(57)【要約】【課題】一対の皿状のプレート７ａを有するドロンカップ型のエレメントの積層体からなる熱交換器において、エレメントが高温ガスに対し比較的耐熱性の低い材質であっても、充分熱交換可能な高温用熱交換器の提供。【解決手段】上流側に多数の断面円形のチューブ６を有する第１コア３が設けられ、下流側にドロンカップ型のエレメント７の積層体からなる第２コア４が配置され、高温ガス１を第１コア３に通過させた後に、第２コア４を通過するように構成したもの。【選択図】　　　　図１
2004060935.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温ガス（１）　が導かれるケーシング（２）　内の上流側に第１コア（３）　が配置されると共に、下流側に第２コア（４）　が配置され、
第１コア（３）　は、横断面円形の多数のチューブ（６）　が互いに離間して並列され、
第２コア（４）　は、エレメントの集合体よりなり、そのエレメント（７）　は互いに離間して一対の連通孔（８）　が設けられ、少なくとも一方が皿状に形成された一対のプレート（７ａ）により構成され、多数のそのエレメント（７）　がその厚み方向に重ね合わされると共に、夫々の前記連通孔（８）　により隣接するエレメント（７）　どうしが互いに気密に接続されてなり、
低温流体（５）　が第１コア（３）　の各チューブ（６）　を流通した後に、夫々のエレメント（７）　内を流通し、高温ガス（１）　が各チューブ（６）　およびエレメント（７）　の外面側を流通するように構成された高温用熱交換器。
【請求項２】
請求項１において、
第１コア（３）　の前記チューブ（６）　の金属材料は、第２コア（４）　のそれより耐熱性の高い材料からなり、
前記エレメント（７）　の内面側にインナーフィン（９）　が設けられ、外面側にアウターフィン（１０）が設けられた高温用熱交換器。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
前記第１コア（３）　は、一対の第一ヘッダ（１１）に多数の前記チューブ（６）　の両端が連し、そのチューブ（６）　の外面側に多数のプレートフィン（１２）が配置された高温用熱交換器。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれかにおいて、
第１コア（３）　の各チューブ（６）　は耐熱性のハイニッケルステンレス鋼またはニッケル合金が用いられ、エレメント（７）　の各プレート（７ａ）はオーステナイト系ステンレス鋼またはフェライト系ステンレス鋼が用いられた高温用熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池用改質器等の如く高温のガスで被加熱流体を加熱する熱交換器に係り、コアの少なくとも一部に多数の皿状プレートを重ね合わせたプレート型熱交換器（ドローンカップ型ともいう）を有するものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
両端部に一対の連通孔を有し夫々皿状に形成された一対のプレートの周縁を互いに接合し、内部に偏平な流路が形成されるエレメントを設け、そのエレメントを連通孔において多数連結したドロンカップ型の熱交換器が知られている。このドロンカップ型の熱交換器は、各エレメントの連通孔の孔縁部が互いにろう付け固定されると共に、エレメント内部及びエレメント外面側に夫々フィンが配置される。このようなドロンカップ型の熱交換器を温度６５０℃以上９００℃程度の高温ガスに耐え得るようにするには、プレートの材料をハイニッケルステンレス鋼材やニッケル合金等を用いる必要があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ドロンカップ型熱交換器を高温ガスに耐え得る耐熱性材料を使用する場合、熱交換器全体の材料コストが上昇する欠点があったた。
そこで本発明は、このようなドロンカップ型のエレメントを多数用いる熱交換器において、構造的に耐熱性の比較的高い熱交換器と組み合わせることにより、ドロンカップ型の熱交換器を保護し全体として熱効率の良いものを提供することを提案する。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の本発明は、高温ガス（１）　が導かれるケーシング（２）　内の上流側に第１コア（３）　が配置されると共に、下流側に第２コア（４）　が配置され、
第１コア（３）　は、横断面円形の多数のチューブ（６）　が互いに離間して並列され、
第２コア（４）　は、エレメントの集合体よりなり、そのエレメント（７）　は互いに離間して一対の連通孔（８）　が設けられ、少なくとも一方が皿状に形成された一対のプレート（７ａ）により構成され、多数のそのエレメント（７）　がその厚み方向に重ね合わされると共に、夫々の前記連通孔（８）　により隣接するエレメント（７）　どうしが互いに気密に接続されてなり、
低温流体（５）　が第１コア（３）　の各チューブ（６）　を流通した後に、夫々のエレメント（７）　内を流通し、高温ガス（１）　が各チューブ（６）　およびエレメント（７）　の外面側を流通するように構成された高温用熱交換器である。
【０００５】
請求項２に記載の本発明は、請求項１において、
第１コア（３）　の前記チューブ（６）　の金属材料は、第２コア（４）　のそれより耐熱性の高い材料からなり、
前記エレメント（７）　の内面側にインナーフィン（９）　が設けられ、外面側にアウターフィン（１０）が設けられた高温用熱交換器である。
【０００６】
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、
前記第１コア（３）　は、一対の第一ヘッダ（１１）に多数の前記チューブ（６）　の両端が連し、そのチューブ（６）　の外面側に多数のプレートフィン（１２）が配置された高温用熱交換器である。
【０００７】
請求項４に記載の本発明は、請求項１〜請求項３のいずれかにおいて、
第１コア（３）　の各チューブ（６）　は耐熱性のハイニッケルステンレス鋼またはニッケル合金が用いられ、エレメント（７）　の各プレート（７ａ）はオーステナイト系ステンレス鋼またはフェライト系ステンレス鋼が用いられた高温用熱交換器である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
次に、図面に基づいて本発明の高温用熱交換器の実施の形態につき説明する。図１は本発明の高温用熱交換器を示す全体的斜視略図であり、図２はその第１コア３の一部分解斜視図であり、図３はその第２コア４の要部縦断面図であって図４の　ＩＩＩ−　ＩＩＩ線上で切断したものである。また図４は第２コア４の側面図を示し、図５は図４のＶ−Ｖ矢視断面略図である。
この熱交換器は図１に示す如く、下側に位置する第１ケーシング２ａとその上端に接続された第２ケーシング２ｂとによりケーシング２を形成し、第１ケーシング２ａに図２に示す第１コア３が配置され、第２ケーシング２ｂに複数の第２コア４が配置されている。そして第１コア３は多数のチューブ６が互いに離間して定間隔に配置され、その両端が第１ケーシング２ａを貫通し一対の第１ヘッダ１１に連通する。
【０００９】
次に、第２コア４は図３〜図５の如く形成され、いわゆるドロンカップ型のエレメント７の積層体からなる。即ち、エレメント７は一対の皿状のプレート７ａを逆向きに重ね合わせ、その全周縁を気密にろう付け固定したものである。夫々のプレート７ａは、その長手方向両端部に膨出部が形成さ、その膨出部に夫々連通孔８が設けられている。そしてエレメント７内にはインナーフィン９が内装され、エレメント７どうしの外面にはアウターフィン１０が配置されている。
厚み方向に積層される多数のエレメント７は、その両端部の膨出部で互いに接触すると共に、夫々の連通孔８が整合され、連通孔８の孔縁部においてエレメントどうしが互いにろう付け固定される。そして、インナーフィン９とエレメント７内及びアウターフィン１０とエレメント７の外面との間が一体にろう付け固定される。
【００１０】
プレート７ａの材質としては、オーステナイト系ステンレス鋼またはフェライト系ステンレス鋼を用いることができる。
なお、第１コア３のチューブ６としては耐熱性のハイニッケルステンレス鋼またはニッケル合金を用いることができる。
そしてこのようにしてなる第２コア４は、図１に示す如く、この例では６つ用いられ、それが３個づつ並列され、積層方向に各第２コア４が連結パイプ１６を介して、その上下の連通孔８で接続されている。そして図において、右側の３つの第２コア４の連通孔８と上下一対の第２ヘッダ１５とが夫々接続する。
【００１１】
そしてこの例では、低温流体５が左側の第１ヘッダ１１から図２の如く第１コア３の各チューブ６内を左から右に流通し、右側の第１ヘッダ１１より、図１の如くヘッダ連結部１７を介し上側の第２ヘッダ１５から右側に位置する３つの第２コア４の各エレメント内に流入すると共に、連結パイプ１６を介して左側の３つの第２コア４の上部から各エレメント内に流入する。そしてその低温流体５は各第２コア４のエレメント７内を下方に流下し、下側の第２ヘッダ１５に流出する。
また、第１ケーシング２ａ内に高温ガス１が図１において下側から流入し、次いでそれが夫々の第２コア４のエレメント７の外面間を図３の如く上昇して、第２ケーシング２ｂの開口から外部に導かれる。そしてその高温ガス１と低温流体５との間に熱交換が行われるものである。
【００１２】
このとき、高温ガス１は先ず第１コア３のチューブ６内の低温流体５を加熱し、その分だけ低温となって第２コア４の下方から上方に流通する。従って、第２コア４に流入する高温ガス１の温度はある程度低下しているため、第２コア４を構成するエレメント７の耐熱性は第１コア３よりも低くても良い。
一般に第１コア３のチューブ６を継目なしの引抜き管で形成すれば、それ自体構造的にエレメント７よりも耐熱性が高い。このことからチューブ６に引抜き管を用いるとすれば、第２コア４の構成部品と第１コア３の構成部品とを同一材料で用いることも可能である。しかしながら、第１コア３のチューブ６の材料を第２コア４のプレート７ａよりも耐熱性の高いものを使用することが好ましい。
【００１３】
次に、図６は本発明の高温用熱交換器の第１コア３の他の例を示し、この例が図２のそれと異なる点は、並列された多数のチューブ６が、小隙を有して並列された多数のプレートフィン１２の各チューブ挿通孔に貫通し、その貫通部がろう付け固定されていることである。そのろう材としてはニッケルろうを用いることが好ましい。
【００１４】
【発明の作用・効果】
本発明の高温用熱交換器は、高温ガス１が最初に流通する第１コア３を断面円形の多数のチューブ６の並列体から構成し、その円形チューブ６内に低温流体５が流通して高温ガス１との間に熱交換が行われる。それにより高温ガス１の温度が低下した後に、次いでその高温ガス１が第２コア４を通過するものである。この第２コア４は、多数のプレート７ａのろう付け体からなり、構造的に円形チューブ６より耐熱性が劣る。しかしながら、高温ガス１の温度が低下した後に第２コア４の各エレメントをそれが通過するため、差し支えなく、全体として耐熱性の高い熱交換器を提供できる。
【００１５】
また上記構成において、第１コア３のチューブ６の金属材料を第２コア４のそれより耐熱性の高い材料とすることができる。それと共に、エレメント７の内面側にインナーフィン９を設け、外面側にアウターフィン１０を設けることができる。このように構成した場合には、さらに耐熱性が高く且つ全体として低コストで効率の良い高温用熱交換器となり得る。
さらに上記いずれかの構成において、第１コア３の一対の第１ヘッダ１１に多数のチューブ６の両端を連通し、そのチューブ６の外面側に多数のプレートフィン１２を配置することができる。このようにすることにより、第１コア３の熱効率を上げつつ、その分だけ高温ガス１の温度を低下させ第２コア４を保護することができる。
【００１６】
上記いずれかの構成において、第１コア３のチューブ６を耐熱性のハイニッケルステンレス鋼またはニッケル合金を用いることができ、エレメント７の各プレート７ａはオーステナイト系ステンレス鋼またはフェライト系ステンレス鋼を用いることができる。このようにした場合には、全体として低コストの高温用熱交換器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の高温用熱交換器の全体を示す斜視図。
【図２】同熱交換器の第１コア３の説明的斜視図。
【図３】同熱交換器に用いられる第２コア４の要部縦断面図であって図４の　ＩＩＩ−　ＩＩＩ線上で切断したもの。
【図４】同熱交換器に用いられる第２コア４の側面図。
【図５】図４のＶ−Ｖ矢視断面略図。
【図６】同熱交換器に用いられる第１コア３の他の例を示す斜視略図。
【符号の説明】
１　高温ガス
２　ケーシング
２ａ　第１ケーシング
２ｂ　第２ケーシング
３　第１コア
４　第２コア
５　低温流体
６　チューブ
７　エレメント
７ａ　プレート
８　連通孔
９　インナーフィン
１０　アウターフィン
１１　　第１ヘッダ
１２　　プレートフィン
１５　　第２ヘッダ
１６　　連結パイプ
１７　　ヘッダ連結部
【図１】
2004060935.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2004060935.tif 000006
【図５】
2004060935.tif 000007
【図６】
2004060935.tif 000008