JP4850634B2 - 熱交換器 - Google Patents

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Description

本発明は、仕切プレートを介して隣接する一対の偏平な流路を有するコンパクトで低コストな熱交換器に関し、一例として固体酸化物燃料電池用熱交換器として最適なものに関する。
コンパクトなプレート型熱交換器として、下記特許文献に記載のものを本出願人は既に提案している。これは、図５〜図７に示す如く、仕切プレート１の両側に対向して浅い溝形の第１プレート2aと第２プレート3aとを設け、その上下両端部を出入口を除き閉塞し、第１流路２と第２流路３とを形成する。そして夫々の下端部に第１ヘッダ４と第２ヘッダ５を配置し、夫々の上端部に出口18と入口17とを配置したものである。そして第１流路２，第２流路３には、夫々インナーフィン14が配置されている。第１ヘッダ４内部には、多数の孔16が穿設された入口パイプ15が挿入され、その入口パイプ15から第１流体12が供給され、第１流路２を介し出口18より流出する。また、第２流体13が入口17より流入し、第２流路３から第２ヘッダ５および出口パイプ19を介して、それが流出する。そして、第１流体12及び第２流体13間に熱交換が行われるものである。
この熱交換器は、第１流路２，第２流路３の流路断面と、第１ヘッダ４，第２ヘッダ５の流路断面とが均一であり、極めてコンパクトに形成できる特徴がある。また、第１流路２，第２流路３の厚み方向の幅を薄くすることにより、より高性能でコンパクトな熱交換器を提供できる特徴がある。
特開２００６−１４５１４８号公報
第１流路２，第２流路３の厚みを薄くし、高性能化を図ると、第１ヘッダ４，第２ヘッダ５の断面積も小さくなり、各流体の出入口部において流体の圧力損失が大きくなる欠点がある。これに対処するため、図４に示す如く、第１ヘッダ４，第２ヘッダ５を夫々第１流路２，第２流路３の下端部において一方側に突出させ、出入口における各流体の圧力損失を低下させることが考えられる。
しかしながら、この場合には第１ヘッダ４，第２ヘッダ５のトータルの断面積が比較的大きくなり、コンパクト性に欠けるという別の問題が生ずる。
そこで、本発明は係る欠点を解決することを課題とする。
請求項１に記載の本発明は、仕切プレート(1) を介して、夫々偏平な第１流路(2) と第２流路(3) とが隣接し、第１流路(2) の端部に第１ヘッダ(4) を有し、第２流路(3) の端部に第２ヘッダ(5) とを有する熱交換器において、
第１流路(2) の一端部に、その第１流路(2) の厚み方向外側に突設して、細長い共通ヘッダ(6) が設けられ、
その共通ヘッダ(6) の内部に、その長手方向の一端の底から他端の天井に、細長い斜めの傾斜仕切板(7) が配置され、
その傾斜仕切板(7) の一方の縁は、共通ヘッダ(6) の突出側壁面(6a)に接続され、他方の縁は前記仕切プレート(1) の縁に接続され且つ、仕切プレート(1)の縁はその傾斜仕切板(7)に整合して斜めに傾斜し、その傾斜仕切板(7) の前記天井側が第１ヘッダ(4) を構成し、前記底側が第２ヘッダ(5) を構成し、
第１ヘッダ(4) および第２ヘッダ(5) の各横断面積の最大の位置に第１出入口パイプ(8) および第２出入口パイプ(9) が開口し、
第１流路(2)と第２流路(3)にそれぞれ流通する第１流体(12)と第２流体(13)とは互いに反対方向に流通する対向流とされ、第１出入口パイプ(8)と第２出入口パイプ９は、一方が流体の入口となり、他方が流体の出口となるように構成して、各入口および出口で各ヘッダの流路断面積が最大となるように構成した熱交換器である。
本発明の熱交換器は、第１流路２の一端部にその厚み方向外側に突設した共通ヘッダ６が設けられ、その共通ヘッダ６内部に傾斜仕切板７が配置され、その傾斜仕切板７の縁が仕切プレート１の縁に接続されて、その傾斜仕切板７の天井側が第１流路２を形成し、底側が第２流路３を構成するから、ヘッダ部の圧力損失を低下しつつ、第１ヘッダ４及び第２ヘッダ５として使用するトータルのヘッダ容量を小さくし、全体としてコンパクトな熱交換器を提供できる。
さらに、第１ヘッダ４及び第２ヘッダ５の各断面積の最大の位置に第１出入口パイプ８及び第２出入口パイプ９が開口するようにしたから、第１流体12及び第２流体13の各ヘッダにおける流通を円滑に行い、第１流路２及び第２流路３各部に均一に流体を流通させることができる。
即ち、一例として、第１出入口パイプ８から第１流体12が第１ヘッダ４に流入し、それが傾斜仕切板７に沿って導かれ、第１流路２の各部に均等に分配されて第１出入口10からそれが流出する。このとき、第１ヘッダ４内は下流側程断面が小となるが、第１流体12はその途中で第１流路へ分散流出し、流量も次第に小となるから、第１ヘッダ４の各部の圧力損失は略一定である。
また、対向流である第２流体13が第２出入口11から第２流路３内に流入し、それが第２ヘッダ５を介して第２出入口パイプ９から流出する。このとき、第２流体13は第２ヘッダ５内を第２出入口パイプ９側に流通する程流量が多くなるが、その第２ヘッダ５の流路断面も下流側程より大きくなるため、それを円滑に第２出入口パイプ９から流出することができる。
次に、図面に基づいて本発明の実施の形態につき説明する。
図１は本発明の熱交換器の一部破断斜視図であり、図２は図１のII−II断面図、図３は図１の III− III断面図である。なお、従来技術の部品と同一のものは、同一符号を付してある。
この熱交換器は、仕切プレート１の両側に偏平な第１流路２と第２流路３とが形成されるように、仕切プレート１に対向して浅い溝形の第１プレート2a及び第２プレート3aが配置され、その上下両端が閉塞されている。そして、第１流路２の下端部において第１プレート2aの外面側に各断面が一定の細長い共通ヘッダ６が突設され、その共通ヘッダ６内に傾斜仕切板７が配置されている。
この傾斜仕切板７は、共通ヘッダ６の突出側内面と仕切プレート１との間の幅を有し、その一端が共通ヘッダ６の長手方向の一端の底面20に位置し、他端が長手方向の他端の天井面21に位置する。そして傾斜仕切板７の幅方向の一方の縁は共通ヘッダ６の突出側壁面6aに接続され、他方の縁は仕切プレート１の縁に接続される。従って、仕切プレート１の下端縁は傾斜仕切板７に整合し斜めに傾斜する。そして傾斜仕切板７の天井面21側に第１ヘッダ４が形成され、傾斜仕切板７の底面20側に第２ヘッダ５が形成される。また、第１流路２の上端には第１出入口10が、第２流路３の上端には第２出入口11が開口する。
なお、第１流路２，第２流路３には夫々図３に示すインナーフィン14（第２流路３側は図示されていない）が内装されている。
このようにしてなる熱交換器は、第１出入口パイプ８から第１流体12が第１ヘッダ４に流入し、それが傾斜仕切板７に沿って導かれ、第１流路２の各部に均等に分配されて第１出入口10からそれが流出する。このとき、第１ヘッダ４内は下流側程断面が小となるが、第１流体12はその途中で第１流路へ分散流出し、流量も次第に小となるから、第１ヘッダ４の各部の圧力損失は略一定である。
また、第２流体13が第２出入口11から第２流路３内に流入し、それが第２ヘッダ５を介して第２出入口パイプ９から流出する。このとき、第２流体13は第２ヘッダ５内を第２出入口パイプ９側に流通する程流量が多くなるが、その第２ヘッダ５の流路断面も下流側程より大きくなるため、それを円滑に第２出入口パイプ９から流出することができる。
本発明の熱交換器の一部破断斜視図。 図１のII−II矢視断面図。 図１の III− III矢視断面図。 本発明の熱交換器との比較例を示す説明図。
従来型熱交換器の横断面図。 図５のVI−VI矢視断面図。 図６の VII− VII矢視断面図。
符号の説明
１ 仕切プレート
２ 第１流路
2a 第１プレート
３ 第２流路
3a 第２プレート
４ 第１ヘッダ
５ 第２ヘッダ
６ 共通ヘッダ
6a 突出側壁面
７ 傾斜仕切板
８ 第１出入口パイプ
９ 第２出入口パイプ
10 第１出入口
11 第２出入口
12 第１流体
13 第２流体
14 インナーフィン
15 入口パイプ
16 孔
17 入口
18 出口
19 出口パイプ
20 底面
21 天井面

Claims (1)

  1. 仕切プレート(1) を介して、夫々偏平な第１流路(2) と第２流路(3) とが隣接し、第１流路(2) の端部に第１ヘッダ(4) を有し、第２流路(3) の端部に第２ヘッダ(5) とを有する熱交換器において、
    第１流路(2) の一端部に、その第１流路(2) の厚み方向外側に突設して、細長い共通ヘッダ(6) が設けられ、
    その共通ヘッダ(6) の内部に、その長手方向の一端の底から他端の天井に、細長い斜めの傾斜仕切板(7) が配置され、
    その傾斜仕切板(7) の一方の縁は、共通ヘッダ(6) の突出側壁面(6a)に接続され、他方の縁は前記仕切プレート(1) の縁に接続され且つ、仕切プレート(1)の縁はその傾斜仕切板(7)に整合して斜めに傾斜し、その傾斜仕切板(7) の前記天井側が第１ヘッダ(4) を構成し、前記底側が第２ヘッダ(5) を構成し、
    第１ヘッダ(4) および第２ヘッダ(5) の各横断面積の最大の位置に第１出入口パイプ(8) および第２出入口パイプ(9) が開口し、
    第１流路(2)と第２流路(3)にそれぞれ流通する第１流体(12)と第２流体(13)とは互いに反対方向に流通する対向流とされ、第１出入口パイプ(8)と第２出入口パイプ９は、一方が流体の入口となり、他方が流体の出口となるように構成して、各入口および出口で各ヘッダの流路断面積が最大となるように構成した熱交換器。
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