(57)【要約】【課題】  蒸発器を構成する各段のエレメントに均一に水等の液体を供給する。【解決手段】  蒸発器１は、向き合う上下一対のプレート４，５間に伝熱フィンプレート６を介在させた蒸発室を有するエレメント８を多段に積層し、最上段のエレメント８の一端側に水等の液体を供給する供給口部２と他端側に蒸発・気化された液体を外部に排出する排出口部３とを備えている。前記積層された各エレメント８は、供給側連通口４ａから流入した液体を一時的に貯留後、蒸発室に供給する流体貯留部を備えている。  【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属薄板からなり、向き合う上下一対のプレート間に伝熱フィンプレートを介在させた蒸発室を有するエレメントを多段に積層し、最上段のエレメントの一端側に水等の液体を供給する供給口部と他端側に蒸発・気化された液体を外部に排出する排出口部とを設けた蒸発器において、
前記積層された各エレメントには、供給側連通口から流入した液体を一時的に貯留後、蒸発室に供給する流体貯留部を設けたことを特徴とする蒸発器。
【請求項２】
上記液体貯留部には、供給側連通口と蒸発室との間に、供給側連通口の底面の位置よりも背の高い堰を設けたことを特徴とする請求項１に記載の蒸発器。
【請求項３】
上記液体貯留部は、供給側連通口の底面の位置を蒸発室の底面よりも下位に設定したことを特徴とする請求項１に記載の蒸発器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温のガス等を利用して水等の液体を蒸発させる蒸発器、例えば燃料電池等に使用される蒸発器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池等に使用される蒸発器は、例えば、図６に示すように、対向する２枚のプレートにより形成された複数の偏平管（以下、エレメントという）１０１Ａ〜１０１Ｆを互いに隙間Ｇを保ち段状に積み重ね、両端部に各エレメント１０１Ａ〜１０１Ｆを連通する連通口（図７参照）をそれぞれ設け、最上段のプレート１０１Ａの両端部には流体の供給口部１０２、排出口部１０３を設けている。
【０００３】
このような蒸発器１の各エレメント１０１Ａ〜１０１Ｆの内部構造は、図７に示すように、一端部には供給側連通口１０２Ａ、他端部に排出側連通口１０３Ａをそれぞれ設けており、排出側連通口１０３Ａの近傍に供給側連通口１０２Ａより流入した水が直接、排出側連通口１０３Ａへ流出するのを防止する隔壁１０４がエレメントに一体に形成されている。また、前記隔壁１０４と供給側連通口１０２Ａとの間には、流体の流れと直交する波板状に形成された伝熱フィン１０５がエレメント１０１Ａ〜１０１Ｆ内に載置されている。
【０００４】
この蒸発器１は、供給口部１０２より流入した水等の液体が伝熱フィン１０５により蒸発、気化されて排出口部１０３より流出するようになっている。（例えば特許文献１、特許文献２）
【特許文献１】特開平３−４５８９１号公報（第２頁左下欄第４行〜第２頁右下欄第８行、第４等）
【特許文献２】特開平６−３０８２号公報（段落１１〜１３、図1等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、従来の蒸発器にあっては、図７、図８に示すように、上下方向を上下にして使用した場合に、供給口部１０２から供給された水等の液体１１１は、先ず、第1段目（最上段）のエレメント１０１Ａに供給されて、第1段目のエレメント１０１Ａの蒸発室１０６内に溜まって行き、溜まった液体の液位が、供給側連通部１０２Ａの底面１０２ａの位置を超えると第２段目のエレメント１０１Ｂ内に供給されて第２段目のエレメント１０１Ｂの蒸発室１０６内に溜まって行き、溜まった液体の液位が、供給側連通部１０２Ｂの底面１０２ａの位置よりも上位になると前記液体は、第３段目のエレメント１０１Ｃの蒸発室１０６内に供給される。このようにして、第1段目のエレメント１０１Ａから順に第６段目（最下段）のエレメント１０１Ｆの蒸発室１０６内まで水等の液体が溜まって行く。
【０００６】
このため仕様条件により、蒸発器内で発生させる蒸気発生量が少ない場合、多段に積層された蒸発器のうち、数段分の蒸発器の伝熱面積しか必要としない状態では、供給口部１０２から供給される液体の量が少なくなり、供給口部１０２に近接したエレメント、例えば第1段目のエレメント１０１Ａあるいは第２段目のエレメント１０１Ｂに流体が流れやすくなり、供給口部１０３から遠ざかった第６段目のエレメント１０１Ｆ等へは流れにくくなってしまう。
【０００７】
それゆえ、全てのエレメントの蒸発室内に均等に液体が行き渡らないと蒸発器の性能を十分に発揮させることが出来ないだけでなく、液体が供給されたエレメントと液体が供給されていないエレメントとの間に熱歪みが発生し、連通部等に熱歪みによる応力が集中して亀裂や破損等が発生するという問題点があった。
【０００８】
本発明の目的は、各段のエレメントの蒸発室内に略均一に水等の液体を供給することのできる蒸発器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１の発明は、向き合う上下一対のプレート間に伝熱フィンプレートを介在させた蒸発室を有するエレメントを多段に積層し、最上段のエレメントの一端側に水等の液体を供給する供給口部と他端側に蒸発・気化された液体を外部に排出する排出口部とを設けた蒸発器において、
前記積層された各エレメントに、供給側連通口から流入した液体を一時的に貯留後、蒸発室に供給する流体貯留部を設けることにより、
前記供給口部から供給されてきた液体が各エレメントの液体貯留部にいっぱいに溜まった後に液体貯留部から一斉に流れ出て各エレメントの蒸発室に均一に供給される。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１の蒸発器において、
上記液体貯留部を、供給側連通口と蒸発室との間に、供給側連通口の底面の位置よりも背の高い堰を設けることにより形成し、
前記供給口部から供給されてきた液体が各エレメントの液体貯留部にいっぱいに溜まった後に前記堰を乗り越えるようにして溢れ出して一斉に各エレメントの蒸発室に流入するようにした。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１の蒸発器において、
上記液体貯留部を、供給側連通口の底面の位置を蒸発室の底面よりも下位に設定することにより、
前記供給口部から供給されてきた液体が各エレメントの液体貯留部にいっぱいに溜まった後に該液体貯留部から溢れ出して一斉に各エレメントの蒸発室に流入するようにした。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１の発明は、液体貯留部により各エレメントの蒸発室に均等に液体が流入するので、全段のエレメントをフル活用して蒸発器の性能を十分に発揮させることが出来る。また、各エレメントとの間に熱歪みが発生するのを防止して、熱歪みにより、部分的に応力が集中して亀裂や破損等が発生するのを防止することができる。
【００１３】
請求項２の発明は、供給側の連通部と前記蒸発室との間に、前記供給側連通口の底面の位置よりも高い堰を設けるという簡単な構成で液体貯留部を構成することができる。
【００１４】
請求項３の発明は、前記各エレメントの底面を２段底とすることにより堰を設けることなく液体貯留部を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下この発明を燃料電池等に使用される蒸発器に適用した一実施例を図面に基づいて説明する。
図１は、蒸発器１の全体構成を示しており、蒸発器１は、平面略長方形をなしていて、蒸発器１の左右方向の一端側には、被加熱体として水等の液体を供給する供給口部２と、他端側に蒸発・気化された流体を外部に排出する排出口部３とを備えている。この蒸発器１は、ステンレス板あるいはアルミニウム板等の金属薄板からなる多板式のもので、下向き皿状の第１プレート４と上向き皿状の第２プレート５及び第１および第２プレート４，５間に配設される波形フィンプレート６から形成されている。
【００１６】
図２に拡大して示すように、第１プレート４は、長手方向の一端部に水等の液体の供給口部２に連通する供給側のタンク部４ａおよび供給側連通口４ｂと他端側に液体を外部に排出する排出口部３に連通する排出側のタンク部４ｃおよび排出側連通口４ｄを備えている。これらのタンク部４ａ，４ｃは、それぞれ供給側、排出側連通口４ｂ，４ｄの縁部から外側へ突出する略小判状の突出部にて形成されている。それとともに、周辺には、つば４ｅを設けており、最上段以外のものは、上面に熱交換ならびにスペース維持用のエンボス状の突起４ｆを備えている。また、最上段のものは、上面が平面となっており突起４ｆおよびタンク部４ｂ，４ｄを設けておらず、一端部に補強用のプレート７が添設されるとともに供給口部２を備え、他端部に補強用のプレート７が添設されるとともに排出口部３を備えている。
【００１７】
また、第２プレート５は、長手方向の一端部に水等の液体の供給部２に連通する供給側のタンク部５ａおよび供給側連通口５ｂと他端側に液体を外部に排出する排出口部３に連通する排出側のタンク部５ｃおよび排出側連通口５ｄを備えている。これらのタンク部５ａ，５ｃは、それぞれ供給側、排出側連通口５ｂ，５ｄの縁部から外側へ突出する略小判状の突出部にて形成されている。それとともに、周辺には、つば５ｅを備えており、最下段以外のものは、下面に熱交換ならびにスペース維持用のエンボス状の突起５ｆを備えている。また、最下段のものは、下面が平面となっており、突起５ｆならびにタンク部５ａ，５ｃを設けておらず両端部に補強用のプレート７が添設されている。
【００１８】
なお、上記説明では、第１プレート４の最上段の上面および第２プレート５の最下段の下面が平面になっているものについて説明したが、それ以外の第１，第２プレートをそのまま用いて最上段では、供給口部２や排出口部３を設けるとともに、最下段にあっては、盲板を設けて供給側連通口５ｂ、排出側連通口５ｄを塞ぐ構造としても良い。
【００１９】
そして、内側に伝熱フィンプレート６を介在させて第１プレート４と第２プレート５を最中状に向かい合わせにして熱交換用のエレメント８を構成する。
【００２０】
さらに、この熱交換用のエレメント８を詳述すると、図３に示すようにタンク部４ｃ，５ｃ近傍には、底壁４ｇ，５ｇより上壁４ｉ，５ｉに向って伸び、上壁との間にわずかな隙間を有する隔壁４ｊ，５ｊが形成されている。タンク部４ａ，５ａの近傍には、供給側連通口４ｂ，５ｂの底面４ｋ，５ｋよりも背の高い堰４ｍ，５ｍが形成されており、堰４ｍ，５ｍとタンク部４ａ，５ａとの間には液体貯留部４ｈ，５ｈが形成されている。
【００２１】
さらに、隔壁４ｊ，５ｊと堰４ｍ，５ｍとの間には、供給側連通口４ｂ，５ｂから排出側連通口４ｄ，５ｄへの流体の流れ方向と直交するように波板状に形成された伝熱フィンプレート６がその底面を堰４ｍ，５ｍの背の高さよりも低い位置となるように載置されて、そこに蒸発室４ｐ，５ｐが形成される。
【００２２】
このようにして形成されたエレメント８を図２のように多段積層し、組付姿勢を保持した状態でろう付け炉内にて全体がろう付けされて蒸発器１が形成される。
上記の蒸発器１は、金属薄板を使用したもので説明したが、それにこだわる必要はなく、耐熱性を有するポリエチレン、ポリプロピレン等の合成樹脂材料によって形成しても良い。
【００２３】
また、第１プレート４の上面、第２プレート５の下面に形成した熱交換ならびにスペース維持用のエンボス状の突起４ｆ，５ｆは、ろう付けにより接合されていても、接合されていなくともよく、さらに突起４ｆ，５ｆを設ける代りに各エレメント間に波形のフィンを設けても良い。
【００２４】
次に、蒸発器１の作用を説明する。蒸発器１は、図４に示す上下方向を上下にして設置され、蒸発器１のエレメント８，８間の隙間Ｇに排気ガス等の高温の加熱流体Ｒを下から上方向に向けて流し、各エレメント８の多数の突起４ｆ，５ｆを有した第１プレート４，第２プレート５を加熱する。一方、供給口部２から供給された水等の液体は、先ず、第１段目のエレメント８内の供給側連通口４ｂ，５ｂより液体貯留部４ｈ，５ｈ内に溜まっていき、溜まった液体の液位が供給側連通口４ｂ，５ｂの底面４ｋ，５ｋの位置よりも高くなると、第２段目の供給側連通口４ｂ，５ｂへと順次流入していき、積層されたエレメント８全ての液体貯留部４ｈ，５ｈ内に水等の液体が満たされる。
【００２５】
このように液体が液体貯留部４ｈ，５ｈに満たされるとついには、各エレメント８の堰４ｍ，５ｍを乗り越え、蒸発室４ｐ，５ｐ内に流れ込み前記高温の排ガス等の熱により伝熱フィンプレート６により効率良く加熱されて蒸発・気化されて排気側連通口４ｄ，５ｄを通って、排出口部３より排出される。
【００２６】
これにより、積層されたエレメント全ての蒸発器が性能を十分発揮し、水等の液体が流入するエレメントと流入しないエレメントとが無くなり、エレメント間に熱歪みによる応力集中が解消され、寿命の永い蒸発器を得ることができる。
【００２７】
図５は、他の実施例を示したものであり、上記第１の実施例における液体貯留部４ｈ，５ｈの底壁位置をエレメント８の底壁４ｇ，５ｇの位置よりも下位に設定した底壁４１ｑ，５１ｑを設け、堰４ｍ，５ｍを設けることなく、液体貯留部４１ｈ，５１ｈを形成したものである。その他の構成および作用は、前記第１の実施例の場合と略同じであるので重複する説明は省略する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】蒸発器の一部破断平面図。
【図２】図１の拡大図。
【図３】図２のＡ−Ａ断面図。
【図４】図３のＢ−Ｂ断面図。
【図５】液体貯留部の他の実施例の断面図。
【図６】従来例の斜視図。
【図７】従来例の断面図。
【図８】図７のＣ−Ｃ断面図。
【符号の説明】
【００２９】
１…蒸発器
２…供給口部
３…排出口部
４…第１プレート
４ａ、５ａ…供給側のタンク部
４ｂ、５ｂ…供給側連通口
４ｃ、５ｃ…排出側のタンク部
４ｄ、５ｄ…排出側連通口
４ｍ、５ｍ…堰
４ｈ、５ｈ…液体貯留部
４ｐ、５ｐ…蒸発室
５…第２プレート
６…伝熱フィンプレート
８…エレメント
【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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