JP2002243392A

JP2002243392A - 熱交換器

Info

Publication number: JP2002243392A
Application number: JP2001044891A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Kaitani; 雄一回谷; Hitoshi Takenaka; 等竹中; Hiroyuki Yoshida; 宏行吉田; Eishin Kameda; 英信亀田
Original assignee: Calsonic Kansei Corp
Current assignee: Marelli Corp
Priority date: 2001-02-21
Filing date: 2001-02-21
Publication date: 2002-08-28

Abstract

(57)【要約】【課題】構成部材を一体ろう付け接合して成るコア部
１５ａを有し、且つ、このコア部１５ａに、内側に分散
流路を有する流体分散部材１９ａを溶接により接合した
構造を、安価に得る。【解決手段】上記コア部１５ａの上部に入口タンク部
を、各伝熱管素子１３、１３の重ね合わせ方向に設け
る。この入口タンク部の内側に、上記流体分散部材１９
ａの先半部及び中間部を挿入する。上記各伝熱管素子１
３、１３の重ね合わせ方向に関して上記コア部１５ａの
一端側に、１対のサイドプレート３４ａ、３４ｂのうち
の一方のサイドプレート３４ａを設ける。上記流体分散
部材１９ａの基端部で、上記一方のサイドプレート３４
ａの片面から外部に露出する部分と、この一方のサイド
プレート３４ａの片面の一部とを、溶接により接合す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明の熱交換器は、例えば
燃料電池を構成する燃料改質装置に組み込んで、水素ガ
ス（Ｈ₂ ）を得るべく、例えばメタノール（ＣＨ₃ Ｏ
Ｈ）と水（Ｈ₂ Ｏ）との混合液を加熱し、蒸発させる為
の熱交換器として利用する。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池の発電原理に就いて、図２８に
より簡単に説明する。この図２８は、燃料電池の単位と
なるセル１を１個のみ示している。このセル１の中間部
は、燐酸等の電解質２を水素極３と空気極（酸素極）４
とでサンドイッチ状に挟んで成る薄膜５により仕切って
いる。この薄膜５は、水素イオン（Ｈ⁺ ）のみを透過さ
せる性質を有する。又、上記水素極３側の第一反応室６
には水素ガス（Ｈ₂ ）を、水素供給口７から送り込み、
水素還流口８から未反応の水素ガスを含むガスを排出自
在としている。又、上記空気極４側の第二反応室９には
酸素（Ｏ₂ ）を含む空気を、酸素供給口１０から送り込
み、排気口１１から排出自在としている。

【０００３】発電を行なう際には、上記水素供給口７か
ら上記第一反応室６内に水素ガスを、上記酸素供給口１
０から第二反応室９内に酸素を含む空気を、それぞれ供
給する。この結果、上記第一反応室６に面した上記水素
極３部分で、Ｈ₂ →２Ｈ⁺ ＋２ｅ^- の反応が起こり、その結果生じた水素イオンが、上記薄
膜５を透過して上記第二反応室９内に進入する。そし
て、この第二反応室９に面した上記空気極４部分で、２Ｈ⁺ ＋Ｏ₂ ／２＋２ｅ^- →Ｈ₂ Ｏの反応が起こる。この結果、上記水素極３と上記空気極
４との間に電位差が生じる。１個のセル１毎に生じる電
位差は、１Ｖ程度しかない為、図２８に示した様なセル
１を直列に必要数重ね合わせて燃料電池スタック（図示
せず）を構成し、必要とする電圧を確保する。又、この
燃料電池スタックにより得られる電流は直流である為、
交流を必要とする場合には、インバータにより変換す
る。

【０００４】上述の様な原理で上記セル１に発電させる
為には、上記第一反応室６に水素ガスを送り込む必要が
ある。この水素ガスは、水素吸蔵合金等のタンクから直
接取り出したり、水素ガス以外のメタノール（ＣＨ₃ Ｏ
Ｈ）等の燃料を改質して発生させる。例えば、メタノー
ルを燃料として水素ガスを発生させる場合、改質装置
で、ＣＨ₃ ＯＨ＋Ｈ₂ Ｏ→ＣＯ₂ ＋３Ｈ₂ なる反応をさせれば、必要とする水素ガスを得られる。

【０００５】この様にメタノールを燃料として水素ガス
を発生させる為に、メタノールと水との液状の混合流体
（混合液）を、蒸発させてガス状にした状態で、改質装
置に送り込む必要がある。図２９は、これらメタノール
と水との混合液を蒸発させる為の蒸発器として、従来か
ら考えられている構造の１例を示している。この図２９
に示す蒸発器１２は、内側に被加熱流体である、メタノ
ールと水との混合流体を流す為の扁平な流路（図示せ
ず）を有する複数の伝熱管素子１３、１３を、隣り合う
伝熱管素子１３、１３同士の間にコルゲート型のアウタ
ーフィン１４、１４を設けた状態で重ね合わせて成るコ
ア部１５を備える。又、上記各伝熱管素子１３、１３の
上下方向両端部に、中間部に存在する流路と通じる１対
のタンク空間を設けている。そして、上記各伝熱管素子
１３、１３を重ね合わせた状態で互いに対向する複数の
タンク空間を、互いに連通させる事により、上記コア部
１５の上下両端部に入口タンク部１６と出口タンク部１
７とを構成している。

【０００６】又、この様な従来構造の場合、上記各伝熱
管素子１３、１３の重ね合わせ方向に対して直交する方
向に関する、コア部１５の一端面（図２９の表側面）に
開口１８ａ、開口１８ｂを、それぞれ上記各入口、出口
タンク部１６、１７の内部と通じさせる状態で形成して
いる。又、上記コア部１５の各構成部材は、互いに組み
合わせた状態で、加熱炉中で加熱する事により、一体的
にろう付け接合している。この為に、上記各構成部材同
士のうち、接合すべく互いに当接する２部材のうちの少
なくとも一方の部材の、相手部材と当接する表面に、ろ
う材層をメッキしている。

【０００７】そして、上記コア部１５をろう付け接合し
た後、上記入口タンク部１６の内側に、この入口タンク
部１６と通じる開口１８ａを通じて、流体分散部材１９
の先半部（図２９、３０の左半部）から中間部に亙る部
分を挿入している。この流体分散部材１９は、図３０に
分解して示す様に、それぞれが断面略Ｌ字形の上側部材
２０と下側部材２１とを互いに重ね合わせると共に、こ
れら両部材２０、２１の一端部に端部部材２２の片面を
突き当てて、これら上側、下側両部材２０、２１及び端
部部材２２同士を一体的に結合して成る。そして、この
流体分散部材１９の内側に、上記端部部材２２に設けら
れた入口孔２３から送り込まれた上記混合流体を流す為
の分散流路２４を形成している。又、上記下側部材２１
の底部で、上記分散流路２４に対向する部分の複数個所
に、上記流体分散部材１９の内、外を連通させる複数の
通孔２５、２５を形成している。そして、上記流体分散
部材１９の先半部から中間部に亙る部分を、上記入口タ
ンク部１６の内側に挿入し、更に、この流体分散部材１
９の基端部（図２９、３０の右端部）で、上記コア部１
５の上端部に設けた開口１８ａからこのコア部１５の外
部に露出する部分と、上記開口１８ａの周辺部とを、ア
ーク溶接、レーザー溶接等の溶接により接合している。
又、上記コア部１５の一端で、下端部に設けた開口１８
ｂの周辺部に、流体取り出し管２６の端部をろう付け又
は溶接により接合している。

【０００８】上述の様な蒸発器１２を、メタノールを燃
料として水素ガスを発生させる燃料電池に組み込んで使
用する場合、先ず、上記流体分散部材１９の入口孔２３
を通じてこの流体分散部材１９の内側に、メタノールと
水との液状の混合流体を送り込む。又、上記コア部１５
を構成する各伝熱管素子１３、１３の外部に約５００℃
に加熱された高温の加熱ガスを、図２９の矢印α方向に
通過させる。上記流体分散部材１９の内側に送り込まれ
た上記混合流体は、上記流体分散部材１９の内側を、こ
の流体分散部材１９の底部に設けた複数の通孔２５、２
５に向け分散しつつ流れた後、これら各通孔２５、２５
を通じて、上記各伝熱管素子１３、１３に設けた複数の
流路の端部に送られる。この様にして各流路内に送り込
まれた混合流体は、これら各流路内を、上記加熱ガスと
の間で熱交換を行ないつつ流下する。そして、上記混合
流体は、この熱交換により加温され、蒸発してガス状に
なる。この様にガス状になった混合流体は、出口タンク
部１７及び流体取り出し管２６を通じて外部に取り出さ
れた後、図示しない改質装置に送られて、水素ガスを発
生する反応を起こす為に利用される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述の様な従来から考
えられている蒸発器１２の場合、流体分散部材１９を設
けている為、送り込まれた液状の混合流体を、各伝熱管
素子１３、１３に設けた各流路内に、ほぼ均一に流す事
ができる。但し、上記流体分散部材１９の挿入方向が、
上記各伝熱管素子１３、１３の重ね合わせ方向に対して
直交している為、上記流体分散部材１９をコア部１５に
溶接により接合した場合に、このコア部１５のろう付け
接合部に接合不良を生じたり、熱歪みに起因する亀裂が
発生する可能性がある。即ち、従来構造の場合、上記流
体分散部材１９の挿入方向を上述の方向にしている為、
この流体分散部材１９の基端部を溶接する部分は、多く
の伝熱管素子１３、１３の上端部になる。この為、この
流体分散部材１９の溶接時に生じる熱は、多くの伝熱管
素子１３、１３に直接伝わる。この為、上記コア部１５
の各構成部材のろう付け接合部に存在するろう材が加熱
されて二次溶解が生じたり、これら各構成部材の一部に
熱歪みに起因する亀裂が発生する可能性がある。そし
て、この様な二次溶解等が発生した場合には、二次溶解
により不良になった接合部や亀裂部分を、溶接により修
復する必要がある。この為、溶接工程が増えて作業が面
倒になるだけでなく、この溶接時に生じる熱により、コ
ア部１５の一部を修復すべく溶接した部分の周辺に、新
たなろう付け不良部分や亀裂が発生して、更に面倒な作
業が増える可能性がある。この様に面倒な作業が増える
のは、組み付け作業に要する時間が長くなり、蒸発器１
２のコストが嵩む原因となる。又、ろう付け不良や亀裂
の程度が修復できない程度に著しくなった場合には、蒸
発器１２を、不良品として廃棄しなければならない。

【００１０】又、図３１に示す様に、従来の蒸発器１４
の場合、高温の加熱ガスを上記コア部１５に送る為に設
ける加熱流体送り込み用ダクト３８の端部と、同じく上
記コア部１５から取り出す為に設ける加熱流体取り出し
用ダクト３９の端部とを、各伝熱管素子１３、１３の重
ね合わせ方向に対して直交する方向に関するコア部１５
の両端面に、溶接により接合する事が考えられていた。
但し、この様にして各ダクト３８、３９の端部を溶接に
より接合する場合には、溶接時に生じる熱が、蒸発器１
４の構成部材の大部分に直接伝わって、上記コア部１５
のろう付け接合部での接合不良や、熱歪みに起因する亀
裂等の不都合を生じる可能性がある。従って、上記コア
部１５に、上記各ダクト３８、３９の端部を溶接する事
も、上記コア部１５に分散板１９（図２９、３０参照）
を溶接する場合と同様に、蒸発器１４のコストが嵩む原
因となっている。本発明は、この様な事情に鑑みて、構
成部材同士をろう付け接合して成るコア部を有し、且
つ、このコア部に他の部品を結合して使用する構造で、
溶接時の熱に起因して生じる不都合を抑えて、安価な構
造を実現すべく発明したものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の熱交換器のう
ち、請求項１〜３に記載した熱交換器は、何れも前述し
た従来構造と同様に、被加熱流体を流す為の扁平な流路
を有する複数の伝熱管素子を、隣り合う伝熱管素子同士
の間にアウターフィンを設けた状態で重ね合わせた状態
で、上記各伝熱管素子及び各アウターフィン同士をろう
付け接合して成るコア部と、このコア部の上端部に設け
られた入口タンク部と、この入口タンク部の内側に挿入
されて、内側に送り込まれた液状の被加熱流体を上記複
数の流路の端部に向け分散しつつ流す為の分散流路を有
する流体分散部材と、この流体分散部材の下部で、上記
分散流路と対向する部分の複数個所に、上記流体分散部
材の内、外を連通させる状態で設けられた複数の通孔と
を備える。そして、上記各伝熱管素子に設けた流路内に
被加熱流体を流通させると共に、上記各伝熱管素子の外
部に加熱流体を通過させる状態で使用する。

【００１２】特に、請求項１に記載した熱交換器に於い
ては、上記入口タンク部は、上記各伝熱管素子の重ね合
わせ方向に設けており、この入口タンク部の内側に、上
記流体分散部材の先半部から中間部に亙る部分を挿入す
ると共に、上記流体分散部材の基端部で、上記コア部の
外部に露出する部分と、上記各伝熱管素子の重ね合わせ
方向に関して上記コア部の一端に位置する１枚の金属
板、又はこの重ね合わせ方向に関して上記コア部の一端
よりもこのコア部の外側に結合する状態で設けられた、
このコア部を構成する部材とは別の部材の片面とを、溶
接により接合している。

【００１３】又、請求項２に記載した熱交換器に於いて
は、流体分散部材の先半部から中間部に亙る部分を、入
口タンク部の内側に挿入すると共に、コア部の一部、又
はこのコア部に結合する状態で設けられた、このコア部
を構成する部材とは別の部材の一部に、上記流体分散部
材の一部を、ろうづけのみにより接合している。

【００１４】又、請求項３に記載した熱交換器は、やは
り前述した従来構造と同様に、被加熱流体を流す為の扁
平な流路を有する複数の伝熱管素子を、隣り合う伝熱管
素子同士の間にアウターフィンを設けた状態で重ね合わ
せた状態で、上記各伝熱管素子及び各アウターフィン同
士をろう付け接合して成るコア部を備える。そして、上
記各伝熱管素子に設けた流路内に被加熱流体を流通させ
ると共に、上記各伝熱管素子の外部に加熱流体を通過さ
せる状態で使用する。

【００１５】特に、請求項３に記載した熱交換器に於い
ては、上記各伝熱管素子の重ね合わせ方向に関して上記
コア部の一端よりもこのコア部の外側に結合する状態で
設けられた、その外周寄り部分に上記コア部の四周より
も外側に突出した突出部を有する第一のケース素子と、
上記コア部に関してこの第一のケース素子と反対側に設
けられた第二のケース素子とを備える。そして、この第
二のケース素子の一部と、上記第一のケース素子に設け
た突出部の一部とを溶接により接合する事により、これ
ら第一のケース素子と第二のケース素子とにより上記コ
ア部の周囲の一部を覆っている。

【００１６】更に、請求項４に記載した熱交換器に於い
ては、第二のケース素子の内側面とコア部の外側面との
間に、耐熱性を有する材料から成る緩衝材を、弾性的に
圧縮する状態で設けている。

【００１７】

【作用】上述の様に構成する本発明の熱交換器のうち、
請求項１に記載した熱交換器によれば、流体分散部材の
基端部を溶接により接合する部分が、各伝熱管素子の重
ね合わせ方向に関してコア部の一端に位置する１枚の金
属板、又はこの重ね合わせ方向に関して上記コア部の一
端よりもこのコア部の外側に結合する状態で設けられ
た、このコア部を構成する部材とは別の部材の片面にな
る為、上記流体分散部材の溶接時に生じる熱が、上記コ
ア部の構成部材の総てに伝わりにくくなる。この為、こ
のコア部のろう付け接合部で二次溶解が生じたり、上記
各構成部材の一部に熱歪みに起因する亀裂が発生するの
を抑える事ができる。この為、溶接後にコア部を修復す
る作業及び不良品の発生を抑えて、熱交換器のコスト低
減を図れる。更に、溶接時に生じる熱がろう付け接合部
に伝わりにくくなる為、この熱によりろう付け接合部に
存在するろう材を沸騰しにくくし、溶接作業をろう材が
沸騰しない様に注意を払いながら行なう必要をなくし
て、溶接作業の効率化を図れる。更に、溶接は、上記１
枚の金属板又は上記別の部材と、上記流体分散部材と
の、２個の部材の間でのみ行なう為、溶接痕の見栄えを
良くできる。

【００１８】又、請求項２に記載した熱交換器によれ
ば、流体分散部材を溶接により接合しなくて済む為、溶
接に起因して生じる不都合をなくせる。

【００１９】又、請求項３に記載した熱交換器によれ
ば、加熱流体をコア部に向け送る為の加熱流体送り込み
用ダクトの端部と、同じくコア部から取り出す為の加熱
流体取り出し用ダクトの端部とを、第一のケース素子と
第二のケース素子との端縁に、溶接により接合する事が
できる。このうちの第二のケース素子の内面とコア部の
外面とは非接触にできる。又、上記第一のケース素子の
端縁は、上記コア部の四周から外側に突出する状態で設
けている。この為、上記各ダクトの溶接時に生じる熱
が、上記コア部の構成部材の総てに伝わりにくくなる。
従って、上記熱に起因して前述した様な不都合が生じる
のを抑えて、熱交換器のコストの低減を図れる。更に、
溶接時の熱によりろう付け接合部に存在するろう材を沸
騰しにくくできて、溶接作業の効率化を図れる。

【００２０】更に、請求項４に記載した熱交換器によれ
ば、ケース部材の内側で、コア部の本体部分ががたつく
のを防止できて、熱交換器の耐久性を十分に確保でき
る。

【００２１】

【発明の実施の形態】図１〜８は、請求項１に対応す
る、本発明の実施の形態の第１例を示している。尚、本
例の熱交換器である、蒸発器１２ａは、前述した従来構
造の場合と同様に、燃料電池を構成する改質装置に組み
込んで、メタノールと水との混合液を加熱し、蒸発させ
る為に使用するものである。この為、蒸発器１２ａは、
内側に被加熱流体である、メタノールと水との混合流体
を流す為の扁平な流路を有する複数の伝熱管素子１３、
１３を、隣り合う伝熱管素子１３、１３同士の間に１対
の第一金属板２７、２７とアウターフィン１４とを設け
た状態で互いに重ね合わせる事により構成したコア部１
５ａを備える。

【００２２】このうちの各伝熱管素子１３は、全体を枠
状に形成した１枚の第二金属板２８を、１対の仕切板２
９、２９により、両側から挟持して成る。又、上記各第
二金属板２８の内側に、コルゲート型のインナーフィン
３０を配置している。上記各仕切板２９は、全体を四角
形状としており、上下方向両端部に、それぞれが幅方向
（図１、６、７の表裏方向、図２の左右方向）に長い１
対の第一の通孔３１、３１を形成している。そして、上
記１対の仕切板２９、２９と上記第二金属板２８とを組
み合わせて、上記伝熱管素子１３を構成した状態で、こ
の伝熱管素子１３の内側（１対の仕切板２９、２９同士
の間）に、上記混合流体を流す為の被加熱流路３２を形
成している。

【００２３】又、それぞれが上述の様にして構成する、
隣り合う伝熱管素子１３、１３の間部分の両端部に、上
記１対の第一金属板２７、２７を挟持している。これら
各第一金属板２７、２７は、上記各仕切板２９の上下方
向両端部と同様の形状を有する。又、上記各第一金属板
２７、２７の中間部で、上記仕切板２９の両端部に設け
た第一の通孔３１、３１と整合する位置に、第二の通孔
３３を形成している。そして、隣り合う伝熱管素子１
３、１３同士の間で、上記各第一金属板２７、２７の間
部分を、加熱流体である高温の加熱ガスを流す為の加熱
流路４０とし、この加熱流路４０内に、コルゲート型の
前記アウターフィン１４を配置している。

【００２４】そして、それぞれが上述の様に構成する、
上記各第一、第二金属板２７、２８と各仕切板２９、２
９と各インナー、アウターフィン３０、１４とを互いに
重ね合わせてコア部１５ａを構成すると共に、これら構
成各部材の重ね合わせ方向に関するコア部１５ａの両端
に、１対のサイドプレート３４ａ、３４ｂを重ね合わせ
ている。これら１対のサイドプレート３４ａ、３４ｂの
うち、一方（図１、２、６の左方）のサイドプレート３
４ａの上下方向両端部には、それぞれが幅方向（図１、
６の表裏方向、図２の左右方向）に長い１対の上側、下
側通孔３５ａ、３５ｂを形成している。これに対して、
上記１対のサイドプレート３４ａ、３４ｂのうち、他方
（図１、２、６の右方）のサイドプレート３４ｂには、
この様な通孔を形成していない。尚、本例の場合には、
上記一方のサイドプレート３４ａが、請求項１に記載し
た「コア部を構成する部材とは別の部材」に相当する。

【００２５】上記各第一、第二金属板２７、２８と、各
仕切板２９、２９と、上記各サイドプレート３４ａ、３
４ｂとは、ステンレス鋼鈑等から成る芯材の両面にＮｉ
を多く含むろう材層をメッキしたもの、或は、ステンレ
ス鋼鈑等の両面にＮｉを多く含むペースト状のろう材を
塗布したものである。或は、上記各部材２７〜２９、３
４ａ、３４ｂを単にステンレス鋼板等の金属板製とする
と共に、これら各部材２７〜２９、３４ａ、３４ｂを組
み合わせる場合にこれら各部材２７〜２９、３４ａ、３
４ｂの間にろう箔を挟み込ませる事もできる。本発明の
熱交換器である、蒸発器１２ａを造る場合には、上記各
第一、第二金属板２７、２８と、各仕切板２９、２９
と、１対のサイドプレート３４ａ、３４ｂと、前記各イ
ンナー、アウターフィン３２、１４とを、両端に１対の
サイドプレート３４ａ、３４ｂを配置した状態で組み合
わせ、治具により拘束した状態で、加熱炉中で加熱し
て、上記ろう材等により一体的にろう付け接合する。
又、この様にこれら各構成部材２７〜２９、３４ａ、３
４ｂ、３２、１４をろう付け接合するのと同時に、上記
１対のサイドプレート３４ａ、３４ｂのうち、一方のサ
イドプレート３４ａの片側面（図１、６の左側面、図２
の表側面）の下端部に、流体取り出し管２６の一端面
（図１、６、８の右端面）をろう付け接合する。

【００２６】そして、上記各構成部材を組み合わせた状
態で互いに対向する、上記各第一金属板２７、２７に設
けた第二の通孔３３、３３の内側空間と、上記各第二金
属板２８の内側空間の両端部と、上記各仕切板２２、２
２に設けた第一の通孔３１、３１の内側空間とを互いに
連通して、入口タンク部３６と出口タンク部３７とを、
それぞれ構成している。そして、本発明の場合には、こ
のうちの入口タンク部３６と、上記一方のサイドプレー
ト３４ａの上端部に設けた上側通孔３５ａとの内側に、
その内側に送り込まれた前記混合流体を前記各伝熱管素
子１３、１３の内部に設けた被加熱流路３２の端部に向
け分散しつつ流す為の流体分散部材１９ａを挿入してい
る。

【００２７】この流体分散部材１９ａは、図３〜５に詳
示する様に、上側金属板４１と下側金属板４２とを上下
に互いに重ね合わせ、接合して成る。これら各金属板４
１、４２は、長さ方向一端部（図１、６、８の左端部、
図３の表側端部、図４の下端部）に、矩形状の突部４３
を形成している。又、これら両金属板４１、４２のう
ち、下側金属板４２の上面中間部に、凹部４４を形成し
ている。この凹部４４は、上記下側金属板４２の長さ方
向（図１、６〜８の左右方向、図３の表裏方向、図４の
上下方向）両端部に設けた、それぞれが幅方向（図１、
６〜８の表裏方向、図３、４の左右方向）に長い１対の
幹部４５、４５と、これら両幹部４５、４５の間にこれ
ら両幹部４５、４５と直交する方向に互いに間隔をあけ
て設けた、複数本（図示の例の場合には５本）の枝部４
６、４６と、上記１対の幹部４５、４５のうちの一方
（図３の表側、図４の下側）の幹部４５の中間部から上
記突部４３の中間部に連続する状態で設けた入口部４７
とから成る。又、この入口部４７の底面の一部に、上記
突部４３の両側面を貫通する入口孔２３を形成してい
る。又、上記枝部４６の底面の複数個所に、上記下側金
属板４２の両側面を貫通する通孔４９、４９を形成して
いる。本例の場合、これら各通孔４９、４９の下半部
は、図５に詳示する様に、下方に向かう程拡径したラッ
パ状に形成している。そして、上記上側金属板４１と下
側金属板４２とを、上記凹部４４を除いた部分で突き合
わせた状態で、これら両金属板４１、４２同士を溶接等
により接合して、上記流体分散部材１９ａを構成してい
る。又、この流体分散部材１９ａの内側に、上記凹部４
４の内面及び上記上側金属板４１の下面により囲まれ
た、分散流路５０を形成している。

【００２８】そして、上述の様に構成する上記流体分散
部材１９ａの先半部から中間部に亙る部分を、前記コア
部１５ａの構成部材と流体取り出し管２６とをろう付け
接合した後に、上記入口タンク部３６と、前記一方のサ
イドプレート３４ａに設けた上側通孔３５ａとの内側に
挿入している。この様に挿入した状態で、この流体分散
部材１９ａの本体部分の基端面（図１、６、８の右端
面、図３の表側端面）及び突部４３は、上記上側通孔３
５ａから外部に露出している。そして、この上側通孔３
５ａから外部に露出した、上記上記流体分散部材１９ａ
の基端部と、上記一方のサイドプレート３４ａの片面
で、上記上側通孔３５ａの開口周辺部とを、アーク溶接
等の溶接により接合している。この状態で、上記流体分
散部材１９ａの下部に設けた複数の通孔４９、４９の下
端は、図７に示す様に、前記各伝熱管素子１３、１３の
内部に設けた被加熱流路３２、３２の上端に開口させて
いる。又、上記流体分散部材１９ａに設けた突部４３の
下面に、上記流体分散部材１９ａの内部に前記混合流体
を送り込む為の、図示しない配管の下流端を接続自在と
している。

【００２９】一方、前記出口タンク部３７の長さ方向一
端部（図２、８の左端部）に、前記流体取り出し管２６
の上流端を、上記一方のサイドプレート３４ａの下端部
に設けた下側通孔３５ｂを介して通じさせている。又、
上記流体取り出し管２６の下流端に、前記コア部１５ａ
内から上記混合流体を取り出す為の図示しない配管の上
流端を接続自在としている。

【００３０】上述の様に構成する本発明の熱交換器の使
用時には、図示しない配管から流体分散部材１９ａの内
側に、この流体分散部材１９ａに設けた入口孔２３を通
じて、メタノールと水との液状の混合流体を送り込む。
この流体分散部材１９ａの内部に送り込まれた混合流体
は、前記分散流路５０内を、この流体分散部材１９ａの
下部に設けた複数の通孔４９、４９に向け分散しつつ流
れた後、これら各通孔４９、４９を通じて、前記各伝熱
管素子１３、１３に設けた被加熱流路３２、３２の上端
に送り込まれる。そして、上記混合流体は、これら各被
加熱流路３２、３２内を、前記各加熱流路４０内を図
２、８の矢印α方向に流れる高温の加熱ガスとの間で熱
交換を行ないつつ、図２、８に矢印イで示す方向に流れ
て、出口タンク部３７に達する。この様に混合流体が上
記各被加熱流路３２、３２内を流れる間に、この混合流
体は、上記高温の加熱ガスとの間で熱交換を行ない、加
熱され、蒸発してガス状になる。

【００３１】そして、上記出口タンク部３７に達したガ
ス状の混合流体は、この出口タンク部３７内を、図２、
８に矢印ロで示す方向に流れた後、流体取り出し管２６
（図１、６、８）を通じて外部に流出する。この様にし
て外部に流出した混合流体は、図示しない改質装置に送
られて、水素ガスを発生する反応を起こす為に利用す
る。

【００３２】前述の様に構成し、上述の様にして混合流
体と加熱ガスとの間での熱交換を行ない、液状の混合流
体を加熱し、蒸発させる、本例の熱交換器の場合、コア
部１５ａの上端部に、内側に分散流路５０を有する流体
分散部材１９ａを設けている。この為、液状の混合流体
が、上記流体分散部材１９ａ内を、この流体分散部材１
９ａの下部に設けた複数の通孔４９、４９に向け分散し
つつ流れた後、これら各通孔４９、４９を通じて、各伝
熱管素子１３、１３の上流側端部に送り込まれる。従っ
て、液状の混合流体を、上記各伝熱管素子１３、１３に
設けた被加熱流路３２、３２の内部にほぼ均一に送り込
み事ができて、上記コア部１５ａ内に上記液状の混合流
体を、ほぼ均一に流す事ができる。従って、この混合流
体と加熱ガスとの間での熱交換性能を向上できて、この
混合流体を効率良く蒸発させる事ができる。特に、本例
の場合には、上記流体分散部材１９ａに設けた分散流路
５０に送り込まれた混合流体を、幹部４５部分から複数
本の枝部４６、４６部分に分流させる事ができる。従っ
て、上記混合流体を蒸発器１２ａに送り込んだ直後か
ら、直ちに上記コア部１５ａ内に混合流体をほぼ均一に
流す事ができて、短時間で良好な性能を得られる。しか
も、本例の場合には、上記流体分散部材１９ａの下部に
設けた複数の通孔４９、４９の下半部を、下方に向かう
程拡径するラッパ状に形成している為、上記各被加熱流
路３２、３２内に上記混合流体を、より均一に流す事が
できる。

【００３３】更に、上記流体分散部材１９ａは、蒸発器
１２ａの他の構成部材をろう付け接合した後に、溶接に
より接合する為、上記流体分散部材１９ａの下部に設け
た複数の通孔４９、４９がろう材により目詰まりする事
を防止できる。即ち、本例の場合と異なり、上記流体分
散部材１９ａを、他の構成部材と共に、コア部１５ａの
一部にろう付け接合した場合、上記流体分散部材１９ａ
の周辺に存在する溶融したろう材が、毛細管現象により
上記複数の通孔４９、４９内に進入して、これら各通孔
４９、４９で目詰まりを生じさせる可能性がある。これ
に対して、本例の場合には、上記流体分散部材１９ａ
を、蒸発器１２ａの他の構成部材をろう付け接合した後
に、この蒸発器１２ａの一部に溶接により接合する為、
上述の目詰まりを防止できる。

【００３４】更に、本例の熱交換器によれば、上記流体
分散部材１９ａの基端部を溶接により接合する部分が、
上記各伝熱管素子１３、１３の重ね合わせ方向に関して
コア部１５ａの一端に位置する、それぞれが１枚の金属
板である、第一金属板２７、２７（又は仕切板２９）の
片面にろう付け接合した、一方のサイドプレート３４ａ
の片面の一部になる為、上記流体分散部材１９ａの溶接
時に生じる熱が、上記コア部１５ａの構成部材の総てに
伝わりにくくなる。この為、これら各構成部材のろう付
け接合部で二次溶解が生じたり、これら各構成部材の一
部に熱歪みに起因する亀裂が発生するのを抑える事がで
きる。この為、溶接後にコア部１５ａを修復する作業及
び不良品の発生を抑えて、蒸発器１２ａのコスト低減を
図れる。更に、本例によれば、溶接時に生じる熱が上記
ろう付け接合部に伝わりにくくなる為、この熱によりろ
う付け接合部に存在するろう材を沸騰しにくくし、溶接
作業をろう材が沸騰しない様に注意を払いながら行なう
必要をなくして、溶接作業の効率化を図れる。更に、溶
接は、上記一方のサイドプレート３４ａと上記流体分散
部材１９ａとの、２個の部材の間でのみ行なう為、溶接
痕の見栄えを良くできる。

【００３５】次に、図９〜１０は、請求項２に対応す
る、本発明の実施の形態の第２例を示している。本例の
場合には、１対のサイドプレート３４ａ、３４ｂのう
ち、一方（図９、１０の左方）のサイドプレート３４ａ
の片面で、このインポうのサイドプレート３４ａの上端
部に設けた上側通孔３５ａの開口周辺部に、接続ブロッ
ク５１の一端面（図９、１０の右端面）をろう付け接合
している。この接続ブロックは、全体を四角筒状とした
もので、軸方向両端面同士を貫通する挿入孔５２を有す
る。そして、この挿入孔５２の内側に、流体分散部材１
９ａの本体部分をがたつきなく挿入自在としている。こ
の様な接続ブロック５１と上記流体分散部材１９ａとの
ろう付け接合は、コア部１５ａの各構成部材及び流体取
り出し管２６をろう付け接合するのと同時に行なってい
る。

【００３６】そして、上記コア部１５ａの各構成部材及
び上記流体取り出し管２６と、上記接続ブロック５１と
をろう付け接合した後に、上記コア部１５ａの上部に設
けた入口タンク部３６（図２、７、８参照）と、上記一
方のサイドプレート３４ａの上端部に設けた上側通孔３
５ａと、上記接続ブロック５１に設けた挿入孔５２との
内側に、上記流体分散部材１９ａの本体部分を挿入して
いる。又、この様に挿入した状態で、上記流体分散部材
１９ａの本体部分の基端面（図９、１０の左端面）と突
部４３、４３とを、上記接続ブロック５１の他端面（図
９、１０の左端面）から外部に露出させている。そし
て、上記本体部分の基端面及び突部４３、４３の基端部
の外周寄り部分と、上記接続ブロック５１の他端面と
を、溶接により接合している。

【００３７】上述の様に構成する本例の場合には、流体
分散部材１９ａの基端部を溶接により接合する部分が、
一方のサイドプレート３４ａの片面にろう付け接合した
接合部ロック５１の他端面となり、溶接部分が上述した
第１例の場合よりも上記コア部１５ａから離れる。この
為、溶接時に生じる熱が、コア部１５ａの構成部材の総
てに、より伝わりにくくなる。この為、溶接の熱に起因
して上記コア部１５ａで生じる不都合を、更に抑える事
ができて、蒸発器１２ａの更なるコスト低減を図れる。
その他の構成及び作用に就いては、上述した第１例の場
合と同様である為、同等部分には同一符号を付して、重
複する図示並びに説明は省略する。

【００３８】次に、図１１〜１２は、やはり請求項２に
対応する、本発明の実施の形態の第３例を示している。
本例の場合には、上述した第２例の場合と異なり、接続
ブロック５１ａの軸方向両端部外周面に１対の外向鍔部
５３ａ、５３ｂを、全周に亙り形成し、この接続ブロッ
ク５１ａの外周面の断面形状をＨ字形としている。又、
この接続ブロック５１ａの中間部に、軸方向両端面同士
を貫通する挿入孔５２を形成し、この挿入孔５２の内側
に、流体分散部材１９ｂの本体部分をがたつきなく挿入
自在としている。

【００３９】又、本例の場合には、この流体分散部材１
９ｂを構成する上側、下側両金属板４１、４２の基端部
（図１１、１２の左端部）外周面のうち、これら両金属
板４１、４２同士で対向する側面以外の部分に、コ字形
の突部５６、５６を形成している。そして、これら両金
属板４１、４２同士を重ね合わせた状態で、上記各突部
５６、５６を組み合わせる事により突き合わせ部５５
を、上記流体分散部材１９ａの基端部外周面から全周に
亙り突出する状態で形成している。この突き合わせ部５
５の片面（図１１、１２の右側面）は、上記接続ブロッ
ク５１ａの片面（図１１、１２の左側面）に突き合わせ
自在である。

【００４０】蒸発器１２ａを構成する場合には、先ず、
コア部１５ａの各構成部材と接続ブロック５１ａと流体
取り出し管２６とを組み合わせた状態で、治具により拘
束し、加熱炉中で加熱して、これら各部材同士を一体的
にろう付け接合する。次いで、上記コア部１５ａの上端
部に設けた入口タンク部１６（図２、７、８参照）と、
上記１対のサイドプレート３４ａ、３４ｂのうち、一方
のサイドプレート３４ａに設けた上側通孔３５ａと、上
記接続ブロック５１ａとの内側に、上記流体分散部材１
９ｂの本体部分を、上記突き合わせ部５５の片面が上記
接続ブロック５１ａの片面に突き当たる迄挿入する。そ
して、この状態で、上記突き合わせ部５５の外周縁と上
記一方の外向鍔部５３ａの外周縁とを、溶接により接合
する。

【００４１】上述の様に構成する本例の熱交換器の場
合、上記流体分散部材１９ｂと接続ブロック５１ａとの
溶接時に生じた熱は、この接続ブロック５１ａに設けた
一方の外向鍔部５３ａから他方の外向鍔部５３ｂに、こ
の接続ブロック５１ａの中間部に存在する、外径が小さ
くなった部分を介して伝わる。この為、溶接時に生じた
熱が、上記他方の外向鍔部５３ｂが存在する上記接続ブ
ロック５１ａの他面（図１１、１２の右側面）に伝わり
にくくなる。従って、本例によれば、溶接時に生じる熱
が蒸発器の構成部材の総てに、上述の図９〜１０に示し
た第２例の場合よりも、更に伝わりにくくなり、溶接時
の熱に起因してコア部１５ａで生じる不都合を、更に抑
える事ができて、蒸発器１２ａの更なるコスト低減を図
れる。その他の構成及び作用に就いては、上述した第２
例の場合と同様である為、重複する説明は省略する。

【００４２】又、図示は省略するが、請求項３に対応す
る熱交換器として、前述の図１〜８に示した第１例の熱
交換器で、流体分散部材１９ａの基端部と、１対のサイ
ドプレート３４ａ、３４ｂのうち、一方のサイドプレー
ト３４ａの一部とを、溶接ではなく、ろう付けにより接
合する事もできる。この様にこれら両部材１９ａ、３４
ａをろう付け接合した場合には、溶接工程を省略でき
る。この為、上記流体分散部材１９ａと一方のサイドプ
レート３４ａとのろう付け接合を、蒸発器１２ａの他の
構成部材のろう付け接合と同時に行なった場合には、蒸
発器１２ａの製造作業に要する時間を短縮できて、この
蒸発器１２ａのコスト低減を図れる。更に、この様な構
成によれば、上述の図９〜１２に示した第２〜３例の熱
交換器の場合に使用していた接続ブロック５１、５１ａ
を用いる事なく、前述した様な溶接時の熱に起因して生
じる不都合を防止できる為、蒸発器１２ａの更なるコス
ト低減を図れる。

【００４３】尚、この様に流体分散部材１９ａの一部を
ろう付け接合した場合には、前述の第１例で説明した様
に、この流体分散部材１９ａの下部に設けた複数の通孔
４９、４９内に溶融したろう材が進入して、これら各通
孔４９、４９に目詰まりを生じる可能性がある。従っ
て、この様に流体分散部材１９ａの一部を、蒸発器１２
ａの一部にろう付け接合する場合には、好ましくは、上
記各通孔４９、４９の内径を比較的大きくして、上記目
詰まりを生じにくくする。

【００４４】次に、図１３〜２０は、請求項２及び請求
項４〜５に対応する、本発明の実施の形態の第４例を示
している。本例の熱交換器である、蒸発器１２ｂは、高
温の加熱ガスをコア部１５ｂに送る為の加熱流体送り込
み用ダクト３８の端部と、同じくコア部１５ｂから取り
出す為の加熱流体取り出し用ダクト３９の端部とを、上
記蒸発器１２ｂの一部に溶接により接合する際に生じる
不都合を防止すべく発明したものである。即ち、従来
は、前述の図３１で示した様に、各伝熱管素子１３、１
３の重ね合わせ方向に対して直交する方向に関するコア
部１５の両端に、加熱流体送り込み用ダクト３８及び加
熱流体取り出し用ダクト３９の端部を溶接により接合す
る事が考えられていた。この様な従来構造では、これら
各ダクト３８、３９の端部の溶接時に生じた熱が、上記
コア部１５の構成部材の大部分に直接伝わって、このコ
ア部１５のろう付け接合部で接合不良を生じたり、この
コア部１５の一部で熱歪みに起因する亀裂が発生する可
能性があった。そして、この様な接合不良や亀裂の発生
が、蒸発器１２のコストが嵩む原因となる等の不都合が
あった。本例の熱交換器は、この様な上記各ダクト３
８、３９の溶接時の熱に起因して生じる不都合を抑える
べく発明したものである。

【００４５】本例の熱交換器である、蒸発器１２ｂは、
被加熱流体である、メタノールと水との混合流体を流す
為の扁平な流路を有する複数の伝熱管素子１３ａ、１３
ａを、隣り合う伝熱管素子１３ａ、１３ａ同士の間に第
一、第二金属板５７、５８とアウターフィン１４、１４
とを設けた状態で重ね合わせて成るコア部１５ｂを備え
る。そして、このコア部１５ｂの両端に１対のサイドプ
レート３４ａ、３４ｂを重ね合わせている。又、これら
１対のサイドプレート３４ａ、３４ｂのうち、一方のサ
イドプレート３４ａの一部に第一のケース素子である、
幅広金属板５９をろう付け接合すると共に、この幅広金
属板５９の一部に第二のケース素子である、断面略コ字
形のケース部材６０を、溶接により接合している。

【００４６】又、本例の場合には、上述した各例の場合
と異なり、上記コア部１５ｂの一部に、このコア部１５
ｂの一部の流路を流れる間に蒸発し、ガス状になった混
合流体を、更に所定温度に過熱する為の過熱部を設け
た、過熱部付蒸発器としている。この為に、本例の場合
には、上記各伝熱管素子１３ａ、１３ａの内部に、上記
混合流体を互いに逆方向に流す上流側被加熱流路６２及
び下流側被加熱流路６３と、これら両被過熱流路６２、
６３の端部同士を連結する中間被過熱流路６４とを設け
ている。

【００４７】この様な各被過熱流路６２〜６４を設ける
為に、上記各伝熱管素子１３ａ、１３ａは、それぞれが
図２０〜２１に詳示する様な形状を有する、１対の仕切
板６５と、１枚の第三金属板６６、６６とを重ね合わせ
て成る。このうちの第三金属板６６は、図２０に詳示す
る様に、全体を枠状に形成すると共に、内周面の一部
で、下方に向いた側面の幅方向一端寄り部分（図２０の
左端寄り部分）に、上下方向に長い１本の仕切り部６７
を突出形成している。そして、上記各第三金属板６６の
内側に、下端部で中間部を１８０度反対側に折り返した
Ｕ字形流路６８を形成している。このＵ字形流路６８の
一端側（図２０の右端側）半部の幅方向長さＷ_68a に対
する、同じく他端側（図２０の左端側）半部の幅方向長
さＷ_68b の比Ｗ_68b ／Ｗ_68a は、約０．１〜０．２であ
る（Ｗ_68b ／Ｗ_68a ≒０．１〜０．２）。

【００４８】更に、本例の場合には、上記各第三金属板
６６の幅方向（図２０の左右方向）両側面のそれぞれ２
箇所位置に突部６９ａ、６９ａを、これら幅方向両側面
の上下方向両端部近くから突出形成している。又、上記
各第三金属板６６の内側で、上記仕切り部６７を挟んで
両側に存在する空間に、幅方向長さが互いに異なる２枚
のインナーフィン３０ａ、３０ｂを設けている。これら
各インナーフィン３０ａ、３０ｂは、ステンレス鋼板等
の金属板を波形に形成したものである。

【００４９】又、上記各仕切板６５は、図２１に詳示す
る様に、全体を四角形状としており、上端部の幅方向片
半部（図２１の右半部）に幅方向（図２１の左右方向）
に長い第一の通孔７０を、同じく幅方向他端寄り部分
（図２１の左端寄り部分）に略半円状の第二の通孔７１
を、それぞれ形成している。又、上記各仕切板６５の下
端部に、幅方向に長い第三の通孔７２を形成している。
更に、上記各仕切板６５の幅方向（図２０の左右方向）
両側面のそれぞれ２個所位置に、上記各第三金属板６６
の場合と同様の突部６９ｂ、６９ｂを形成している。

【００５０】そして、上記１対の仕切板６５、６５と上
記第三金属板６６とを組み合わせて、前記伝熱管素子１
３ａを構成した状態で、この伝熱管素子１３ａの内側
（１対の仕切板６５、６５同士の間）で、前記Ｕ字形流
路６８のうち、幅方向長さが大きい一端側半部に相当す
る部分に前記上流側被加熱流路６２を、同じく幅方向長
さが小さい他端側半部に相当する部分に下流側被加熱流
路６３を、同じく中間部に相当する部分に中間被加熱流
路６４を、それぞれ設けている。従って、この中間被加
熱流路６４は、上記上流側、下流側両被加熱流路６２、
６３の端部同士を連結する。

【００５１】又、それぞれが上述の様に構成する、隣り
合う伝熱管素子１３ａ、１３ａの間部分の両端部に、前
記１対の第一、第二金属板５７、５８を挟持している。
これら各第一、第二金属板５７、５８は、図２２〜２３
に詳示する様に、それぞれが上記各仕切板６５、６５の
上下方向両端部と同様の形状を有する。このうちの第一
金属板５７は、図２２に詳示する様に、長さ方向片半部
（図２２の右半部）で、上記各仕切板６５、６５に設け
た第一の通孔７０と整合する位置に、第四の通孔７３を
形成している。又、上記第一金属板５７の長さ方向他端
部（図２２の左端部）で、上記各仕切板６５、６５に設
けた第二の通孔７１と整合する位置に、第五の通孔７４
を形成している。又、上記第二金属板５８の中間部で、
上記各仕切板６５、６５に設けた第三の通孔７２と整合
する位置に、第六の通孔７５を形成している。又、上記
各第一、第二金属板５７、５８の長さ方向（図２２、２
３の左右方向）両端部に、上記各第三金属板６６及び各
仕切板６５の場合と同様の１対の突部６９ｃ、６９ｄを
突出形成している。

【００５２】そして、それぞれが上述の様に構成する、
各伝熱管素子１３ａ、１３ａと各第一、第二金属板５
７、５８と、前記各インナー、アウターフィン３０ａ、
３０ｂ、１４とを互いに重ね合わせて前記コア部１５ｂ
を構成すると共に、このコア部１５ｂの両端に１対のサ
イドプレート３４ａ、３４ｂを重ね合わせている。この
場合、上側に上記各第一金属板５７を、下側に上記各第
二金属板５８を、それぞれ設ける。又、これら第一、第
二金属板５７、５８同士の間に、ステンレス鋼鈑等の金
属板を波形に形成して成る、上記アウターフィン１４を
設けている。

【００５３】又、上記各サイドプレート３４ａ、３４ｂ
は、それぞれが図２４〜２５に詳示する様に、全体を四
角形状に形成している。そして、これら各サイドプレー
ト３４ａ、３４ｂのうち、図２４に詳示した、一方のサ
イドプレート３４ａの上端部で、上記各仕切板６５、６
５に設けた第一、第二の通孔７０、７１（又は各第一金
属板５７に設けた第四、第五の通孔７３、７４）とそれ
ぞれ整合する位置に、入口側通孔７６と出口側通孔７７
とを、それぞれ形成している。これに対して、上記１対
のサイドプレート３４ａ、３４ｂのうち、図２５に詳示
した、他方のサイドプレート３４ｂには、この様な通孔
を形成していない。

【００５４】前記蒸発器１２ｂを造る場合には、上記各
第一〜第三金属板５７、５８、６６と、各仕切板６５、
６５と、前記各インナー、アウターフィン３０ａ、３０
ｂ、１４とを組み合わせてコア部１５ｂを構成すると共
に、このコア部１５ｂの両端に１対のサイドプレート３
４ａ、３４ｂを重ね合わせる。又、上記各部材５７、５
８、６６、６５、６４ａ、３４ｂ、３０ａ、３０ｂ、１
４を組み合わせた状態で、互いに重ね合わされた、各第
一〜第三金属板５７、５８、６６及び各仕切板６５、６
５に設けた各突部６９ａ〜６９ｄと、１対のサイドプレ
ート３４ａ、３４ｂの片面の幅方向両端部とを互いに重
ね合わせる。そして、この様に各部材を組み合わせた状
態で、これら各部材を治具により拘束し、加熱炉中で加
熱して、ろう材等によりろう付け接合する。この為に本
例の場合も、前述した各例の場合と同様に、第一〜第三
金属板５７、５８、６６と各仕切板６５、６５と各サイ
ドプレート３４ａ、３４ｂとを、ステンレス鋼板等から
成る芯材の両面にＮｉを多く含むろう材層をメッキした
もの等とする。又、この状態で、隣り合う伝熱管素子１
３ａ、１３ａ同士の間で、上記各アウターフィン１４が
存在する、上記各第一、第二金属板５７、５８同士の間
部分を、加熱流体である、加熱ガスを流す為の加熱流路
４０としている。

【００５５】そして、上述の様に上記各構成部材を組み
合わせた状態で互いに対向する、上記各第一金属板５７
に設けた第四の通孔７３の内側空間と、前記各上流側被
加熱流路６２の上流側端部と、上記各仕切板６５、６５
に設けた第一の通孔７０、７０の内側空間とを、互いに
連通して、入口タンク部７８を構成している。又、上記
各第一金属板５７に設けた第五の通孔７４の内側空間
と、前記各下流側被加熱流路６３の下流側端部と、前記
各仕切板６５、６５に設けた第二の通孔７１、７１の内
側空間とを、互いに連通して、出口タンク部７９を構成
している。又、上記各構成部材を組み合わせた状態で互
いに対向する、上記各第二金属板５８に設けた第六の通
孔７５の内側空間と、前記各中間被加熱流路６４と、上
記各仕切板６５、６５に設けた第三の通孔７２の内側空
間とを、互いに連通して、中間タンク部８０を構成して
いる。尚、本例の場合には、一部に各下流側被加熱流路
６３が存在する上記コア部１５ｂの幅方向一部が、前記
加熱部となる。

【００５６】そして、本例の場合には、上記コア部１５
ｂの両端にろう付け接合した１対のサイドプレート３４
ａ、３４ｂのうち、一方のサイドプレート３４ａの一部
に幅広金属板５９をろう付け接合すると共に、この幅広
金属板５９の一部に断面略コ字形のケース部材６０を、
溶接により接合している。即ち、前記各伝熱管素子１３
ａ、１３ａの重ね合わせ方向に関して上記コア部１５ｂ
の一端にろう付け接合した上記一方のサイドプレート３
４ａの片面（図１５、１９の右側面）に、幅広金属板５
９の片面（図１３、２７の裏側面、図１４の上側面、図
１５、１７の左側面、図１６の右側面）中央部を重ね合
わせ、更にろう付け接合している。この幅広金属板５９
は、図２６に詳示する様に、ステンレス鋼板等の金属板
製で、全体を四角形状に形成している。又、この幅広金
属板５９の長さ方向及び幅方向に関する長さＬ₅₉、Ｗ₅₉
は、上記一方のサイドプレート３４ａの長さ方向及び幅
方向に関する長さＬ_34a 、Ｗ_34b （図２４）よりも大き
くしている（Ｌ₅₉＞Ｌ_34a、Ｗ₅₉＞Ｗ_34b ）。又、上記
幅広金属板５９の上端寄り部分で、上記一方のサイドプ
レート３４ａに設けた入口側、出口側通孔７６、７７と
それぞれ整合する位置に、第二の入口側、出口側通孔８
１、８２を形成している。そして、前記コア部１５ｂ及
びサイドプレート３４ａ、３４ｂをろう付け接合するの
と同時に、上記一方のサイドプレート３４ａの片面に上
記幅広金属板５９の片面の中央部を重ね合わせて、ろう
付け接合している。この様にろう付け接合した状態で
は、上記幅広金属板５９の外周寄り部分（図２６に斜格
子で示す部分）に上記コア部１５ｂの四周よりも外側に
突出した突出部８３が、全周に亙り形成される。又、上
記幅広金属板５９の他面（図１３、２７の表側面、図１
４の下側面、図１５、１７の右側面、図１６の左側面）
に、接続ブロック５１ａと流体取り出し管２６ａとの端
部を、それぞれの内側を上記第二の入口側、出口側通孔
８１、８２の内側に通じさせる状態で、ろう付け接合し
ている。この様な接続ブロック５１ａ及び流体取り出し
管２６ａのろう付け接合も、上記コア部１５ｂとサイド
プレート３４ａ、３４ｂと幅広金属板５９とのろう付け
接合と同時に行なっている。

【００５７】そして、上記接続ブロック５１ａと、上記
幅広金属板５９の第二の入口側通孔８１と、上記一方の
サイドプレート３４ａに設けた入口側通孔７６と、前記
入口タンク部７８との内側に、前記混合流体を上記コア
部１５ｂに向け流す為の流体分散部材１９ｂを挿入して
いる。そして、この流体分散部材１９ｂの基端部に設け
た突き合わせ部５５の外周縁と、上記接続ブロック５１
ａの端部に設けた１対の外向鍔部５３ａ、５３ｂのう
ち、一方の外向鍔部５３ａの外周縁とを、溶接により接
合している。尚、この様な流体分散部材１９ｂ及び上記
接続ブロック５１ａの構造に就いては、前述の図１１〜
１２に示した第３例の場合と同様である為、これ以上の
詳しい説明は省略する。

【００５８】そして、本例の場合には、上記幅広金属板
５９の外周寄り部分に設けた突出部８３のうち、この幅
広金属板５９の上下両端寄りに位置する部分の片面に、
断面が略コ字形である、ケース部材６０の一部を溶接に
より接合している。このケース部材６０は、ステンレス
鋼板等の金属板をプレス成形等して造ったもので、平板
状の基板部８４の上下方向両端縁から互いに同方向に向
け直角に折れ曲がる状態で連結した上側、下側板部８
５、８６と、これら両上側、下側板部８５、８６のう
ち、上記基板部８４と反対側の端縁から互いに反対方向
に向け直角に折れ曲がる状態で連結した１対の突き合わ
せ部８７、８７とから成る。これら両突き合わせ部８
７、８７の片面（図１４の下側面、図１５、１７の右側
面、図１６の左側面、図２７の表側面）は、上記幅広金
属板５９の突出部８３のうち、この幅広金属板５９の上
下両端寄りに位置する部分の片面に突き合わせ自在とし
ている。又、上記両突き合わせ部８７、８７の片面は、
互いに同一の仮想平面上に位置している。

【００５９】そして、前記コア部１５ｂに、前記１対の
サイドプレート３４ａ、３４ｂと上記幅広金属板５９と
接続ブロックと流体取り出し管２６ａとをろう付け接合
した状態で、上記幅広金属板５９の突出部８３のうち、
この幅広金属板５９の上下両端寄りに位置する部分の片
面に、上記ケース部材６０の上下両端部に設けた各突き
合わせ部８７、８７の片面を突き合わせ、更に、これら
各突き合わせ部８７、８７の上下両端縁と上記幅広金属
板５９の上下両端縁とを、溶接により接合している。こ
の様に上記幅広金属板５９に上記ケース部材６０を溶接
により接合した状態で、上記コア部１５ｂの周囲のう
ち、前記加熱ガスの流通方向（図１４、１８、２７の左
右方向、図１５〜１７、１９の表裏方向）の両側の側面
を除く四周は、上記幅広金属板５９とケース部材６０と
により覆われる。尚、前記流体分散部材１９ｂを前記接
続ブロック５１ａに溶接により接合するのは、上記幅広
金属板５９に上記ケース部材６０を溶接により接合する
前でも、後でも良い。更に、本例の場合には、上記ケー
ス部材６０の内側面と上記コア部１５ｂの外側面との間
に空間８８を設け、この空間８８内に、酸化アルミニウ
ム等の耐熱性を有する金属をフィラメント状に編組して
成る緩衝材８９を、上記内側面と外側面との間に弾性的
に圧縮した状態で設けている。

【００６０】上述の様に構成する蒸発器１２ｂの使用時
には、コア部１５ｂに高温の加熱ガスを送り込む為の加
熱流体送り込み用ダクト３８の端部と、同じく加熱ガス
を取り出す為の加熱流体取り出し用ダクト３９の端部と
を、上記幅広金属板５９とケース部材６０との一部に、
それぞれ溶接により接合する。即ち、上記加熱流体送り
込み用ダクト３８に関しては、この加熱流体送り込み用
ダクト３８の一端開口周辺部に設けた鍔部９０の片面
（図１３、１４、１８、２７の右側面、図１７の裏側
面）を、上記ケース部材６０の基板部８４及び上側、下
側板部８５、８６の長さ方向一端縁（図１３、１４、１
８、２７の左端縁、図１７の表側端縁）と、上記幅広金
属板５９の長さ方向一端縁（図１３、１４、１８、２７
の左端縁、図１７の表側端縁）の上下方向中間部とに突
き合わせ、更にろう付け接合している。又、上記加熱流
体取り出し用ダクト３９に関しては、この加熱流体取り
出し用ダクト３９の一端開口周辺部に設けた鍔部９１の
端面を、上記ケース部材６０の基板部８４及び上側、下
側板部８５、８６の長さ方向他端縁（図１３、１４、１
８、２７の右端縁、図１６の表側端縁）と、上記幅広金
属板５９の長さ方向他端縁（図１３、１４、１８、２７
の右端縁、図１６の表側端縁）の上下方向中間部とに突
き合わせ、更にろう付け接合している。

【００６１】そして、前記蒸発器１２ｂの使用時には、
配管９２ａを通じて前記流体分散部材１９ｂの内部にメ
タノールと水との液状の混合流体を送り込むと共に、上
記加熱流体送り込み用ダクト３８を通じて、上記コア部
１５ｂに加熱ガスを送り込む。尚、本例の場合には、上
記加熱流体送り込み用ダクト３８の端部を、上記ケース
部材６０と幅広金属板５９との一部で、流体取り出し管
２６ａを設けた側の端縁に接合している為、上記加熱流
体送り込み用ダクト３８を通じて上記コア部１５ｂに送
られた加熱ガスは、このコア部１５ｂに設けた前記各下
流側被加熱流路６３の外部を通過した後、前記各上流側
被加熱流路６２の外部を通過する。言い換えれば、加熱
ガスの流通方向αに関してコア部１５ｂの上流側に、上
流側、下流側各被加熱流路６２、６３のうち、下流側の
混合流体が流れる下流側被加熱流路６３を設けている。

【００６２】そして、上記流体供給部材１９ｂの内部に
送り込まれた混合流体は、この流体分散部材１９ｂの内
側に設けた分散流路５０（図１５）を流れた後、この流
体供給部材１９ｂの下部に設けた複数の通孔４９（図３
等参照）を通じて、前記各伝熱管素子１３ａ、１３ａに
設けた上流側被加熱流路６２の内側に送り込まれる。そ
して、上記混合流体は、これら各上流側被加熱流路６２
内を、前記各第一、第二金属板５７、５８同士の間部分
に設けた各加熱流路４０内を図１９の矢印α方向に流れ
る高温の加熱ガスとの間で熱交換を行ないつつ、前記中
間タンク部８０に向け、同図に矢印イで示す方向に流れ
る。この様に混合流体が上記各上流側被加熱流路６２内
を流れる間に、この混合流体は、上記加熱ガスとの間で
熱交換を行なう為、約１００度に加熱され、蒸発してガ
ス状になる。

【００６３】上記中間タンク部８０に達したガス状の混
合流体は、続いて、この中間タンク部５０内を、前記各
下流側被加熱流路６３に向け、同図に矢印ロで示す方向
に流れる。そして、上記混合流体は、これら各下流側被
加熱流路６３内を、上記熱交換を行ないつつ、前記出口
タンク部７９に向け、同図に矢印ハで示す方向に流れ
る。この様に上記混合流体が各下流側被加熱流路６３内
を流れる間に、この混合流体は、上記熱交換により過熱
されて、約１６０℃の所定温度になる。そして、上記出
口タンク部７９に送られた上記混合流体は、この出口タ
ンク部７９内を同図に矢印ニで示す方向に流れた後、前
記流体取り出し管２６ａを通じて外部に流出し、配管９
２ｂを通じて図示しない改質装置に送られる。

【００６４】前述の様に構成し、上述の様にして混合流
体と加熱ガスとの間での熱交換を行ない、液状の混合流
体を蒸発させ、更に所定温度に過熱する、本例の熱交換
器の場合、複数の伝熱管素子１３ａ、１３ａの一部によ
り、混合流体を互いに反対方向に流す為の上流側、下流
側両被加熱流路６２、６３の端部同士を連結する、中間
被加熱流路６４を構成している。この為、本発明によれ
ば、上記混合流体を蒸発させ、更に所定温度に過熱する
為に、互いに別体の蒸発器と加熱器とを一体的に接合す
る必要がなくなると共に、燃料電池全体での部品点数の
削減できて、しかも回路を簡略化できる。

【００６５】更に、本例の場合には、加熱ガスの流通方
向αに関してコア部１５ｂの上流側に、上流側、下流側
各被加熱流路６２、６３のうち、下流側の混合流体が流
れる下流側被加熱流路６３を設けている。この為、比較
的高温の加熱ガスと比較的高温の混合流体とを、比較的
低温になった加熱ガスと比較的低温の混合流体とを、そ
れぞれ互いに熱交換させる事ができる。この為、上記各
下流側被加熱流路６３内で、蒸発した上記混合流体を、
より所定温度に過熱し易くできる。更に、過熱ガスを、
図１９の矢印α方向と反対方向に流す場合に比べて、上
記上流側、下流側各被加熱流路６２、６３と、各加熱流
路４０とを仕切る為に設ける一部の構成部材（仕切板６
５）の両側での温度差を小さくする事ができる。従っ
て、これら構成部材で生じる熱応力を小さく抑えて、蒸
発器１２ｂの耐久性を十分に確保できる。

【００６６】更に、本例の場合には、加熱ガスを上記コ
ア部１５ｂに向け送る為の加熱流体送り込み用ダクト３
８の端部と、同じく上記コア部１５ｂから取り出す為の
加熱流体取り出し用ダクト３９の端部とを、幅広金属板
５９とケース部材６０との長さ方向両端縁に溶接により
接合する事ができる。このうちのケース部材６０の内側
面と上記コア部１５ｂの外側面との間には、空間８８が
形成されている。又、上記幅広金属板５９は、上記コア
部１５ｂの一端に位置する一方のサイドプレート３４ａ
の片面のみに接しており、且つ、この幅広金属板５９の
長さ方向両端縁が存在する突出部８３は、上記コア部１
５ｂの四周から外側に突出する状態で設けている。この
為、上記各ダクト３８、３９の溶接時に生じる熱が、上
記コア部１５ｂの構成部材の総てに伝わりにくくなる。
従って、本例によれば、上記各ダクト３８、３９の溶接
時の熱に起因して、蒸発器１２ｂのろう付け接合部で二
次溶解が生じたり、この蒸発器１２ｂの各構成部材の一
部に熱歪みに起因する亀裂が発生するのを抑える事がで
きる。従って、溶接後にコア部１５ｂを修復する作業及
び不良品の発生を抑えて、蒸発器１２ｂのコスト低減を
図れる。更に、溶接時の熱によりろう付け接合部に存在
するろう材を沸騰しにくくできて、溶接作業の効率化を
図れる。

【００６７】更に、本例の場合には、上記ケース部材６
０の内側面と上記コア部１５ｂの外側面との間に緩衝材
８９を、弾性的に圧縮する状態で設けている。この為、
上記ケース部材６０の内側で、上記コア部１５ｂの本体
部分ががたつくのを防止できて、蒸発器１２ｂの耐久性
を十分に確保できる。

【００６８】尚、本例の場合には、上記一方のサイドプ
レート３４ａの片面に幅広金属板５９をろう付け接合
し、この幅広金属板５９の一部にケース部材６０の一部
を、溶接により接合している。但し、請求項４、５に記
載した熱交換器の場合、上記一方のサイドプレート３４
ａの外周寄り部分に、コア部１５の他の部分の四周より
も外側に突出させた突出部を設けて、この一方のサイド
プレート３４ａを、請求項４に記載した幅広金属板とす
る事もできる。即ち、この場合には、上記一方のサイド
プレート３４ａに設けた突出部の一部にケース部材６０
の一部を、溶接により接合する。この様な構成とした場
合には、上記一方のサイドプレート３４ａと別体の幅広
金属板を設ける必要がなくなる為、部品点数の削減を図
れる。

【００６９】

【発明の効果】本発明の熱交換器は、以上に述べた通り
構成され作用する為、構成部材同士をろう付け接合して
成るコア部を有し、且つ、このコア部に他の部品を結合
して使用する構造で、溶接時の熱に起因して生じる不都
合を抑えて、安価な構造を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の第１例を示す略斜視図。

【図２】第１例の熱交換器を、一部を省略した状態で示
す分解斜視図。

【図３】第１例に用いる流体分散部材を示す分解斜視
図。

【図４】流体分散部材を、下側金属板部分の厚さ方向中
間部で切断して示す図。

【図５】図４のＡ−Ａ断面図。

【図６】流体分散部材と流体取り出し管とを、コア部に
結合する直前の状態を示す略斜視図。

【図７】図１のＢ−Ｂ断面図。

【図８】メタノールと水との混合流体が流れる状態を説
明する為に用いる略透視斜視図。

【図９】本発明の実施の形態の第２例を示す略斜視図。

【図１０】第２例で、流体分散部材と流体取り出し管と
接続ブロックとを、コア部に結合する直前の状態を示す
略斜視図。

【図１１】本発明の実施の形態の第３例を示す、図１０
に相当する図。

【図１２】同じく図９のＣ−Ｃ断面に相当する図。

【図１３】本発明の実施の形態の第４例を、加熱流体送
り込み用ダクトと加熱流体取り出し用ダクトとを結合し
た状態で示す図。

【図１４】上半部に横断面を、下半部に図１３の上方か
ら見た状態を、それぞれ示す図。

【図１５】図１３のＤ−Ｄ断面を簡略化して示す図。

【図１６】図１３の右方から見た図。

【図１７】同じく左方から見た図。

【図１８】図１７のＥ−Ｅ断面図。

【図１９】コア部の分解斜視図。

【図２０】第三金属板を示す図。

【図２１】仕切板を示す図。

【図２２】第一金属板を示す図。

【図２３】第二金属板を示す図。

【図２４】一方のサイドプレートを示す図。

【図２５】他方のサイドプレートを示す図。

【図２６】幅広金属板を示す図。

【図２７】蒸発器の一部を分解すると共に、両側に加熱
流体送り込み用ダクト及び加熱流体取り出し用ダクトを
設けた状態を示す略斜視図。

【図２８】燃料電池の発電原理を説明する為に使用す
る、セルの略断面図。

【図２９】従来構造の１例を、一部を分解した状態で示
す略斜視図。

【図３０】従来構造の１例で用いる流体分散部材を示す
分解斜視図。

【図３１】従来構造の一部に、加熱流体送り込み用ダク
トと加熱流体取り出し用ダクトとの端部を結合する直前
の状態を示す略斜視図。

【符号の説明】

１セル２電解質３水素極４空気極５薄膜６第一反応室７水素供給口８水素還流口９第二反応室１０酸素供給口１１排気口１２、１２ａ、１２ｂ蒸発器１３、１３ａ伝熱管素子１４アウターフィン１５、１５ａ、１５ｂコア部１６入口タンク部１７出口タンク部１８ａ、１８ｂ開口１９、１９ａ、１９ｂ流体分散部材２０上側部材２１下側部材２２端部部材２３入口孔２４分散流路２５通孔２６、２６ａ流体取り出し管２７第一金属板２８第二金属板２９仕切板３０、３０ａ、３０ｂインナーフィン３１第一の通孔３２被加熱流路３３第二の通孔３４ａ、３４ｂサイドプレート３５ａ上側通孔３５ｂ下側通孔３６入口タンク部３７出口タンク部３８加熱流体送り込み用ダクト３９加熱流体取り出し用ダクト４０加熱流路４１上側金属板４２下側金属板４３突部４４凹部４５幹部４６枝部４７入口部４９通孔５０分散流路５１、５１ａ接続ブロック５２挿入孔５３ａ、５３ｂ外向鍔部５４鍔部５５突き合わせ部５６突部５７第一金属板５８第二金属板５９幅広金属板６０ケース部材６２上流側被加熱流路６３下流側被加熱流路６４中間被加熱流路６５仕切板６６第三金属板６７仕切り部６８Ｕ字形流路６９ａ、６９ｂ〜６９ｄ突部７０第一の通孔７１第二の通孔７２第三の通孔７３第四の通孔７４第五の通孔７５第六の通孔７６入口側通孔７７出口側通孔７８入口タンク部７９出口タンク部８０中間タンク部８１第二の入口側通孔８２第二の出口側通孔８３突出部８４基板部８５上側板部８６下側板部８７突き合わせ部８８空間８９緩衝材９０、９１鍔部９２ａ、９２ｂ配管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｍ 8/04 Ｈ０１Ｍ 8/04 Ｎ 8/06 8/06 ＧＡ (72)発明者吉田宏行東京都中野区南台５丁目24番15号カルソニックカンセイ株式会社内 (72)発明者亀田英信東京都中野区南台５丁目24番15号カルソニックカンセイ株式会社内Ｆターム(参考） 3L065 BA15 DA13 3L103 AA01 BB01 BB50 CC18 CC22 DD15 DD17 DD53 DD55 4G040 EA02 EA06 EB03 EB46 4G140 EA02 EA06 EB03 EB46 5H027 AA02 BA01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被加熱流体を流す為の扁平な流路を有す
る複数の伝熱管素子を、隣り合う伝熱管素子同士の間に
アウターフィンを設けた状態で重ね合わせた状態で、上
記各伝熱管素子及び各アウターフィン同士をろう付け接
合して成るコア部と、このコア部の上端部に設けられた
入口タンク部と、この入口タンク部の内側に挿入され
て、内側に送り込まれた液状の被加熱流体を上記複数の
流路の端部に向け分散しつつ流す為の分散流路を有する
流体分散部材と、この流体分散部材の下部で、上記分散
流路と対向する部分の複数個所に、上記流体分散部材の
内、外を連通させる状態で設けられた複数の通孔とを備
え、上記各伝熱管素子に設けた流路内に被加熱流体を流
通させると共に、上記各伝熱管素子の外部に加熱流体を
通過させる状態で使用する熱交換器に於いて、上記入口
タンク部は、上記各伝熱管素子の重ね合わせ方向に設け
ており、この入口タンク部の内側に、上記流体分散部材
の先半部から中間部に亙る部分を挿入すると共に、上記
流体分散部材の基端部で、上記コア部の外部に露出する
部分と、上記各伝熱管素子の重ね合わせ方向に関して上
記コア部の一端に位置する１枚の金属板、又はこの重ね
合わせ方向に関して上記コア部の一端よりもこのコア部
の外側に結合する状態で設けられた、このコア部を構成
する部材とは別の部材の片面とを、溶接により接合して
いる事を特徴とする熱交換器。
【請求項２】被加熱流体を流す為の扁平な流路を有す
る複数の伝熱管素子を、隣り合う伝熱管素子同士の間に
アウターフィンを設けた状態で重ね合わせた状態で、上
記各伝熱管素子及び各アウターフィン同士をろう付け接
合して成るコア部と、このコア部の上端部に設けられた
入口タンク部と、この入口タンク部の内側に挿入され
て、内側に送り込まれた液状の被加熱流体を上記複数の
流路の端部に向け分散しつつ流す為の分散流路を有する
流体分散部材と、この流体分散部材の下部で、上記分散
流路と対向する部分の複数個所に、上記流体分散部材の
内、外を連通させる状態で設けられた複数の通孔とを備
え、上記各伝熱管素子に設けた流路内に被加熱流体を流
通させると共に、上記各伝熱管素子の外部に加熱流体を
通過させる状態で使用する熱交換器に於いて、流体分散
部材の先半部から中間部に亙る部分を、入口タンク部の
内側に挿入すると共に、コア部の一部、又はこのコア部
に結合する状態で設けられた、このコア部を構成する部
材とは別の部材の一部に、上記流体分散部材の一部を、
ろうづけのみにより接合している、請求項１に記載した
熱交換器。
【請求項３】被加熱流体を流す為の扁平な流路を有す
る複数の伝熱管素子を、隣り合う伝熱管素子同士の間に
アウターフィンを設けた状態で重ね合わせた状態で、上
記各伝熱管素子及び各アウターフィン同士をろう付け接
合して成るコア部を備え、上記各伝熱管素子に設けた流
路内に被加熱流体を流通させると共に、上記各伝熱管素
子の外部に加熱流体を通過させる状態で使用する熱交換
器に於いて、上記各伝熱管素子の重ね合わせ方向に関し
て上記コア部の一端よりもこのコア部の外側に結合する
状態で設けられた、その外周寄り部分に上記コア部の四
周よりも外側に突出した突出部を有する第一のケース素
子と、上記コア部に関してこの第一のケース素子と反対
側に設けられた第二のケース素子とを備え、この第二の
ケース素子の一部と、上記第一のケース素子に設けた突
出部の一部とを溶接により接合する事により、これら第
一のケース素子と第二のケース素子とにより上記コア部
の周囲の一部を覆っている事を特徴とする熱交換器。
【請求項４】第二のケース素子の内側面とコア部の外
側面との間に、耐熱性を有する材料から成る緩衝材を、
弾性的に圧縮する状態で設けた、請求項３に記載した熱
交換器。