(57)【要約】【課題】伝熱管の腐食を確実に防ぐことができるメカニカルシール用クーラを提供する。【解決手段】メカニカルシール用のフラッシング液（Ｆ）を冷却液（Ｃ）により冷却するメカニカルシール用クーラ（１）において、前記冷却液を収容する容器（２、３）と、前記容器を貫通して設けられ、前記フラッシング液を通過させる伝熱管（５）とを備え、前記冷却液（Ｃ）と接する少なくとも一部の部材の表面に犠牲陽極膜が被覆されている。例えば、容器（２、３）及び／又は伝熱管（５）の表面に犠牲陽極膜（２Ａ、３Ａ）、（５Ａ）が被覆されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
メカニカルシール用のフラッシング液を冷却液により冷却するメカニカルシール用クーラにおいて、
前記冷却液を収容する容器と、
前記容器を貫通して設けられ、前記フラッシング液を通過させる伝熱管とを備え、
前記冷却液と接する少なくとも一部の部材の表面に、犠牲陽極膜が被覆されていることを特徴とするメカニカルシール用クーラ。
【請求項２】
前記犠牲陽極被膜は、前記冷却液に接する部材の表面に直接被覆されていることを特徴とする請求項１に記載のメカニカルシール用クーラ。
【請求項３】
前記犠牲陽極被膜が被覆される部材は前記伝熱管であることを特徴とする請求項１又は２に記載のメカニカルシール用クーラ。
【請求項４】
前記犠牲陽極被膜の熱伝導率は、前記伝熱管の熱伝導率よりも高いことを特徴とする請求項３に記載のメカニカルシール用クーラ。
【請求項５】
前記伝熱管はオーステナイト系ステンレス鋼であり、かつ、
前記犠牲陽極被膜は、アルミニウム又はアルミニウム合金であることを特徴とする請求項３又は４に記載のメカニカルシール用クーラ。
【請求項６】
前記犠牲陽極被膜が被覆される部材は前記容器であることを特徴としている請求項１乃至５のいずれかに記載のメカニカルシール用クーラ。
【請求項７】
前記伝熱管を前記容器内に支持する支持部材を有し、
前記犠牲陽極被膜が被覆される部材は前記支持部材であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のメカニカルシール用クーラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化学工業用流体機械、ポンプ、その他の流体機械の回転部に設けられるメカニカルシールのフラッシング流体を冷却するためのメカニカルシール用クーラに関する。
【背景技術】
【０００２】
化学工業用流体機械、ポンプ、その他の流体機械の回転部に設けられたメカニカルシールにおいて、その摺動部品をフラッシング流体により冷却するとともに、高温となったフラッシング流体を冷却するためにメカニカルシール用クーラが用いられている。メカニカルシール用クーラは、容器内に配置されたらせん状の伝熱管に高温のフラッシング流体を流すとともに、容器内に冷却水を導き、高温のフラッシング流体と冷却水との間の熱交換によりフラッシング流体を冷却するものである。
【０００３】
ところで、冷却水として工業用水を用いているものの、地理的要因で工業用水の確保が難しい場合や非常の場合に備えて、冷却水として海水を用いることが求められることがある。海水で冷却する場合には、ステンレス鋼で形成される伝熱管、容器等が腐食される虞が高い。
【０００４】
そこで、伝熱管、容器等の表面に無電解Ｎｉメッキなどの耐食性被膜を施すことも考えられるが、一般にメッキではピンホールなどの欠陥を皆無にすることは極めて難しく、ピンホールから腐食が進行してしまう虞がある。
一方、容器等よりも卑な金属からなる犠牲陽極棒を、容器の円形側板（ノズルフランジ）にネジ止め固定することにより、容器等の腐食を防止することが提案されている。（特許文献１）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許４１３０１８４号公報（段落００１３−００２０、図１、図２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示されたメカニカルシール用クーラは、犠牲陽極棒と円形側板の固定及び円形側板と容器本体の固定はいずれもネジ固定であるため、犠牲陽極棒と容器本体との間の導通が確保されず、容器本体の腐食を十分に防止できない虞がある。また、伝熱管をチタンで形成し、その両端部が円形側板に設けられた流体入口部と流体出口部とにそれぞれ溶接して連結されるものの、円形側板と流体入口部又は流体出口部との間の導通が確保されず、伝熱管の腐食を十分に防止できない虞がある。また、犠牲陽極棒は棒形状であり、冷却水と接触する表面積が略一定で広く確保できないため、異種金属接触による腐食の進行が速い場合には伝熱管や容器本体等が腐食される虞がある。
【０００７】
本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、冷却液に接する伝熱管、容器等の部材の腐食を確実に防ぐことができるメカニカルシール用クーラを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するために、本発明のメカニカルシール用クーラは、
メカニカルシール用のフラッシング液を冷却液により冷却するメカニカルシール用クーラにおいて、
前記冷却液を収容する容器と、
前記容器を貫通して設けられ、前記フラッシング液を通過させる伝熱管とを備え、
前記冷却液と接する少なくとも一部の部材の表面に、犠牲陽極膜が被覆されていることを特徴としている。
この特徴によれば、犠牲陽極膜が冷却液に接する部材の表面に面状に被覆されているため、犠牲陽極膜が冷却液に接触する面積を広く確保でき、すなわち短時間に犠牲陽極として作用する量を多く確保でき、冷却液に接し犠牲陽極膜よりも貴な部材、例えば伝熱管及び又は容器の腐食を確実に防止できる。
【０００９】
前記犠牲陽極被膜は、前記冷却液に接する部材の表面に直接被覆されていることを特徴としている。
この特徴によれば、犠牲陽極膜と冷却液に接する部材との接触面接が広く、犠牲陽極膜と冷却液に接する部材との導通を確実に確保できるため、冷却液に接する部材の腐食を確実に防止できる。
【００１０】
前記犠牲陽極被膜が被覆される部材は前記伝熱管であることを特徴としている。
この特徴によれば、熱交換の効率を悪くすることなく、かつ伝熱管の腐食を防止できる。
【００１１】
前記犠牲陽極被膜の熱伝導率は、前記伝熱管の熱伝導率よりも高いことを特徴としている。
この特徴によれば、熱交換の効率を悪くする虞をより少なくできる。
【００１２】
前記伝熱管はオーステナイト系ステンレス鋼であり、かつ、
前記犠牲陽極被膜は、アルミニウム又はアルミニウム合金であることを特徴としている。
この特徴によれば、伝熱管は、高温のフラッシング液を通過させるため他の部材に比較して熱膨張に伴う変形が大きいが、アルミニウム又はアルミニウム合金はオーステナイト系ステンレス鋼と熱膨張率が近いため、伝熱管の温度変化による変形によって犠牲陽極被膜の剥がれや割れを抑制することができる。
【００１３】
前記犠牲陽極被膜が被覆される部材は前記容器であることを特徴としている。
この特徴によれば、容器は平滑な内表面の面積が広いため、犠牲陽極被膜を簡単に被覆することができる。
【００１４】
前記伝熱管を前記容器内に支持する支持部材を有し、
前記犠牲陽極被膜が被覆される部材は前記容器であることを特徴としている。
この特徴によれば、支持部材は伝熱管の近くに配置されるため、伝熱管の耐腐食性に優れる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施例１のメカニカルシール用クーラを示す縦断面図である。
【図２】図１の上面図である。
【図３】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】図１の溶接部を拡大して示す説明図であり、（ａ）は溶接前、（ｂ）は溶接後の状態を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明に係るメカニカルシール用クーラを実施するための形態を実施例に基づいて以下に説明する。
【実施例１】
【００１７】
実施例１に係るメカニカルシール用クーラを図１から図４を参照して説明する。なお、図１における上下方向を上下方向として説明する。
【００１８】
主に図１を参照して、メカニカルシール用クーラ１は、略円有底筒形状のシェル２（容器）、略円板形状のノズルフランジ３（容器）、略らせん形状の伝熱管５、略円筒形状のバッフル６、三等配に設けられる断面コ字状（図３）で長尺のスペーサ８、環形状の高さ調整部材１０、１１、ドレン流路１２、底板１３、脚１４、フラッシング液流入管２０、フラッシング液流出管２２、冷却水流入管２４（図２）、冷却水流出管２６から主に構成されている。シェル２とノズルフランジ３により容器が形成され、シェル２の内側面、内底面、ノズルフランジ３の下面により区画された容器内の空間Ｓが形成されている。伝熱管５にはフラッシング液Ｆが流され、空間Ｓには冷却水Ｃ（冷却液）が流される。
【００１９】
シェル２、ノズルフランジ３、伝熱管５、バッフル６、スペーサ８は、耐食性に優れるオーステナイト系ステンレス（例えばSUS316L）からなり、各部材の空間Ｓの冷却水Ｃに接する箇所にアルミニウム被膜２Ａ、３Ａ、５Ａ、６Ａ、８Ａが施されている。詳細には、アルミニウム被膜２Ａ、３Ａ、５Ａ、６Ａ、８Ａは、それぞれシェル２の内面である内側面及び内底面（ドレン流路１２を除く。）、ノズルフランジ３の伝熱管５が固定される貫通孔、ネジ孔を除く全面、伝熱管５の外表面の全面、バッフル６のネジ７、９のネジ孔を除く全面、スペーサ８のネジ９のネジ孔を除く全面に隙間無く設けられている。
【００２０】
高さ調整部材１０、１１は、それぞれアルミニウム、PTFE（ポリテトラフルオロエチレン）により形成されている。なお、高さ調整部材１０、１１は一つの部品により構成してもよく、その場合にはPTFEとすることが好ましい。底板１３、フラッシング液流入管２０、フラッシング液流出管２２、冷却水流入管２４、冷却水流出管２６の材質は問わないが、シェル２等と同じ材質により形成することが好ましく、冷却水Ｃに接する箇所にアルミニウム被膜を設けてもよい。また、ネジ４、７、９、２１、２３、２５（符号を付していないものも含む）の材質、アルミニウム被膜についても同様である。
ここで、メカニカルシール用クーラ１において、冷却水Ｃに接する部材は、シェル２、ノズルフランジ３、伝熱管５、バッフル６、ネジ７、支持部材８、ネジ９、高さ調整部材１０、１１、底板１３、冷却水流入管２４、冷却液流出管２６である。
【００２１】
＜被膜＞
アルミニウム被膜２Ａ、３Ａ、５Ａ、６Ａ、８Ａは、アルミニウムの溶射被膜である。被膜方法は問わないが、厚い膜を簡単に形成できるため溶射が好ましい。また、膜厚は用途に応じて異なるが０．０１ｍｍ〜５ｍｍであればよい。また、被膜の材料は、アルミニウム以外の材料であってもよいが、犠牲陽極として機能させるため、水溶液中での標準電位系列（イオン化傾向序列の逆）が、伝熱管５等よりも、低い電位にある卑な金属であればよい。その中でも、伝熱管５よりも熱伝導率が高い、アルミニウムやアルミニウム合金（例えば亜鉛アルミニウム合金）が好ましい。これは被膜５Ａを設けることにより、伝熱管５を介した熱交換に悪い影響を与えることが少ないからである。さらに、伝熱管５をオーステナイト系ステンレス鋼とし、アルミニウム被膜５Ａをアルミニウム又はアルミニウム合金とすると、両者の熱膨張率が近いため好ましい。これは伝熱管５の入口側には高温（１５０°Ｃ〜２００°Ｃ）のフラッシング液Ｆが通過し熱膨張が生じるからである。
【００２２】
＜組立＞
（ステップ１）シェル２、ノズルフランジ３、伝熱管５、バッフル６、スペーサ８にアルミニウム被膜を施す。
（ステップ２）図４を参照し、ノズルフランジ３の上面側の凹部３ｂの貫通孔３ａの周りを開先形状に切削する。すなわち、図４（ａ）にて破線で示す貫通孔３ａから径方向所定の距離のアルミニウム被膜３Ａ１及びノズルフランジ３の貫通孔３ａの断面四分円形状の角部３ｃを取り除く。また、伝熱管５の両端の端部から上下方向所定の距離のアルミニウム被膜５Ａ１を剥がす。なお、アルミニウム被膜５Ａ１を剥がすことに代えて、ステップ１においてマスキングにより当該箇所にアルミニウム被膜を施さないようにしてもよい。
【００２３】
（ステップ３）シェル２に底板１３及び脚１４をネジにより固定する。
（ステップ４）バッフル６にスペーサ８をネジ９により固定する。
（ステップ５）スペーサ８が取り付けられたバッフル６をノズルフランジ３にネジ７により固定する。
（ステップ６）伝熱管５をバッフル６に外嵌し（組立構造については後述する。）、両端部をノズルフランジ３の貫通孔３ａ（図４）に挿入する。この状態で、伝熱管５の両端部を拡開して貫通孔３ａに固定するとともに、アルミニウム被膜５Ａ１が設けられていない伝熱管５の外周と角部３ｃが削除されたノズルフランジ３の箇所を溶接により固定する。
【００２４】
（ステップ７）シェル２に高さ調整部材１０、１１を挿入後、シェル２にシール材ＧＦ（例えばガスケット、Ｏリング。）を用いて、伝熱管５等が一体に取り付けられたノズルフランジ３をネジ４により液密に固定する。
（ステップ８）ノズルフランジ３にシール材ＧＮ（例えばガスケット、Ｏリング。）を用いて、フラッシング液流入管２０、フラッシング液流出管２２、冷却水流入管２４、冷却水流出管２６をネジ２１、２３、２７により液密に固定する。なお、冷却水流入管２４を固定するネジは図示されておらず符号を付していない。
【００２５】
伝熱管５のらせんの内径とスペーサ８の外径は略同一に形成されているため、ステップ６において、伝熱管５をバッフル６に外嵌すると、伝熱管５はスペーサ８に支持され、バッフル６と伝熱管５との隙間に冷却水Ｃが通過できるようになっており、伝熱管５が冷却水Ｃに接する面積を広く確保している。また、スペーサ８は使用時に伝熱管５の振動を抑制する部材として機能するとともに、組み立て時に伝熱管５を挿入するガイドとして機能する。スペーサ８を三等配して設けているため、これら振動抑制、ガイドの機能に優れる。
【００２６】
流体機器を使用する時には、メカニカルシールの摺動発熱による過度な温度上昇を防ぐために、メカニカルシールをフラッシング液Ｆにより冷却している。このフラッシング液Ｆの温度上昇を防ぐために、フラッシング液Ｆをメカニカルシールクーラ１に循環させている。流体機器からメカニカルシールクーラ１に導かれたフラッシング液Ｆは、フラッシング液流入管２０から伝熱管５内を通り、空間Ｓ内の冷却水Ｃにより冷却されて、フラッシング液流出管２２から流体機器に戻される。
【００２７】
ここで、アルミニウム被膜２Ａ、３Ａ、５Ａ、６Ａ、８Ａが冷却水Ｃに接するシェル２、ノズルフランジ３、伝熱管５、バッフル６、スペーサ８の表面に面状に被覆されているため、アルミニウム被膜２Ａ、３Ａ、５Ａ、６Ａ、８Ａが冷却水Ｃに接触する面積を広く確保できる。このため、冷却水Ｃとして海水を使用しても、短時間に犠牲陽極として作用する量を多く確保でき、冷却水Ｃに接し犠牲陽極膜よりも貴なシェル２、ノズルフランジ３、伝熱管５、バッフル６、スペーサ８の腐食を確実に防止できる。
【００２８】
また、伝熱管５の腐食防止の観点からは、伝熱管５の外表面のうち、空間Ｓにおいて冷却水Ｃと接する箇所の全ての面にアルミニウム被膜５Ａが施されていることが好ましいが必須ではない。さらに、伝熱管５の外周面にアルミニウム被膜５Ａが被覆されているため、伝熱管５は当該アルミニウム被膜５Ａにより保護される効果もある。また、犠牲陽極被膜であるため、耐食性被膜のようにピンホールの無い緻密な膜でなくてもよいため成膜が簡単かつ容易である。
【００２９】
また、アルミニウム被膜５Ａは、伝熱管５の外周面に直接被覆されているため、アルミニウム被膜５Ａと伝熱管５との接触面積が広く、アルミニウム被膜５Ａと伝熱管５との導通を確実に確保できるため、伝熱管５の腐食を確実に防止できる。
【００３０】
また、アルミニウム被膜５Ａの熱伝導率は、伝熱管５の熱伝導率よりも高いから、アルミニウム被膜５Ａを施したことによって、熱交換の効率を著しく悪くすることはない。
【００３１】
また、伝熱管５は、高温のフラッシング液Ｆを通過させるため他の部材に比較して熱膨張に伴う変形が大きいが、アルミニウム被膜５Ａは伝熱管５を構成するオーステナイト系ステンレス鋼と熱膨張率が近いため、伝熱管５の温度変化による変形によってアルミニウム被膜５Ａの剥がれや割れを抑制することができる。
【００３２】
また、冷却水Ｃを、冷却水流入管２４を通しバッフル６の上方内側から導入し、下方で外側に向け、その後、バッフル６外周を上方に向けて流れるように、冷却水流出管２６から流出させるようにしたため、すなわち、フラッシング液Ｆと冷却水Ｃとを空間Ｓにおいて逆方向に流れるようにしたため、フラッシング液Ｆはらせん部分を通過するにしたがって徐々に温度が低下するとともに冷却水Ｃは冷却水流出管２６に近づくについて徐々に温度が上昇する。そのため、アルミニウム被膜５Ａに急激な温度変化が作用せず、剥がれや割れを抑制することができる。
【００３３】
また、シェル２やノズルフランジ３は、平滑な面が広いため伝熱管５曲折形状に比較して、アルミニウム被膜２Ａ、３Ａをこれらの表面に均一な厚さに均一な密着力で簡単に被覆させることができる観点から好ましい。
【００３４】
また、空間Ｓにおいて冷却水Ｃに接する部材であるシェル２、ノズルフランジ３、伝熱管５、バッフル６、スペーサ８には、アルミニウム被膜２Ａ、３Ａ、５Ａ、６Ａ、８Ａが施されている。そのため、その表面積は広く、かつ、上記各部材にアルミニウム被膜が確実かつ近くに配置されることとなり、メカニカルシール用クーラ１全体の耐腐食性に優れる。
さらに、伝熱管５以外にアルミニウム被膜を施す場合には、伝熱管５を腐食から防止する観点から、アルミニウム被膜の厚さは、伝熱管５が最も薄くならないように、好ましくは伝熱管５が最も厚くなるようにすると良い。一方、シェル２の腐食を防止することが重要であれば、シェル２のアルミニウム被膜２Ａを最も薄くならないようにすると良い。
【００３５】
また、犠牲陽極部材の形状を被膜としたため、例えば犠牲陽極棒を設ける場合に比べ、空間Ｓにおける冷却水Ｃの流路抵抗が少なく、かつ、大型の部品が空間Ｓを占めることもないためメカニカルシール用クーラ１の設計の自由度が高い。
【００３６】
また、図４に示されるように、伝熱管５とノズルフランジ３の溶接箇所を、溶接前にその外周のアルミニウム被膜５Ａ１、３Ａ１を除去したのでノズルフランジ３に伝熱管５を確実に固定することができる。
【００３７】
以上、本発明の実施例を図面により説明してきたが、具体的な構成はこれら実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。
【００３８】
上述では、アルミニウム被膜を、シェル２、ノズルフランジ３、伝熱管５、バッフル６、スペーサ８に被覆する例について説明したがこれに限られない。例えば、アルミニウム被膜を被覆する部材として、冷却水Ｃに接触する全ての金属部材としても良く、この場合には表面積が広くなり長時間かつ短期的にも犠牲陽極による作用が得られることとなり好ましく、一方、冷却水Ｃに接触する少なくとも一つの金属部材としても良く、この場合には被膜を施す部材が少ないため被膜の成膜や管理が容易である。さらに、ある部材にアルミニウム被膜を施す場合に、その部材が冷却水Ｃに接する表面の全てとすることが好ましいが、犠牲陽極作用を奏するためには、その部材が冷却水Ｃに接する表面の一部であってもよい。さらに、犠牲陽極による腐食防止の作用を得るために良く知られる事項であるため詳細には説明しないが、アルミニウム被膜と腐食を防止したい部材の間の電気的な導通を確保している。例えば、伝熱管５の腐食を防止したい場合であって、シェル２にのみアルミニウム被膜２Ａを被覆する場合には、シェル２と伝熱管５の間の電気的な導通をノズルフランジ３を介して確保するように構成すればよい。
【００３９】
また、各部材にアルミニウム被膜を施した後に、各部材を組み立てる例について説明したが、複数の部材を組み立てた後、例えば、ノズルフランジ３にバッフル６、スペーサ８、伝熱管５をサブ組立体として組み立て後、当該サブ組立体にアルミニウム被膜を施すものであってもよい。
【００４０】
また、伝熱管５が空間Ｓ内に、１重に配置されるものについて説明したが、内外周に二重、三重に配置されるものであってもよい。さらに、伝熱管５の形状として、らせん形状のものを例に説明したが、他の形状、蛇行形状、折り返し形状、波形状等であってもよい。
【符号の説明】
【００４１】
１                      メカニカルシール用クーラ
２                      シェル（容器）
３                      ノズルフランジ（容器）
５                      伝熱管
５Ａ                    アルミニウム被膜（犠牲陽極膜）
６                      バッフル（支持部材）
６Ａ                    アルミニウム被膜（犠牲陽極膜）
８                      スペーサ（支持部材）
８Ａ                    アルミニウム被膜（犠牲陽極膜）
Ｓ                      空間
Ｃ                      冷却水（冷却液）
Ｆ                      フラッシング液
【図１】
2017040463.tif 000003
【図２】
2017040463.tif 000004
【図３】
2017040463.tif 000005
【図４】
2017040463.tif 000006