JP3200195U - 熱交換器システム及び熱交換器ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】船舶に設けられる熱交換器の洗浄や清掃を容易かつ効果的に行うことのできる熱交換器システムを提供する。【解決手段】伝熱プレート層１０とフレーム部１２、１３とを有し、フレーム部には伝熱プレート層の内部と連通する冷却水入口及び冷却水出口が形成される熱交換器と、冷却水導入部３０と冷却水排出部３１とを有する送液配管２と、を有し、伝熱プレート層には、冷却水入口と連通する冷却水入口マニホールド２５が形成され、冷却水入口マニホールド内にはフィルタ２７が設けられ、送液配管２には、冷却水導入部３０から熱交換器を通じて冷却水排出部３１へ冷却水が流通する順流状態と、冷却水排出部３１から熱交換器を通じて冷却水導入部３０へ冷却水が流通する逆流状態とを、切替えることのできる切替手段として開閉弁３６〜３８が設けられている。【選択図】図３

Description

本考案は、熱交換器と該熱交換器に冷却水を送る送液配管とを有する熱交換器システム及び熱交換器ユニットに関する。

現在、石油運搬船（タンカー）や貨物船等の各種船舶、及び臨海の発電所プラント等では、エンジン等の種々の駆動部を冷却するために、海水を冷却水として利用する熱交換器が広く用いられている。このような熱交換器には、冷却水の通路である冷却水路と、この冷却水によって冷却される流体の通路である被冷却水路がパイプやプレートなどによって交互に形成され、流体と冷却水との間で熱交換が行われる。

特に、船舶において、熱交換器は省スペースであることが求められるため、プレート式熱交換器が広く用いられている。プレート式熱交換器は、略方形状の伝熱面の四隅に流体流通孔を有する伝熱プレートを、ガスケットを介して積層したプレート積層体を有してなり、プレート積層体には、冷却水を流通させる冷却水路と、被冷却流体を流通させる被冷却水路とが、層状かつ交互に形成される。冷却水路と被冷却水路は、内部を流通する冷却水と非冷却流体とが混合しないように、シール部材によって相互に封止される。このようなプレート式熱交換器として、例えば特許文献１に挙げるようなものがある。

特開平５−２２３４８７号公報

船舶では、熱交換器の冷却水として海水が用いられるため、海水を取り込んで熱交換器に送出し、熱交換器から排出された水を海に戻す送液系統が設けられる。熱交換器の冷却水路には、海水が流通するので、海水中に生息する貝類やプランクトン、バクテリア等の生物が冷却水路内で付着繁殖し、スラッジ等が堆積すると共に、スケールが付着する。この付着したスラッジ等は一定量にとどまることなく、冷却水路内で増殖し続け、その結果有効伝熱面積を減少させ、また熱交換器の伝熱効率を低下させるため、冷却水路内のスラッジ等を除去する洗浄を行う必要がある。

冷却水路の洗浄では、生物を死滅させて除去する薬剤を投入するのが一般的である。また、送液系統から熱交換器への冷却水の流通経路を逆方向にして洗浄液を投入し、通常とは逆方向に流体を流通させることによって、スラッジ等を熱交換器内から流出させる逆洗が行われることもある。さらには、熱交換器を開放して、細かいところまで清掃を行うこともある。

熱交換器内の洗浄や清掃をどのタイミングで行うかは、作業者の勘や経験に頼る部分があり、洗浄や清掃の効果がどの程度であったのかが、必ずしも明確でない場合もあった。また、熱交換器を開放して清掃するには、多くの部品を分解する必要があり、手間がかかってコストが増大すると共に、分解する部品の劣化を招く可能性があった。

また、船舶の海水取り込み口には、海中生物付着防止装置が設けられ、海水中の生物の取り込みを抑制しているが、海水取り込み口は、船舶の底部にあるため、海中生物付着防止装置のメンテナンスや交換が容易ではなかった。

本考案は前記課題を鑑みてなされたものであり、船舶に設けられる熱交換器の洗浄や清掃を容易かつ効果的に行うことのできる熱交換器システム及び熱交換器ユニットを提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、本考案に係る熱交換器システムは、複数の伝熱プレートを積層して形成した伝熱プレート層と、該伝熱プレート層を支持するフレーム部とを有し、該フレーム部には前記伝熱プレート層の内部と連通する冷却水入口及び冷却水出口が形成される熱交換器と、
前記冷却水入口に冷却水を導入する冷却水導入部と、前記冷却水出口からの冷却水を排出する冷却水排出部とを有する送液配管と、を有する熱交換器システムにおいて、
前記伝熱プレート層には、前記冷却水入口と連通する冷却水入口マニホールドが形成され、該冷却水入口マニホールド内にはフィルタが設けられ、
前記送液配管には、前記冷却水導入部から前記熱交換器を通じて前記冷却水排出部へ冷却水が流通する順流状態と、前記冷却水排出部から前記熱交換器を通じて前記冷却水導入部へ冷却水が流通する逆流状態とを、切替えることのできる切替手段が設けられていることを特徴として構成されている。

また、本考案に係る熱交換器システムは、前記冷却水導入部は、前記冷却水入口と対向する位置に、前記冷却水入口マニホールドを開放可能な導入側着脱部を有することを特徴として構成されている。

さらに、本考案に係る熱交換器システムは、前記導入側着脱部には、冷却水の流路に露出する海中生物付着防止装置が設けられることを特徴として構成されている。

さらにまた、本考案に係る熱交換器システムは、前記伝熱プレート層には、前記冷却水出口と連通する冷却水出口マニホールドが形成され、
前記冷却水排出部は、前記冷却水出口と対向する位置に、前記冷却水出口マニホールドを開放可能な排出側着脱部を有することを特徴として構成されている。

そして、本考案に係る熱交換器システムは、前記送液配管には海中生物またはスケールの付着状態を検出する付着検出部が設けられることを特徴として構成されている。

また、本考案に係る熱交換器システムは、前記送液配管には薬液注入部が設けられ、
前記付着検出部で海中生物またはスケールの付着状態が所定以上であることを検出されたら、前記薬液注入部から薬液を注入させる制御手段を有することを特徴として構成されている。

さらにまた、本考案に係る熱交換器ユニットは、前記熱交換器と、前記送液配管と、前記冷却水導入部及び冷却水排出部と接続されて冷却水を循環させるポンプと、前記熱交換器及びポンプの下部に設けられるドレインパンと、該ドレインパンと一体化され設置箇所に固定する固定部を有するベース体とが、一体化されていることを特徴として構成されている。

本考案に係る熱交換器システムによれば、フィルタによる冷却水中の海中生物等の除去の効果を得つつ、熱交換器内の逆洗によって、海中生物等の確実な除去を行うことができ、熱交換器における熱交換の効率を高く維持することができる。

本実施形態の熱交換器システムに用いられる熱交換器の斜視図である。 熱交換器と送液配管とからなる熱交換器システムの正面図である。 熱交換器システムの側面図である。 送液配管を順流状態とした場合の水の流れを示した熱交換器システムの正面図である。 送液配管を逆流状態とした場合の水の流れを示した熱交換器システムの正面図である。 本実施形態の熱交換器及び送液配管を含む熱交換器ユニットの側面図である。

本考案の実施形態について、図面に沿って詳細に説明する。図１には、本実施形態の熱交換器システムに用いられる熱交換器１の斜視図を示している。本実施形態の熱交換器１は、複数の伝熱プレートを積層して形成した伝熱プレート層１０と、伝熱プレート層１０を支持するフレーム部１１とを有して構成されている。

伝熱プレート層１０は、略長方形状を有するチタンなどからなる薄板である伝熱プレートの外周を、ガスケットで封止しつつ層状に積み重ねて形成されている。伝熱プレート層１０の内部には、冷却水が流通する冷却水路と、冷却水によって冷却される流体の通路である被冷却水路とが、層状かつ交互に形成される。冷却水路と被冷却水路は、積層される伝熱プレートごとに割り当てられ、両流体の混合を抑制するため、シール部材によって相互に封止されている。

フレーム部１１は、伝熱プレート層１０の一端部に配置される固定フレーム１２と、伝熱プレート層１０の他端部に配置される移動フレーム１３とを有し、さらに移動フレーム１３側には支柱１４を有している。固定フレーム１２と移動フレーム１３の間には、複数のボルト部材１５が懸架され、伝熱プレート層１０は固定フレーム１２と移動フレーム１３によって挟持される。

固定フレーム１２には、伝熱プレート層１０の冷却水路と連通する冷却水入口２０及び冷却水出口２１が形成されている。また、固定フレーム１２には、伝熱プレート層１０の被冷却水路と連通する被冷却水入口２２及び被冷却水出口２３も形成されている。冷却水は、冷却水入口２０から伝熱プレート層１０の冷却水路に導入され、冷却水出口２１から排出される。被冷却水は、被冷却水入口２２から伝熱プレート層１０の被冷却水路に導入され、被冷却水出口２３から排出される。

図２には熱交換器１と送液配管２とからなる熱交換器システムの正面図を、図３には熱交換器システムの側面図を、それぞれ示している。これらの図において、被冷却水側の配管等は省略している。

熱交換器１の伝熱プレート層１０には、図３に示すように、冷却水入口２０と連通する冷却水入口マニホールド２５と、冷却水出口２１と連通する冷却水出口マニホールド２６とが形成されている。冷却水入口マニホールド２５内には、冷却水内のスケールやスラッジ等を捕捉する内蔵フィルタ２７が配置されている。内蔵フィルタ２７は、金属の網状に形成された部材が、円筒状とされて構成されている。ただし、内蔵フィルタ２７としては、スケールやスラッジ等を捕捉できる構造であれば、その他の構造によるものであってもよい。

送液配管２は、熱交換器１に対し冷却水を循環させる配管であって、熱交換器１の冷却水入口２０に冷却水を導入する冷却水導入部３０と、熱交換器１の冷却水出口２３から冷却水を排出する冷却水排出部３１とを有している。

送液配管２は、さらに、冷却水の供給元と接続された導入管部３２と、冷却水の排出先と接続された排出管部３３と、導入管部３２と冷却水導入部３０及び冷却水排出部３１とをつなぐ第１接続管部３４と、排出管部３３と冷却水導入部３０及び冷却水排出部３１とをつなぐ第２接続管部３５とを有している。第１接続管部３４には、導入管部３２と冷却水導入部３０との間に第１開閉弁３６を、導入管部３２と冷却水排出部３１との間に第２開閉弁３７を、それぞれ有している。また、第２接続管部３５には、排出管部３３と冷却水導入部３０との間に第３開閉弁３８を、排出管部３３と冷却水排出部３１との間に第４開閉弁３９を、それぞれ有している。

第１開閉弁３６と第２開閉弁３７、第３開閉弁３８及び第４開閉弁３９は、冷却水導入部３０から熱交換器１を通じて冷却水排出部３１へ冷却水が流通する順流状態と、冷却水排出部３１から熱交換器１を通じて冷却水導入部３０へ冷却水が流通する逆流状態とを、切替えることのできる切替手段として機能する。

図４には、送液配管２を順流状態とした場合の水の流れを示した熱交換器システムの正面図を示している。第１開閉弁３６を開状態、第２開閉弁３７を閉状態、第３開閉弁３８を閉状態、第４開閉弁３９を開状態とし、導入管部３２から冷却水を流すと、導入管部３２からの冷却水は、第１接続管部３４及び冷却水導入部３０を介して熱交換器１内に導入される。熱交換器１内からの水は、冷却水排出部３１及び第２接続管部３５を介して排出管部３３から排出される。

図５には、送液配管２を逆流状態とした場合の水の流れを示した熱交換器システムの正面図を示している。第１開閉弁３６を閉状態、第２開閉弁３７を開状態、第３開閉弁３８を開状態、第４開閉弁３９を閉状態とし、排出管部３３から冷却水を流すと、排出管部３３からの冷却水は、第２接続管部３５及び冷却水排出部３１を介して熱交換器１内に導入される。熱交換器１からの水は、冷却水導入部３０及び第１接続管部３４を介して導入管部３２から排出される。このように、切替手段によって、順流状態と逆流状態とを切替えることができる。

通常の使用において、送液配管２は図４のような順流状態であるが、メンテナンス時に送液配管２を図５のような逆流状態とし、冷却水を通常とは逆に流すことにより、熱交換器１内に溜まったスケール等を洗い流して洗浄することができる（以下、このような洗浄方法を逆洗と称する）。本実施形態の熱交換器１は、内蔵フィルタ２７を内部に有しながら、送液配管２の逆洗を行うことができるように構成している。

通常、内蔵フィルタ２７は逆洗に対する耐久性が十分ではないとされているため、内蔵フィルタ２７が設けられる熱交換器１を有する熱交換器システムでは、逆洗を可能としていないが、内蔵フィルタ２７の耐久性が十分に確保されていれば、逆洗を行うこともでき、両者を併用することにより、熱交換器１内におけるスケールやスラッジ等の堆積を効果的に防止することができ、熱交換器１の熱効率を良好に維持することができる。

冷却水入口マニホールド２５の内蔵フィルタ２７は、順流状態においてスケールやスラッジを捕捉し、逆流状態においてスケールやスラッジを排出する方向性を有している。内蔵フィルタ３１を冷却水出口マニホールド２６にも配置し、その方向性を冷却水入口マニホールド２５の内蔵フィルタ２７と逆、すなわち、順流状態においてスケールやスラッジを排出し、逆流状態においてスケールやスラッジを捕捉する方向とすることもできる。これにより、通常時には、冷却水入口マニホールド２５の内蔵フィルタ２７によりスケールやスラッジを捕捉し、逆洗時には、冷却水出口マニホールド２６の内蔵フィルタ２７によりスケールやスラッジを捕捉し、いずれの状態でも、熱交換器１内にスケールやスラッジが侵入することを防止することができる。

図２及び図３に示すように、冷却水導入部３０には、熱交換器１と対向するように、着脱自在なフランジ状の導入側着脱部４０が設けられている。また、冷却水排出部３１には、熱交換器１と対向するように、着脱自在なフランジ状の排出側着脱部４１が設けられている。導入側着脱部４０と排出側着脱部４１は、いずれも円盤状に形成されており、周方向複数のボルトによって、それぞれ冷却水導入部３０及び冷却水排出部３１に固定されている。

導入側着脱部４０は、熱交換器１の冷却水入口２０と対向し、排出側着脱部４１は、熱交換器１の冷却水出口２１と対向する。導入側着脱部４０を取り外すことで、冷却水導入部３０及びそれと連通する熱交換器１内の冷却水入口マニホールド２５が開放状態となる。また、排出側着脱部４１を取り外すことで、冷却水排出部３１及びそれと連通する熱交換器１内の冷却水出口マニホールド２６が開放状態となる。

このように、熱交換器１の冷却水入口２０と対向する導入側着脱部４０が設けられていることにより、熱交換器１内の冷却水入口マニホールド２５を容易に開放することができ、熱交換器１内部の洗浄を簡単にすることができる。また、導入側着脱部４０を取り外すだけで、熱交換器１内部の洗浄を行うことができるため、その他の部品の劣化を抑えることができる。

また、熱交換器１の冷却水出口２１と対向する排出側着脱部４１が設けられていることにより、熱交換器１内の冷却水出口マニホールド２６を容易に開放することができ、熱交換器１内の洗浄を簡単にできると共に、その他の部品の劣化を抑えることができる。

図３に示すように、冷却水排出部３１に設けられる排出側着脱部４１には、冷却水排出部３１と連通する薬液導入部４２が形成されている。また、冷却水導入部３０には、この冷却水導入部３０から分岐する薬液排出部４３が形成されている。薬液導入部４２と薬液排出部４３は、いずれも図示しない薬液タンクに接続されている。薬液タンクからの薬液は、薬液導入部４２を介して冷却水排出部３１に導かれて熱交換器１内を流通し、冷却水導入部３０から排出された薬液は、薬液排出部４３を介して薬液タンクに導かれる。すなわち、薬液は、熱交換器１内を逆流して流通し、これによって、熱交換器１内の海中生物を除去することができる。

熱交換器１内に薬液を流通させる際には、第１開閉弁３６、第２開閉弁３７、第３開閉弁３８、第４開閉弁３９は、全て閉状態とされる。その上で、薬液導入部４２から薬液を注入することで、熱交換器１内に薬液を流通させ、薬液排出部４３から薬液を排出することができる。

また、導入側着脱部４０には、冷却水の流路に露出する付着検出部４４が設けられている。付着検出部４４は、内部に設けられる２つの電極間の抵抗値を測定することなどにより、送液配管２内のスケールやスラッジ等の付着状況を検出することができる。送液配管２内に汚れが堆積している場合には、熱交換器１内にも汚れが堆積していることが想定される。付着検出部４４は、図示しない制御手段に接続されており、付着状況が所定以上である場合には、その旨が制御手段で認識される。

付着検出部４４を用いて、熱交換器１の洗浄を自動化することができる。この場合、送液配管２の切替手段や薬液導入部４２あるいは薬液排出部４３の開閉弁は、電磁弁などの自動開閉可能なものであるものとする。付着検出部４４において、所定以上の付着状況が検出されたら、制御手段は、送液配管２の切替手段を動作させて、薬液を熱交換器１内に流通可能な状態とする。その上で、熱交換器１に薬液を流通させることで、熱交換器１内の海中生物を除去する。洗浄が終わったら、制御手段は、薬液の系統を閉状態とすると共に、送液配管２の切替手段を動作させて、冷却水が流通可能な元の状態に復帰させる。

また、制御手段では、付着検出部４４によって検出された付着状況に応じて、洗浄を促す情報を通知するだけでもよい。例えば、制御手段に表示部を設け、付着検出部４４によって所定以上の付着状況が検出されたら、表示部にその旨を表示させる。これにより、使用者は熱交換器１の洗浄のタイミングを認識することができる。

導入側着脱部４０には、海中生物付着防止装置４５が設けられている。海中生物付着防止装置４５は、冷却水の流路内に露出する銅板（図示しない）を有しており、また、銅板には通電可能となっている。冷却水が流動している際に、銅板に通電することにより、銅板が溶解し、それと共に塩素が発生することにより、海中生物が熱交換器１内で増殖することを抑制することができる。

海中生物付着防止装置４５は、通常、船舶の海水取込口付近に設けられるが、本実施形態では、冷却水が熱交換器１に導入される直前の導入側着脱部４０の位置に、海中生物付着防止装置４５が設けられていることにより、当該海中生物付着防止装置４５を容易にメンテナンスすることが可能である。

このように、本実施形態では、送液配管２にフランジ状の導入側着脱部４０及び排出側着脱部４１を設けたことにより、これらに様々な機能を付加することが可能となっている。これらに加えて、例えば、導入側着脱部４０や排出側着脱部４１に、透過窓を設けることにより、熱交換器１の冷却水入口マニホールド２５や冷却水出口マニホールド２６内を目視することもできる。

また、本実施形態の熱交換器１及び送液配管２を含む熱交換器ユニット５０を構成することもできる。図６には、本実施形態の熱交換器１及び送液配管２を含む熱交換器ユニット５０の側面図を示している。この図に示すように、熱交換器ユニット５０は、熱交換器１及び送液配管２の他に、冷却水を循環させるポンプ５１を有している。ポンプ５１は、送液配管２の導入管部３２及び排出管部３３と接続されている。

熱交換器ユニット５０において、熱交換器１とポンプ５１は、トレイ状のドレインパン５２に対して固定されている。熱交換器１の固定フレーム１２は、下端部に固定部１２ａを有し、移動フレーム１３も下端部に固定部１３ａを有し、それぞれがドレインパン５２に固定される。また、ポンプ５１も、下端部がドレインパンに固定されている。ドレインパン５２は、熱交換器１の洗浄時などのメンテナンスの際に、ドレインの流出を防止するために設けられている。

また、熱交換器ユニット５０を船舶やプラントの取付箇所に取付固定するため、ユニット全体と取り囲むようなフレームからなるベース体５３も設けられる。ベース体５３は、ドレインパン５２と一体化され、その内側に熱交換器１や送液配管２及びポンプ５１が納められた構成となっている。ベース体５３には、取付箇所に対して固定できるように、固定部が設けられる。

このように、熱交換器１と送液配管２、ポンプ５１、ドレインパン５２、及びベース体５３をユニット化することにより、工場内で熱交換器ユニット５０を一体的に製造しておき、これを取付ける船舶やプラントでは、最低限の固定作業のみで、ユニット全体の施工を行うことができ、部品管理や溶接工程を削減でき、ひいてはコストダウンを図ることができる。

以上、本考案の実施形態について説明したが、本考案の実施は本実施形態には限られず、その技術的思想の範囲内において様々に適用されうる。

１ 熱交換器
２ 送液配管
１０ 伝熱プレート層
１１ フレーム部
１２ 固定フレーム
１３ 移動フレーム
１４ 支柱
１５ ボルト部材
１６ ガイドバー
２０ 冷却水入口
２１ 冷却水出口
２２ 被冷却水入口
２３ 被冷却水出口
２５ 冷却水入口マニホールド
２６ 冷却水出口マニホールド
２７ 内蔵フィルタ
３０ 冷却水導入部
３１ 冷却水排出部
３２ 導入管部
３３ 排出管部
３４ 第１接続管部
３５ 第２接続管部
３６ 第１開閉弁
３７ 第２開閉弁
３８ 第３開閉弁
３９ 第４開閉弁
４０ 導入側着脱部
４１ 排出側着脱部
４２ 薬液導入部
４３ 薬液排出部
４４ 付着検出部
４５ 海中生物付着防止装置

Claims (7)

1. 複数の伝熱プレートを積層して形成した伝熱プレート層と、該伝熱プレート層を支持するフレーム部とを有し、該フレーム部には前記伝熱プレート層の内部と連通する冷却水入口及び冷却水出口が形成される熱交換器と、
   前記冷却水入口に冷却水を導入する冷却水導入部と、前記冷却水出口からの冷却水を排出する冷却水排出部とを有する送液配管と、を有する熱交換器システムにおいて、
   前記伝熱プレート層には、前記冷却水入口と連通する冷却水入口マニホールドが形成され、該冷却水入口マニホールド内にはフィルタが設けられ、
   前記送液配管には、前記冷却水導入部から前記熱交換器を通じて前記冷却水排出部へ冷却水が流通する順流状態と、前記冷却水排出部から前記熱交換器を通じて前記冷却水導入部へ冷却水が流通する逆流状態とを、切替えることのできる切替手段が設けられていることを特徴とする熱交換器システム。
2. 前記冷却水導入部は、前記冷却水入口と対向する位置に、前記冷却水入口マニホールドを開放可能な導入側着脱部を有することを特徴とする請求項１記載の熱交換器システム。
3. 前記導入側着脱部には、冷却水の流路に露出する海中生物付着防止装置が設けられることを特徴とする請求項２記載の熱交換器システム。
4. 前記伝熱プレート層には、前記冷却水出口と連通する冷却水出口マニホールドが形成され、
   前記冷却水排出部は、前記冷却水出口と対向する位置に、前記冷却水出口マニホールドを開放可能な排出側着脱部を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱交換器システム。
5. 前記送液配管には海中生物またはスケールの付着状態を検出する付着検出部が設けられることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱交換器システム。
6. 前記送液配管には薬液注入部が設けられ、
   前記付着検出部で海中生物またはスケールの付着状態が所定以上であることを検出されたら、前記薬液注入部から薬液を注入させる制御手段を有することを特徴とする請求項５記載の熱交換器システム。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の熱交換器システムを有する熱交換器ユニットであって、
   前記熱交換器と、前記送液配管と、前記冷却水導入部及び冷却水排出部と接続されて冷却水を循環させるポンプと、前記熱交換器及びポンプの下部に設けられるドレインパンと、該ドレインパンと一体化され設置箇所に固定する固定部を有するベース体とが、一体化されていることを特徴とする熱交換器ユニット。

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