JP4373272B2

JP4373272B2 - 樹脂製熱交換器

Info

Publication number: JP4373272B2
Application number: JP2004145552A
Authority: JP
Inventors: 秀孝新長; 洋一郎吉田; 博巳太田; 貢飯塚; 公昭中野; 耐事坂井
Original assignee: T.RAD CO., L T D.
Current assignee: T.RAD CO., L T D.
Priority date: 2004-05-14
Filing date: 2004-05-14
Publication date: 2009-11-25
Anticipated expiration: 2024-05-14
Also published as: JP2005326099A

Description

本発明は、小型のダイレクトメタノール燃料電池等に流通する流体のような腐蝕性流体を冷却する熱交換器に関する。

パソコン等の小型電子機器用の燃料電池として、小型のダイレクトメタノール燃料電池が注目されている。
この燃料電池は、アノード回路の排出燃料を回収して再利用するため、回収した高温の燃料を冷却する熱交換器を必要とする。このアノード回路から排出される燃料は、蟻酸等の腐蝕性の高い物質が含まれているため、熱交換器には耐腐蝕性が要求される。
さらに燃料電池そのものが小型軽量であるため、それに用いられる熱交換器自体も小型軽量で且つ、量産性の高いものが求められている。

このような腐蝕性の高い流体を流通させる熱交換器を従来の金属材で造ると、その金属を腐蝕させ、その金属イオンを流体中に溶出し、燃料電池システムの電解質膜の破損や燃料電池の電圧降下を引き起こすことになる。

そこで、その腐食性流体に対して、下記特許文献に記載されている樹脂製熱交換器を用いることが考えられる。これはシェル＆チューブ型の熱交換器であり、腐蝕性流体が流通する多数のチューブは、樹脂材から形成されている。そして、その樹脂製チューブをヘッダに接続するために継手を用いるものである。

特開２００２−３５００９０号公報

多数の合成樹脂製チューブを用いた熱交換器は、その製造が面倒であると共に小型化には限界があった。
そこで本発明は、小型軽量にすることができる構造の簡単な量産性の高い樹脂製熱交換器を提供することを課題とする。

請求項１に記載の本発明は、夫々合成樹脂の成形体で形成された本体(1)と蓋体(2)とからなり、本体(1)に蓋体(2)を液密に接合することにより、内部に一端から他端に向かう蛇行状の流路(3)が形成され、その一端および他端に出入口(4)を開口し、内部に腐蝕性流体が流通すると共に、外面側に空気流が流通する樹脂製熱交換器において、
内部が空洞に形成され、全体平面が櫛状に形成され、その内部を厚み方向に二分する仕切部(5)が設けられると共に、櫛歯部(9)の先端部のみにその仕切部(5)が存在せず、櫛元部(10)の厚み方向の一方側と他方側とに夫々前記出入口(4)が開口された樹脂製熱交換器である。

請求項２に記載の本発明は、請求項１において、
本体(1)と蓋体(2)の少なくとも一方の表面に放熱用のフィン(11)が突設形成された樹脂製熱交換器である。

本発明の樹脂製熱交換器は、夫々合成樹脂の成形体からなる本体１と蓋体２とを接合することにより、内部に一端から他端に向かう蛇行状または放射状の流路３が形成され、その一端および他端に出入口４を開口するものである。そして内部に腐蝕性流体が流通すると共に、外面側に空気流が流通するものである。そのため製造し易く且つ、腐蝕性流体に対して耐蝕性の高いものとなる。
また、構造が簡単で量産性の高い樹脂製熱交換器を提供できる。

さらに、内部を空洞にした平面櫛状に形成し、その内部空間を厚み方向に二分する仕切部５を設けたから、成形および組立てが容易で熱交換性能の高いものを提供できる。
上記構成において、本体１，蓋体２の少なくとも一方側に放熱用のフィン11を突設形成したものにおいては、さらに熱交換性能を向上できる。

次に、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の第１の実施の形態を示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ矢視断面図、（Ｃ）は（Ｂ）のＣ−Ｃ矢視断面図、（Ｄ）は同熱交換器の分解斜視図である。この熱交換器は、射出成形による樹脂製の本体１と蓋体２と、本体１の平面に接着剤等により接合される金属製のフィン11とを有する。
本体１は図１（Ｃ）（Ｄ）に示す如く、全体が偏平な箱状に形成され、図において、上下一対の対向する一方の辺と他方の辺とから交互に仕切部５が上下方向に一体に延在する。その仕切部５の長さは、両辺の対向長さよりも短く形成され、それによって内部に蛇行状の流路３が形成される。そしてその流路３の一端および他端に出入口４が設けられ、そこにパイプ12が外側に突出する。そして本体１の一方側平面は図１（Ｄ）の如く開放され、その開口に整合する蓋体２が接着剤等により、そこに接合される。

次に、本体１の平面にはフィン11が接着剤等により接合されている。そのフィン11は、円板状の基部を有し、その基部に多数の帯状金属板が突設されている。なお、フィン11の基部と本体１の平面とをビス止めすると共に、それらの間に伝熱性グリースを介在させても良い。
そして本体１の一方のパイプ12から腐蝕性の流体を流通させ、内部の流路３を蛇行状に流通して、他方のパイプ12からそれを流出させる。そして、フィン11に対向して図１（Ｂ）の如くファン13を配置し、ファン13による送風によって本体１内の腐蝕性流体を冷却することができる。なお、この例のフィン11の基部表面に放射方向へ突設された多数の帯状金属板は、夫々円弧状に形成されている。これは、ファン13による冷却風が遠心方向および回転方向の分力を有するので、それを効率的に捉えるようにしたものである。

次に、図２は本発明の第２の実施の形態を示し、（Ａ）はその正面図、（Ｂ）は同側面図、（Ｃ）同分解斜視図であり、これは本体１および蓋体２が共に内部を中空にした平面ほぼ車輪状のものである。即ち、小径の環状の中心ヘッダ６とその外周に位置された環状の外周ヘッダ７と、中心ヘッダ６，外周ヘッダ７間を連通する溝形部８とを有し、夫々軸線方向の一方側が開口されている。
また、本体１側にはその外周ヘッダ７にパイプ12が突設され、蓋体２側では中心ヘッダ６にパイプ12が図２（Ａ）の如く突設されている。なお、中心ヘッダ６は鍋型に形成しても良い。その場合には、その中心にパイプ12が突設される。

このような本体１と蓋体２とを互いに逆向きにして接着剤により接合することにより、本発明の樹脂製熱交換器を構成できる。
そして一例として、中心ヘッダ６側のパイプ12から腐蝕性流体を流入し、中心ヘッダ６および溝形部８を介し、外周ヘッダ７から他方のパイプ12にそれを流出させることができる。そして本体１または蓋体２に対向しファンを設け、その冷却風により内部の腐蝕性流通を冷却するものである。なお、この例ではファンを省略する。

次に、図３は本発明の第３の実施の形態を示し、（Ａ）はその正面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ矢視断面図、（Ｃ）はその分解斜視図である。
この例の本体１は、図３（Ａ）の如く全体が櫛状に形成され、その櫛元部10が箱状に形成され、その箱状の対向する両縁部および仕切部５の縁部に細長い柵状部15が３列に一体的に立設されて櫛歯部９が形成されている。そして、本体１の櫛元部10の両側にパイプ12が突設されている。３列に並列された柵状部15において、中間列の仕切部５の先端高さは両側に位置するものよりも低く形成されている。
次に、蓋体２は各列の柵状部15の外周縁に整合するように形成され、接着剤等を用いて、本体１の図において上面側に被嵌され、両者間が接合される。この例では、蓋体２の外面側には金属製のフィン11が接着剤等により接合されている。

このような本体１および蓋体２は合成樹脂材で形成され、射出成形により容易に量産できる。なお、前記第２の実施の形態も同様に容易に製造できる。
図３に示す樹脂製熱交換器は、その図３（Ｂ）に示す如く、一方側のパイプ12から腐蝕性流体を内部に流入させると、仕切部５の存在により腐蝕性流体は仕切部５の先端をＵターンして流通し、他方のパイプ12よりそれが流出する。そして蓋体２の外面側に送風が行われ、腐蝕性流体を冷却するものである。

次に、図４は図３の変形例を示し、（Ａ）はその要部正面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ矢視断面図である。この例が図３と異なる点は、蓋体２の形状のみである。図３においては金属製のフィン11を設けたが、それに代えて樹脂製の蓋体２自体に多数の突条部14を突設形成し、それによってフィン11を構成したものである。
なお、この例では互いに対向する平面における夫々の突条部14はその傾斜の向きが逆向きに形成されている。

次に、図５は図３のさらに他の実施例であり、この例の本体１は内部を中空とした手袋状に形成され、その開口を蓋体２によって閉塞するものである。この蓋体２には、一体に仕切部５が突設されている。
図５の樹脂製熱交換器の本体１，蓋体２も射出成形等により容易に量産できるものである。

本発明の第１の実施の形態を示す熱交換器であって、（Ａ）はその正面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ矢視断面図、（Ｃ）は（Ｂ）のＣ−Ｃ矢視断面図、（Ｄ）はその分解斜視図。本発明の第２の実施の形態を示す熱交換器であって、（Ａ）はその正面図、（Ｂ）は同側面図、（Ｃ）同分解斜視図。本発明の第３の実施の形態を示す熱交換器であって、（Ａ）はその正面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ矢視断面図、（Ｃ）はその分解斜視図。

本発明の第４の実施の形態を示す熱交換器であって、（Ａ）はその要部正面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ矢視断面図。本発明の第５の実施の形態を示す熱交換器の分解斜視図。

符号の説明

１本体
２蓋体
３流路
４出入口
５仕切部
６中心ヘッダ
７外周ヘッダ
８溝形部

９櫛歯部
10 櫛元部
11 フィン
12 パイプ
13 ファン
14 突条部
15 柵状部

Claims

夫々合成樹脂の成形体で形成された本体(1)と蓋体(2)とからなり、本体(1)に蓋体(2)を液密に接合することにより、内部に一端から他端に向かう蛇行状の流路(3)が形成され、その一端および他端に出入口(4)を開口し、内部に腐蝕性流体が流通すると共に、外面側に空気流が流通する樹脂製熱交換器において、
内部が空洞に形成され、全体平面が櫛状に形成され、その内部を厚み方向に二分する仕切部(5)が設けられると共に、櫛歯部(9)の先端部のみにその仕切部(5)が存在せず、櫛元部(10)の厚み方向の一方側と他方側とに夫々前記出入口(4) が開口された樹脂製熱交換器。
請求項１において、
本体(1)と蓋体(2)の少なくとも一方の表面に放熱用のフィン(11)が突設形成された樹脂製熱交換器。