JPS6166093A - シエル‐チユーブ型熱交換器密閉装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明の背景 外殻と管部材で構成される。いわゆるシェル−チューブ
型熱交換器において、温度の異なる２つの流体が混合し
ないように外殻及び管部材を密閉する多くの型式の装置
及び手段がある。

通常のシェル−チューブ型熱交換器において管部材を管
板接続部に、又管板全外殻接続部に密閉固着するには通
常、ろう付、溶接又はローラ拡張法が使用される。これ
らの密閉固着法の欠点は＝（１）個々の管部材が容易に
除去できないこと、（２）外殻が機械的に清掃できない
こと、及び（３）外殻内に使用されるプラスチック萌の
そらせ板がろう付又は溶接作業中に融解すること。

である。

通常のシェル−チューブ型熱交換器において。

管部材を管板接続部に、又管板を外殻に圧縮力で密閉固
着する方法もあるが、これらの従来の方法はガスケット
に加える圧縮、力の強さを制御したり制限することがで
きない。従来の圧縮密閉固着法は幾つかの欠点がある。

ある方法では溶接すべき管板全外殻に向けて圧縮力を加
えることが必要である。この方法では管部材を支持する
そらせ板の清掃又は交換のため外殻内部に近づくことが
できず、又管部材は１本づつしか交換できず、更にこの
作業は非常に繁雑である。

他の方法では、内部溶接突起又は管板端部停止部を設け
ることが必要で、この構造では管支持アセンブリの除去
作業が複雑で従来の管支持そらせ板を使用することがで
きない。又他の方法では溶接突起の代シに除去可能な圧
力変換装置を設けることが必要であるが、この種の装置
は外殻及び管部材に対する流体流動を妨害し、大きな圧
力損失によるエネルギー浪費？伴なう。

又他の方法では、外殻の端部を有効に密閉固着するのに
非常に精密な公差の部品を使用することが必要である。

圧縮可能なゴム管ガスケットと金りべ製管板とを使用す
る方法は、このゴム製ガスケットに加える圧縮力ｋ　！
ｉＴ密に制御できない欠点がある。

圧縮力は大きすぎても／トさすぎても流体もれが起こる
恐れがある。唯一つの制御法はボルトに加えるトルクを
一定範囲内に制限することである。密閉破壊を防止する
ためには繁雑な組立法が必要である。又この方法ではゴ
ム製ガスケットの外縁部が、特に強い圧縮力によって膨
張変形する恐れがある。ゴム製ガスケットの膨張変形を
防止するため幅の広い拘束用ストラップを使用すること
によってこの変形が起こり易い。

本発明は典型的なシェル−チューブ型熱交換器において
、管部材の外側（以下外殻側と称する）と管部材の内側
（以下管側と称する）を流れる流体が混合しないように
密閉する方法と装置に関連する。この密閉装置は、熱交
換器の外部の構成部品のみを使用し、金属製管板と外殻
フランジ間に配置された一連の、半径方向に膨張できる
ゴム製ガスケットを機械的に圧縮し。

同時に、（１）管部材を管板接続部に対して、又（２）
管板全熱交換器の外殻接続部に対して密閉し。

ガスケットの外周に配置されるガスケット保持器がゴム
製ガスケットの圧縮を制限してこれが外側に膨張突出す
る変形を防止し、ボルトトルクを制御する必要が最小又
はこの必要なしに容易に組立てることができ、フランジ
外側に拘束用帯金を使用する必要がなく、又組立後のボ
ルトの再締付の必要がない密閉装置である。

従って本発明の一目的はシェル−チューブ型熱交換器に
おいて、圧縮可能なガスケット（複数）とこれより圧縮
性の低い周辺ガスケット保持器（複数）の組合せを使用
することによって材智に制御されたガスケット圧縮力に
よる密閉信造を得ることにある。

本発明の他の一目的は、シェル−チューブ型熱交換器の
密閉装置で、比較的非圧縮性の周辺フランジガスケット
と管板ガスケット保持器。

及び圧縮性があるフランジガスケットと管板ガスケット
を使用して圧縮度を制御できる密閉装置を提供すること
にある。

本発明の他の一目的は、シェル−チューブ型熱交換器の
密閉装置で熱交換器内の個々の管部材が清掃又は交換の
ため容易に除去できる密閉装置を提供することにある。

本発明の他の一目的は、シェル−チューブ型熱交換器の
密閉装置で、熱交換器の外殻が機械的１ｃ清掃できる密
閉装置を提供することにある。

本発明の他の一目的は、外殻から、全背部材と全部の支
持用そらせ板及びそらせ板スペーサの全アセンブリを除
去できるｆｆｉ　ｆｆｌ　ｆｊ置を提供することにある
。

本発明の他の一目的は、シェル−チューブ型熱交換器の
カスケラト圧縮密閉装置（で、管部材に使用される材料
が、ろう付、鍛接又は溶接可能な材料に１ｌｌｊ限され
ない密閉装Ｖを提供することにある。他の一目的は、シ
ェル−チューブ型熱交換器内の外殻側の流体の移動方向
を変えるそらせ板が合成物質のプラスチック材料で作ら
れ、従呆技術のようにろう付操作を行々う際に融解しな
い密閉装置を提供することにある。

実施例の説明 本発明の実施例を第１及び第２図によって説明する。項
！１図はシェル−チューブ型熱交換器の一端の密閉装置
の分解斜偲図である〇第２図は代表的な管部材−フラン
ジ密閉装置の断面図を示す。

第１図に示されるシェル−チューブ型熱交換器１はシェ
ル、即ち外ｖ２と、該外殻内に対称的又は等間隔に配置
きれた複数のチューブ、即ち管部材３で構成される。管
部材３内を流動する流体は側面接続導管４を通って出入
する。管部材の外側の外殻２内全流動する流体は外殻の
側面接続導管５を通って熱交換器に出入する。

代表的なシェル−チューブ型熱交換器の一端のみを第１
図に示すが１本発明の密閉装Ｇ、ｌ、ｉは図面には示さ
れていないが他端にも設けられる。

外殻２の端部にはフランジ部６が設けられる。

このフランジ部６け通常、外殻の外端部に溶接される。

フランジ部６に隣接して、内部フランジガスケット８を
包囲するフランジガスケツト保持器７がある。このフラ
ンジガスケツト８はフランジ部６の前面内側に嵌合され
、又中空中心部を有するから管部材３はこの中空部全貫
通する。フランジガスケツト保持器７は比較的非圧縮性
の材料で作られ、フランジガスケットで占有されないフ
ランジ６の前面外端部に嵌合される。このフランジガス
ケット保持器７は、フランジガスケツトの複数突出部ｌ
Ｏと一致する複数凹部９を有するから容易に整列して組
立てることができる。

フランジガスケツト保持器７とフランジガスケット８に
隣接して管板１１がある。この管板は鋼、黄銅又はステ
ンレス鋼のような剛性物質で作られるが、プラスチック
又は強化プラスチックのような他の硬質物質で作ること
もできる。

管板１１′は通常円形で管部材に整列した複数の孔１２
を有し、これらの孔は管部材３の外径よりも僅かに大き
いから管端部はこれらの孔に挿入でき、この管板は精密
に制御された力で管板ガスケット１４を圧縮して流体も
れを防止する。

しかし管部材３に対するこれらの孔は、管板１１による
管板ガスケット１４の圧縮で得られる有効な密閉形成を
阻害するような大きさであってはならない。

金属製管板１１に隣接しかつ管板ガスケット１４を包囲
して、比較的非圧縮性の管板ガスケット保持器１３があ
り、この保持器１３は円形で枚数の孔１５以外は硬い表
面を有し、これらの孔も管部材３と管板孔１２と整列し
ている。

これらの孔１５の直径は管部材３の外径よりもｅ（＋か
に小さいからガスケットを圧縮する密閉力は最大になる
。

ガスケット１４の次には、金楓製管板１１と同様に複０
の孔１７を有する別の金属製管板１６がある。

金属製管板１６に隣接してフランジガスケツト保持器１
８とフランジガスケット１９があり。

このガスケット１９は円形フランジ２ｏに接触する。フ
ランジガスケット保持器１８とフランジガスケット１９
は前記のフランジガスケット保持器７とフランジガスケ
ット８と類似のものである。これらの一連のフランジガ
スケツトト金属製管板は、延長外殻２１の端部のフラン
ジ２０に隣接配置される。

延長外殻２］け外殻２の延長部又は連結部で、　　　、
管部材内を流動する流体が出入する側面接続導管４に接
続される。延長外殻２１は又、他の閉鎖端のフランジ２
２（フランジ２ｏと対称的の）に連結されるからこの延
長外殻２１は外気から密閉できる。この密閉は、延長外
殻２１の閉り１フランジ２２に隣接して、前記のガスケ
ット保持器７と１８．及びガスケット８と１９に類似の
フランジガスケツト保持器２３とフランジガスケット２
４とを配置ど、ｔ　Ｌ、端部「■鎖板２５で熱交換器ｌ
の延長外殻２１の端部を閉鎖することで得られる。

本発明の別の実施例では、ガスケットと各ガスケット保
持器を一体構造にし、外側を比較的非圧縮性物質で、又
内側を圧縮性物質で構成することができる。この一体構
造のガスケットと保持器はガスケット部を下記のように
厚く作る。

この一体構造のガスケット部と保持部は類゛供物質を使
用して製造間に両部の密度を変えるか。

又は非類似物質を使用して適当な方法で結合するか、又
はガスケット部と保持部を一体に成型することもできよ
う。このような一体構造では。

ガスケット部と保持部との間に、ガスケットの膨張変形
を吸収する隙間ができない。

同心に組合わせたガスケットとガスケット保持器、又は
一体構造のガスケットと保持器の何れの場合でも、ガス
ケットは周囲の保持器よりも厚く構成する。又ガスケッ
トの外面は保持器の内面と密着する大きさとし、これら
のアセンブリにボルト締めの圧縮力を加えた際にガスケ
ットに得られる密閉力が、フランジガスケット８．１９
及び２４の場合には内側］に向けられ。

又管板ガスケツ）１４の場合には周辺方向に向けられる
。ガスケット保持器内のガスケットの外面の密着接触に
より、ガスケットの変形は圧縮力による加圧で適当な方
向に向けられる。

第２図に示されるように、フランジ６と２０を接近方向
に引きつけると、２つのフランジガスケット８と１９は
圧縮きれ、この圧締力でガスケットは半径方向内側に膨
張するから、２６と２７で示されるように僅かに膨張変
形する。

管板ガスケット１４が管板１１と１６の圧縮力で圧縮さ
ｊ−ると、この変形は全方向で拘束される。このため密
閉力が全管部材３の外面に加えられる。第２ド１に示さ
れるように、上記の圧縮力は垂直矢印２８で、又密閉力
は矢印２９で表わされる。

ボルト３０とナツト３１を締付けてフランジ６と２０と
の間全体く圧縮力を加えて両フランジを接近させると、
フランジガスケット保持器７と１８．管板１１と１６及
び管板ガスケット保持器１３け全部、比較的非圧縮性物
質で作られているから両フランジの接近距離は制限され
る。従ってボルト３０とナラ）３１ｅＦ２図に示す位ｉ
ｔで締付けた時、ナツト−ボルトアセンブリに余分のト
ルクを加えても、フランジガスケット８と１９．及び管
板ガスケット１４に余分の力が加わることはない。この
ため、ガスケットに対する過度の変形及び密閉破壊を起
こす恐れのある過度の力がこれらのガスケットに加えら
れることが阻止される。又ガスケットの圧絹度を正確に
制御するため特殊のトルクレンチを使用する時間のかか
る作業が不必要になるから装置の組立が容易に行われる
。

圧縮力２８と密閉力２９の大きさは、管板ガスケット保
持器１３に対する管板ガスケット１４の相対的の厚さ全
制御することによって決定される。一般的に、ガスケッ
ト保持器は関連ガスケットの厚さの１０ないし９０％で
ある。好適にはガスケット保持器は関連ガスケットの厚
さの５０ないし７０９σである。大直径又は多数の管部
材３を使用する大型熱交換器では保持器に比べて厚い管
板ガスケットを使用するとよい。

圧縮力２８及びこれに伴う密閉力２９を発生するガスケ
ットの性能はガスケットを構成する物質の可撓性によっ
て決定される。ゴムの変形卵はこのジュロメータ−硬さ
によって測定する。

もしゴムその他のガスケット物質が硬すぎると。

圧縮力が充分な密閉を形成するようにガスケットを変形
することがで六ないから、ジュロメータ−硬さは２０な
いし８０が好適である。もしゴム又は他のガスケット物
質が軟かすぎると、イ・本られた密閉が装い“内の熱交
換流体で加えられる圧力に抵抗できない危険がある。管
板ガスケット１４に好適なジュロメータ−硬さは４０な
いし５０で、又フランジガスケット８と１９に好適なジ
ュロメータ−硬さは５５ないし６５である。７゜板又は
フランジガスケット保持器が非金属物′ｆ［で作られて
いる９４合には、この物質のジュロメータ−硬さは８０
以上であることが必要である。

フランジガスケット８と１９．管板ガスケット１４．フ
ランジガスケット２４及び随意にガスケット保持器は密
閉性と石Ｊ神性のある物ケイ。

特にゴム、又は熱交換器に使用される流体の存在で腐食
したり分解することがない任意のエラストマー物質で作
ることができる。これらのエラストマー物質は、上記の
ように特定目的に適した種々のジュロメータ−硬さの物
質でよい。

フランジガスケツトの別の変型は、装着用の孔を包囲す
る適当な形状の突起を複数個設けたものである。この構
成によって装置組立間にガスケツトラ定位置に保持する
ことができるから組立作業が容易になる。一般に突起は
２個ないし４個が好適である。

管板１１，１６及び端部閉鎖板２５は非圧縮性物賃、好
適には鋼、黄銅又はステンレス鋼で作る。全密閉装置は
任意の手段１例えばボルト３０を、フランジ６の孔３２
．フランジガスケット保持器７の孔３３．管板１１の孔
３４．又管板ガスケット保持器１３の孔３５．管板１６
の孔３６．フランジガスケツ）　保ｒ′Ｆ　ｉ：；÷１
８の孔３７、及びフランジ２０の孔３８を通してナツト
３１で締付け、これらのフランジと管仮によってフラン
ジガスケット８と１９．及び管板ガスケット１４を・圧
縮して熱交ぜｉ器を効果的に密閉する。

同様に、延長外殻２１は端部閉釦板２５をフランジ２２
とフランジガスケット保持器２３に向けて圧迫しフラン
ジガスケツト２４を圧勾する。端部閉鎖板２５を除去す
ると、外部の管接続を除去したり密閉を妨害したりする
ことなく。

管部材の内部を機械的に清掃できる。ボルトが通る孔は
、外殻２及び外殻延長部２１の外径より外側に延び出す
フランジ全周に等間隔に設けられる。通常、　　２０ｙ
ｎ直径の外殻に取付けられたフランジに、直径約１３ｍ
５の孔が２０個程度設けられる。

ガスケットの膨張変形を阻止するガスケット保持器内に
配置される上記のガスケットは又。

高い内部圧力を使用するシェル−チューブ型熱交換器の
構成にも応用できる。事実上１本発明は、ガスケットが
フランジの全直径まで膨張する従来設計のものよりはる
かに高圧の内部圧力のものまで適用範囲全拡大して使用
できる。ボルト３０をナツト３１で締付けることによっ
てアセンブリを腎ｊ鎖し、ガスケット類のｊ５出を阻止
し、全ガスケットを完全に収容空間内に密閉すると共に
外気の影響を遮断する。このため内部高圧性能範囲を大
幅に拡張できる。

上記の円形フランジ６と２０．フランジガスケット保持
器７と１８．管板１１と１６．管板ガスケット保持器１
３．及びガスケツ）　８．１４及び１７は好適に使用で
きる。しかし上記の梧成要索と同一であるが異なる形状
０例えば４角。

６角又は他の非円形のガスケット、保持器、フランジ及
び管板全使用し１円形の孔、外殻及び延畏外殻金組立て
て密閉装色ケ！’ｆｒ７成することもできる。又非円形
の管部材、及びガスケット孔を利用してこの設計概念全
実現することもできる。このし１１〔意程摩成では、従
来の品速度製造法によるフランジガスケット又は管板等
の製造コストの低下又は原材料のスクラップの節減を達
成することができる。

外殻端部閉鎖板２５．ガスケット２４，フランジ２２及
びガスケット保持器２３はボルトとナツトで組立てられ
、この構成は全内部構成要素の保守、修理、交換又は再
組立に最も理想的な接近性を与える好適機械的構成であ
るが、延長外殻２１の外端部を閉鎖するため該ず部にキ
ャップを溶接することによってコストヲ低下する変型も
可能で、この変型ではフランジ２２゜ガスケット２４．
フランジガスケット保持器２３は必要ではなく、又閉鎖
用端板に孔を設ける必要もなく、単に延長外殻２１の全
周囲に閉鎖用端板を溶接するだけでよい。しかしこの構
成では、出口と入口及び管接続具を除去しなければ内部
の清掃ができないが本発明の圧縮密閉装置ではこの部分
の分解が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のシェル−チューブ型熱交換器の一端の
密閉装置の分解斜視図で、第２図は本発明の代表的管部
材−フランジ密閉装置の断面図である。 ２・・・外殻、　　３・・・管部材、４，５・・・側面
接続導管。 ７・・・フランジガスケツト保持器、８・・・フランジ
ガスケット、１０・・・嵌合突起、　　　１１・・・管
板、１３・・・管板ガスケット保持器、　　１４・・・
管板ガスケット。 １６・・・金属製管板、　　１８・・・フランジガスケ
ット保持器、１９・・・フランジガスケット、２０・・
・環状フランジ、２１・・・延長外ａ２２・・・端部閉
鎖フランジ、２３・・・フランジガスケット保持器、２
４・・・フランジガスケット、２６．２７・・・膨張変
形部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、フランジ付外殻と管部材とで構成されるシェル−チ
   ューブ型熱交換器のガスケット密閉装置で、圧縮性物質
   で作られた複数のガスケット及び該ガスケットの外周に
   配置され比較的非圧縮性物質で作られたガスケット保持
   器を含み、該ガスケットの厚さはガスケット保持器の厚
   さよりも大きく、該ガスケットに加えられる圧縮力によ
   つてフランジと管部材を有効に密閉すると同時に該ガス
   ケット保持器がガスケットの加度の圧縮を阻止するシェ
   ル−チューブ型熱交換器密閉装置。 ２、外殻、及び該外殻内の管部材を密閉する延長外殻を
   含み、該延長外殻から外殻内の管部材内に流動する流体
   が外殻内を流動する流体と混合しないようにするシェル
   −チューブ型熱交換器密閉装置で、外殻フランジと延長
   外殻フランジ、２個の非圧縮性物質で作られた管板と、
   管部材が通る複数の孔を有する管板ガスケット、該管板
   ガスケットの周囲に配置された比較的非圧縮性物質で作
   られた管板ガスケット保持器、及び外殻と延長外殻の各
   フランジに隣接する２個のフランジガスケットと該ガス
   ケットの外周に配置されたフランジガスケット保持器と
   を含み、上記管板ガスケットと２個のフランジガスケッ
   トの厚さはそれぞれ管板ガスケット保持器とフランジガ
   スケット保持器より厚く、これらのガスケットの圧縮力
   による変形で、外殻と延長外殻を相互に、かつ外気から
   密閉するシェル−チューブ型熱交換器密閉装置。 ３、上記第２項記載の装置で、管板ガスケットと管板ガ
   スケット保持器が一体構造であるシェル−チューブ型熱
   交換器密閉装置。 ４、上記第２項記載の装置で、フランジガスケットとフ
   ランジガスケット保持器が一体構造であるシェル−チュ
   ーブ型熱交換器密閉装置。 ５、上記第１項記載の装置で、圧縮力が、各フランジ、
   各フランジガスケット保持器、各管板及び各管板ガスケ
   ット保持器の周辺の孔を通して挿入される複数のボルト
   によつて加えられ、該圧縮力は各フランジガスケットを
   圧縮すると共に管板ガスケットを圧縮してこれを半径方
   向に膨張させ、これらのフランジガスケットが管部材を
   熱交換器の外殻から有効に密閉し、又外殻と延長外殻を
   外気から有効に密閉するシェル−チューブ型熱交換器密
   閉装置。 ６、上記第１項記載の装置で、管板ガスケット保持器と
   フランジガスケット保持器の厚さがそれぞれ管板ガスケ
   ットとフランジガスケットの厚さの１０ないし９０％で
   あるシェル−チューブ型熱交換器密閉装置。 ７、上記第３項記載の装置で、管板ガスケット保持器と
   フランジガスケット保持器の厚さがそれぞれ管板ガスケ
   ットとフランジガスケットの厚さの５０ないし７０％で
   あるシェル−チューブ型熱交換器密閉装置。 ８、上記第２項記載の装置で、更に、延長外殻端部に、
   端部閉鎖フランジガスケット、該フランジガスケットの
   周辺に配置された非圧縮性フランジガスケット保持器、
   及び熱交換器延長外殻の端部を閉鎖する端部閉鎖板、を
   含み、フランジガスケット保持器の厚さがフランジガス
   ケットの厚さの１０ないし９０％で、該フランジガスケ
   ットが延長外殻端部の位置で、端部閉鎖フランジと端部
   閉鎖板との間で圧縮されるシェル−チューブ型熱交換器
   密閉装置。 ９、上記第８項記載の装置で、フランジガスケット保持
   器の厚さがフランジガスケットの厚さの５０ないし７０
   ％であるシェル−チューブ型熱交換器密閉装置。 １０、上記第８項記載の装置で、圧縮力がボルトとナッ
   トによつて加えられるシェル−チューブ型熱交換器密閉
   装置。 １１、上記第２項記載の装置で、各ガスケットがエラス
   トマー物質で作られるシェル−チューブ型熱交換器密閉
   装置。 １２、上記第２項記載の装置で、管板ガスケットとフラ
   ンジガスケットがジュロメーター硬さ２０ないし８０を
   有するシェル−チューブ型熱交換。 １３、上記第１２項記載の装置で、管板ガスケットがジ
   ュロメーター硬さ４０ないし５０、又フランジガスケッ
   トがジュロメーター硬さ５０ないし６５を有するシェル
   −チューブ型熱交換器密閉装置。 １４、上記第２項記載の装置で、管板、管板ガスケット
   保持器及びフランジガスケット保持器が非圧縮性金属又
   は硬質合成物質で作られるシェル−チューブ型熱交換器
   密閉装置。 １５、上記第２項記載の装置で、管板ガスケット保持器
   とフランジガスケット保持器が金属で作られるシェル−
   チューブ型熱交換器密閉装置。 １６、上記第２項記載の装置で、管板ガスケット保持器
   とフランジガスケット保持器が、ジュロメーター硬さ８
   ０以上の、比較的非圧縮性物質で作られるシェル−チュ
   ーブ型熱交換器密閉装置。 １７、上記第１項記載の装置で、各ガスケット、フラン
   ジ、ガスケット保持器、及び管板が円形であるシェル−
   チューブ型熱交換器密閉装置。 １８、上記第１項記載の装置で、各ガスケット、フラン
   ジ、及び管板が非円形であるシェル−チューブ型熱交換
   器密閉装置。 １９、上記第１項記載の装置で、管部材端部、管板及び
   ガスケット孔の形状が非円形であるシェル−チューブ型
   熱交換器密閉装置。