JP2013231531A

JP2013231531A - 熱交換器

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Publication number: JP2013231531A
Application number: JP2012102848A
Authority: JP
Inventors: Akinori Tamura; 明紀田村; Kazuaki Kito; 和明木藤; Masao Chagi; 雅夫茶木
Original assignee: Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Current assignee: Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Priority date: 2012-04-27
Filing date: 2012-04-27
Publication date: 2013-11-14
Anticipated expiration: 2032-04-27
Also published as: JP5934569B2

Abstract

【課題】熱交換器を使用するまでの間、長期間に亘って、熱交換器に取り付けられた伝熱管の経年劣化を防止し、非使用状態から使用状態に即座に移行可能な熱交換器を提供する。
【解決手段】熱交換器１００は、複数の伝熱管１０４を有し、伝熱管１０４の内側を流れる高温の蒸気と、伝熱管１０４の外側を流れる低温の外気（空気）との間で熱交換が行われる多管式の熱交換器である。伝熱管１０４は、外表面が外気に晒されないように保護膜１０５で被覆されている。保護膜１０５は、伝熱管１０４の内側に高温の蒸気が流れることによって昇華する材料からなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱交換器に関する。

従来、複数の伝熱管を備えた多管式の熱交換器が知られている。熱交換器に用いられる伝熱管は、銅または銅合金、ステンレス等の材質からなる。伝熱管が外気に晒されている状態で熱交換器を保管するなど、熱交換器を長期間に亘って使用しない状態（非使用状態）が続く場合、伝熱管が劣化してしまうおそれがあり、熱交換器を使用する前に伝熱管の交換が必要になることがある。

特許文献１には、銅または銅合金管の直管またはコイル全体が樹脂フィルムにより覆われ、梱包内雰囲気の露点が２２℃以下とされた梱包方法が開示されている。特許文献１に記載の梱包方法によれば、銅または銅合金管が本質的に外気と接触しないように梱包されるため、長期間に亘って伝熱管の劣化を防止することができる。

特開２００２−２７４５９０号公報

しかしながら、特許文献１に記載の梱包方法は、伝熱管に対するものであり、熱交換器に伝熱管を装着した状態で伝熱管を保護することができるものではない。特許文献１に記載の梱包方法では、長期間に亘って伝熱管を保管することはできるが、熱交換器を使用するためには、伝熱管を梱包する樹脂フィルムを取り除き、伝熱管を熱交換器に取り付ける作業が必要になる。このため、樹脂フィルムを取り除いた後、すぐに熱交換器を使用することができない。

本発明は、複数の伝熱管を有し、伝熱管内を流れる第１流体と、伝熱管外を流れる第２流体との間で熱交換が行われる熱交換器であって、伝熱管内に第１流体が流れることによって昇華または溶融する保護部材が、伝熱管が第２流体に晒されないように設けられていることを特徴とする熱交換器である。

本発明によれば、熱交換器を使用するまでの間、長期間に亘って、熱交換器に取り付けられた伝熱管の経年劣化を防止することができる。本発明によれば、熱交換器を使用する際には保護部材が自然に取り除かれるため、非使用状態から使用状態に即座に移行することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る熱交換器の側面断面模式図。図１のＩＩ−ＩＩ線切断断面模式図。熱輸送システムの一例を示す概略図。非使用状態にある熱交換器が使用状態に移行するときの伝熱管表面の温度変化を説明するタイムチャート。伝熱管内に蒸気が流れ、保護膜が昇華する様子を示す図。保護膜が外気とともに排出される様子を示す図。保護膜が除去された後の蒸気、水および外気の流れの様子を示す図。本発明の第２の実施の形態に係る熱交換器の側面断面模式図。本発明の第３の実施の形態に係る熱交換器の側面断面模式図。図９のＸ−Ｘ線切断断面模式図。本発明の第４の実施の形態に係る熱交換器の側面断面模式図。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態に係る熱交換器を説明する。
―第１の実施の形態―
図１は本発明の第１の実施の形態に係る熱交換器１００の側面断面模式図であり、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線切断断面模式図である。図１に示すように、本実施の形態に係る熱交換器１００は、縦型の多管式熱交換器であって、空気を冷却風として胴体１０１内に流通させ、伝熱管１０４内に流れる高温蒸気を冷却し、凝縮する冷却器である。

図１および図２は、熱交換器１００の伝熱管１０４内に蒸気や水が流通されていない、すなわち熱交換器１００が使用されていない状態（以下、非使用状態と記す。）における熱交換器１００を示している。図１および図２に示すように、熱交換器１００は、円筒形状の胴体１０１と、胴体１０１の上部に配置された入口側管板１２１と、胴体１０１の下部に配置された出口側管板１２２と、入口側管板１２１の上に配置された入口側水室１３１と、出口側管板１２２の下に配置された出口側水室１３２と、胴体１０１内に収容された複数の伝熱管１０４とを備えている。

胴体１０１の下部には、熱交換器１００の外部から取り入れた空気（以下、外気と記す。）の流入口となる外気入口部１１１が設けられている。胴体１０１の上部には、外気の流出口となる外気出口部１１２が設けられている。胴体１０１は、入口側管板１２１によって上部開口が塞がれ、出口側管板１２２によって下部開口が塞がれて、内部に外気が流通される空間が形成されている。

入口側水室１３１の頂部には、蒸気の流入口となる蒸気入口管台１３６が設けられている。入口側水室１３１は、入口側管板１２１によって下部開口が塞がれ、内部に蒸気が流通される空間が形成されている。出口側水室１３２の底部には、水の流出口となる水出口管台１３７が設けられている。出口側水室１３２は、出口側管板１２２によって上部開口が塞がれ、内部に水が流通される空間が形成されている。

入口側管板１２１は、伝熱管１０４の蒸気入口側の端部、すなわち上端部を保持している。入口側管板１２１には、伝熱管１０４の上端部が挿通される貫通孔が設けられている。伝熱管１０４の上端部は、入口側管板１２１の貫通孔に挿通された後、拡管や溶接などにより入口側管板１２１に固着されている。

出口側管板１２２は、伝熱管１０４の水出口側の端部、すなわち下端部を保持している。出口側管板１２２には、伝熱管１０４の下端部が挿通される貫通孔が設けられている。伝熱管１０４の下端部は、出口側管板１２２の貫通孔に挿通された後、拡管や溶接などにより出口側管板１２２に固着されている。

伝熱管１０４は、両端部が入口側管板１２１および出口側管板１２２により保持され、入口側水室１３１と出口側水室１３２とを連通している。後述するように、熱交換器１００が作動しているときには、入口側水室１３１に流入した蒸気は、伝熱管１０４内を通過する際に伝熱管１０４外を流れる外気との熱交換により凝縮して水となり出口側水室１３２に流れ落ちる。

胴体１０１の内部には、伝熱管１０４の長手方向に所定間隔でバッフル板１０６が設けられている。バッフル板１０６には伝熱管１０４が挿通される貫通孔が設けられている。バッフル板１０６は、外気が蛇行して流れるように配設されており、外気入口部１１１側である図示左側、あるいは、外気出口部１１２側である図示右側に隙間が設けられている。図示するように、バッフル板１０６を交互に設けることにより、適切な流速を確保することができる。

図２に示すように、複数の伝熱管１０４は、千鳥状に配列されている。なお、管配列は千鳥状に限らず碁盤目状などであってもよい。図１に示すように、複数の伝熱管１０４は、上述したように、上端部が入口側管板１２１によって支持され、下端部が出口側管板１２２によって支持されている。本実施の形態では、伝熱管１０４の材質は、ステンレス鋼を採用した。伝熱管１０４の外径は約２２．２ｍｍ、厚さは約１ｍｍ、管ピッチは約５０ｍｍである。

図１および図２に示すように、各伝熱管１０４の外表面は、伝熱管１０４が外気に晒されないように保護膜１０５によって覆われている。保護膜１０５は、伝熱管１０４が外気に直接接触しないように設けられるものであるので、外気の通過抵抗を考慮すると、保護膜１０５の厚みはできるだけ薄くすることが望ましい。本実施の形態では、保護膜１０５の厚みは１ｍｍ程度であり、複数の伝熱管１０４の間を流れる外気の圧力損失を抑えている。

保護膜１０５は、伝熱管１０４内に高温の蒸気が流れる時の伝熱管１０４の表面温度以下の温度で昇華する材料からなる。保護部材である保護膜１０５の材料（以下、保護材と記す。）としては、昇華温度Ｔｓが、外気の入口温度Ｔ０よりも高く、かつ、伝熱管１０４内に高温の蒸気が流れる時の伝熱管１０４の表面温度Ｔ１以下（Ｔ０＜Ｔｓ≦Ｔ１）の材料が選定される。本実施の形態では、外気の入口温度Ｔ０が２０℃であり、伝熱管１０４を介して外気と高温蒸気との間で熱交換が行われ、熱的に平衡な定常状態となったときの伝熱管１０４の表面温度Ｔ１が１３４℃である。このため、本実施の形態では、保護材として、昇華温度Ｔｓが１１３．５℃のヨウ素を採用した。

保護膜１０５は、入口側管板１２１および出口側管板１２２によって支持された伝熱管１０４に向けて、たとえば、スプレーなどで伝熱管１０４の外表面に固体のヨウ素を付着させることにより形成することができる。胴体１０１には、保護膜１０５を施工するための開口（不図示）が設けられており、施工後に閉止される。

図３は、熱輸送システム１７０の一例を示す概略図である。熱輸送システム１７０は、発熱体１０９からの熱を回収する熱回収熱交換器１０８と、蒸気と外気との間で熱交換を行う空冷式の熱交換器１００と、熱回収熱交換器１０８と熱交換器１００との間に配設される弁１０７とを備えている。

発熱体１０９は、特定の条件が成立したときに発熱するものであり、長期に亘って条件が成立せず、その間、熱交換器１００が使用されない状態（非使用状態）が続く場合がある。

この熱輸送システム１７０は、閉ループであって、予め空気を蒸気にて置換する蒸気置換処理が施されており、伝熱管１０４の内側、入口側水室１３１および出口側水室１３２の内側には、酸素等がほとんど存在していない。このため、伝熱管１０４の内側の経年劣化が防止されている。

胴体１０１の外気入口部１１１および外気出口部１１２は開放されており、非使用状態では胴体１０１の内側に外気が存在している。上述したように、伝熱管１０４の外側には外気が存在しているが、伝熱管１０４の外表面は、保護膜１０５によって覆われているため、熱交換器１００を使用する前の状態において伝熱管１０４が外気に晒されることはない。

弁１０７は、発熱体１０９が発熱していないときには閉じており（図３（ａ）参照）、発熱体１０９が発熱したときに開かれる（図３（ｂ）参照）。弁１０７には、たとえば高温蒸気の熱を受けて作動する溶融弁を採用することができる。図３（ａ）に示すように、発熱体１０９が発熱していない状態では、伝熱管１０４の外側の空気と、伝熱管１０４の内側の蒸気との間に温度差がなく、伝熱管１０４の内外で熱交換は行われない。

図４は、非使用状態にある熱交換器１００が使用状態に移行するときの伝熱管表面の温度変化を説明するタイムチャートである。熱交換器１００は、時点ｔ０から時点ｔ１までは非使用状態にある。非使用状態、すなわち伝熱管１０４内に高温蒸気が流れ込む前の状態にあっては、伝熱管１０４の表面温度は外気温度Ｔ０と同程度の温度となっている。非使用状態では、保護膜１０５の昇華温度Ｔｓよりも伝熱管１０４の表面温度が低いため、保護材は固体の状態で伝熱管１０４の表面に保持されている。

特定の条件が成立し、発熱体１０９が発熱すると、図３（ｂ）に示すように、発熱体１０９と熱回収熱交換器１０８との間で熱交換が行われ、熱回収熱交換器１０８内において水が蒸発し、熱回収熱交換器１０８からは高温蒸気が流出する。

弁１０７は、高温蒸気の熱を受けて溶融し、開放され、熱回収熱交換器１０８と熱交換器１００とが連通する。熱回収熱交換器１０８から流出した高温蒸気は、配管を通って熱交換器１００に導かれる。蒸気入口管台１３６から入口側水室１３１に流入した蒸気は、伝熱管１０４内に流れ込む。伝熱管１０４は、内部を流れる高温蒸気によって暖められ、温度が上昇する。時点ｔ２で伝熱管１０４の表面温度は保護膜１０５の材料であるヨウ素の昇華温度Ｔｓに達する。

時点ｔ２を経過すると、図５において細い矢印で模式的に示すように、伝熱管１０４の表面に被覆される保護膜１０５の昇華が始まり、保護膜１０５が伝熱管１０４の表面より脱離する。保護膜１０５が昇華する際、伝熱管１０４より昇華熱が奪われ、伝熱管内を通過する蒸気が冷却される。

伝熱管１０４の内部を流れる高温蒸気と、外気との間に温度差が生じているため、伝熱管１０４および保護膜１０５を介して高温蒸気と外気との間で熱交換が行われる。伝熱管１０４の周囲に存在する外気は暖められることにより、胴体１０１内には自然対流が生じる。暖められた外気は、上昇して外気出口部１１２より流出され、熱交換器１００の外部から冷たい外気が外気入口部１１１より流入される。外気入口部１１１から流入した外気は、図６に示すように、複数の伝熱管１０４の間を蛇行しながら上昇して、外気出口部１１２から流出される。昇華し、気体となったヨウ素は、図６において細い矢印で模式的に示すように、外気とともに外気出口部１１２より排出される。

図７に示すように、昇華が進み、保護膜１０５が完全に除去されると、すなわち伝熱管１０４の外表面が表出されて伝熱管１０４と外気とが直接接触するようになると、外気入口部１１１から取り入れられた低温の外気と高温の蒸気との間で伝熱管１０４を介して熱交換が行われる。

伝熱管１０４の温度上昇に伴って外気の温度が上昇するほど外気の流速も増加し、熱交換が促進される。伝熱管１０４の内部を流れる蒸気は、外気との熱交換により凝縮されて水となり、出口側水室１３２に落下する。出口側水室１３２に導入された凝縮水は、水出口管台１３７から流れ落ち、図３に示すように、配管を通って熱回収熱交換器１０８に戻る。図４に示すように、伝熱管表面温度は、最高温度Ｔｍａｘまで上昇し（時点ｔ３）、その後、徐々に下がり、時点ｔ４においてＴ１となる。時点ｔ４において熱交換器１００は、熱的に平衡な定常状態となっている。

上述した本実施の形態によれば、以下のような作用効果を奏することができる。
（１）伝熱管１０４が外気に晒されないように保護膜１０５を設けた。伝熱管１０４の外表面が外気と接触していないため、伝熱管１０４の経年劣化を防止することができる。

これに対して、従来の熱交換器では、長期間に亘って保管状態（非使用状態）が続く場合に伝熱管が経年劣化してしまい、劣化した伝熱管を使用することができずに、新たに伝熱管を購入する必要が生じる場合がある。本実施の形態によれば、上述のように、経年劣化が防止されるので、伝熱管１０４の交換が不要となり、コスト低減を図ることができる。

従来の熱交換器では、長期間に亘って保管状態（非使用状態）が続く場合、定期的に経年劣化の度合いを調べるために超音波探傷試験等を行う必要がある。本実施の形態によれば、保護膜１０５に欠損がないかどうかを目視点検すればよく、超音波探傷試験等を行う必要がないため、メンテナンスコストの低減を図ることができる。

（２）保護膜１０５の材料には、伝熱管１０４内に高温の蒸気が流れる時の伝熱管１０４の表面温度以下の温度で昇華するヨウ素を採用した。保護膜１０５は、伝熱管１０４内に蒸気が流れることによって昇華する。熱交換器１００を使用する際には保護膜１０５が自然に取り除かれるため、非使用状態から使用状態に即座に移行することができる。

保護膜１０５が除去されると、経年劣化が防止された伝熱管１０４の外表面が表出することになる。このため、熱交換器１００を長期間に亘って使用していない状態が続いた場合であっても、熱交換器１００の使用時に、熱交換器１００の本来の性能を発揮することができる。

（３）伝熱管１０４の表面に保護膜１０５が被覆されることで、外気に含まれる塵芥等の汚れの付着を防止することができる。ここで、伝熱管１０４内側の凝縮熱伝達率は、伝熱管１０４外側の対流熱伝達率に比べ、数百倍高くなるため、伝熱管１０４外側の外気による対流熱伝達率が伝熱管１０４の表面積および本数を決める要因となる。伝熱管１０４の本数を減らすことができれば、コストを削減できるため、伝熱管１０４の外側の対流熱伝達率を高めることは工学的に重要な課題となっている。そこで、たとえば対流熱伝達率を向上させるために、伝熱管の外表面に多孔質層を形成することがある。このような伝熱管を用いることで、伝熱管の本数を低減させて、熱交換器の質量、材料費、製作費の低減を図ることができる。しかしながら、熱交換器を長期に亘って保管する際、伝熱管が外気に晒されていると、伝熱管の表面に汚れが付着し、その伝熱性能を著しく低下させてしまう。

本実施の形態によれば、保護膜１０５により汚れの付着が防止され、熱交換器１００の使用時には自然に保護膜１０５が取り除かれて、汚れが付着されていない多孔質層が表出することになる。このため、上記（２）の効果と同様に、熱交換器１００を長期間に亘って使用していない状態が続いている場合であっても、熱交換器１００の使用時に、多孔質層が形成された伝熱管群を備える熱交換器１００の本来の高い性能を発揮することができる。

（４）保護膜１０５の材料には、伝熱管１０４内に高温蒸気が流れることによって昇華するヨウ素を使用した。このため、外気の流速が十分に増加する前の段階においても、伝熱管１０４より昇華熱が奪われるため、伝熱管内を通過する蒸気を効果的に冷却することができる。

―第２の実施の形態―
本発明の第２の実施の形態を図８を参照して説明する。なお、図中、第１の実施の形態と同一もしくは相当部分には同一の参照番号を付し、相違点を主に説明する。図８は、本発明の第２の実施の形態に係る熱交換器２００の側面断面模式図である。図８では、バッフル板の記載は省略している。第２の実施の形態に係る熱交換器２００は、外気開放型の熱交換器２００である。

第１の実施の形態に係る熱交換器１００は、胴体１０１を備えていたが、第２の実施の形態に係る熱交換器２００は、胴体１０１を備えていない。第２の実施の形態に係る熱交換器２００は、入口側管板２２１および出口側管板２２２が一方に延在し、端部が側壁２９９によって保持されている。

第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態で説明した（１）〜（４）と同様の効果を奏する。さらに、第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態に比べて、保護膜１０５の施工を容易に行うことができ、製作工数、製作コストの低減を図ることができる。また、第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態に比べて、目視点検も容易に行うことができるので、メンテナンスコストの低減を図ることもできる。また、外気開放型とすることで、外気の圧力損失を低減することができる。

―第３の実施の形態―
本発明の第３の実施の形態を図９および図１０を参照して説明する。なお、図中、第１の実施の形態と同一もしくは相当部分には同一の参照番号を付し、相違点を主に説明する。図９は本発明の第３の実施の形態に係る熱交換器３００の側面断面模式図であり、図１０は図９のＸ−Ｘ線切断断面模式図である。図１０に示すように、第３の実施の形態では、伝熱管１０４が周方向に等間隔となるように配列されている。

第１の実施の形態では、保護膜１０５を伝熱管１０４に被覆することで、伝熱管１０４が外気に晒されないようにしていた。これに対して、第３の実施の形態では、保護膜１０５に代えて、複数の伝熱管１０４で構成される伝熱管群３４０を囲む筒状に形成された保護筒３０５が設けられている。保護筒３０５の上下端部は入口側管板１２１および出口側管板１２２に密着しており、入口側管板１２１、出口側管板１２２および保護筒３０５によって内部が密閉され、伝熱管群３４０を構成する各伝熱管１０４の外表面が外気に晒されることが防止されている。

保護筒３０５は、たとえば、入口側管板１２１および出口側管板１２２によって支持された伝熱管群３４０の最外周に配置された伝熱管１０４に向けて、スプレーなどで固体のヨウ素を伝熱管１０４の外表面に噴きつけたり、刷毛等でヨウ素を塗布するなどして、伝熱管１０４の外表面や伝熱管１０４同士の間の隙間を埋めることで形成することができる。

なお、保護筒３０５を形成する際、胴体１０１内には汚れを除去した空気もしくは窒素等の気体を入れておく。これにより、入口側管板１２１、出口側管板１２２および保護筒３０５によって形成される密閉空間内には汚れを除去した空気もしくは窒素等の気体が封入されることになる。

熱交換器３００に高温蒸気が導入されると、伝熱管群３４０の最外周に配置される伝熱管１０４の表面温度が徐々に上昇し、ヨウ素の昇華温度よりも高くなり、保護筒３０５が昇華し、除去される。保護筒３０５が除去されると、外気入口部１１１から流入した外気は、伝熱管群３４０の中心側にも入り込み、胴体１０１内を蛇行して上昇し、外気出口部１１２から流出される。これにより、熱交換器４００の本来の性能が発揮される。

第３の実施の形態によれば、第１の実施の形態で説明した（１）〜（４）と同様の効果を奏する。さらに、第３の実施の形態では各伝熱管１０４に保護膜を形成する必要がない。このため、第３の実施の形態によれば、第１の実施の形態に比べて保護材の物量を低減できるため、熱交換器３００の軽量化、および、コストの低減化を図ることができる。なお、第３の実施の形態によれば、熱交換器３００に取り付けられる伝熱管１０４の本数が多くなるほど、すなわち伝熱管群３４０が大きくなるほど、第１の実施の形態に対して保護材の物量の低減効果が顕著になる。

―第４の実施の形態―
本発明の第４の実施の形態を図１１を参照して説明する。なお、図中、第３の実施の形態と同一もしくは相当部分には同一の参照番号を付し、相違点を主に説明する。図１１は本発明の第４の実施の形態に係る熱交換器４００の側面断面模式図である。

第３の実施の形態では、保護筒３０５を設けることで、伝熱管１０４が外気に晒されされないようにしていた。これに対して、第４の実施の形態では、保護筒３０５に代えて、胴体１０１の外気入口部１１１および外気出口部１１２のそれぞれを塞ぐ円板状の保護板４０５が設けられている。保護板４０５の外周部は外気入口部１１１の内面および外気出口部１１２の内面に密着している。このため、入口側管板１２１、出口側管板１２２、胴体１０１および保護板４０５によって内部が密閉され、各伝熱管１０４の外表面が外気に晒されることが防止されている。なお、密閉空間には汚れを除去した空気もしくは窒素等の気体が封入されている。

保護板４０５は、第３の実施の形態と同様にヨウ素からなる。保護板４０５は、伝熱管１０４内に高温の蒸気が流れる時の外気入口部１１１および外気出口部１１２の温度以下の温度で昇華する。入口側管板１２１および出口側管板１２２、ならびに、胴体１０１、入口側水室１３１、出口側水室１３２は金属製である。このため、伝熱管１０４内に高温蒸気が流れると、伝熱管１０４から入口側管板１２１および出口側管板１２２に熱が伝わる。また、入口側水室１３１から入口側管板１２１に熱が伝わり、出口側水室１３２から出口側管板１２２に熱が伝わる。さらに、入口側管板１２１および出口側管板１２２から胴体１０１に熱が伝わる。

したがって、伝熱管１０４内に高温蒸気が流れる時の胴体１０１の外気入口部１１１および外気出口部１１２の温度は、熱交換器４００に導入される高温蒸気と同程度の温度となる。このため、熱交換器４００に高温蒸気が導入されると、外気入口部１１１および外気出口部１１２の温度が徐々に上昇し、ヨウ素の昇華温度よりも高くなり、保護板４０５が昇華し、除去される。保護板４０５が除去されると、外気入口部１１１から流入した外気は、胴体１０１内を蛇行して上昇し、外気出口部１１２から流出される。これにより、熱交換器４００の本来の性能が発揮される。

第４の実施の形態によれば、第１の実施の形態で説明した（１）〜（３）と同様の効果を奏する。さらに、第４の実施の形態によれば、第３の実施の形態に比べて、より保護材の物量を低減でき、熱交換器４００の軽量化、および、コストの低減化を図ることができる。

なお、次のような変形も本発明の範囲内であり、変形例の一つ、もしくは複数を上述の実施形態と組み合わせることも可能である。
［変形例］
（１）上記実施の形態では、保護部材である保護膜１０５、保護筒３０５、保護板４０５の材料としてヨウ素を採用した場合の例について説明したが、本発明はこれに限定されない。保護部材の材料としては、昇華温度Ｔｓが外気の入口温度Ｔ０よりも高く、かつ、伝熱管１０４内に高温の蒸気が流れる時の伝熱管１０４の表面温度Ｔ１以下（Ｔ０＜Ｔｓ≦Ｔ１）の種々の材料を採用することができる。

（２）保護部材の材料としては、溶融温度Ｔｍが外気の入口温度Ｔ０よりも高く、かつ、伝熱管１０４内に高温の蒸気が流れる時の伝熱管１０４の表面温度Ｔ１以下（Ｔ０＜Ｔｍ≦Ｔ１）の種々の材料を採用することもできる。たとえば、ヨウ素に代えて、カリウムやリン酸クロム等を保護部材の材料として採用することができる。高温蒸気が伝熱管１０４内に流れることによって保護部材の温度が上昇し、保護部材が溶融し、自然に除去される。なお、液体となった保護材は外気出口部１１２より外部へ排出される。このように、本発明によれば、固体から気体あるいは液体へ相変化する材料の特性を利用して、非使用状態において伝熱管１０４の経年劣化を防止し、使用状態に移行する際に自発的に保護材が除去され、本来の性能を発揮することのできる熱交換器を提供することができる。

（３）上記実施の形態では、胴体１０１や伝熱管１０４が円筒形状に形成されていたが、本発明はこれに限定されない。胴体１０１や伝熱管１０４は、たとえば、断面が多角形状の筒状に形成してもよいし、断面が楕円形状の筒状に形成してもよい。

（４）上記実施の形態では、伝熱管１０４の内側に高温の蒸気が流れ、伝熱管１０４の外側に低温の外気が流れる例について説明したが、本発明はこれに限定されない。たとえば、伝熱管１０４の内側に高温の空気が流れ、伝熱管１０４の外側に低温の水蒸気が流れる熱交換器に本発明を適用してもよい。このような場合であっても、伝熱管１０４に水蒸気が接触することを防止して、伝熱管の経年劣化を防止することができ、かつ、非使用状態から使用状態へ即座に移行することのできる熱交換器を提供することができる。

（５）伝熱管１０４の材質は、ステンレス鋼である場合に限定されない。銅や銅合金、チタン等、種々の材質によって形成される伝熱管を備えた熱交換器に本発明を適用することで、伝熱管に対する経年劣化や汚れの付着を防止することができる。

本発明は、上記した実施の形態に限定されるものでなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で自由に変更、改良が可能である。

１００熱交換器、１０１胴体、１０４伝熱管、１０５保護膜、１０６バッフル板、１０７弁、１０８熱回収熱交換器、１０９発熱体、１１１外気入口部、１１２外気出口部、１２１入口側管板、１２２出口側管板、１３１入口側水室、１３２出口側水室、１３６蒸気入口管台、１３７水出口管台、１７０熱輸送システム、２００熱交換器、２２１入口側管板、２２２出口側管板、２９９側壁、３００熱交換器、３０５保護筒、３４０伝熱管群、４００熱交換器、４０５保護板

Claims

複数の伝熱管を有し、前記伝熱管内を流れる第１流体と、前記伝熱管外を流れる第２流体との間で熱交換が行われる熱交換器であって、
前記伝熱管内に第１流体が流れることによって昇華または溶融する保護部材が、前記伝熱管が前記第２流体に晒されないように設けられていることを特徴とする熱交換器。
請求項１に記載の熱交換器において、
前記保護部材は、前記伝熱管内に第１流体が流れる時の前記伝熱管の表面温度以下の温度で溶融または昇華する材料からなることを特徴とする熱交換器。
請求項１または２に記載の熱交換器において、
前記保護部材は、前記伝熱管の表面を覆う保護膜であることを特徴とする熱交換器。
請求項１または２に記載の熱交換器において、
前記保護部材は、前記複数の伝熱管で構成される伝熱管群を囲む筒状に形成された保護筒であることを特徴とする熱交換器。
請求項１に記載の熱交換器において、
前記伝熱管を収容し、前記第２流体の入口部と出口部とを有する胴体を備え、
前記保護部材は、前記伝熱管内に第１流体が流れる時の前記胴体の入口部および出口部の温度以下の温度で溶融または昇華する材料からなり、
前記保護部材は、前記胴体の入口部および出口部のそれぞれを塞ぐ保護板であることを特徴とする熱交換器。
請求項１、２および５のいずれか１項に記載の熱交換器において、
前記第１流体は蒸気であり、前記第２流体は空気であることを特徴とする熱交換器。
請求項３に記載の熱交換器において、
前記第１流体は蒸気であり、前記第２流体は空気であることを特徴とする熱交換器。
請求項４に記載の熱交換器において、
前記第１流体は蒸気であり、前記第２流体は空気であることを特徴とする熱交換器。