(57)【要約】  【課題】熱交換器内に溜まった水素ガスを自動的に外部に排出し、圧力異常上昇による不慮事故等の発生を防ぐことができるとともに、熱交換器に水素ガスの漏洩を確認するためのプラグを設けなくてもよいので、工場の生産工程を一時停止することも要しない。  【解決手段】  容器１０内部に伝熱管２０と液体冷媒Ｗが納められ、上記伝熱管２０を隔てて、上記液体冷媒Ｗは伝熱管２０内の流体間に熱授受を行う熱交換器１００において、上記容器の頂部１０ａに自動ガス抜きノズル３０を設置するとともに、ガス検知器５０を設置する。【選択図】  図１
2007100984.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器内部に伝熱管と液体冷媒が納められ、上記伝熱管を隔てて、上記液体冷媒は伝熱管内の流体間に熱授受を行う熱交換器において、
上記容器の頂部に自動ガス抜きノズルを設置するとともに、ガス検知器を設置することを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
上記自動ガス抜きノズルは、上記液体冷媒を透過せずガスを透過することができるシリコンシートを有することを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
【請求項３】
上記液体冷媒は水であり、上記伝熱管内の流体は、水素ガスであることを特徴とする請求項１または２記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、伝熱管を通じて２流体間で熱の授受を行わせる熱交換器の安全、特に水素ガスを冷却する熱交換器の安全対策に関する内容である。
【背景技術】
【０００２】
工場の生産工程で使用されているガス、例えば水素ガスは、熱を持っている場合があり、そのときには、再使用するために、水等を冷媒とする熱交換器により冷却している。しかし、熱交換器の伝熱管の老朽化や、水素の粒子径が非常に小さく設備から漏れやすい特性により、年月につれ水素と水を隔てる部分からガス漏れが発生し、熱交換器の頂部境板に水素ガスが溜まる現象が予想される。
【０００３】
図３は、従来の熱交換器を示す断面図である。熱交換器２００の内部に伝熱管２０が納められて、伝熱管２０内には水素ガスＨが流動している。図によると、伝熱管２０から水素ガスＨが何らかの現象で漏れ、徐々に容器１０の上方へ上昇し、容器の頂部１０ｂに溜まることが予想される。
【０００４】
その溜まる水素ガスＨを熱交換器の頂部１０ｂから抜かないと、水素ガスＨの圧力上昇による不慮の事故が発生する恐れがある。また、従来方式では、水素ガスが漏洩してもそれを判断する手段がないため、熱交換器の頂部１０ｂに金属製プラグＰを設置し、一定期間ごとに熱交換器２００の運転を停止して、プラグＰを開け水素ガスＨが漏洩していないかを確認する必要があった。
【特許文献１】特開２００５−６９６７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来のプラグＰを開け水素ガスの漏洩を確認するためには、工場の生産工程を一時停止する必要があるため、製品の生産能力が落ちてしまう問題点がある。また、水素ガスがどの程度溜まればプラグを開けるのか、その時期の把握は、難しい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係わる熱交換器は、上述の問題を解決するためになされたもので、容器内部に伝熱管と液体冷媒が納められ、上記伝熱管を隔てて、上記液体冷媒は伝熱管内の流体間に熱授受を行う熱交換器において、上記容器の頂部に自動ガス抜きノズルを設置するとともに、ガス検知器を設置することを特徴とする。
【０００７】
また、上記自動ガス抜きノズルは、上記液体冷媒を透過せずガスを透過することができるシリコンシートを有することを特徴とする。
【０００８】
また、上記液体冷媒は水であり、上記伝熱管内の流体は、水素ガスであることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、容器内部に伝熱管と液体冷媒が納められ、上記伝熱管を隔てて、上記液体冷媒は伝熱管内の流体間に熱授受を行う熱交換器において、上記容器の頂部に自動ガス抜きノズルを設置するとともに、ガス検知器を設置するため、熱交換器の頂部に溜まったガスはガス抜きノズルを介して外部に自動的に排出され、圧力異常上昇による熱交換器の不慮事故を防ぐことができるとともに、ガス検知器はその漏れたガスの濃度をつねに監視し、例えば所定の濃度を超えるとガス検知器が警報を行うので、熱交換器の安全性を保つことができる。
【００１０】
また、上記自動ガス抜きノズルは、液体冷媒を透過せずガスを透過する特性があるシリコンシートを有するため、熱交換器内に溜まったガスを排出しても、液体冷媒、例えば水は排出されない。したがって容器に水素ガスの漏洩を確認するためのプラグを設けなくてもよく、生産工程を一時停止することもない。また、液体冷媒が容器から外部へ漏れることがないので、熱交換器の密閉性を保つことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
この発明を利用する熱交換器の内部を図１に示し、自動ガス抜きノズルの構造を図２に示して、以下にそれらの構成を簡単に説明する。また、熱交換対象のガスは、水素ガスＨを例とし、冷媒は水Ｗを例とする。
【００１２】
図１に示されるように、熱交換器１００は、容器１０と、その容器１０の内部に納めてある伝熱管２０と、容器１０の頂部１０ａに取付けられている自動ガス抜きノズル３０と、ガス抜きノズル３０がメンテナンス用のメンテ弁４０と、ガス検知器５０と、から構成されている。容器１０には、冷媒の水Ｗの出入り用の入口１０１と出口１０２があり、また伝熱管２０には、熱交換対象の水素ガスＨが出入り用の入口２０１と出口２０２が設置されている。
【００１３】
容器１０は、水素ガスＨが集まるように、その上部が略ドーム状に形成されていて、容器１０の頂部１０ａには、自動ガス抜きノズル３０とメンテ弁４０が取付けられている。メンテ弁４０は常時に開放されていて、自動ガス抜きノズル３０をメンテナンスするときにこのメンテ弁４０を閉止し、自動ガス抜きノズル３０を容器１０と切離すことができる。また、ここで自動ガス抜きノズル３０が容器１０の頂部１０ａに設置することを記載したが、ガスが溜まる場所であればこれに限定することなく、自動ガス抜きノズル３０を熱交換器１００の一番高い場所に設置すればよい。
【００１４】
ガス検知器５０は、自動ガス抜きノズル３０の近傍に取付けられ、ノズル３０から抜き出された水素ガスＨの濃度を監視している。ガス検知器５０の検知方式は、例えば半導体ガスセンサ、あるいは吸引管を有する質量分析計で、水素ガスを検知すればいい。また図では省略されているが、このガス検知器５０は、信号線を介してガス検知器の制御装置と接続して常時監視され、制御装置は、漏洩した水素ガス濃度の表示や、警報を行っている。
【００１５】
図２は、自動ガス抜きノズル３０の詳細構造の断面図である。図に示すように、該自動ガス抜きノズル３０は、本体３０ａと、キャップ３０ｂと、シリコンシートを挟持する２つの焼結材料エレメント３０ｃ、すなわち焼結材料エレメント一次側３０ｃ１と焼結材料エレメント二次側３０ｃ２と、冷媒の水Ｗを透過せず水素ガスＨのみを透過する性質を持つシリコンシート３０ｄと、密閉用Ｏリング３０ｅと、スライドワッシャ３０ｆとで構成されている。
【００１６】
焼結材料エレメント３０ｃの材質は、金属或いはセラミックスの粉末で焼結した多孔性を有するのもで、水Ｗを濾過できる及び容器１０の所定耐圧強度を保てばよいとする。
【００１７】
また、シリコンシート３０ｄは、水分子を透過せず水素分子を透過できるようなシリコンゴム膜を採用し、例えば、水素ガスの透過率＝６．５×１０-8（ｃｃ・ｃｍ）／（ｓｅｃ・ｃｍ2・ｃｍＨｇ）のシリコンゴム膜を使い、ゴム膜の厚さを０．２ｃｍ、透過面積を３０ｃｍ2、水素ガスの圧力を１気圧（７６ｃｍＨｇ）、１日（８６４００ｓｅｃ）経過の条件で試算すると、約６４ｃｃ（６４ｍｌ）の水素ガスを透過することができる。
【００１８】
次に、上記自動ガス抜きノズル３０及び検知器５０を用いた熱交換器１００の作用を簡単に説明する。
この場合、熱交換工程とは、熱交換対象の水素ガスＨを伝熱管２０内に通らせ、容器１０内に充満されている冷媒の水Ｗと配管を隔てて接触させるプロセスである。そのとき、高温の水素ガスＨが低温の水Ｗとの間に熱の授受が発生し、水素ガスＨの温度が下げら、冷却される。伝熱管１０が通常銅配管で形成され、老朽化や、水素粒子径が非常に小さく年月を経て水素と水を隔てる配管部分からガス漏れが生じ、次第に容器の頂部１０ａ境板に水素ガスＨが到達する。
【００１９】
この頂部１０ａに到達した水素ガスＨが、焼結材料エレメントの一次側３０ｃ１、シリコンシート３０ｄ、焼結材料エレメントの二次側３０ｃ２の順で透過して、外部（大気）に放出される。一方、水素ガスＨがシリコンシート３０ｄを透過するとき、当該シリコンシート３０ｄの特性で水Ｗが透過することができないので、水素ガスＨの中に水が混ぜられてもシリコンシート３０ｄに遮断され、水Ｗは外部に排出されることはない。よって、容器の頂部１０ａに水素ガスＨが溜まることがなく、水素ガスの圧力異常上昇による不慮事故等の発生を防ぐことができるとともに、容器１０に水素ガスの漏洩を確認するためのプラグＰを設けなくてもよく、生産工程を一時停止することも要しない。
【００２０】
そして、排出された水素ガスＨは、その濃度がつねにガス検知器５０で監視測定され、図示しない制御装置はその濃度の連続表示、または所定濃度を超えると警報を発することができる。
【００２１】
これによって、上記実施形態１における熱交換器１００において、容器１０内部に伝熱管２０と液体冷媒Ｗが納められ、上記伝熱管２０を隔てて、上記液体冷媒Ｗは伝熱管２０内の流体間に熱授受を行う熱交換器１００において、上記容器の頂部１０ａに自動ガス抜きノズル３０を設置するとともに、ガス検知器５０を設置するため、水素ガスＨの漏れが発生しても、その都度自動ガス抜きノズル３０で水素ガスＨを熱交換器１００の内部から排出することができ、水素ガスＨの圧力の異常上昇による不慮事故の発生を防ぐことができるとともに、ガス検知器５０は常時に水素ガスＨの漏洩濃度を監視して、熱交換器１００の安全性を保つことができる。また、自動ガス抜きノズル３０は、水Ｗを透過せず水素ガスＨを透過することができるシリコンシート３０ｄを有するため、熱交換器１００内に溜まった水素ガスＨを排出しても、水Ｗを排出しない。したがって容器１０に水素ガスの漏洩を確認するためのプラグＰを設けなくてもよく、生産工程を一時停止することもない。さらに、水Ｗが容器１０から外部へ漏れることないので、熱交換器１００の密閉性を保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る熱交換器１００の断面図
【図２】自動ガス抜きノズル３０の断面構造
【図３】従来熱交換器２００の断面図
【符号の説明】
【００２３】
１０                  容器
１０ａ、１０ｂ        容器の頂部
２０                  伝熱管
３０                  自動ガス抜きノズル
４０                  メンテ弁
５０                  ガス検知器
１０１、２０１        入口
１０２、２０２        出口
１００、２００        熱交換器
Ｈ                    水素ガス
Ｐ                    プラグ
Ｗ                    冷媒（水）
【図１】
2007100984.tif 000003
【図２】
2007100984.tif 000004
【図３】
2007100984.tif 000005