JP3812792B2 - 固気反応粉粒充填間接熱交換器 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、高圧下で固気反応粉粒と熱交換する固気反応粉粒充填間接熱交換器およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
密閉タンクに水素吸蔵合金粉末と間接熱交換器とを格納してなり、水素吸蔵合金粉末の水素吸蔵放出作用を利用して水素ガスを貯蔵する水素吸蔵タンクがたとえば下記の文献に開示されている。
【０００３】
間接熱交換器は、熱媒配管と、熱媒配管の外表面に固定されて水素吸蔵合金粉末と熱交換する多数のフィンとを有する熱交換セットと、各熱媒配管の入口側の端部に接合される入口側のヘッダと、各熱媒配管の出口側の端部に接合される出口側のヘッダとを有している。
【０００４】
特開平６−２８１０９号公報は、これら熱媒配管およびフィンを金属押し出し成形により一体に形成した熱交換セットを、熱媒配管の延設方向と直角な方向の断面が略角形のケ−ス内に格納し、フィンの外端にほぞを、ケ−スの内表面にほぞ溝を設け、両者をほぞ接合することにより、フィンによりケ−スの外膨れを防止することを提案している。
【０００５】
本出願人らの出願になる特開平１１−３０３９７号公報は、高さ方向へ多段に蛇行配置され、間にコルゲ−トフィンを収容した一本の扁平チュ−ブ（熱媒配管）により熱交換セットを構成し、扁平チュ−ブ両端に一対のヘッダを個別に接合して上記間接熱交換器（以下、蛇行型間接熱交換器ともいう）を作製することを提案している。この扁平チュ−ブは、その内部においてその幅方向へ一定距離ごとに隔壁部が設けられることにより、その内部は多数の小流路に分割されている。
【０００６】
特開平７−３３０３０１号公報は、多数の扁平チュ−ブを高さ方向へ多段に並設し、間にコルゲ−トフィンを収容して熱交換セットを構成し、扁平チュ−ブ両端に一対のヘッダを個別に接合して上記間接熱交換器（以下、並列分流型間接熱交換器ともいう）を作製することを提案している。両ヘッダは、上端開口の有底の角形缶体の開口を閉鎖する蓋に固定されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上述のほぞ結合型熱交換セットをもつ固気反応粉粒充填間接熱交換器では、水素吸蔵合金粉末収容容積確保のためにはフィンが薄肉少数とならざるを得ず、熱媒配管中の熱媒と水素吸蔵合金粉末との間の伝熱抵抗が大
きいという問題があった。また、フィンの外端のほぞをケ−スの内表面のほぞ溝にスライドさせて押し込む作業は両者のクリアランスを小さくする場合、簡単ではなかった。
【０００８】
上記した蛇行型間接熱交換器では、扁平チュ−ブが熱媒の移送方向に対して直角となっているために、移送方向前後の小流路間で温度差が生じ易く、また、一部の小流路が金属粉などで詰まったり、狭窄されたりすると、この小流路全体の熱交換機能が駄目になったり、大きく低下したりするという問題が生じた。
【０００９】
上記した並列分流型間接熱交換器では、扁平チュ−ブは水素吸蔵合金粉末の沈降を抑止するために水平方向に延設され、その結果、ヘッダは上下方向に延設される。ケ−スを缶体とその開口を閉鎖する蓋板とで構成する場合、ヘッダは一般に蓋板に接合されるので、蓋板は扁平チュ−ブと平行に延設されることになり、缶体の開口からコルゲ−トフィンの隣接フィン間に水素吸蔵合金粉末を十分に充填する作業が容易ではなかった。
【００１０】
また、両ヘッダは、各扁平チュ−ブの両端側において、扁平チュ−ブの幅以上に幅広である必要があり、このため、ヘッダの必要容積が大きく、ケ−ス内の水素吸蔵合金粉末充填容積が減少するという問題が生じた。
【００１１】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、熱媒と固気反応粉粒との熱交換性に優れ、扁平チュ−ブ内の小流路が狭窄ないし詰まった場合でも性能低下が少なく、内部の固気反応粉粒充填容積割合を大きくできる固気反応粉粒充填間接熱交換器を提供することを、その解決すべき課題としている。
【００１２】
また、本発明は、上記固気反応粉粒充填間接熱交換器の軽量化を図ることをその解決すべき課題としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の固気反応粉粒充填間接熱交換器によれば、多数の小流路がそれぞれ独立に形成されて前後方向へ延設される多数の扁平チュ−ブを高さ方向に多段に設け、上下に隣接する前記扁平チュ−ブ間にフィンを互いに所定間隔を隔てつつ前後方向へ延設してなる上流側熱交換セット、並びに、前記上流側熱交換セットと同一構造を有して前記上流側熱交換セットの幅方向横側に近接して配設された下流側熱交換セットからなる熱交換ユニット、
各前記扁平チュ−ブの一端に隣接しつつ幅方向へ延設されて前記両熱交換セットの等高位置の扁平チュ−ブ対の一端同士を接続するととも所定間隔の隙間を隔てて上下方向に順次配設された多数の管状ヘッダ、
上流側熱交換セットの各前記扁平チュ−ブの他端を共通接続する一個の上流側コモンヘッダ、および、
下流側熱交換セットの各前記扁平チュ−ブの他端を共通接続する一個の下流側コモンヘッダ、
を有する間接熱交換器と、
前記間接熱交換器の少なくとも前記熱交換ユニットおよび管状ヘッダを内蔵するとともに前後方向と直角な方向の断面における内周縁、外周縁がそれぞれ略長方形に形成された密閉ケ−スと、
前記密閉ケ−ス内に充填された固気反応粉粒と、
前記密閉ケ−スの前後方向の端壁を貫通して互いに隣接する前記扁平チュ−ブ間を前後方向へ延設されて前記固気反応粉粒と反応する気体を輸送する気体輸送チュ−ブと、
を備えることを特徴としている
請求項２記載の構成によれば請求項１記載の固気反応粉粒充填間接熱交換器において更に、前記密閉ケ−スと前記扁平チュ−ブとの間の隙間に配設される幅方向最外側のフィンは、前記扁平チュ−ブ間に配設される幅方向最外側のフィンよりも左右方向中央側に偏位して配設され、前記密閉ケ−スは、少なくとも前記管状ヘッダ側に開口する角形缶体と、前記開口を閉鎖する蓋板とを有し、前記角形缶体の周壁部は、所定曲率で湾曲する湾曲角部と、前記湾曲角部間に略平板状に設けられる合計４つの平板部とからなることを特徴としている。
【００１４】
請求項３記載の構成によれば請求項１記載の固気反応粉粒充填間接熱交換器において更に、前記密閉ケ−スは、少なくとも前記管状ヘッダ側に開口する角形缶体と、前記開口を閉鎖する蓋板とを有し、前記蓋板は、内側へ突設されて各前記管状ヘッダを高さ方向に挟持する挟持板部を有することを特徴としている。
【００１５】
【発明の効果】
（１）上記した請求項１記載の固気反応粉粒充填間接熱交換器によれば、上流側熱交換セットの各扁平チュ−ブの多数の小流路を分流した熱媒は、各扁平チュ−ブごとにそれぞれ管状ヘッダで合流し、その後、下流側熱交換セットの各扁平チュ−ブの多数の小流路に再度分流して流れる。
【００１６】
したがって、各小流路のどれかがもし詰まったり、狭窄されても、上流側コモンヘッダから下流側コモンヘッダまでの小流路全体が熱交換不能または熱交換機能低下となることがなく、上流側及び下流の大部分は正常に用いることができる。
【００１７】
また、各小流路を流れる熱媒に温度差が生じる状況となっても、管状ヘッダで一旦、混合されるので、その影響は軽減される。なお、このような状況は、固気反応粉粒の充填状況、その固気反応性能などの空間的ばらつきなどにより生じる。
【００１８】
次に、各管状ヘッダは、互いに所定間隔の隙間を隔てて上下方向に多段に配置されるので、この隙間を通じて各フィン間に容易に固気反応粉粒を充填することができ、非常に作業性に優れる。また、この隙間、すなわち従来、ヘッダ配置スペ−スであった空間にも固気反応粉粒を充填することができ、固気反応粉粒の充填量を増大することができる。
【００１９】
また、扁平チュ−ブを湾曲させる必要がないため、従来の湾曲扁平チュ−ブの問題であった湾曲部におけるフィンの配置困難という問題がなく、熱交換性能を向上することができる。
【００２０】
更に、容易にコルゲ−トフィンなどの構成を用いて多数の薄肉フィンを配置することができ、フィンの両端を上下の扁平チュ−ブに接合できるので、更に熱交換性能を向上することができる。
【００２１】
（２）請求項２記載の構成によれば請求項１記載の固気反応粉粒充填間接熱交換器において更に、最上位および最下位に設けられた幅方向最外側のフィンは、上下方向中間部に設けられた幅方向最外側のフィンよりも左右方向中央側に偏位して配設されるので、密閉ケ−スの角形缶体の角部を湾曲しても、熱交換ユニットと角形缶体の内周面との間に隙間ができることがなく、それによる熱交換性能の低下や強度低下を防ぐことができる。
【００２２】
（３）請求項３記載の構成によれば請求項１記載の固気反応粉粒充填間接熱交換器において更に、密閉ケ−スが、角形缶体の管状ヘッダ側の開口を閉鎖する蓋板に、管状ヘッダを挟持する挟持板部を設けているので、密閉ケ−スと熱交換ユニットとの一体性が向上し、耐振性が向上する。
【００２３】
【発明が実施しようとする態様】
本発明の好適な実施態様を以下の実施例に基づいて説明する。
【００２４】
【実施例】
本発明の固気反応粉粒充填間接熱交換器として水素吸蔵間接熱交換器を図面を参照して以下に説明する。図１はこの水素吸蔵間接熱交換器の前後方向模式縦断面図を示し、図２は熱交換ユニットの部分斜視図を示し、図３はこの水素吸蔵間接熱交換器の左右方向縦断面図を示し、図４はこの水素吸蔵間接熱交換器のコモンヘッダ近傍の水平断面平面図を示す。
【００２５】
この水素吸蔵間接熱交換器は、熱交換ユニット１ａをもつ間接熱交換器１と、密閉ケ−ス１０と、密閉ケ−ス１０に充填された図示しない水素吸蔵合金粉末（固気反応粉粒）とからなる。
【００２６】
間接熱交換器１は、扁平チュ−ブ２、コルゲ−トフィン３、管状ヘッダ４、上流側熱交換セット５、下流側熱交換セット６、コモンヘッダ７、気体輸送チュ−ブ８を有し、上流側熱交換セット５及び下流側熱交換セット６は熱交換ユニット１ａを構成している。
【００２７】
扁平チュ−ブ２は、多数の小流路２０が左右方向へ一列に並んだ状態でそれぞれ独立に形成されて前後方向へ延設され、その上面、下面にコルゲ−トフィン３がろう付けされている。コルゲ−トフィン３は、それぞれ前後方向および上下方向に延設される多数のフィンをもち、各フィンには水素横流用のル−バが切開されている。
【００２８】
上流側熱交換セット５および下流側熱交換セット６は、図３に示すように、それぞれ６個の扁平チュ−ブ２と７個のコルゲ−トフィン３とを高さ方向に交互に並べてなり、下流側熱交換セット６は図３において、上流側熱交換セット５の左に所定間隙を介して同じ向きに配設されている。コルゲ−トフィン３のうち、最上段および最下段のコルゲ−トフィン３０は中間段のコルゲ−トフィン３１よりも上下幅が半分となっている。
【００２９】
管状ヘッダ４は、各扁平チュ−ブ２の後端に隣接しつつその幅方向（左右方向）へ延設されて両熱交換セット５、６の等高位置の一対の扁平チュ−ブ２の後端同士を接続する。したがって、管状ヘッダ４は合計６本設けられ、各管状ヘッダ４間には、所定間隔の隙間ｓが確保されている。なお、図２では、扁平チュ−ブ２およびコルゲ−トフィン３の中間段を一部図示省略している。
【００３０】
更に詳しく説明すると、図２に示すように、管状ヘッダ４の周壁部には上流側熱交換セット５の扁平チュ−ブ２が挿入される開口４１と、下流側熱交換セット６の扁平チュ−ブ２が挿入され、ろう付けされる開口４２とが設けられており、管状ヘッダ４の両端は図示しないプラグで封栓されている。
【００３１】
密閉ケ−ス１０は、Ａ７Ｎ０１などのアルミ合金押し出し成形により形成された略角筒状の角形筒部１１と、その後端にたとえばＴＩＧ溶接されて角形筒部１１の後端開口を閉鎖する蓋板１２と、角形筒部１１の前端に溶接されて角形筒部１１の前端開口を閉鎖する蓋板１３とを有している。
【００３２】
コモンヘッダ７は、蓋板１３を覆うように蓋板１３の全周に溶接された浅底角形缶からなり、アルミダイキャストにより形成されている。コモンヘッダ７は、図４に示すように、左右方向中央部に仕切り壁部７０を有し、仕切り壁部７０はコモンヘッダ７と蓋板１３とで区画形成される密閉空間を左右に２分割して、本発明でいう上流側コモンヘッダ７１をなす密閉空間と、下流側コモンヘッダ７２をなす密閉空間とを創成している。
【００３３】
気体輸送チュ−ブ８は、セラミック焼結により形成された多孔性セラミックフィルタチュ−ブであり、図示しない外部の水素パイプに接続されている。９は、管状ヘッダ４を上下に挟持する挟持板部であり、蓋板１２の内表面に溶接されている。
【００３４】
この装置の組み立て工程を以下に説明する。
【００３５】
予め扁平チュ−ブ２貫通用の孔を有する蓋板１３とコモンヘッダ７と角形筒部１１とを溶接して角形缶体を形成し、この角形缶体に熱交換ユニット１ａを格納し、扁平チュ−ブ２の先端を蓋板１３の上記扁平チュ−ブ２貫通用の孔に挿通する。
【００３６】
次に、管状ヘッダ４間の隙間から、そして管状ヘッダ４と角形筒部１１の周壁部との間の隙間からコルゲ−トフィン３のフィン間に水素吸蔵合金粉末を落下させ、充填する。
【００３７】
その後、蓋板１２を角形筒部１１に溶接して密閉ケ−ス１０を形成する。
【００３８】
なお、コモンヘッダ７内の上流側コモンヘッダ７１および下流側コモンヘッダ７２は図示しないパイプを通じて液体熱媒配管にそれぞれ個別に接続されている。
【００３９】
次に、動作を説明する。
【００４０】
気体輸送チュ−ブ８を通じて水素ガスが密閉ケ−ス１０内に輸送されると、水素ガスは水素吸蔵合金粉末により吸収され、水素吸蔵合金粉末が発熱し、その熱はコルゲ−トフィン３および扁平チュ−ブ２を通じて扁平チュ−ブ２内の熱媒に伝達される。熱媒は上流側コモンヘッダ７１から上流側熱交換セット５の扁平チュ−ブ２、管状ヘッダ４、下流側熱交換セット６の扁平チュ−ブ２、下流側コモンヘッダ７２を通じて外部に熱を輸送する。
【００４１】
気体輸送チュ−ブ８を通じて水素ガスが密閉ケ−ス１０外に輸送されると、水素吸蔵合金粉末は水素ガスを放出し、水素吸蔵合金粉末が吸熱し、その冷熱はコルゲ−トフィン３および扁平チュ−ブ２を通じて扁平チュ−ブ２内の熱媒に伝達される。 なお、密閉ケ−ス１０は運転時において数気圧の内圧を有するが、密閉ケ−ス１０の耐圧は安全率を見込んでその数倍に設定される。
【００４２】
（実施例効果）
上記構成によれば上記（１）〜（３）記載の作用効果を奏する他に、次の効果を奏する。
【００４３】
まず、扁平チュ−ブ２は水平に延設されるので、水素吸蔵合金粉末の沈降を抑止することができる。装置への給液、排液を同一側で行えるので、配管取り回しが簡素となる。
【００４４】
次に、図３に示すように角形筒部１１の左右上下方向断面において、コルゲ−トフィン３のうち、最上段および最下段のコルゲ−トフィン３０は中間段のコルゲ−トフィン３１よりも、左右幅が狭く形成されているので、角形筒部１１の角部（湾曲角部ともいう）を所定曲率で略１／４円形に湾曲させることができ、これにより、角形筒部１１の湾曲角部やそれ以外の平板部の肉厚を増加することなく、角形筒部１１の耐圧を向上させることができる。
【００４５】
（変形態様）
上記実施例では、密閉ケ−ス１０にはアルミ合金を採用したが、ステンレスなどを採用してもよい。また、角形筒部１１は押し出し成形を採用したが、ダイキャストなどで作製してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例におけるこの水素吸蔵間接熱交換器の前後方向模式縦断面図である。
【図２】図１の熱交換ユニットの部分斜視図である。
【図３】図１における水素吸蔵間接熱交換器の左右方向縦断面図である。
【図４】図１におけるコモンヘッダ近傍の水平断面平面図である。
【符号の説明】
１は間接熱交換器、１ａは熱交換ユニット、２は扁平チュ−ブ、３はコルゲ−トフィン、４は管状ヘッダ、５は上流側熱交換セット、６は下流側熱交換セット、７はコモンヘッダ、８は気体輸送チュ−ブ、９は挟持板部、１１は角形筒部１１、１２は蓋板、１３は蓋板

Claims (3)

1. 多数の小流路が左右方向に並んだ状態で形成されて前後方向へ延設される多数の扁平チュ−ブを高さ方向に多段に設け、上下に隣接する前記扁平チュ−ブ間にフィンを互いに所定間隔を隔てつつ前後方向へ延設してなる上流側熱交換セット、並びに、前記上流側熱交換セットと同一構造を有して前記上流側熱交換セットの幅方向横側に近接して配設された下流側熱交換セットからなる熱交換ユニット、
   各前記扁平チュ−ブの一端に隣接しつつ幅方向へ延設されて前記両熱交換セットの等高位置の扁平チュ−ブ対の一端同士を接続するとともに所定間隔の隙間を隔てて上下方向に順次配設された多数の管状ヘッダ、
   上流側熱交換セットの各前記扁平チュ−ブの他端を共通接続する一個の上流側コモンヘッダ、および、
   下流側熱交換セットの各前記扁平チュ−ブの他端を共通接続する一個の下流側コモンヘッダ、
   を有する間接熱交換器と、
   前記間接熱交換器の少なくとも前記熱交換ユニットおよび管状ヘッダを内蔵するとともに前後方向と直角な方向の断面における内周縁、外周縁がそれぞれ略長方形に形成された密閉ケ−スと、
   前記密閉ケ−ス内に充填された固気反応粉粒と、
   前記密閉ケ−スの前後方向の端壁を貫通して互いに隣接する前記扁平チュ−ブ間を前後方向へ延設されて前記固気反応粉粒と反応する気体を輸送する気体輸送チュ−ブと、
   を備えることを特徴とする固気反応粉粒充填間接熱交換器。
2. 請求項１記載の固気反応粉粒充填間接熱交換器において、
   前記密閉ケ−スと前記扁平チュ−ブとの間の隙間に配設される幅方向最外側のフィンは、前記扁平チュ−ブ間に配設される幅方向最外側のフィンよりも左右方向中央側に偏位して配設され、
   前記密閉ケ−スは、少なくとも前記管状ヘッダ側に開口する角形缶体と、前記開口を閉鎖する蓋板とを有し、
   前記角形缶体の周壁部は、所定曲率で湾曲する湾曲角部と、前記湾曲角部間に略平板状に設けられる合計４つの平板部とからなることを特徴とする固気反応粉粒充填間接熱交換器。
3. 請求項１記載の固気反応粉粒充填間接熱交換器において、
   前記密閉ケ−スは、少なくとも前記管状ヘッダ側に開口する角形缶体と、前記開口を閉鎖する蓋板とを有し、
   前記蓋板は、内側へ突設されて各前記管状ヘッダを高さ方向に挟持する挟持板部を有することを特徴とする固気反応粉粒充填間接熱交換器。

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