(57)【要約】【課題】水回路内での氷結または氷の形成による故障のリスクを生じない効果的でコンパクトな熱交換器構造を提供する。【解決手段】寒剤回路の各交換部9は拡大断面の領域に開口する減少断面の入口流路9aを含み、水回路の交換部8は拡大断面に対応するほぼ一定断面を有する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入口と出口を持つ水回路および入口と出口を持つ寒剤回路を有し、前記回路は仕切りによって分離された平行交換部を有する寒剤／水交換器であって、
前記寒剤回路の各交換部（９）は拡大断面（l）の領域に開口する減少断面の入口流路（９ａ）を含み、前記水回路の交換部（８）は前記拡大断面に対応するほぼ一定断面（l）を有することを特徴とする寒剤／水熱交換器。
【請求項２】
前記入口流路（９ａ）がフレアー状のプロフィルを有する少なくとも１つの下流部分を有する請求項１記載の交換器。
【請求項３】
前記入口流路（９ａ）が前記交換部の長手軸にほぼ集中する請求項１又は２のいずれか１項記載の交換器。
【請求項４】
前記拡大部（l）に対する前記入口流路（９ａ）の最小断面の比率が１０％と５０％の間にある請求項１乃至３のいずれか１項記載の交換器。
【請求項５】
前記比率が２０％と３０％の間にある請求項４記載の交換器。
【請求項６】
前記交換部（８，９）がプレート（７ｃ，７ｅ）によって縁取りされている請求項１乃至５のいずれか１項記載の交換器。
【請求項７】
前記プレート（７ｃ，７ｅ）が２．５ｍｍを超えない厚さを有する請求項６記載の交換器。
【請求項８】
前記寒剤回路の交換部（９）を規定する前記プレート（７ｃ）は横幅が１ｍｍ未満である請求項７記載の交換器。
【請求項９】
前記プレート（７ｃ，７ｅ）は、その外部エッジにより相互に溶接されている請求項６乃至８のいずれか１項記載の交換器。
【請求項１０】
前記入口流路（９ａ）は、交換器のこの側を離れて閉じる水循環箱（４）内に延びる寒剤輸送管（２）に開口している請求項１乃至９のいずれか１項記載の交換器。
【請求項１１】
上記請求項１乃至１０のいずれか１項記載の交換器を、車上の動力装置に対するガスの供給に用いることを特徴とする交換器の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入口と出口を持つ水回路および入口と出口を持つ寒剤回路を備え、これらの回路が仕切りによって分離された平行交換部を有し、水によって極低温で寒剤流体を加熱および／または蒸発させるように設計された寒剤／水熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
寒剤流体を加熱するための水の使用は経済的に有利であるが、不凍液成分を混ぜ合わせるときであっても水を使用する限りは、小型の交換器において問題を生じる。その問題とは、寒剤流体の極低温のゆえに氷が形成される実質的なリスクを負うことになり、交換器内や下流のユーザー設備内での即時の重大な故障の原因となる氷の詰まりを生じることである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の目的は、水回路内での氷結または氷の形成による故障のリスクを生じない効果的でコンパクトな熱交換器構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するために、本発明の１つの特徴として、寒剤回路の各交換部は拡大断面の領域に開口する減少断面の入口流路を含み、水回路の交換部は拡大断面に対応するほぼ一定断面を有している。
【０００５】
本発明の他の特徴として、
入口流路がフレアー状のプロフィルを有する少なくとも１つの下流部分を有すること、
入口流路が交換部の長手軸にほぼ集中すること、
寒剤回路の交換部の拡大部に対する入口流路の最小断面の比率が１０％と５０％の間にあること、概して２０％と３０％の間にあること、
交換部は、隣接するプレートによって縁取りされ、小さい厚みのステンレス鋼、一般的には２．５０ｍｍ未満、有効なものとして２ｍｍ未満のステンレス鋼でできていること、および
入口流路は交換器のこの側を離れて閉じる水循環箱内に延びる寒剤輸送管に通じて開口していることなどがある。
【０００６】
また、本発明の主題は、自動車のパワー装置（例えば内燃機関および／またはプロトン交換膜燃料電池）に対してガス状の水素を供給するための交換器の使用にある。
【０００７】
本発明の他の特徴および効果は、添付の図面と関連する実施例（いかなる限定も含まれるものではないが、図に示すことにより与えられる）の以下の説明から明らかになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１に模式的に示すように、本発明の熱交換器は、参照符号１に示した全部としての交換ブロックを有する。交換ブロックは、ともに固定されるプレートの組合せによって形成され、後述するように、寒剤入口マニホールド２と加熱寒剤出口マニホールド３との間に共流動平行交換のための回路の部分を規定し、一方側には加熱水入口マニホールド４および水出口マニホールド５がそれぞれ設けられている。
【０００９】
本発明の一態様によれば、図２と図３によりよく示されるように、各交換回路部は、寒剤回路のための有孔プレートまたはハーフプレート７ｃと水回路のためのプレート７ｅとによって、２枚のソリッドプレート６の間に規定される。
【００１０】
本発明の一態様によれば、水回路のプレート７ｅがほぼ一定幅ｌの流路を規定しており、プレート７ｃがプロフィルを変えることにより流路９を規定しており、その流路９は水流路８の幅と同じ幅の主流路にフレアー状に広がる減少断面の入口流路９ａを備えている。入口流路９ａは、流路９（一般的には同一平面上の流路８と９の長手軸）の長手軸に集中している。
【００１１】
この種の装置については、図２に示すように、入口流路領域９ａによって形成される寒剤交換回路部の極めて冷えたゾーンは減少する幅を有する。この減少する幅は、一般的には名目上の幅ｌの５０％未満、有効なものとして名目上の幅ｌの１０％超え、より好ましくは名目上の幅ｌの２０％および３０％の間である。その結果、流路８の入口部に共流動的に流入する水が中心部の最大の熱量を抽出する。それはそれ自体が入口流路９ａに集中するが、プレートの表面エリアを確保するこのゾーンの両側に高い温度勾配を生じるという理由から、前記部分を越えて大きくは横のほうに延び出さない。最適ではない条件下で、非常に大部分で、小さい氷塊１０が形成される。氷塊１０は流路８の幅の中心部のみを占有して、図２に２本の矢印で示すように水の流れのどちらの側にも関して、流れを決して妨げない。その結果、水回路の圧力低下が小さくなる。
【００１２】
プレート６と７は、一般的には水回路の場合で厚さ２ｍｍを超えない、寒剤回路の場合で１ｍｍを超えない、３１６Ｌまたは３０４Ｌのステンレス鋼シートを打ち抜くことによって製造される。
【００１３】
ある特定の用途では、後者の動力装置に供給するために自動車の車上で液体窒素を蒸発させることに好適であり、Ｈ２Ｌ寒剤がおよそマイナス２５０℃の温度で、概して１〜１０バールの絶対圧力下で、毎秒５ｇ未満の流量でマニホールド２に流入する。これらの条件下で、プレート７ｃは約０．５ｍｍの厚みを有し、プレート７ｅは約２ｍｍの厚みを有し、プレート６は約０．６ｍｍの厚みを有する。これら複数のプレート６，７ｃ，７ｅを一緒にして１つに集めて、これらの外側の横エッジを溶接して組み立てることによって、交換ブロック１が製造される。
【００１４】
この種の用途において、車両の内燃機関のラジエータから送られてくる水は、１１０℃を下回る温度（概して６０℃と８０℃との間の温度）で入口マニホールド４を通過して、マニホールド５の温度よりも僅かに低い温度で出てきて、水の温度よりも僅かに低い温度（およそ５０〜６０℃）でガス状の水素がマニホールド３に残留する。非常に冷えた大気の条件であっても、この範囲内の温度にガス状の水素を維持するために、電気ヒータ１１がマニホールド３内に効果的に設けられる。
【００１５】
図３に示す１つの特定の実施形態では、プレート７ｃ間の水素回路の交換部９が再び、この場合には、流路９の拡大断面の主要部のなかに直接開口するＶ字形の前進断面の入口流路９ａを有する。
【００１６】
寒剤取入マニホールド２は、プレート６および７の下エッジに溶接された側溝からなる。同様に、ガス状の寒剤は、プレートの上エッジに溶接された側溝１２内において流路９の出口で回復され、前記側溝１２が接触ゾーンにおいて形成される対向する開口部１３を介して連通する出口マニホールド３に上部母体に沿って溶接される。
【００１７】
共に溶接されたプレート６と７の横方向の面は、保護シート１４で覆われている。水マニホールド４を形成する箱１５は交換ブロック１の底部で閉じており、水出口マニホールド５を形成する箱１６は交換ブロック１の頂部で閉じている。
【００１８】
本発明が特定の実施例に関して記載されていたにもかかわらず、それはそれに対して制限されなくて、変更態様の中で、そして、本願明細書に追加される請求項の文脈の範囲内で、当業者にとって明らかな変更を加えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明による熱交換器の模式的な長手方向断面図である。
【図２】図２は、寒剤および水回路の交換部の構成を示している図１の交換器のプレートの展開斜視図である。
【図３】図３は、図１の断面３／３の面の横断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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