矢印は冷却水の流れを、Ｐ矢印はプロセス液の流れを示す。【００４９】
以下、ハニカム構造部１１がシールを図りつつ固定されている様子を中心に、図１に示す各部の作用、機能を説明する。シェル側エンドプレート５１は、おおよそ円筒状であるが、内周面には２箇所の段があり、各段部の内径はシェル側ほど大きくなっている。そして、最も内径が大きいシェル側の内周面に前記スプリットリング２３を、真中の部分にハニカム構造部の凸出部１２の頂面を、反シェル側の最も内径の小さい内周面にハニカム構造部１１の外周部１３のシェル側寄りの部分を嵌め込んだ状態で、シェル９０のフランジ９１とボルト（図示せず）にて固定される。【００５０】
配管側エンドプレート５２は、ほぼ円筒状であるが、やはり内周面に１箇所段差があり、シェル側寄りの部分の内径が大きくなっている。そして、この内径の大きな部分に前記ハニカム構造部１１の外周面１３の配管側寄りの部分を嵌め込み、段差のある部分の壁面が前記ハニカム構造部１１の配管側の端面１４に向き合っている。そして、この状態で、前記シェル側エンドプレート５１とボルト６１にて固定されるだけでなく、配管側のフランジ９６ともボルト６２にて固定される。【００５１】
これら２つのエンドプレート５１、５２を使用したボルト結合により、ハニカム構造部１１は、その配管側の端面１４と凸出部１２のシェル側端面とを適度に押圧された状態で、シェル側フランジ９１と配管側フランジ９６に固定されることとなる。
また、シェル側のエンドプレート５１と配管側のエンドプレート５２を固定するボルト６１の外周には、ボルトごとに円筒状のスペーサ５３が配置されている。このスペーサ５３は、ボルトの過度のねじ込みや、シェルや配管の熱膨張、振動等により樹脂からなるハニカム構造部１１に過度の押圧力が作用したり、落下物等がハニカム構造部１１を直撃したりするのを防止する。【００５２】
次に、ハニカム構造部１１の冷却水のシールについて説明する。シェル側エンドプレート５１のハニカム構造部１１の凸出部１２の頂面に向き合う面と、同じく凸出部１２の反シェル側壁面に向き合う面には、各々それらの中央部にシール部４１、４２が形成されている。即ち、Ｏリング用の溝（図示せず）が形成され、その内部にはＯリング（図示せず）が嵌め込まれている。このため、ハニカム構造部１１の凸出部１２をシェル側エンドプレート５１の内周部に嵌め込んだ状態で、このエンドプレート５１の内周面にあるシール部４１により、ハニカム構造部１１の凸出部１２の外周面とこのエンドプレート５１の内周面間のシールがなされる。【００５３】
また、シェル側のエンドプレート５１をボルト締めにてシェル側のフランジ９１に固定することにより、このエンドプレート５１の内周のシェル方向を向いた端面と前記ハニカム構造部１１の凸出部１２の反シェル側端面との間に押圧力が発生し、これによりこの場所にあるシール部４２のＯリングが押圧されてシール機能が発揮される。この２箇所のシール部４１、４２により、シェル内部の冷却水のシールが２重になされることとなる。
なお、シェル側フランジ９１とシェル側エンドプレート５１間もＯリングやジョイントシートを使用したシールがなされている。ただし、これは本発明の趣旨に直接の関係はないため、詳細な説明は省略する。【００５４】
次に、同じくプロセス液のシールについて説明する。配管側エンドプレート５２の前記ハニカム構造部１１の配管側の端面１４に面する部分および配管側エンドプレート５２のハニカム構造部１１の外周面に面する部分には、各々シール部４３、４４が形成されている。即ち、Ｏリング用の溝（図示せず）が形成され、その内部にはＯリング（図示せず）が嵌め込まれている。このため、ハニカム構造部１１の配管側の外周部を配管側のエンドプレート５２の対応する内周部に嵌め込んだ状態で、このエンドプレート５２の内周面にあるシール部４４により、ハニカム構造部１１の外周面とこのエンドプレート５２の内周面間のシールがなされる。【００５５】
また、配管側エンドプレート５２をボルト締めにてシェル側エンドプレート５１に固定することにより、配管側のエンドプレート５２の内周のシェル方向を向いた端面とハニカム構造部１１の配管側端面１４との間に押圧力が発生し、これによりこの場所にあるシール部４３のＯリングが押圧されてシール機能が発揮される。これら２箇所のシール部４３、４４により、ハニカム構造部１１のプロセス液のシールが２重になされることとなる。【００５６】
なお、シール部４３、４４には、Ｏリングの代わりに、ガスケット等の他のシール材を用いてもよい。また、Ｏリングやガスケット等のシール材に使用される材質としては、ＰＴＦＥが好ましい。【００５７】
配管側フランジ９６と配管側エンドプレート５２間もジョイントシートを使用したシールがなされる。ただし、このことについても本発明の趣旨に直接の関係はないので、詳細な説明は省略する。【００５８】
本発明のハニカム構造部１１は、従来のハニカム構造部に比べてチューブ方向に長く、シェル側エンドプレート５１と配管側エンドプレート５２間で外周面が外部に露出している。従って、いずれか一方の液が、シール部の損傷により、例えばそのＯリングが２箇所とも機能を喪失したため、ハニカム構造部１１の外表面に漏出するようなことがあっても、検査時に目視で容易に漏洩を発見できる。【００５９】
さらに、この露出部の中央に凹部１５（水切り）が形成されている。このため、万が一の事故等により冷却水側とプロセス液側のいずれもが各２箇所のシール部が機能を喪失しても、熱交換器内のいずれの液もこの凹部１５（水切り）にて下方へ落ちる。このため、両方の液が熱交換器内で交じり合う恐れがない。
なお、この凹部は水切りであるため、凸部であってもよい。【００６０】
また、このシェル側エンドプレート５１と配管側エンドプレート５２間で外周面が外部に露出している部分の下部（図中の下部）には、液漏れセンサー７１が設けられている。ハニカム構造部１１の外表面に漏出した冷却液または／およびプロセス液は、図中の下部方向に排出されるが、その排出ルートに液漏れセンサー７１が設けられているので、液漏れをより容易に、確実に発見することができる。
【図１】
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