JP2005069678A - 熱交換器又はガス抜き管の設置方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ハウジング内の残留物を排除し、かつ延長された運転時間に対する動作性が高い熱交換器を提供する。
【解決手段】管の束を形成する複数のＵ字管（３）をハウジング（２）内に設置するとともに、ハウジング（２）内を仕切り（４）で区画し、画室（５）を形成する。このハウジング（２）の全ての画室（５）を介して延伸する少なくとも１つのガス抜き管（６）を設け、このガス抜き管（６）には、この管の軸方向（１４）に対して横向きに複数のガス抜き口（１５）を形成する。
【選択図】 図５

Description

本発明は、少なくとも１つの管の束を形成するように結合されて、ハウジング内に設置された複数の管を含んで構成され、幾つかの仕切りによりこのハウジングが複数の領域に区画された熱交換器、及びこの熱交換器にガス抜き管を設置する方法に関する。

上記のタイプの熱交換器は、従来技術により知られるところであり、管型熱交換器として設計されるのが一般的である。このものは、温度の異なる２つの媒体の間での熱交換に使用され、一方の媒体は、管の束として結合されて、Ｕ字を形成するのが通常である管に導入され、他方の媒体は、この熱交換器の管に対する横方向又は軸方向の流れにおいて、この管を通過する。第２の媒体として、水蒸気、水又は不活性ガスの形態をとるのが大抵である充分に加熱された流体が採用され、この第２の媒体から、前記管を流れる第１の媒体に伝達されるべき熱が持ち去られる。

熱交換器の管を保持するハウジングに多数の仕切りが設けられ、この仕切りの配置によりハウジングの画室が形成されるのが好ましい。また、この仕切りは、熱交換器のハウジング内に設けられた熱伝達チューブの位置を固定するとともに、その寸法的に安定した設置に寄与する。

しかしながら、熱交換時にハウジングの各画室を通過する第２の媒体は、残留物を残すことなく各画室から流れ出ることができない、という欠点が明らかにされた。特に、ガス流体を採用した場合は、凝縮性のある気泡状の残留物が形成され、この残留物は、ハウジング内の出入りが不能な位置で外側から集結、すなわち、蓄積する。その結果、熱交換器の継続的な運転により、当初は熱交換チューブによる熱交換に利用可能であった表面が、蓄積した流体残留物が各熱交換チューブを絶縁体のように包囲するため、もはや完全には利用し得なくなる。また、残留物が特に仕切りの領域に付着することで、熱交換器の運転時間の増大に伴い、絶縁層が定期的に形成され、熱交換器の効率を、時に甚大に低下させる。このため、熱交換器の運転において、５０％に至る性能低下が認められた。

このため、本発明の目的は、上記の欠点を解消し、かつ延長された運転時間に対する動作性が比較的に高い、改良された熱交換器を提供することである。

この目的は、冒頭に記載したタイプの熱交換器により達成され、この熱交換器は、好ましくはハウジングの全ての画室を介して延伸する、少なくとも１つのガス抜き管により特徴付けられ、このガス抜き管には、この管の軸方向に対して横向きに形成された複数のガス抜き口が設けられる。
典型的な熱交換器とは違い、本発明による熱交換器は、少なくとも１つのガス抜き管を含んで構成される。このガス抜き管は、ハウジングの全ての画室を通過し、これによりハウジング全体からのがガス抜きが確保される。このガス抜き管は、形状及び断面を適合させた管により形成され、この管の軸方向に対して横向きに形成された複数のガス抜き口が設けられる。ハウジングの各画室と、熱交換器に設けられるその周辺物との間の流体接続を簡単に形成することができ、ハウジング内に蓄積し又は閉じ込められたいかなる流体残留物も、必要に応じて完全に吸い出すことができる。このため、熱交換器の性能、延いては効率を損なわせるガス又は蒸気の残留物の蓄積が充分に相殺される。ガス抜き管の適用は、容易に行うことができる。使用者が熱交換器の効率の悪化を発見したときは、熱交換器の運転を少しの間停止させ、これ以外のときでは閉ざされているガス抜き管を適切な継ぎ手により開放させ、ハウジング内に蓄積した流体残留物をこのガス抜き管を介して吸い出すことのみが必要となる。その後、ガス抜き管を再び閉ざし、熱交換器の運転を再開させることができる。

他の形態によれば、熱交換器は、複数のガス抜き管を含んで構成され、ハウジンクの画室毎に少なくとも１つのガス抜き管が設けられる。この構成によれば、ガス抜きプロセスを迅速化することができるばかりでなく、相互にシールされた幾つかの画室の使用により、各画室に導入された媒体を確実に混合させることができる。ガス抜きが行われるべき画室毎に少なくとも１つのガス抜き管が設けられ、このガス抜き管には、そのガス抜き管が割り当てられた画室でのみガス抜き口が形成される。たとえば、熱交換器のハウジングに全部で４つの画室が形成される場合は、全部で少なくとも４つのガス抜き管が設けられ、各ガス抜き管により４つの画室のうちの１つのガス抜きが行われる。また、ガス抜きが行われるべき画室毎に１つのみでなく、幾つかのガス抜き管を設けることができ、これらの管において、ガス抜きが行われるべき個々の画室のみでガス抜き口を形成することができるのは、勿論である。

ハウジングの各画室が１つの同一媒体で充填される場合、又は使用される媒体の混合が問題とならない場合は、条件によっては、設けられるガス抜き管は１つのみで充分であり、このガス抜き管には、画室毎に少なくとも１つのガス抜き口が形成される。このような形態でもまた、ガス抜きプロセスの迅速性の観点から、幾つかのガス抜き管が設けられるのが有利である。

本発明の他の特徴によれば、ガス抜き管毎に複数のガス抜き口が形成され、各ガス抜き口の直径は、適用される熱交換器の機能に従い設計される。ガス抜きプロセスを最適化するため、ガス抜き口の数及び個々の直径を変更することができるが、重要な点は、流体残留物が気泡状及びその他の形態で優先的に発達し、ガス抜きが行われるべき画室において、個々に要求される断面に関してガス抜き口が配置されることである。そのような配置によれば、一方で、画室内で形成された残留物が確実に吸い出され、ハウジングの完全なガス抜きを達成することができる。また、他方で、ガス抜き口の慎重な形成により、ガス抜きプロセスを全体として迅速化することができる。また、更なる改善のため、ガス抜き口を整列させてもよいが、このことは、本発明に関して言えば、ガス抜き口がガス抜き管の有効長さに渡り分配され、適用される熱交換器に関して見込まれる残留物を、熱交換器のガス抜きにより、好ましくは完全に吸い出すことができることを意味する。

本発明による熱交換器には、以上のガス抜き管が製造業者により備え付けられる。しかしながら、本発明の特別な構成に従い、本発明によるガス抜き管の結合を、熱交換器又はパイプラインの分解が不要となる改良として後に置き換える方法によることもできる。この点に関し、本発明によれば、幾つかの仕切りを含んで構成される熱交換器にガス抜き管を設置する方法に関する提案がなされる。この提案では、熱交換のために当初に設けられた管が、底部に位置する仕切りの上方の部位で切断されて軸方向に開口し、切断された管部分が取り除かれるとともに、ガス抜き口が形成されたガス抜き管で置き換えられる。

熱交換器の水チャンバの開放後は、この目的のために設けられた管が束ホルダーに固定され、古い管の一部が近隣の管を傷付けることのない制御された方法で切断され、この近隣の管に傷がないかの点検が行われる。所定の孔が形成された新たな管が挿入され、管ディスクに対してシールされ、内部コレクタで結合され、及び排出又は新たな容器への接続により外部に案内される。この方法全体により、熱交換器は、発電所に残され及び移転させるだけでよい。パイプラインの分解は、不要である。

本発明により改良された熱交換器は、既述の利点を奏する。製造業者によりガス抜き管が備え付けられた熱交換器とは違い、本発明では、熱交換のために当初に設けられた管が改良され、後にガス抜き管として使用される。このため、熱交換器の適用目的の機能に従い、少なくとも１つの、好ましくはＵ字状の熱交換チューブが、底部に位置する仕切りの上方の部位で軸方向に開口される。このＵ字状の管の足が取り除かれて、ガス抜き口が形成されたガス抜き管で置き換えられる。Ｕ字状の管のこの部分は、ガス抜き管として機能し、既述の方法で熱交換器のガス抜きを行うために使用することができる。便宜上、Ｕ字状の管の他の足も同様にして取り除かれて、ガス抜き管で置き換えられるか、あるいはこれが望ましくも、必要でもない場合は、封止される。しかしながら、いかなる場合も、このＵ字状の熱交換器の管は、当初は熱交換チューブとして機能し、熱交換循環系から分離されるものである。

本発明の他の特徴によれば、ガス抜き管を位置的に固定するため、熱交換のために当初に設けられた管が、仕切りの上方の部位での分断前に拡径される。これは、好ましくはプローブを使用して行うことができ、このプローブにより、熱交換器に残された管部分の端部拡径を所定の長さに渡り達成することができる。管の拡径により、熱交換器に残された管部分において、これが開口された後の位置にズレが生じるのを確実に回避し、この管部分をその位置に確実に保持することができる。また、管の拡径を採用して、ガス抜き管の挿入を可能とする管ホルダーを形成することもできる。このように形成された管ホルダーに対し、ガス抜き管を挿入し、固定することができる。このため、この管ホルダーは、圧入品として設計することができる。セメント接合等、他の接合方法を採用することもできる。

本発明に関する他の利点及び特徴は、添付の図面を参照して、以下の説明により理解される。

図１は、熱交換器１の下部の概略を示している。この熱交換器１は、多数のＵ字管３により形成されており、このＵ字管３は、互いに結合されて管の束を形成し、ハウジング２内に設置されている。また、幾つかの仕切り４が設けられ、ハウジング２内が分断された画室５に区画されている。
加熱されるべき媒体は、管３に流される。この媒体は、管３に対して矢印１０の方向に流入するとともに、矢印１１の方向に通過する。第２の媒体は、入口１７を介して供給され、ハウジング２の画室５を管３の方向に対して横向きに流れ、出口１８を介してハウジング２を矢印１３の方向に通過する。入口１７は、流れの方向１２に従い、中心に設けられた個別の入口として構成し、ハウジング２の各画室５に挿入することができる。画室５に導入された媒体は、ハウジング２を通過する際に、それが持ち運ぶ熱エネルギーを管３に導入された媒体に対して放出する。第２の媒体を図１に示すもの以外の方法でも熱交換器に導入可能であることは、明らかである。

望ましくない状態として、ハウジング２、すなわち、各画室５内に媒体の残留物が形成される場合があり、この残留物は、たとえば、管３に対して横方向にハウジング２に導入された媒体が出口１８を介して完全には排出されないことにより形成され、結果として、気泡状及びその他の形態の、凝縮性のないガスクッションを管３又は仕切り４に付着させる。この残留物は、絶縁体として不利に作用し、５０％に至る性能低下を生じさせる場合もある。

この欠点を回避するため、本実施形態では、ハウジング２の全ての画室５を通過させたガス抜き管６が設けられ、このガス抜き管６には、この管６の軸方向１４に対して横向きに多数のガス抜き口１５が形成される。ハウジング２内に付着したいかなる残留物も、このガス抜き管６を介して吸い出し、熱交換器１の周囲に放出することができる。ガス抜き管６の採用により、熱交換器１のハウジング２からあらゆる流体残留物を排除することができ、熱交換器１の延長された運転時間に対して比較的に高い効率が確保される。

図１に示す実施形態の熱交換器１では、ガス抜き管６は、製造業者により既に挿入されている。これに対し、図２に示す実施形態の熱交換器１では、ガス抜き管６は、上記の観点から備え付けられる。本実施形態において、管３は、熱交換のために当初に設けられ、底部に位置する仕切り４の上方の部位（符号８で示す。）で切断されて軸方向（１４）に開口され、切断された管部分が除去されて、ガス抜き口１５が形成されたガス抜き管６で置き換えられる。管３の残余部分７は、熱交換のために当初に設けられたものであって、熱交換器１に残され、ストッパ９により端部で封がされる。熱交換器１における仕切り４の位置を決定するため、先行する処理ステップで渦電流計測法を実施することができる。改良としてこのように熱交換器１に導入されたガス抜き管６の動作の態様は、図１に関して既に述べた通りである。

次に、図３〜６を参照して、改良としてのガス抜き管６を配置するための、本実施形態に係る方法をより詳細に説明する。図３〜６は、熱交換のために当初に設けられた管３の、図２に符号８で示す開口部及びその周辺を部分断面で示している。図３に示すこの方法の第１のステップでは、熱交換用の管３が、好ましくは初めに、底部に位置する仕切りの上方の部位で軸方向（１４）に開口される。この部位は、図３において、点線で示す開口部８として示されている。管３の開口後、切断された管部分１９が熱交換器１から取り除かれ、ガス抜き口１５が形成されたガス抜き管６で置き換えられる。ガス抜き管６の確実な設置のため、熱交換用の管３のうち熱交換器１に残された残余部分７が拡径され、管ホルダー１６が形成される。図４は、この拡径をした状態の管３を示している。この拡径後速やかに、ガス抜き管６をこの方法の最終ステップで熱交換器１に押し込み、管ホルダー１６にはめ込むことができる。特に図５に示すように、ガス抜き管６には、管ホルダー側で封がされており、このため、封止部材２１が設けられている。ガス抜き管６の確実な設置のため、ガス抜き管６は、熱交換器１に残された管３の残余部分７に挿入される。これに代え、セメント接合を採用することもできる。

図６は、熱交換器１に残された管３の残余部分７にガス抜き管６を接続するための、他の実施形態による方法を示している。本実施形態では、接続部材２０が設けられ、これがガス抜き管６の端部に挿入されている。たとえば、この接続部材２０は、管ホルダー側でテーパが形成された円筒状の形態で構成することができる。ガス抜き管６を熱交換器１に残された管３の残余部分７と接続させるため、ガス抜き管６を熱交換器１に導入し、接続部材２０を、ガス抜き管６の管ホルダー側の端部を越えて張り出させる。接続部材２０は、ガス抜き管６と残余部分７との間の接続要素として管３に導入される。接続部材２０の採用は、一方で、位置的に固定された管３の残余部分７に対するガス抜き管６の設置を可能とし、他方で、ガス抜き管６の端部シールを確実なものとする。熱交換器１に残された管３の残余部分７の位置的に固定された配置のため、この残余部分７には、仕切り４の領域に拡径部が形成され、管３の残余部分７の意図しないズレが効果的に防止される。

以上で述べた方法の実施に代え、熱交換用の管３を、その開口に先立ち、後に形成される開口部８の周辺で拡径させることもできる。これにより、管３の開口が行われた後において、熱交換器１に残された管３の残余部分７にズレを生じさせず、確実にその位置に維持することができる。管３の開口後、管ホルダーのため、管の拡径が前述のようにして行われる。この代替方法の実施では、ガス抜き管６の備え付けのため、初めに、熱交換用の管が、好ましくは底部に位置する仕切りの上方で拡径される。次いで、この拡径が施された領域で管３の切断が行われるが、この拡径部のため、熱交換器１に残された管３の残余部分７の意図しないズレが抑止される。管３の切断後、管３の残余部分７の拡径された端部領域が管ホルダー１６として採用され、これにガス抜き管６がはめ込まれて、熱交換器１に導入される。

本発明の第１の実施形態に係る熱交換器の概略 本発明の第２の実施形態に係る熱交換器の概略 熱交換のために当初に設けられた管の部分断面 熱交換のために当初に設けられ、端部に拡径部が形成された管の部分断面 熱交換のために設けられ、ガス抜きに使用される管が挿入された管の部分断面 熱交換のために設けられ、ガス抜きに使用される管が挿入された管の他の例の部分断面

符号の説明

１…熱交換器、２…ハウジング、３…管、４…仕切り、５…画室、６…ガス抜き管、７…残余部分、８…開口部、９…ストッパ、１０〜１３…流れの方向、１４…軸方向の向き、１５…ガス抜き口、１６…管ホルダー、１７…入口、１８…出口、１９…管部分、２０…接続部材、２１…封止部材。

Claims (10)

1. 互いに結合されて少なくとも１つの管の束を形成し、ハウジング（２）内に設置された複数の管（３）と、
   前記ハウジング（２）内を画室（５）に区画する仕切り（４）と、
   前記ハウジング（２）の画室（４）を介して延伸するガス抜き管（６）であって、この管（６）の軸方向（４）に対して横向きに複数のガス抜き口（１５）が形成されたガス抜き管（６）と、を含んで構成される熱交換器。
2. 前記ガス抜き管（６）において、前記画室（５）毎に少なくとも１つのガス抜き口（１５）が形成された請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記ガス抜き口（１５）の数及び各ガス抜き口の直径が、適用される熱交換器の機能に従い設計された請求項１又は２に記載の熱交換器。
4. 前記ガス抜き口（１５）の方向が、適用される熱交換器の機能に従い設計された請求項１〜３のいずれかに記載の熱交換器。
5. 前記ガス抜き管（６）が、底部に位置する画室（５）の仕切り（４）にまで軸方向（１４）に延伸する請求項１〜４のいずれかに記載の熱交換器。
6. 前記ガス抜き管（６）において、多数の前記ガス抜き口（１５）が形成された請求項１〜５のいずれかに記載の熱交換器。
7. 複数の仕切り（４）が設けられた熱交換器（１）にガス抜き管（６）を設置する方法であって、
   熱交換のために当初に設けられた管（３）を底部に位置する仕切り（４）の上方の部位で切断して軸方向に開口させ、
   この切断した管部分を取り除き、ガス抜き口（１５）が形成されたガス抜き管（６）で置き換える方法。
8. 前記熱交換用の管（３）を、その開口前に拡径させる請求項７に記載の方法。
9. 前記ガス抜き管（６）を、管ホルダー（１６）に挿入して設置する請求項７又は８に記載の方法。
10. 前記熱交換用の管（３）のうち熱交換器（１）に残される残余部分（７）に封をする請求項７〜９のいずれかに記載の方法。

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