(57)【要約】【課題】熱交換が行われる第１流体及び第２流体のうち、第２流体の液滴を効率良く利用できる熱交換器を提供する。【解決手段】熱交換器２０は、第１流体としての圧縮空気と、圧縮空気よりも低温で、かつ液滴を含む第２流体としてのオフガスとの熱交換を行う。熱交換器２０は、圧縮空気が重力方向の下側から上側に向けて流れる空気流路と、オフガスが流れるとともに重力方向と直交する方向に延びるオフガス流路３２と、オフガス流路３２にオフガスを導入する導入路５１を形成する導入部４５、及び重力方向の上側に位置するとともに導入路５１にオフガスを供給するための供給口を有するオフガスヘッダ４３を備える。オフガス流路３２は、下側流路３２ａと、下側流路３２ａと隔てられるとともに下側流路３２ａよりも重力方向の上側に位置する上側流路３２ｂとを有する。下側流路３２ａにおけるオフガスの流速は、上側流路３２ｂにおけるオフガスの流速よりも遅い。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１流体と、前記第１流体よりも低温で、かつ液滴を含む第２流体との熱交換を行う熱交換器であって、
前記第１流体が重力方向の下側から上側に向けて流れる第１流路と、
前記第２流体が流れるとともに前記重力方向と直交する方向に延びる第２流路と、
前記第２流路に前記第２流体を導入する導入路を形成する導入部、及び前記重力方向の上側に位置するとともに前記導入路に前記第２流体を供給するための供給口を有するヘッダと、
を備え、
前記第２流路は、下側流路と、前記下側流路と隔てられるとともに前記下側流路よりも前記重力方向の上側に位置する上側流路とを有し、
前記下側流路における前記第２流体の流速は、前記上側流路における前記第２流体の流速よりも遅いことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記導入部は、前記導入路のうち前記下側流路に前記第２流体を導入する部分を形成する下側導入部と、前記導入路のうち前記上側流路に前記第２流体を導入する部分を形成する上側導入部とを有し、
前記導入路のうち前記下側導入部によって形成される部分の断面積は、前記上側導入部によって形成される部分の断面積よりも小さい請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記導入路における前記下側流路と前記上側流路との境界には、前記第２流体が通過可能な多孔質構造体が配置されている請求項１に記載の熱交換器。
【請求項４】
第１流体と、前記第１流体よりも低温で、かつ液滴を含む第２流体との熱交換を行う熱交換器であって、
前記第１流体が重力方向の下側から上側に向けて流れる第１流路と、
前記第２流体が流れる第２流路と、
を備え、
前記第２流路は、前記重力方向と直交する方向に延びる第１冷却流路と、前記重力方向において前記第１冷却流路よりも上側に配置されるとともに前記重力方向と直交する方向に延びる第２冷却流路と、前記第１冷却流路と前記第２冷却流路とを接続する接続流路と、を有し、
前記第２流体は、前記第２冷却流路、前記接続流路、前記第１冷却流路の順に流れ、
前記第１冷却流路は、前記接続流路とは反対側に位置する排出口を有し、
前記排出口は、前記重力方向において、前記第１冷却流路における前記排出口よりも上流側に位置する部分の下端よりも上側に位置することを特徴とする熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に開示の燃料電池システムは、圧縮空気と水素ガスとの化学反応によって発電する燃料電池を備える。また、燃料電池システムは、大気中の空気を吸入し、圧縮した空気（圧縮空気）を燃料電池に供給する圧縮機と、水素ガスを燃料電池に供給する水素タンクとを備える。燃料電池システムでは、燃料電池の発電により生じた生成水、及び発電に使用されなかった空気は、オフガスとして燃料電池外に排出される。オフガスにおいて、生成水は液滴として含まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２８３４１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、燃料電池システムには、熱交換器を備えるものがある。熱交換器は、第１流体と、第１流体よりも低温で、かつ液滴を含む第２流体との熱交換を行う。燃料電池システムにおいて、第１流体は、圧力の上昇に伴って温度が上昇した圧縮空気に対応し、第２流体は、オフガスに対応する。このような熱交換器では、第２流体の液滴が気化する際の潜熱によって第１流体を冷却する。よって、第２流体の液滴を効率良く利用できれば、潜熱による冷却効率が上がる。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、熱交換が行われる第１流体及び第２流体のうち、第２流体の液滴を効率良く利用できる熱交換器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記問題点を解決するための熱交換器は、第１流体と、前記第１流体よりも低温で、かつ液滴を含む第２流体との熱交換を行う熱交換器であって、前記第１流体が重力方向の下側から上側に向けて流れる第１流路と、前記第２流体が流れるとともに前記重力方向と直交する方向に延びる第２流路と、前記第２流路に前記第２流体を導入する導入路を形成する導入部、及び前記重力方向の上側に位置するとともに前記導入路に前記第２流体を供給するための供給口を有するヘッダと、を備え、前記第２流路は、下側流路と、前記下側流路と隔てられるとともに前記下側流路よりも前記重力方向の上側に位置する上側流路とを有し、前記下側流路における前記第２流体の流速は、前記上側流路における前記第２流体の流速よりも遅いことを要旨とする。
【０００７】
これによれば、第１流路の上流側を流れる第１流体は、第２流路の下側流路を流れる第２流体に含まれる液滴が気化する際の潜熱によって冷却される。さらに、第１流路の下流側を流れる第１流体は、第２流路の上側流路を流れるオフガスの顕熱によって冷却される。導入路に供給された第２流体の液滴は、重力を受ける。このため、下側流路を流れる第２流体に含まれる液滴は、上側流路を流れる第２流体に含まれる液滴よりも多くなる。このため、下側流路を流れる第２流体に含まれる液滴の量と、上側流路を流れる第２流体に含まれる液滴の量とが同じ場合と比較して、より多くの液滴を下側流路での潜熱による冷却に利用できる。また、下側流路における第２流体の流速を、上側流路における第２流体の流速よりも遅くすることで、気化することなく下側流路を通過してしまう液滴が少なくなる。以上のことから、第２流体の液滴を効率良く利用できる。
【０００８】
また、上記熱交換器について、前記導入部は、前記導入路のうち前記下側流路に前記第２流体を導入する部分を形成する下側導入部と、前記導入路のうち前記上側流路に前記第２流体を導入する部分を形成する上側導入部とを有し、前記導入路のうち前記下側導入部によって形成される部分の断面積は、前記上側導入部によって形成される部分の断面積よりも小さいのが好ましい。
【０００９】
これによれば、第２流体は、導入路のうち、下側導入部によって形成される部分よりも、上側導入部によって形成される部分に流れやすくなる。このため、下側流路に導入される第２流体の量は、上側流路に導入される第２流体の量よりも少なくなる。その結果、下側流路における第２流体の流速は、上側流路における第２流体の流速よりも遅くなる。この場合、導入部の形状を変更するだけで、第２流体の液滴を効率良く利用できるようになる。
【００１０】
また、上記熱交換器について、前記導入路における前記下側流路と前記上側流路との境界には、前記第２流体が通過可能な多孔質構造体が配置されているのが好ましい。
これによれば、第２流体は、導入路のうち、下側導入部によって形成される部分よりも、上側導入部によって形成される部分に流れやすくなる。このため、下側流路に導入される第２流体の量は、上側流路に導入される第２流体の量よりも少なくなる。その結果、下側流路における第２流体の流速は、上側流路における第２流体の流速よりも遅くなる。この場合、多孔質構造体を設けるだけで、第２流体の液滴を効率良く利用できるようになる。
【００１１】
上記問題点を解決するための熱交換器は、第１流体と、前記第１流体よりも低温で、かつ液滴を含む第２流体との熱交換を行う熱交換器であって、前記第１流体が重力方向の下側から上側に向けて流れる第１流路と、前記第２流体が流れる第２流路と、を備え、前記第２流路は、前記重力方向と直交する方向に延びる第１冷却流路と、前記重力方向において前記第１冷却流路よりも上側に配置されるとともに前記重力方向と直交する方向に延びる第２冷却流路と、前記第１冷却流路と前記第２冷却流路とを接続する接続流路と、を有し、前記第２流体は、前記第２冷却流路、前記接続流路、前記第１冷却流路の順に流れ、前記第１冷却流路は、前記接続流路とは反対側に位置する排出口を有し、前記排出口は、前記重力方向において、前記第１冷却流路における前記排出口よりも上流側に位置する部分の下端よりも上側に位置することを要旨とする。
【００１２】
これによれば、第１流路の上流側を流れる第１流体は、第２流路の第１冷却流路を流れる第２流体に含まれる液滴が気化する際の潜熱によって冷却される。さらに、第１流路の下流側を流れる第１流体は、第２流路の第２冷却流路を流れる第２流体の顕熱によって冷却される。ここで、第２流体が気体と液体の両方を含む場合の熱伝達係数は、第２流体が気体のみを含む場合の熱伝達係数よりも高いことが知られている。このため、顕熱による冷却性能は、第２流体に液滴が含まれている方が向上する。
【００１３】
第２流体が第１冷却流路→第２冷却流路の順に流れる場合、第２流体に含まれる液滴は、第１冷却流路において気化するため、第２冷却流路を流れる第２流体に含まれる液滴の量は少なくなる。これに対し、第２流体が第２冷却流路→第１冷却流路の順に流れることで、第２流体に含まれる液滴は、第２冷却流路において顕熱による冷却性能の向上に用いられた後、第１冷却流路において気化することで潜熱による冷却に用いられる。つまり、第２流体の液滴は、第１冷却流路及び第２冷却流路の両方で利用される。
【００１４】
また、排出口は、第１冷却流路の下端よりも上側に位置する。このため、第２流体の気体は、排出口から排出されるが、第２流体の液滴は、排出口から排出されにくく、第１冷却流路に溜まりやすい。第１冷却流路に溜まった液滴は気化することで、潜熱による冷却に用いられる。以上のことから、第２流体の液滴を効率よく利用できる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、熱交換が行われる第１流体及び第２流体のうち、第２流体の液滴を効率良く利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】燃料電池車両の概略構成図。
【図２】第１の実施形態の熱交換器の斜視図。
【図３】プレート、第１フィン、及び第２フィンの斜視図。
【図４】プレート、第１フィン、及び第２フィンの断面図。
【図５】圧縮空気及びオフガスの流れを模式的に示す側面図。
【図６】第２の実施形態の熱交換器の斜視図。
【図７】圧縮空気及びオフガスの流れを模式的に示す側面図。
【図８】熱交換器の別例を模式的に示す側面図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
（第１の実施形態）
以下、熱交換器を具体化した第１の実施形態を図１〜図５にしたがって説明する。
図１に示すように、燃料電池車両ＦＣＶは、燃料電池システム１０と、水素ガスが貯蔵された水素タンク１２とを備える。燃料電池システム１０は、燃料電池スタック１１（図中、ＦＣスタック）と、大気中の空気を吸入して、圧縮した空気（第１流体としての圧縮空気）を吐出する圧縮機１３と、圧縮機１３から吐出された圧縮空気を冷却するための熱交換器２０と、温度センサ１４とを備える。
【００１８】
燃料電池スタック１１は、積層された複数の燃料電池（セル）をスタック化したものである。本実施形態の燃料電池は、固体高分子形燃料電池である。燃料電池スタック１１は、水素ガスと空気中の酸素との化学反応によって発電を行う。また、発電に際して、燃料電池スタック１１では、生成水が生じる。この生成水は、発電に使用されなかった空気とともに第２流体としてのオフガスとして燃料電池スタック１１外に排出される。オフガスにおいて、生成水は液滴として含まれている。
【００１９】
本実施形態の圧縮機（コンプレッサ）１３は、遠心圧縮機である。圧縮機１３から吐出された圧縮空気は、熱交換器２０を介して燃料電池スタック１１に供給される。水素タンク１２は、例えば、所定の温度及び所定の圧力で水素ガスを放出する水素吸蔵合金を用いて水素ガスを貯蔵している。水素タンク１２からは、燃料電池スタック１１に水素ガスが供給される。温度センサ１４は、熱交換器２０によって冷却された後の圧縮空気の温度を検出し、検出結果を制御装置１６に出力する。
【００２０】
燃料電池車両ＦＣＶは、燃料電池スタック１１を電力源として駆動する走行用モータ１５と、制御装置１６と、アクセルセンサ１７とを備える。アクセルセンサ１７は、運転者に操作されるアクセルペダルの操作量、すなわちアクセル開度を検出して、検出結果を制御装置１６に出力する。制御装置１６は、アクセル開度に応じて、圧縮機１３（詳細には、圧縮機１３のモータ）を制御することで、圧縮空気の吐出量を調整する。また、制御装置１６は、温度センサ１４によって検出された圧縮空気の温度に応じて圧縮機１３の出力を制限する。これにより、燃料電池スタック１１に供給される圧縮空気の温度が過度に上昇することを抑制している。なお、燃料電池車両ＦＣＶに用いられる圧縮機１３から吐出される圧縮空気の温度は、約２００度であることが知られている。また、負荷の変動に応じて、圧縮機１３のモータのトルクは制御され、これにより圧縮空気の温度は変動する。
【００２１】
走行用モータ１５は、図示しない電力変換装置を介して燃料電池スタック１１に接続されている。アクセル開度に応じて、電力変換装置が制御されることで、走行用モータ１５に供給される電力量は調整される。走行用モータ１５の動力は、図示しない動力伝達機構を介して車軸に伝達される。これにより、燃料電池車両ＦＣＶは走行する。
【００２２】
次に、熱交換器２０について詳述する。
図３及び図４に示すように、熱交換器２０は、積層された金属製のプレート２１を備える。複数のプレート２１が積層される方向を積層方向とする。熱交換器２０は、プレート２１の積層方向が重力方向と直交するように配置される。また、積層方向及び重力方向と直交する方向を幅方向とする。熱交換器２０は、プレート２１同士の間に区画された空気流路３１及びオフガス流路３２を備える。空気流路３１とオフガス流路３２とは、交互に積層されている。空気流路３１とオフガス流路３２とは、プレート２１を介して隣り合っている。空気流路３１に流れる圧縮空気と、オフガス流路３２に流れるオフガスとは、プレート２１を介して熱交換を行う。
【００２３】
熱交換器２０は、空気流路３１に配置された第１フィンＦ１を備える。第１フィンＦ１は、金属板をつづら折りしたものである。第１フィンＦ１は、熱交換器２０の幅方向で交互に配置された山部Ｆ１ａ及び谷部Ｆ１ｂを有する。各山部Ｆ１ａ及び各谷部Ｆ１ｂは、熱交換器２０の重力方向に沿って延びている。各山部Ｆ１ａ及び各谷部Ｆ１ｂは、プレート２１における空気流路３１に露出する面に接続されている。よって、空気流路３１は、第１フィンＦ１によって熱交換器２０の重力方向に沿って仕切られている。
【００２４】
熱交換器２０は、オフガス流路３２に配置された第２フィンＦ２を備える。第２フィンＦ２は、金属板をつづら折りしたものである。第２フィンＦ２は、熱交換器２０の重力方向で交互に配置された山部Ｆ２ａ及び谷部Ｆ２ｂを有する。各山部Ｆ２ａ及び各谷部Ｆ２ｂは、熱交換器２０の幅方向に沿って延びている。各山部Ｆ２ａ及び各谷部Ｆ２ｂは、プレート２１におけるオフガス流路３２に露出する面に接続されている。よって、オフガス流路３２は、第２フィンＦ２によって熱交換器２０の幅方向に沿って仕切られている。
【００２５】
熱交換器２０は、重力方向における各プレート２１の一端部に接続された箱状の空気ヘッダ４１と、重力方向における各プレート２１の他端部に接続された箱状の空気フッタ４２とを備える。空気ヘッダ４１は、各プレート２１よりも重力方向の下側に配置されている。空気フッタ４２は、プレート２１よりも重力方向の上側に配置されている。空気ヘッダ４１内の空間及び空気フッタ４２内の空間は、各空気流路３１と連通している。なお、空気ヘッダ４１内の空間及び空気フッタ４２内の空間は、プレート２１の重力方向の両端に設けられた図示しない規制板により、オフガス流路３２とは連通しない。
【００２６】
図２に示すように、熱交換器２０は、幅方向におけるプレート２１の一端部に接続された中空半円柱状のヘッダとしてのオフガスヘッダ４３と、幅方向におけるプレート２１の他端部に接続された中空半円柱状のオフガスフッタ４４とを備える。オフガスヘッダ４３内の空間及びオフガスフッタ４４内の空間は、各オフガス流路３２と連通している。オフガスヘッダ４３内の空間及びオフガスフッタ４４内の空間は、プレート２１の幅方向の両端に設けられた図示しない規制板により、空気流路３１とは連通しない。
【００２７】
空気ヘッダ４１は、図示しない接続口を介して圧縮機１３と接続されている。空気フッタ４２は、図示しない接続口を介して燃料電池スタック１１と接続されている。オフガスヘッダ４３は、燃料電池スタック１１と接続されている。オフガスフッタ４４は、車外に繋がる流路と接続されている。圧縮機１３から吐出された圧縮空気は、空気ヘッダ４１から各空気流路３１に供給され、各空気流路３１を流れた後、空気フッタ４２に排出される。各空気流路３１において圧縮空気は、重力方向に沿って流れる。燃料電池スタック１１から排出されたオフガスは、オフガスヘッダ４３によって形成される導入路５１から各オフガス流路３２に供給され、各オフガス流路３２を流れた後、オフガスフッタ４４によって形成される排出路５２に排出される。各オフガス流路３２においてオフガスは、幅方向に沿って流れる。つまり、空気流路３１において圧縮空気の流れる方向（重力方向）と、オフガス流路３２においてオフガスの流れる方向（幅方向）とは直交する。本実施形態の熱交換器２０は、直交流式の熱交換器である。
【００２８】
空気流路３１における空気ヘッダ４１側は、圧縮空気の流れの上流側であり、空気流路３１における空気フッタ４２側は、圧縮空気の流れの下流側である。オフガス流路３２におけるオフガスヘッダ４３側は、オフガスの流れの上流側であり、オフガス流路３２におけるオフガスフッタ４４側は、オフガスの流れの下流側である。
【００２９】
本実施形態のオフガスヘッダ４３は、オフガス流路３２にオフガスを導入する導入路５１を形成する導入部４５と、導入路５１において重力方向の上側に位置するとともに導入路５１にオフガスを供給するための供給口４６とを有する。
【００３０】
導入部４５は、重力方向の下側に配置された有底半円筒状の下側導入部４５ａと、重力方向の上側に配置された有蓋半円筒状の上側導入部４５ｂと、下側導入部４５ａと上側導入部４５ｂとを接続する半円筒状の接続部４５ｃとを備える。下側導入部４５ａの径は、上側導入部４５ｂの径よりも小さい。接続部４５ｃの径は、重力方向の上側側から下側に向けて小さくなる。接続部４５ｃの上端部は、上側導入部４５ｂと接続され、接続部４５ｃの下端部は、下側導入部４５ａと接続されている。下側導入部４５ａ内の空間、接続部４５ｃ内の空間、及び上側導入部４５ｂ内の空間は、導入路５１として重力方向に繋がっている。導入路５１のうち、下側導入部４５ａによって形成される部分の断面積は、上側導入部４５ｂによって形成される部分の断面積よりも小さい。本実施形態の供給口４６は、上側導入部４５ｂの蓋面を重力方向に貫通する貫通孔である。供給口４６には、燃料電池スタック１１が接続されている。
【００３１】
図５に示すように、オフガス流路３２において、重力方向の下側に位置する流路を下側流路３２ａとし、下側流路３２ａよりも重力方向の上側に位置する流路を上側流路３２ｂとする。下側流路３２ａは、導入路５１のうち、オフガスヘッダ４３の下側導入部４５ａによって形成される部分と連通している。上側流路３２ｂは、導入路５１のうち、オフガスヘッダ４３の上側導入部４５ｂ及び接続部４５ｃによって形成される部分と連通している。下側流路３２ａと上側流路３２ｂとは、第２フィンＦ２の一部によって隔てられている。よって、第２フィンＦ２の一部は、下側流路３２ａと上側流路３２ｂとを隔てる分離壁である。
【００３２】
燃料電池スタック１１から排出されたオフガスは、オフガスヘッダ４３の供給口４６から導入部４５によって形成された導入路５１に供給される。導入路５１に供給されたオフガスは、オフガス流路３２の下側流路３２ａ又は上側流路３２ｂに導入される。詳しくは、オフガスは、導入路５１のうち上側導入部４５ｂによって形成される部分から上側流路３２ｂに導入されるか、導入路５１のうち上側導入部４５ｂによって形成された部分を経た後、接続部４５ｃによって形成された部分から上側流路３２ｂに導入されるか、導入路５１のうち上側導入部４５ｂ及び接続部４５ｃによって形成された部分を経た後、下側導入部４５ａによって形成された部分から下側流路３２ａに導入される。
【００３３】
ここで、上述したように、導入路５１のうち、下側導入部４５ａによって形成される部分の断面積は、上側導入部４５ｂによって形成される部分の断面積よりも小さいため、オフガスは、導入路５１のうち、上側導入部４５ｂによって形成される部分よりも、下側導入部４５ａによって形成される部分の方が流れにくい。このため、下側流路３２ａに導入されるオフガスの量は、上側流路３２ｂに導入されるオフガスの量よりも少ない。よって、下側流路３２ａにおけるオフガスの流速は、上側流路３２ｂにおけるオフガスの流速よりも遅い。オフガスは、上側流路３２ｂ又は下側流路３２ａを流れた後、排出路５２に排出される。
【００３４】
図４に示すように、重力方向の下側では、オフガス流路３２の下側流路３２ａと、下側流路３２ａとプレート２１を介して積層方向に隣り合う空気流路３１の上流側の部分によって第１冷却領域Ａ１が構成されている。また、重力方向の上側では、オフガス流路３２の上側流路３２ｂと、上側流路３２ｂとプレート２１を介して隣り合う空気流路３１の下流側の部分によって第２冷却領域Ａ２が構成されている。本実施形態では、第１冷却領域Ａ１は、プレート２１における重力方向下側の約３分の１の領域であり、第２冷却領域Ａ２は、プレート２１における重力方向上側の約３分の２の領域である。圧縮空気は、第１冷却領域Ａ１→第２冷却領域Ａ２の順に流れる。オフガスは、第１冷却領域Ａ１及び第２冷却領域Ａ２の何れか一方に分配される。
【００３５】
第１の実施形態の熱交換器２０の作用を記載する。
第１冷却領域Ａ１において、空気流路３１の上流側を流れる圧縮空気は、下側流路３２ａを流れるオフガスに含まれる液滴（生成水）が気化する際の潜熱によって冷却される。さらに、第２冷却領域Ａ２において、空気流路３１の下流側を流れる圧縮空気は、上側流路３２ｂを流れるオフガスの顕熱によって冷却される。
【００３６】
第１の実施形態の効果を記載する。
（１−１）導入路５１に供給されたオフガスの液滴は、重力を受ける。このため、下側流路３２ａを流れるオフガスに含まれる液滴は、上側流路３２ｂを流れるオフガスに含まれる液滴よりも多くなる。このため、下側流路３２ａを流れるオフガスに含まれる液滴の量と、上側流路３２ｂを流れるオフガスに含まれる液滴の量とが同じ場合と比較して、より多くの液滴を下側流路３２ａでの潜熱による冷却に利用できる。また、下側流路３２ａにおけるオフガスの流速を、上側流路３２ｂにおけるオフガスの流速よりも遅くすることで、気化することなく下側流路３２ａを通過してしまう液滴が少なくなる。以上のことから、オフガスの液滴を効率良く利用できる。
【００３７】
（１−２）導入部４５は、導入路５１のうち下側流路３２ａにオフガスを導入する部分を形成する下側導入部４５ａと、導入路５１のうち上側流路３２ｂにオフガスを導入する部分を形成する上側導入部４５ｂとを有する。導入路５１のうち、下側導入部４５ａによって形成される部分の断面積は、上側導入部４５ｂによって形成される部分の断面積よりも小さい。このため、オフガスは、上側導入部４５ｂによって形成される部分よりも、下側導入部４５ａによって形成される部分の方が流れにくくなる。よって、下側流路３２ａに導入されるオフガスの量は、上側流路３２ｂに導入されるオフガスの量よりも少なくなる。その結果、下側流路３２ａにおけるオフガスの流速は、上側流路３２ｂにおけるオフガスの流速よりも遅くなる。この場合、導入部４５の形状を変更するだけで、オフガスの液滴を効率良く利用できるようになる。
【００３８】
（１−３）第２フィンＦ２の一部は、下側流路３２ａと上側流路３２ｂとを隔てる分離壁を兼ねている。このため、分離壁を別途設けることなく、下側流路３２ａと上側流路３２ｂとを隔てることができる。よって、熱交換器２０の部品点数が増加しない。
【００３９】
（第２の実施形態）
以下、熱交換器を具体化した第２の実施形態を図６及び図７にしたがって説明する。なお、第１の実施形態と同一の構成については、第１の実施形態と同一の符号を付すとともに説明を省略する。
【００４０】
図６に示すように、熱交換器２０は、幅方向におけるプレート２１の一端部に接続された中空半円柱状の第１箱部６１と、幅方向におけるプレート２１の他端部に接続された中空半円柱状の第２箱部６２とを備える。熱交換器２０は、第１箱部６１内の空間を重力方向に区画する区画壁６３を備える。第１箱部６１における区画壁６３よりも上側に位置する部分をオフガスヘッダ６４とし、第１箱部６１における区画壁６３よりも下側に位置する部分をオフガスフッタ６５とする。
【００４１】
オフガスヘッダ６４は、オフガス流路３２にオフガスを導入するための導入路５１を形成する導入部６４ａと、重力方向の上側に位置するとともに導入路５１にオフガスを供給するための供給口６４ｂとを有する。供給口６４ｂは、導入部６４ａの側面を貫通する貫通孔である。供給口６４ｂには、燃料電池スタック１１が接続されている。オフガスフッタ６５は、オフガス流路３２から排出されたオフガスが流れる排出路５２を形成する排出部６５ａと、排出路５２からオフガスを排出するための排出口６５ｂとを有する。排出口６５ｂは、排出部６５ａの側面を貫通する貫通孔である。排出口６５ｂには、車外に繋がる流路が接続されている。
【００４２】
図７に示すように、本実施形態のオフガス流路３２は、第１冷却流路３２ｃと、第２冷却流路３２ｄと、第１冷却流路３２ｃと第２冷却流路３２ｄとを接続する接続流路３２ｅとを有する。第１冷却流路３２ｃは、プレート２１同士の間に区画されるとともに、排出路５２に繋がる。第２冷却流路３２ｄは、プレート２１同士の間に区画されるとともに、オフガスヘッダ６４の導入路５１に繋がる。重力方向において、第２冷却流路３２ｄは、第１冷却流路３２ｃよりも上側に位置する。換言すると、重力方向において、第１冷却流路３２ｃは、第２冷却流路３２ｄよりも下側に位置する。第１冷却流路３２ｃと第２冷却流路３２ｄとは、第２フィンＦ２の一部によって隔てられている。よって、第２フィンＦ２の一部は、第１冷却流路３２ｃと第２冷却流路３２ｄとを隔てる分離壁である。接続流路３２ｅは、第２箱部６２内の空間である。第１冷却流路３２ｃと第２冷却流路３２ｄとは、接続流路３２ｅを介して連通している。排出口６５ｂは、重力方向における第１冷却流路３２ｃの下端、すなわちプレート２１の下端よりも上側に位置している。
【００４３】
燃料電池スタック１１から排出されたオフガスは、オフガスヘッダ６４の供給口６４ｂから導入路５１に供給される。導入路５１に供給されたオフガスは、導入路５１から第２冷却流路３２ｄに導入される。第２冷却流路３２ｄを流れるオフガスは、接続流路３２ｅに流れ込む。よって、第１冷却流路３２ｃにおいて、オフガスは、幅方向の一方側（オフガスヘッダ６４側）から幅方向の他方側（第２箱部６２側）に向けて流れる。また、接続流路３２ｅを流れるオフガスは、第１冷却流路３２ｃを流れ、その後、オフガスフッタ６５の排出路５２に排出される。よって、第１冷却流路３２ｃにおいて、オフガスは、幅方向の他方側（第２箱部６２側）から幅方向の一方側（オフガスフッタ６５側）に向けて流れる。つまり、空気流路３１において圧縮空気の流れる方向（重力方向）と、オフガス流路３２においてオフガスの流れる方向（幅方向）とは直交する。本実施形態の熱交換器２０は、直交流式の熱交換器である。
【００４４】
図７に示すように、重力方向の下側では、オフガス流路３２の第１冷却流路３２ｃと、第１冷却流路３２ｃとプレート２１を介して積層方向に隣り合う空気流路３１の上流側とによって第１冷却領域Ａ１が構成されている。また、重力方向の上側では、オフガス流路３２の第２冷却流路３２ｄと、第２冷却流路３２ｄとプレート２１を介して積層方向に隣り合う空気流路３１の下流側とによって第２冷却領域Ａ２が構成されている。本実施形態では、第１冷却領域Ａ１は、プレート２１における重力方向下側の約３分の１の領域であり、第２冷却領域Ａ２は、プレート２１における重力方向上側の約３分の２の領域である。圧縮空気は、第１冷却領域Ａ１→第２冷却領域Ａ２の順に流れる。オフガスは、第２冷却領域Ａ２→第１冷却領域Ａ１の順に流れる。
【００４５】
第２の実施形態の熱交換器２０の作用を記載する。
第１冷却領域Ａ１において、空気流路３１の上流側を流れる圧縮空気は、第１冷却流路３２ｃを流れるオフガスに含まれる液滴（生成水）が気化する際の潜熱によって冷却される。さらに、第２冷却領域Ａ２において、空気流路３１の下流側を流れる圧縮空気は、第２冷却流路３２ｄを流れるオフガスの顕熱によって冷却される。
【００４６】
第２の実施形態の効果を記載する。
（２−１）オフガスが気体と液体の両方を含む場合の熱伝達係数は、オフガスが気体のみを含む場合の熱伝達係数よりも高いことが知られている。このため、顕熱による冷却性能は、オフガスに液滴が含まれている方が向上する。オフガスが第１冷却流路３２ｃ→第２冷却流路３２ｄの順に流れる場合、オフガスに含まれる液滴は、第１冷却流路３２ｃにおいて気化するため、第２冷却流路３２ｄを流れるオフガスに含まれる液滴の量は少なくなる。これに対し、本実施形態では、オフガスが第２冷却流路３２ｄ→第１冷却流路３２ｃの順に流れることで、オフガスに含まれる液滴は、第２冷却流路３２ｄにおいて顕熱による冷却性能の向上に用いられた後、第１冷却流路３２ｃにおいて気化することで潜熱による冷却に用いられる。つまり、オフガスの液滴は、第１冷却領域Ａ１及び第２冷却領域Ａ２の両方で利用される。
【００４７】
また、排出口６５ｂは、第１冷却流路３２ｃの下端よりも上側に位置する。このため、オフガスの気体は、排出口６５ｂから排出されるが、オフガスの液滴は、排出口６５ｂから排出されにくく、第１冷却流路３２ｃに溜まりやすい。第１冷却流路３２ｃに溜まった液滴は気化することで、潜熱による冷却に用いられる。以上のことから、オフガスの液滴を効率よく利用できる。
【００４８】
（２−２）第２フィンＦ２の一部は、第１冷却流路３２ｃと第２冷却流路３２ｄとを隔てる分離壁を兼ねている。このため、分離壁を別途設けることなく、第１冷却流路３２ｃと第２冷却流路３２ｄとを隔てることができる。よって、熱交換器２０の部品点数が増加しない。
【００４９】
上記実施形態は、以下のように変更して実施することができる。上記実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
○  第１及び第２の実施形態において、熱交換器２０は、燃料電池システム１０に用いられる熱交換器に限定されず、他の用途に用いられてもよい。
【００５０】
○  第１及び第２の実施形態において、第１流体は、圧縮空気に限定されない。第１流体は、他の気体または液体でもよい。
○  第１及び第２の実施形態において、第２流体は、オフガスに限定されない。また、第２流体に含まれる液滴は、生成水に限定されない。第２流体は、第１流体よりも低温であれば、他の液体又は他の液滴を含む気体でもよい。
【００５１】
○  第１及び第２の実施形態において、プレート２１の数、すなわち空気流路３１及びオフガス流路３２の数は適宜変更してもよい。
○  第１の実施形態において、導入部４５の構成を変更してもよい。
【００５２】
例えば、図８に示すように、導入部４５は、重力方向において径が変化しない中空半円柱状であってもよい。この場合、導入部４５によって形成された導入路５１内にオフガスが通過可能な多孔質構造体５４を配置する。多孔質構造体５４は、重力方向において下側流路３２ａと上側流路３２ｂとの境界に配置される。
【００５３】
この場合、オフガスは、導入路５１における多孔質構造体５４よりも重力方向の下側に位置する部分よりも、多孔質構造体５４よりも重力方向の上側に位置する部分に流れやすくなる。このため、下側流路３２ａに導入されるオフガスの量は、上側流路３２ｂに導入されるオフガスの量よりも少なくなる。その結果、下側流路３２ａにおけるオフガスの流速は、上側流路３２ｂにおけるオフガスの流速よりも遅くなる。この場合、多孔質構造体５４を設けるだけで、オフガスの液滴を効率良く利用できるようになる。
【００５４】
○  第１の実施形態において、第１フィンＦ１及び第２フィンＦ２の形状を変更してもよい。第２フィンＦ２の形状によっては、下側流路３２ａと上側流路３２ｂとを隔てられない場合がある。この場合は、分離壁を別途設ける必要がある。
【００５５】
○  第２の実施形態において、第１フィンＦ１及び第２フィンＦ２の形状を変更してもよい。第２フィンＦ２の形状によっては、第１冷却流路３２ｃと第２冷却流路３２ｄとを隔てられない場合がある。この場合は、分離壁を別途設ける必要がある。
【００５６】
○  第１の実施形態において、供給口４６の位置は、導入路５１において重力方向の上側に位置するのであれば適宜変更してよい。例えば、供給口４６は、上側導入部４５ｂの側面を貫通する貫通孔であってもよい。
【００５７】
○  第２の実施形態において、供給口６４ｂの位置は、適宜変更してよい。例えば、供給口６４ｂは、導入部６４ａの上面を重力方向に貫通する貫通孔であってもよい。
○  第１の実施形態において、下側流路３２ａにおけるオフガスの流速が、上側流路３２ｂにおけるオフガスの流速よりも遅くなるのであれば、重力方向における下側流路３２ａと上側流路３２ｂとの境界の位置は、適宜変更してよい。
【００５８】
○  第２の実施形態において、重力方向における第１冷却流路３２ｃと第２冷却流路３２ｄとの境界の位置は、適宜変更してよい。
○  第２の実施形態において、第１冷却流路３２ｃと第２冷却流路３２ｄとは、重力方向において離間して配置されてもよい。この場合、熱交換器２０を配置する自由度が高くなる。
【００５９】
○  第２の実施形態において、排出口６５ｂの位置は、第１冷却流路３２ｃの下端よりも上側に位置するのであれば適宜変更してよい。
○  第２の実施形態において、オフガスフッタ６５を省略してもよい。この場合、第１冷却流路３２ｃを流れるオフガスは、排出部６５ａを介さずに車外に繋がる流路に排出される。このとき、重力方向において、第１冷却流路３２ｃにおける排出口よりも上流側に位置する部分の下端よりも上側に排出口を形成する。
【００６０】
上記実施形態及び変更例から把握できる技術的思想について記載する。
（イ）前記第２流路にはフィンが配置され、前記フィンは、前記上側流路と前記下側流路とを隔てる分離壁を兼ねる熱交換器。
【符号の説明】
【００６１】
２０…熱交換器、３１…第１流路としての空気流路、３２…第２流路としてのオフガス流路、３２ａ…下側流路、３２ｂ…上側流路、３２ｃ…第１冷却流路、３２ｄ…第２冷却流路、３２ｅ…接続流路、４３…ヘッダとしてのオフガスヘッダ、４５…導入部、４５ａ…下側導入部、４５ｂ…上側導入部、４６…供給口、５１…導入路、５４…多孔質構造体、６４…ヘッダとしてのオフガスヘッダ、６４ａ…導入部、６４ｂ…供給口、６５ｂ…排出口。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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