(57)【要約】【課題】  設計及び製造時の自由度を高める。【解決手段】  本発明は、一方の流体の流通路が内部に形成されたチューブ１９を複数設け、複数のチューブ１９の外側に他方の流体の流通路が形成されるように容器体１８を設けた高温度用熱交換器であって、チューブ１９の両端部に一方の流体の出入口３６，３７が形成され、容器体１８の周壁３３に他方の流体の出入口３４，３５が形成され、チューブ１９の側部と容器体１８の周壁３３とに間に所要の空間２９が形成され、空間２９を介して他方の流体の出入口３４，３５と他方の流体の流通路とが連通可能に構成されていることを特徴とする。【選択図】  図２
2005164084.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の流体の流通路が内部に形成されたチューブを複数設け、該複数のチューブの外側に他方の流体の流通路が形成されるように容器体を設けた高温度用熱交換器であって、
前記チューブの両端部に前記一方の流体の出入口が形成され、前記容器体の周壁に前記他方の流体の出入口が形成され、前記チューブの側部と前記容器体の周壁とに間に所要の空間が形成され、該空間を介して前記他方の流体の出入口と前記他方の流体の流通路とが連通可能に構成されていることを特徴とする高温度用熱交換器。
【請求項２】
前記チューブの両端部にはそれぞれヘッダプレートが固定され、一方のヘッダプレートは前記容器体に固定され、他方のヘッダプレートは先細の異形ダクトと応力緩和部材を介して接続されたプレートを介して前記容器体に固定されている請求項１に記載の高温度用熱交換器。
【請求項３】
前記応力緩和部材としてベローズが設けられ、該ベローズは前記一方の流体の出口側に設けられている請求項２に記載の高温度用熱交換器。
【請求項４】
前記一方の流体と前記他方の流体が対向して流れるように構成されている請求項１〜３のいずれか１の請求項に記載の高温度用熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２つの流体間において熱交換を行う熱交換器に関し、特に、高温の流体が流通する高温度用熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、高温の流体が流通する高温度用熱交換器が用いられる例として、燃料電池において燃料となる水素を生成するための改質器がある。
【０００３】
この改質器１は、図３に示されているように、筒状の容器体２と、容器体２内に所定の間隔で並設された複数の扁平チューブ３とを備えており、それぞれの扁平チューブ３の間に形成された改質層４と扁平なチューブ３の内部に形成された燃焼層５とが交互に積層された構造を有している。
【０００４】
容器体２は、筒状の周壁板６と端板７とから構成され、扁平チューブ３は、両側部が周壁板６の内面に当接し、両端部が端板７に挿通固定されている。容器体２には、一方の端部に筒状の燃焼ガス導入口８が接続され、他方の端部に容器体２と一体に設けられた容器体２と同径のベローズ９を介して燃焼ガス排出口１０が接続されている。また、周壁板５の側面の互いに対角を成す位置には、燃焼ガス導入口８の近傍に筒状の改質ガス導入口１１が接続されると共に燃焼ガス排出口１０の近傍に筒状の改質ガス排出口１２が接続され、改質原料ガス導入口１１及び改質ガス排出口１２は各改質層４に連通するように縦長に形成されている（図３では、説明の便宜上、改質原料ガス導入口１１及び改質ガス排出口１２はそれぞれ筒壁板５の下面及び上面に接続されているように示されている）。
【０００５】
このような構成において、この改質器１では、改質層４内の改質ガスと燃焼層５内の燃焼ガスは同一方向に平行に流れ、高温に加熱された改質原料ガスが改質層４に導入され、改質反応を起こすと共に、燃焼層５において燃焼ガス中の水素が燃焼することにより発生した熱が改質層４に伝熱し、改質層４内の改質原料ガスが改質反応を起こす。この時、反応の熱により扁平チューブ３は高温となり熱膨張するが、容器体２と一体に設けられたベローズ９が扁平チューブ３と共に伸長するため、容器体２及び扁平チューブ３に対する熱応力の発生は抑制される（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−８０２０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記した従来の高温度用熱交換器では、扁平チューブ３の両側部が周壁板６の内面に当接しているため、改質原料ガス導入口１１及び改質ガス排出口１２は各改質層４に連通するように縦長に形成されていなければならなかった。そのため、改質ガス導入口１１及び排出口１２の設置位置及びその形状が制限されてしまうといった問題があった。
【０００８】
また、応力緩和部材のベローズ９が容器体２と一体で同径に形成されているため、ベローズが必要以上に大径となり、コスト増加の要因ともなっていた。
【０００９】
本発明は、上記した課題を解決すべくなされたものであり、設計及び製造時の自由度が高く、コストの低減化が可能な高温度熱交換器を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、一方の流体の流通路が内部に形成されたチューブを複数設け、該複数のチューブの外側に他方の流体の流通路が形成されるように容器体を設けた高温度用熱交換器であって、前記チューブの両端部に前記一方の流体の出入口が形成され、前記容器体の周壁に前記他方の流体の出入口が形成され、前記チューブの側部と前記容器体の周壁とに間に所要の空間が形成され、該空間を介して前記他方の流体の出入口と前記他方の流体の流通路とが連通可能に構成されていることを特徴とする。
【００１１】
好ましくは、前記チューブの両端部にはそれぞれヘッダプレートが固定され、一方のヘッダプレートは前記容器体に固定され、他方のヘッダプレートは先細の異形ダクトと応力緩和部材を介して接続されたプレートを介して前記容器体に固定されている。
【００１２】
また、前記応力緩和部材としてベローズが設けられ、該ベローズは前記一方の流体の出口側に設けられていてもよい。
【００１３】
さらに、前記一方の流体と前記他方の流体が対向して流れるように構成されていてもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、前記空間に連通する限り、前記他方の流体の出入口を自由に設置することができるため、設計及び製造時の自由度を高めることができる等、種々の優れた効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る高温度用熱交換器の分解斜視図であり、図２はその高温度熱交換器の内部の平面図である。
【００１６】
この高温度用熱交換器は、熱交換エレメント１５と、熱交換エレメント１５の端部に接続された異形ダクト１６と、異形ダクト１６に接続されたベローズ１７と、前記各構成部品の熱交換エレメント１５、異形ダクト１６及びベローズ１７をそれぞれ収容する容器体１８とを備えている。
【００１７】
熱交換エレメント１５には、図３に示すように、所要の間隔を置いて積層された扁平チューブ１９が２列設けられており、扁平チューブ１９の内部にはインナフィン２０が挿入され、高温流体用流通路が形成されている。扁平チューブ１９の両面（図３では上下面）の外側にはそれぞれコアサポート２１（図３では上側のコアサポートのみを示す）が配設され、各扁平チューブ１９の間及び扁平チューブ１９とコアサポート２１の間にはそれぞれアウタフィン２２が介装され、低温流体用流通路が形成されている。
【００１８】
また、扁平チューブ１９の両端部にはそれぞれヘッダプレート２３ａ，２３ｂが固定され、ヘッダプレート２３ａ，２３ｂには各扁平チューブ１９の端部が挿通固定される挿通孔２４ａ，２４ｂが穿設されている。一方のヘッダプレート２３ａは容器体１８の一方の端部に全周に渡って溶接され、高温流体用入口３６を形成している。また、他方のヘッダプレート２３ｂは容器体１８に固定されず、他方のヘッダプレート２３ｂには先細の異形ダクト１６及び円筒状のベローズ１７を介してプレート２５が接続されている。そして、プレート２５は、ベローズ１７が接続可能な接続孔２６を備えており、容器体１８の他方の端部に全周に渡って溶接され、高温流体用出口３７を形成している。このように、ベローズ１７は先細の異形ダクト１６を介して他方のヘッダプレート２３ｂに接続されており、ヘッダプレート２３ｂの外形寸法より小さい口径のものを使用することができるため、コストの低減化を図ることができる。また、ベローズ１７は比較的低温となる高温流体用出口側に設けられているため、熱による劣化を抑制することができ、耐久性を高めることができる。
【００１９】
また、扁平チューブ１９の両側部にはそれぞれサイドプレート２７ａ，２７ｂが固定され、各サイドプレート２７ａ，２７ｂの互いに対角を成す端部にはそれぞれサイドプレート２７ａ，２７ｂと直角を成すように遮蔽板２８ａ，２８ｂが外方に突出して固定されており、遮蔽板２８ａ，２８ｂの各先端は容器体１８に固定されないようになっている。そして、一方の遮蔽板２８ａと一方のヘッダプレート２３аとの間、及び他方の遮蔽板２８ｂと他方のヘッダプレート２３ｂとの間には、それぞれ角筒状の空間２９ａ，２９ｂが形成され、空間２９ａ，２９ｂを介して前記低温流体の流通路が連通可能となっている。さらに、一方の遮蔽板２８ａと他方のヘッダプレート２３ｂとの間、及び他方の遮蔽板２８ｂと一方のヘッダプレート２３ａとの間には、断熱材３０がサイドプレート２７ａ，２７ｂ及び容器体１８に密着して設けられている。
【００２０】
容器体１８は、Ｕ字溝形状の収容ケース３１と、収容ケース３１の周壁開口面（図１では上面）を閉鎖可能な蓋ケース３２とから構成され、収容ケース３１に蓋ケース３２が溶接接合されることにより容器体１８が角筒形状を成すようになっている。また、容器体１８の対向する周壁３３には、他方のヘッダプレート２３ｂ近傍に低温流体用入口３４が接続され、一方のヘッダプレート２３ａ近傍に低温流体用出口３５が接続され、各低温流体用入口３４及び出口３５はそれぞれ、空間２９ｂ，２９ａに連通するように設けられている。このように、低温流体用入口３４及び出口３５は空間２９ｂ，２９ａに連通する位置又は形状であれば、自由に設置することができるため、設計及び製造時の自由度が向上する。
【００２１】
次に、主に、図２を参照しつつ、本発明の実施の形態に係る高温度用熱交換器の作用を説明する。
【００２２】
高温流体は、高温流体用入口３６から扁平チューブ１９内の前記高温流体用流通路に流入し、図２中の右から左方に向かって流れ、順次、異形ダクト１６、ベローズ１７を通って、高温流体用出口３７から外部に流出する。一方、低温流体は、低温流体用入口３４から空間２９ｂを通って、前記低温流体用流通路に流入し、高温流体と対向する向きに（図２中の左から右方に向かって）流れ、空間２９ａを通って低温流体用出口３５から外部に流出する。そして、熱交換エレメント１５において前記低温流体と前記高温流体との間で熱交換が行われる。この時、上記したように、一方のヘッダプレート２３ａとプレート２５が容器体１８のそれぞれの端部において全周に渡って溶接されており、さらに、遮蔽板２８ａ，２８ｂとヘッダプレート２３ｂ，２３ａとの間には断熱材３０がサイドプレート２７ａ，２７ｂ及び容器体１８に密着して設けられているため、低温流体が外部へ漏出することはない。
【００２３】
熱交換エレメント１５において熱交換が行われている間、扁平チューブ１９は熱により伸長或いは収縮し、他方のヘッダプレート２３ｂ及び遮蔽板２８ａ，２８ｂが容器体１８に固定されていないため、他方のヘッダプレート２３ｂ及び遮蔽板２８ａ，２８ｂは異形ダクト１６と共に扁平チューブ１９の伸長又は収縮に合わせて容器体１８の内面に沿って（図２中の左右方向に）移動するが、これらの移動はベローズ１７により吸収される。したがって、扁平チューブ１９が伸長或いは収縮しても、容器体１８やプレート２５に対する熱応力の発生を抑制することができ、耐久性の向上を図ることができる。
【００２４】
なお、上記実施の形態では、積層した扁平チューブ１９を２列設けているが、１列又は３列以上設けてもよい。
【００２５】
また、高温流体と低温流体は同一方向に流れるように構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施の形態に係る高温度用熱交換器を示す分解斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る高温度用熱交換器の内部を示す平面図である。
【図３】本発明の実施の形態における熱交換エレメントを示す分解斜視図である。
【図４】従来例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００２７】
１６          異形ダクト
１７          ベローズ
１８          容器体
１９          扁平チューブ
２３          ヘッダプレート
２５          プレート
２９          空間
３３          周壁
３４          低温流体用入口
３５          低温流体用出口
３６          高温流体用入口
３７          高温流体用出口
【図１】
2005164084.tif 000003
【図２】
2005164084.tif 000004
【図３】
2005164084.tif 000005
【図４】
2005164084.tif 000006