(57)【要約】【課題】熱交換器７５の内部に高温の構造体１を配置し、内部の高温の構造体１からの外部への放熱を抑制することが出来る断熱機能を有した熱交換装置１００を提供する。【解決手段】高温流体と低温流体とが互いに隣り合い層状に燃料電池本体２等からなる構造体１の周りを周回して熱交換する熱交換流路２１、２２を構成する高温用熱交換流路２１と低温用熱交換流路２２とを熱交換器７５に有する。高温用熱交換流路２１は、構造体１から導出された高温流体を周回させて排気する。低温用熱交換流路２２は、低温流体を外周側から内周側に周回させて構造体１に導入する。熱交換流路の最外周には、高温用熱交換流路２１と低温用熱交換流路２２のうち、低温用熱交換流路２２が周回している。熱交換流路２１、２２の周回によって、構造体１が熱交換流路２１、２２に取り巻かれるように設けられている。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温の構造体（１）、および該構造体（１）から吐出される高温流体と、低温流体とを熱交換させる熱交換器（７５）を備えた熱交換装置（１００）において、
前記熱交換器（７５）は、前記高温流体と前記低温流体とが互いに隣り合い層状に前記構造体（１）の周りを周回して熱交換する熱交換流路（２１、２２）を構成する高温用熱交換流路（２１）と低温用熱交換流路（２２）とを有し、
前記高温用熱交換流路（２１）は、前記構造体（１）から導出された前記高温流体を周回させて外周側の排気口（７５ｘ）から排気し、
前記低温用熱交換流路（２２）は、前記低温流体を外周側から内周側に周回させて前記構造体（１）に導入し、
前記熱交換流路（２１、２２）の最外周には前記高温用熱交換流路（２１）と前記低温用熱交換流路（２２）のうち、前記低温用熱交換流路（２２）が周回しており、
前記熱交換流路（２１、２２）の周回によって、前記熱交換流路（２１、２２）に取り巻かれるように、前記構造体（１）が設けられていることを特徴とする熱交換装置。
【請求項２】
前記構造体（１）は、燃料電池本体（２）を含み、該燃料電池本体（２）から排出され前記高温流体をなすガスが前記高温用熱交換流路（２１）を流れ、前記燃料電池本体（２）に供給され前記低温流体をなす空気が前記低温用熱交換流路（２２）を流れることを特徴とする請求項１に記載の熱交換装置。
【請求項３】
第１空気予熱器（７）で予熱された空気を更に予熱して前記燃料電池本体（２）に供給する第２空気予熱器（５）を前記構造体（１）内に有し、前記熱交換器（７５）は前記第１空気予熱器（７）から構成されることを特徴とする請求項２に記載の熱交換装置。
【請求項４】
前記構造体（１）は、高温で作動する前記燃料電池本体（２）と、該燃料電池本体（２）からの前記ガスの温度を高める燃焼器（４）とを有することを特徴とする請求項２または３に記載の熱交換装置。
【請求項５】
前記構造体（１）は、前記燃料電池本体（２）へ供給する燃料を改質する改質器（３）を有することを特徴とする請求項２ないし４のいずれか一項に記載の熱交換装置。
【請求項６】
前記熱交換流路（２１、２２）と前記構造体（１）との間には、断熱材または輻射防止板（７１０）を有することを特徴とする請求項２ないし５のいずれか一項に記載の熱交換装置。
【請求項７】
前記高温流体と前記低温流体とが、互いに隣り合い周回の軸の周りに帯状に重なり合って前記構造体（１）の周りを周回しており、最外周の低温用熱交換流路（２２）の前記軸方向の幅（Ｈ９２）は、近接する前記高温用熱交換流路（２１）の軸方向の幅（Ｈ９１）よりも大きくされていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載の熱交換装置。
【請求項８】
前記高温用熱交換流路（２１）の前記内周側から前記外周側に向かう方向に沿う流路幅（Ｗ１０２）が、前記低温用熱交換流路（２２）の流路幅（Ｗ１０３）より大きくされて、前記高温用熱交換流路（２１）の流路断面積が前記低温用熱交換流路（２２）の流路断面積よりも大きくされていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一項に記載の熱交換装置。
【請求項９】
前記排気口（７５ｘ）は、前記高温用熱交換流路（２１）の終端において地方向を向いて設けられていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか一項に記載の熱交換装置。
【請求項１０】
前記排気口（７５ｘ）に至る前記高温用熱交換流路（２１）の一部は、凝縮水の排水性確保のため水平面に対して傾いて設けられていることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか一項に記載の熱交換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、巻回されたスパイラルの内部に高温の構造体を有する熱交換装置に関するものである。特に、空気予熱器を有する燃料電池装置として使用される熱交換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１に記載のスパイラル型の熱交換器が知られている。これは、スパイラル熱交換器の熱応力及び熱歪が大きく、製造コストが高く効率が良好でなかったという問題を解決するためのものである。そのために、輻射変換体としての円筒状外缶の内部には、吸気用マニホールドに連通された第１の流路と、排気用マニホールドに連通された第２の流路とを有している。これら第１、第２の流路が吸気用マニホールド及び排気用マニホールドの周囲にスパイラル状に巻回されたスパイラル形熱交換器が設けられている。このスパイラル形熱交換器は、幅方向両端部に断熱材がそれぞれ配置された第１、第２の金属板を積層して巻回し、これにリングを嵌合して構成されている。また、熱ひずみに対して熱膨張差を吸収するため摺動部 を有している。
【０００３】
また、従来、特許文献２として、スパイラル型の熱交換器が知られている。これは、熱交換流体の偏流を生ずることなく３流体等の間で熱交換可能な積層板型熱交換器を提供するものである。そのために、断熱板には高温流体を流すための高温流路および低温流体を流すための低温流路が形成されている。高温流路と低温流路とは、それぞれ同心円上に多重円をなして形成されている。高温流路と低温流路とは、各流路が平面方向に一続きとなるようにバイパス流路により連通されている。断熱板は、多孔の伝熱板と交互に接着シートを介して接着して積層体に構成され、高温流路と低温流路を流れる流体間で伝熱板を介して熱交換が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−９９４９１号公報
【特許文献２】実開平６−５５０６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１および２の技術によると、スパイラル型の熱交換器が公知である。ここで、燃料電池装置のような高温の構造体は、外部に放射する熱を遮断することが好ましい。つまり無駄に高温の構造体から熱を放射するのは、エネルギロスの点から好ましくない。また、外部から高温の構造体に直接接触するのは極力避けることが好ましい。ところが、上記特許文献１および２の技術は、このような問題を解決する構造を記述していない。
【０００６】
本発明は、上記問題点に鑑み、熱交換器の内部に高温の構造体を配置することができ、内部の高温の構造体からの外部への放熱を抑制することが出来る断熱機能を有した熱交換装置を提供することを目的とする。
【０００７】
従来技術として列挙された特許文献の記載内容は、この明細書に記載された技術的要素の説明として、参照によって導入ないし援用することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は上記目的を達成するために、下記の技術的手段を採用する。すなわち、請求項１に記載の発明では、高温の構造体（１）、および該構造体（１）から吐出される高温流体と、低温流体とを熱交換させる熱交換器（７５）を備えた熱交換装置（１００）において、熱交換器（７５）は、高温流体と低温流体とが互いに隣り合い層状に構造体（１）の周りを周回して熱交換する熱交換流路（２１、２２）を構成する高温用熱交換流路（２１）と低温用熱交換流路（２２）とを有し、高温用熱交換流路（２１）は、構造体（１）から導出された高温流体を周回させて外周側の排気口（７５ｘ）から排気し、低温用熱交換流路（２２）は、低温流体を外周側から内周側に周回させて構造体（１）に導入し、熱交換流路（２１、２２）の最外周には高温用熱交換流路（２１）と低温用熱交換流路（２２）のうち、低温用熱交換流路（２２）が周回しており、熱交換流路（２１、２２）の周回によって、熱交換流路（２１、２２）に取り巻かれるように、構造体（１）が設けられていることを特徴としている。
【０００９】
この発明によれば、高温流体と低温流体とが互いに隣り合い層状に構造体の周りを周回して熱交換することができる。そして、熱交換流路の最外周には高温用熱交換流路（２１）が周回せず低温用熱交換流路が周回しており、周回する熱交換流路の内側には高温の構造体が配置されているから、構造体の周囲を熱交換流路で取り巻き、しかも、最外周には低温側流体が周回していることにより、高温の構造体から外部に放射する熱を低減でき、高温の構造体からの輻射熱を回収することで効率よく高温流体と低温流体との熱交換を行うことが可能になる。また、周回流路で構成された熱交換流路で熱交換していくことで外周側ほど高温流体の温度が低くなり、断熱効果が得られる
請求項２に記載の発明では、構造体（１）は、燃料電池本体（２）を含み、該燃料電池本体（２）から排出される高温流体をなすガスが高温用熱交換流路（２１）を流れ、燃料電池本体（２）に供給される低温流体をなす空気が低温用熱交換流路（２２）を流れることを特徴としている。
【００１０】
この発明によれば、燃料電池本体から排出されるガスで空気を効率よく予熱することができ、高温用熱交換流路（２１）と低温用熱交換流路（２２）とを有する熱交換器（７５）を高温バリヤとして利用して、高温の燃料電池本体を外部から隔離することができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明では、第１空気予熱器（７）で予熱された空気を更に予熱して燃料電池本体（２）に供給する第２空気予熱器（５）を構造体（１）内に有し、熱交換器（７５）は第１空気予熱器（７）から構成されることを特徴としている。
【００１２】
この発明によれば、第１空気予熱器と第２空気予熱器とで段階的に空気の温度を上昇させている。そして温度の低い第１空気予熱器を構成する熱交換器で、燃料電池本体を有する高温の構造体の周りを周回して取り囲む熱バリヤを形成できる。第２空気予熱器は、燃料電池本体を作動させるためにかなり高温であるが、第１空気予熱器は、それよりも低温である。従って、第１空気予熱器を構成する熱交換器を利用した熱バリヤは、外周側が比較的高温にならず安全である。
【００１３】
請求項４に記載の発明では、構造体（１）は、高温で作動する燃料電池本体（２）と、該燃料電池本体（２）からのガスの温度を高める燃焼器（４）とを有することを特徴としている。
【００１４】
この発明によれば、燃料電池本体から排出されるガスを燃焼器で更に温度上昇させ、この温度上昇したガスで空気を効率よく予熱することができ、熱交換流路（２１、２２）を高温バリヤとして利用して、高温の燃料電池本体および燃焼器を外部から隔離することができる。
【００１５】
請求項５に記載の発明では、構造体（１）は、燃料電池本体（２）へ供給する燃料を改質する改質器（３）を有することを特徴としている。
【００１６】
この発明によれば構造体は、燃料電池本体へ供給する燃料を改質する改質器を有するから、燃料電池本体の他に改質器を含む構造体を、熱交換流路を高温バリヤとして利用して外部から隔離することができる。
【００１７】
請求項６に記載の発明では、熱交換流路（２１、２２）と構造体（１）との間には、断熱材または輻射防止板（７１０）を有することを特徴としている。
【００１８】
この発明によれば、熱交換流路と構造体との間を、断熱材または輻射防止板にて熱的に遮断し、高温の構造体から外部への熱放射を一層抑制できる。
【００１９】
請求項７に記載の発明では、高温流体と低温流体とが、互いに隣り合い周回の軸の周りに帯状に重なり合って構造体（１）の周りを周回しており、最外周の低温用熱交換流路（２２）の軸方向の幅（Ｈ９２）は、近接する高温用熱交換流路（２１）の軸方向の幅（Ｈ９１）よりも大きくされていることを特徴としている。
【００２０】
この発明によれば、最外周の低温用熱交換流路の軸方向の幅は、近接する高温用熱交換流路の軸方向の幅よりも大きくされているから、高温用熱交換流路から軸方向の周囲に放射状に放熱される熱を、軸方向の幅が大きい最外周の低温用熱交換流路によって、効率よく吸収することができる。
【００２１】
請求項８に記載の発明では、高温用熱交換流路（２１）の内周側から外周側に向かう方向に沿う流路幅（Ｗ１０２）が低温用熱交換流路（２２）の流路幅（Ｗ１０３）より大きくされて、高温用熱交換流路（２１）の流路断面積が低温用熱交換流路（２２）の流路断面積よりも大きくされていることを特徴としている。
【００２２】
この発明によれば、高温用熱交換流路の流路断面積が低温用熱交換流路の流路断面積より大きくされているから、構造体から排気される高温流体の排出圧力を小さくすることができる。
【００２３】
請求項９に記載の発明では、排気口（７５ｘ）は、高温用熱交換流路（２１）の終端において地方向を向いて設けられていることを特徴としている。
【００２４】
この発明によれば、排気口が地方向を向いて設けられているから、高温用熱交換流路内で発生した凝縮水の排水性が良好になる。
【００２５】
請求項１０に記載の発明では、排気口（７５ｘ）に至る高温用熱交換流路（２１）の一部は、凝縮水の排水性確保のため水平面に対して傾いて設けられていることを特徴としている。
【００２６】
この発明によれば、排気口に至る高温用熱交換流路の一部は、凝縮水の排水性確保のため水平面に対して傾きを持つから、凝縮水の排水性が良好になる。
【００２７】
なお、特許請求の範囲および上記各手段に記載の括弧内の符号ないし説明は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を分かり易く示す一例であり、発明の内容を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１実施形態における熱交換装置となる燃料電池装置の概要図である。
【図２】上記実施形態における燃料電池装置を平面方向から見下ろした模式平面図である。
【図３】図２の矢印III方向から見た一部破砕斜視図である。
【図４】図２の矢印IV−IV線に沿う一部断面斜視図である。
【図５】上記実施形態における高温の構造体を収納し、かつ第１空気予熱器を構成する熱交換器の流路を説明する模式構成図である。
【図６】上記実施形態における高温用熱交換流路と低温用熱交換流路とからなる熱交換流路の一部断面斜視図である。
【図７】本発明の第２実施形態における燃焼ガス流路となる高温用熱交換流路と空気流路となる低温用熱交換流路とからなる熱交換流路の一部断面斜視図である。
【図８】本発明の第３実施形態における燃焼ガス流路をなす高温用熱交換流路と空気流路を成す低温用熱交換流路とからなる熱交換流路を平面方向から見た模式図である。
【図９】本発明の第４実施形態における燃焼ガス流路をなす高温用熱交換流路と空気流路をなす低温用熱交換流路とからなる熱交換流路の一部断面斜視図である。
【図１０】本発明の第５実施形態を示す燃焼ガス流路をなす高温用熱交換流路と空気流路をなす低温用熱交換流路とからなる熱交換流路の一部断面斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。
【００３０】
各実施形態で具体的に組合せが可能であることを明示している部分同士の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、明示していなくても実施形態同士を部分的に組合せることも可能である。
【００３１】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図１ないし図６を用いて詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施形態における熱交換装置となる燃料電池装置１００の概要図である。ＳＯＦＣ（固体酸化物形燃料電池）は、イオン導電性酸化物をなすセラミックスを電解質とする燃料電池である。この燃料電池の燃料電池本体２は、内部に電極として、正極（アノードまたは燃料極）と負極（カソードまたは空気極）を有している。これらの電極は、導電性セラミックスで形成されている。また、アノードとカソードに挟まれて固体電解質が設けられている。カソードには空気が供給される。アノードには、水素もしくは一酸化炭素ＣＯが供給される。これらの水素やＣＯは、炭化水素系の材料（都市ガスのメタン等）から作られる。
【００３２】
燃料はポンプによって供給される。炭化水素系の材料だけでは水素とＣＯに改質できない。そのため、炭化水素系の材料は、水蒸気と混合されて燃料予熱器６で予熱され改質前燃料（単に燃料とも言う）として改質器３に送り込まれる。改質後の燃料を改質後燃料と呼ぶことがある。改質器３における改質反応（吸熱反応）でもって改質前燃料を改質して、水素およびＣＯ（改質後燃料または単に燃料とも言う）に分解している。勿論、ほかにも生成物が形成される。改質時の吸熱反応のために、熱を供給する必要がある。
【００３３】
改質器３には、燃焼器４によって熱が供給される。燃焼器４は、燃料電池本体２で使いきれなかった空気と燃料を燃やす。改質器３内における熱交換によって、燃焼器４からの燃焼ガスから熱が取出される。燃料電池本体２で全ての燃料を消費するのでなく、一部未反応の水素とＣＯとを燃料電池本体２から放出している。放出された水素とＣＯとを、残った空気とともに燃焼器４で燃焼させる。こうして燃焼器４内で熱を生成し、改質器３に供給して改質反応をおこなわせている。
【００３４】
更に、改質器３を通過した高温のガスは、熱交換器からなる第２空気予熱器５を通過して空気を予熱し、更に、燃料予熱器６を通って、改質前燃料を予熱する。そして、燃料予熱器６を通った高温ガスは、熱交換器７５からなる第１空気予熱器７を通過し、大気中に排気される。このように、第１空気予熱器７と第２空気予熱器５とで段階的に空気の温度を上昇させることで、燃焼器４の燃焼ガスの温度を抑制し、高温の排気ガスが大気に排出されるのを防止して熱ロスを少なくしている。
【００３５】
第２空気予熱器５は、燃料電池本体２を作動させるために６００℃〜７００℃とかなり高温であるが、第１空気予熱器７は、それよりも低温である。発明者はこの点に着目し、第１空気予熱器７を構成する熱交換器７５の配置および構造を工夫した。
【００３６】
図２は、第１実施形態の燃料電池装置１００を平面方向から見下ろした模式平面図である。この図２から明らかなように、燃料電池装置１００の外周側は、第１空気予熱器７を構成するスパイラル型の熱交換器７５で取り巻かれている。第１空気予熱器７は、天方向から眺めた場合に全体として四角形の塀状の部材である。従って、第１空気予熱器７は、図２の平面図に示すように４つの辺７１、７２、７３、７４を持っている。この第１空気予熱器７を構成する熱交換器７５の内部に、高温の燃料電池本体２、改質器３、燃焼器４、第２空気予熱器５、および燃料予熱器６が収納されている。なお、これら燃料電池本体２、改質器３、燃焼器４、第２空気予熱器５、および燃料予熱器６をまとめて構造体１とも呼ぶ。
【００３７】
図３は、図２の矢印III方向から見た一部破砕斜視図である。図３は、第１空気予熱器７を構成する熱交換器７５の一部を破砕して示している。図３において、第１空気予熱器７を構成する熱交換器７５の内部に、高温の構造体１を成す、燃料電池本体２、改質器３、燃焼器４、第２空気予熱器５、および燃料予熱器６が収納されている。なお、構造体１は、多くの配管と部品とを有するが、模式的に四角形の箱体として描かれている。
【００３８】
図３においては、第１空気予熱器７は、４つの辺７１、７２、７３、７４のうちの辺７１と辺７２のみが図示されている。図３の第１空気予熱器７の端面７６１、７６２は破砕面である。また、図３から判明するように、第１空気予熱器７を成す熱交換器７５の高さＨ３２を、内側の構造体１の高さＨ３１よりも高くして、高温の構造体１からの熱が外部に放射されるのを抑止している。
【００３９】
図４は、図２の矢印IV−IV線に沿う一部断面斜視図である。図４において、第１空気予熱器７を構成する熱交換器７５の内部に高温の燃料電池本体２、改質器３、および第２空気予熱器５等からなる構造体１が収納されている。７１、７２、７４は、熱交換器７５の辺である。また、図４に示すように、高温の構造体１と第１空気予熱器７をなす熱交換器７５との隙間に厚さ２０ｍｍ以下の断熱板または輻射防止板７１０を設けても良い。
【００４０】
図５は、内部に高温の構造体１を収納した、第１空気予熱器７を構成する熱交換器７５の流路を説明する模式構成図である。高温の構造体１は、少なくとも燃焼器４のような発熱装置を含んでいる。
【００４１】
図１から判明するように、第１空気予熱器７に、図示しない外部の空気ポンプで空気が供給される。また、第１空気予熱器７には、燃料予熱器６を経由した燃焼ガスが供給される。この燃料予熱器６を経由した高温の燃焼ガスと空気とが第１空気予熱器７をなす熱交換器７５内で熱交換される。
【００４２】
次に、図５において、燃料予熱器６を経由した燃焼ガスが、破線の矢印Ａ５１のように、スパイラル型の第１空気予熱器７をなす熱交換器７５の内側から外側に向けて、高温用熱交換流路２１を流れる。一方、外部の空気ポンプで供給された空気は、実線の矢印Ａ５２のように、スパイラル型の熱交換器７５の外側から内側に向けて空気流路となる低温用熱交換流路２２を流れる。
【００４３】
低温流体をなす空気は、実線の矢印Ａ５２のように、熱交換器７５の最外周側で二重に巻かれた低温用熱交換流路２２を流れる。低温用熱交換流路２２は、最終的に図５の中央に模式的に図示された高温の構造体１内に供給される。具体的には、図１に示したように、第２空気予熱器５と燃料電池本体２とを通過して燃焼器４に導かれ、燃焼器４内で燃料電池本体２が使い切らなかった燃料を燃やすために使用される。
【００４４】
燃焼器４から排出された高温流体をなす燃焼ガスは、図５の高温用熱交換流路２１を内側から外側に流れ、最終的に、図５で模式的に示した排気口７５ｘから大気に排出される。なお、図５の矢印Ａ５１１に示すように、排気口７５ｘへの排気は、凝縮水の排水性確保のため下向きに（熱交換装置１００が設置された水平面に対して傾いて地方向に向いて）設けられている。
【００４５】
なお、排気口７５ｘのみを地方向に向けるのでなく、排気口７５ｘに至る高温用熱交換流路２１の一部を矢印Ａ５１１のように水平面に対して傾けても良い。これにより、高温流体の最外流路の少なくとも一部は、凝縮水の排水性確保のため水平面に対して傾きを持つから、凝縮水の排水性がより良好になる。
【００４６】
矢印Ａ５２のように流れる低温流体をなす空気の温度は、例えば２５℃である。一方、破線の矢印Ａ５１のように流れる高温流体をなす燃焼ガスの温度は、例えば５００℃である。従って、隣接する高温用熱交換流路２１と低温用熱交換流路２２との間で熱交換が行われ、空気が予熱される。内部の高温の構造体１からは放射状に輻射熱による放熱がなされるが、第１空気予熱器７をなす熱交換器７５の最外周側で２重（３重、４重でも良い）に巻かれた低温用熱交換流路２２によって、熱交換器７５の外側に、高温の熱が放射されるのを抑制している。
【００４７】
また、空気と燃焼ガスとが対向流として流れて周回流路をなす熱交換流路２１、２２で熱交換していくことで、外周ほど温度が低くなり、断熱効果が得られる。そして、多層の熱交換流路２１、２２の構造が、輻射伝熱の遮蔽壁の役割を果たし、輻射熱に対する断熱機能が得られる。更に、最外周を空気が流れる低温用熱交換流路２２のみの層構造とすることで、更に断熱機能を向上させることが出来る。また、外周側ほど誤って手で触れ易いが、温度が低いため安全である。
【００４８】
図６は、第１実施形態における高温用熱交換流路２１と低温用熱交換流路２２とからなる熱交換流路２１、２２の一部断面斜視図である。図６から判明するように、高温用熱交換流路２１は複数のガスチューブ２１ａ、２１ｂ、２１ｃからなる。また、低温用熱交換流路２２は複数の空気チューブ２２ａ、２２ｂ、２２ｃからなる。このように複数のガスチューブ２１ａ、２１ｂ、２１ｃと、複数の空気チューブ２２ａ、２２ｂ、２２ｃに流路を細分することにより、各チューブを巻回し易い。なお、各チューブ内には、シリーズに流体が流れてもよいし、パラレルに流体が流れても良い。
【００４９】
上記実施形態においては、第１空気予熱器７と第２空気予熱器５とで段階的に空気の温度を上昇させている。そして温度の低い第１空気予熱器７を構成する熱交換器７５で燃料電池本体２等からなる高温の構造体１の周りを周回して取り囲む熱バリヤを形成している。第２空気予熱器５は、燃料電池本体２を作動させるために６００℃〜７００℃とかなり高温であるが、第１空気予熱器７は、それよりも低温である。発明者はこの点に着目し、第１空気予熱器７を構成する熱交換器７５を利用して有効な熱バリヤを形成している。
【００５０】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、以降の各実施形態においては、上述した第１実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略し、異なる構成および特徴について説明する。図７は、第２実施形態における燃焼ガス流路となる高温用熱交換流路２１と空気流路となる低温用熱交換流路２２とからなる周回流路（熱交換流路）２１、２２の一部断面斜視図である。
【００５１】
図７において、低温用熱交換流路２２は、複数の空気チューブから構成されている。しかし、高温用熱交換流路２１には扁平チューブが用いられていない。高温用熱交換流路２１は、空気チューブ相互間の隙間を利用して形成されている。この場合、上下のカバー２５（下側のカバーは図示していない）を矢印Ａ７１方向にスライドさせて燃焼ガス流路となる高温用熱交換流路２１が閉塞された空間になるように、上下のカバー２５でシールする必要がある。または、耐熱性のあるシール部材２６を矢印Ａ７２方向に詰めて、高温用熱交換流路２１が閉塞された空間になるように、シール部材２６でシールしても良い。
【００５２】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。上述した実施形態と異なる特徴部分を説明する。図８は、本発明の第３実施形態における燃焼ガス流路をなす高温用熱交換流路２１と空気流路を成す低温用熱交換流路２２とからなる周回流路（熱交換流路）２１、２２を平面方向から見た模式図である。
【００５３】
上記第１実施形態においては、チューブをスパイラル状に巻回する必要があったが、この第３実施形態は、図８のように、大きい容器３１の中に順次、小さな容器３２等を収納したものである。容器３１、３２、３３、３４の順に大きさが小さくなっている。容器相互間の隙間を高温用熱交換流路２１と低温用熱交換流路２２にしたものである。
【００５４】
中央に配置された高温の構造体１は、燃料電池本体２、改質器３、燃焼器４、第２空気予熱器５、燃料予熱器６からなる。構造体１、具体的には燃料予熱器６の燃焼ガス出口３５から出た燃焼ガスは、１段目高温用熱交換流路２１ａを通り、２段目高温用熱交換流路２１ｂに入る。１段目高温用熱交換流路２１ａと２段目高温用熱交換流路２１ｂとは、スリット部３６にて連通している。最終断目の高温用熱交換流路（図８では２段目高温用熱交換流路２１ｂ）内の燃焼ガスは、排気口７５ｘを介して大気中に排気される。
【００５５】
また空気ポンプで外部から送られてきた空気は、空気取入れ口から最外周段（１段目）低温用熱交換流路２２ａを通り、内側の２段目低温用熱交換流路２２ｂに入る。１段目低温用熱交換流路２２ａと２段目低温用熱交換流路２２ｂとは、スリット部３７にて連通している。なお、図８では、２重の周回流路（熱交換流路）２１、２２としたが、容器の数を多くすれば、更に多くの段数の流路を形成できる。また、最外周は、低温用熱交換流路２２にすることが望ましい。更に、図５と同様に、最外周から低温用熱交換流路２２を何重か配置した後に高温用熱交換流路２１を配置しても良い。
【００５６】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について説明する。上述した実施形態と異なる特徴部分を説明する。図９は、第４実施形態における燃焼ガス流路をなす高温用熱交換流路２１と空気流路をなす低温用熱交換流路２２とからなる周回流路（熱交換流路）２１、２２の一部断面斜視図である。
【００５７】
図９から判明するように、高温用熱交換流路２１は、複数の燃焼ガスチューブ２１ａ、２１ｂ、２１ｃからなり、チューブ内をシリーズに燃焼ガスが流れる。また、低温用熱交換流路２２は、複数の空気チューブ２２ａ、２２ｂ、２２ｃからなる。そして、最外周の高温用熱交換流路２１は巻回のターン数を減少させている。このように、最外周において高温用熱交換流路２１の高さＨ９１よりも最外周の低温用熱交換流路２２の高さＨ９２の方を高くすることによって、外部方向に放射される熱を少なくしている。すなわち最外周では、高さの高い低温用熱交換流路２２によって、高温用熱交換流路２１からの外周側方向に向かう熱放射を抑制することができる。
【００５８】
なお、図９では、最外周の高温用熱交換流路２１は巻回のターン数を減少させたが、空気チューブの高さを高くして最外周において高温用熱交換流路２１の高さＨ９１よりも最外周の空気チューブをなす高温用熱交換流路２２の高さＨ９２の方を高くしても良い。
【００５９】
（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態について説明する。上述した実施形態と異なる特徴部分を説明する。図１０は、第５実施形態を示す燃焼ガス流路をなす高温用熱交換流路２１と空気流路をなす低温用熱交換流路２２とからなる周回流路（熱交換流路）２１、２２の一部断面斜視図である。
【００６０】
図９等の実施形態では、熱交換流路２１、２２の内周側から外周側に向かう方向に沿う流路幅を同じにしたが、第５実施形態では、図１０に示すように、最外周の低温用熱交換流路２２の流路幅Ｗ１０１が、外部への放熱量を低減するため、内側の低温用熱交換流路の流路幅Ｗ１０３に対して幅広に形成されている（Ｗ１０１＞Ｗ１０３）。更に、熱交換器７５内部の流路断面積を大きくして高温流体の作動圧を低減するために、高温流体の流路幅Ｗ１０２が低温流体の流路幅Ｗ１０３に対して幅広にされている（Ｗ１０２＞Ｗ１０３）。
【００６１】
（その他の実施形態）
本発明は上述した実施形態にのみ限定されるものではなく、次のように変形または拡張することができる。例えば、上述の第１実施形態では、燃料電池装置に本発明を適用したが、暖房用燃焼器に適用しても良い。また、扁平チューブでなく、丸型断面あるいは矩形断面のチューブを使用しても良い。更に、チューブを巻回するターン数は任意でよい。次に、天地方向に連続した２つの帯状の流体通路を巻回しても良い。加えて、巻回の軸方向を天地方向としたが、水平方向等任意の方向としても良い。
【符号の説明】
【００６２】
１  構造体
２  燃料電池本体
３  改質器
４  燃焼器
５  第２空気予熱器
６  燃料予熱器
７  第１空気予熱器
２１  高温用熱交換流路
２１、２２  熱交換流路
２２  低温用熱交換流路
７５  熱交換器
７５ｘ  排気口
１００  燃料電池装置（熱交換装置）
７１０  断熱材または輻射防止板
Ｈ９１  最外周に近接する高温用熱交換流路の軸方向の幅
Ｈ９２  最外周の低温用熱交換流路の軸方向の幅
Ｗ１０２  高温用熱交換流路の流路幅
Ｗ１０３  低温用熱交換流路の流路幅
【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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【図９】
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【図１０】
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