特許 7051448 熱交換器及び熱交換器のリーク箇所隔離方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-04-01

(45)【発行日】2022-04-11

(54)【発明の名称】熱交換器及び熱交換器のリーク箇所隔離方法

(51)【国際特許分類】

   F28D 7/10 20060101AFI20220404BHJP

   F28D 7/16 20060101ALI20220404BHJP

   F28F 1/00 20060101ALI20220404BHJP

   F28F 9/02 20060101ALI20220404BHJP

   F28F 11/00 20060101ALI20220404BHJP

【ＦＩ】

F28D7/10 Z

F28D7/16 D

F28F1/00 D

F28F9/02 J

F28F11/00 A

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2018002205

(22)【出願日】2018-01-10

(65)【公開番号】P2019120468

(43)【公開日】2019-07-22

【審査請求日】2020-12-10

(73)【特許権者】

【識別番号】000006208

【氏名又は名称】三菱重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100149548

【弁理士】

【氏名又は名称】松沼 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100162868

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 英輔

(74)【代理人】

【識別番号】100161702

【弁理士】

【氏名又は名称】橋本 宏之

(74)【代理人】

【識別番号】100189348

【弁理士】

【氏名又は名称】古都 智

(74)【代理人】

【識別番号】100196689

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 康一郎

(72)【発明者】

【氏名】小田 拓央

(72)【発明者】

【氏名】石黒 達男

(72)【発明者】

【氏名】近藤 喜之

(72)【発明者】

【氏名】原 伸英

(72)【発明者】

【氏名】笠原 二郎

(72)【発明者】

【氏名】鴨 和彦

(72)【発明者】

【氏名】平岡 賢

【審査官】古川 峻弘

(56)【参考文献】

【文献】特開２００１－２８０８６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－０６３０６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１６３６５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６１－１２５５９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－０４０９８１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２８Ｄ ７／００－７／１６

Ｆ２８Ｆ １／００，９／０２，１１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第一伝熱面を有し、第一の流体が流通する第一流通部と、
前記第一伝熱面と対向する第二伝熱面を有し、前記第一伝熱面との間が不活性空間とされ、前記第一の流体と異なる第二の流体が流通する第二流通部と、を備え、
前記第一の流体が供給される第一供給口、及び前記第一の流体が排出される第一排出口を有する筒状のケーシングと、
前記ケーシングの内部空間を通過するように延びるとともに、内側に前記第二の流体が流通する内管と、
前記内部空間を通過するように、前記内管を内側に収容して前記内管の延在方向に延びるとともに、前記内管との間が不活性空間とされた外管と、を有し、
前記第一伝熱面は、前記外管の内周面であり、
前記第二伝熱面は、前記内管の外周面であり、
前記外管の一端が接続された第二管板と、
前記外管の他端が接続され、前記ケーシングから独立して形成された第三管板と、を有し、
前記内管は、一の前記外管の内側に収容された第一直線部と、他の前記外管の内側に収容された第二直線部と、前記第一直線部と前記第二直線部とを接続するベンド部と、を有するＵ字状をなし、
前記第三管板と協働して前記ベンド部を収容するとともに、前記不活性空間と連通する第二不活性空間を形成するドーム部を有する熱交換器。

【請求項2】

前記第三管板及び前記ドーム部と、前記ケーシングとは、可撓性を有する接続部で接続されている請求項１に記載の熱交換器。

【請求項3】

前記第一直線部及び前記第二直線部を支持する第一管板を有する請求項１又は２に記載の熱交換器。

【請求項4】

前記接続部は、シール性を有し、前記ドーム部と前記ケーシングとの間の空間が不活性空間とされている請求項２に記載の熱交換器。

【請求項5】

前記第二管板、前記内管、及び前記外管とは、同一の材料によって形成されている請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の熱交換器。

【請求項6】

請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の熱交換器のリーク箇所隔離方法であって、
前記外管にリークが発生した場合に、前記外管の内側に配置されている内管を引き抜く内管除去工程と、
前記外管の延在方向における前記外管のリーク箇所の前後に、可撓性を有する材料によって形成され、内部に流体を充填することにより膨張する封止部材を配置する封止部材配置工程と、
前記封止部材を膨張させる封止部材膨張工程と、を有する熱交換器のリーク箇所隔離方法。

【請求項7】

請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の熱交換器のリーク箇所隔離方法であって、
前記外管にリークが発生した場合に、前記内管の内側であって、前記外管の延在方向における前記外管のリーク箇所の前後に、可撓性を有する材料によって形成され、内部に流体を充填することにより膨張する封止部材を配置する封止部材配置工程と、
前記封止部材を膨張させる封止部材膨張工程と、を有する熱交換器のリーク箇所隔離方法。

【請求項8】

前記外管のリークを前記不活性空間に配置されて前記不活性空間の気体の濃度を検知する濃度センサによって検知する請求項６又は請求項７に記載の熱交換器のリーク箇所隔離方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、熱交換器及び熱交換器のリーク箇所隔離方法に関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、ガスタービンでは、翼を冷却する空気と、燃料ガスとの間で熱交換器を用いて熱交換を行い、省エネルギー化を図っている（例えば、特許文献１参照）。
熱交換器としては、例えば、シェルアンドチューブ式と呼ばれる多管式熱交換器が知られている。多管式熱交換器は、筒状のケーシングと、ケーシングの内部にケーシングの軸線と平行に配置された複数の伝熱管を有している。
上記した熱交換器では、伝熱管に高温の燃料ガスを通過させ、管板間に空気を通過させることによって熱交換を実施している。

【0003】

また、熱交換器としては、複数のプレートを有し、各々のプレート間に形成された流路に高温流体と低温流体とを流して熱交換するプレート式熱交換器が知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００１－２９６０９０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、伝熱管やプレートに不具合が発生した場合に、燃料ガスと空気とが混合するのを防止するために、様々な構造が検討されている。
また、熱交換器の運用に際しては、伝熱管の劣化などによる気体のリークを如何に隔離するかが課題となっている。

【0006】

この発明は、第一の流体が流通する第一流通部と、第一の流体と異なる第二の流体が流通する第二流通部とを備える熱交換器において、第一の流体と第二の流体との混合を防止することができる熱交換器及び熱交換器のリーク箇所隔離方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の第一の態様によれば、熱交換器は、第一伝熱面を有し、第一の流体が流通する第一流通部と、前記第一伝熱面と対向する第二伝熱面を有し、前記第一伝熱面との間が不活性空間とされ、前記第一の流体と異なる第二の流体が流通する第二流通部と、を備え、前記第一の流体が供給される第一供給口、及び前記第一の流体が排出される第一排出口を有する筒状のケーシングと、前記ケーシングの内部空間を通過するように延びるとともに、内側に前記第二の流体が流通する内管と、前記内部空間を通過するように、前記内管を内側に収容して前記内管の延在方向に延びるとともに、前記内管との間が不活性空間とされた外管と、を有し、前記第一伝熱面は、前記外管の内周面であり、前記第二伝熱面は、前記内管の外周面であり、前記外管の一端が接続された第二管板と、前記外管の他端が接続され、前記ケーシングから独立して形成された第三管板と、を有し、前記内管は、一の前記外管の内側に収容された第一直線部と、他の前記外管の内側に収容された第二直線部と、前記第一直線部と前記第二直線部とを接続するベンド部と、を有するＵ字状をなし、前記第三管板と協働して前記ベンド部を収容するとともに、前記不活性空間と連通する第二不活性空間を形成するドーム部を有する。

【0008】

このような構成によれば、第一の流体が流通する空間である第一流通部と、第二の流体
が流通する空間である第二流通部との間に不活性空間が存在することによって、第一の流体と第二の流体との混合を防止することができる。
さらに、このような構成によれば、より伝熱面積を大きくすることができる。また、複数の管と筒状のケーシングとからなる簡素な構造で熱交換器を製造することができる。

【0011】

上記熱交換器において、前記第三管板及び前記ドーム部と、前記ケーシングとは、可撓性を有する接続部で接続されてよい。

【0012】

このような構成によれば、第三管板及びドーム部が可撓性を有する接続部を介してケー
シングに支持されることによって、第三管板及びドーム部とケーシングとの間の熱伸び差
を吸収することができる。
上記熱交換器において、前記第一直線部及び前記第二直線部を支持する第一管板を有していてもよい。

【0013】

上記熱交換器において、前記接続部は、シール性を有し、前記ドーム部と前記ケーシングとの間の空間が不活性空間とされてよい。

【0014】

このような構成によれば、第三管板とドーム部とによって形成される第二不活性空間と、ドーム部とケーシングとの間の空間との圧力差を小さくすることができる。

【0015】

上記熱交換器において、前記外管の一端が接続された第一管板と、を有し、前記内管は、一の前記外管の内側に収容された第一直線部と、他の前記外管の内側に収容された第二直線部と、前記第一直線部と前記第二直線部とを接続するベンド部と、を有するＵ字状をなし、前記外管は、一の前記外管と、他の前記外管とを接続するとともに、前記ベンド部を内側に収容する外管ベンド部を有するＵ字状をなしてよい。

【0016】

このような構成によれば、第一の流体と第二の流体とが混合する可能性をさらに低減することができる。

【0017】

上記熱交換器において、前記第一管板、前記内管、及び前記外管とは、同一の材料によって形成されてよい。

【0018】

このような構成によれば、熱伸び差による内管、外管の摩耗を低減することができる。

【0019】

本発明の第二の態様によれば、熱交換器のリーク箇所隔離方法は、上記いずれかの熱交換器のリーク箇所隔離方法であって、前記外管にリークが発生した場合に、前記外管の内側に配置されている内管を引き抜く内管除去工程と、前記外管の延在方向における前記外管のリーク箇所の前後に可撓性を有する材料によって形成され、内部に流体を充填することにより膨張する封止部材を配置する封止部材配置工程と、前記封止部材を膨張させる封止部材膨張工程と、を有する。

【0020】

このような構成によれば、長さを有する伝熱管の外管がリークが発生した場合においても、リーク箇所を限定的に隔離することができる。また、外管に特化した封止部材を用いることによって、施工性を向上させることができる。

【0021】

本発明の第三の態様によれば、熱交換器のリーク箇所隔離方法は、上記いずれかの熱交換器のリーク箇所隔離方法であって、前記外管にリークが発生した場合に、前記内管の内側であって、前記外管の延在方向における前記外管のリーク箇所の前後に、可撓性を有する材料によって形成され、内部に流体を充填することにより膨張する封止部材を配置する封止部材配置工程と、前記封止部材を膨張させる封止部材膨張工程と、を有する。

【0022】

このような構成によれば、内管を引き抜くことなく、リーク箇所を隔離することができる。

【0023】

上記熱交換器のリーク箇所隔離方法において、前記外管のリークを前記不活性空間に配置されて前記不活性空間の気体の濃度を検知する濃度センサによって検知してよい。

【0024】

このような構成によれば、濃度センサを用いてリークを検出することによって、リークを早期に検出することが可能となる。

【発明の効果】

【0025】

本発明によれば、第一の流体が流通する空間である第一流通部と、第二の流体が流通する空間である第二流通部との間に不活性空間が存在することによって、第一の流体と第二の流体との混合を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】本発明の第一実施形態の熱交換器の断面図である。

【図2】本発明の第二実施形態の熱交換器の断面図である。

【図3】本発明の第三実施形態の熱交換器の断面図である。

【図4】本発明の第四実施形態の熱交換器の断面図である。

【図5】本発明の第五実施形態の熱交換器のリーク箇所隔離方法を説明する断面図である。

【図6】本発明の第五実施形態の熱交換器のリーク箇所隔離方法を説明するフローチャートである。

【図7】本発明の第六実施形態の熱交換器のリーク箇所隔離方法を説明する断面図である。

【図8】本発明の第六実施形態の熱交換器のリーク箇所隔離方法を説明する断面図である。

【図9】本発明の第七実施形態の熱交換器のリーク箇所隔離方法を説明する断面図である。

【図10】本発明の第八実施形態の熱交換器の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0027】

〔第一実施形態〕
以下、本発明の第一実施形態の熱交換器について図面を参照して詳細に説明する。
本実施形態の熱交換器は、シェルアンドチューブ式と呼ばれる多管式熱交換器である。熱交換器は、ケーシングの内部に複数の伝熱管を収容して、伝熱管の内側と外側とに異なる温度の流体を流すことで熱交換を行う。
本実施形態の熱交換器は、ガスタービンにおいて、燃料ガスと、冷却に用いられる空気との間で熱交換を行い、燃料ガスを加熱するとともに、空気を冷却する。ただし、熱交換器の用途はこれに限ることはない。

【0028】

図１に示すように、熱交換器１は、ケーシング２と、ケーシング２内に配置され、伝熱管として機能する複数の内管３と、及び内管３を内側に収容した複数の外管４と、を有している。本実施形態の熱交換器１の伝熱管の一部は二重管である。なお、図１には、１本の内管３と、２本の外管４のみ示すが、本実施形態の熱交換器１は、複数の内管３と複数の外管４を有している。

【0029】

ケーシング２は、ドーム形状（半球形状）の第一ドーム部５と、筒状の筒部７と、ドーム形状の第二ドーム部６と、を有している。第一ドーム部５は、筒部７に筒部７の一端を封止するように接続され、第二ドーム部６は、筒部７に筒部７の他端を封止するように接続されている。

【0030】

第一ドーム部５と筒部７とは、第一管板９で仕切られており、第一ドーム部５と第一管板９とによって燃料ガス室１２が形成されている。燃料ガス室１２は、仕切板１６によって第一燃料ガス室１２ａと第二燃料ガス室１２ｂとに仕切られている。
第二ドーム部６と筒部７とは、第三管板１１で仕切られており、第二ドーム部６と第三管板１１とによって第一窒素ガス室１３が形成されている。

【0031】

第一管板９、筒部７、及び第二管板１０によって形成される空間は、第二管板１０によって仕切られている。第二管板１０は、第一管板９と第二管板１０との距離が、第二管板１０と第三管板１１との距離よりも小さくなるように配置されている。
筒部７と第一管板９と第二管板１０とによって第二窒素ガス室１４が形成されている。
筒部７と、第二管板１０と、第三管板１１と、複数の外管４によって空気Ａ（第一の流体）が導入される空気室１５（第一流通部）が形成されている。

【0032】

第一ドーム部５には、第一燃料ガス室１２ａに燃料ガスＦＧ（第二の流体）を供給する燃料ガス供給口１８と、第二燃料ガス室１２ｂから燃料ガスＦＧを排出する燃料ガス排出口１９とが形成されている。
筒部７には、空気室１５に空気Ａを供給する空気供給口２０（第一供給口）と、空気室１５から空気Ａを排出する空気排出口２１（第一排出口）とが形成されている。また、筒部７には、第二窒素ガス室１４から窒素ガスＮＧを排出する窒素ガス排出口２３が形成されている。
第二ドーム部６には、第一窒素ガス室１３に窒素ガスＮＧを供給する窒素ガス供給口２２が形成されている。

【0033】

外管４は、空気室１５内に、筒部７の軸線方向Ｄ（以下、単に軸線方向Ｄと言う。）に延びて第一窒素ガス室１３と第二窒素ガス室１４とを接続する配管である。外管４の一端は、第二管板１０に接続され、外管４の他端は、第三管板１１に接続されている。外管４の内側の空間を介して、第一窒素ガス室１３と第二窒素ガス室１４とは連通する。
外管４の内周面（第一伝熱面）は、空気室１５の伝熱面として機能する。

【0034】

内管３は、Ｕ字型の配管である。内管３の一端３ａ及び内管３の他端３ｂは、第一管板９に接続されている。内管３は、第一燃料ガス室１２ａ内の燃料ガスＦＧが内管３の一端３ａを介して内管３の内側に流通し、内管３の他端３ｂを介して第二燃料ガス室１２ｂに排出されるように配置されている。

【0035】

内管３は、直線状の第一直線部２５及び第二直線部２６と、第一窒素ガス室１３内で第一直線部２５と第二直線部２６とを接続する弧状のベンド部２７と、を有している。第一直線部２５と第二直線部２６とは、外管４の内側に収容されるようにして延在している。これにより、内管３の外周面（第二伝熱面）と、外管の内周面（第一伝熱面）とは対向するように配置される。
ベンド部２７は、第一窒素ガス室１３内に配置されている。外管４は、空気室１５（ケーシング２の内部空間）を通過するように、内管３を内側に収容して内管３の延在方向である軸線方向Ｄに延びている。
内管３の内側ＩＳ（第二流通部）は、燃料ガスＦＧとは異なる第二の流体である空気Ａが流通し、内管３の外周面３ｓ（第二伝熱面）は、伝熱面として機能する。

【0036】

外管４の外径は、例えば、内管３の外径の１．１倍から１．２倍とすることができる。外管４の外径は、内管３の外周面と外管４の内周面との間に所定の空間が形成されるように設定されている。
空気室１５には、空気室１５の空気Ａの流れが外管４にできるだけ等しく当たるように、複数のバッフルプレート２８が設けられている。バッフルプレート２８は、外管４を支持する支持部材としても機能する。

【0037】

次に、本実施形態の熱交換器１の作用について説明する。
第一窒素ガス室１３には、図示しない窒素ガス供給装置から窒素ガス供給口２２を介して窒素ガスＮＧが供給される。第一窒素ガス室１３に供給された窒素ガスＮＧは、内管３の外周面と外管４の内周面との間の空間に流入した後、第二窒素ガス室１４に導入され、窒素ガス排出口２３から排出される。
第一窒素ガス室１３内、第二窒素ガス室１４内、及び内管３の外周面と外管４の内周面との間の空間は、不活性ガスである窒素ガスＮＧで満たされた不活性空間ＮＡとなる。また、第二ドーム部６と第三管板１１とによって形成される第一窒素ガス室１３も不活性空間である。

【0038】

燃料ガス供給口１８を介して第一燃料ガス室１２ａに燃料ガスＦＧが供給されると、燃料ガスＦＧは、内管３の一端３ａから内管３の内側に流入した後、内側の他端３ｂから第二燃料ガス室１２ｂに導入されて燃料ガス排出口１９から排出される。
空気供給口２０を介して空気室１５に空気Ａが供給されると、空気Ａはバッフルプレート２８に衝突しながら、空気室１５内を流れた後、空気排出口２１から排出される。
この間、燃料ガスＦＧと空気Ａとの間で窒素ガスＮＧを介して熱交換が行われ、燃料ガスＦＧが加熱されるとともに、空気Ａが冷却される。

【0039】

上記実施形態によれば、燃料ガスＦＧが供給される空間と空気Ａが供給される空間との間に、不活性空間ＮＡである窒素ガス空間が存在することによって、燃料ガスＦＧと空気Ａとの混合を防止することができる。即ち、内管３と外管４の一方に不具合が発生して流体が漏れた場合においても、内管３と外管４との間が不活性空間ＮＡとされていることによって、燃料ガスＦＧと空気Ａとが混合して爆発する等の不具合を防止することができる。

【0040】

また、内管３のうちベンド部２７が固定されていないため、内管３に発生する熱応力を発生させない構造とすることができる。

【0041】

なお、上記実施形態では、第一の流体を燃料ガスＦＧ、第二の流体を空気Ａとしたが、これに限ることはなく、例えば、第一の流体が酸化剤に、第二の流体が還元剤に該当する場合に適用することができる。
また、上記実施形態では、内管３と内管３と外管４との間を窒素ガスＮＧで満たす構成としたが、内管３と内管３と外管４との間は不活性空間ＮＡであればよく、例えば、内管３と内管３と外管４との間を真空にしてもよい。

【0042】

〔第二実施形態〕
以下、本発明の第二実施形態の熱交換器１Ｂについて図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態では、上述した第一実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
図２に示すように、本実施形態のケーシング２Ｂは、第二ドーム部６の内側に配置された第三ドーム部３０（ドーム部）を有している。

【0043】

第三ドーム部３０は、第二ドーム部６の内側との間に空間Ｓ１を形成するように形成されている。本実施形態の第三管板１１Ｂは、筒部７及び第二ドーム部６と接続されておらず、第三ドーム部３０と接続されている。即ち、本実施形態の第三管板１１Ｂは、ケーシング２Ｂから独立して形成されている。第三ドーム部３０と第三管板１１とによって第一窒素ガス室１３が形成されている。内管３のベンド部２７は、第三ドーム部３０と第三管板１１とによって形成されている第一窒素ガス室１３内に配置されている。第三ドーム部３０は、第三管板１１Ｂと協働してベンド部２７を収容している。
第三ドーム部３０と第三管板１１Ｂとによって形成される第一窒素ガス室１３も不活性空間（第二不活性空間）であり、不活性空間ＮＡと第一窒素ガス室１３とは連通している。

【0044】

第三ドーム部３０と筒部７とは、ベローズ３１（接続部）によって接続されている。即ち、第三ドーム部３０は、可撓性を有するベローズ３１によって支持されている。ベローズ３１は、筒部７の軸線の周方向に連続的に設けられている蛇腹状の部材である。

【0045】

上記実施形態によれば、第三管板１１と筒部７とが接続されない構造となるため、外管４の熱伸びにより第三管板１１などの構造に発生する熱応力を低減することができる。

【0046】

〔第三実施形態〕
以下、本発明の第三実施形態の熱交換器１Ｃについて図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態では、上述した第二実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
図３に示すように、本実施形態の第三ドーム部３０と筒部７とは、複数の薄板３２によって接続されている。薄板３２は、例えば、ＳＵＳのような金属によって形成されており、筒部７の軸線の周方向に連続的に形成されている。
薄板３２は、自身が可撓性を有するような厚さに形成されている。薄板３２の枚数は、第三ドーム部３０を支持し得る強度を有するように設定される。薄板３２はシール性を有しており、薄板３２の一方側の空間Ｓ２（空気室１５）と、薄板３２の他方側の空間Ｓ３とを、流体的に区画する。

【0047】

薄板３２の他方側の空間Ｓ３には、窒素ガス供給口２２を介して窒素ガスＮＧが供給されており、空間Ｓ３は不活性空間ＮＡとなる。即ち、複数の薄板３２により、第二ドーム部６と第三ドーム部３０との間の空間Ｓ３を不活性空間ＮＡとすることができる。

【0048】

上記実施形態によれば、第三管板１１と第三ドーム部３０とによって形成される空間Ｓ４と、第二ドーム部６と第三ドーム部３０との間の空間Ｓ３とをともに不活性空間ＮＡとすることにより、これらの空間間の圧力差を小さくすることができる。

【0049】

〔第四実施形態〕
以下、本発明の第三実施形態の熱交換器１Ｃについて図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態では、上述した第二実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
図４に示すように、本実施形態の外管４Ｃは、一の直線部４ａと、他の直線部４ａとを接続するとともに、内管３のベンド部２７を内側に収容する外管ベンド部３３を有するＵ字状をなしている。即ち、本実施形態の伝熱管は、ベンド部２７，３３も含めて、全長にわたって二重管とされている。

【0050】

本実施形態の内管３、外管４Ｃ、及びバッフルプレート２８の材質は、同一である。内管３、外管４Ｃ、及びバッフルプレート２８の材質は、例えば、インコネルとすることができる。
また、本実施形態の窒素ガス供給口２２Ｃは、ケーシング２の第二窒素ガス室１４に対応する位置に設けられている。

【0051】

上記実施形態によれば、燃料ガスＦＧと空気Ａとが混合する可能性をさらに低減することができる。

【0052】

〔第五実施形態〕
以下、本発明の第五実施形態の熱交換器のリーク箇所隔離方法について図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態では、上述した第一実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
本実施形態の熱交換器のリーク箇所隔離方法は、気体の漏れが発生した場合に、封止装置３５を用いて気体の漏れが発生した箇所を隔離することを特徴としている。

【0053】

図５に示すように、封止装置３５は、キャップ部材３６（封止部材）と、キャップ部材３６に高圧水を供給する高圧水供給装置３７と、を備えている。キャップ部材３６は、可撓性を有し、かつ、高圧水による水圧に耐えうる材料、例えば、ステンレス、銅などによって形成されている中空円筒状の部材である。

【0054】

キャップ部材３６は、円筒状の拡径部３８と、拡径部３８の一端及び他端を封止する封止部３９と、を有している。一方の封止部３９には、高圧水を導入するための貫通孔４０が形成されている。拡径部３８の外径は、外管４の内径よりもやや小さい。
高圧水供給装置３７は、ホース４１を介してキャップ部材３６に高圧水（例えば、１００ＭＰａ～３００ＭＰａ）を充填する装置である。

【0055】

図６に示すように、本実施形態の熱交換器のリーク箇所隔離方法は、リーク判定工程Ｓ１と、流入気体封止工程Ｓ２と、内管３を引き抜く内管除去工程Ｓ３と、キャップ部材配置工程Ｓ４（封止部材配置工程）と、キャップ部材膨張工程Ｓ５（封止部材膨張工程）と、を有している。

【0056】

リーク判定工程Ｓ１は、ガス検知器などの濃度センサＣＳ（図１参照）を用いて、リークが発生したか否かを判定する工程である。濃度センサＣＳは不活性空間ＮＡに配置されており、窒素ガスＮＧの濃度を検出するセンサである。気体の漏れが発生した場合には、不活性空間ＮＡの濃度が変化する。
リーク判定工程Ｓ１では、濃度センサＣＳが不活性空間ＮＡの窒素ガスＮＧの濃度の変化を検知した場合にリークが発生したと判断する。リーク判定工程Ｓ１で、リークが発生したと判断された場合（ＹＥＳ）、作業者は、流入気体封止工程Ｓ２を実施する。
流入気体封止工程Ｓ２では、作業者は、所定のコーキング材等を用いてリークが発生した外管４に対応する内管３に流入する流体の流れを止める。

【0057】

内管除去工程Ｓ３では、作業者は、内管３を切断し内管３を引き抜く。これにより、図５に示すように、外管４の内側から内管３が取り除かれる。

【0058】

キャップ部材配置工程Ｓ４では、作業者は、封止装置３５のキャップ部材３６を外管４の内側に配置する。この際、キャップ部材３６の位置は、軸線方向Ｄにおいて、リーク箇所Ｌの前後のバッフルプレート２８と同じ位置とする。具体的には、リーク箇所Ｌの軸線方向Ｄ一方側に隣接するバッフルプレート２８の位置と、リーク箇所Ｌの軸線方向他方側に隣接するバッフルプレート２８の位置にキャップ部材３６を配置する。

【0059】

キャップ部材膨張工程Ｓ５では、作業者は、高圧水供給装置３７を操作して、キャップ部材３６の内部に高圧水を供給する。これにより、キャップ部材３６の拡径部３８が拡径し、外管４の内周面に密着する。これにより、リーク箇所Ｌを隔離することができる。

【0060】

上記実施形態によれば、長さを有する伝熱管の外管４がリークが発生した場合においても、リーク箇所を限定的に隔離することができる。
また、外管４に特化したキャップ部材３６を用いることによって、施工性を向上させることができる。
また、濃度センサＣＳを用いてリークを検出することによって、リークを早期に検出することが可能となる。

【0061】

〔第六実施形態〕
以下、本発明の第六実施形態の熱交換器のリーク箇所隔離方法について図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態では、上述した第五実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。

【0062】

図７に示すように、本実施形態の封止装置３５Ｂは、チューブ部４３と、チューブ部４３に高圧水を供給する高圧水供給装置３７と、チューブ部４３の軸線方向Ｄの膨張を拘束する拘束部４４と、を備えている。
チューブ部４３は、例えば、ナイロン、ウレタンゴム、軟質塩化ビニル、ニトリルゴムまたはフッ素ゴムなどによって形成されている中空円筒状の部材である。チューブ部４３の外径は、内管３の内径よりもやや小さい。

【0063】

また、本実施形態の内管３のバッフルプレート２８に対応する位置は、伸びやすい材料によって形成されている。

【0064】

本実施形態の熱交換器１のリーク箇所隔離方法は、第五実施形態の熱交換器のリーク箇所隔離方法が、流入気体封止工程Ｓ２及び内管引き抜き工程Ｓ３を有するのと比較して、内管３を引き抜くことなくリーク箇所を隔離することを特徴としている。

【0065】

本実施形態の熱交換器１のリーク箇所隔離方法は、図７に示すように、封止装置３５Ｂのチューブ部４３を内管３の内側に挿入した後、高圧水供給装置３７を操作して、チューブ部４３の内部に高圧水を供給することにより、図８に示すように、チューブ部４３を膨張させて内管３を内側から拡径させる。内管３の外周面と外管４の内周面とが接触するまで内管３を拡径させることにより、リーク箇所を隔離することができる。

【0066】

上記実施形態によれば、内管３を引き抜くことなく、リーク箇所を隔離することができる。
なお、封止装置３５Ｂの構造は、上記した構造に限ることはない。例えば、棒状爆薬を用いて粘性物質を膨張させることによって内管３を拡径する構成としてもよい。

【0067】

〔第七実施形態〕
以下、本発明の第七実施形態の熱交換器のリーク箇所隔離方法について図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態では、上述した第六実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
図９に示すように、本実施形態の熱交換器１は、内管３のバッフルプレート２８に対応する位置の外周面に嵌められているＯリング４５を有している。Ｏリング４５は、例えば、合成ゴムによって形成されている環状部材である。Ｏリング４５は、外管４の内周面に接着してもよい。
Ｏリング４５を設けることにより、内管３を拡径させる際、内管３の外周面と外管４の内周面との間にＯリング４５が介在する。

【0068】

上記実施形態によれば、内管３と外管４とが直接接触することにより、これらが摩耗することを防止することができる。また、Ｏリング４５により封止をより確実にすることができる。

【0069】

〔第八実施形態〕
以下、本発明の第八実施形態の熱交換器について図面を参照して詳細に説明する。
図１０に示すように、本実施形態の熱交換器１Ｄは、プレート式熱交換器である。本実施形態の熱交換器１Ｄは、ケーシング５０と、燃料ガスＦＧが流通する燃料ガス流通部５５と、空気Ａが流通する空気流通部５６と、を有している。燃料ガス流通部５５と空気流通部５６とは、複数のプレート５１，５２，５３，５４によってケーシング２内に区画された部位である。

【0070】

燃料ガス流通部５５は、第一プレート５１と第一プレート５１と対向する第二プレート５２によって形成されている。燃料ガス流通部５５には、燃料ガス供給口１８Ｄを介して燃料ガスＦＧが供給され、燃料ガス排出口１９Ｄを介して燃料ガスＦＧが排出される。

【0071】

空気流通部５６は、第三プレート５３と、第三プレート５３と対向する第四プレート５４によって形成されている。空気流通部５６には、空気供給口２０Ｄを介して空気Ａが供給され、空気排出口２１Ｄを介して空気Ａが排出される。

【0072】

各々のプレート５１，５２，５３，５４は、熱伸び差を吸収するような形状をなしている。本実施形態のプレート５１，５２，５３，５４は、波形状である。更に詳しくは、プレート５１，５２，５３，５４は、正弦波形状をなしている。なお、プレート５１，５２，５３，５４の形状は、熱伸び差を吸収するような形状であればよく、例えば、矩形波形状としてもよい。

【0073】

燃料ガス流通部５５の第二プレート５２と、空気流通部５６の第三プレート５３とは、対向して配置されている。即ち、第二プレート５２と第三プレート５３は、共通のプレートではなく、第二プレート５２と第三プレート５３とは、間隔を開けて配置されている。

【0074】

第二プレート５２の第三プレート５３との間には、窒素ガス供給口２２Ｄを介して窒素ガスＮＧが供給されている。即ち、第二プレート５２と第三プレート５３との間は、不活性空間ＮＡとされている。また、第二プレート５２と第三プレート５３との間からは、窒素ガス排出口２３Ｄを介して窒素ガスＮＧが排出される。

【0075】

上記実施形態によれば、燃料ガスＦＧが供給される空間と空気Ａが供給される空間との間に、不活性空間ＮＡである窒素ガス空間が存在することによって、燃料ガスＦＧと空気Ａとの混合を防止することができる。即ち、プレート５１，５２，５３，５４に不具合が発生して流体が漏れた場合においても、燃料ガス流通部５５と空気流通部５６との間が不活性空間ＮＡとされていることによって、燃料ガスＦＧと空気Ａとが混合して爆発する等の不具合を防止することができる。
また、プレート５１，５２，５３，５４が波形状とされていることによって、伝熱が促進されるのみならず、熱伸び差を吸収することができる。

【0076】

以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、第四実施形態の熱交換器では、内管、外管、及びバッフルプレートの材質を同一としたが、その他の実施形態の熱交換器においても内管、外管、及びバッフルプレートの材質を同一としてもよい。

【符号の説明】

【0077】

１，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ 熱交換器
２，２Ｂ ケーシング
３ 内管
３ｓ 内管の外周面
４ 外管
４ｓ 外管の内周面（第一の伝熱面）
５ 第一ドーム部
６ 第二ドーム部
７ 筒部
９ 第一管板
１０ 第二管板
１１，１１Ｂ 第三管板
１２ 燃料ガス室
１２ａ 第一燃料ガス室
１２ｂ 第二燃料ガス室
１３ 第一窒素ガス室
１４ 第二窒素ガス室
１５ 空気室（第一流通部）
１６ 仕切板
１８ 燃料ガス供給口
１９ 燃料ガス排出口
２０ 空気供給口
２１ 空気排出口
２２ 窒素ガス供給口
２３ 窒素ガス排出口
２５ 第一直線部
２６ 第二直線部
２７ ベンド部
２８ バッフルプレート
３０ 第三ドーム部（ドーム部）
３１ ベローズ（接続部）
３２ 薄板
３３ 外管ベンド部
３５ 封止装置
３６ キャップ部材
３７ 高圧水供給装置
３８ 拡径部
３９ 封止部
４０ 貫通孔
４１ ホース
４３ チューブ部
４４ 拘束部
４５ Ｏリング
５０ ケーシング
５１ 第一プレート
５２ 第二プレート
５３ 第三プレート
５４ 第四プレート
５５ 燃料ガス流通部
５６ 空気流通部
Ａ 空気（第一の流体）
ＣＳ 濃度センサ
ＦＧ 燃料ガス（第二の流体）
ＩＳ 内管の内側
ＮＡ 不活性空間
ＮＧ 窒素ガス

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】