JP2015232409A - 多管式熱交換器の閉塞構造および多管式熱交換器の閉塞方法 - Google Patents

Abstract

【課題】火気を用いずに管板孔を閉塞し、汎用性に優れた多管式熱交換器の閉塞構造および多管式熱交換器の閉塞方法を提供すること。
【解決手段】内板６１と、ボルト６２と、管板孔２ａ１を覆う大きさの抑え板６４と、ナット６６とを備え、内板６１には、ボルト６２の軸部が挿通され且つボルト６２の頭部が接合され、内板６１と抑え板６４との間には、管板孔２ａ１を含む管板２ａが配され、抑え板６４から突出するボルト６２の軸部にナット６６が螺合されることで、内板６１と管板２ａと抑え板６４とが締結されることを特徴とする多管式熱交換器の閉塞構造。
【選択図】 図３

Description

本発明は、固定管板方式の多管式熱交換器のチューブを取り外した際に露出した管板孔を閉塞する多管式熱交換器の閉塞構造および多管式熱交換器の閉塞方法関する。

固定管板方式の多管式熱交換器は、管板孔に合わせて管板に両端部が接合された多数のチューブを備える。さらに、多管式熱交換器は、チューブの内外にそれぞれ温度の異なる流体が流れることで、流体同士での熱交換を行う。このような多管式熱交換器では、チューブの一部に腐食等によりき裂等が生じた場合、チューブ内の流体がチューブ外へ漏洩またはチューブ外の流体がチューブ内へ漏洩してしまう。このため、き裂等が発生した場合には、き裂等が発生したチューブを多管式熱交換器の外側へと抜き取り、露出した管板孔を閉塞させる対応が行われる。

このような多管式熱交換器の閉塞方法としては、例えば、図１０に示すように、外周面にテーパーを有する略円柱状の止め栓７を用いた閉塞方法が従来用いられている。図１０に示した例では、まず、チューブが取り外されたことで露出した管板２ａの管板孔２ａ１に、多管式熱交換器の外側となるｘ軸負方向側から止め栓７を挿着させる。次いで、ｘ軸負方向側から止め栓７と管板孔２ａ１の外周とを溶接することで封止し、管板孔２ａ１を閉塞させる。
また、特許文献１には、多管式熱交換器の他の閉塞方法として、弾性体からなる中心に貫通孔を有する封止栓と、封止栓の貫通孔に差し込まれたテーパーコーン付きネジ軸とからなる管端封止栓を用いた閉塞方法が開示されている。

特開２０００−２１３８９０号公報

しかし、図１０に示した止め栓７を用いた多管式熱交換器の閉塞方法では、止め栓７を管板孔２ａ１に挿着した後に、溶接する必要がある。このとき、溶接により管板２ａや他のチューブに熱が加わることで熱歪が発生する場合があり、熱歪によって新たな漏洩が誘発する可能性がある。また、溶接時には多管式熱交換器の内部に火花等が入る可能性があるため、多管式熱交換器内部の可燃性ガスや、油分等を有する付着物を除去する必要がある。しかし、付着物を洗浄除去する際に、設備構造上の理由から洗浄不可能な場合や完全に洗浄できない場合がある。

また、特許文献１に開示された閉塞方法では、貫通孔に精度良く合わせた封止栓を作成する必要があるため、汎用性に欠ける。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、火気を用いずに管板孔を閉塞し、汎用性に優れた多管式熱交換器の閉塞構造および多管式熱交換器の閉塞方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る多管式熱交換器の閉塞構造は、管板の管板孔に複数のチューブが設けられた多管式熱交換器の少なくとも一つの上記チューブを抜き取った後に、上記管板の上記チューブが設けられていた位置に露出する上記管板孔を閉塞させる多管式熱交換器の閉塞構造において、一方向の長さが上記管板孔の直径よりも長く且つ上記管板孔に挿入可能な形状の内板と、ボルトと、上記管板孔を覆う大きさの抑え板と、ナットとを備え、上記内板には、上記ボルトの軸部が挿通され且つ上記ボルトの頭部が接合され、上記内板と上記抑え板との間には、上記管板孔を含む上記管板が配され、上記抑え板から突出する上記ボルトの軸部に上記ナットが螺合されることで、上記内板と上記管板と上記抑え板とが締結されることを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る多管式熱交換器の閉塞方法は、管板の管板孔に複数のチューブが設けられた多管式熱交換器の少なくとも一つの上記チューブを抜き取った後に、上記管板の上記チューブが設けられていた位置に露出する上記管板孔を閉塞する多管式熱交換器の閉塞方法において、一方向の長さが上記管板孔の直径よりも長く且つ上記管板孔に挿入可能な形状を有し、ボルトの軸部が挿通され且つ上記ボルトの頭部が接合された内板を、上記管板孔を介して上記多管式熱交換器の外側から内側に、上記ボルトの頭部が上記多管式熱交換器の内側に配するように挿入し、上記管板孔を覆う大きさの抑え板を、上記ボルトの軸部を上記抑え板に挿通させた状態で、上記内板と上記抑え板との間に上記管板孔を含む上記管板とが順に配し、上記抑え板から突出する上記軸部にナットを螺合することで、上記内板と上記管板と上記抑え板とを締結することを特徴とする。

本発明によれば、火気を用いずに管板孔を閉塞し、汎用性に優れた多管式熱交換器の閉塞構造および多管式熱交換器の閉塞方法を提供することができ
る。

本発明の一実施形態における多管式熱交換器を示す説明図である。 チューブが挿着された状態を示す断面図である。 同実施形態の多管式熱交換器の閉塞構造を示す断面図である。 同実施形態の多管式熱交換器の閉塞構造を示す側面図である。 図３の分解した状態を示す側面図である。 図３の分解した状態を示す断面図である。 同実施形態の多管式熱交換器の閉塞方法を示す断面図である。 同実施形態の多管式熱交換器の閉塞方法における図７の後の状態を示す断面図である。 同実施形態の多管式熱交換器の閉塞方法における図８の後の状態を示す断面図である。 止め栓を用いた従来の多管式熱交換器の閉塞方法を示す断面図である。

以下、本発明を実施するための形態（以下、実施形態という。）を、図面を参照しながら詳細に説明する。
＜多管式熱交換器＞
まず、図１および図２を用いて本発明の一実施形態における多管式熱交換器１について説明する。図１に示すように、本実施形態における多管式熱交換器１は、本体２と、チューブ３と、カバー４とを備える。

本体２は、金属製の筐体である。また、本体２は、ｘ軸正方向側端部のｙ軸正方向側に設けられた第１の流体入口２１と、ｘ軸正方向側端部のｙ軸負方向側に設けられた第１の流体出口２２と、ｙ軸正方向端部に設けられた第２の流体入口２３と、ｙ軸負方向端部に設けられた第２の流体出口２４とを有する。さらに、本体２は、図１および図２に示すように、チューブ３が設けられる位置に応じて、本体２のｘ軸正方向側および負方向側の端部に管板孔２ａ１がそれぞれ形成される。

チューブ３は、図２に示すように、長手方向の両端部に内径が拡径された拡径部を有する金属製の円筒管である。チューブ３は、複数のチューブ３が束になった状態で、管板孔２ａ１をそれぞれ挿通して設けられる。これにより、チューブ３は、第１の流体がｘ軸方向の正方向側または負方向側へと流れる経路を形成する。また、チューブ３の束は、ｙ軸方向に並んで複数個設けられる。
カバー４は、金属製のカバーであり、第１の流体入口２１および第１の流体出口２２を除いた管板孔２ａ１が設けられた本体２のｘ軸方向の端部にそれぞれ設けられる。また、カバー４は、ｙ軸方向の上下に隣接して配されたチューブ３の２つの束を覆うように設けられる。

このような多管式熱交換器１では、第１の流体が、第１の流体入口２１から供給され、束になったチューブ３を通ってｘ軸負方向側へと移動し、チューブ３の端部から排出される。さらに、排出された第１の流体は、カバー４内を通って、ｙ軸負方向側に隣接して設けられた他の束になったチューブ３に供給され、チューブ３を通ってｘ軸正方向側へと移動する。上述の動作が繰り返されることにより、第１の流体は、ｙ軸方向の正方向側から負方向側へと移動し、最終的に第１の流体出口２２から排出される。

また、このような多管式熱交換器１では、第２の流体が、第２の流体入口２３から供給され、本体２内をｙ軸正方向側から負方向側へと移動し、第２の流体出口２４から排出される。
このとき、チューブ３内を流れる第１の流体とチューブ３外を流れる第２の流体とは、温度が異なる。このため、チューブ３を介して第１の流体と第２の流体とで熱交換が行われる。
このような多管式熱交換器１では、いずれかのチューブ３の一部に腐食等によりき裂等が生じた場合、カバー４を外した状態で、き裂等が生じたチューブ３を多管式熱交換器１の外部へと抜き取る。さらに、抜き取ったチューブ３が挿通されていたｘ軸方向両端の管板孔２ａ１を閉塞させる。このように、チューブ３を抜き取り、管板孔２ａ１を閉塞させることで、多管式熱交換器１を継続して稼働させることができる。

＜多管式熱交換器の閉塞構造＞
次に、図３〜図６を用いて本実施形態に係る多管式熱交換器１の閉塞構造について説明する。本実施形態に係る多管式熱交換器１の閉塞構造は、上述したように、チューブ３を抜き取られた後に露出した管板孔２ａ１を閉塞するための構造である。本実施形態に係る多管式熱交換器１の閉塞構造は、内板６１と、ボルト６２と、シール部材６３と、抑え板６４と、円筒部材６５と、ナット６６と、キャップ６７とを備える。

内板６１は、矩形状の金属板であり、面中心部にボルト６２の軸部が挿通可能なように孔が形成される。また、内板６１の長手方向（図４のｙ軸方向）の長さは、管板孔２ａ１の直径よりも大きく、且つ管板孔２ａ１の直径の２倍よりも小さい。さらに、内板６１の幅方向（図４のｚ軸方向）の長さは、管板孔２ａ１の直径よりも小さい。
内板６１およびボルト６２は、ボルト６２の軸部が内板６１の孔に挿通した状態で、ボルト６２の頭部と内板６１とが溶接されることで接合される。

シール部材６３は、輪形状のゴム製のパッキン等である。シール部材６３の内径は、管板孔２ａ１の直径よりも大きくなるように形成される。
抑え板６４は、円形の金属板であり、面中心部にボルト６２の軸部が挿通可能なように孔が形成される。抑え板６４の直径は、管板孔２ａ１の直径およびシール部材６３の内径よりも大きくなるように形成される。

円筒部材６５は、両端が開放した円筒状の金属部材である。円筒部材６５の直径は、後述するナット６６のｙ−ｚ面における最大長よりも大きく、抑え板６４の直径よりも小さくなるように形成される。円筒部材６５のｘ軸正方向側端部は、抑え板６４のｘ軸負方向側の面に溶接されることで接合される。このとき、円筒部材６５の外周全周にわたって溶接が行われることにより、円筒部材６５と抑え板６４とは、隙間なく接合される。また、円筒部材６５のｘ軸負方向側端部の外周面には、後述するキャップ６７と螺合するように、雄ネジ部６５ａが形成される。
ナット６６は、金属製の六角ナットであり、ボルト６２の軸部に螺合可能に形成される。
キャップ６７は、ｘ軸負方向側端部が開放した円筒状の金属部材である。キャップ６７の内周面には、円筒部材６５と螺合するように雌ネジ部６７ａが形成される。

本実施形態に係る多管式熱交換器１の閉塞構造では、図３、図５および図６に示すように、ボルト６２の頭部が多管式熱交換器１の内側に配されるように、内板６１が多管式熱交換器１の内側に設けられる。また、抑え板６４は、接合された円筒部材６５が抑え板６４のｘ軸負方向側に位置するように、多管式熱交換器１の外側に設けられる。内板６１と抑え板６４との間には、管板孔２ａ１を含む管板２ａと、多管式熱交換器１の外側にシール部材６３とが順に配される。ボルト６２の軸部は、管板孔２ａ１、シール部材６３の径の中心、抑え板６４の孔にそれぞれ挿通した状態で、ｘ軸負方向側の先端部にナット６６が螺合される。これにより、内板６１と管板孔２ａ１を含む管板２ａとシール部材６３と抑え板６４とが締結された状態となる。さらに、円筒部材６５の雄ネジ部６５ａと、キャップ６７の雌ネジ部６７ａが螺合されることで、円筒部材６５にキャップ６７が挿着される。

＜多管式熱交換器の閉塞方法＞
次に、図７〜図９を参照して、本実施形態に係る多管式熱交換器１の閉塞方法について説明する。
まず、図７に示すように、内板６１を管板孔２ａ１を介して多管式熱交換器１の外側から内側（ｘ軸の負方向側から正方向側）に、ボルト６２の頭部が多管式熱交換器１の内側に配されるように挿入する。このとき、内板６１の長手方向の長さが管板孔２ａ１の直径よりも大きいため、内板６１をｘ−ｙ平面内で傾けさせて、長手方向の両端のうちいずれか一端から挿入させることにより、内板６１を多管式熱交換器１の内側に挿入することができる。

内板６１を多管式熱交換器１の内側に挿入した後、図８に示すように、内板６１と管板２ａとが接触し、ボルト６２の軸部が管板孔２ａ１の中心を通ってｘ軸負方向側へ突出するように設ける。次いで、突出したボルト６２の軸部を、シール部材の径の中心と、抑え板６４の孔とに順に挿通させる。さらに、ボルト６２の軸部の先端からナット６６を螺合させることにより、内板６１と管板孔２ａ１を含む管板２ａとシール部材６３と抑え板６４とを締結させる。
内板６１と管板２ａとシール部材６３と抑え板６４とを締結させた後、図９に示すように、円筒部材６５の雄ネジ部６５ａにキャップ６７の雌ネジ部６７ａを螺合させることにより、円筒部材６５をキャップ６７に挿着させる。
このように、多管式熱交換器１の閉塞方法によれば、図３に示す閉塞構造を有する状態となる。

＜変形例＞
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上記実施形態では、多管式熱交換器の閉塞構造は、内板６１と、ボルト６２と、シール部材６３と、抑え板６４と、円筒部材６５と、ナット６６と、キャップ６７とを備えるとしたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、多管式熱交換器の閉塞構造は、第１の流体および第２の流体に応じて、上記構成から円筒部材６５およびキャップ６７、またはシール部材６３のうち少なくとも一方の構成を除いた構成であってもよい。このような構成の閉塞構造は、密封性は低下するものの、安価かつ簡便に管板孔２ａ１の閉塞をすることができる。

また、上記実施形態では、内板６１とボルト６２の頭部との接合および抑え板６４と円筒部材６５との接合は、溶接を用いて接合されるとしたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、内板６１とボルト６２の頭部との接合および抑え板６４と円筒部材６５との接合のうち少なくとも一方のする際に、接着剤を用いた接合方法等の溶接以外の接合方法が用いられてもよい。なお、他の接合方法を用いた場合についても溶接を用いた場合と同様に、抑え板６４と円筒部材６５との接合では、抑え板６４と円筒部材６５との接合部は隙間なく接合される。

また、上記実施形態では内板６１は矩形状としたが、本発明はかかる例に限定されない。内板６１は、一方向の長さが管板孔２ａ１の直径よりも長く、且つ管板孔２ａ１に挿入可能な形状であれば他の形状であってもよい。例えば、内板６１の形状は、楕円形や菱形等の形状でもよい。
また、円筒部材６５の先端とキャップ６７との間に、シール材が設けられてもよい。
また、上記実施形態では、シール部材６３および抑え板６４は円形の形状を有するとしたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、シール部材６３および抑え板６４は、管板孔２ａ１を覆う大きさであれば矩形等の他の形状であってもよい。

＜本発明の実施形態の効果＞
本発明の実施形態の効果を以下に説明する。
（１）本発明の実施形態に係る多管式熱交換器１の閉塞構造では、一方向の長さが管板孔２ａ１の直径よりも長く且つ管板孔２ａ１に挿入可能な形状の内板６１と、ボルト６２と、管板孔２ａ１を覆う大きさの抑え板６４と、ナット６６とを備え、内板６１には、ボルト６２の軸部が挿通され且つボルト６２の頭部が接合され、内板６１と抑え板６４との間には、管板孔２ａ１を含む管板２ａが配され、抑え板６４から突出するボルト６２の軸部にナット６６が螺合されることで、内板６１と管板２ａと抑え板６４とが締結される。

上記構成によれば、火気を用いずに管板孔２ａ１を閉塞することができる。このため、施工上の安全を確保することができ、管板２ａや他のチューブ３の熱歪を防止することができる。さらに、従来の火気を用いた閉塞方法に比べ、洗浄を行う必要がないため、管板孔２ａ１の閉塞作業に掛かる時間を短縮することができ、様々な形状の多管式熱交換器に適用することができる。さらに、上記構成の閉塞方法は、内板６１や抑え板６４を予め大きくすることで、様々な直径の管板孔２ａ１に用いることができるため汎用性に優れる。

（２）本発明の実施形態に係る多管式熱交換器１の閉塞構造では、シール部材６３をさらに備え、内板６１と抑え板６４との間には、管板孔２ａ１を含む管板２ａとシール部材６３とが順に配され、抑え板６４から突出するボルト６２の軸部にナット６６が螺合されることで、内板６１と管板２ａとシール部材６３と抑え板６４とが締結される。
上記構成によれば、管板２ａと抑え板６４との接触面における第１の流体または第２の流体の漏洩を確実に防止することができる。

（３）本発明の実施形態に係る多管式熱交換器１の閉塞構造では、両端が開放した円筒部材６５と、一端が開放した円筒状のキャップ６７とをさらに備え、円筒部材６５の一端が抑え板６４の内板６１と対向する反対側の面に隙間なく接合され、円筒部材６５は、抑え板６４が接合された一端と反対側の外周面に雄ネジ部６５ａを有し、キャップ６７は、内周面に雌ネジ部６７ａを有し、雄ネジ部６５ａと雌ネジ部６７ａとが螺合することで円筒部材６５に挿着される。
上記構成によれば、抑え板６４と円筒部材６５との接触面、および円筒部材６５とキャップ６７との接触面における第１の流体または第２の流体の漏洩を確実に防止することができる。これにより、本体２内を流れる第２の流体がボルト穴等から漏れた場合でも、第２の流体が第１の流体の流路に混入することを防止することができる。

（４）本発明の実施形態に係る多管式熱交換器１の閉塞構造では、ボルト６２の頭部と内板６１との接合部および円筒部材６５の一端と抑え板６４との接合部は、溶接にて接合される。
上記構成によれば、耐腐食性や耐熱性に優れ、安価な方法で接合することができる。
（５）本発明の実施形態に係る多管式熱交換器１の閉塞構造では、内板６１は矩形の形状を有し、内板６１の長手方向の長さは、管板孔２ａ１の直径よりも大きく、管板孔２ａ１の直径の２倍の長さよりも小さい。内板６１の幅方向の長さは、管板孔２ａ１の直径よりも小さい。
上記構成によれば、単純な形状の部材を用いて安価に管板孔２ａ１を閉塞することができる。

（６）本発明の実施形態に係る多管式熱交換器１の閉塞方法では、一方向の長さが管板孔２ａ１の直径よりも長く且つ管板孔２ａ１に挿入可能な形状を有し、ボルト６２の軸部が挿通され且つボルト６２の頭部が接合された内板６１を、管板孔２ａ１を介して多管式熱交換器１の外側から内側に、ボルト６２の頭部が多管式熱交換器１の内側に配するように挿入し、管板孔２ａ１を覆う大きさの抑え板６４を、ボルト６２の軸部を抑え板６４に挿通させた状態で、内板６１と抑え板６４との間に管板孔２ａ１を含む管板２ａとが順に配し、抑え板６４から突出する軸部にナット６６を螺合することで、内板６１と管板２ａと抑え板６４とを締結する。
上記構成によれば、（１）に記載の閉塞構造を実現することができる。

１ ：多管式熱交換器
２ ：本体
２ａ ：管板
２ａ１ ：管板孔
２１ ：第１の流体入口
２２ ：第１の流体出口
２３ ：第２の流体入口
２４ ：第２の流体出口
３ ：チューブ
４ ：カバー
６１ ：内板
６２ ：ボルト
６３ ：シール部材
６４ ：板
６５ ：円筒部材
６５ａ ：雄ネジ部
６６ ：ナット
６７ ：キャップ
６７ａ ：雌ネジ部
７ ：栓

Claims (7)

1. 管板の管板孔に複数のチューブが設けられた多管式熱交換器の少なくとも一つの前記チューブを抜き取った後に、前記管板の前記チューブが設けられていた位置に露出する前記管板孔を閉塞させる多管式熱交換器の閉塞構造において、
   一方向の長さが前記管板孔の直径よりも長く且つ前記管板孔に挿入可能な形状の内板と、ボルトと、前記管板孔を覆う大きさの抑え板と、ナットとを備え、
   前記内板には、前記ボルトの軸部が挿通され且つ前記ボルトの頭部が接合され、
   前記内板と前記抑え板との間には、前記管板孔を含む前記管板が配され、
   前記抑え板から突出する前記ボルトの軸部に前記ナットが螺合されることで、前記内板と前記管板と前記抑え板とが締結されることを特徴とする多管式熱交換器の閉塞構造。
2. シール部材をさらに備え、
   前記内板と前記抑え板との間には、前記管板孔を含む前記管板と前記シール部材とが順に配され、
   前記抑え板から突出する前記ボルトの軸部に前記ナットが螺合されることで、前記内板と前記管板と前記シール部材と前記抑え板とが締結されることを特徴とする請求項１に記載の多管式熱交換器の閉塞構造。
3. 両端が開放した円筒部材と、一端が開放した円筒状のキャップとをさらに備え、
   前記円筒部材の一端が前記抑え板の前記内板と対向する反対側の面に隙間なく接合され、
   前記円筒部材は、前記抑え板が接合された一端と反対側の外周面に雄ネジ部を有し、
   前記キャップは、内周面に雌ネジ部を有し、前記雄ネジ部と前記雌ネジ部とが螺合することで前記円筒部材に挿着されることを特徴とする請求項１または２に記載の多管式熱交換器の閉塞構造。
4. 前記円筒部材の一端と前記抑え板とは、溶接で接合されることを特徴とする請求項３に記載の多管式熱交換器の閉塞構造。
5. 前記ボルトの頭部と前記内板とは溶接で接合されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の多管式熱交換器の閉塞構造。
6. 前記内板は矩形の形状を有し、
   前記内板の長手方向の長さは、前記管板孔の直径よりも大きく、前記管板孔の直径の2倍の長さよりも小さく、
   前記内板の幅方向の長さは、前記管板孔の直径よりも小さいことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の多管式熱交換器の閉塞構造。
7. 管板の管板孔に複数のチューブが設けられた多管式熱交換器の少なくとも一つの前記チューブを抜き取った後に、前記管板の前記チューブが設けられていた位置に露出する前記管板孔を閉塞する多管式熱交換器の閉塞方法において、
   一方向の長さが前記管板孔の直径よりも長く且つ前記管板孔に挿入可能な形状を有し、ボルトの軸部が挿通され且つ前記ボルトの頭部が接合された内板を、前記管板孔を介して前記多管式熱交換器の外側から内側に、前記ボルトの頭部が前記多管式熱交換器の内側に配するように挿入し、
   前記管板孔を覆う大きさの抑え板を、前記ボルトの軸部を前記抑え板に挿通させた状態で、前記内板と前記抑え板との間に前記管板孔を含む前記管板とが順に配し、
   前記抑え板から突出する前記軸部にナットを螺合することで、前記内板と前記管板と前記抑え板とを締結することを特徴とする多管式熱交換器の閉塞方法。

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