JP2003287386A - 触媒付き熱交換器 - Google Patents

触媒付き熱交換器

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tube
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Kazue Yoshida
一恵 吉田
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宏行 吉田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、内部に流体通路が形成される板状
のチューブの間に形成される空間部に、触媒が担持され
るアウターフィンを配置してなる触媒付き熱交換器に関
し、外部からの気体を供給するダクトを不要にすること
を目的とする。 【解決手段】 チューブ２５，２７に気体流出部３１
ｄ、３５ｄを突出形成し、隣接するチューブ２５，２７
の気体流出部３１ｄ、３５ｄを相互に連通するととも
に、気体流出部３１ｄ、３５ｄに空間部４１に気体Ａを
流出する流出穴４５を形成し、コア部１１の一側端に位
置するチューブ２５に、気体流出部３１ｄ、３５ｄに連
通し外部からの気体Ａが供給される気体供給部２９ｄを
形成してなることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、内部に流体通路が
形成される板状のチューブの間に形成される空間部に、
触媒が担持されるアウターフィンを配置してなる触媒付
き熱交換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】近時、燃料電池を用いた自動車の開発が
行われており、このような燃料電池自動車の開発では、
例えば、メタノールから水素を効率的に得るためのメタ
ノール改質器の開発が行われている。そして、メタノー
ル改質器から出た改質ガスは、水素ガスは豊富である
が、望ましくない一酸化炭素（ＣＯ）を含むため、これ
を無毒濃度まで減少させる必要がある。
【０００３】図１０は、一酸化炭素除去装置を概略的に
示すもので、この一酸化炭素除去装置では、前熱交換器
としての選択酸化反応器（ＰＲＯＸ）１の下流側に、ダ
クトＤを介して２台の選択酸化反応器（ＰＲＯＸ）２が
直列に接続されている。そして、２台の選択酸化反応器
２の入口側に、それぞれ酸素供給管３が開口されてい
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな一酸化炭素除去装置では、２台の選択酸化反応器２
の入口側に、ダクトＤを介して、それぞれ酸素供給管３
を開口しているため、部品点数が増大し、組み付け工数
が増大するという問題があった。
【０００５】本発明は、かかる従来の問題を解決するた
めになされたもので、外部からの気体を供給するダクト
を不要にすることができる触媒付き熱交換器を提供する
ことを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】請求項１の触媒付き熱交
換器は、内部に流体通路が形成される板状のチューブを
複数積層するとともに、前記チューブの間に形成される
空間部に、触媒が担持されるアウターフィンを配置して
コア部を形成し、前記チューブに連通するタンクを設け
てなる触媒付き熱交換器において、前記チューブに気体
流出部を突出形成し、隣接するチューブの気体流出部を
相互に連通するとともに、前記気体流出部に前記空間部
に気体を流出する流出穴を形成し、前記コア部の一側端
に位置する前記チューブに、前記気体流出部に連通し外
部からの気体が供給される気体供給部を形成してなるこ
とを特徴とする。
【０００７】請求項２の触媒付き熱交換器は、請求項１
記載の触媒付き熱交換器において、前記チューブには、
前記気体流出部が、前記空間部を流通する気体の流通方
向に直交する方向に所定間隔を置いて複数形成されてい
ることを特徴とする。請求項３の触媒付き熱交換器は、
請求項１または請求項２記載の触媒付き熱交換器におい
て、前記チューブには、前記気体流出部が、前記空間部
を流通する気体の流通方向に間隔を置いて複数形成され
ていることを特徴とする。
【０００８】請求項４の触媒付き熱交換器は、請求項１
ないし請求項３のいずれか１項記載の触媒付き熱交換器
において、前記空間部を流通する気体は一酸化炭素を含
む改質ガスであり、前記気体供給部から供給される気体
は空気であり、前記アウターフィンに担持される触媒は
一酸化炭素酸化触媒であることを特徴とする。請求項５
の触媒付き熱交換器は、請求項１ないし請求項４のいず
れか１項記載の触媒付き熱交換器において、前記チュー
ブは、チューブシートからなり、前記タンクは、前記チ
ューブシートに突出形成されるタンク形成部を相互に連
通して形成されていることを特徴とする。
【０００９】（作用）請求項１の触媒付き熱交換器で
は、コア部の一側端に位置するチューブの気体供給部に
供給された外部からの気体が、チューブに突出形成され
る気体流出部の流出穴から、触媒が担持されるアウター
フィンが配置される空間部に流出される。請求項２の触
媒付き熱交換器では、チューブには、気体流出部が、空
間部を流通する気体の流通方向に直交する方向に所定間
隔を置いて複数形成され、各気体流出部の流出穴から、
気体供給部からの気体が流出される。
【００１０】請求項３の触媒付き熱交換器では、チュー
ブには、気体流出部が、空間部を流通する気体の流通方
向に間隔を置いて複数形成され、各気体流出部の流出穴
から、気体供給部からの気体が流出される。請求項４の
触媒付き熱交換器では、空間部を流通する一酸化炭素を
含む改質ガスに、気体供給部から供給される空気が混合
され、アウターフィンに担持される一酸化炭素酸化触媒
を介して、改質ガスの一酸化炭素が酸化され二酸化炭素
になる。
【００１１】請求項５の触媒付き熱交換器では、タンク
が、チューブシートに突出形成されるタンク形成部を相
互に連通して形成される。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細を図面に示す
実施形態について説明する。
【００１３】図１および図２は、本発明の触媒付き熱交
換器の一実施形態を示している。この実施形態では、本
発明が、選択酸化反応器（ＰＲＯＸ）に適用される。こ
の実施形態の触媒付き熱交換器は、コア部１１の上側お
よび下側に、例えば、アルミニウムからなるサイドプレ
ート１３，１５を配置して構成されている。
【００１４】そして、コア部１１および下側のサイドプ
レート１５が、例えば、アルミニウムからなる矩形状の
ケーシング１７内に収容されている。ケーシング１７に
は、一対の対向する側面部に、改質ガスの流入口１７ａ
および流出口１７ｂが形成されている。ケーシング１７
の上端には、フランジ部１７ｃが形成され、このフラン
ジ部１７ｃに上側のサイドプレート１３がろう付けされ
ている。
【００１５】上側のサイドプレート１３には、冷却水の
入口パイプ１９および出口パイプ２１が開口されてい
る。この触媒付き熱交換器では、ケーシング１７の流入
口１７ａから流入した改質ガスＧが、コア部１１を通過
した後、流出口１７ｂから流出される。そして、上側の
サイドプレート１３には、外部から空気を供給するため
の空気供給パイプ２３が開口されている。
【００１６】この空気供給パイプ２３は、サイドプレー
ト１３の改質ガスＧの流入側および中間部に、間隔を置
いて２本配置されている。コア部１１は、内部に冷却水
通路が形成される板状のチューブシート２５，２７を複
数積層して形成されている。図３は、上側のサイドプレ
ート１３に隣接するチューブシート２５を示すもので、
このチューブシート２５は、例えば、アルミニウムから
なる第１のシート部材２９と第２のシート部材３１との
間に、例えば、アルミニウムからなるインナーフィン３
３を配置して構成されている。
【００１７】第１のシート部材２９の外周には、第２の
シート部材３１の外周のカシメ部３１ａがカシメ固定さ
れている。第１のシート部材２９の両側には、上側のサ
イドプレート１３側に突出してタンク形成部２９ａが形
成されている。一方のタンク形成部２９ａには、サイド
プレート１３に形成される貫通穴１３ａを介して、冷却
水の入口パイプ１９に連通される流入口２９ｂが形成さ
れている。
【００１８】他方のタンク形成部２９ａには、サイドプ
レート１３に形成される貫通穴１３ｂを介して、冷却水
の出口パイプ２１に連通される流出口２９ｃが形成され
ている。そして、第１のシート部材２９の改質ガスＧの
流入側および中間部には、タンク形成部２９ａに直交す
る方向に空気供給部２９ｄが形成されている。
【００１９】この空気供給部２９ｄには、サイドプレー
ト１３に形成される貫通穴１３ｃを介して、空気供給パ
イプ２３に連通される流入口２９ｅが形成されている。
第２のシート部材３１の両側には、上側のサイドプレー
ト１３と反対側に突出してタンク形成部３１ｂが形成さ
れている。このタンク形成部３１ｂには、隣接するチュ
ーブシート２７に連通される連通穴３１ｃが形成されて
いる。
【００２０】そして、第２のシート部材３１の改質ガス
Ｇの流入側および中間部には、タンク形成部３１ｂに直
交する方向に空気流出部３１ｄが形成されている。この
空気流出部３１ｄは、改質ガスＧの流れ方向に直交する
方向に間隔を置いて複数形成されている。図４は、上側
のサイドプレート１３に隣接するチューブシート２５よ
り下側に配置されるチューブシート２７を示すもので、
このチューブシート２７は、例えば、アルミニウムから
なる第３のシート部材３５と第２のシート部材３１との
間に、例えば、アルミニウムからなるインナーフィン３
３を配置して構成されている。
【００２１】第３のシート部材３５の外周には、第２の
シート部材３１のカシメ部３１ａがカシメ固定されてい
る。第３のシート部材３５の両側には、上側に突出して
タンク形成部３５ｂが形成されている。
【００２２】このタンク形成部３５ｂには、隣接するチ
ューブシート２７に連通される連通穴３５ｃが形成され
ている。そして、第３のシート部材３５の改質ガスＧの
流入側および中間部には、タンク形成部３５ｂに直交す
る方向に空気流出部３５ｄが形成されている。この空気
流出部３５ｄは、改質ガスＧの流れ方向に直交する方向
に間隔を置いて複数形成されている。
【００２３】そして、第３のシート部材３５にカシメ固
定される第２のシート部材３１は、図３に示した第２の
シート部材３１と同様に形成されている。図１に示した
ように、上側のサイドプレート１３とチューブシート２
５との間、および下側のサイドプレート１５とチューブ
シート２７の間には、例えば、アルミニウムからなる波
状のアウターフィン３７が一段配置されている。
【００２４】また、チューブシート２５，２７の間に
は、仕切板３９を介して、アウターフィン３７が２段配
置されている。アウターフィン３７および仕切板３９に
は、改質ガスＧから一酸化炭素を効率的に酸化するため
の一酸化炭素酸化触媒が担持されている。図５は、冷却
水の入口側の通路の詳細を示すもので、冷却水の入口パ
イプ１９からの冷却水Ｗは、チューブシート２５，２７
に形成されるタンク形成部２９ａ，３１ｂ，３５ｂを通
り、各チューブシート２５，２７に流入される。
【００２５】図６は、空気供給パイプ２３から供給され
た空気Ａの通路の詳細を示すもので、空気供給パイプ２
３からの空気Ａは、チューブシート２５に形成される空
気供給部２９ｄを通り、各チューブシート２５，２７に
形成される空気流出部３１ｄ，３５ｄから、アウターフ
ィン３７が配置される空間部４１に流出される。すなわ
ち、図７に示すように、各チューブシート２５，２７の
空気流出部３１ｄ，３５ｄの端面には、隣接するチュー
ブシート２５，２７の空気流出部３１ｄ，３５ｄを連通
するための連通穴４３が形成されている。
【００２６】また、各空気流出部３１ｄ，３５ｄには、
複数の流出穴４５が形成されており、空気流出部３１
ｄ，３５ｄに流入した空気Ａが、この流出穴４５を通
り、アウターフィン３７が配置される空間部４１に流出
される。上述した触媒付き熱交換器は、各部材を組み付
けた状態で、熱処理炉内に収容し、焼き付けを行うこと
により、各部材が相互にろう付けされる。
【００２７】そして、ろう付け後に、空間部４１に、一
酸化炭素酸化触媒を流し込むことにより、空間部４１に
配置されるアウターフィン３７および仕切板３９に一酸
化炭素酸化触媒が担持される。そして、この時に、空気
流出部３１ｄ，３５ｄの流出穴４５が一酸化炭素酸化触
媒により詰まる可能性があるため、一酸化炭素酸化触媒
の塗布後に、空気供給部２９ｄに圧縮空気が供給され、
空気流出部３１ｄ，３５ｄの流出穴４５から一酸化炭素
酸化触媒が吹き飛ばされて除去される。
【００２８】上述した触媒付き熱交換器では、図８に示
すように、メタノール改質器から出た改質ガスＧが、ア
ウターフィン３７（図示せず）が配置される空間部４１
に導入される。空間部４１に導入された改質ガスＧに
は、空間部４１の入口部および中間部において、チュー
ブシート２５，２７の空気流出部３１ｄ，３５ｄに形成
される流出穴４５から空気Ａ（酸素）が混合され、空間
部４１に配置されるアウターフィン３７および仕切板３
９に担持される一酸化炭素酸化触媒により、改質ガスＧ
に含まれる一酸化炭素が効率的に酸化される。
【００２９】また、チューブシート２５，２７の内部を
流通する冷却水Ｗにより、アウターフィン３７および仕
切板３９を通過する改質ガスＧが冷却され、より効率的
な酸化が行われる。なお、図９は、図８の改質ガスＧと
外部から供給される空気Ａの流れを模式的に示してい
る。
【００３０】上述した触媒付き熱交換器では、コア部１
１のサイドプレート１３側端に位置するチューブシート
２５の空気供給部２９ｄに供給された外部からの空気Ａ
を、チューブシート２５，２７に突出形成される空気流
出部３１ｄ，３５ｄの流出穴４５から、触媒が担持され
るアウターフィン３７が配置される空間部４１に流出す
るようにしたので、外部からの空気Ａを供給するダクト
を不要にすることができる。
【００３１】従って、部品点数が減少し、組み付け工数
を低減することができる。また、ダクトと選択酸化反応
器との接合部位がなくなるため漏れに対する信頼性を向
上することができる。さらに、選択酸化反応器内に空気
供給機構を直接付加することができるため、製造コスト
を低減することができる。
【００３２】そして、上述した触媒付き熱交換器では、
空気流出部３１ｄ，３５ｄを、空間部４１を流通する空
気Ａの流通方向に直交する方向に所定間隔を置いて複数
形成したので、空間部４１を流通する改質ガスＧに、空
気供給部２９ｄからの空気Ａを均一に混合することがで
きる。また、上述した触媒付き熱交換器では、空気流出
部３１ｄ，３５ｄを、空間部４１を流通する改質ガスＧ
の流通方向に間隔を置いて形成したので、空間部４１を
流通する改質ガスＧの上流側および下流側において、空
気供給部２９ｄからの空気Ａを供給することができる。
【００３３】そして、これにより、空間部４１を流通す
る改質ガスＧに含まれる一酸化炭素を効率的に酸化し
て、二酸化炭素にすることができる。なお、上述した実
施形態では、選択酸化反応器（ＰＲＯＸ）からなる触媒
付き熱交換器に本発明を適用した例について説明した
が、本発明はかかる実施形態に限定されるものではな
く、触媒が担持されるアウターフィンを通過する気体
に、外部からの気体を供給する構成の触媒付き熱交換器
に広く適用することができる。
【００３４】また、上述した実施形態では、空気流出部
３１ｄ，３５ｄを、空間部４１を流通する改質ガスＧの
流通方向に間隔を置いて２箇所に形成した例について説
明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるもので
はなく、例えば、１箇所でも良く、また、３箇所以上で
あっても良い。さらに、上述した実施形態では、２枚の
シート部材２９，３１からなるチューブシート２５，２
７によりチューブを形成した例について説明したが、本
発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、例え
ば、１枚のシート部材を巻回して形成しても良い。
【００３５】また、上述した実施形態では、チューブシ
ート２５，２７に突出形成されるタンク形成部２９ａ，
３１ｂ，３５ｂを相互に連通してタンクを形成した例に
ついて説明したが、本発明はかかる実施形態に限定され
るものではなく、例えば、コア部の両側に別途タンクを
配置しても良い。
【００３６】
【発明の効果】以上述べたように、請求項１の触媒付き
熱交換器では、コア部の一側端に位置するチューブの空
気供給部に供給された外部からの空気を、チューブに突
出形成される空気流出部の流出穴から、触媒が担持され
るアウターフィンが配置される空間部に流出するように
したので、外部からの空気を供給するダクトを不要にす
ることができる。
【００３７】請求項２の触媒付き熱交換器では、空気流
出部を、空間部を流通する空気の流通方向に直交する方
向に所定間隔を置いて複数形成したので、空間部を流通
する空気に、空気供給部からの空気を均一に混合するこ
とができる。請求項３の触媒付き熱交換器では、空気流
出部を、空間部を流通する空気の流通方向に間隔を置い
て複数形成したので、空間部を流通する空気の上流側お
よび下流側において、空気供給部からの空気を供給する
ことができる。
【００３８】請求項４の触媒付き熱交換器では、空間部
を流通する改質ガスに含まれる一酸化炭素を効率的に酸
化して、二酸化炭素にすることができる。請求項５の触
媒付き熱交換器では、チューブシートに突出形成される
タンク形成部を相互に連通してタンクを形成したので、
別部材によりタンクを形成する必要がなくなり、部品点
数を削減し、組立工数を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の触媒付き熱交換器の一実施形態を示す
分解斜視図である。
【図２】図１の触媒付き熱交換器を示す斜視図である。
【図３】図１の触媒付き熱交換器の空気供給部側のチュ
ーブシートを示す分解斜視図である。
【図４】図１の触媒付き熱交換器の空気供給部側のチュ
ーブシートを除いたチューブシートを示す分解斜視図で
ある。
【図５】図２の触媒付き熱交換器のＣ−Ｃ線に沿う一部
断面図である。
【図６】図２の触媒付き熱交換器のＢ−Ｂ線に沿う一部
断面図である。
【図７】図６の空気供給部およびこの近傍を拡大して示
す断面図である。
【図８】図２の触媒付き熱交換器のＡ平面に沿う一部断
面図である。
【図９】図１の触媒付き熱交換器の動作を概略的に示す
説明図である。
【図１０】選択酸化反応器を用いた一酸化炭素除去装置
を概略的に示す説明図である。
【符号の説明】
１１ コア部 ２５，２７ チューブシート ２９ｄ 空気供給部 ２９ａ，３１ｂ，３５ｂ タンク形成部 ３１ｄ，３５ｄ 空気流出部 ３７ アウターフィン ４１ 空間部 ４５ 流出穴 Ａ 空気 Ｇ 改質ガス Ｗ 冷却水

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 内部に流体通路が形成される板状のチュ
    ーブ（２５，２７）を複数積層するとともに、前記チュ
    ーブ（２５，２７）の間に形成される空間部（４１）
    に、触媒が担持されるアウターフィン（３７）を配置し
    てコア部（１１）を形成し、前記チューブ（２５，２
    ７）に連通するタンク（２９ａ，３１ｂ，３５ｂ）を設
    けてなる触媒付き熱交換器において、 前記チューブ（２５，２７）に気体流出部（３１ｄ、３
    ５ｄ）を突出形成し、隣接するチューブ（２５，２７）
    の気体流出部（３１ｄ、３５ｄ）を相互に連通するとと
    もに、前記気体流出部（３１ｄ、３５ｄ）に前記空間部
    （４１）に気体（Ａ）を流出する流出穴（４５）を形成
    し、前記コア部（１１）の一側端に位置する前記チュー
    ブ（２５）に、前記気体流出部（３１ｄ、３５ｄ）に連
    通し外部からの気体（Ａ）が供給される気体供給部（２
    ９ｄ）を形成してなることを特徴とする触媒付き熱交換
    器。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の触媒付き熱交換器におい
    て、 前記チューブ（２５，２７）には、前記気体流出部（３
    １ｄ、３５ｄ）が、前記空間部（４１）を流通する気体
    （Ｇ）の流通方向に直交する方向に所定間隔を置いて複
    数形成されていることを特徴とする触媒付き熱交換器。
  3. 【請求項３】 請求項１または請求項２記載の触媒付き
    熱交換器において、 前記チューブ（２５，２７）には、前記気体流出部（３
    １ｄ、３５ｄ）が、前記空間部（４１）を流通する気体
    （Ｇ）の流通方向に間隔を置いて複数形成されているこ
    とを特徴とする触媒付き熱交換器。
  4. 【請求項４】 請求項１ないし請求項３のいずれか１項
    記載の触媒付き熱交換器において、 前記空間部（４１）を流通する気体は一酸化炭素を含む
    改質ガス（Ｇ）であり、前記気体供給部（２９ｄ）から
    供給される気体は空気（Ａ）であり、前記アウターフィ
    ン（３７）に担持される触媒は一酸化炭素酸化触媒であ
    ることを特徴とする触媒付き熱交換器。
  5. 【請求項５】 請求項１ないし請求項４のいずれか１項
    記載の触媒付き熱交換器において、 前記チューブ（２５，２７）は、チューブシート（２
    ５，２７）からなり、前記タンク（２９ａ，３１ｂ，３
    ５ｂ）は、前記チューブシート（２５，２７）に突出形
    成されるタンク形成部（２９ａ，３１ｂ，３５ｂ）を相
    互に連通して形成されていることを特徴とする触媒付き
    熱交換器。
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