JPH09280782A - 伝熱管の機械式栓 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 塑性変形した箇所が応力腐食割れを起こさ
ず、伝熱管の端部における流体封止状態を長期間維持す
ることを可能にする機械式栓を提供する。 【解決手段】 機械式栓は、一端を開口端（１１ｂ）と
しテーパ穴部（１１ｄ）を有する内孔（１１ａ）を形成
された筒体（１１）を備える。この筒体内には、内部に
中子ねじ（１２ａ）を形成され外部に前記筒体のテーパ
穴部と嵌合するテーパ部（１２ｂ）を形成されて筒体内
孔に内装されたテーパ付き部材（１２）が設けられる。
ねじ棒（１３）は、一端に中子ねじに螺合可能なねじ部
（１３ａ）を形成され、他端に前記筒体の開口端を液密
状態に覆う蓋部（１３ｂ）を形成されて、筒体内孔に挿
入され、前記中子ねじに螺合する。ねじ棒の蓋部と筒体
の開口端との間にはシール部材（１４）が介在し、ま
た、ねじ棒は形状記憶合金から形成されることが好まし
い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばボイラーや
蒸気発生器のような熱交換器に関し、特に、同熱交換器
の伝熱管の機械式栓構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】温度差のある流体の間で熱交換を行う熱
交換器として、伝熱管式熱交換器がある。この伝熱管式
熱交換器を長期間使用していると、伝熱管の一部に損傷
が発生することがある。ここに言う損傷とは、種々の原
因によるひび割れ、ピンホール等であり、伝熱管の内外
面間を貫通するか、貫通しそうな損傷である。このよう
な損傷が発生すると、熱交換を行っている２種類の流体
のうち、高圧の一次流体が低圧の二次流体へ損傷部を通
過して流入するか、流入し易くなる。流入の結果、熱交
換効率が低下するだけでなく、一次流体が放射性の場合
には、二次流体を放射化する重大な事態を招来する可能
性がある。

【０００３】そのため、このように伝熱管に損傷が発生
した場合、熱交換器は、通常、損傷した伝熱管の機能を
停止して上述した不具合の発生を防止すべく、当該伝熱
管の端部に機械式栓を挿着し、一次流体が当該伝熱管に
流入してその損傷部を通過することを阻止する措置がと
られている。

【０００４】図２は、上述したような従来の機械式栓の
装着状態を示している。図２において、符号１で示され
るものは損傷が発生して機能停止された伝熱管であり、
該伝熱管１の端部が管板２の二次流体側（図において右
側）から貫通孔２ａに挿入され、拡管されて貫通孔２ａ
の内面と封止状態で密着固定されている。また、管板２
の一次流体側の一次表面２ｂにおいて、伝熱管１の周縁
部と管板２の貫通孔２ａとの境界面が溶金３により封止
されている。

【０００５】前記伝熱管１の端部に挿着されたものがほ
ぼ円筒状の機械式栓９である。該機械式栓９は、筒体１
１と、その内部にある中子１２とにより構成されてい
る。挿着前の該筒体１１は、前記伝熱管１の拡管された
端部に挿入可能なようにその内径より僅かに小径の筒状
部材であり、一端に開口端１１ｂを有する内孔１１ａが
形成されている。該内孔１１ａは、開口端１１ｂから筒
体の閉じた底部へ向かって、小径の第１円筒部１１ｃ
と、底部方向へ拡大するテーパ穴部１１ｄと、該テーパ
穴部１１ｄに続く大径の第２円筒部１１ｅとにより順次
構成されている。また、筒体１１の前記テーパ穴部１１
ｄの外周には、複数の輪状溝１１ｆが形成されている。
一方、中子１２はテーパ付き部材であり、その内部中央
に、軸芯方向に貫通して、前記筒体１１の第１円筒部１
１ｃより小径の中子ねじ１２ａが形成され、外部に、前
記筒体１１のテーパ穴部１１ｄの大径部分に嵌合するテ
ーパ部１２ｂが形成され、前記筒体１１の内孔１１ａに
内装されている。

【０００６】以上のように構成された機械式栓９を挿着
するには、まず、開口端１１ｂが管板２の一次表面２ｂ
側となるように、伝熱管１の端部に機械式栓９を挿入
し、その後、筒体１１の開口端１１ｂに支持されると共
に中子１２の中子ねじ１２ａに螺合される図示しない取
付工具により、中子１２を開口端１１ｂの方向へ引き寄
せる。この操作により、中子１２のテーパ部１２ｂが筒
体１１のテーパ穴部１１ｄに食い込み、筒体１１の外径
を拡大する。中子１２のテーパ部１２ｂ及び筒体１１の
テーパ穴部１１ｄはテーパの角度が小さく、取付工具を
開放しても食い込みが自然に元に戻ることはない。その
結果、複数の輪状の外周がその全周を伝熱管１の内周と
密着し、この密着部により、その両側、即ち、管板２の
一次表面２ｂ側と伝熱管１の内部とを遮断する。従っ
て、高温高圧の一次流体が損傷した伝熱管１の内部へ流
入することはなく、また、逆の流れも生じない。尚、取
付工具は挿着時のみ使用され、挿着後は取り除かれる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の伝熱管式熱交換
器における伝熱管の機械式栓は以上のように構成されて
いたため、次ぎのような課題が存在していた。即ち、伝
熱管１の端部に挿着された機械式栓９の筒体１１は、常
時、大きく塑性変形した状態にある。また、図２に示さ
れるように、筒体１１の開口端１１ｂは開放状態にあ
り、伝熱管式熱交換器の運転中は、常時、高温高圧の一
次流体が内孔１１ａ内に充満している。その結果、筒体
１１の塑性変形した箇所、即ち伝熱管１の内周との密着
部に高温高圧の流体が作用して内孔１１ａ側から応力腐
食割れが起る。応力腐食割れが筒体１１の内周から外周
へ貫通することにより、機械式栓９による密着状態は崩
壊して遮断効果が失われ、機械式栓の信頼性低下とな
る。

【０００８】本発明は、以上のような課題を解決するた
めになされたものであり、応力腐食割れを起こさず、長
期間遮断効果が失われることのない伝熱管の機械式栓を
提供することを目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するた
めに、請求項１に記載の本発明による伝熱管の機械式栓
は、一端を開口端としテーパ穴部を有する内孔を形成さ
れた筒体と、内部に雌ねじを形成され外部に前記筒体の
前記テーパ穴部と嵌合するテーパ部を形成されて前記筒
体の前記内孔に内装されたテーパ付き部材と、一端に前
記テーパ付き部材の前記雌ねじに螺合可能なねじ部を形
成され他端に前記筒体の前記開口端を流体封止関係で覆
う蓋部を形成されて前記筒体の前記内孔に挿入され前記
雌ねじに螺合されるねじ棒とを備える。

【００１０】また、請求項２に記載の本発明による機械
式栓においては、前記ねじ棒の前記蓋部と前記筒体の前
記開口端との間に、輪形状のシール部材が好適に介在し
ている。

【００１１】さらに、請求項３に記載の本発明による
と、前記ねじ棒は、常温時の棒状の長さが所定温度以上
に温度上昇すると短縮し、常温に戻ると常温時の前記長
さに復帰するように、形状記憶を施された形状記憶合金
材料により構成されている。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面と共に本発明による伝
熱管式熱交換器における伝熱管の機械式栓の好適な実施
の形態について詳細に説明する。図１は、本発明による
機械式栓の挿着状態を示している。尚、従来の技術の説
明において示した部材と同一部材については同一符号を
使用する。図１において、符号１で総括的に示されるも
のは損傷が発生して機能停止された伝熱管であり、該伝
熱管１の端部が管板２の貫通孔２ａに挿入され、拡管さ
れて貫通孔２ａの内面と封止状態に密着固定されてい
る。また、前記管板２の一次流体側の表面、即ち一次表
面２ｂにおいて、伝熱管１の周縁部と管板２に形成され
た貫通孔２ａとの境界面が溶金３により封止されてい
る。

【００１３】前記伝熱管１の端部には、機械式栓１０が
挿着されている。該機械式栓１０は、筒体１１、中子
（テーパ付き部材）１２、ねじ棒１３及びシール部材１
４により、以下のように構成されている。伝熱管への挿
着前の該筒体１１は、前記伝熱管１の拡管された端部に
挿入可能なようにその内径より僅かに小径の筒状部材で
あり、一端に開口端１１ｂを有する内孔１１ａが内部に
形成されている。該内孔１１ａは、開口端１１ｂからそ
の閉じた底端へ向かって、小径の第１円筒部１１ｃと、
底部方向へ拡大するテーパ穴部１１ｄと、該テーパ穴部
１１ｄに続く大径の第２円筒部１１ｅとにより構成され
ている。また、筒体１１の前記テーパ穴部１１ｄ部分の
外周には、複数の輪状溝１１ｆが形成されている。筒体
１１に挿入される前記中子１２は、ほぼ円筒状のテーパ
付き部材であり、内部中央に、軸芯方向に貫通して前記
筒体１１の第１円筒部１１ｃより小径の中子ねじ（雌ね
じ）１２ａが形成され、外部に、前記筒体１１のテーパ
穴部１１ｄの大径部分に嵌合するテーパ部１２ｂが形成
されている。

【００１４】前記ねじ棒１３は、前記筒体１１の内孔１
１ａに挿入可能な略棒状の本体部を有し、該本体部は、
その先端部外周に、前記筒体１１の開口端１１ｂから挿
入されて前記中子１２の中子ねじ１２ａに螺合するねじ
部１３ａが形成されると共に、後端に、開口端１１ｂよ
りも大径の略円盤形状の蓋部もしくは頭部１３ｂが形成
されている。該蓋部１３ｂの外面には、前記ねじ部１３
ａを前記中子ねじ１２ａに螺合するためのスクリュドラ
イバ等の螺合工具用のスリット１３ｃが形成されてい
る。また、該ねじ棒１３は、少なくとも本体部の長さ方
向の一部が形状記憶合金材料により構成されている。こ
の形状記憶合金材料は、伝熱管式熱交換器の運転中の高
温高圧作動状態において、挿着されたねじ棒１３の蓋部
１３ｂと筒体１１の開口端１１ｂ部との接触面圧力が常
温時よりも大きくなるように、常温時の本体部の長さが
運転時よりは低い所定温度、例えば１００℃以上に温度
上昇すると短縮し、常温に戻ると常温時の長さに復帰す
るように、形状記憶を施されている。

【００１５】前記シール部材１４は、適宜の材料からな
る輪状のＯリング、パッキン、ガスケット等であり、対
高温さらには対高圧用材料により構成されている。該シ
ール部材１４は、機械式栓１０の挿着時、前記筒体１１
の開口端１１ｂにある肩部と前記ねじ棒１３の蓋部１３
ｂとの間に締め付けられて密着状態で介在している。

【００１６】以上のように構成された機械式栓１０を、
損傷が発生して機能を停止すべき伝熱管１の端部に挿着
するには、伝熱管式熱交換器が運転を停止され流体が抜
かれて常温の空の状態において、まず、開口端１１ｂが
管板２の一次表面２ｂ側となるように、中子１２が内装
された筒体１１を伝熱管１の端部に挿入する。次に、筒
体１１の開口端１１ｂの端面に支持されると共に中子１
２の中子ねじ１２ａに螺合される図示しない取付工具に
より、中子１２を開口端１１ｂ方向へ引き寄せる。この
操作により、中子１２のテーパ部１２ｂが筒体１１のテ
ーパ穴部１１ｄに食い込み、筒体１１の外径を拡大す
る。中子１２のテーパ部１２ｂ及び筒体１１のテーパ穴
部１１ｄはテーパの角度が小さく、ねじ棒１３を取り除
いても食い込みが自然に元に戻ることはない。その結
果、輪状溝１１ｆにより形成された複数の輪状の外周が
その全周にわたって伝熱管１の内周と密着し、この密着
部により、管板２の一次表面２ｂと伝熱管１の内部とを
遮断する。

【００１７】ねじ棒１３を取り除いた後、次に、シール
部材１４を間に入れてねじ棒１３の先端部を筒体１１の
内孔１１ａに挿入し、同先端部のねじ部１３ａを中子１
２の中子ねじ１２ａへ螺合する。螺合の際には、スリッ
ト１３ｃに前述したような螺合工具をはめ合わせ、シー
ル部材１４が開口端１１ｂと蓋部１３ｂとの間に挟まれ
て密着し所定の接触面圧力が発生するように、ねじ棒１
３を締め付ける。その結果、筒体１１の内孔１１ａは、
空の状態で外部と水密状態に遮断される。

【００１８】損傷した伝熱管１の両端部に機械式栓１０
を挿着した状態で伝熱管式熱交換器を運転すると、管板
２の一次側（一次表面側）にある流体は、筒体１１の外
周と伝熱管１の内周との密着部により遮断されて管板２
の二次側に流入することがないだけでなく、ねじ棒１３
及びシール部材１４が筒体１１の内孔１１ａを水密状態
に遮断していることにより、機械式栓の内孔１１ａへ流
入することもない。さらに、ねじ棒１３が所定温度以上
に温度上昇するとその長さを短縮するように形状記憶を
施された形状記憶合金で構成されていることにより、高
温度の運転時には、シール部材１４がより大きな接触面
圧力で挟まれ、筒体１１の内孔１１ａは外部との水密状
態をさらに高めることになる。

【００１９】以上の構成において、ねじ棒１３が形状記
憶合金材料で構成されていなくても、シール部材１４の
弾性変形を考慮して充分な接触面圧力を得るようにねじ
棒１３を締め付けることにより、本発明の目的とする作
用効果を同様に奏することが可能である。また、筒体１
１の開口端１１ｂの端面とねじ棒１３の蓋部１３ｂと
を、シール部材１４を介在させず、滑らかな状態で充分
な接触面圧力を発生するように直接接触させることによ
り、必要な水密状態を得ることが可能である。

【００２０】以上の説明から明らかなように、本発明に
よる伝熱管の機械式栓の技術は、熱交換を行う流体とし
て液体あるいは気体を扱うボイラー、蒸気発生器等を含
む種々の伝熱管式熱交換器に適用可能である。

【００２１】

【発明の効果】請求項１に記載の本発明による伝熱管の
機械式栓は、以上のように構成されていることにより、
以下のような効果を得ることができる。即ち、本発明の
機械式栓が、従来の機械式栓と同様の構造とねじ棒とで
構成され、筒体の開口端がねじ棒の蓋部で流体封止関係
に覆われることにより、伝熱管式熱交換器の運転中に高
温高圧の流体が筒体の内孔に流入することがなくなる。
その結果、筒体の塑性変形した箇所に高温高圧の流体が
作用せず、応力腐食割れを起こすことは実質的になくな
り、機械式栓は長期間遮断効果を発揮する。

【００２２】また、請求項２に記載の本発明によると、
ねじ棒の蓋部と筒体の開口端との間にシール部材が介在
しているため、両部材間の流体封止関係が容易に実現さ
れる。

【００２３】さらに、請求項３に記載の本発明による
と、ねじ棒が、所定温度以上に温度上昇するとその長さ
を短縮するように形状記憶を施された、形状記憶合金材
料により形成されているので、ねじ棒の蓋部と筒体の開
口端との流体封止状態が、伝熱管式熱交換器の運転中さ
らに強化される。また、形状記憶合金材料は、常温に戻
ると元の長さに復帰（伸長）することにより、ねじ棒の
分解が容易になり、機械式栓の取り替えが容易に行え
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 伝熱管への挿着状態にある本発明の機械式栓
を示す断面図である。

【図２】 伝熱管への挿着状態にある従来の機械式栓を
示す断面図である。

【符号の説明】

１…伝熱管、１０…機械式栓、１１…筒体、１１ａ…内
孔、１１ｂ…開口端、１２…中子（テーパ付き部材）、
１２ａ…中子ねじ（雌ねじ）、１３…ねじ棒、１３ａ…
ねじ部、１３ｂ…蓋部、１４…シール部材。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一端を開口端としテーパ穴部を有する内
   孔を形成された筒体と、内部に雌ねじを形成され外部に
   前記筒体の前記テーパ穴部と嵌合するテーパ部を形成さ
   れて前記筒体の前記内孔に内装されたテーパ付き部材
   と、一端に前記テーパ付き部材の前記雌ねじに螺合可能
   なねじ部を形成され他端に前記筒体の前記開口端を流体
   封止関係で覆う蓋部を形成されて前記筒体の前記内孔に
   挿入され前記雌ねじに螺合されるねじ棒とを備える伝熱
   管の機械式栓。
2. 【請求項２】 前記ねじ棒の前記蓋部と前記筒体の前記
   開口端との間に、輪形状のシール部材が介在している請
   求項１に記載の伝熱管の機械式栓。
3. 【請求項３】 前記ねじ棒は、常温時の棒状の長さが所
   定温度以上に温度上昇すると短縮し、常温に戻ると常温
   時の前記長さに復帰するように、形状記憶を施された形
   状記憶合金材料により構成されている請求項１又は２に
   記載の伝熱管の機械式栓。