JP6044449B2

JP6044449B2 - 熱交換器

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Publication number: JP6044449B2
Application number: JP2013103190A
Authority: JP
Inventors: 竹内　哲也; 哲也竹内; 竹内　和彦; 和彦竹内; 健井口
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2013-05-15
Filing date: 2013-05-15
Publication date: 2016-12-14
Anticipated expiration: 2033-05-15
Also published as: JP2014224629A

Description

本発明は、燃料電池において化学反応により発生する排気ガスと水との間で熱交換を行う熱交換器に関する。

従来から、排気ガスと、排気ガスを冷却するための冷却水との間で熱交換を行う熱交換器が知られている。例えば、特許文献１には、断面が矩形波形状のコルゲート板を２枚の側板で挟持してコルゲート板の折り返し面を側板に当接させ、コルゲート板の側壁で区画された複数の通路を有する熱交換器が開示されている。この熱交換器は、排気ガスと水とが複数の異なる通路に交互に流れている。このような構造により、コルゲート板の側壁を介して排気ガスと水との熱交換を可能としている。

特開２０１０−１２１９２５号公報

前述の特許文献１に記載の熱交換器では、単段構造であり、熱交換する各流体の入り口と出口とが対向しており、流体の流れ方向の寸法、すなわち全長が大きくなる。熱交換器が大型化すると、熱交換器を含むシステムのサイズが大型化するという問題がある。また熱交換器のサイズが大きいので、熱交換器表面からの熱損失が多くなる。したがって熱交換器の熱交換性能が低下するという問題がある。

そこで、本発明は前述の問題点を鑑みてなされたものであり、熱交換器を小形化することができ、熱の損失を抑制することができる熱交換器を提供することを目的とする。

本発明は前述の目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。

本発明は、熱交換器の一端部に設けられ、排気ガスが外部から流入する排気ガス流入部（３３ａ）、および排気ガスを外部に流出する排気ガス流出部（３３ｂ）を有する排気ガスタンク（３３）と、熱交換器の一端部に設けられ、水が外部から流入する水流入部（３２ａ）、および水を外部に流出する水流出部（３２ｂ）を有する水タンク（３２）と、板状であって、厚み方向の断面が山部（７１）と谷部（７２）とが交互に繰り返される波形の２つのコルゲートフィン（３８ａ，３８ｂ）と、を含み、排気ガス通路は、排気ガス流入部から流入した排気ガスが排気ガスタンクから熱交換器の他端部側に向けて流通する排気ガス往路部分（６１）と、熱交換器の他端部において、排気ガス往路部分を通過した排気ガスの流れる方向を反対方向に変更する排気ガス折り返し部分（６２）と、排気ガス折り返し部分を通過した排気ガスが排気ガスタンクに向けて流通する排気ガス復路部分（６３）と、を含み、水通路は、水流入部から流入した水が水タンクから熱交換器の他端部側に向けて流通する水往路部分（５１）と、熱交換器の他端部において、水往路部分を通過した水の流れる方向を反対方向に変更する水折り返し部分（５２）と、水折り返し部分を通過した水が水タンクに向けて流通する水復路部分（５３）と、を含み、排気ガス往路部分と、水往路部分および水復路部分のいずれか一方が隣接し、排気ガス復路部分と、水往路部分および水復路部分のいずれか他方が隣接し、排気ガス往路部分および隣接する一方の水通路の一部と、排気ガス復路部分および隣接する他方の水通路の一部とを仕切るセンタープレート（３５）を有し、一方のコルゲートフィン（３８ａ）において、隣接する山部と山部とで区画する部分が、排気ガス通路の一部および水通路の一部のいずれか一方であり、隣接する谷部と谷部とで区画する部分が、排気ガス通路の一部および水通路の一部のいずれか他方であり、他方のコルゲートフィン（３８ｂ）において、隣接する山部と山部とで区画する部分が、排気ガス通路の一部および水通路の一部のいずれか一方であり、隣接する谷部と谷部とで区画する部分が、排気ガス通路の一部および水通路の一部のいずれか他方であり、センタープレートを介して、２つのコルゲートフィンが厚み方向に積層されていることを特徴とする。

このような本発明に従えば、熱交換器は、排気ガスタンクと水タンクとを含み、各タンクが各流体の流入部および流出部を有する。そして排気ガス通路は、排気ガス往路部分と排気ガス折り返し部と排気ガス復路部分とを含む。また水通路は、水往路部分と水折り返し部と水復路部分とを含む。これによって各タンクから各通路に流入した各流体は、折り返し部分で折り返して、再び各タンクに戻ってくることになる。したがって前述の特許文献１に記載のように単段構造ではなく、本発明の熱交換器は二段構造であるので、熱交換器を小形化することができる。これによって熱交換器の表面積を単段構造よりも少なくすることができるので、表面から外部への放熱に起因する熱損失を抑制することができる。

なお、前述の各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

燃料システム１０を示す図である。燃料電池ユニット２１の平面図である。燃料電池ユニット２１の正面図である。燃料電池ユニット２１の側面図である。排熱回収器３０を示す平面図である。排熱回収器３０を示す側面図である。図５の切断面線ＶＩＩ−ＶＩＩから見て、一部を拡大して示す断面図である。図７の切断面線ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩから見て示す断面図である。図７の切断面線ＩＸ−ＩＸから見て示す断面図である。第２実施形態の排熱回収器３０Ａを側面から見て示す断面図である。第３実施形態の一対のコルゲートフィンを示す斜視図である。第４実施形態の排熱回収器３０Ｃの側面から見て示す断面図である。第５実施形態の燃料電池ユニット２１Ｄの正面図である。燃料電池ユニット２１Ｄの側面図である。第６実施形態のコア部３１Ｅを拡大して示す断面図である。

以下、図面を参照しながら本発明を実施するための形態を、複数の形態について説明する。各実施形態で先行する実施形態で説明している事項に対応している部分には同一の参照符を付すか、または先行の参照符号に一文字追加し、重複する説明を略する場合がある。また各実施形態にて構成の一部を説明している場合、構成の他の部分は、先行して説明している実施形態と同様とする。各実施形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施形態同士を部分的に組合せることも可能である。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に関して、図１〜図９を用いて説明する。本実施形態における熱交換器は水素と酸素との電気化学反応を利用して電力を発生する燃料電池を備える燃料電池システム２０に利用されている。燃料電池システム２０は、図１に示すように、燃料電池ユニット２１と、燃料電池ユニット２１から排出される排熱を蓄熱する蓄熱タンク２２とを有している。本実施形態における熱交換器は、燃料電池ユニット２１の一部を構成する排熱回収器３０である。燃料電池ユニット２１は、図２〜図４に示すように、直方体状のケース２３の内部に収容されている。

燃料電池ユニット２１は、図１に示すように、ホットモジュール２４、排熱回収器３０および補機部品２５を含んで構成されている。ホットモジュール２４は、改質器２６およびセルスタック２８を含んで構成される。補機部品２５は、各部を制御する制御機器および脱硫器（ともに図示省略）、水ポンプ２７、空気ポンプ２９である。ホットモジュール２４は、図３および図４に示すように、ケース２３の上方に位置する。

改質器２６は、都市ガスやＬＰＧなどの原燃料ガスに所定の処理を施し水素リッチガスを生成し、水素リッチガスをセルスタック２８に供給するものである。原燃料ガスは、脱硫器で原燃料ガス中に含まれる硫黄が除去され、その後、水ポンプ２７から供給される水を蒸発させた水蒸気と混合される。そして改質器２６において改質ガスを生成すると、次に改質ガスはセルスタック２８に供給される。

セルスタック２８には空気ポンプ２９によって空気が供給され、セルスタック２８は改質ガスと空気中の酸素とを電気化学反応させることで電力を発生させる。したがって、酸素は空気ポンプ２９によって圧送される。上記反応と同時に燃料排気ガス（以下、排気ガスとする）が生成される。空気ポンプ２９は、図示しない駆動装置により駆動される。空気ポンプ２９は、駆動することでセルスタック２８から排出された排気ガスを通路を通して排熱回収器３０に移送する。

排熱回収器３０は、燃料電池ユニット２１の高温の排気ガスと水と熱交換し、排気ガスの熱を回収することを目的としている。したがって排熱回収器３０は、排気ガスと水とを熱交換するものである。排熱回収器３０は、図１に示すように、蓄熱用流通通路４０を介して蓄熱タンク２２と接続されており、蓄熱用流通通路４０を流れる水が排熱回収器３０および蓄熱タンク２２に流通可能となっている。また排熱回収器３０は、図２〜図４に示すように、平板状であって、厚み方向の両面が水平方向に伸びるように、ケース２３内に配置される。

蓄熱用ポンプ４１は、蓄熱用流通通路４０に配置されており、図示しない駆動装置により駆動される。蓄熱用ポンプ４１は、駆動することで排熱回収器３０ユニットの外部から供給された水を排熱回収器３０に供給し、排熱回収器３０から排出された排熱を排熱回収器３０ユニットの外部に設けられた熱を必要とする機器、本実施形態では蓄熱タンク２２に移送する。図１に示す実線矢印は排気ガスの流れる方向を示しており、破線矢印は水の流れる方向を示している。

次に、排熱回収器３０の具体的な構成に関して、図５〜図９を用いて説明する。排熱回収器３０は、図５および図６に示すように、全体として平板状である。排熱回収器３０は、コア部３１、水タンク３２、排気ガスタンク３３およびエンドキャップ３４を含んで構成される。水タンク３２および排気ガスタンク３３は、排熱回収器３０の一端部側に位置し、エンドキャップ３４は排熱回収器３０の他端部側に位置し、コア部３１は各タンク３２，３３とエンドキャップ３４との間に位置する。排熱回収器３０の内部には、水が流通する水通路、および排気ガスが流通する排気ガス通路が形成される。

排気ガスタンク３３は、排熱回収器３０の一端部（図５の左方の端部）に設けられ、排気ガスが外部から流入する排気ガス流入部３３ａ、および排気ガスを外部に流出する排気ガス流出部３３ｂを有する。排気ガス流入部３３ａおよび排気ガス流出部３３ｂは、図６および図８に示すように、排気ガスタンク３３の上下にそれぞれ設けられる。排気ガス流入部３３ａは、ホットモジュール２４のセルスタック２８に接続される。そして排気ガス流入部３３ａに排気ガスが流入するガス流入方向と、排気ガス流出部３３ｂから排気ガスが流出するガス流出方向とは、互いに同一方向であり、本実施形態では図８に示すように下方である。

水タンク３２は、排気ガスタンク３３と同一端部、すなわち排熱回収器３０の一端部（図５の左方の端部）に設けられ、水が外部から流入する水流入部３２ａ、および水を外部に流出する水流出部３２ｂを有する。水流入部３２ａおよび水流出部３２ｂは、図６および図８に示すように、水タンク３２の左方の端部にそれぞれ設けられ、蓄熱タンク２２に蓄熱用流通通路４０によって接続される。そして水流入部３２ａに水が流入する水流入方向は右方であり、水流出部３２ｂから水が流出する水流出方向は左方、互いに反対方向である。したがってガス流入方向と水流入方向とは、交差する方向であり、本実施形態では直交している。

排気ガス通路は、排気ガス往路部分６１と、排気ガス折り返し部分６２と、排気ガス復路部分６３と含む。排気ガス往路部分６１は、排気ガス流入部３３ａから流入した排気ガスが排気ガスタンク３３から排熱回収器３０の他端部側に向けて流通する部分である。排気ガス折り返し部分６２は、排熱回収器３０の他端部において、排気ガス往路部分６１を通過した排気ガスの流れる方向を反対方向に変更する部分である。排気ガス往路部分６１は、排気ガス折り返し部分６２を通過した排気ガスが排気ガスタンク３３に向けて流通する部分である。したがって排気ガス往路部分６１、排気ガス折り返し部分６２および排気ガス復路部分６３は、排気ガス通路の一部である。

水通路は、水往路部分５１と、水折り返し部分５２と、水復路部分５３と含む。水往路部分５１は、水流入部３２ａから流入した水が水タンク３２から排熱回収器３０の他端部側に向けて流通する部分である。水折り返し部分５２は、排熱回収器３０の他端部において、水往路部分５１を通過した水の流れる方向を反対方向に変更する部分である。水往路部分５１は、水折り返し部分５２を通過した水が水タンク３２に向けて流通する部分である。したがって水往路部分５１、水折り返し部分５２および水復路部分５３は、水通路の一部である。

排気ガスタンク３３の内部は、図８に示すように、センタープレート３５によって上下に分割されている。排気ガスタンク３３内のセンタープレート３５の上方の空間は、排気ガス流入部３３ａと排気ガス往路部分６１とを連通する。また排気ガスタンク３３内のセンタープレート３５の下方の空間は、排気ガス流出部３３ｂと排気ガス復路部分６３とを連通する。

水タンク３２の内部は、図９に示すように、セパレータ３６によって上下に分割されている。水タンク３２内のセパレータ３６の下方の空間は、水流入部３２ａと水往路部分５１とを連通する。また水タンク３２内のセパレータ３６の上方の空間は、水流出部３２ｂと水復路部分５３とを連通する。

次に、コア部３１に関して説明する。コア部３１は、排気ガス通路のうち排気ガス往路部分６１と排気ガス復路部分６３とを内部に形成し、水通路のうち水往路部分５１と水復路部分５３とを内部に形成する。コア部３１は、一対のサイドプレート３７、センタープレート３５、一対のコルゲートフィン３８ａ，３８ｂを含んで構成される。各コルゲートフィン３８ａ，３８ｂは、板状であって、厚み方向の断面が山部７１と谷部７２とが交互に繰り返される波形に形成される。各コルゲートフィン３８ａ，３８ｂは、たとえばステンレスの薄板を波形に成型して得られる。コルゲートフィン３８ａ，３８ｂは、断面形状が全体として矩形波形状となるように形成されている。したがってコルゲートフィン３８ａ，３８ｂの山部７１および谷部７２の先端面、すなわち折り返し面は平坦状である。

図７に示すように、センタープレート３５を介して、２つのコルゲートフィン３８ａ，３８ｂが厚み方向に積層される。そして厚み方向両端部には、サイドプレート３７が積層される。換言すると、２つのサイドプレート３７の間の内側には、一対のコルゲートフィン３８ａ，３８ｂが積層されている。コルゲートフィン３８ａ，３８ｂ、サイドプレート３７およびセンタープレート３５はろう付けにより固定されている。各コルゲートフィン３８ａ，３８ｂは、サイドプレート３７およびセンタープレート３５と当接する面がサイドプレート３７およびセンタープレート３５と平行となるように形成されている。

このような構造によりコア部３１の内部には、コルゲートフィン３８ａ，３８ｂの隣接する山部７１と山部７１とで区画された複数の通路と、隣接する谷部７２と谷部７２とで区画された複数の通路とが形成される。これらの通路が排気ガス往路部分６１、排気ガス復路部分６３、水往路部分５１および水復路部分５３を構成する。したがって排気ガス通路の一部および水通路の一部は、一対のサイドプレート３７、センタープレート３５および一対のコルゲートフィン３８ａ，３８ｂにより区画された複数の通路から構成されている。

本実施形態では、排気ガス往路部分６１と水復路部分５３とが排熱回収器３０の幅方向（図５の上下方向）に隣接する。また排気ガス復路部分６３と水往路部分５１とが排熱回収器３０の幅方向に隣接する。排気ガス復路部分６３と水往路部分５１とは、図８および図９に示すように、センタープレート３５の下方に位置するコルゲートフィン３８ｂによって形成される。また排気ガス往路部分６１と水復路部分５３とは、図８および図９に示すように、センタープレート３５の上方に位置するコルゲートフィン３８ａによって形成される。したがって排気ガス往路部分６１と水復路部分５３と、排気ガス復路部分６３と水往路部分５１とは、センタープレート３５によって仕切られている。

換言すると、図７に示すように、一方のコルゲートフィンである上方のコルゲートフィン３８ａにおいて、隣接する山部７１と山部７１とで区画する部分が水復路部分５３である。そして上方のコルゲートフィン３８ａにおいて、隣接する谷部７２と谷部７２とで区画する部分が排気ガス往路部分６１である。したがって水復路部分５３と排気ガス往路部分６１とが、幅方向に交互に配置されている。これによって水復路部分５３を通過する水と、排気ガス往路部分６１を通過する排気ガスとが熱交換される。

また、同様に他方のコルゲートフィンである下方のコルゲートフィン３８ｂにおいて、隣接する山部７１と山部７１とで区画する部分が排気ガス復路部分６３である。そして下方のコルゲートフィン３８ｂにおいて、隣接する谷部７２と谷部７２とで区画する部分が水往路部分５１である。したがって水往路部分５１と排気ガス復路部分６３とが、幅方向に交互に配置されている。これによって水往路部分５１を通過する水と、排気ガス復路部分６３を通過する排気ガスとが熱交換される。

また水復路部分５３と水往路部分５１とは、図８に示すように、排熱回収器３０の他端部側（図９の右方側）において水折り返し部分５２を介して連通している。水折り返し部分５２は、センタープレート３５に形成される貫通孔によって構成される。貫通孔は、図９に示すように、上下に隣接する水復路部分５３と水往路部分５１とを、エンドキャップ３４の近傍で連通するように形成される。これによって水タンク３２からの水を、再び水タンク３２に向かうようにＵターン、すなわち反対方向へ方向転換させることができる。

次に、エンドキャップ３４に関して説明する。エンドキャップ３４は、図５および図６に示すように、排熱回収器３０の他端部に設けられる。エンドキャップ３４は、内部に排気ガス折り返し部分６２を形成する。エンドキャップ３４は、図８および図９に示すように、排気ガス往路部分６１を通過した排気ガスを流入するガス流入孔３４ａが形成されている。またエンドキャップ３４は、図８に示すように、排気ガス往路部分６１を通過した排気ガスを、排気ガス復路部分６３に送るためのガス流出孔３４ｂが形成されている。エンドキャップ３４の内部には、水は流入しない。これによって排気ガスタンク３３からの排気ガスを、再び排気ガスタンク３３に向かうようにＵターン、すなわち反対方向へ方向転換させることができる。

このような構成によりセルスタック２８から排出された排気ガスは、排気ガス流入部３３ａを介して、まず排気ガスタンク３３に流入する。排気ガスタンク３３に流入した排気ガスは、コア部３１内の上方に位置する排気ガス往路部分６１に流入し、排熱回収器３０の他端部に位置するエンドキャップ３４に向けて流れる。排気ガス往路部分６１を通過した排気ガスは、ガス流入孔３４ａを介してエンドキャップ３４内に流入する。そして、下方に位置するガス流出孔３４ｂから、排気ガス復路部分６３に流入し、再び排気ガスタンク３３に向けて流れる。排気ガス復路部分６３を通過した排気ガスは、排気ガスタンク３３内に流入し、排気ガス流出部３３ｂから外部に流出する。

同様に、蓄熱タンク２２からの水は、水流入部３２ａを介して、まず水タンク３２に流入する。水タンク３２に流入した水は、コア部３１内の下方に位置する水往路部分５１に流入し、排熱回収器３０の他端部に位置する水折り返し部分５２に向けて流れる。水往路部分５１を通過した水は、水折り返し部分５２を介して水復路部分５３に流入し、再び水タンク３２に向けて流れる。水復路部分５３を通過した水は、水タンク３２内に流入し、水流出部３２ｂから外部に流出する。

このように排気ガスおよび水が排熱回収器３０の内部を流通することで、排気ガス通路を流れる排気ガスと水通路を流れる水とがコルゲートフィンを介して熱交換することができる。したがって蓄熱タンク２２には、排気ガスによって加熱された水が貯留される。したがって、たとえば蓄熱タンク２２内の水を給湯用などに用いることができる。

以上説明したように本実施形態の排熱回収器３０は、排気ガス通路として排気ガス往路部分６１と排気ガス折り返し部と排気ガス復路部分６３とを含み、水通路として水往路部分５１と水折り返し部分５２と水復路部分５３とを含む。これによって各タンク３２，３３から各通路に流入した各流体は、各折り返し部分５２，６２で折り返して、再び各タンク３２，３３に戻ってくることになる。換言すると、本実施形態の排熱回収器３０では水と排気ガスとを排熱回収器３０の他端部にてＵターンさせる構成であり、排熱回収器３０の一端部にしか流体の流出入部がないことを特徴としている。したがって単段構造ではなく、本実施形態の排熱回収器３０は二段構造であるので、排熱回収器３０を小形化することができる。具体的には、コア部３１の一端部から他端部までの長さ寸法Ｌ（図６参照）を小さくすることができる。これによって排熱回収器３０の表面積を単段構造よりも少なくすることができるので、表面から外部への放熱に起因する熱損失を抑制することができる。

また排熱回収器３０の一端部側に、水タンク３２と排気ガスタンク３３とが設けられる。そして各タンク３２，３３には、各流入部３２ａ，３３ａおよび各流出部３２ｂ，３３ｂが設けられている。これによって図２および図３に示すように、各タンク３２，３３からの４本の配管を一部分に集約することができる。これによって各タンク３２，３３と外部の装置とを接続する配管の取り回し長さを短くすることができる。これによって配管からの熱損失を少なくすることができる。

また本実施形態では、コア部３１の内部は、センタープレート３５によって上方の空間と下方との空間とを仕切っている。これによって二段構造の排熱回収器３０を、簡単な構造で容易に実現することができる。

さらに本実施形態では、排気ガス往路部分６１と、水復路部分５３が隣接し、排気ガス復路部分６３と、水往路部分５１が隣接する。換言すると、コア部３１内では水と排気ガスとの流れ方向が反対方向であり、いわゆる対向流である。したがって水が水通路の出口側に向かうにつれて、排気ガス通路の入口側からの排気ガスと熱交換することができる。したがって水と排気ガスとを効率よく熱交換することができる。

また本実施形態では、排熱回収器３０は、図２〜図４に示すように、平板状であって、厚み方向の両面が水平方向に伸びるように、ケース２３内に配置される。これによって排気ガス往路部分６１および排気ガス復路部分６３は、水平方向に延びるように設置されることになる。したがって排気ガス中の水蒸気が排気ガス通路を通過中に凝縮した場合でも、凝縮した水が重力によって排気ガス通路内の一カ所に留まることを防止することができ、さらに、排気ガスによる背圧で効率よく外部に排出され熱交換性能を確保することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に関して、図１０を用いて説明する。本実施形態では、水タンク３２０への水の流出入方向が第１実施形態とは異なる点に特徴を有する。

水流入部３２ａおよび水流出部３２ｂは、図１０に示すように、水タンク３２０の上下にそれぞれ設けられる。そして水流入部３２ａに水が流入する水流入方向と、水流出部３２ｂから水が流出する水流出方向とは、互いに同一方向、図１０では下方である。

したがって排気ガス往路部分６１と水往路部分５１とは、センタープレート３５の上方に位置するコルゲートフィンによって形成される。したがって排気ガス復路部分６３と水復路部分５３とは、センタープレート３５の下方に位置するコルゲートフィンによって形成される。

これによって本実施形態では、排気ガス往路部分６１と水往路部分５１が隣接し、排気ガス復路部分６３と水復路部分５３が隣接する。換言すると、コア部３１内では水と排気ガスとの流れ方向が同じ方向であり、いわゆる並行流である。したがって排気ガスと水との温度差を小さくすることができる。これによって対向流にして温度差が大きく水が沸騰するような場合には、並行流にすることによって水の沸騰を抑制することができる。

このように各タンク３２，３３における各流入部３２ａ，３３ａおよび各流出部３２ｂ，３３ｂの位置は自由であるので、他の部品との位置関係や、外部の配管の取り回しによって、適宜選択することができる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に関して、図１１を用いて説明する。本実施形態では、第１実施形態の排熱回収器３０におけるセンタープレート３５を含まず、一対のコルゲートフィン３８ａｃ，３８ｂｃを厚み方向に積層している点に特徴を有する。

２つのコルゲートフィン３８ａｃ，３８ｂｃが厚み方向に対向する部分では、上方のコルゲートフィン３８ａｃの谷部７２によって、下方のコルゲートフィン３８ｂｃの隣接する山部７１間が塞がれている。また下方に位置するコルゲートフィン３８ｂｃの山部７１によって、上方に位置するコルゲートフィン３８ａｃの隣接する谷部７２間が塞がれている。

これによってセンタープレート３５がなくても、上方のコルゲートフィン３８ａｃによって区画される通路と、下方のコルゲートフィン３８ｂｃによって区画される通路とを仕切ることができる。したがって部品点数を削減することができる。これによって製造コストを低減することができる。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態に関して、図１２を用いて説明する。本実施形態では、第１実施形態の排熱回収器３０とはセンタープレート３５の構成が異なり、本実施形態のセンタープレート３５は断熱部８０を内部に有する点に特徴を有する。

センタープレート３５は、図１２に示すように、断熱性能を有する断熱部８０として中空空間を内部に有する。これによって上方のコルゲートフィン３８ａを通過する流体と、下方のコルゲートフィン３８ｂを通過する流体とが熱交換することを抑制することができる。換言すると、各流体の熱的なショートカットを防止することができる。

したがって、たとえば排気ガス往路部分６１に流入した高温の排気ガスと、熱交換を終えて温度が低下した排気ガス復路部分６３とが熱交換することを抑制することができる。したがって各流体が、熱交換以外で放熱することを抑制することができる。したがって熱交換性能を向上することができる。

また本実施形態では、断熱部８０は中空の空間によって実現されているが、中空に限るものではない。たとえばセンタープレート３５の内部に断熱材からなる断熱部を設けても良い。

（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態に関して、図１３および図１４を用いて説明する。本実施形態では、排熱回収器３０が第１実施形態のように横置きではなく、縦置きである点に特徴を有する。

ケース２３内の他の部品との関係で、排熱回収器３０の設置スペースが縦長になる場合がある。このような場合には、排熱回収器３０を縦置きにすることができる。本実施形態では、ホットモジュール２４が排熱回収器３０の上方に配置されているので、配管の接続のため排熱回収器３０における各タンク３２，３３は上方に位置するように配置される。このような縦置きであっても、前述の第１実施形態の排熱回収器３０と同様の作用および効果を達成することができる。

（第６実施形態）
次に、本発明の第６実施形態に関して、図１５を用いて説明する。本実施形態では、センタープレート３５の厚み方向の両面には、２つのコルゲートフィン３８ａ，３８ｂをそれぞれセンタープレート３５に対して位置決めするためのリブ９０が形成されている点に特徴を有する。

図１５に示すように、センタープレート３５には、たとえば切り起こしによって複数のリブ９０が形成される。センタープレート３５の上面の各リブ９０は、上方のコルゲートフィン３８ａの谷部７２を位置決めする。センタープレート３５の下面の各リブ９０は、下方のコルゲートフィン３８ｂの山部７１を位置決めする。

これによって、各コルゲートフィン３８ａ，３８ｂをセンタープレート３５に組み付ける際に、組み付けが容易となる。また組み付け精度を向上することができる。したがって各タンク３２，３３とコア部３１内の各通路とが位置ずれして、ずれた部分が流れ抵抗となることを抑制することができる。

（その他の実施形態）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。

上記実施形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものである。

前述の第１実施形態では、水タンク３２に流出入する水は左右方向であり、排気ガスタンク３３に流出入する排気ガスは下方であったがこのような方向に限るものではない。これらの方向が逆であってもよい。すなわち、水タンク３２に流出入する水が下方向であり、排気ガスタンク３３に流出入する排気ガスは左右方向にして、流入する流体を第１実施形態とは入れ替えてもよい。このような構成であっても、第１実施形態と同様の作用および効果を達成することができる。

また前述の第１実施形態では、排気ガス折り返し部分６２と水折り返し部分５２とは隣接しているが、このような構成に限るものではなく、排気ガス折り返し部分６２と水折り返し部分５２とが隣接していなくてもよい。また排気ガス通路と水通路との一部が隣接していればよく、たとえば排気ガス往路部分６１と水復路部分５３とが隣接し、排気ガス復路部分６３と水往路部分５１とが隣接していない構成でもよい。また排気ガス往路部分６１と水復路部分５３との全てが隣接している構成でなく、排気ガス往路部分６１の一部と水復路部分５３の一部とが隣接している構成であってもよい。

２０…燃料電池システム２１…燃料電池ユニット（燃料電池）
２２…蓄熱タンク３０…排熱回収器（熱交換器）３２…水タンク
３２ａ…水流入部３２ｂ…水流出部３３…排気ガスタンク
３３ａ…排気ガス流入部３３ｂ…排気ガス流出部３４…エンドキャップ
３４ａ…ガス流入孔３４ｂ…ガス流出孔３５…センタープレート
３６…セパレータ３７…サイドプレート
３８ａ…上方のコルゲートフィン３８ｂ…下方のコルゲートフィン
５１…水往路部分５２…水折り返し部分
５３…水復路部分６１…排気ガス往路部分
６２…排気ガス折り返し部分６３…排気ガス復路部分
７１…山部７２…谷部８０…断熱部９０…リブ

Claims

燃料電池（２１）において化学反応により発生する排気ガスと水との間で熱交換させる熱交換器（３０）であって、
前記排気ガスが流通する排気ガス通路（６１〜６３）と、
前記排気ガス通路に少なくとも一部が隣接し、前記排気ガスと熱交換する水が流通する水通路（５１〜５３）と、
前記熱交換器の一端部に設けられ、前記排気ガスが外部から流入する排気ガス流入部（３３ａ）、および前記排気ガスを外部に流出する排気ガス流出部（３３ｂ）を有する排気ガスタンク（３３）と、
前記熱交換器の一端部に設けられ、前記水が外部から流入する水流入部（３２ａ）、および前記水を外部に流出する水流出部（３２ｂ）を有する水タンク（３２）と、
板状であって、厚み方向の断面が山部（７１）と谷部（７２）とが交互に繰り返される波形の２つのコルゲートフィン（３８ａ，３８ｂ）と、を含み、
前記排気ガス通路は、
前記排気ガス流入部から流入した前記排気ガスが前記排気ガスタンクから前記熱交換器の他端部側に向けて流通する排気ガス往路部分（６１）と、
前記熱交換器の他端部において、前記排気ガス往路部分を通過した前記排気ガスの流れる方向を反対方向に変更する排気ガス折り返し部分（６２）と、
前記排気ガス折り返し部分を通過した前記排気ガスが前記排気ガスタンクに向けて流通する排気ガス復路部分（６３）と、を含み、
前記水通路は、
前記水流入部から流入した前記水が前記水タンクから前記熱交換器の他端部側に向けて流通する水往路部分（５１）と、
前記熱交換器の他端部において、前記水往路部分を通過した前記水の流れる方向を反対方向に変更する水折り返し部分（５２）と、
前記水折り返し部分を通過した前記水が前記水タンクに向けて流通する水復路部分（５３）と、を含み、
前記排気ガス往路部分と、前記水往路部分および前記水復路部分のいずれか一方が隣接し、
前記排気ガス復路部分と、前記水往路部分および前記水復路部分のいずれか他方が隣接し、
前記排気ガス往路部分および前記隣接する前記一方の前記水通路の一部と、前記排気ガス復路部分および前記隣接する前記他方の前記水通路の一部とを仕切るセンタープレート（３５）を有し、
一方の前記コルゲートフィン（３８ａ）において、
隣接する山部と山部とで区画する部分が、前記排気ガス通路の一部および前記水通路の一部のいずれか一方であり、
隣接する谷部と谷部とで区画する部分が、前記排気ガス通路の一部および前記水通路の一部のいずれか他方であり、
他方の前記コルゲートフィン（３８ｂ）において、
隣接する山部と山部とで区画する部分が、前記排気ガス通路の一部および前記水通路の一部のいずれか一方であり、
隣接する谷部と谷部とで区画する部分が、前記排気ガス通路の一部および前記水通路の一部のいずれか他方であり、
前記センタープレートを介して、２つの前記コルゲートフィンが厚み方向に積層されていることを特徴とする熱交換器。
前記排気ガス流入部に前記排気ガスが流入するガス流入方向と、前記排気ガス流出部から前記排気ガスが流出するガス流出方向とは、互いに同一方向または反対方向であり、
前記水流入部に前記水が流入する水流入方向と、前記水流出部から前記水が流出する水流出方向とは、互いに同一方向または反対方向であり、
前記ガス流入方向と前記水流入方向とは、交差する方向であることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
前記センタープレートは、断熱性能を有する断熱部（８０）を内部に有することを特徴とする請求項１または２に記載の熱交換器。
前記センタープレートの厚み方向の両面には、２つの前記コルゲートフィンをそれぞれ前記センタープレートに対して位置決めするためのリブ（９０）が形成されているとする請求項１〜３のいずれか１つに記載の熱交換器。
一方の前記コルゲートフィンにおいて、
隣接する山部と山部とで区画する部分が、前記排気ガス往路部分および前記排気ガス復路部分のいずれか一方であり、
隣接する谷部と谷部とで区画する間が、前記水往路部分および前記水復路部分のいずれか一方であり、
他方の前記コルゲートフィンにおいて、
隣接する山部と山部とで区画する部分が、前記排気ガス往路部分および前記排気ガス復路部分のいずれか他方であり、
隣接する谷部と谷部とで区画する間が、前記水往路部分および前記水復路部分のいずれか他方であり、
２つの前記コルゲートフィンは、厚み方向に積層され、
２つの前記コルゲートフィンが厚み方向に対向する部分では、
厚み方向の一方側に位置するコルゲートフィンの谷部によって、厚み方向の他方側に位置するコルゲートフィンの隣接する山部間が塞がれており、
厚み方向の他方側に位置するコルゲートフィンの山部によって、厚み方向の一方側に位置するコルゲートフィンの隣接する谷部間が塞がれていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
前記排気ガス往路部分と、前記水往路部分が隣接し、
前記排気ガス復路部分と、前記水復路部分が隣接することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の熱交換器。
前記排気ガス往路部分と、前記水復路部分が隣接し、
前記排気ガス復路部分と、前記水往路部分が隣接することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の熱交換器。
前記排気ガス往路部分および前記排気ガス復路部分は、水平方向に延びるように設置されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の熱交換器。