(57)【要約】【課題】加熱用の高温ガスが多数のチューブ内に流通するケーシング付き熱交換器において、熱応力を円滑に吸収すると共に、被加熱流体または加熱流体が各チューブ外面側に均一に流通するものの提供。【解決手段】円板状の一対のチューブプレートに多数の偏平チューブの両端を接合すると共に、偏平チューブ群の両端部を残して、その外周に断面方形の内筒を被蔽し、その内筒の両端に一対のバッフルプレートを配置する。さらに一対のバッフループレートを熱膨張可能な波形曲折部を有する円筒状の外筒で被嵌し、一対のバッフルプレートと各チューブプレート間に被加熱流体または加熱流体の出入口を設ける。【選択図】　　　　図３
2004060932.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部と外部との一方側に加熱流体（１）　が流通すると共に、他方側に被加熱流体（２）　が流通する多数の並列された偏平チューブ（３）　の集合体によりなるコア（４）　と、
夫々の偏平チューブ（３）　の両端が、そのチューブ挿通孔に接合された一対の円板状のチューブプレート（５）　と、
両チューブプレート（５）　の近傍を除いて前記コア（４）　の外周を被蔽する断面が方形の内筒（６）　と、
一方のチューブプレート（５）　に対向して、前記内筒（６）　の一端部外周に被嵌された円形の外周を有する第１バッフルプレート（７）　と、
その第１バッフルプレート（７）　に一端が接合され、他端が他方に設けた外周の円形の第２バッフルプレート（８）　または他方のチューブプレート（５）　に接合され、軸線方向に熱膨張可能な波形曲折部（９）　を外周に有する円筒状の外筒（１０）と、前記コア（４）　の両端部位置で、夫々の前記内筒（６）　の両端とチューブプレート（５）　との間に設けられた被加熱流体（２）　または加熱流体（１）　の出口（１１）と入口（１２）と、
を具備し、前記一対のチューブプレート（５）　に夫々加熱流体（１）　または被加熱流体（２）　の導入口（１３）および導出口（１４）が接続される熱交換器。
【請求項２】
請求項１において、
前記他方のチューブプレート（５）　に対向して、前記内筒（６）　の他端部外周に外周の円形な第２バッフルプレート（８）　の角形内周が内筒（６）　の軸線方向に僅かに移動自在となるように被嵌され、
その第２バッフルプレート（８）　の外周に前記外筒（１０）の他端が接続固定され、前記内筒（６）　の一端部外周に第１バッフルプレート（７）　の角形内周が外筒（１０）に固定されて被嵌され、
夫々のチューブプレート（５）　とそれらに対向する第１バッフルプレート（７）　、第２バッフルプレート（８）　に両端が接続固定された円筒状の第１タンク本体（１５）および第２タンク本体（１６）を有する熱交換器。
【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に用いられる高温度用熱交換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
水素と酸素を燃料とする燃料電池では、その水素を高温度用熱交換器である改質器で生成している。この改質器は、メタノール等の炭化水素と水蒸気とを触媒中に導き、外部から熱を加えることにより生成している。
このような改質器用熱交換器として、特開２００２−８０２０３が知られている。これは並列された多数の偏平チューブの両端を方形のチューブプレートに気密に接続しコアを形成し、一対のそのチューブプレート間を断面方形のケーシングで接続する。そしてケーシングの長手方向一端部外周及び他端部外周に夫々改質原料の入口と改質ガスの出口とを設け、チューブプレートの外周に燃焼用ガスの入口タンク及び出口タンクを配置する。そしてケーシングとチューブプレートとの間に断面方形の蛇腹状の筒体を配置して、チューブとケーシングとの間に生じる熱応力を緩和するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、断面方形の蛇腹状の熱応力緩和手段は、その断面形状が方形であるが故に軸線方向に円滑に伸び難い欠点がある。それと共に、その制作が容易ではない。また、ケーシングを円筒形に形成したのみでは、被加熱流体の流通をコア各部で均一にすることができない。
そこで、本発明者は係る問題点を解決することを課題とする。
【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、内部と外部との一方側に加熱流体（１）　が流通すると共に、他方側に被加熱流体（２）　が流通する多数の並列された偏平チューブ（３）　の集合体によりなるコア（４）　と、
夫々の偏平チューブ（３）　の両端が、そのチューブ挿通孔に接合された一対の円板状のチューブプレート（５）　と、
両チューブプレート（５）　の近傍を除いて前記コア（４）　の外周を被蔽する断面が方形の内筒（６）　と、
一方のチューブプレート（５）　に対向して、前記内筒（６）　の一端部外周に被嵌された円形の外周を有する第１バッフルプレート（７）　と、
その第１バッフルプレート（７）　に一端が接合され、他端が他方に設けた外周の円形の第２バッフルプレート（８）　または他方のチューブプレート（５）　に接合され、軸線方向に熱膨張可能な波形曲折部（９）　を外周に有する円筒状の外筒（１０）と、前記コア（４）　の両端部位置で、夫々の前記内筒（６）　の両端とチューブプレート（５）　との間に設けられた被加熱流体（２）　または加熱流体（１）　の出口（１１）と入口（１２）と、
を具備し、前記一対のチューブプレート（５）　に夫々加熱流体（１）　または被加熱流体（２）　の導入口（１３）および導出口（１４）が接続される熱交換器である。
【０００５】
請求項２に記載の本発明は、請求項１において、
前記他方のチューブプレート（５）　に対向して、前記内筒（６）　の他端部外周に外周の円形な第２バッフルプレート（８）　の角形内周が内筒（６）　の軸線方向に僅かに移動自在となるように被嵌され、
その第２バッフルプレート（８）　の外周に前記外筒（１０）の他端が接続固定され、前記内筒（６）　の一端部外周に第１バッフルプレート（７）　の角形内周が外筒（１０）に固定されて被嵌され、
夫々のチューブプレート（５）　とそれらに対向する第１バッフルプレート（７）　、第２バッフルプレート（８）　に両端が接続固定された円筒状の第１タンク本体（１５）および第２タンク本体（１６）を有する熱交換器である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
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は本発明の熱交換器の斜視図であり、図２はその分解説明図、図３は図１の縦断面図、図４は図３のＩＶ−ＩＶ矢視断面図である。
この熱交換器は、内部にインナーフィン１７を有する多数の偏平チューブ３が並列されると共に、各偏平チューブ３間に触媒が担持されたアウターフィン１８が配置され、その集合体によりコア４を構成する。そして夫々の偏平チューブ３の両端が、一対の円板状のチューブプレート５のチューブ挿通孔に気密に接合される。
【０００７】
また、コア４の外周はチューブプレート５の近傍を除いて断面が方形の内筒６で被蔽される。この内筒６は、その両側に位置するサイド材が偏平チューブ３の長さよりも短く形成され、上下のプレートが略偏平チューブ３と同一長さに形成されている。その結果、内筒６の両端の両側部に偏平チューブ３の集合体の両端部が露出する。次に、内筒６の外周には一対の第１バッフルプレート７，第２バッフルプレート８を介して外筒１０が被嵌される。外筒１０は、その一端部に軸線方向に熱膨張可能な波形曲折部９を有する円筒状に形成されたものである。
また、第１バッフルプレート７は図２に示す如く、一対の半割りプレート７ａ，７ｂを内筒６のサイド材端部の位置でその両側からコ字状開口部を挿入し、それらの継目および内筒６との間を図３の如く気密に溶接固定したものである。さらに第１バッフルプレート７の外周と、外筒１０の一端縁とが全周に渡って気密に溶接固定される。
【０００８】
次に、第２バッフルプレート８は第１バッフルプレート７同様に二分割部材からなり、その外周が外筒１０の他端に気密に溶接固定される。しかしながら、その矩形内周と内筒６の外周との間は、図３の如く僅かに隙間が形成され、その部分は非溶接部２０である。
次に、第１バッフルプレート７及び第２バッフルプレート８の外周と、それらに対向するチューブプレート５の外周が、一対の円筒状の第１タンク１５，第２タンク１６の両端部に気密に溶接固定される。そして第１タンク１５，第２タンク１６に図１の如く、出口１１，入口１２が開口される。この例では、その開口には一対のパイプが突設され、それが各タンクの内部に連通する。また、一対のチューブプレート５の外周にはその軸線方向外側に先細りの筒状の導入口１３，導出口１４が接合され、その先端に燃焼ガスの図示しないダクトが接続される。
【０００９】
このようにしてなる熱交換器は、導入口１３に燃焼ガスである加熱流体１が導かれ、夫々の偏平チューブ３内を右方から左方に流通する。そして導出口１４からそれが流出する。
次に、図１において水蒸気と炭化水素との混合体からなる被加熱流体２が入口１２から第２タンク１６内に導かれ、それが内筒６のサイド部材の左端とチューブプレート５との間から内筒６内に流入し、偏平チューブ３の外周及びアウターフィン１８内を左方から右方に流通する。そして第１バッフルプレート７とそれに対向するチューブプレート５との間の第１タンク１５内に流出し、それが出口１１を介して外部に導かれる。そして加熱流体１と被加熱流体２との間に熱交換が行なわれ、被加熱流体２はアウターフィン１８に担持された触媒により改質ガスとなって燃料電池の発電部に導かれる。
【００１０】
このとき、夫々の偏平チューブ３内には、高温の加熱流体１が流通するため各偏平チューブ３は熱膨張する。すると、外筒１０の加熱流体１の出口側近くの波形曲折部９が伸びる。このとき、第２バッフルプレート８と内筒６との間は非溶接部２０であるため、外筒１０は波形曲折部９を介して円滑に熱膨張できる。
この波形曲折部９を加熱流体１の出口側近くに設けたのは、加熱流体１の影響を波形曲折部９に可能な限り及ぼさせないためである。
なお、第１バッフルプレート７と内筒６との間は溶接部１９によって気密に溶接接合されているため、入口１２から流入した被加熱流体２は確実に内筒６内の各部に均一に導かれ、内筒６と外筒１０との空間を流通することはない。
【００１１】
【変形例】
図３の如く、この熱交換器は第１バッフルプレート７と第２バッフルプレート８とを一対有するが、それに代えて第２バッフルプレート８を省略してもよい。その場合には、外筒１０と第２タンク１６とが一体となる。
次に、図１〜図４の実施の形態では、偏平チューブ３内に高温の加熱流体１を流通させ、偏平チューブ３の外面側に被加熱流体２を流通させたが、両流体を逆にしてもよい。即ち、図５の如く、偏平チューブ３内に左方から右方に被加熱流体２を流通させ、加熱流体１を偏平チューブ３の外面側に右方から左方に流通させ、両流体間に熱交換を行なうこともできる。このとき、加熱流体１は右側の入口１２より流入し、左側の出口１１より流出する。
【００１２】
【発明の作用・効果】
本発明の熱交換器は、少なくとも一つの第１バッフルプレート７が内筒６の一端部外周に被嵌され、内筒６の両端とチューブプレート５との間に被加熱流体または加熱流体の出口１１，入口１２が設けられ、外筒１０が円筒状で、内筒６が断面方形であり、それがコア４の外周を被蔽する。そしてこの第１バッフルプレート７によって、被加熱流体２または加熱流体１を確実に内筒６内に導いて各部で均一に熱交換を行い得る。即ち、内筒６と第１バッフルプレート７との空間に被加熱流体２または加熱流体１が流通することを防止できる。
また、外筒１０は円筒状に形成されその外周に熱膨張可能な波形曲折部９が設けられたものであるから、製造容易でその熱膨張に伴う伸縮が容易となり、耐久性の高いものとなる。
【００１３】
また、第２バッフルプレート８の角形内周が内筒６に被嵌されると共に、その内筒６に対して軸線方向に僅かに移動自在となるように構成されたものでは、コア４の伸びを波形曲折部９によりさらに有効に吸収することができる。それにより、耐久性の高い熱交換器となり得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の熱交換器の斜視図。
【図２】同熱交換器の分解説明図であって、一部破断したもの。
【図３】同熱交換器の縦断面図。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ矢視断面図。
【図５】同発明の他の実施の形態を示す熱交換器の縦断面図。
【符号の説明】
１　加熱流体
２　被加熱流体
３　偏平チューブ
４　コア
５　チューブプレート
６　内筒
７　第１バッフルプレート
７ａ，７ｂ　半割りプレート
８　第２バッフルプレート
９　波形曲折部
１０　外筒
１１　　出口
１２　　入口
１３　　導入口
１４　　導出口
１５　　第１タンク
１６　　第２タンク
１７　　インナーフィン
１８　　アウターフィン
１９　　溶接部
２０　　非溶接部
【図１】
2004060932.tif 000003
【図２】
2004060932.tif 000004
【図３】
2004060932.tif 000005
【図４】
2004060932.tif 000006
【図５】
2004060932.tif 000007