JP2004132562A - Laminate-type heat exchanger - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池等で用いられる積層型熱交換器に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の積層型熱交換器1としては、図4に示すように、流体Bを流す熱交換器本体2と、この熱交換器本体2が収容され、他の流体Aを流すケース3と、このケース3に接続され、流体Aの流入・流出を行う入口ダクト4及び出口ダクト5とを備えたものがある。熱交換器本体2は、図5に示すように、流体Bを流すチューブ6とこのチューブ6での熱交換を促進するフィン7とが交互に積層されている。
【0003】
このような積層型熱交換器1において、チューブ6内を流れる流体Bによってチューブ6やフィン7が加熱又は冷却され、この加熱又は冷却されたチューブ6やフィン7の近傍を流体Aが流れ、その際にチューブ6やフィン7を逆に冷却又は加熱して流体Bを冷却又は加熱し、このような熱交換の繰り返しにより流体Aと流体Bとの間で熱交換を行うものである(例えば、特許文献1参照。)。
【0004】
【特許文献1】
特開2002−243392号公報、第1頁、第1図
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図6に示すように、熱交換器本体2の外周とケース3の内面とのスペースS1、S2を殆ど開けることなく熱交換器本体2をケース3内に配置すると、熱交換器本体2及びケース3の熱膨張差や熱収縮差によって熱交換器本体2とケース3との間に応力が発生し、熱交換器本体2の変形や破損が生じるという問題がある。その反面、ケース3内を流れる流体Aの内で、熱交換器本体2とケース3とのスペースS1、S2を流れるバイパス流が抑えられ、熱交換効率の低下を防止できる。
【0006】
一方、熱交換器本体2をケース3内に余裕を持って、つまり、十分なスペースS1、S2を開けて配置すると、上述した熱応力の発生を回避できるが、その反面、上述したバイパス流が増加し、熱交換効率が低下するという問題がある。
【0007】
そこで、本発明の目的は、熱応力による熱交換器本体の変形や破損を防止すると共に、熱交換器本体とケースとの間を流れるバイパス流を極力抑えることができる積層型熱交換器を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の発明は、流体を流すチューブとフィンとを交互に積層した熱交換器本体を備え、この熱交換器本体をケース内に収容した積層型熱交換器であって、前記熱交換器本体の外周と前記ケースの内面との間に隙間を介して前記熱交換器本体が前記ケース内に配置され、前記熱交換器本体の外周と前記ケースの内面との間にワイヤーメッシュが介在されていることを特徴とする。
【0009】
請求項2の発明は、請求項1記載の積層型熱交換器であって、前記ワイヤーメッシュは、前記熱交換器本体にろう付けで固定したことを特徴とする。
【0010】
請求項3の発明は、請求項1又は請求項2記載の積層型熱交換器であって、前記ワイヤーメッシュは、前記ケース内を流れる流体の流れ方向に対し少なくとも前記熱交換器本体の外周の入口部と中央部と出口部に分割配置したことを特徴とする。
【0011】
請求項4の発明は、請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載された積層型熱交換器であって、前記ワイヤーメッシュは、前記熱交換器本体と同じ材質であることを特徴とする。
【0012】
【発明の効果】
請求項1記載の発明によれば、ワイヤーメッシュは弾性体であり、ワイヤーメッシュによって熱交換器本体とケース間に発生する熱応力が緩和されるため、熱応力による熱交換器本体の変形や破損を防止できる。また、熱交換器本体の外周とケースの内面との間の隙間はワイヤーメッシュによって大きな流通抵抗を有する経路となるため、熱交換器本体とケースとの間を流れるバイパス流を極力抑えることができる。さらに、ワイヤーメッシュは金属細線であり、熱伝導性が良いため、バイパス流との間で熱交換を期待でき、熱交換効率の向上に寄与する。
【0013】
請求項2記載の発明によれば、請求項1の発明の効果に加え、熱交換器本体のチューブとフィン等をろう付けする際にワイヤーメッシュも同時にろう付けできるため、ワイヤーメッシュの固定作業が容易にできる。
【0014】
請求項3記載の発明によれば、請求項1及び請求項2の発明の効果に加え、熱交換器本体の外周とケースの内面との間の隙間では少なくとも3箇所で流通抵抗が大きくなるため、確実にバイパス流を抑えることができる。
【0015】
請求項4記載の発明によれば、請求項1〜請求項3の発明の効果に加え、ワイヤーメッシュの耐熱限界温度を熱交換器本体と同じにできる。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
【0017】
図1〜図3は本発明の一実施形態を示し、図1は積層型熱交換器の斜視図、図2は積層型熱交換器の断面図、図3はワイヤーメッシュを固定した熱交換器本体の斜視図である。
【0018】
図1及び図2に示すように、積層型熱交換器10は、流体Bを流す熱交換器本体11と、この熱交換器本体11が収容され、他の流体Aを流すケース12と、このケース12に接続され、流体Aの流入・流出を行う入口ダクト13及び出口ダクト14とを備えている。
【0019】
熱交換器本体11は、流体Bを流すチューブ15と、チューブ15にろう付けで接続されたフィン16とが交互に積層されている。チューブ15及びフィン16は、熱伝導性の良いステンレス鋼によって作成されている。
【0020】
熱交換器本体11は、その外周とケース12の内面との間の隙間であるスペースS1、S2を十分に開けてケース12内に配置されており、熱交換器本体11とケース12の内面との間にはワイヤーメッシュ17a、17b、17cが介在されている。ここで、熱交換器本体11とケース12との間を十分に開けたスペースS1、S2とは、熱交換時の加熱又は冷却によって熱交換器本体11やケース12が熱膨張や熱収縮しても過剰な熱応力が発生しないような寸法である。ワイヤーメッシュ17a、17b、17cは、熱交換器本体11の外周とケース12の内面との間に隙間なく充填されている。
【0021】
ワイヤーメッシュ17a、17b、17cは、図1及び図3に示すように、ケース12内を流れる流体Aの流れ方向に対し熱交換器本体11の外周の入口部と中央部と出口部に分割配置されている。ワイヤーメッシュ17a、17b、17cは、例えば直径0.2〜0.3mmのステンレス細線を編むことにより形成されている。
【0022】
このような構成において、チューブ15内を流れる流体Bによってチューブ15やフィン16が加熱又は冷却され、この加熱又は冷却されたチューブ15やフィン16の近傍を流体Aが流れ、その際にチューブ15やフィン16を逆に冷却又は加熱して流体Bを冷却又は加熱し、このような熱交換の繰り返しにより流体Aと流体Bとの間で熱交換が行われる。
【0023】
ここで、このような熱交換時の加熱又は冷却によって熱交換器本体11やケース12が熱膨張や熱収縮するが、熱交換器本体11の外周とケース12の内面との間のスペースS1、S2が十分に開けてあり、且つ、熱交換器本体11とケース12との間はワイヤーメッシュ17a、17b、17cを介して熱応力が作用することになる。そして、ワイヤーメッシュ17a、17b、17cは弾性体であり、ワイヤーメッシュ17a、17b、17cによって熱交換器本体11とケース12間に発生する熱応力が緩和されるため、熱応力による熱交換器本体11の変形や破損を防止できる。
【0024】
また、熱交換器本体11の外周とケース12の内面との間のスペースS1、S2は、ワイヤーメッシュ17a、17b、17cによって大きな流通抵抗を有する経路となるため、熱交換器本体11とケース12との間を流れるバイパス流を極力抑えることができる。更に、ワイヤーメッシュ17a、17b、17cは、金属細線であり、熱伝導性が良いため、バイパス流との間で熱交換を期待でき、熱交換効率の向上に寄与する。
【0025】
この実施形態では、ワイヤーメッシュ17a、17b、17cは、熱交換器本体11にろう付けで固定したので、熱交換器本体11のチューブ15とフィン16等をろう付けする際にワイヤーメッシュ17a、17b、17cも同時にろう付けできるため、ワイヤーメッシュ17a、17b、17cの固定作業が容易にできる。又、ワイヤーメッシュ17a、17b、17cが熱交換器本体11に固定されているため、熱交換器本体11とワイヤーメッシュとのケース12への組み付け作業が容易である。なお、ケース12への組み付け前にワイヤーメッシュ17a、17b、17cを単に熱交換器本体11に巻き付け、これをケース12内に取り付けるようにしても良い。
【0026】
この実施形態では、ワイヤーメッシュ17a、17b、17cは、ケース12内を流れる流体Aの流れ方向に対し熱交換器本体11の外周の入口部と中央部と出口部に分割配置したので、熱交換器本体11の外周とケース12の内面との間のスペースS1、S2では3箇所で流通抵抗が大きくなるため、確実にバイパス流を抑えることができる。尚、ワイヤーメッシュ17a、17b、17cを4箇所以上に分割配置しても良く、又、熱交換器の外周のほぼ全域に配置しても良いことはもちろんである。
【0027】
この実施形態では、ワイヤーメッシュ17a、17b、17cは、熱交換器本体11と同じ材質のステンレス鋼であるので、ワイヤーメッシュ17a、17b、17cの耐熱限界温度を熱交換器本体11と同じにできる。尚、ワイヤーメッシュ17a、17b、17cの材質は、ステンレス鋼以外のものであってもよいが、熱交換性が良くものが好ましい。
【0028】
なお、熱交換器本体11に触媒を付着させる積層型熱交換器10にあっては、ワイヤーメッシュ17a、17b、17cにも触媒を付着させることによって未浄化流体の流出を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態を示し、積層型熱交換器の斜視図である。
【図2】本発明の一実施形態を示し、積層型熱交換器の断面図である。
【図3】本発明の一実施形態を示し、ワイヤーメッシュを固定した熱交換器本体の斜視図である。
【図4】従来例を示し、積層型熱交換器の斜視図である。
【図5】従来例を示し、熱交換器本体の斜視図である。
【図6】従来例を示し、積層型熱交換器の一部拡大断面図である。
【符号の説明】
10 熱交換器
11 熱交換器本体
12 ケース
15 チューブ
16 フィン
17a、17b、17c ワイヤーメッシュ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a stacked heat exchanger used in a fuel cell or the like.
[0002]
[Prior art]
As a conventional laminated
[0003]
In such a laminated
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-2002-243392,
[Problems to be solved by the invention]
By the way, as shown in FIG. 6, when the heat exchanger
[0006]
On the other hand, if the heat exchanger
[0007]
Therefore, an object of the present invention is to provide a laminated heat exchanger that can prevent deformation and breakage of a heat exchanger body due to thermal stress and can minimize a bypass flow flowing between the heat exchanger body and a case. Is to do.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to
[0009]
The invention according to
[0010]
According to a third aspect of the present invention, in the laminated heat exchanger according to the first or second aspect, the wire mesh is provided at least on an outer periphery of the heat exchanger body with respect to a flow direction of a fluid flowing in the case. It is characterized by being divided into an inlet, a center, and an outlet.
[0011]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the laminated heat exchanger according to any one of the first to third aspects, wherein the wire mesh is made of the same material as the heat exchanger body. And
[0012]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, the wire mesh is an elastic body, and the wire mesh reduces the thermal stress generated between the heat exchanger body and the case. Can be prevented. In addition, since the gap between the outer periphery of the heat exchanger body and the inner surface of the case becomes a path having a large flow resistance due to the wire mesh, the bypass flow flowing between the heat exchanger body and the case can be suppressed as much as possible. . Furthermore, since the wire mesh is a thin metal wire and has good heat conductivity, heat exchange with the bypass flow can be expected, which contributes to improvement in heat exchange efficiency.
[0013]
According to the second aspect of the present invention, in addition to the effect of the first aspect, the wire mesh can be brazed at the same time when the tube and the fins of the heat exchanger body are brazed, so that the wire mesh fixing operation can be performed. Easy.
[0014]
According to the third aspect of the invention, in addition to the effects of the first and second aspects, the flow resistance is increased at least at three places in the gap between the outer periphery of the heat exchanger body and the inner surface of the case. Thus, the bypass flow can be reliably suppressed.
[0015]
According to the fourth aspect of the invention, in addition to the effects of the first to third aspects, the heat-resistant limit temperature of the wire mesh can be the same as that of the heat exchanger body.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0017]
1 to 3 show an embodiment of the present invention, FIG. 1 is a perspective view of a stacked heat exchanger, FIG. 2 is a cross-sectional view of the stacked heat exchanger, and FIG. 3 is a heat exchanger with a fixed wire mesh. It is a perspective view of a main body.
[0018]
As shown in FIGS. 1 and 2, the
[0019]
In the
[0020]
The
[0021]
As shown in FIGS. 1 and 3, the wire meshes 17a, 17b, and 17c are divided into an inlet, a center, and an outlet on the outer periphery of the
[0022]
In such a configuration, the
[0023]
Here, the
[0024]
Further, the spaces S1 and S2 between the outer periphery of the
[0025]
In this embodiment, since the wire meshes 17a, 17b, and 17c are fixed to the
[0026]
In this embodiment, since the wire meshes 17a, 17b, and 17c are arranged separately at the inlet, the center, and the outlet on the outer periphery of the
[0027]
In this embodiment, the wire meshes 17a, 17b, 17c are made of stainless steel of the same material as the
[0028]
In the case of the stacked
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows an embodiment of the present invention and is a perspective view of a laminated heat exchanger.
FIG. 2 is a cross-sectional view of the stacked heat exchanger, showing one embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a perspective view of a heat exchanger main body to which a wire mesh is fixed according to the embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a perspective view of a laminated heat exchanger, showing a conventional example.
FIG. 5 is a perspective view of a heat exchanger main body, showing a conventional example.
FIG. 6 shows a conventional example and is a partially enlarged cross-sectional view of a laminated heat exchanger.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記熱交換器本体(11)の外周と前記ケース(12)の内面との間に隙間(S1、S2)を介して前記熱交換器本体(11)が前記ケース(12)内に配置され、前記熱交換器本体(11)の外周と前記ケース(12)の内面との間にワイヤーメッシュ(17a、17b、17c)が介在されていることを特徴とする積層型熱交換器(10)。A heat exchanger body (11) in which tubes (15) and fins (16) for flowing a fluid are alternately stacked, and the heat exchanger body (11) is housed in a case (12); (10)
The heat exchanger body (11) is disposed in the case (12) via gaps (S1, S2) between the outer periphery of the heat exchanger body (11) and the inner surface of the case (12); A laminated heat exchanger (10), wherein a wire mesh (17a, 17b, 17c) is interposed between an outer periphery of the heat exchanger body (11) and an inner surface of the case (12).
前記ワイヤーメッシュ(17a、17b、17c)は、前記熱交換器本体(11)にろう付けで固定されていることを特徴とする積層型熱交換器(10)。The stacked heat exchanger (10) according to claim 1, wherein:
The laminated heat exchanger (10), wherein the wire mesh (17a, 17b, 17c) is fixed to the heat exchanger body (11) by brazing.
前記ワイヤーメッシュ(17a、17b、17c)は、前記ケース(12)内を流れる流体(A)の流れ方向に対し少なくとも前記熱交換器本体(11)の外周の入口部と中央部と出口部に分割配置したことを特徴とする積層型熱交換器(10)。The stacked heat exchanger (10) according to claim 1 or 2, wherein:
The wire mesh (17a, 17b, 17c) has at least an inlet, a center, and an outlet on the outer periphery of the heat exchanger body (11) with respect to the flow direction of the fluid (A) flowing in the case (12). A stacked heat exchanger (10), which is divided and arranged.
前記ワイヤーメッシュ(17a、17b、17c)は、前記熱交換器本体(11)と同じ材質であることを特徴とする積層型熱交換器(10)。A stacked heat exchanger according to any one of claims 1 to 3, wherein:
The laminated heat exchanger (10), wherein the wire mesh (17a, 17b, 17c) is made of the same material as the heat exchanger body (11).
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002294964A JP2004132562A (en) | 2002-10-08 | 2002-10-08 | Laminate-type heat exchanger |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2010132302A3 (en) * | 2009-05-09 | 2011-03-31 | Tranter, Inc. | Heat exchanger with accessible core |
JP2013524144A (en) * | 2010-03-31 | 2013-06-17 | ヴァレオ システム テルミク | Heat exchanger and heat exchange sheet for heat exchanger |
-
2002
- 2002-10-08 JP JP2002294964A patent/JP2004132562A/en active Pending
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