JP4416670B2

JP4416670B2 - 多流体熱交換器

Info

Publication number: JP4416670B2
Application number: JP2005015163A
Authority: JP
Inventors: 秀孝新長; 俊行堀内; 努和田
Original assignee: T.RAD CO., L T D.
Current assignee: T.RAD CO., L T D.
Priority date: 2005-01-24
Filing date: 2005-01-24
Publication date: 2010-02-17
Anticipated expiration: 2025-01-24
Also published as: JP2006200861A

Description

本発明は、熱交換器に関し、特に、１つの流体で複数の流体を加熱又は冷却可能なように構成された多流体熱交換器に関する。

従来、燃料電池や船舶用の熱交換器等において多流体熱交換器が使用されている。この種の多流体熱交換器は、伝熱管を備えた複数のコアがケース内に収容されて構成されており、ケースと各コアの伝熱管との間を流通する流体に対して各コアが直列に配置されている直列タイプのものと、ケースと各コアの伝熱管との間を流通する流体に対して各コアが並列に配置されている並列タイプのものがある。

そして、直列タイプの熱交換器では、ケースと各伝熱管との間を流通する流体により、各伝熱管内を流通する複数の流体が順次、冷却又は加熱されるようになっており（例えば、特許文献１参照）、また、並列タイプの熱交換器では、ケースと各伝熱管との間を流通する流体により、各伝熱管内を流通する複数の流体が同時に冷却又は加熱されるようになっている。
実開昭６３−１８５７９９号公報

しかしながら、上記した従来の直列タイプの多流体熱交換器では、ケースと各伝熱管との間を流通する流体の温度がその流れに従って変化してしまうため、各流体の出口温度を同一温度に制御することができないといった問題があった。一方、上記した並列タイプの多流体熱交換器では、特に、各コアが複数の伝熱管を備えている場合には、ケースと各伝熱管との間を流通する流体の流れの分布が均一にならないため、各流体の出口温度にばらつきが生じるといった問題があった。

したがって、各流体の多流体熱交換器からの出口温度を同一温度に制御しないと、電池内の温度が不均一となり、発電性能や寿命を著しく損なうおそれのある燃料電池などの用途においては、上記した従来の多流体熱交換器を使用することが難しいといった問題があった。

さらにまた、上記した従来の多流体熱交換器では、ケースと各伝熱管との間を流通する流体の流れが直線的になり、流体の淀みの発生する領域が多くなるため、熱交換性能を十分に高めることができないといった問題もあった。

本発明は、上記した課題を解決すべくなされたものであり、ケースと各伝熱管との間に流体を均一に流通させ、熱交換性能の向上を図り、各流体の熱交換器からの出口温度を同一温度に制御することのできる多流体熱交換器を提供しようとするものである。

本発明は、伝熱管を備えた２つのコアと該コアを収容するケースとを備え、該ケースと前記各伝熱管との間を流通する第１流体と、前記各伝熱管内を流通する第２流体及び第３流体とが互いに熱交換を行うように構成された多流体熱交換器であって、前記各コアは並列に設けられていると共に前記第１流体の出入口はそれぞれ前記各コアの間に設けられており、前記第１流体と前記第２流体及び第３流体とがそれぞれ並列に流通するように構成されていることを特徴とする。

そして、好ましくは、前記ケース内部の前記各コアの間には、前記第１流体の出入口に近接してバッフル部材が設けられ、該バッフル部材により前記第１流体が左右の前記各コアに均一に振り分けられるように構成されているのがよい。

また、前記各コアは、並設された複数の伝熱管を備えていてもよい。

さらに、前記バッフル部材は、平板状の部材から構成されていてもよく、また、前記バッフル部材は、板バネ状の部材から構成されており、前記ケースの対向する周壁間に介装可能なように形成されていてもよく、さらに、前記バッフル部材は、パイプを半割りにした形状を有する部材から構成されており、その一端部が前記第１流体の出入口を構成可能なように形成されていてもよく、さらにまた、前記バッフル部材は、パイプの左右周壁に通過孔が形成された部材から構成されており、その一端部が前記第１流体の出入口を構成可能なように形成されていてもよい。

本発明によれば、冷却流体の流れの分布を改善させ、熱交換性能の向上を図ることができると共に、各流体の熱交換器からの出口温度を同一温度に制御することができる等、種々の優れた効果を得ることができる。

以下、図１及び図２を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。ここで、図１は本発明の実施の形態に係る多流体熱交換器を示す断面図、図２は図１のＡ−Ａ矢視図である。

この多流体熱交換器１は、内部に第２流体と第３流体が流通可能なように並列して配設された２つのコア２と、各コア２の両端にそれぞれ設けられたアッパタンク３及びロアタンク４と、各コア２を収容するケース５と、ケース５の両端を閉塞するように設けられたヘッダプレート６とから概略構成されており、各コア２とケース５の間には第１流体が流通可能となっている。

各コア２は、それぞれ、複数（図示では３本）の扁平チューブ７と、扁平チューブ７の内部に介装されたインナーフィン８とから成り、各扁平チューブ７は、その両端部が各ヘッダプレート６に貫設され、アッパタンク３及びロアタンク４に連通するようになっている。また、アッパタンク３には、第２流体及び第３流体の各入口９が設けられ、ロアタンク４には、第２流体及び第３流体の各出口１０がそれぞれ設けられている。

ケース５は、角筒状を成しており、前面側周壁１１には、上部に第１流体の入口１２が設けられ、下部に第１流体の出口１３が設けられている。第１流体の入口１２及び出口１３はそれぞれ各コア２の間に配置されており、第１流体は前記第２流体及び第３流体と並列に流通可能となっている。

ケース５内部の各コア２の間には、第１流体の入口１２及び出口１３に近接してそれぞれバッフル部材１４，１５が設けられており、上側のバッフル部材１４は第１流体の入口１２の直下に位置し、下側のバッフル部材１５は第１流体の出口１３の直上に位置している。各バッフル部材１４，１５は、それぞれ前後方向に細長い平板状を成し、ケース５の前面側周壁１１と後面側周壁１６との間に配置されている。

次に、本実施の形態に係る多流体熱交換器１の作用を説明する。

第２流体及び第３流体は、それぞれ、入口９からアッパタンク３を通って各コア２の扁平チューブ７内に流入し、ロアタンク４を通って出口１０から外部に流出する。一方、入口１２からケース５内に流入した第１流体は、上側のバッフル部材１４により左右の各コア２に均一に振り分けられ、前面側周壁１１と扁平チューブ７の間や、隣接する扁平チューブ７の間や、扁平チューブ７と後面側周壁１６との間を均一に流通し、第２流体及び第３流体との間で熱交換を行う。さらにまた、ケース５内において各コア２の間を流通した第１流体は、下側のバッフル部材１５により左右の各コア２に均一に振り分けられ、前面側周壁１１と扁平チューブ７の間や、隣接する扁平チューブ７の間や、扁平チューブ７と後面側周壁１６との間を均一に通って第２流体及び第３流体との間で熱交換を行った後、出口１３から外部に流出する。

このように、上記した実施の形態に係る多流体熱交換器１によれば、第１流体の入口１２及び出口１３にそれぞれバッフル部材１４，１５が設けられており、ケース５内において第１流体は左右の各コア２に均一に振り分けられる。したがって、第１流体の経路を長く取ることができ、ケース５内において第１流体の淀みの発生を抑制することができるため、熱交換性能を高めることができる。

また、第１流体の入口１２及び出口１３をそれぞれ各コア２の間に設けることにより、同一温度の第１流体が左右のコア２の扁平チューブ７に接触するようになるため、第２流体及び第３流体の温度を同一温度に制御することができる。さらに、第１流体の入口１２及び出口１３に近接してバッフル部材１４，１５が設けられているため、上記したように各コア２に複数の扁平チューブ７が設けられている場合でも、第１流体が左右の各コア２に均一に振り分けられ、第２流体及び第３流体の温度を同一温度に制御することができるようになる。したがって、第１流体と第２流体及び第３流体の３つの流体の出口温度を同一温度に制御することも可能となる。

なお、バッフル部材１４，１５の構成は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、各種変更が可能である。すなわち、例えば、図３に示すように、板バネ状の部材１７を台形状に折曲し、ケース５の互いに対向する前面側周壁１１と後面側周壁１６の間に介装させてもよく、この場合、バッフル部材はバネの弾性により前面側周壁１１と後面側周壁１６の間に保持されるため、溶接等の接合手段を必要とすることなく、ケース５内の所定箇所に簡単且つ確実に固定することができる。

また、図４に示すように、丸パイプ１８を半割りにし、その一端部が第１流体の入口１２及び出口１３を構成可能なように形成させたり、或いは、図５に示すように、丸パイプ１９の左右周壁に通過孔２０を複数形成させ、その一端部が第１流体の入口１２及び出口１３を構成可能なように形成させてもよく、これらの場合には、バッフル部材はケース５に貫設することにより固定され、しかも、冷却水の出入口としての機能も合わせ持つようになるため、熱交換器の製造作業が簡素化され、製造コストの低減化を図ることが可能となる。

さらに、上記実施の形態においては、伝熱管として３個の扁平チューブ７が設けられているが、これは単なる例示に過ぎず、本発明は、他の形状や数の伝熱管から成るコアを備えた熱交換器にも適用可能であることは言う迄もない。

本発明の実施の形態に係る多流体熱交換器を示す断面図である。図１のＡ−Ａ矢視図である。本発明の実施の形態に係る多流体熱交換器におけるバッフル部材を示す斜視図である。本発明の実施の形態に係る多流体熱交換器におけるバッフル部材の別の例を示す斜視図である。本発明の実施の形態に係る多流体熱交換器におけるバッフル部材のさらに別の例を示す斜視図である。

符号の説明

１多流体熱交換器
２コア
５ケース
７扁平チューブ
１１前面側周壁
１２入口
１３出口
１４バッフル部材
１５バッフル部材
１６後面側周壁
１７板バネ状の部材
１８丸パイプ
１９丸パイプ
２０通過孔

Claims

伝熱管を備えた２つのコアと該コアを収容するケースとを備え、該ケースと前記各伝熱管との間を流通する第１流体と、前記各伝熱管内を流通する第２流体及び第３流体とが互いに熱交換を行うように構成された多流体熱交換器であって、
前記各コアは並列に設けられていると共に前記第１流体の出入口はそれぞれ前記各コアの間に設けられており、前記第１流体と前記第２流体及び第３流体とがそれぞれ並列に流通するように構成され、前記ケース内部の前記各コアの間には、前記第１流体の出入口に近接してバッフル部材が設けられ、該バッフル部材により前記第１流体が左右の前記各コアに均一に振り分けられるように構成され、前記バッフル部材は、板バネ状の部材から構成されており、前記ケースの対向する周壁間に介装可能なように形成されていることを特徴とする多流体熱交換器。
伝熱管を備えた２つのコアと該コアを収容するケースとを備え、該ケースと前記各伝熱管との間を流通する第１流体と、前記各伝熱管内を流通する第２流体及び第３流体とが互いに熱交換を行うように構成された多流体熱交換器であって、
前記各コアは並列に設けられていると共に前記第１流体の出入口はそれぞれ前記各コアの間に設けられており、前記第１流体と前記第２流体及び第３流体とがそれぞれ並列に流通するように構成され、前記ケース内部の前記各コアの間には、前記第１流体の出入口に近接してバッフル部材が設けられ、該バッフル部材により前記第１流体が左右の前記各コアに均一に振り分けられるように構成され、前記バッフル部材は、パイプを半割りにした形状を有する部材から構成されており、その一端部が前記第１流体の出入口を構成可能なように形成されていることを特徴とする多流体熱交換器。
前記各コアは、並設された複数の伝熱管を備えている請求項１又は２に記載の多流体熱交換器。