(57)【要約】【課題】  コンパクトで製造し易く耐圧性の高い熱交換器の提供。【解決手段】  一対の浅い溝形に形成されたプレート２と、プレート２間に挟持されるインナーフィン４と、インナーフィン４の両端部と一対のプレート２との間を閉塞する一対づつの櫛歯状の閉塞体５とを具備し、インナーフィン４は厚み方向に波形に曲折されると共に、その各波が平面方向に波形に蛇行する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ浅い溝形に形成されると共に、その幅方向の両縁部にフランジ部(1) が形成されて、溝の内面が互いに対向する一対のプレート(2) と、
薄い金属板が厚み方向に波形に曲折されると共に、その各波が平面方向に波形に蛇行し且つ、その幅方向の両縁部にフランジ部(3) が一体に形成され、そのフランジ部(3) が前記一対のプレート(2) のフランジ部(1) 間に挟持され、各プレート(2) の内面と各波の頂部および谷部との間に隙間(ｔ)を有して、そのプレート(2) 間に内装されるインナーフィン(4)と、
インナーフィン(4)の両端部と一対のプレート(2) との間を閉塞する一対づつの櫛歯状の閉塞体(5)と、
前記インナーフィン(4)の表面側と一方のプレート(2) との間に第１流体(6)が流通し、その裏面側と他方のプレート(2) との間に第２流体(7) が流通して、両流体間の流体圧に大きな差圧が生じることを特徴とする耐圧性熱交換器。
【請求項２】
請求項１において、
前記第１流体(6)の流体圧に対し、第２流体(7)のそれが10倍以上高圧となる耐圧性熱交換器。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
前記インナーフィン(4)の板厚が前記各プレート(2) より薄肉に形成された耐圧性熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池用熱交換器として最適なものであって、一例として燃料電池から流出するガス圧が０．５ｋｇ／ｃｍ２，温度１００℃程度のものを、水道水（水温２０℃程度，水圧１７．５ｋｇ／ｃｍ２）で冷却するように、２流体間に大きな差圧が生じるものを対象とし、簡易で且つ熱効率の良い耐圧性熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願人は、既に下記特許文献１に、二以上の流体間に熱交換を行う製造容易でコンパクトな熱交換器を提案している。
これは横断面溝形に形成された一対の外プレート間に仕切プレートを介装し、その仕切プレートと各外プレートとの間にインナーフィンを介装したものである。このインナーフィンは、薄い金属板を波形に曲折したものである。その稜線および谷線は直線状に形成されている。そして各インナーフィンの表面側と裏面側に夫々異なった流体を流通させるものである。
なお、各インナーフィンの頂部および谷部と各プレートとの間には僅かな隙間が存在する。
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１０１３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の熱交換器は、インナーフィンの表面側と裏面側とに夫々流通する流体の圧力が著しく異なると、インナーフィンの各波が変形することが判った。即ち、インナーフィンは、その高圧側において、各波の立ち上がり面および立ち下がり面を互いに圧縮するように変形し、低圧側の流路を狭くすることになる。
また、全体としてインナーフィンは長手方向に沿って弓なりに変形する。これは、インナーフィンと上下の各プレートとの間が一体的にろう付けされることなく、インナーフィンの周縁部のみが閉塞されることに基づく。このような変形が生じると、熱交換器の各部で流体が均一に流通しがたくなり、全体として熱伝達性能の低下につながる。
そこで本発明は、熱伝達が良好な、コンパクトで耐圧性の高い製造容易な熱交換器を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に記載の本発明は、それぞれ浅い溝形に形成されると共に、その幅方向の両縁部にフランジ部(1) が形成されて、溝の内面が互いに対向する一対のプレート(2) と、
薄い金属板が厚み方向に波形に曲折されると共に、その各波が平面方向に波形に蛇行し且つ、その幅方向の両縁部にフランジ部(3) が一体に形成され、そのフランジ部(3) が前記一対のプレート(2) のフランジ部(1) 間に挟持され、各プレート(2) の内面と各波の頂部および谷部との間に隙間(ｔ)を有して、そのプレート(2) 間に内装されるインナーフィン(4)と、
インナーフィン(4)の両端部と一対のプレート(2) との間を閉塞する一対づつの櫛歯状の閉塞体(5)と、
前記インナーフィン(4)の表面側と一方のプレート(2) との間に第１流体(6)が流通し、その裏面側と他方のプレート(2) との間に第２流体(7) が流通して、両流体間の流体圧に大きな差圧が生じることを特徴とする耐圧性熱交換器である。
【０００６】
請求項２に記載の本発明は、請求項１において、
前記第１流体(6)の流体圧に対し、第２流体(7)のそれが10倍以上高圧となる耐圧性熱交換器である。
【０００７】
請求項３に記載の本発明は、請求項１または請求項２において、
前記インナーフィン(4)の板厚が前記各プレート(2) より薄肉に形成された耐圧性熱交換器である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の耐圧性熱交換器は、インナーフィン４の表面側と一方のプレート２との間に第１流体６が流通し、その裏面側と他方のプレート２との間に第２流体７が流通し、両流体間の流体圧に大きな差圧が生じるものにおいて、インナーフィン４は金属板を厚み方向に波形に曲折すると共に、その各波が平面方向に波形に蛇行しているからインナーフィン４の各部に剛性が生じ、高圧側の流体によって各波が低圧側に変形することを防止し、低圧側の流路を確保し、両流体間の熱交換を促進し得る。
なお、インナーフィン４の各波の頂と、各プレート２の内面との間には隙間ｔを有し、各流体はインナーフィン４の幅方向に均等に流通し、熱交換器の各部において熱交換を促進し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
次に、図面に基づいて本発明の実施の形態につき説明する。
図１は本発明の耐圧性熱交換器の分解斜視図であり、図２はその組立て状態を示す横断面図、図３は図２のIII−III矢視断面図、図４は同熱交換器に用いられるインナーフィン４の平面図、図５は同インナーフィン４の部分拡大斜視図である。
この熱交換器は、一対のプレート２とインナーフィン４と四つの閉塞体５とを有する。夫々のプレート２は浅い溝形に形成されると共に、その幅方向両縁部にフランジ部１が形成されている。インナーフィン４は、薄い金属板よりなり、それが厚み方向に波形に曲折されると共に、その各波が平面方向に波形に蛇行している。そしてその幅方向両縁部にフランジ部３が一体に形成されたものである。
【００１０】
また、各閉塞体５はインナーフィン４の両端部（各波の稜線方向の両端）における波の上面側に整合するものと下面側に整合するものとが存在し、上下一対の閉塞体５間にインナーフィン４の板厚分だけの隙間が生じるものである。各プレート２には、この例ではその長手方向両端部に一対づつの第１出入口パイプ８，第２出入口パイプ９が連通する。そしてインナーフィン４の長さとプレート２の長さとが等しいと共に、インナーフィン４の幅とプレート２の幅とが一致する。そして、一対のプレート２はその内面側が互いに対向するように重ねあわされると共に、それらの間にインナーフィン４が位置し、そのフランジ部３を一対のプレート２のフランジ部１が挟持する。
【００１１】
さらに、インナーフィン４の長手方向両端部と各プレート２との間に閉塞体５が配置され、一対のプレート２の長手方向両端部を閉塞する。
このように組み立てられた熱交換器は、各接触部間が一体的にろう付け固定される。なお、インナーフィン４の板厚はプレート２のそれよりも薄い。また、閉塞体５の厚みはプレート２の厚みより大に形成されている。
そしてインナーフィン４の各波の頂部および谷の底部と各プレート２との間には隙間ｔが形成される。
【００１２】
そしてこの例では、インナーフィン４の表面（上面）側に第１流体６として冷却水が流通し、インナーフィン４の裏面側に第２流体７として水蒸気を含む高温のガスが流通する。一例として、第２流体７は燃料電池から流出する水素を含む水蒸気である。この流出ガスは０．０５ＭＰａ（０．５ｋｇ／ｃｍ２）であり、冷却水としての第１流体６は水道水を用いることができる。この水道水は、１．７５ＭＰａ（１７．５ｋｇ／ｃｍ２）である。両者の圧力差は３５倍ある。
【００１３】
しかしながら、この耐圧性熱交換器に用いられるインナーフィン４は、図４および図５に示す如く、波の稜線および谷線並びにその立ち上がり壁，立下り壁が全て平面方向に波形に蛇行しているので剛性が強いものとなる。その剛性は、インナーフィン４全体に対しても、その各波に対しても極めて大となる。
一例として、インナーフィン４の板厚は０．１５ｍｍであり、波の高さはピッチ５ｍｍの矩形波状とすることができる。また、波の平面方向における蛇行は１．２ｍｍ〜１．５ｍｍとすることができる。
【００１４】
上記条件のもと、前記の圧力を有する水道水とガス流体とを流通させ、ガス中の水蒸気を凝縮して回収する凝縮器として用いたところ、インナーフィン４の各波が変形することなく且つ、全体としてインナーフィン４の中心部分が下面側のプレート２に接触することもなく、良好な熱交換を行うことができた。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の耐圧性熱交換器の分解斜視図。
【図２】同組立て状態を示す横断面説明図。
【図３】図２のIII−III矢視断面略図。
【図４】同熱交換器に用いられるインナーフィン４の平面略図。
【図５】同インナーフィン４の部分拡大斜視図。
【符号の説明】
【００１６】
１  フランジ部
２  プレート
３  フランジ部
４  インナーフィン
【００１７】
５  閉塞体
６  第１流体
７  第２流体
８  第１出入口パイプ
９  第２出入口パイプ
【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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