JP4567626B2 - グラスライニング製多管式熱交換器 - Google Patents

Description

本発明は、内面にグラスライニングが施された伝熱管を配置してなるグラスライニング製熱交換器であって、グラスライニング層が剥離するのを防止するための改良に関する。

グラスライニング製熱交換器は、その外側を覆う器胴シェルとガラス質内張りヘッドの内部において、多数の伝熱管がその両端を金属管板に一定の間隔で取り付けられて一体化された構造をなしている。そして本件特許出願人も、このようなグラスライニング製の多管式熱交換器に関して、下記特許文献１のような特許出願をなしている。
特開平１１−３０４３７９号公報

このグラスライニング製熱交換器は、その伝熱管の内部へ供給される被熱交換流体に腐食性のあるものが含まれることから、被熱交換流体と接触する伝熱管の内面及び金属管板の外面の全体にわたってグラスライニングが施され、腐食しないようにされている。このグラスライニングが施された伝熱管の金属管板への取り付けは、伝熱管の端部を金属管板に溶接付けすることによりなされる。

このように伝熱管の端部は金属管板に溶接付けされるのであるが、その溶接付けされた端部近傍の内側においては、わずかではあるが伝熱管と金属管板との間にどうしても隙間が生ずることとなる。そして、このようなグラスライニング製熱交換器は、冷媒として水とエチレングリコール等の不凍液を切り替えて用いる場合があり、水や不凍液が上記のような器胴シェル内の伝熱管と金属管板間の隙間に溜まることとなる。

しかし、水や不凍液が伝熱管と金属管板間の隙間に溜まること自体は問題はないのであるが、水を冷媒として使用した後に器胴シェル内に０℃以下の不凍液の冷媒を流すと、隙間に溜まった水が凍り、凍った水の体積が膨張することになるので、上記溶接部分に外力がかかり、隙間の近傍に施されたグラスライニング層が剥離するおそれがある。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、上記のような伝熱管と金属管板間の隙間に溜まった水が凍ることにより、グラスライニング層が剥離するのを防止することを課題とする。

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、請求項１記載の発明は、本体部分としての器胴シェルを備えているとともに、該器胴シェルの内部に多数の伝熱管が配置され、該伝熱管の端部が金属管板に溶接付けされてなり、被熱交換流体が接触する前記伝熱管の内面及び金属管板の外面にはグラスライニング層が形成され、前記器胴シェル内には、水を冷媒として使用した後に０℃以下の不凍液が流されて、冷媒として水と０℃以下の不凍液が切り換えて使用され、被熱交換流体は前記伝熱管を通って前記冷媒との熱交換によって冷却されるグラスライニング製熱交換器であって、前記溶接された伝熱管の端部と金属管板との間に形成される、冷媒としての水が溜まる間隙部に、水及び０℃以下の不凍液に溶解せず、且つ水や０℃以下の不凍液によって腐食しないエポキシ系合成樹脂からなる充填剤が充填されていることを特徴とする。

請求項１記載の発明では、上述のように伝熱管の端部と金属管板との間隙部に、水及び熱媒体に溶解せず、且つ水や熱媒体によって腐食しない充填剤が充填されているため、水が伝熱管と金属管板との間隙部に溜まることがない。従って水が凍ることによるグラスライニング層の剥離という問題も生じないのである。

以下、本発明の実施形態について、図面に従って説明する。
（実施形態１）
本実施形態のグラスライニング製多管式熱交換器１は、図１に示すように、本体部分としての器胴シェル２を備え、その両側にガラス質内張りヘッド３ａ、３ｂを備えている。器胴シェル２に設けられるノズル５は、該器胴シェル２内に連通する熱媒体、すなわち熱媒又は冷媒の入口であり、ノズル６は、熱媒又は冷媒の出口である。

熱交換器１の内部においては、図２にも示すように、該熱交換器１の長手方向に沿って配置される多数の伝熱管１１がその両端を金属管板１０に一定の間隔で取り付けられている。伝熱管１１の内面にはグラスライニング層２１が形成されている。このグラスライニング層２１は、伝熱管１１の内面へガラス管を内張することにより、または釉薬を塗布した後、高温で焼成することにより形成される。

この金属管板１０とガラス質内張りヘッド３ａ、３ｂとは、これらのフランジ部により封止結合されている。

熱交換器１によって熱交換される被熱交換流体は、一方のガラス質内張りヘッド３ａに設けられる取り入れ口７により熱交換器１の内部へと導かれ、伝熱管１１内を通って他方のガラス質内張りヘッド３ｂに設けられる取り出し口８より排出される。このようにして、熱交換器１の内部に導かれた被熱交換流体は、伝熱管１１を介して上記熱媒又は冷媒との熱交換によって加熱又は冷却されることとなる。

次に、伝熱管１１が取り付けられる金属管板１０の部分について説明する。金属管板１０は、器胴シェル２に応じた外径が選定されるが、器胴シェル２には２００Ａ以上の炭素鋼鋼管が用いられている。伝熱管１１は、JIS G 3454 に定められる呼び径２５Ａのスケジュール６０の炭素鋼鋼管が用いられており、その内径ｄ１が２６．２ｍｍに、肉厚ｔが３．９ｍｍに、外径ｄ２が３４ｍｍに形成されている。

金属管板１０の外面にはグラスライニング層２２が形成されている。そして、内面にグラスライニング層２１が形成された伝熱管１１を金属管板１０に溶接した後に、その溶接部を含む近傍に再度グラスライニングが施されている。伝熱管１１の溶接される端部１６の内径側部分から金属管板１０の外面にわたる部分のグラスライニングの被覆を形成できるので、これらの部分に接触する被熱交換流体が腐食性の流体であっても、多管式熱交換器１は腐食を受けることがない。

図３に示すように、伝熱管１１の金属管板１０への取り付けは、伝熱管１１の端部１６を金属管板１０に溶接することによる。そして、かかる端部１６と、該端部１６が取り付けられる金属管板１０の部分と、これらの溶接部１５とは、一定の曲率半径により丸み付けが施された曲面状をなすアール部１２に形成されている。このアール部１２は、端部１６を金属管板１０へ溶接した後に、これら溶接された部分のグラインダー等による面取り加工によって形成できる。

図３には図示していないが、伝熱管１１の端部１６と金属管板１０との間には、図４及び図５に示すように、間隙部４が形成されている。そして本実施形態においては、図５のように、間隙部４内に充填剤９が充填されている。この充填剤は、本実施形態ではエポキシ系樹脂で構成されている。尚、本実施形態では、図４に示す間隙部４の寸法Lは、０．３ｍｍに形成されている。

上記のような構成からなるグラスライニング製多管式熱交換器１は、被熱交換流体の種類などにより器胴シェル２内に導入する冷媒として水と、エチレングリコール等の不凍液が使用されるが、上記のように伝熱管１１の端部１６と金属管板１０間にどうしても間隙部４が形成されるので、冷媒として水を使用すると間隙部４に水が溜まることとなる。

一方、伝熱管１１にエチレングリコール等の０℃以下の冷媒を流すと、前記間隙部４に溜まった水が凍り、凍った水の体積が膨張することになるので、上記溶接部１５の近傍に外力がかかり、或いは間隙部４の近傍に施されたグラスライニング層が剥離するおそれがある。

しかしながら、本実施形態では、間隙部４内に充填剤９が充填されているので、そもそも水がその間隙部４内に流入することがない。従って、凍った水の体積が膨張し、溶接部１５の近傍に外力がかかり、間隙部４の近傍に施されたグラスライニング層が剥離する等の現象を未然に防止することができるのである。

さらに、熱交換器１の内部の構造等は、適宜設計変更することが可能である。

本発明は、上記のように内面にグラスライニングが施された伝熱管を配置してなるグラスライニング製多管式熱交換器に広く適用することができる。

一実施形態としてのグラスライニング製多管式熱交換器の一部断面側面図。 Ａ−Ａ方向から見た要部平面図。 伝熱管の端部周辺の拡大断面図。 図３の要部をさらに拡大して示す拡大断面図。 間隙部に充填剤を充填した状態の拡大断面図。

符号の説明

４…間隙部 ９…充填剤
１０…金属管板 １１…伝熱管
１５…溶接部 １６…端部

Claims (1)

1. 本体部分としての器胴シェル（２）を備えているとともに、該器胴シェル（２）の内部に多数の伝熱管（１１）が配置され、該伝熱管（１１）の端部が金属管板（１０）に溶接付けされてなり、被熱交換流体が接触する前記伝熱管（１１）の内面及び金属管板（１０）の外面にはグラスライニング層（２１）、（２２）が形成され、前記器胴シェル（２）内には、水を冷媒として使用した後に０℃以下の不凍液が流されて、冷媒として水と０℃以下の不凍液が切り換えて使用され、被熱交換流体は前記伝熱管（１１）を通って前記冷媒との熱交換によって冷却されるグラスライニング製熱交換器であって、前記溶接された伝熱管（１１）の端部と金属管板（１０）との間に形成される、冷媒としての水が溜まる間隙部に、水及び０℃以下の不凍液に溶解せず、且つ水や０℃以下の不凍液によって腐食しないエポキシ系合成樹脂からなる充填剤が充填されていることを特徴とするグラスライニング製多管式熱交換器。

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