JP2020041752A - 熱交換器 - Google Patents

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Abstract

【課題】熱交換器からの流体の漏洩が発生した場合に熱交換動作を継続しても問題が生じないようにする。【解決手段】熱交換器10は、それぞれ複数の流路が形成された複数の層部を有し、隣り合う層部同士が互いに接合された構成の熱交換器本体12と、複数の流路に流入する流体が導入される流入ヘッダ14と、複数の流路を流れた流体を合流させる流出ヘッダ15と、隣り合う層部同士の接合部位又は層部の構成材同士の接合部位であって流入ヘッダ14及び流出ヘッダ15が配置されたところ以外のところで熱交換器本体12の外面に現れる全ての接合部位を覆う覆い部17と、覆い部17に接続され、覆い部17と熱交換器本体12との間のすき間に連通する内部流路を形成する導出部18と、を備える。導出部18は、予め設定された所定の領域に流体を放出する構成である。【選択図】図1

Description

本発明は、それぞれ複数の流路が形成された複数の層部を有する熱交換器に関する。
従来、特許文献1及び2に開示されているように、それぞれ複数の流路が形成された複数の層部を有する熱交換器本体を備えた熱交換器が知られている。この種の熱交換器では、複数の層部が互いに積層されるとともに、隣り合う層部同士が互いに接合されている。そして、第1の層部に形成された第1の流路を流れる第1の流体と、第2の層部に形成された第2の流路を流れる第2の流体との間で、熱交換が行われる。
特許文献1に開示された熱交換器では、最も外側に位置する層部の更に外側に熱応力によって比較的損傷しやすく形成された検知部が設けられ、この検知部にガスリークチェック用の窒素ガスを送り込んで、圧力計によって、流路からのガスリークの有無を検知可能となっている。検知部自体は、熱交換流体が流れる構成ではないため、層部よりも損傷の早い検知部での損傷を検知する構成とすることにより、層部における損傷の予測が可能となっている。
一方、特許文献2に開示された熱交換器では、最も外側に位置する層部の更に外側に保護層が設けられている。この保護層は、積層体を構成する層部と同等の強度を有するように構成されている。この熱交換器では、最も外側に位置する層部から保護層に熱交換流体が漏洩した場合、保護層を層部の積層体と同様に圧力を保持する部位として機能させることができる。したがって、最も外側に位置する層部から保護層に流体が漏洩した場合であっても、継続して熱交換器を使用することができる。
特開2010−249475号公報 特開2014−40945号公報
特許文献1及び2に開示された熱交換器では、層部同士が接合された部位を通して流体が漏洩することには着目していない。したがって、層部同士の接合部位を通して流体が漏洩した場合に熱交換器の運転が継続できなくなるという問題がある。すなわち、熱交換の対象となる流体の種類によっては、流体の漏洩が発生した場合に熱交換器の周囲に流体が溜まることが望ましくないために、熱交換器の運転が継続できなくなる場合がある。また、流体の漏洩が生じた場合、熱交換器の運転を停止した後、漏洩箇所を特定するとともに、特定した箇所の補修を行い、さらに試験的に圧力を加えて漏洩が発生しないかチェックを行う、という手間のかかる手順を踏まなければならず、熱交換器の運転をできるだけ継続したいという要望を満たさない。
そこで、本発明は、前記従来技術を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、熱交換器からの流体の漏洩が発生した場合に熱交換動作を継続しても問題が生じないようにすることにある。
前記の目的を達成するため、本発明は、それぞれ複数の流路が形成された複数の層部を有し、前記複数の層部が積層された状態で隣り合う層部同士が互いに接合された構成の熱交換器本体と、前記熱交換器本体に固定され、前記複数の流路に流入する流体が導入される流入ヘッダと、前記熱交換器本体に固定され、前記複数の流路を流れた流体を合流させる流出ヘッダと、前記隣り合う層部同士の接合部位又は層部の構成材同士の接合部位であって前記流入ヘッダ及び前記流出ヘッダが配置されたところ以外のところで前記熱交換器本体の外面に現れる全ての接合部位を覆う覆い部と、前記覆い部に接続され、前記覆い部と前記熱交換器本体との間の空間又はすき間に連通する内部流路を形成する導出部と、を備える熱交換器である。前記導出部は、予め設定された所定の領域に流体を放出する構成である。
本発明に係る熱交換器では、覆い部が、流入ヘッダ及び流出ヘッダが配置されたところ以外のところに位置し、熱交換器本体の外面に現れる全ての接合部位を覆う。したがって、熱交換器本体の外面に現れた一部の接合部位から流体が漏洩した場合、その流体は、覆い部と熱交換器本体との間のすき間又は覆い部と熱交換器本体との間に形成された空間を通して導出部の内部流路に流入する。導出部は、予め設定された所定の領域まで延びているため、内部流路を流れる流体は、予め設定された所定の領域に排出される。したがって、一部の接合部位から流体が漏れることがあったとしても、漏れた流体が熱交換器の周囲に溜まるということがない。よって、熱交換器本体中に存在する接合部位の内、一部の接合部位からの流体の漏れがあった場合に熱交換動作を継続しても、熱交換器の周囲が流体で満たされることによる問題が生じにくい。したがって、熱交換器の補修を即座に行う必要はなく、次回の計画されたメンテナンスまでの期間等の当分の間、熱交換器の運転を継続することが可能となる。
なお、所定の領域としては、例えば、熱交換器がプラント内に設置される場合には、プラント設置者が設定した所定のエリア、プラント設置者が流体の排出を許可するエリア、プラントの各種機器が設置されていないエリア等の安全エリアが挙げられる。また、所定の領域として、熱交換器が設置されたエリアに対して仕切りによって隔てられたエリアを例示することもできるし、流体が人に影響しない程度に高いところ(この場合、大気開放される)を例示することもできる。また、フレアスタック又はベントスタックを例示することができ、あるいはフレアスタック又はベントスタックに繋がる配管を例示することもできる。
前記覆い部は、その全周で前記熱交換器本体に直接的に又は間接的に溶接されてもよい。また、前記導出部は、溶接又はねじ締結によって前記覆い部に固定されていてもよい。
この態様では、覆い部がその全周に亘って熱交換器本体に溶接されているので、流入ヘッダ及び流出ヘッダが配置されたところ以外のところに位置する接合部位からの流体の漏洩が発生した場合に、当該流体は、覆い部と熱交換器本体との間のすき間又は覆い部と熱交換器本体との間に形成された空間に確実に流入する。また、覆い部が熱交換器本体に直接的に又は間接的に溶接されているので、覆い部と熱交換器本体との間のシール性を確保することができる。また、導出部が溶接又はねじ締結によって覆い部に固定されているので、覆い部と導出部との接続部位におけるシール性も確保することができる。
前記覆い部は、前記熱交換器本体の1つの側面に配置された覆い部材を含んでもよい。前記覆い部材は、複数の固定箇所で前記熱交換器本体に固定されていてもよい。
この態様では、覆い部材と熱交換器本体との間のすき間又は覆い部材と熱交換器本体との間に形成された空間に高圧の流体が流入した場合でも、覆い部材の変形量を抑制することができる。すなわち、覆い部材が複数の固定箇所で熱交換器本体に固定されているため、外周部の全周等の1箇所のみで熱交換器本体に固定される構成に比べて、覆い部材の変形量を低減することができる。また、変形量を所定値以下に抑えつつ、覆い部材の厚みを低減することが可能になる。従って、覆い部材の薄肉化を図ることが可能となる。このため、覆い部材を溶接で固定する場合であっても、熱交換器本体への入熱量を低減することが可能となる。
前記覆い部材が複数の部材に分割された構成でもよい。この場合、前記複数の部材のそれぞれが前記1つの側面に固定されていてもよい。
この態様では、各部材の面積が覆い部材の面積よりも小さい。このため、覆い部材と熱交換器本体との間のすき間又は覆い部材と熱交換器本体との間に形成された空間に高圧の流体が流入した場合の各部材の変形量は、小さく抑えられる。また、覆い部材の面積よりも小さな面積を有する部材が熱交換器本体の側面に固定されるため、覆い部材の薄肉化を図ることが可能となる。このため、覆い部材を溶接で固定する場合であっても、熱交換器本体への入熱量を低減することが可能となる。
前記複数の固定箇所のそれぞれは、前記覆い部材に形成された複数の溶接孔に設けられるとともに前記熱交換器本体に固着した溶接材によって構成されていてもよい。
この態様では、複数の溶接孔にそれぞれ溶接材が設けられて、この溶接材を介して覆い部が熱交換器本体に固着している。したがって、溶接箇所では、覆い部材の変形を阻止するため、覆い部材全体としての変形量を低減することができる。また、覆い部材の薄肉化を図ることが可能となる。このため、覆い部材を溶接で固定する場合において、熱交換器本体への入熱量を低減することが可能となる。
前記覆い部は、前記熱交換器本体に固定された固定用部材に溶接されていてもよい。
この態様では、覆い部が固定用部材に溶接されるときの熱が、固定用部材を介して熱交換器本体に伝わるため、溶接時における熱交換器本体への入熱量を低減することができる。したがって、溶接によって熱交換器本体に入熱することによる悪影響を抑制することができる。また、仮に、固定用部材が熱交換器本体に溶接される構成であったとしても、熱交換器本体への固定用部材の溶接を終えた後、流体の漏洩チェックを行うことができる。このため、固定用部材を熱交換器本体に溶接することにより不具合が生ずることを抑止することができる。なお、固定用部材は、熱交換器本体への覆い部の固定箇所でもある。
前記固定用部材は、前記熱交換器本体における接合面上に予め設けられた肉盛溶接によって構成されていてもよい。
この態様では、溶接材を熱交換器本体に固着させた上で、覆い部を溶接材に溶接することにより、覆い部が熱交換器本体に肉盛溶接される。覆い部で熱交換器本体を覆う前に接合部位からの流体の漏洩チェックを行うことができるため、溶接材を熱交換器本体に固着させる際の熱交換器本体への入熱があったとしても、それによる不具合をチェックすることができる。
前記固定用部材は、前記熱交換器本体に固定された板状体によって構成されていてもよい。
この態様では、覆い部を板状体に溶接する際の熱が板状体を通して熱交換器本体に伝わるため、熱交換器本体への入熱量を効果的に低減することができる。
前記固定用部材は、前記覆い部と前記熱交換器本体との間の空間を複数の空間に分割してもよい。この場合、前記複数の空間を連通させる連通手段が設けられていてもよい。
この態様では、覆い部と熱交換器本体との間の空間が複数の空間に分割されている場合であっても、複数の空間に対応してそれぞれ導出部を設ける必要が無くなる。したがって、熱交換器の構成が複雑化することを抑制することができる。
前記覆い部及び前記熱交換器本体は互いに異なる金属材で構成されてもよい。この場合、前記固定用部材は、前記覆い部に溶接されるとともに前記熱交換器本体に溶接された異材接手によって構成されていてもよい。
この態様では、覆い部及び熱交換本体がそれぞれ異なる素材で構成されている場合であっても、覆い部を熱交換本体に溶接することができる。これにより、覆い部の素材の選択の自由度が向上するため、覆い部の強度をより高めることが可能になる。
前記導出部には、前記導出部の前記内部流路を流れる流体を圧縮する圧縮機が配置されていてもよい。
この態様では、覆い部と熱交換器本体との間のすき間又は覆い部と熱交換器本体との間に形成された空間に流入した流体を圧縮機によって吸引することができる。したがって、当該すき間内又は空間内から流体を効率的に導出させることができる。しかも、導出部において流体が圧縮機によって圧縮されるため、流体が放出される予め設定された所定の領域がある程度の圧力を有する場合であっても、効率的に流体を放出することができる。
前記導出部における前記圧縮機の吸入側には、バッファタンクが配置されていてもよい。
この態様では、圧縮機が起動する前の状態において、覆い部と熱交換器本体との間のすき間内の圧力又は覆い部と熱交換器本体との間に形成された空間内の圧力が上がる速度を低減することができる。したがって、前記すき間内又は空間内の圧力が上がることを抑制することもできる。
前記覆い部に補強リブが溶接されていてもよい。この態様では、覆い部が補強されるため、覆い部の薄型化を図ることができる。このため、覆い部材を溶接で固定する場合には、熱交換器本体への入熱量を低減することが可能となる。
前記覆い部に補強リブが機械的に取り付けられていてもよい。この態様では、補強リブの素材が覆い部の素材と異なる場合であっても、補強リブを覆い部に固定することができる。したがって、覆い部及び補強リブの素材の選択の自由度が上がる。
前記覆い部は、スチールバンドが巻かれることによって補強されていてもよい。この態様では、覆い部が補強されるため、覆い部の薄型化を図ることができる。このため、覆い部材を溶接で固定する場合には、熱交換器本体への入熱量を低減することが可能となる。
前記覆い部は、1又は複数の半円筒状の部材によって構成されていてもよい。この態様では、覆い部の剛性が上がるため、覆い部の薄型化を図ることができる。このため、覆い部材を溶接で固定する場合には、熱交換器本体への入熱量を低減することが可能となる。
前記複数の層部はそれぞれ、仕切板と前記仕切板にロウ付けされた波板と前記波板を囲むサイドバーとを有してもよい。
前記隣り合う層部同士が拡散接合されていてもよい。
以上説明したように、本発明によれば、熱交換器側面の接合部からの流体の漏洩が発生した場合に熱交換動作を継続しても問題が生じないようにすることができる。
第1本実施形態に係る熱交換器の全体構成を示す正面図である。 前記熱交換器を一部破断した状態で示す熱交換器の斜視図である。 前記熱交換器に形成された層部を部分的に示す図である。 前記熱交換器の導出部がプラント内に設けられたフレアスタックに接続された状態を示す図である。 前記熱交換器の導出部がプラント内に設けられたベントスタックに接続された状態を示す図である。 前記熱交換器の導出部がプラント内の他の機器よりも上方まで延びる状態を示す図である。 第4覆い部材が複数の平板部材で構成された場合の熱交換器を一部破断した状態で示す熱交換器の斜視図である。 第4覆い部材が、複数の溶接箇所が設けられた1枚の平板部材で構成される形態を説明するための図である。 第4覆い部材を固定する部分に予め肉盛溶接が設けられた場合の熱交換器を一部破断した状態で示す熱交換器の斜視図である。 ダミー層が設けられて、ダミー層を介して第4覆い部材と熱交換器本体との間を連通させる形態を説明するための図である。 第4覆い部材が板状体を介して熱交換器本体の側面に固定される形態を説明するための図である。 導出部に圧縮機及びバッファタンクが設けられた形態を説明するための図である。 第4覆い部材に補強リブが設けられた場合の熱交換器を一部破断した状態で示す熱交換器の斜視図である。 第4覆い部材に機械的な手段によって補強リブが固定される形態を説明するための図である。 熱交換器本体及び覆い部にスチールバンドが巻き掛けられる形態を説明するための図である。 第4覆い部材が半円筒状の複数の部材によって構成された場合の熱交換器を一部破断した状態で示す熱交換器の斜視図である。 第4覆い部材がトランジションジョイントを介して熱交換器本体に固定される場合の熱交換器を一部破断した状態で示す熱交換器の斜視図である。 (a)(b)第2本実施形態に係る熱交換器の全体構成を示す図である。 第2実施形態に係る熱交換器の熱交換器本体に形成された層部を説明するための図である。
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
(第1実施形態)
図1に示すように、第1本実施形態に係る熱交換器10は、流体同士の熱交換を行う部位である熱交換器本体12と、熱交換器本体12に固定された流入ヘッダ14と、熱交換器本体12に固定された流出ヘッダ15と、熱交換器本体12に固定された覆い部17と、覆い部17に接続された導出部18と、を備えている。熱交換器本体12は、図2にも示すように、直方体形状に構成されている。なお、熱交換器10は、例えば、天然ガス処理プラント、天然ガス液化プラント、エチレンプラント等の可燃性流体を扱うプラント等で使用される。
熱交換器本体12は、複数の層部20を有しており、これらの複数の層部20が積層されている。層部20にはそれぞれ複数の流路20aが形成されている。第1実施形態では、図2及び図3に示すように、各層部20は、波板21と、波板21の一方の面に接合された仕切り板22と、波板21の周囲を囲むサイドバー23と、を有する。すなわち、第1実施形態の熱交換器本体12は、プレートフィン熱交換器によって構成されている。波板21、仕切り板22及びサイドバー23は層部20の構成材である。
波板21の一方の面に仕切り板22が接合されることより、波板21と仕切り板22との間の空間が流路20aとなる。隣り合う層部20において、一方の層部20の仕切り板22ともう一方の層部20の波板21とが互いに接合されることにより、この仕切り板22と波板21との間の空間も流路20aとなる。そして、ある層部20に形成された流路20aを流れる流体の熱が波板21を介して仕切り板22に伝わり、仕切り板22の熱が波板21を介して、隣接する層部20に形成された流路20aを流れる流体に伝わる。
波板21はフィンとして機能するものであり、例えばアルミニウム合金で構成されている。波板21は、仕切り板22の表面のアルミニウム合金とロウ付けされている。サイドバー23も例えばアルミニウム合金で構成されており、仕切り板22の表面のアルミニウム合金とロウ付けされている。なお、波板21、仕切り板22及びサイドバー23の材質はこれに限られるものではなく、波板21及び仕切り板22間で伝熱するものであれば、どのような金属でもよい。
複数の層部20が積層された状態で、これら層部20同士が接合されている。隣り合う層部20において、一方の層部20の仕切り板22ともう一方の層部20のサイドバー23との接合部位は、熱交換器本体12の外面に現れる。また層部20内における仕切り板22とサイドバー23との接合部位も、熱交換器本体12の外面に現れる。これの接合部位は熱交換器本体12の側面に現れている。なお、層部20同士の接合は、ロウ付けでもよい。
波板21の周囲に配置されたサイドバー23には、途切れているところがあり、この途切れたところを覆うように流入ヘッダ14又は流出ヘッダ15が取り付けられている。サイドバー23の途切れたところを通して流路20aが流入ヘッダ14及び流出ヘッダ15と連通している。
本実施形態では、熱交換器本体12において、第1流体と第2流体と第3流体との間で熱交換が行われる。すなわち、層部20として、第1流体が流れる流路20aを有する第1層部20Aと、第2流体が流れる流路20aを有する第2層部20Bと、第3流体が流れる流路20aを有する第3層部20Cと、が存在している。第2層部20Bは、第1層部20Aの一方側に配置され、第3層部20Cは、第1層部20Aの他方側に配置されている。なお、熱交換器本体12は、3つの流体の間で熱交換が行われる構成に限られるものではなく、2つの流体の間で熱交換が行われる構成であってもよく、あるいは4つ以上の流体の間で熱交換が行われる構成であってもよい。
熱交換器本体12に形成された流路20aは、熱交換器本体12の側面に開口しているため、流入ヘッダ14、流出ヘッダ15及び覆い部17は、熱交換器本体12の側面(4つの側面)に配置されている。
流入ヘッダ14は、第1流体が流入する流入ポートが形成された第1流入ヘッダ14aと、第2流体が流入する流入ポートが形成された第2流入ヘッダ14bと、第3流体が流入する流入ポートが形成された第3流入ヘッダ14cと、を有する。第1流入ヘッダ14aは、熱交換器本体12の第1側面12aに取り付けられている。第1流体は、第1流入ヘッダ14aを通して熱交換器本体12内に流入する。第2流入ヘッダ14bは第1側面12aとは反対側の側面である第2側面12bに取り付けられている。第2流体は、第2流入ヘッダ14bを通して熱交換器本体12内に流入する。第3流入ヘッダ14cは、第1側面12a及び第2側面12bに隣接する一対の側面の内の一方の側面である第3側面12cに取り付けられている。第3流体は、第3流入ヘッダ14cを通して熱交換器本体12内に流入する。
流出ヘッダ15は、第1流体を導出させる流出ポートが形成された第1流出ヘッダ15aと、第2流体を導出させる流出ポートが形成された第2流出ヘッダ15bと、第3流体を導出させる流出ポートが形成された第3流出ヘッダ15cと、を有する。第1流出ヘッダ15aは熱交換器本体12の第2側面12bに取り付けられている。熱交換器本体12内の流路20aを流れた第1流体は、第1流出ヘッダ15a内で合流し、第1流出ヘッダ15aを通して、熱交換器10外部へ流出する。第2流出ヘッダ15bは熱交換器本体12の第1側面12aに取り付けられている。熱交換器本体12内の流路20aを流れた第2流体は、第2流出ヘッダ15b内で合流し、第2流出ヘッダ15bを通して、熱交換器10外部へ流出する。第3流出ヘッダ15cは、第3側面12cとは反対側の側面である第4側面12dに取り付けられている。熱交換器本体12内の流路20aを流れた第3流体は、第3流出ヘッダ15c内で合流し、第3流出ヘッダ15cを通して、熱交換器10外部へ流出する。第1〜第3流体のいずれか又は全ては、熱交換器10外部へ流出した後、需要先に供給される。
なお、流入ヘッダ14及び流出ヘッダ15の配置位置は、上記位置に限られるものではない。流路20aの形状及び流体の流れる向きに応じて設定されればよい。
覆い部17は、熱交換器本体12の第1側面12aに固定された第1覆い部材26と、熱交換器本体12の第2側面12bに固定された第2覆い部材27と、熱交換器本体12の第3側面12cに固定された第3覆い部材28と、熱交換器本体12の第4側面12dに固定された第4覆い部材29と、を有する。各覆い部材26〜29は、それぞれ平板材によって構成されている。
各覆い部材26〜29は、流入ヘッダ14及び流出ヘッダ15が配置されていないところで熱交換器本体12の側面を覆っている。すなわち、第1側面12aには、第1流入ヘッダ14a及び第2流出ヘッダ15bが設けられているので、第1覆い部材26は、第1側面12aにおける、第1流入ヘッダ14a及び第2流出ヘッダ15bが配置されたところ以外の部位を覆っている。したがって、第1覆い部材26は、熱交換器本体12の第1側面12aに露出する接合部位を覆う。第1覆い部材26は第1流入ヘッダ14aに固着するとともに第2流出ヘッダ15bにも固着している。したがって、第1覆い部材26と第1流入ヘッダ14aとの間に隙間はないか、あるいは僅かな隙間がある。また、第1覆い部材26と第2流出ヘッダ15bとの間においても、隙間はないか、あるいは僅かな隙間がある。
第2側面12bには、第2流入ヘッダ14b及び第1流出ヘッダ15aが設けられているので、第2覆い部材27は、第2側面12bにおける、第2流入ヘッダ14b及び第1流出ヘッダ15aが配置されたところ以外の部位を覆っている。したがって、第2覆い部材27は、熱交換器本体12の第2側面12bに露出する接合部位を覆う。第2覆い部材27は第2流入ヘッダ14bに固着するとともに第1流出ヘッダ15aにも固着している。したがって、第2覆い部材27と第2流入ヘッダ14bとの間に隙間はないか、あるいは僅かな隙間がある。また、第2覆い部材27と第1流出ヘッダ15aとの間においても、隙間はないか、あるいは僅かな隙間がある。
第3側面12cには、第3流入ヘッダ14cが設けられているので、第3覆い部材28は、第3側面12cにおける、第3流入ヘッダ14cが配置されたところ以外の部位を覆っている。したがって、第3覆い部材28は、熱交換器本体12の第3側面12cに露出する接合部位を覆う。第3覆い部材28は第3流入ヘッダ14cに固着している。したがって、第3覆い部材28と第3流入ヘッダ14cとの間に隙間はないか、あるいは僅かな隙間がある。
第4側面12dには、第3流出ヘッダ15cが設けられているので、第4覆い部材29は、第4側面12dにおける、第3流出ヘッダ15cが配置されたところ以外の部位を覆っている。したがって、第4覆い部材29は、熱交換器本体12の第4側面12dに露出する接合部位を覆う。第4覆い部材29は第3流出ヘッダ15cに固着している。したがって、第3覆い部材28と第3流出ヘッダ15cとの間に隙間はないか、あるいは僅かな隙間がある。
覆い部17は、熱交換器本体12に溶接されている。すなわち、第1覆い部材26の外周部は、全周に亘って熱交換器本体12の第1側面12aに溶接されている。第2覆い部材27〜第4覆い部材29の何れにおいても同様である。この構成では、第1覆い部材26〜第4覆い部材29は直接的に熱交換器本体12に溶接されている。したがって、溶接部位で囲まれたところでは、第1覆い部材26と熱交換器本体12の第1側面12aとの間にはすき間ができている。第2〜第4覆い部材27〜29についても同様である。
導出部18は、覆い部17と熱交換器本体12の側面との間のすき間に連通する内部流路を形成する。導出部18は、第1覆い部材26に固定された管状の部材によって構成された第1導出部18aと、第2覆い部材27に固定された管状の部材によって構成された第2導出部18bと、第3覆い部材28に固定された管状の部材によって構成された第3導出部18cと、第4覆い部材29に固定された管状の部材によって構成された第4導出部18dと、を有する。導出部18は、その端部が覆い部17に溶接されている。なお、導出部18は、シール性が確保されたねじ締結によって覆い部17に固定されていてもよい。
第1導出部18aは、第1覆い部材26と熱交換器本体12の第1側面12aとの間に開口しているため、流体が熱交換器本体12から第1側面12a側に漏れ出た場合に、当該流体を予め設定された領域まで流すことができる。第2導出部18bは、第2覆い部材27と熱交換器本体12の第2側面12bとの間に開口しているため、流体が熱交換器本体12から第2側面12b側に漏れ出た場合に、当該流体を予め設定された領域まで流すことができる。第3導出部18cは、第3覆い部材28と熱交換器本体12の第3側面12cとの間に開口しているため、流体が熱交換器本体12から第3側面12c側に漏れ出た場合に、当該流体を予め設定された領域まで流すことができる。第4導出部18dは、第4覆い部材29と熱交換器本体12の第4側面12dとの間に開口しているため、流体が熱交換器本体12から第4側面12d側に漏れ出た場合に、当該流体を予め設定された領域まで流すことができる。
図4に示すように、熱交換器10は、プラント31内に設置されていて、導出部18は、当該プラント31内に設けられたフレアスタック32に接続されている。すなわち、導出部18を構成する第1〜第4導出部18dの何れもがフレアスタック32に接続されている。したがって、導出部18内を流れる流体は、フレアスタック32に放出される。フレアスタック32において流体は燃やされて大気中に排出される。
なお、導出部18はフレアスタック32まで配設されている構成に限られず、プラント31設置者が設定した所定のエリアであれば、どのエリアであってもよい。例えば、図5に示すように、導出部18は、プラント31内に設置されたベントスタック33に接続されていてもよい。流体はベントスタック33を通して大気中に排出される。また、図6に示すように、導出部18は、プラント31内の他の機器34の無い高さまで延びる立ち上がり部を有していてもよい。導出部18を流れた流体は、立ち上がり部の先端から大気中に排出される。流体が空気よりも密度の小さなガスであれば、このような形態であってもよい。また、流体が空気よりも密度が大きなガスであっても、排出される高さが十分に高く、人に影響しない安全なレベルまで拡散される場合もこのような形態でよい。
以上説明したように、本実施形態では、覆い部17が、流入ヘッダ14及び流出ヘッダ15が配置されたところ以外のところに位置し、熱交換器本体12の側面12a〜12dに現れる全ての接合部位を覆う。したがって、一部の接合部位から流体が漏洩した場合、その流体は、覆い部17と熱交換器本体12との間のすき間を通して導出部18の内部流路に流入する。導出部18は、予め設定された所定の領域まで延びているため、内部流路を流れる流体は、予め設定された所定の領域に排出される。したがって、一部の接合部位から流体が漏れることがあったとしても、漏れた流体が熱交換器10の周囲に溜まるということがない。よって、熱交換器本体12中に存在する接合部位の内、一部の接合部位からの流体の漏れがあった場合に熱交換動作を継続しても、熱交換器10の周囲が流体で満たされることによる問題が生じにくい。したがって、熱交換器10の補修を即座に行う必要はなく、次回の計画されたメンテナンスまでの期間等の当分の間、熱交換器10の運転を継続することが可能となる。
また、本実施形態では、各覆い部材26〜29がその外周部の全体に亘って熱交換器本体12に溶接されているので、流入ヘッダ14及び流出ヘッダ15が配置されたところ以外のところに位置する接合部位からの流体の漏洩が発生した場合に、当該流体は、覆い部材26〜29と熱交換器本体12との間のすき間に確実に流入する。また、覆い部材26〜29が熱交換器本体12に直接的に溶接されているので、覆い部材26〜29と熱交換器本体12との間のシール性を確保することができる。また、導出部18が溶接によって覆い部17に固定されているので、覆い部17と導出部18との接続部位におけるシール性も確保することができる。
第1実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。第1実施形態の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更、改良等が可能である。図2に示す形態では、第1〜第4覆い部材26〜29の何れもが一体ものの平板材によって構成されているが、これに代え、例えば図7に示すように、第4覆い部材29が複数の平板部材29aに分割された構成であってもよい。すなわち、第4覆い部材29は、それぞれ別体である複数の平板部材29aを有する構成となる。この場合、第4導出部18dは、各平板部材29aに設けられた複数の管部材18daを有する。
各平板部材29aがそれぞれ熱交換器本体12の第4側面12dに溶接される。すなわち、各平板部材29aは、その外周部の全周において第4側面12dに固着している。言い換えると、第4覆い部材29は、複数の固定箇所で熱交換器本体12に固定されている。
平板部材29aは、第4側面12dの長手方向に並んでいる。したがって、第4側面12dの長手方向において、平板部材29aの長さは、第4覆い部材29の長さよりも短い。よって、各平板部材29aの面積が第4覆い部材29の面積よりも小さい。このため、第4覆い部材29と熱交換器本体12との間のすき間に高圧の流体が流入した場合の各平板部材29aの変形量は、小さく抑えられる。また、第4覆い部材29の面積よりも小さな面積を有する平板部材29aが熱交換器本体12の第4側面12dに固定されるため、第4覆い部材29の薄肉化を図ることが可能となる。すなわち、第4覆い部材29の肉厚を設計する場合、保持すべき内圧を設計圧力として肉厚を設定することになる。そして、第4覆い部材29が複数の平板部材29aで構成される場合には、保持すべき内圧に応じて各平板部材29aの肉厚が設計される。したがって、各平板部材29aの厚みは、第4覆い部材29が一体ものの板材で構成される場合に比べて薄くなる。なお、図7では、第4覆い部材29が複数の平板部材29aに分割された例を示すが、これに限られるものではなく、第1〜第3覆い部材26〜28の何れかが複数の平板部材に分割されていてもよい。
図7は、第4覆い部材29が複数の平板部材29aに分割されることにより、複数の固定箇所で熱交換器本体12の第4側面12dに固着している構成を示す。これとは異なり、図8は、第4覆い部材29が1枚の平板部材で構成されるとともに、複数の固定箇所で熱交換器本体12の第4側面12dに固着している構成を示している。この構成では、第4覆い部材29に複数の溶接孔が互いに間隔をおいて形成されており、各溶接孔には、それぞれ溶接材36が設けられている。この溶接材36は、第4覆い部材29に固着するとともに熱交換器本体12に固着している。したがって、第4覆い部材29は、複数の固定箇所で熱交換器本体12の第4側面12dに固定されている。この構成では、複数の溶接箇所において、第4覆い部材29の変形を阻止するため、第4覆い部材29全体としての変形量を低減することができる。また、第4覆い部材29の薄肉化を図ることが可能となる。なお、第4覆い部材29に限られるものではなく、第1〜第3覆い部材26〜28の何れかが同様に構成されていてもよい。
図2の形態では、覆い部17が直接的に熱交換器本体12の側面12a〜12dに固着している。これに対し、図9に示す形態では、覆い部17は固定用部材を介して熱交換器本体12に固定されている。つまり、覆い部17は熱交換器本体12に対して間接的に溶接されている。具体的には、熱交換器本体12の側面には、固定用部材として機能する肉盛溶接(肉盛り材)38が予め設けられており、覆い部17は、この肉盛溶接38に溶接されている。肉盛溶接38は、熱交換器本体12の側面12a〜12dの表面から盛り上がった状態で当該側面12a〜123dに置かれた金属材によって構成される。この肉盛溶接38に接触するように覆い部17が配置され、溶接にて覆い部17の周囲を固定することにより、覆い部17は肉盛溶接38を介して熱交換器本体12に固着する。
肉盛溶接38は、熱交換器本体12に溶接される。このため、肉盛溶接38を熱交換器本体12に溶接するときの熱によって熱交換器本体12に熱応力が生じ、熱交換器本体12において微視的に損傷が生じないとも限らない。しかしながら、覆い部17で熱交換器本体12を覆ってしまう前に熱交換器本体12からの流体の漏れの有無を検査可能であるため、仮に損傷が生じた場合であっても、覆い部17を取り付ける前に補修することが可能である。また、覆い部17を熱交換器本体12に直接溶接する場合に比べ、覆い部17を溶接材38に溶接するときの熱が熱交換器本体12に伝わることを抑制することも可能である。
図9に示すように、溶接材38は、第4側面12dを複数の領域に分割するように配置されてもよい。溶接材38で囲まれる複数の領域が第4側面12dの長手方向に配置されることにより、第4側面12dの外周部にのみ溶接材38が配置される場合に比べて、溶接材38間の幅が短くなる。したがって、第4覆い部材29と熱交換器本体12の第4側面12dとの間の空間に高圧の流体が流入した場合の第4覆い部材29の変形量は、小さく抑えられる。この場合、導出部18は、複数の領域のそれぞれに開口するように、各領域にそれぞれ設けられる。第4覆い部材29は、1枚の平板部材で構成されてもよく、あるいは、図7に示すような複数の平板部材29aによって構成されてもよい。
この構成において、第4覆い部材29と熱交換器本体12との間に形成される空間は、溶接材38によって複数の空間に区切られる。したがって、これら複数の空間を連通させる連通手段が設けられてもよい。例えば、熱交換器本体12において、層部20に積層されるようにダミー層40が各空間に対応して設けられる。この場合、連通手段は、図10に示すように、各空間とダミー層40の内部とを連通するようにサイドバー23に形成された連通孔41によって構成される。ダミー層40は、熱交換器本体12の各層部20と同じく、波板21と、波板21の一方の面に接合された仕切り板22と、波板21の周囲を囲むサイドバー23と、を有する構成である。ただし、ダミー層40内に形成された流路には流体は流れない。連通孔41及びダミー層40内の流路を通して、溶接材38によって区切られた複数の空間が連通する。この構成の場合、第4導出部18dが、各空間に対応してそれぞれ配置された複数の管部材18daを有する構成にする必要はなく、1つの管部材で構成されることとなる。第1〜第3側面12a〜12dの何れかにおいて、覆い部17と熱交換器本体12との間に形成される空間が、溶接材38によって複数の空間に区切られてもよい。
図9では、覆い部17と熱交換器本体12との間に形成される空間が、溶接材38によって複数の空間に区切られる構成としたが、これに限られない。すなわち、溶接材38が、熱交換器本体12の第4側面12dの外周に沿って配置され、第4覆い部材29と熱交換器本体12の第4側面12dとの間の空間が1つの空間で構成されていてもよい。
図11に示すように、覆い部17を熱交換器本体12に固定するための固定用部材が、平板材からなる板状体43によって構成されていてもよい。板状体43は、一方向に長く延びる形状を有し、長く延びる方向に直交する方向の一端部が熱交換器本体12の第4側面12dに溶接等によって固定されている。そして、板状体43における長く延びる方向に直交する方向の他端部に、覆い部17が溶接される。複数の板状体43が、第4側面12d上に互いに間隔をおいて配置されてもよい。この場合には、第4覆い部材29は、複数の平板部材29aによって構成され、各平板部材29aが隣り合う板状体43間に架け渡される。第4覆い部材29は1枚の板材によって構成されてもよい。なお、板状体43は、熱交換器本体12の第4側面12dの外周部に沿って配置されて、枠状に形成されていてもよい。この場合には、第4覆い部材29は1枚の板材によって構成される。固定用部材は、第4側面12dに設けられるものに限らず、第1〜第3側面12a〜12cに設けられてもよい。
固定用部材が互いに間隔をおいて配置された複数の板状体43によって構成される場合、第4覆い部材29と熱交換器本体12の第4側面12dとの間の空間は、複数の板状体43によって複数の空間に仕切られる。この場合、図11に示すように、隣り合う空間を連通させるように、板状体43に連通孔43aが形成されていてもよい。連通孔43aは、複数の空間を連通させる連通手段として機能する。こうすれば、第4導出部18dが、各空間に対応してそれぞれ配置された複数の管部材18daを有する構成にする必要はなく、1つの管部材で構成され得る。第1〜第3側面12a〜12dについても同様である。
図12に示すように、導出部18に、圧縮機45とバッファタンク46とが配置されていてもよい。
圧縮機45は、導出部18の内部流路を流れる流体を圧縮する。圧縮機45が作動することにより、覆い部17と熱交換器本体12との間のすき間又は覆い部17と熱交換器本体12との間に形成された空間に流入した流体を吸引することができる。したがって、当該すき間内又は空間内から流体を効率的に導出させることができる。しかも、導出部18において流体が圧縮機45によって圧縮されて昇圧するため、導出部18から流体が放出される所定の領域がある程度の圧力を有する場合であっても、効率的に流体を放出することができる。
バッファタンク46は、導出部18における圧縮機45の吸入側の部位に配置され、圧縮機45に向かって流れる流体を一時的に貯留する。圧縮機45は、導出部18における圧縮機45の吸入側の部位に接続されたガス検出器47によって流体が検出された場合に、起動する。このため、導出部18にバッファタンク46が設けられているため、ガス検出器47によって流体が検出されてから圧縮機45が流体を吸引するまでに要する時間内に導出部18内が急激に昇圧することを抑制することができる。したがって、前記すき間内又は空間内の圧力が上がることを抑制することもできる。なお、バッファタンク46を省略することもできる。また、図12では、複数の熱交換器本体12からの延びる導出部18が圧縮機45及びバッファタンク46に繋がる構成としているが、これに限られるものではなく、1つの熱交換器本体12に設けられた導出部18が圧縮機45及びバッファタンク46に繋がる構成であってもよい。
図13に示すように、第4覆い部材29に補強リブ49が設けられていてもよい。補強リブ49は、第4覆い部材29の外面に溶接されている。複数の補強リブ49が設けられていてもよく、1つの補強リブ49が設けられていてもよい。第4覆い部材29が補強リブ49によって補強されることにより、第4覆い部材29の薄型化を図ることができる。なお、補強リブ49は、第4覆い部材29に固定されるものに限られず、第1〜第3覆い部材26〜28に設けられていてもよい。
図14(a)(b)に示すように、補強リブ49は機械的な手段によって第4覆い部材29に固定されてもよい。具体的には、熱交換器本体12に係止部51が固定される一方で、補強リブ49には被係止部52が固定されている。そして、熱交換器本体12の係止部51に被係止部52を引っ掛けることにより、補強リブ49が覆い部17に押圧される。これにより、覆い部17の剛性を向上させることができる。この構成では、補強リブ49の素材が覆い部17の素材と異なる場合であっても、補強リブ49を覆い部17に固定することができる。したがって、覆い部17及び補強リブ49の素材の選択の自由度が上がる。
図15に示すように、熱交換器本体12及び覆い部17に巻き掛けられるスチールバンド54が設けられていてよい。この構成では、スチールバンド54によって覆い部17を外側から押圧することができるため、覆い部17を補強することができる。したがって、覆い部17の薄型化を図ることができる。
図16に示すように、第4覆い部材29が複数の部材29bに分割されていて、各部材29bが半円筒状に形成されていてもよい。この構成では、第4覆い部材29の剛性が上がるため、第4覆い部材29の薄型化を図ることができる。なお、第4覆い部材29に限られず、第1〜第3覆い部材26〜28が同様の構成を有していてもよい。また第1〜第4覆い部材26〜29が複数の部材に分割されることなく、半円筒状に形成されていてもよい。
図17に示すように、第4覆い部材29の素材が熱交換器本体12の素材と異なる種類の金属材が構成されている場合には、第4覆い部材29は異材継ぎ手であるトランジションジョイント56を介して熱交換器本体12に溶接されていてもよい。トランジションジョイント56は、熱交換器本体12と同じ材質(例えばアルミニウム合金))の本体側部56aと、本体側部56aに固着され、第4覆い部材29と同じ材質(例えばステンレススチール)の覆い側部56bとを有している。トランジションジョイント56は、覆い部17を熱交換器本体12に溶接するための固定用部材でもある。トランジションジョイント56で熱交換器本体12と第1覆い部材26とを接続する構成を採用すれば、より強度の高い覆い部17にすることができ、第1覆い部材26の薄型化を図ることできる。また、溶接時において、熱交換器本体12への入熱量を低減することもできる。なお、第4覆い部材29に限られるものではなく、第1〜第3覆い部材26〜28の固定用にトランジションジョイント56を採用してもよい。
(第2実施形態)
図18(a)(b)は本発明の第2実施形態を示す。尚、ここでは第1実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付し、その詳細な説明を省略する。
第2実施形態では、熱交換器本体12がマイクロチャネル熱交換器によって構成されている。熱交換器本体12は、図19に示すように、第1の層部20Aと第2の層部20Bとを有し、これらの層部20A,20Bが例えば交互に積層されている。第1の層部20A及び第2の層部20Bは、それぞれ熱伝導性の高い材質の金属材からなる金属板によって構成されていて、重ね合わされた複数の金属板同士を拡散接合することによって熱交換器本体12が形成されている。
ここで、拡散接合とは、金属板同士を互いに密着させ、金属板を構成する素材の融点以下の温度条件で、かつ塑性変形をできるだけ生じない程度に加圧して、接合面間に生じる原子の拡散を利用して金属板同士を接合する方法である。このため、隣接する層部20同士の接合部位が、層部20の境界として明確に見えるわけではない。なお、金属板は、例えば、ステンレススチール製の金属板である。
第1の層部20Aは、金属材によって形成され複数の流路(第1流路)20aを有する偏平な領域として形成されている。また、第2の層部20Bは、金属材によって形成され複数の流路(第2流路)20aを有する偏平な領域として形成されている。第1流路20aは、一方向に並ぶように配置され、また第2流路20aは、第1流路20aが並ぶ方向と平行な方向に並ぶように配置されている。すなわち、金属板の板面に間隔をおいて複数の溝が形成された金属板同士を重ね合わせて拡散接合するため、一方向に並ぶように第1流路20a及び第2流路20aが形成される。第1流路20a及び第2流路20aは、何れも断面が半円形状に形成されている。なお、層部20として、第1の層部20Aと第2の層部20Bのみが形成される構成に限られるものではなく、第3の層部が形成されていてもよい。この場合、第1の層部20Aと第2の層部20Bと第3の層部とが互いに積層された状態となる。
覆い部17は、熱交換器本体12における一対の側面であって、隣接する層部20A,20B同士の接合部位が露出する一対の側面に、取り付けられている。すなわち、覆い部17は、流入ヘッダ14が取り付けられている側面及び流出ヘッダ15が取り付けられている側面に固定されている。
図18(a)(b)に示す形態では、第1流体の流入ヘッダ14a及び流出ヘッダ15aが、熱交換器本体12の側面全体に設けられているため、第1側面12a及び第2側面12bには覆い部材が設けられていない。この形態では、覆い部17は、第2流体の流入ヘッダ14bが取り付けられた第3側面12cを覆う第3覆い部材28と、第2流体の流出ヘッダ15bが取り付けられた第4側面を覆う第4覆い部材29と、を有する。ただし、これに限られるものではなく、第1流体の流入ヘッダ14a及び流出ヘッダ15aが側面12a,12bの一部にのみ設けられていれば、層部20A,20B同士の接合部位が露出することになるため、その部位にも覆い部材26,27が取り付けられることになる。なお、図18(b)において、熱交換器本体12の左右の側面には、層部20A,20B同士の接合部位は存在していない。
第2の実施形態は、層部20A,20Bの構成において第1実施形態と異なるが、その他の構成については、第1実施形態と同じである。したがって、第2実施形態においても、図4〜図17に示す形態の説明を援用することができる。
10 熱交換器
12 熱交換器本体
12a 第1側面
12b 第2側面
12c 第3側面
12d 第4側面
14 流入ヘッダ
15 流出ヘッダ
17 覆い部
18 導出部
20 層部
20A 第1層部
20B 第2層部
20a 流路
26 第1覆い部材
27 第2覆い部材
28 第3覆い部材
29 第4覆い部材
29a 平板部材
36 溶接材
38 溶接材
41 連通孔
43 板状体
43a 連通孔
45 圧縮機
46 バッファタンク
49 補強リブ
54 スチールバンド
56 トランジションジョイント

Claims (18)

  1. それぞれ複数の流路が形成された複数の層部を有し、前記複数の層部が積層された状態で隣り合う層部同士が互いに接合された構成の熱交換器本体と、
    前記熱交換器本体に固定され、前記複数の流路に流入する流体が導入される流入ヘッダと、
    前記熱交換器本体に固定され、前記複数の流路を流れた流体を合流させる流出ヘッダと、
    前記隣り合う層部同士の接合部位又は層部の構成材同士の接合部位であって前記流入ヘッダ及び前記流出ヘッダが配置されたところ以外のところで前記熱交換器本体の外面に現れる全ての接合部位を覆う覆い部と、
    前記覆い部に接続され、前記覆い部と前記熱交換器本体との間の空間又はすき間に連通する内部流路を形成する導出部と、を備え、
    前記導出部は、予め設定された所定の領域に流体を放出する構成である熱交換器。
  2. 前記覆い部は、その全周で前記熱交換器本体に直接的に又は間接的に溶接されており、
    前記導出部は、溶接又はねじ締結によって前記覆い部に固定されている、請求項1に記載の熱交換器。
  3. 前記覆い部は、前記熱交換器本体の1つの側面に配置された覆い部材を含み、
    前記覆い部材は、複数の固定箇所で前記熱交換器本体に固定されている請求項1又は2に記載の熱交換器。
  4. 前記覆い部材が複数の部材に分割された構成であり、前記複数の部材のそれぞれが前記1つの側面に固定されている請求項3に記載の熱交換器。
  5. 前記複数の固定箇所のそれぞれは、前記覆い部材に形成された複数の溶接孔に設けられるとともに前記熱交換器本体に固着した溶接材によって構成されている請求項3に記載の熱交換器。
  6. 前記覆い部は、前記熱交換器本体に固定された固定用部材に溶接されている請求項1から4の何れか1項に記載の熱交換器。
  7. 前記固定用部材は、前記熱交換器本体における接合面上に予め設けられた肉盛溶接によって構成されている請求項6に記載の熱交換器。
  8. 前記固定用部材は、前記熱交換器本体に固定された板状体によって構成されている請求項6に記載の熱交換器。
  9. 前記固定用部材は、前記覆い部と前記熱交換器本体との間の空間を複数の空間に分割しており、
    前記複数の空間を連通させる連通手段が設けられている請求項6から8の何れか1項に記載の熱交換器。
  10. 前記覆い部及び前記熱交換器本体は互いに異なる金属材で構成され、
    前記固定用部材は、前記覆い部に溶接されるとともに前記熱交換器本体に溶接された異材接手によって構成されている請求項6に記載の熱交換器。
  11. 前記導出部には、前記導出部の前記内部流路を流れる流体を圧縮する圧縮機が配置されている請求項1から10の何れか1項に記載の熱交換器。
  12. 前記導出部における前記圧縮機の吸入側には、バッファタンクが配置されている請求項11に記載の熱交換器。
  13. 前記覆い部に補強リブが溶接されている請求項1から12の何れか1項に記載の熱交換器。
  14. 前記覆い部に補強リブが機械的に取り付けられている請求項1から12の何れか1項に記載の熱交換器。
  15. 前記覆い部は、スチールバンドが巻かれることによって補強されている請求項1から14の何れか1項に記載の熱交換器。
  16. 前記覆い部は、1又は複数の半円筒状の部材によって構成されている請求項1から15の何れか1項に記載の熱交換器。
  17. 前記複数の層部はそれぞれ、仕切板と前記仕切板にロウ付けされた波板と前記波板を囲むサイドバーとを有する請求項1から16の何れか1項に記載の熱交換器。
  18. 前記隣り合う層部同士が拡散接合されている請求項1から16の何れか1項に記載の熱交換器。
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