JP4395342B2 - 燃料電池用熱交換器 - Google Patents
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Description
また、細長いケーシング内に夫々細長い3つのコアを並列させ、各コアに夫々別個の流体を流通させると共に、各コアの長手方向に冷却水を同時に流通させることも可能である。この場合、通常、冷却水の流通方向と各被冷却用流体の流通方向とは互いに対向する対向流とされる。これは、対向流にすると熱交換が促進されるからである。
次に、コアを並列しコアの長手方向に第3の流体である冷却水を流通する場合、第1および第2の流体の熱交換量にアンバランスが生じると、一方が過冷却になる。また、第3の熱交換流体によって第1および第2の流体を加熱する場合には、一方の流体が過加熱ととなる。
そこで本発明は、2つの流体の熱交換量がアンバランスであっても、過冷却や過加熱にならないものを提供することを目的とする。
内部に被冷却用の第2流体(4)として水素ガスが流通する複数の第2チューブ(5) からなる第2コア(6) と、
それら第1コア(3) および第2コア(6) が並列され、両コア(3) (6) の外周を被蔽して、その一端部から他端部に第3流体(7)として冷却水が流通するケーシング(8) と、を具備し、
前記水素ガスの温度と空気の温度との間に温度差があるものであって、
前記第1チューブ(2) と第2チューブ(5) とが並列されると共に、第1流体(1) と第2流体(4) と第3流体(7)が夫々同一方向に流通し、第1流体(1) が第3流体(7)で冷却されると共に、第2流体(4) が第3流体(7)で冷却され且つ、その第3流体(7) は第1チューブ(2) の外周を流通すると共に、第2チューブ(5) の外周を流通して、それら各部を流通した第3流体(7) がケーシング(8) 内の途中で互いに混合されつつ流通することにより、前記水素ガスの温度と空気の温度との間の温度差を可及的に少なくした燃料電池用熱交換器である。
前記ケーシング(8) が筒状に形成されると共に、そのケーシング(8) の両端が一対のチューブプレート(9) で閉塞され、夫々のチューブプレート(9) には第1タンク本体(10)と第2タンク本体(11)とが並列して接合されて、一対づつの第1タンク(12)と第2タンク(13)とが形成され、
一対の第1タンク(12)に複数の第1チューブ(2) の両端が連通されると共に、一対の第2タンク(13)に複数の第2チューブ(5) の両端が連通し、ケーシング(8) の両端部に第3流体(7) の一対の出入口(14)が形成された燃料電池用熱交換器である。
前記第1コア(3) と第2コア(6) とがケーシング8の幅方向に並列され、ケーシング(8) の長手方向両端部に外面側に膨出する一対の環状膨出部(15)が形成され、その両環状膨出部(15)の対角位置に一対の出入口(14)が配置された燃料電池用熱交換器である。
そのため、第1流体1および第2流体4は第3流体7によって熱交換され、それらが各チューブ内を流通する間に次第に同一温度に近づくことになる。即ち、第3流体7はケーシング8内で互いに混合されつつ、第1チューブ2および第2チューブ5に沿ってその下流側に流通するから、第3流体7との温度差が大きい流体ほど熱交換が促進され、第1流体1と第2流体4とはその下流端側に至る間に次第に温度差がなくなるものとなる。そのため、各コアの熱交換量にアンバランスがあっても、一方の流体が過冷却または過加熱になることがない。即ち、空気と水素ガスは、それらの温度が同一の温度に近づき、燃料電池22のアノードとカソードに供給される。それにより、燃料電池の発電性能を向上させる。逆にいえば、水素温度と空気温度との間に大きな温度差が存在すると、発電性能が低下するので、本発明はそれを防ぐことができる。
従って、構造が簡単で第1流体1と第2流体4を第3流体7によって同時に冷却することができる熱交換器を提供できる。
このように構成することにより、第3流体7が第1チューブ2および第2チューブ5の外周を均等に流通すると共に、その流通の間に円滑に攪拌される。それにより、第1流体1の出口温度および第2流体4の出口温度を可及的に近づけることができる。
図1は燃料電池用熱交換器として、或いは自動車用のオイルクーラとインタークーラを兼ねる熱交換器、その他として利用できるものであり、その熱交換器の平面図である。図2は図1のII−II矢視断面図、図3は図1の III− III矢視断面図である。また、図4は同熱交換器の分解斜視図である。
この熱交換器は、図4に示す如く複数の偏平な第1チューブ2によって構成された第1コア3と、同様に複数の偏平な第2チューブ5によって構成された第2コア6とが平面方向に並列され、夫々の第1チューブ2,第2チューブ5の両端が一対のチューブプレート9のチューブ挿通孔28に挿通され、その挿通部が液密にろう付けまたは溶接固定される。そして第1コア3および第2コア6の外周にケーシング8が被蔽される。
なお、第1タンク本体10および第2タンク本体11には夫々入口側のパイプと出口側のパイプとが接合され、そこに第1流体入口16,第1流体出口17,第2流体入口18,第2流体出口19が形成される。
また、ケーシング8の一対の環状膨出部15にはその対角位置に一対の出入口パイプが取付けられ、そこに出入口14が形成される。
なお、この例では第1チューブ2および第2チューブ5の内部に図3の如くインナーフィン20が挿入され、そのインナーフィン20と第1チューブ2,第2チューブ5との間がろう付け固定されている。
一例として、燃料電池の水素ガスおよび空気を同時に冷却し、それらを燃料電池のアノードおよびカソードに供給する場合には、この例では第3流体7が冷却水として図1のケーシング8の右下の出入口14から流入し、各第1コア3,第2コア6の夫々の第1チューブ2,第2チューブ5の外周を流通してケーシング8の左上の出入口14からそれが流出する。そして、第1コア3には第1流体1として空気が右側の第1タンク本体10の第1流体入口16から流入し、各第1チューブ2内を流通して、左側の第1タンク本体10の第1流体出口17から流出する。また、第2流体4として水素ガスが右側の第2タンク本体11の第2流体入口18から流入し、各第2チューブ5内を流通して、左側の第2タンク本体11の第2流体出口19からそれが流出する。それらの3つの流体の流通方向は同一方向であり、この例では何れも右から左に流通する。
この例では、改質器25から流出した水素ガスの温度が90℃程度であり、ブロア27から供給される空気温度が70℃程度の場合であり、夫々のガス体を本発明の熱交換器21で65℃程度に冷却し、燃料電池22のアノードとカソードに夫々供給するものである。
このように本発明は、図1において第1流体1と第2流体4と第3流体7との流通方向に特徴があると共に、第1コア3と第2コア6とがケーシング8内に並列され、第3流体7がそれらの第1チューブ2,第2チューブ5を同時に流通して攪拌されるものである。このようにすることにより、第1コア3,第2コア6の熱交換量にアンバランスがあっても、一方の流体のみが過冷却または過加熱されることがない。
2 第1チューブ
3 第1コア
4 第2流体
5 第2チューブ
6 第2コア
7 第3流体
8 ケーシング
9 チューブプレート
10 第1タンク本体
12 第1タンク
13 第2タンク
14 出入口
15 環状膨出部
16 第1流体入口
17 第1流体出口
18 第2流体入口
19 第2流体出口
20 インナーフィン
22 燃料電池
23 冷却水タンク
24 凝縮器・熱交換器
25 改質器
26 ポンプ
27 ブロア
28 チューブ挿通孔
Claims (3)
- 内部に被冷却用の第1流体(1)として空気が流通する複数の第1チューブ(2) からなる第1コア(3) と、
内部に被冷却用の第2流体(4)として水素ガスが流通する複数の第2チューブ(5) からなる第2コア(6) と、
それら第1コア(3) および第2コア(6) が並列され、両コア(3) (6) の外周を被蔽して、その一端部から他端部に第3流体(7)として冷却水が流通するケーシング(8) と、を具備し、
前記水素ガスの温度と空気の温度との間に温度差があるものであって、
前記第1チューブ(2) と第2チューブ(5) とが並列されると共に、第1流体(1) と第2流体(4) と第3流体(7)が夫々同一方向に流通し、第1流体(1) が第3流体(7)で冷却されると共に、第2流体(4) が第3流体(7)で冷却され且つ、その第3流体(7) は第1チューブ(2) の外周を流通すると共に、第2チューブ(5) の外周を流通して、それら各部を流通した第3流体(7) がケーシング(8) 内の途中で互いに混合されつつ流通することにより、前記水素ガスの温度と空気の温度との間の温度差を可及的に少なくした燃料電池用熱交換器。 - 請求項1において、
前記ケーシング(8) が筒状に形成されると共に、そのケーシング(8) の両端が一対のチューブプレート(9) で閉塞され、夫々のチューブプレート(9) には第1タンク本体(10)と第2タンク本体(11)とが並列して接合されて、一対づつの第1タンク(12)と第2タンク(13)とが形成され、
一対の第1タンク(12)に複数の第1チューブ(2) の両端が連通されると共に、一対の第2タンク(13)に複数の第2チューブ(5) の両端が連通し、ケーシング(8) の両端部に第3流体(7) の一対の出入口(14)が形成された燃料電池用熱交換器。 - 請求項1または請求項2において、
前記第1コア(3) と第2コア(6) とがケーシング8の幅方向に並列され、ケーシング(8) の長手方向両端部に外面側に膨出する一対の環状膨出部(15)が形成され、その両環状膨出部(15)の対角位置に一対の出入口(14)が配置された燃料電池用熱交換器。
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