JPH11304379A - グラスライニング製多管式熱交換器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱交換の処理能力の低下を伴うことなく、伝
熱管１１のグラスライニングの剥離防止および大型化を
防止することができるグラスライニング製熱交換器１を
提供することである。 【解決手段】 一定の間隔で金属管板１０に配置される
伝熱管１１を、隣接する伝熱管１１の中心間のピッチｐ
が、伝熱管１１の内径に８ｍｍを加えた値以上であっ
て、伝熱管１１の内径に２５ｍｍを加えた値以下の範囲
となるように配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、その内面にグラス
ライニングが施された伝熱管を一定の間隔に配置してな
るグラスライニング製熱交換器であって、伝熱管の配置
が最適化されたものに関する。

【０００２】

【従来の技術】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。

【０００３】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
管の内面およ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、腐食され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。

【０００４】この部分へのグラスライニングの施工を容
易とするため、また、施工後のグラスライニングの剥離
を防ぐため、溶接付けされた伝熱管の端部の内径側部分
と溶接部を含む角部分とは、一定の曲率半径の曲面状と
なるＲ部が形成される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ここで、グラスライニ
ングの剥離を防ぐ観点からは、前記Ｒ部の曲率半径をよ
り大きく形成するのが望ましいが、Ｒ部の曲率半径を大
きく取るためには、隣接する伝熱管の間隔をより大きな
寸法とする必要がある。

【０００６】また、所定量の被熱交換流体の熱交換を所
要の熱交換率で行うためには、熱交換器の伝熱管の計画
本数を減らすことはできない。

【０００７】従って、グラスライニングの剥離を防ぐた
めに前記Ｒ部の曲率半径を大きく取りつつ、熱交換器の
処理能力の低下を防ぐためには、熱交換器自体を大きく
しなければならない。

【０００８】しかし、熱交換器を大きくするとそのコス
トが上昇し、設置面積が増大することによるプラントの
建設コストも上昇する等の不利がある。

【０００９】そこで、本発明は、処理能力の低下を伴う
ことなく伝熱管のグラスライニングの剥離防止および熱
交換器の大型化を防止することができるグラスライニン
グ製熱交換器を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明のグラスライニング製熱交換器は、多数の伝
熱管が一定の間隔に配置され、その端部で金属管板に溶
接付けされており、前記伝熱管の溶接付けされる端部の
内径側部分と溶接部とを含む部分が曲面状をなすＲ部に
形成されており、隣接する伝熱管の中心間のピッチが、
前記伝熱管の内径に８ｍｍを加えた値以上であって、前
記伝熱管の内径に２５ｍｍを加えた値以下の範囲にある
ことを特徴としている（請求項１）。

【００１１】伝熱管が配置されるピッチを上記範囲とす
ると、限定された大きさの金属管板に一定本数以上の伝
熱管を取り付けることによって熱交換器の処理能力の低
下を防ぎつつ、上記Ｒ部におけるグラスライニングの剥
離を防止することもできる。

【００１２】即ち、前記伝熱管の中心間のピッチの最大
値を前記伝熱管の内径に２５ｍｍを加えた値とするの
で、熱交換器の処理能力を低下させないために必要な本
数の所要径の伝熱管を適正な間隔をおいて一定の大きさ
の金属管板に取り付けることができる。一方、前記伝熱
管の中心間のピッチの最小値を伝熱管の内径に８ｍｍを
加えた値とするので、前記Ｒ部におけるグラスライニン
グの剥離を防止する上で必要とされる大きさの曲率半径
のＲ部を形成できる。

【００１３】これにより、熱交換器を大きくすることな
く熱交換器の処理能力の低下を防ぐことができる一方、
グラスライニングの剥離を防止することもできる。

【００１４】また、前記Ｒ部をその曲率半径を４ｍｍ以
上に形成すると（請求項２）、上記Ｒ部におけるグラス
ライニングの剥離を防ぐ上で好ましい。即ち、グラスラ
イニング層には、ライニング後には圧縮ひずみが残され
ているという性質上、Ｒ部グラスは厚み方向外向きの合
成力が作用しており、曲率半径を十分に取らないと、Ｒ
部のグラスライニング面が、亀裂、剥離または破損する
ことがある。また、前記金属管板の隣接する伝熱管の前
記Ｒ部間の部分を平坦な形状をなす平坦部に形成すると
（請求項３）、Ｒ部および該平坦部におけるグラスライ
ニングを剥離しにくくできるので好ましい。即ち、前記
平坦部を形成しない場合には、Ｒ部同士がその内部応力
の影響を互いに及ぼし合うため、前記Ｒ部間のグラスラ
イニングの剥離を生じ易い。しかし、前記平坦部を形成
すると、Ｒ部相互間の応力の影響を該平坦部によって緩
和することにより、前記Ｒ部間におけるグラスライニン
グの剥離を生じにくくすることができる。

【００１５】ここで、平坦部の寸法は１７ｍｍ以下とさ
れる（請求項３）。これにより、ピッチが一定値以上と
ならない範囲で、前記Ｒ部相互間の応力の影響を除去で
きる一定値以上の長さの平坦部を設けることによって、
Ｒ部および平坦部におけるグラスライニングの剥離をよ
り生じにくくできる。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について、図
１乃至図３に基づいて説明する。

【００１７】図１は、本発明の実施の形態の一つである
グラスライニング製熱交換器１の一部断面を含む側面図
である。

【００１８】グラスライニング製熱交換器１は、その外
側に器胴シェル２とその両側のガラス質内張りヘッド３
ａ、３ｂとを備えている。

【００１９】器胴シェル２に設けられるノズル５はシェ
ル２内に連通する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。

【００２０】熱交換器１の内部においては、図１のII−
II線矢視図である図２にも示されるように、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。

【００２１】伝熱管１１の内面にはグラスライニング２
１が形成されている。グラスライニング２１は、伝熱管
１１の内面へガラス管を内張りすることにより、または
釉薬法により形成できる。

【００２２】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。

【００２３】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になる。

【００２４】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、図３も参照しつつ説明する。

【００２５】図３は、金属管板１０に取り付けられた伝
熱管１１の端部の周辺を拡大して示す部分断面図であ
る。

【００２６】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。

【００２７】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４０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３．４ｍｍに、外径ｄ２が３４ｍｍに形成されてい
る。

【００２８】金属管板１０の外面にはグラスライニング
２２が形成されている。そして、内面にグラスライニン
グ２１が施された伝熱管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。

【００２９】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
ニングについては、釉薬法により施工できる。

【００３０】このようにして、伝熱管１１の内面から金
属管板１０の外面にまでわたって連続したグラスライニ
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、熱交換器１は
腐食を受けることがない。

【００３１】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。

【００３２】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、図３に示されるように、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Ｒ部に形成されてい
る。

【００３３】このＲ部は、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。

【００３４】このＲ部の曲率半径を大きくすると、この
部分へのグラスライニングの施工が容易となり、また、
該Ｒ部が高温に曝されても、かかる部分のグラスライニ
ングに作用する熱応力を低減でき、グラスライニングの
剥離等を防ぐことができる。

【００３５】このＲ部の曲率半径は、少なくとも４ｍｍ
以上とすることが望ましく、４ｍｍ未満であると、Ｒ部
におけるグラスライニングの剥離を生じ易い。

【００３６】なお、Ｒ部の表面を滑らかに仕上げると、
グラスライニングの施工をより容易にでき、また、グラ
スライニングの品質を高めることもできる。

【００３７】ここに示される熱交換器１については、Ｒ
部をその曲率半径を５ｍｍに形成している。

【００３８】また、この熱交換器１にあっては、隣接す
る伝熱管１１、１１のＲ部の間の金属管板１０の外面の
部分には、平坦な形状をなす平坦部２５が形成されてい
る。

【００３９】この金属管板１０の外面の部分に平坦部２
５を設けると、該平坦部２５におけるグラスライニング
を剥離しにくくできる。

【００４０】即ち、前記平坦部２５を形成しない場合に
は、Ｒ部が高温に曝されると、隣接する伝熱管１１、１
１の間の二つのＲ部同士がその内部応力の影響を互いに
及ぼし合うため、かかるＲ部間のグラスライニングの剥
離を生じ易い。しかし、前記平坦部２５を形成すること
により、Ｒ部相互間の応力の影響を該平坦部２５によっ
て緩和することができ、Ｒ部間におけるグラスライニン
グの剥離を生じにくくできる。そして、一定値以上の長
さの平坦部２５を設けると、前記Ｒ部相互間の応力の影
響を除去できるので、平坦部２５におけるグラスライニ
ングの剥離をより生じにくくできる。

【００４１】この熱交換器１にあっては、該平坦部２５
の寸法Ｌが６．８ｍｍとされている。

【００４２】この熱交換器１にあっては、隣接する伝熱
管１１の中心間の寸法であるピッチｐが４３ｍｍとなる
ように、各伝熱管１１が金属管板１０に配置されてい
る。

【００４３】このピッチｐの寸法が大きくなると、限ら
れた大きさの金属管板に配置できる伝熱管の本数を減少
させることになり、熱交換器１により一定時間あたりに
熱交換できる被熱交換流体の量が減少し、熱交換器の処
理能力が低下する。または、処理能力を低下させないた
めには、器胴シェルおよび金属管板自体を大きくするこ
とにより、取り付けられる伝熱管の本数を減少させない
ようにする必要がある。

【００４４】器胴シェルおよび金属管板自体を大きくす
ると、熱交換器を増大させることになり、その設置面積
の増大を招くことによるプラントの建設コストの増大を
招く等の不利がある。

【００４５】一方、ピッチｐが一定値以下に抑制される
と、前記Ｒ部について必要である大きさの曲率を確保で
きなくなるため、Ｒ部へのグラスライニングの施工が困
難であったり、一旦形成したＲ部のグラスライニングが
剥離するおそれがある。

【００４６】従って、前記Ｒ部の曲率半径が取るべき最
小値と、平坦部２５として一定寸法の部分を設けるのが
好ましいことを考慮すると、伝熱管の内径ｄ１とピッチ
ｐとの関係は、ピッチｐの下限が（ｄ１＋８）ｍｍであ
り、ピッチｐの上限が（ｄ１＋２５）ｍｍである。

【００４７】そして、前記平坦部２５の寸法について
は、かかるピッチｐの範囲との関係から１７ｍｍ以下と
する必要がある。

【００４８】また、ピッチｐを上記範囲とすることによ
り、一般的に使用されるＪＩＳのスケジュールを満足す
る伝熱管を上記伝熱管１１として用いることができ、熱
交換器の性質、製作および経済性の面から、１５Ａから
４０Ａの鋼管を用いるのが好ましい。

【００４９】なお、図２においては伝熱管１１、１１の
中心間のピッチｐの全てが等しくなるように伝熱管１１
を配置する例を示したが、ピッチｐが上記範囲にあるの
であれば、隣接する伝熱管の各々についてピッチｐが異
なるのであっても構わない。

【００５０】また、金属管板に対する伝熱管の配置を、
千鳥配列とすることもできる。

【００５１】伝熱管の配置を千鳥配列とすると、同じ大
きさの金属管板に対して、より多くの伝熱管を配置する
ことができるので、熱交換器の処理能力をより高めるこ
とができる。

【００５２】なお、この実施の形態においては、伝熱管
１１として内径ｄ１が２６．２ｍｍに形成されるものの
例により説明したが、上記ピッチｐの範囲と伝熱管の内
径ｄ１との関係については、伝熱管の内径ｄ１が異なる
ものについても同様に成立する。

【００５３】

【発明の効果】以上に説明したように、請求項１記載の
発明は、グラスライニングの剥離を防ぎつつ、熱交換器
としての処理能力を低下させずに済むという効果を奏す
る。

【００５４】請求項２、請求項３記載の発明は、グラス
ライニングの剥離を防止できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】グラスライニング製熱交換器を示す図である。

【図２】II−II線矢視図である。

【図３】伝熱管の端部の周辺の拡大断面図である。

【符号の説明】

１・・・熱交換器 ２・・・器胴シェル ３ａ・・・ガラス質内張りヘッド ３ｂ・・・ガラス質内張りヘッド ５・・・ノズル ６・・・ノズル ７・・・取入れ口 ８・・・取出し口 １０・・・金属管板 １１・・・伝熱管 １５・・・溶接部分 １６・・・（伝熱管の）端部 ２１・・・グラスライニング ２２・・・グラスライニング ２５・・・平坦部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多数の伝熱管が一定の間隔に配置され、
   その端部で金属管板に溶接付けされてなるグラスライニ
   ング製熱交換器であって、 前記伝熱管の溶接付けされる端部の内径側部分と溶接部
   とを含む部分が曲面状をなすＲ部に形成されており、 隣接する伝熱管の中心間のピッチが、前記伝熱管の内径
   に８ｍｍを加えた値以上であって、前記伝熱管の内径に
   ２５ｍｍを加えた値以下の範囲にあ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。
2. 【請求項２】 前記Ｒ部は、その曲率半径が４ｍｍ以上
   であることを特徴とする請求項１記載のグラスライニン
   グ製熱交換器。
3. 【請求項３】 前記金属管板の隣接する伝熱管の前記Ｒ
   部間の部分が平坦な形状をなす平坦部に形成され、 該平坦部の寸法が、１７ｍｍ以下であることを特徴とす
   る請求項１または請求項２に記載のグラスライニング製
   熱交換器。