JP2013142536A - シェルアンドチューブ型熱交換器のチューブシートとチューブの接合方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 チューブシートとチューブの接合が完全でなくてシェルに流出入する流体によってチューブの破孔が発生することを防止し、チューブの腐食が発生することを防止することができるシェルアンドチューブ型熱交換器のチューブシートとチューブの接合方法及び前記接合方法によって接合されたシェルアンドチューブ型熱交換器を提供する。
【解決手段】 シェルアンドチューブ型熱交換器のチューブシートとチューブの接合方法であって、チューブシート２０の側面に、チューブが挿入されるチューブ挿入孔から所定の距離だけ離隔してチューブシート溝２２を形成し、前記チューブ挿入孔の内面にチューブ溝１２を形成する段階；前記チューブシートのチューブ挿入孔にチューブを挿入してチューブを拡管させる段階；チューブシート２０とチューブ１０の結合はチューブ側ウェルディング１４とシェル側ウェルディング２４をそれぞれ行う段階；とを含む。
【選択図】 図２

Description

本発明はシェルアンドチューブ（ｓｈｅｌｌ ａｎｄ ｔｕｂｅ）型熱交換器に係り、より詳しくはシェルアンドチューブ型熱交換器において一列に整列されたチューブの両端に結合されるチューブシートとチューブとの接合方法及びこの方法によって製造されるシェルアンドチューブ型熱交換器に関する。

シェル・アンド・チューブ（Ｓｈｅｌｌ ＆ Ｔｕｂｅ）型熱交換器は熱交換器の代表的なもので、二つの管板（ｔｕｂｅ ｓｈｅｅｔ）とこれを連結した多数の伝熱管（Ｔｕｂｅ）で構成され、その外側は円筒状の胴体（Ｓｈｅｌｌ）で密閉した構造を持っており、加熱及び冷却・凝縮・気化など多様な熱交換に使われる熱交換器である。
図１はシェルアンドチューブ型熱交換器（Ｓｈｅｌｌ ＆ Ｔｕｂｅ ｅｘｃｈａｎｇｅｒ）の一般的な構造を説明するための概略断面図である。

図１を参照すれば、チューブ側とシェル側に互いに異なる流体が流入／流出することで、相互間に熱交換がなされる。一般に、シェル側に流入する流体は水、海水などの常温の流体が使われ、チューブ側にはガスなどの流体が使われるが、必ずしもこれに限定されるものでないのはいうまでもない。シェル内ではシェル側流体の移動経過をジグザグに形成するための多数のバッフル板（ｂａｆｆｌｅ ｐｌａｔｅ）３０が形成されている。チューブは両側のチューブシート２０に熔接で結合されることで、チューブ内の流体とシェル内の流体が混合することを防ぐことになる。
図１の従来のシェルアンドチューブ型熱交換器において、チューブシートとチューブとの結合／接合方式について説明する。

チューブシート２０には多数のチューブ挿入孔が形成される。チューブ１０をチューブシート２０のチューブ挿入孔にそれぞれ挿入した状態で、拡管（ボール拡管または水圧拡管）によってチューブ１０を拡管させ、チューブをチューブシート２２に密着固定させる。その後、チューブ１０とチューブシート２０の間にチューブ側ウェルディング１４を実施して、チューブ１０とチューブシート２０を堅たく結合させる。ここで、チューブ側ウェルディングとはチューブ側に流出入する流体がチューブとチューブシートの間に浸透することを防ぐウェルディング（熔接）を意味するもので、チューブとチューブシートの結合時の外側部分（つまり、チューブ側に流出入する流体と接する部分）に対するウェルディングを意味する。

現在、このようなチューブの拡管とチューブ側ウェルディングを実施した従来のシェルアンドチューブ熱交換器が使われているが、チューブの拡管を行ってもチューブシートとチューブが完全に密着しなく、微細な隙間（肉眼で確認できない大きさの微細な隙間）の発生による隙間腐食（ｃｒｅｖｉｃｅ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ）によってチューブの破孔が発生する問題があった。特に、シェルに流出入する流体として海水が使われる場合には、隙間でのイオン量が減少して電気的均衡が破れ、電気的中性を維持しなければならないので、Ｃｌイオンが浸入して局所的に酸性化が進み、チューブを腐食させるという問題があった。
したがって、シェルアンドチューブ型熱交換器において、チューブ及びチューブシートに対するより堅固な接合方法の必要性が強調されている。

したがって、本発明は前記のような問題点を解決するためになされたもので、シェルアンドチューブ型熱交換器において、チューブシートとチューブの接合が完全でなくてシェルに流出入する流体によってチューブの破孔が発生することを防止し、チューブの腐食が発生することを防止することができるシェルアンドチューブ型熱交換器のチューブシートとチューブの接合方法及び前記接合方法によって接合されたシェルアンドチューブ型熱交換器を提供することをその目的とする。
本発明の目的は前述した目的に制限されなく、前述しなかった他の目的は下記の記載から明らかになることができる。

本発明は前記の目的を達成するためのもので、本発明のシェルアンドチューブ型熱交換器のチューブシートとチューブの接合方法は、チューブシートの側面に、チューブが挿入されるチューブ挿入孔から所定の距離だけ離隔してチューブシート溝を形成し、前記チューブ挿入孔の内面にチューブ溝を形成する段階；前記チューブシートのチューブ挿入孔にチューブを挿入してチューブを拡管させる段階；チューブシートとチューブの熔接結合であるチューブ側ウェルディングとシェル側ウェルディングをそれぞれ行う段階；とを含む。
前記チューブシート溝によって形成されたチューブシート下端接合部の厚さはチューブの厚さと同一であることが好ましい。
前記チューブシート溝と前記チューブ溝は環状であることが好ましい。

また、本発明のチューブシートとチューブが結合されてなるシェルアンドチューブ型熱交換器は、チューブシートの側面に、チューブが挿入されるチューブ挿入孔から所定距離だけ離隔してチューブシート溝が形成され、前記チューブ挿入孔の内面にチューブ溝が形成され、チューブが拡管され、チューブシートとチューブの結合であるチューブ側ウェルディングとシェル側ウェルディングによってなる。

本発明は、シェルアンドチューブ型熱交換器において、シェル側に流入する流体によるチューブの破孔を防ぎ、チューブシートとチューブ結合の際、より堅い結合を成すことにより、シェル側に流入する流体によるチューブの腐食を防止し、熱交換器で発生する安全事故を防止するとともに、熱交換器の寿命を延ばすことができるという利点がある。

従来の一般的なシェルアンドチューブ型熱交換器の構造図及び部分拡大断面図である。 本発明の好ましい実施例による、シェルアンドチューブ型熱交換器のチューブシートとチューブの接合構造を説明する断面図である。

以下、添付図面に基づいて本発明のシェルアンドチューブ型熱交換器のチューブシートとチューブの接合方法をより詳細に説明する。
図２は本発明の好適な実施例によるシェルアンドチューブ型熱交換器のチューブシートとチューブの接合構造である。

図２を参照すれば、本発明のシェルアンドチューブ型熱交換器におけるチューブシート２０とチューブとの接合において、図１で説明したチューブの拡管工程とチューブ側ウェルディング１４の外にシェル側ウェルディング２４をさらに含むことを特徴とする。

ここで、シェル側ウェルディング２４とは前述したチューブ側ウェルディング１４に対応する意味のもので、すなわちシェル側に流入する流体（図１参照）がチューブとチューブシートの間に浸透することを防ぐウェルディングを意味するものであり、チューブとチューブシートの結合内側部分（つまり、シェル側に流出入する流体と接する部分）に対するウェルディングを意味する（図２参照）。

シェル側ウェルディング２４は、チューブシート２２の内側面にチューブシート溝２２を形成し、熔接トーチを用いてウェルディングをなす。熔接トーチ（加熱源）によって母材（ｔｕｂｅ）は、チューブシート溝２２によって形成されたチューブシートの下端接合部２３とともに熔接されるものである。

本発明において、チューブシート２２の側面にチューブシート溝２２を形成する理由は、シェル側ウェルディングの際、チューブシート全体を加熱する必要なしに、チューブシート溝２２によって形成されたチューブシートの下端接合部２３のみを加熱して円滑なウェルディングができるようにするためである。チューブの厚さはおよそ１．６ｍｍであり、好ましくはチューブシート溝２２によって形成されたチューブシートの下端接合部２３の厚さはチューブの厚さと等しく形成して、チューブシート上に局所的に加熱することができ、熔接時に必要な熱の消耗量を減らすことができ、これにより熔接効率を高めることができる。

チューブシート溝２２はチューブシートの側面に形成される。具体的に、チューブが挿入されるチューブ挿入孔から所定の距離だけ離隔してチューブ挿入孔の周りに環状に形成される。
次に、シェルアンドチューブ型熱交換器のチューブシートとチューブの接合順について説明する。

まず、チューブシート上にチューブシート溝２２とチューブ溝１２をそれぞれ形成する。チューブ溝１２は後にチューブの拡管工程の際にチューブの一定部分がチューブ溝に挿入して結合力を高めるためのものであり、チューブシート溝２２はウェルディング時の作業容易性のためのものである。図示のように、チューブ溝１２はチューブシートのチューブ挿入孔の内面に形成され、チューブシート溝２２はチューブシート２０の側面にチューブ挿入孔から所定の距離だけ離隔して形成される。好ましくは、チューブ溝１２とチューブシート溝２２はいずれも環状を有する。
次に、前記チューブシートのチューブ挿入孔にチューブを挿入してチューブを拡管させる。拡管工程によって１次にチューブシートとチューブが結合される。

その後、チューブシートとチューブの内外側に対するウェルディング、つまりチューブシート２０とチューブ１０の熔接結合であるチューブ側ウェルディング１４とシェル側ウェルディング２４がそれぞれ行われる。前記シェル側ウェルディングは前述したような方法でなる。

以上説明したように、本発明は、シェルアンドチューブ型熱交換器において、シェル側に流入する流体によるチューブの破孔及び腐食を防止するため、チューブシートとチューブと接合の際にシェル側への流体の浸透を防止するために、シェル側ウェルディングを実施する。この際、シェル側ウェルディングの作業効率を高めるとともにチューブシートとチューブの結合力を高めるために、チューブシート２２の側面にチューブシート溝２２を形成し、チューブ２０の外側で熔接を実施する。

このように、本発明のシェルアンドチューブ型熱交換器のチューブシート２０とチューブ１０の接合において、従来のチューブの拡管工程と、チューブ側ウェルディング１４の外にシェル側ウェルディング２４をさらに実施して、チューブシートとチューブの結合をより完壁にすることにより、シェル側に流入する流体によるチューブの破孔及びチューブの腐食を防止し、熱交換器で発生する安全事故を防止するとともに、熱交換器の寿命を延ばすことができるという利点がある。

本発明が属する技術分野の通常の知識を持った者は本発明がその技術的思想や必須な特徴を変更しなくても他の具体的な形態に実施することができるというのを理解することができる。したがって、前述した実施例はすべての面で例示的なもので限定的なものではないことを理解しなければならない。本発明の範囲は前記詳細な説明よりは後述する特許請求の範囲によって決められ、特許請求の範囲及びその同等な概念から導出可能なすべての変更または変形形態は本発明の範囲に含まれるものに解釈しなければならない。

本発明は、シェルアンドチューブ型熱交換器において一列に整列されたチューブの両端に結合されるチューブシートとチューブとの接合方法に適用可能である。

１００ シェルアンドチューブ型熱交換器
１０ チューブ
１２ チューブ溝
１４ チューブ側ウェルディング
２０ チューブシート
２２ チューブシート溝
２３ チューブシート下端接合部
２４ シェル側ウェルディング
３０ バッフル板
４０ 熔接トーチ

Claims (5)

1. シェルアンドチューブ型熱交換器のチューブシートとチューブの接合方法において、
   チューブシート（２０）の側面に、チューブが挿入されるチューブ挿入孔から所定の距離だけ離隔してチューブシート溝（２２）を形成し、前記チューブ挿入孔の内面にチューブ溝（１２）を形成する段階；
   前記チューブシートのチューブ挿入孔にチューブを挿入してチューブを拡管させる段階；
   チューブシート（２０）とチューブ（１０）の結合であるチューブ側ウェルディング（１４）及びシェル側ウェルディング（２４）を行う段階；とを含むことを特徴とする、接合方法。
2. 前記チューブシート溝（２２）によって形成されたチューブシート下端接合部２３の厚さはチューブ（２０）の厚さと同一であることを特徴とする、請求項１に記載の接合方法。
3. 前記チューブシート溝は環状であることを特徴とする、請求項１に記載の接合方法。
4. 前記チューブ溝は環状であることを特徴とする、請求項１に記載の接合方法。
5. 前記シェル側ウェルディングはチューブの外側に熔接トーチを位置させて行われることを特徴とする、接合方法。