JPH08313188A - 多管式熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高性能でサニタリー性の向上とメンテナンス
が容易で無菌シールを備えた熱交換器を提供する。 【構成】 套管の両側に管板を設け、套管内に両管板を
介して複数本の往還・帰還用伝熱管を架設収納し、套管
および伝熱管内にそれぞれ熱媒およびプロセス流体を注
入し、それぞれの流体を互いに熱交換する多管式熱交換
器で、両管板に往還・帰還用Ｕ字孔を有する蓋体を設
け、管板と蓋体との接合面の最外周部にＯリング等のリ
ング状ガスケットを設け、また各伝熱管の外周接合面の
管板と蓋体の両面にリング状凹形溝を設け、リング状凹
形溝にリング状ガスケットを嵌合し、リング状ガスケッ
トを介して管板と蓋体を接合固定して両リング状ガスケ
ットとの間に隙間を形成し、隙間に蓋体または管板の一
部に蓋体または管板の外部と通ずる貫通孔を設け、貫通
孔を、隙間内に無菌水や蒸気等のシール用流体を流入・
流出させるシール用流体流出入孔とした構成よりなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、多管式熱交換器に係
り、より詳細には、食品工業やファインケミカルなどの
分野における粘性流体、或いは固形分を含んだスラリ−
流体のような流体をより効率的に熱交換すると共に、シ
ール性を向上させた多管式熱交換器に関する。

【０００２】

【従来の技術】流体食品の殺菌装置や、バイオ、医薬品
等の製造プロセスにおいては、これらの流体の加熱・冷
却等の温度制御が必要であるため、各種の熱交換器が使
用されている。そして、これらのプロセスでは、高粘度
の流体や、固形分を含む特殊流体が多く取り扱われる。
従って、プロセス機器や配管設備においては、 耐蝕性に優れていること、すなわち、酸・アルカリ
に耐え、洗浄性が高いことが要求される。 流体の温度制御が良好に行えること、 雑菌等混入汚染防止のために、アセプティックシー
ル（無菌シール）が各個所において必要となる。 等の条件を備える必要がある。

【０００３】ところで、この産業分野において使用され
て来た熱交換器は、プレート式熱交換器、多管式熱交換
器が多く使用され、これらの熱交換器においても、前述
したような条件を備えているものもある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前述したよう
に、近年、熱交換するための流体も、高粘度の流体や、
固形分を含む特殊流体が増加しているため、プレート式
熱交換器や多管式熱交換器では、次のような課題があ
る。すなわち、 プレート式熱交換器は、性能が良いものの、高粘度
流体や、スラリー流体には、圧力損失が大きく、固形分
の目詰まり等で使用できない。 多管式熱交換器は、温度制御、すなわち均一加熱・
冷却等が難しい。 等の課題がある。

【０００５】そこで、近年では、二重管式やモノチュー
ブ方式の管板と蓋体で形成されたチューブ式熱交換器が
使用されている。またこの熱交換器においては、その伝
熱管に、各種の波型成形加工され、前記流体に乱流を与
える構成のものが使用されている。しかし、このような
タイプの熱交換器の場合、次のような課題がある。すな
わち、 管板と蓋体との接合面、および該接合面に介在させ
るガスケットの形状や、嵌合面が充分でない。 従って、洗浄性やサニタリー性、あるいはガスケッ
トの耐久性が悪い。 特に、バイオや医薬品分野では無菌シールが要求さ
れるが、これらの要求に対応できない。 等の課題がある。

【０００６】本発明は、以上のような課題に対処して創
作したものであって、その目的とする処は、高性能でサ
ニタリー性の向上とメンテナンスが容易で無菌シールを
備えた熱交換器を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そして、上記課題を解決
するための手段としての本発明の請求項１の多管式熱交
換器は、套管の両側に管板を設け、該套管内に該両管板
を介して複数本の往還・帰還用伝熱管を架設収納し、該
套管および伝熱管内にそれぞれ熱媒およびプロセス流体
を注入し、それぞれの流体を互いに熱交換する多管式熱
交換器において、上記両管板に往還・帰還用Ｕ字孔を有
する蓋体を設け、該管板と蓋体との接合面の最外周部に
Ｏリング等のリング状ガスケットを設け、また各伝熱管
の外周接合面の管板と蓋体の両面にリング状凹形溝を設
け、該リング状凹形溝にリング状ガスケットを嵌合し、
該リング状ガスケットを介して該管板と蓋体を接合固定
して前記両リング状ガスケットとの間に隙間を形成し、
該隙間に該蓋体または管板の一部に蓋体または管板の外
部と通ずる貫通孔を設け、該貫通孔を、該隙間内に無菌
水や蒸気等のシール用流体を流入・流出させるシール用
流体流出入孔としてなる構成としている。

【０００８】請求項２の多管式熱交換器は、前記請求項
１の多管式熱交換器において、前記管板と蓋体の接合面
の最外周部にシール用溝を設け、該シール溝にリング状
ガスケットを嵌合し、また該管板と蓋体内の各々伝熱管
周囲にリング状凹形溝を設け、該該リング状凹形溝に該
管板と蓋体の流体流路方向に沿うリブを有するリブ付き
リング状ガスケットを嵌合し、該管板と蓋体をクランプ
バンドやボルトナット等の締め付け具で締め付ける構成
としている。

【０００９】請求項３の多管式熱交換器は、前記請求項
２の多管式熱交換器において、前記管板と蓋体の接合面
に形成されるリング状凹形溝の片方のリング状凹形溝の
深さを深くし、該深くしたリング状凹形溝に前記リブ付
きリング状ガスケットの片面を嵌合固定してなる構成と
している。

【００１０】

【作用】本発明の請求項１の多管式熱交換器は、管板と
蓋体との接合面の最外周部にＯリング等のリング状ガス
ケットを介在させ、また各伝熱管の外周接合面の管板と
蓋体の両面に設けたリング状凹形溝にリング状ガスケッ
トを嵌合した後、該両リング状ガスケットを介して、ク
ランプバンド等によって締め付け固定して組み立てた
後、前記伝熱管にプロセス流体を流し、また套間に熱媒
を流すことで、両流体間で熱交換を行なうことができ
る。ところで、同時に、前記両リング状ガスケットとの
間に形成される隙間に、前記貫通孔を通じて無菌水や蒸
気等の無菌シール用流体を流入・流出させている。従っ
て、伝熱管に流しているプロセス流体が、前記リング状
ガスケットの損傷や劣化等によって、前記接合面から漏
れた場合であっても、該プロセス流体を、無菌シール用
流体と一緒に流出させることができ、漏れたプロセス流
体が、途中で詰まって非衛生的環境が発生するのを防止
できる。更に、このように該プロセス流体を無菌シール
用流体と一緒に流出させることができるので、熱交換器
本体の運転を停止して、メンテナンスをする必要がな
く、かつ外部からの雑菌の混入・汚染を防止できる。

【００１１】請求項２の多管式熱交換器は、管板と蓋体
の接合面の最外周部に形成したシール用溝にリング状ガ
スケットを嵌合し、また該管板と蓋体内の各々伝熱管周
囲に形成したリング状凹形溝に該管板と蓋体の流体流路
方向に沿うリブを有するリブ付きリング状ガスケットを
嵌合しているので、そのシール性を向上させることがで
きる。

【００１２】請求項３の多管式熱交換器は、管板と蓋体
の接合面に形成されるリング状凹形溝の片方のリング状
凹形溝の深さを深くし、該深溝のリング状凹形溝に前記
リブ付きリング状ガスケットの片面を嵌合固定している
ので、そのガスケットの装着性を良好にでき、また無菌
シール流体を流すための隙間を容易に形成できる。

【００１３】

【実施例】以下、図面を参照しながら、本発明を具体化
した実施例について説明する。ここに、図１〜図６は、
本発明の一実施例の多管式熱交換器を示し、図１は一部
省略の断面図、図２ａは熱交換器の右側面図、図２ｂは
左側面図、図３ａは右側の管板の正面図、図３ｂは左側
の管板の正面図、図図４ａは右側の蓋体の内部正面図、
図４ｂは右側の蓋体の断面図、図４ｃは左側の蓋体の内
部正面図、図４ｄは左側の蓋体の断面図、図５は管板と
蓋体との接合面の概略断面図、図６は熱交換器本体の右
端部組立時の断面図である。

【００１４】本実施例の多管式熱交換器は、概略する
と、套管１と、伝熱管２と、両側の管板３，３´と、蓋
体４，４´、邪魔板５と、ガスケット１１，１１′，１
２，１２′、およびクランプバンド７，７′から構成さ
れている。

【００１５】套管１は、円筒形の横長い据え付け型で、
ステンレス等の耐蝕性材で形成されている。そして、そ
の内側に伝熱管２が複数本配列されていて、伝熱管２内
には熱交換されるプロセス流体が流入される。また、套
管１の両端には、熱媒（本明細書において冷媒を含む）
の入，出口８，８′が取り付けられ、該熱媒が套管１に
配置された邪魔板５の間を流れる構成とされている。

【００１６】伝熱管２は、套管１と共に管板３，３′に
よって配列、固定され、ステンレス、チタンライニング
等の耐蝕性材質のもので、通常、螺旋管として形成され
ている。伝熱管２は、複数本（図面においては、１９
本）配列され、往還、帰還用伝熱管を形成している。こ
こで、伝熱管２として、螺旋管としているのは、該管内
を流れる流体に乱流を起こさせ、総合伝熱係数を高くす
ることを考慮したものである。

【００１７】管板３，３´の両外面には、その最外周部
に配したＯリング等のリング状ガスケット１１，１１′
と、各伝熱管２の周囲に配したリング状ガスケット１
２，１２′（図５〜図６参照）を介して蓋体４，４′が
設けられている。そして、この蓋体４，４′には、前記
プロセス流体を流入，流出管９，９′と、それぞれの伝
熱管２の配列に合致するＵターン流路２２，２２′が設
けられ、該プロセス流体が、流入管９から入り、各伝熱
管２内を往復しながら蓋体４′の流出管９′より排出さ
れ熱交換され得る構成とされている。なお、管板３，
３′と蓋体４，４′は、Ｏリング等のリング状ガスケッ
ト１１，１１′リング状ガスケット１２，１２′を介し
て、その接合面が均一に締め付けられるようにクランプ
バンド７，７′で締め付け・固定でき、その接合面の点
検・着脱が容易に行える構成とされている。すなわち、
管板３，３′と蓋体４，４′の外周囲には、その形状が
楔形状等の凸部３ｃ，４ｃが形成されていて、この凸部
３ｃ，４ｃにクランプバンド７，７′を被着・締め付け
固定できる構成とされている。また熱交換器本体は、脚
１０，１０′によって支持されている。

【００１８】また、管板３，３´と蓋体４，４′との接
合面３ｂ，４ｂには、図５〜図６に示すように、リング
状ガスケット１１，１１′を嵌合するリング状のシール
用溝１５と、リング状ガスケット１２，１２′を嵌合す
るリング状凹形溝１７，１８が設けられている。そし
て、このシール用溝１５，１６とリング状凹形溝１７，
１８に、リング状ガスケット１１，１１′リング状ガス
ケット１２，１２′をそれぞれ嵌合し、管板３，３´と
蓋体４，４′とをクランプバンド７，７′で締め付け・
固定することで、この接合面３ａ，４ａ間に隙間１９が
形成される。

【００１９】リング状のシール用溝１５，１６は、管板
３，３´と蓋体４，４′の最外周部に位置する接合面３
ｂ，４ｂのそれぞれに設けられ、またリング状凹形溝１
７，１８は、管板３，３´と蓋体４，４′の接合面３
ａ，４ａのそれぞれの伝熱管２の外周囲に設けられ、蓋
体４，４′の接合面４ａに設けられているリング状凹形
溝１８が、管板３，３´に設けられているリング状凹形
溝１７より深溝として形成されている。また、蓋体４，
４′には、隙間１９に通ずる貫通孔２０が形成され、貫
通孔１８は、隙間１９に無菌シール流体を流入するため
の無菌シール流体流入口１３と、該無菌シール流体を排
出するための無菌シール流体流出口１４が形成されてい
る。ここで、貫通孔２０に流す無菌シール流体の流速
は、伝熱管２内に流すプロセス流体の流速より遅い流
速、換言すれば、貫通品２０を流れる流体の流圧を、伝
熱管２内を流れるプロセス流体の流圧より小さくしてい
る。このようにすることで、該無菌シール流体が、伝熱
管２内に流入するのを防止すると共に、伝熱管２からプ
ロセス流体が漏れるのを検出できる。ところで、無菌シ
ール流体流入口１３、無菌シール流体流出口１４を形成
する管体は、蓋体４，４′の開閉がスムーズにできるよ
うにするために、可撓性を有するか、あるいは接続自在
の形態のものを用いる必要がある。

【００２０】リング状ガスケット１１，１１′は、ゴム
等の弾力性のある材質からなるＯリングである。またリ
ング状ガスケット１２，１２′は、図５に示すように、
一面側に突出したリブ２１を備えたガスケットであっ
て、このリブ２１が、蓋体４，４′の接合面に形成され
ているリング状凹形溝１８に嵌まる形状に形成されてい
る。これにより、管板３，３′と蓋体４，４′との接合
性を確実にすると共に、隙間１９が形成される。

【００２１】ところで、前記した伝熱管２は、管内の接
液面は、バフや電解研磨等の表面処理がなされていて、
その洗浄性やサニタリー性を向上させる構成としてい
る。またプロセス流体として、粘性の高い流体や、固形
分が混入する流体に対処するために、管内部に、ひねり
羽根等を挿入し、該流体に乱流を生じさせ、熱交換効率
を向上させる構成としている。また、プロセス流体の入
口管と出口管を蓋体４，４′の上下位置に配することに
より、出入口を開放した際、伝熱管２内を流れる内部プ
ロセス流体が自然落下するように、伝熱管２、Ｕターン
流路２２，２２′が配列・配置されている。

【００２２】そして、本実施例の多管式熱交換器は、ま
ず、管板３，３´と蓋体４，４′との接合面３ｂ，４ｂ
に形成されたリング状のシール用溝１５にリング状ガス
ケット１１，１１′を嵌合し、またリング状凹形溝１
７，１８にリング状ガスケット１２，１２′を嵌合した
後、管板３，３´と蓋体４，４′を凸部３ｃ，４ｃを介
してクランプバンド７，７′で締め付け・固定する。こ
こで、蓋体４，４′に形成されているリング状凹形溝１
８は、管体３，３′に形成されているリング状凹形溝１
７の溝より深溝構造とされ、かつリング状ガスケット１
２，１２′が、一面側に、該深溝より厚みを有するリブ
２１，２１′を備えていて、このリブ２１，２１′が、
前記深溝に形成されているリング状凹形溝１８に嵌合す
るので、その接合性が良好になり、また接合面３ｂ，４
ｂ間に隙間１９が形成される。

【００２３】この状態で、伝熱管２にプロセス流体を、
套管１に熱媒を流すことにより、該プロセス流体が伝熱
管２の入口から出口を流れている間に、套管１を流れる
熱媒との間で熱交換がなされる。また貫通孔１８には、
無菌シール流体（通常、無菌水）を無菌シール流体流入
口１３を通じて隙間１９に流し、更に隙間１９から無菌
シール流体流出口１４を通じて流出させる。従って、リ
ング状ガスケット１１，１１′、リング状ガスケット１
２，１２′部分、および接合部分が無菌シール流体によ
って雑菌等の進入を阻止でき、そのサニタリー性を向上
できる。

【００２４】ところで、伝熱管２を流れるプロセス流体
が、管板３，３´と蓋体４，４′との接合面３ｂ，４ｂ
に介在されているリング状ガスケット１１，１１′、リ
ング状ガスケット１２，１２′のシール作用の低下等の
理由によって、該接合面３ｂ，４ｂから漏れると、該プ
ロセス流体は、無菌シール流体と共に無菌シール流体流
出口１４から流出する。従って、該プロセス流体の漏れ
の有無を速やかに知ることができる。

【００２５】なお、本発明は、上述した実施例に限定さ
れることなく、本発明の要旨を変更しない範囲で変形実
施できることは明らかである。因みに、前述した実施例
においては、無菌シール流体を管板と蓋体との接合面と
の間に形成される隙間に流す貫通孔を蓋体に設けた構成
で説明したが、管板に形成した構成としてもよいことは
当然である。そして、この管板に形成した場合は、該貫
通孔に接続する無菌シール流体流入口、流入口に通じる
管体を固定配管でき、蓋体に設けたような管体接続作業
が不要となるという利点を有する。また、管板と蓋体と
の締め付け・固定は、前述したクランプバンドで行う構
成に限られるものでなく、かんいた、蓋体にフランジを
設けて、フランジボルト等により締め付け・固定するよ
うにした構成としてもよい。

【００２６】

【発明の効果】以上の記載より明らかなように、本発明
の請求項１の多管式熱交換器によれば管板と蓋体との接
合面の最外側部のＯリング等のリング状ガスケットと、
伝熱管の外周のリング状ガスケットとを介してシールす
ると共に、該接合面に無菌シール流体の流入・流出用の
隙間を形成しているので、伝熱管に流しているプロセス
流体が、前記リング状ガスケットの損傷や劣化等によっ
て、前記接合面から漏れた場合であっても、該プロセス
流体を、無菌シール用流体と一緒に流出させることがで
き、該漏れたプロセス流体が、途中で詰まって非衛生的
環境が発生するのを防止でき、また該プロセス流体を無
菌シール用流体と一緒に流出させるので、熱交換器本体
の運転を停止して、メンテナンスをする必要がなく、か
つ外部からの雑菌の混入・汚染を防止できるという効果
を有する。

【００２７】請求項２の多管式熱交換器によれば、管板
と蓋体の接合面の最外周部に形成したシール用溝にリン
グ状ガスケットを嵌合し、また該管板と蓋体内の各々伝
熱管周囲に形成したリング状凹形溝に該管板と蓋体の流
体流路方向に沿うリブを有するリブ付きリング状ガスケ
ットを嵌合しているので、そのシール性を向上させるこ
とができるという効果を有する。

【００２８】請求項３の多管式熱交換器によれば、管板
と蓋体の接合面に形成されるリング状凹形溝の片方のリ
ング状凹形溝の深さを深くし、該深くしたリング状凹形
溝に前記リブ付きリング状ガスケットの片面を嵌合固定
しているので、そのガスケットの装着性を良好にでき、
また無菌シール流体を流すための隙間を容易に形成でき
るという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例を示す一部省略の断面図で
ある。

【図２】 図２ａは右側面図、図２ｂは左側面図であ
る。

【図３】 図３ａは右側の管板の正面図、図３ｂは左側
の管板の正面図である。

【図４】 図４ａは右側の蓋体の内部正面図、図４ｂは
右側の蓋体の断面図、図４ｃは左側の蓋体の内部正面
図、図４ｄは左側の蓋体の断面図である。

【図５】 管板と蓋体との接合面の概略断面図である。

【図６】 熱交換器本体の右端部組立時の断面図であ
る。

【符号の説明】

１・・・套管、２・・・伝熱管、３，３′・・・管板、
４，４´・・・蓋体、３ａ，４ａ・・・接合面、３ｃ，
４ｃ・・・凸部、５・・・邪魔板、７，７′・・・クラ
ンプバンド（締め付け具）、８，８′・・・熱媒の入，
出口、９，９′・・・流入，流出管、１０，１０′・・
・脚、１１，１１′・・・リング状ガスケット（Ｏリン
グシール材）、１２，１２′・・・リング状ガスケッ
ト、１３・・・無菌シール流体流入口、１４・・・無菌
シール流体流出口、１５，１６・・・シール用溝、１
７，１８・・・リング状凹形溝、１９・・・隙間、２０
・・・貫通孔、２１・・・リング状ガスケットのリブ、
２２，２２′・・・Ｕターン流路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 套管の両側に管板を設け、該套管内に該
   両管板を介して複数本の往還・帰還用伝熱管を架設収納
   し、該套管および伝熱管内にそれぞれ熱媒およびプロセ
   ス流体を注入し、それぞれの流体を互いに熱交換する多
   管式熱交換器において、上記両管板に往還・帰還用Ｕ字
   孔を有する蓋体を設け、該管板と蓋体との接合面の最外
   周部にＯリング等のリング状ガスケットを設け、また各
   伝熱管の外周接合面の管板と蓋体の両面にリング状凹形
   溝を設け、該リング状凹形溝にリング状ガスケットを嵌
   合し、該リング状ガスケットを介して該管板と蓋体を接
   合固定して前記両リング状ガスケットとの間に隙間を形
   成し、該隙間に該蓋体または管板の一部に蓋体または管
   板の外部と通ずる貫通孔を設け、該貫通孔を、該隙間内
   に無菌水や蒸気等のシール用流体を流入・流出させるシ
   ール用流体流出入孔としてなることを特徴とする多管式
   熱交換器。
2. 【請求項２】 前記管板と蓋体の接合面の最外周部にシ
   ール用溝を設け、該シール溝にリング状ガスケットを嵌
   合し、また該管板と蓋体内の各々伝熱管周囲にリング状
   凹形溝を設け、該該リング状凹形溝に該管板と蓋体の流
   体流路方向に沿うリブを有するリブ付きリング状ガスケ
   ットを嵌合し、該管板と蓋体をクランプバンドやボルト
   ナット等の締め付け具で締め付けることを特徴とする請
   求項１に記載の多管式熱交換器。
3. 【請求項３】 前記管板と蓋体の接合面に形成されるリ
   ング状凹形溝の片方のリング状凹形溝の深さを深くし、
   該深くしたリング状凹形溝に前記リブ付きリング状ガス
   ケットの片面を嵌合固定してなることを特徴とする請求
   項２に記載の多管式熱交換器。