JP6302395B2

JP6302395B2 - Header plateless heat exchanger

Info

Publication number: JP6302395B2
Application number: JP2014217835A
Authority: JP
Inventors: 田中　外治; 外治田中; 大輔諏訪下
Original assignee: T.RAD CO., L T D.
Current assignee: T.RAD CO., L T D.
Priority date: 2014-03-27
Filing date: 2014-10-24
Publication date: 2018-03-28
Anticipated expiration: 2034-10-24
Also published as: JP2015194324A

Description

本発明は、両端部が拡開された偏平チューブを積層して、コアを形成したヘッダープレートレス熱交換器であって、燃料電池システムから排出される被冷却流体から排熱と凝縮水を回収し、この被冷却流体の排熱を利用して冷却水を必要な温度まで加温する熱交換器として最適なものに関する。 The present invention is a header plateless heat exchanger in which flat tubes having both ends expanded are formed to form a core, and exhaust heat and condensed water are recovered from a fluid to be cooled discharged from a fuel cell system. In addition, the present invention relates to an optimum heat exchanger for heating the cooling water to a necessary temperature by using the exhaust heat of the fluid to be cooled.

一例として、被冷却流体は燃料電池の排ガスであり、このガスから排熱を回収する熱交換器として、ヘッダープレートレス型のものが使用されている。これは偏平チューブ内に排ガスを流通させ、その外側に冷却水を流通させるものである。
この熱交換器に用いられる偏平チューブは、両端部に厚み方向へ拡開された拡開部を設け、その拡開部の位置で各偏平チューブを互いに積層し、コアが形成される。そのコアの外周には、ケーシングが被嵌されるとともに、コアの長手方向両端部に一対のガスタンクを設けたものが知られている。
そして、ケーシング内に冷却水を導き、偏平チューブの外側に流通させるとともに、ガスタンクから各偏平チューブ内に高温の排ガスを流通させ、その排ガスと冷却水とを熱交換させるものである。 As an example, the fluid to be cooled is exhaust gas of a fuel cell, and a header plateless type is used as a heat exchanger that recovers exhaust heat from this gas. In this method, exhaust gas is circulated in the flat tube, and cooling water is circulated outside thereof.
The flat tubes used in this heat exchanger are provided with widened portions that are widened in the thickness direction at both ends, and the flat tubes are laminated together at the positions of the widened portions to form a core. It is known that a casing is fitted on the outer periphery of the core and a pair of gas tanks are provided at both ends in the longitudinal direction of the core.
Then, the cooling water is guided into the casing and circulated to the outside of the flat tube, and the high-temperature exhaust gas is circulated from the gas tank into each flat tube to exchange heat between the exhaust gas and the cooling water.

図１０は、背景技術の排熱回収用の熱交換器の模式図である。
一例として、ケーシング６の一側のコア３の両端部に一対の冷却水入口5a、冷却水出口5bを設け、冷却水入口5aから冷却水９を各偏平チューブ２の外面側に流通させ、それを冷却水出口5bから排出させる。また、被冷却流体８は入口15から一方のタンク７を介して各偏平チューブ２の内部に供給され、他方のタンク７および出口16を介して外部に排出されるものである。冷却水９の流れ方向と、被冷却流体８の流れ方向とは対向流となっている。
通常、冷却水９は水道水が用いられ、その流量は0.1 L/min〜1 L/min程度と極めて小さい。 FIG. 10 is a schematic diagram of a heat exchanger for exhaust heat recovery according to the background art.
As an example, a pair of cooling water inlet 5a and cooling water outlet 5b are provided at both ends of the core 3 on one side of the casing 6, and the cooling water 9 is circulated from the cooling water inlet 5a to the outer surface side of each flat tube 2. Is discharged from the cooling water outlet 5b. The fluid 8 to be cooled is supplied from the inlet 15 to the inside of each flat tube 2 through one tank 7 and discharged to the outside through the other tank 7 and outlet 16. The flow direction of the cooling water 9 and the flow direction of the fluid 8 to be cooled are counterflows.
Normally, tap water is used as the cooling water 9, and its flow rate is as small as about 0.1 L / min to 1 L / min.

上述に記載のヘッダープレートレス熱交換器では、一方のタンクから被冷却流体８が偏平チューブ２の拡開部１へ流入するとき、その熱が拡開部１に伝熱されて、冷却水９との境界において、冷却水９の沸騰、滞留が生じ、その部分で冷却水９が過熱される。その結果、冷却水中の二酸化炭素の溶解度が減少し、スケール（炭酸カルシウムなど）が冷却水９の出口付近に堆積する。このようなスケールの体積が生じると、冷却水９の出口を閉塞するとともに、その部分から金属腐食を生じさせ、熱交換器の寿命を短くする要因となっていた。 In the header plateless heat exchanger described above, when the fluid 8 to be cooled flows from one tank into the expanded portion 1 of the flat tube 2, the heat is transferred to the expanded portion 1, and the cooling water 9. The cooling water 9 boils and stays at the boundary, and the cooling water 9 is overheated at that portion. As a result, the solubility of carbon dioxide in the cooling water decreases, and scale (calcium carbonate or the like) is deposited near the outlet of the cooling water 9. When such a scale volume occurs, the outlet of the cooling water 9 is blocked, and metal corrosion occurs from that portion, which is a cause of shortening the life of the heat exchanger.

この拡開部１に被冷却流体８の熱が伝熱される理由は、偏平チューブ２の拡開部１で各チューブが積層されているため、冷却水との境界において伝熱が起こり易いと推測できる。
そこで本発明は、流入する被冷却流体８による偏平チューブ２の拡開部１への伝熱を最小限に抑制し、その出口付近に析出しやすいスケールの堆積を防止することができ、さらに沸騰の気泡よる冷却水の滞留を防止するヘッダープレートレス熱交換器を提供することを課題とする。 The reason why the heat of the fluid 8 to be cooled is transferred to the expanded portion 1 is that each tube is laminated in the expanded portion 1 of the flat tube 2, so heat transfer is likely to occur at the boundary with the cooling water. it can.
Therefore, the present invention can minimize the heat transfer to the widened portion 1 of the flat tube 2 by the fluid 8 to be cooled, prevent the scale from being deposited near the outlet, and prevent boiling. It is an object of the present invention to provide a header plateless heat exchanger that prevents stagnation of cooling water due to bubbles.

請求項１に記載の本発明は、両端に厚み方向へ拡開された拡開部(1)を有する複数の偏平チューブ(2)が、その拡開部(1)で互いに積層されたコア(3)と、
そのコア(3)の外周を被嵌すると共に、その側壁(4)に一対の冷却水入口(5a)、冷却水出口(5b)が互いに離間して設けられたケーシング(6)と、
前記コア(3)の両端に配置された一対のタンク(7)と、を具備し、
一対のタンク(7)を介して各偏平チューブ(2)内に被冷却流体(8)が流通すると共に、前記一対の冷却水入口(5a)、冷却水出口(5b)を介して冷却水(9)が偏平チューブ(2)の外面側に流通するヘッダープレートレス熱交換器において、
前記冷却水出口(5b)側に、被冷却流体(8)の入口側のタンク(7)が配置され、
前記各偏平チューブ(2)の被冷却流体(8)の上流側の拡開部(1)には、その長手方向中間部に入熱抑制手段(20)が設けられ、両拡開部(1)で積層された時に、各偏平チューブ(2)に設けられた入熱抑制手段(20)の位置が整合されてコア(3)を形成することを特徴とするヘッダープレートレス熱交換器である。 The present invention according to claim 1 is a core in which a plurality of flat tubes (2) each having a widened portion (1) widened in the thickness direction at both ends are stacked on each other at the widened portion (1). 3) and
The outer periphery of the core (3) is fitted and a casing (6) provided with a pair of cooling water inlets (5a) and cooling water outlets (5b) spaced apart from each other on the side wall (4),
A pair of tanks (7) disposed at both ends of the core (3),
A fluid to be cooled (8) circulates in each flat tube (2) through a pair of tanks (7), and cooling water (5a) and cooling water (5b) through the pair of cooling water inlet (5a) 9) In the header plateless heat exchanger that flows to the outer surface side of the flat tube (2),
On the cooling water outlet (5b) side, a tank (7) on the inlet side of the fluid to be cooled (8) is disposed,
The widened portion (1) on the upstream side of the fluid to be cooled (8) of each of the flat tubes (2) is provided with a heat input suppression means (20) in the middle portion in the longitudinal direction, and both the widened portions (1 ), The position of the heat input suppression means (20) provided in each flat tube (2) is aligned to form the core (3). .

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のヘッダープレートレス熱交換器において、
入熱抑制手段(20)として、各偏平チューブ(2)の被冷却流体(8)の上流側の拡開部(1)で、その長手方向中間部に拡開部(1)に沿って細長い切欠き(1a)を設けたヘッダープレートレス熱交換器である。 The invention according to claim 2 is the header plateless heat exchanger according to claim 1,
As the heat input suppression means (20), the flattened tube (2) is an elongated portion (1) on the upstream side of the fluid (8) to be cooled, and is elongated along the widened portion (1) in the middle in the longitudinal direction. It is a header plateless heat exchanger provided with a notch (1a).

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のヘッダープレートレス熱交換器において、
入熱抑制手段(20)として、各偏平チューブ(2)の被冷却流体(8)の上流側の拡開部(1)で、その拡開部(1)に沿って細長い孔(1b)を設けたヘッダープレートレス熱交換器である。 The invention according to claim 3 is the header plateless heat exchanger according to claim 1,
As the heat input suppression means (20), an elongated hole (1b) is formed along the widened portion (1) at the widened portion (1) on the upstream side of the fluid to be cooled (8) of each flat tube (2). It is the provided header plateless heat exchanger.

請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３に記載のヘッダープレートレス熱交換器において、
前記冷却水出口(5b)近傍で、出口側の一端から、その他端部を除き、各偏平チューブ(2)の拡開部(1)に沿って、その拡開部(1)の高さに等しい高さの突条(10)が、その偏平チューブ(2)の外面に形成されて、その突条(10)と拡開部(1)との間に細長い冷却水(9)の峡水路(11)が形成され、
冷却水(9)がその出口部近傍で、前記突条(10)を迂回して前記峡水路(11)の入口に導かれるように構成されたヘッダープレートレス熱交換器である。 The invention according to claim 4 is the header plateless heat exchanger according to claims 1 to 3,
Near the cooling water outlet (5b), from one end on the outlet side, excluding the other end, along the widened portion (1) of each flat tube (2), at the height of the widened portion (1). A ridge (10) of equal height is formed on the outer surface of the flat tube (2), and a narrow channel of the cooling water (9) is formed between the ridge (10) and the expanded portion (1). (11) is formed,
The header plateless heat exchanger is configured such that the cooling water (9) is led to the inlet of the waterway (11) by bypassing the ridge (10) in the vicinity of the outlet.

請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項４に記載に記載のヘッダープレートレス熱交換器において、
前記被冷却流体(8)の入口側のタンク(7)が底部(7a)とその周縁に側壁(7b)を有する箱形に形成され、
タンク(7)の底部(7a)に被冷却流体(8)の入口(15)が設けられるとともに、その被冷却流体(8)の入口(15)が前記冷却水出口(5b)から離反する位置に設けられることを特徴とするヘッダープレートレス熱交換器である。 The invention according to claim 5 is the header plateless heat exchanger according to any one of claims 1 to 4,
The tank (7) on the inlet side of the fluid to be cooled (8) is formed in a box shape having a bottom (7a) and a side wall (7b) on the periphery thereof,
The inlet (15) of the cooled fluid (8) is provided at the bottom (7a) of the tank (7), and the inlet (15) of the cooled fluid (8) is separated from the cooling water outlet (5b). It is provided in the header plateless heat exchanger characterized by the above-mentioned.

請求項６に記載の発明は、請求項１〜請求項５に記載のヘッダープレートレス熱交換器において、
前記冷却水出口(5b)の位置で前記ケーシング(6)に、その外面側へ溝状の冷却水マニホールド用溝部(18)が、偏平チューブ(2)の積層方向へ形成され、
前記各峡水路(11)の出口が、その冷却水マニホールド用溝部(18)に対向するように配置されるとともに、前記冷却水出口(5b)が被冷却流体(8)の上流側のタンク(7)の側壁(7b)に沿って設けられたことを特徴とするヘッダープレートレス熱交換器である。 The invention according to claim 6 is the header plateless heat exchanger according to claims 1 to 5,
In the casing (6) at the position of the cooling water outlet (5b), a groove portion for cooling water manifold (18) is formed in the stacking direction of the flat tubes (2) on the outer surface side thereof,
The outlet of each canal waterway (11) is disposed so as to face the cooling water manifold groove (18), and the cooling water outlet (5b) is a tank on the upstream side of the fluid to be cooled (8) ( It is a header plateless heat exchanger provided along the side wall (7b) of 7).

請求項７に記載の発明は、請求項４〜請求項６のいずれかに記載のヘッダープレートレス熱交換器において、
前記被冷却流体(8)の流入時の温度が150℃以上であり、
前記冷却水(9)が前記冷却水出口(5b)に到達したときの温度が70℃以上となる環境下にあり、
前記各偏平チューブ(2)および前記ケーシング(6)の部材が、少なくともCrが19重量%以上、Niが17.5重量%以上、Moが5.0重量%以上を含有するステンレス材であることを特徴とするヘッダープレートレス熱交換器である。
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載のヘッダープレートレス熱交換器において、
前記冷却水(9)の流量が、0.15Ｌ／min以下であることを特徴とするヘッダープレートレス熱交換器である。 The invention according to claim 7 is the header plateless heat exchanger according to any one of claims 4 to 6,
The temperature when the fluid to be cooled (8) flows in is 150 ° C. or higher,
The cooling water (9) is in an environment where the temperature when the cooling water outlet (5b) reaches 70 ° C. or more,
The flat tubes (2) and the casing (6) are made of a stainless material containing at least Cr of 19% by weight or more, Ni of 17.5% by weight or more, and Mo of 5.0% by weight or more. It is a header plateless heat exchanger.
The invention according to claim 8 is the header plateless heat exchanger according to claim 7,
The header plateless heat exchanger is characterized in that the flow rate of the cooling water (9) is 0.15 L / min or less.

本発明は、両端に厚み方向へ拡開された拡開部１を有する複数の偏平チューブ２が、その拡開部１で互いに積層されたコア３を有するヘッダープレートレス熱交換器であって、各偏平チューブ２の被冷却流体８の上流側の拡開部１の長手方向中間部に、入熱抑制手段20として、切欠き1a又は孔1bを設けるものである。即ち、入熱抑制手段20を設けることにより、被冷却流体８と偏平チューブ２の拡開部１との伝熱面積を減少させる構成を有する。
この構成により、被冷却流体８から拡開部１への伝熱量を低下させ、冷却水９を所定の温度まで加温した場合、拡開部１近傍の冷却水９の沸騰、スケールの析出を効果的に抑制することができる。なお、冷却水の沸騰は、被冷却流体８の流速の早い部分で生じやすいため、流入速度の速い部分を中心にして入熱抑制手段20を設けておけば足りる。 The present invention is a header plateless heat exchanger in which a plurality of flat tubes 2 each having a widened portion 1 that is widened in the thickness direction at both ends have a core 3 laminated on the widened portion 1. A notch 1a or a hole 1b is provided as a heat input suppression means 20 in the longitudinal intermediate portion of the widened portion 1 on the upstream side of the fluid 8 to be cooled of each flat tube 2. In other words, the heat input suppression means 20 is provided to reduce the heat transfer area between the fluid to be cooled 8 and the expanded portion 1 of the flat tube 2.
With this configuration, when the amount of heat transfer from the fluid to be cooled 8 to the expansion part 1 is reduced and the cooling water 9 is heated to a predetermined temperature, boiling of the cooling water 9 in the vicinity of the expansion part 1 and precipitation of scale are caused. It can be effectively suppressed. Since boiling of the cooling water is likely to occur at a portion where the flow rate of the fluid 8 to be cooled is high, it is sufficient to provide the heat input suppression means 20 around the portion where the inflow speed is high.

上記構成において、請求項４に記載のように、各偏平チューブ２の拡開部１に沿って、突条10による冷却水９の狭水路11を偏平チューブ２の外面にチューブ幅の１/３以上の長さで設け、冷却水９が冷却水出口5bの近傍で、その突条10を迂回して前記峡水路11の入口に導かれるヘッダープレートレス熱交換器である。
このように構成すると、冷却水出口5bの反対側に生じる冷却水９の淀みによる過熱を解消することができ、効果的にスケール析出の解消を行うことができる。これに加えて、この狭水路11を設けることにより、冷却水９は冷却水出口5bの近傍では流速が早くなるので、その近傍で被冷却流体８より受ける過度の伝熱を防止するとこができる。 In the above configuration, as described in claim 4, along the widened portion 1 of each flat tube 2, the narrow water channel 11 of the cooling water 9 by the ridges 10 is formed on the outer surface of the flat tube 2 by 1/3 of the tube width. The header plateless heat exchanger is provided with the above length, and the cooling water 9 is led to the inlet of the waterway 11 while bypassing the protrusion 10 in the vicinity of the cooling water outlet 5b.
If comprised in this way, the overheating by the stagnation of the cooling water 9 which arises on the opposite side of the cooling water outlet 5b can be eliminated, and scale precipitation can be effectively eliminated. In addition to this, by providing this narrow water channel 11, the cooling water 9 has a higher flow velocity in the vicinity of the cooling water outlet 5 b, and therefore it is possible to prevent excessive heat transfer received from the fluid to be cooled 8 in the vicinity thereof. .

上記構成において、請求項５に記載のように、被冷却流体８の入口15の位置を冷却水９の冷却水出口5bから遠ざける構成にした場合、冷却水出口5b付近での沸騰を避けることができるので、スケールによる狭水路11の目詰まり等を防止することができる。
なお、この被冷却流体８の入口15の位置を熱交換器の中心から離反するほど効果がある。 In the above configuration, if the position of the inlet 15 of the fluid 8 to be cooled is away from the cooling water outlet 5b of the cooling water 9 as described in claim 5, it is possible to avoid boiling in the vicinity of the cooling water outlet 5b. Therefore, clogging of the narrow water channel 11 due to the scale can be prevented.
It should be noted that the more effective the inlet 15 of the fluid to be cooled 8 is, the farther away from the center of the heat exchanger.

上記構成において、請求項６に記載のように、冷却水９の冷却水出口5bの角度を被冷却流体８の上流側のタンク７の側壁7bに沿って傾斜させるように取り付けた場合、狭水路11と冷却水マニホールド用溝部18との付根部で冷却水９の沸騰が生じたとしても、その気泡を円滑に除去しうるので、冷却水９の冷却水出口5b近傍での滞留を効果的に解消しうる。 In the above configuration, as described in claim 6, when the cooling water outlet 5b of the cooling water 9 is attached so as to be inclined along the side wall 7b of the upstream tank 7 of the fluid 8 to be cooled, the narrow water channel Even if the cooling water 9 boiled at the root of the groove 11 for the cooling water manifold 11 and the bubbles, the bubbles can be removed smoothly, so that the retention of the cooling water 9 near the cooling water outlet 5b is effectively prevented. Can be resolved.

上記構成において、請求項７に記載のように、被冷却流体８の流入時の温度が150℃以上であり、冷却水９が冷却水出口5bに到達したときの温度が70℃以上となる環境下にある場合で、コア３を構成する各偏平チューブ２およびケーシング６の部材に少なくともCrが19重量%以上、Niが17.5重量%以上、Moが5.0重量%以上を含有するステンレス材を用いたときには、防食効果が向上され、ヘッダープレートレス熱交換器を長寿命なものとすることができる。
特に、0.15Ｌ／min以下の低流量で使用する場合は、請求項７の構成とすることが効果的である。 In the above configuration, as described in claim 7, the temperature when the fluid 8 to be cooled is 150 ° C. or higher and the temperature when the cooling water 9 reaches the cooling water outlet 5 b is 70 ° C. or higher. In the lower case, stainless steel materials containing at least 19% by weight of Cr, 17.5% by weight or more of Ni, and 5.0% by weight or more of Mo were used for each flat tube 2 and casing 6 constituting the core 3. Sometimes the anticorrosion effect is improved and the header plateless heat exchanger can have a long life.
In particular, when used at a low flow rate of 0.15 L / min or less, it is effective to adopt the configuration of claim 7.

本発明のヘッダープレートレス熱交換器の第１実施例を示す縦断面図。The longitudinal section showing the 1st example of the header plateless heat exchanger of the present invention. 同熱交換器に用いられるコア３の分解斜視図。The disassembled perspective view of the core 3 used for the same heat exchanger. 同熱交換器に用いられる偏平チューブ２の切欠き1aについての説明図。Explanatory drawing about the notch 1a of the flat tube 2 used for the same heat exchanger. 図３のIV−IV矢視要部断面図。IV-IV arrow principal part sectional drawing of FIG. 複数の凸条10を設けた例を示す図。The figure which shows the example which provided the several protruding item | line 10. FIG. 複数の凸条10を設けた他の例を示す図。The figure which shows the other example which provided the some protruding item | line 10. FIG. 本願発明の第２実施例を示す縦断面図。The longitudinal cross-sectional view which shows 2nd Example of this invention. 本願発明の第３実施例を示す縦断面図。The longitudinal cross-sectional view which shows 3rd Example of this invention. 本願発明の第４実施例を示す縦断面図。The longitudinal cross-sectional view which shows 4th Example of this invention. 従来型熱交換器の縦断面図。The longitudinal cross-sectional view of a conventional heat exchanger.

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。 Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

本発明のヘッダープレートレス熱交換器は、偏平チューブ２の積層体からなるコア３と、その外周を被嵌するケーシング６と、コア３の両端に配置された一対のタンク７とを有する。
コア３を構成する偏平チューブ２は、図２に示すごとく、浅い溝状に形成された一対の上プレート2aと下プレート2bとを互いに逆向きに嵌着したものからなる。上下一対の各プレート2a、2bにはともに、その長手方向の両端部に厚み方向に拡開した拡開部１が形成されている。それとともに、各プレート2a，2bの平面の外面側に多数のディンプル14が千鳥状に配置され、それら各ディンプル14は、隣接するプレートで互いに整合する位置に突設されている。 The header plateless heat exchanger of the present invention has a core 3 made of a laminated body of flat tubes 2, a casing 6 that fits the outer periphery thereof, and a pair of tanks 7 that are disposed at both ends of the core 3.
As shown in FIG. 2, the flat tube 2 constituting the core 3 is formed by fitting a pair of upper plate 2a and lower plate 2b formed in a shallow groove shape in opposite directions. In each of the pair of upper and lower plates 2a and 2b, an expanded portion 1 that is expanded in the thickness direction is formed at both ends in the longitudinal direction. At the same time, a large number of dimples 14 are arranged in a staggered manner on the outer surface side of the flat surfaces of the plates 2a and 2b, and the dimples 14 project from the adjacent plates so as to be aligned with each other.

各プレート2a，2bの一方側の拡開部１には、長手方向両端部を残して、その中間部分に入熱抑制手段として細長い切欠き1aが形成されている。この切欠き1aは、図３に示す如く、後述する被冷却流体８が流入し易い中間部分がろう付けしろtを残して、より大きく切除され、入熱抑制手段20を形成している。なお、この実施例では、各プレート2a、2bの長手方向両端部には、図３のごとく、被冷却流体８があまり流通しないので、切除する必要がない。また、その両端部はケーシング６に近接して、ケーシング６および、そのマニホールド用溝部18からの伝熱がより多く存在するので、入熱抑制手段20を設けなくともよい。 The widened portion 1 on one side of each of the plates 2a and 2b is formed with an elongated notch 1a as heat input suppression means in the middle portion, leaving both ends in the longitudinal direction. As shown in FIG. 3, the notch 1 a is cut larger to leave a brazing margin t at an intermediate portion into which the fluid 8 to be cooled, which will be described later, easily flows, to form a heat input suppression means 20. In this embodiment, the fluid to be cooled 8 does not flow so much at both ends in the longitudinal direction of the plates 2a and 2b as shown in FIG. Further, since both ends thereof are close to the casing 6 and there is more heat transfer from the casing 6 and the manifold groove portion 18, the heat input suppression means 20 need not be provided.

また、この例では、切欠き1aを設けた拡開部１に近接して、突条10aが拡開部１に平行に且つ、拡開部１の高さと同一高さに形成されている。この突条10aは、偏平チューブ２の幅方向一端から１／３以上の長さで、各プレート2a、2bの外面側に一体的に突出されている。
各偏平チューブ２の切欠き1a及び凸条10aは、一対の上下プレート2a、2bで整合する位置に設けられている。偏平チューブ２の拡開部１との間で狭水路11を形成する凸条10aには、その根元部に冷却水案内用の凸部12が一体に設けられている（狭水路11と反対側の位置に設けられる）。この凸部12は、突条10aの根元部に滞留しがちな、冷却水９を突条10aの先端側に導く。さらに、凸部12はケーシング６とも接合され、冷却水９が突条10aの根元から冷却水出口5bに直接バイパスされるのを防止している。それらを積層したとき、各偏平チューブ２の拡開部１、突条10a、凸部12、ディンプル14は、それぞれ互いに接触するように構成されている。そして、それらの接触部が一体的にろう付け固定されてコア３を構成する。このとき、突条10aと拡開部１との間に峡水路11が形成される。 Further, in this example, the protrusion 10a is formed in parallel with the expanded portion 1 and at the same height as the expanded portion 1 in the vicinity of the expanded portion 1 provided with the notch 1a. This ridge 10a has a length of 1/3 or more from one end in the width direction of the flat tube 2 and protrudes integrally to the outer surface side of each plate 2a, 2b.
The notches 1a and the ridges 10a of each flat tube 2 are provided at positions where they are aligned by the pair of upper and lower plates 2a and 2b. A convex portion 10a that forms a narrow water channel 11 with the expanded portion 1 of the flat tube 2 is integrally provided with a convex portion 12 for guiding cooling water at the root (on the opposite side to the narrow water channel 11). At the position of The convex portion 12 guides the cooling water 9 that tends to stay at the base portion of the ridge 10a to the tip side of the ridge 10a. Further, the convex portion 12 is also joined to the casing 6 to prevent the cooling water 9 from being directly bypassed from the root of the protrusion 10a to the cooling water outlet 5b. When they are stacked, the expanded portion 1, the ridge 10a, the convex portion 12, and the dimple 14 of each flat tube 2 are configured to contact each other. These contact portions are integrally brazed and fixed to constitute the core 3. At this time, a canal channel 11 is formed between the ridge 10a and the expanded portion 1.

この例では、凸条10aは拡開部１に沿って、１本のみ設けられているが、図５に示す如く、複数の凸条10(図５の例では、凸条10a、10b、10cの３本)を千鳥状に突設して、冷却水９を蛇行させるようにしてもよい。このようにすることにより、冷却水９は多パスに流れ、滞留をなくしてより均一な温度分布となる。複数の凸条10を設ける場合、凸部12は少なくとも、拡開部１に最も近い位置の凸条10aの根元に設けられることが望ましい。
また、図６の例で示すように、凸条10a、10b、10cの間隔を狭めて、切欠き1aが設けられている拡開部１側に片寄らせて配置することもできる。この場合、第１突条10aに隣接する狭水路11に対向する水路（第１突条10aと第２突条10bからなる）も狭くなっている。
第２突条10bが第１突条10aから離れた位置に設けられている場合、狭水路11に対向する水路の位置では、まだ被冷却流体８が高温の状態であるため、狭水路11に対向する位置で冷却水９の沸騰が起こる可能性がある。それを避けるため、間隔を狭めて配置することは効果的にスケールを防止することになる。 In this example, only one protrusion 10a is provided along the expanded portion 1, but as shown in FIG. 5, a plurality of protrusions 10 (in the example of FIG. 5, protrusions 10a, 10b, 10c 3) may be provided in a zigzag manner so that the cooling water 9 meanders. By doing in this way, the cooling water 9 flows in multiple passes, and no stagnation is obtained, resulting in a more uniform temperature distribution. When providing the some protruding item | line 10, it is desirable for the protruding part 12 to be provided at the base of the protruding item | line 10a of the position nearest to the expansion part 1 at least.
Further, as shown in the example of FIG. 6, the intervals between the ridges 10a, 10b, and 10c can be narrowed so as to be shifted toward the expanded portion 1 side where the notch 1a is provided. In this case, the water channel (consisting of the first ridge 10a and the second ridge 10b) facing the narrow water channel 11 adjacent to the first ridge 10a is also narrowed.
In the case where the second protrusion 10b is provided at a position away from the first protrusion 10a, the fluid 8 to be cooled is still in a high temperature at the position of the water channel facing the narrow water channel 11, so There is a possibility that the cooling water 9 will boil at the opposite position. In order to avoid this, it is effective to prevent the scale from being arranged at a narrow interval.

次に、コア３の外周にケーシング６が被嵌し、その長手方向両端に一体に一対のタンク７を設ける。このケーシング６は、箱状に形成されたケーシング本体とその開口を閉塞する蓋部材とからなる。そのケーシング６には、コア３の両端の両側に位置し、４つの冷却水マニホールド用溝部18が外側に突設形成されている。この冷却水マニホールド用溝部18は、コア３の積層方向の全長に渡って形成されている。 Next, the casing 6 is fitted on the outer periphery of the core 3, and a pair of tanks 7 are provided integrally at both ends in the longitudinal direction. The casing 6 includes a casing body formed in a box shape and a lid member that closes the opening thereof. In the casing 6, four cooling water manifold grooves 18 are formed on the both sides of both ends of the core 3 so as to protrude outward. The cooling water manifold groove 18 is formed over the entire length of the core 3 in the stacking direction.

そのマニホールド用溝部18のうち１つは、冷却水９の冷却水出口5bに連通する。そして、この冷却水出口5bが設けられる位置に隣接して、コア３に設けられた各狭水路11を配置し、コア３をケーシング６内に設置する。このとき、冷却水マニホールド用溝部18の幅方向の中心線は、各偏平チューブ２の各峡水路11の中心に位置する。この状態で、コア３が配置されることにより、偏平チューブ２の拡開部１に設けられた切欠き1aは、被冷却流体８の流れ方向上流部に対向されて配置される。
冷却水入口5a、冷却水出口5bは冷却水マニホールド用溝部18の長手方向の中央に取り付けられる。 One of the manifold groove portions 18 communicates with the cooling water outlet 5 b of the cooling water 9. Then, adjacent to the position where the cooling water outlet 5 b is provided, the narrow water channels 11 provided in the core 3 are arranged, and the core 3 is installed in the casing 6. At this time, the center line in the width direction of the cooling water manifold groove 18 is located at the center of each gorge channel 11 of each flat tube 2. In this state, by arranging the core 3, the notch 1 a provided in the expanded portion 1 of the flat tube 2 is disposed to face the upstream portion in the flow direction of the fluid 8 to be cooled.
The cooling water inlet 5a and the cooling water outlet 5b are attached to the center of the cooling water manifold groove 18 in the longitudinal direction.

なお、コア３を構成する各偏平チューブ２およびケーシング６の部材には、その組成（重量%：%と略記する）が、少なくともCrが19%以上、Niが17.5%以上、Moが5.0%以上を含有するステンレス材（いわゆる、スーパーステンレス材）を用いることが望ましい。
具体例を挙げると、JIS規格のSUS312L(20%Cr‐18%Ni‐6%Mo‐0.8%Cu‐0.2%N)、SUS836L(23%Cr‐25%Ni‐5.5%Mo‐0.2%N)を用いることができる。JIS規格以外では、Crが23%、Niが35%、Moが7.5%、Nが0.2%を含むものを用いることができる。 The members of the flat tubes 2 and the casing 6 constituting the core 3 are composed of at least 19% or more of Cr, 17.5% or more of Ni, and 5.0% or more of Mo. It is desirable to use a stainless steel material containing so-called (so-called super stainless steel material).
Specific examples are JIS standard SUS312L (20% Cr-18% Ni-6% Mo-0.8% Cu-0.2% N), SUS836L (23% Cr-25% Ni-5.5% Mo-0.2% N). Can be used. Other than JIS standards, those containing 23% Cr, 35% Ni, 7.5% Mo, and 0.2% N can be used.

上述の組成を含有するスーパーステンレス材を少なくともコア３、ケーシング６に用いることにより、防食効果が向上する。この材料は、後述するタンク７に用いることもできる。 By using a super stainless material containing the above composition for at least the core 3 and the casing 6, the anticorrosion effect is improved. This material can also be used for the tank 7 described later.

また、この例のタンクは、端部に底部7aとその両側に側壁7bを有する箱形に形成されており、一端側のタンク７ではその底部7aに入口15が設けられる。この入口15に近い位置に冷却水出口5bが設けられる。そして、他端側のタンク７の平面にその出口16が配置されている。
このように各部品を組立て、互いに接触する少なくとも一方側にろう材が塗布または被覆され、炉内で一体的にろう付け固定されて熱交換器が完成する。
被冷却媒体８は出口16から排出される。一方で、その一部が凝縮し、出口16側のタンク７の底部に凝縮水が溜まる。この凝縮水を排出するために出口16側のタンク７の底部には、図示しない排水パイプが設けられる。 The tank of this example is formed in a box shape having a bottom 7a at the end and side walls 7b on both sides thereof, and an inlet 15 is provided at the bottom 7a of the tank 7 at one end. A cooling water outlet 5b is provided at a position close to the inlet 15. The outlet 16 is disposed on the plane of the tank 7 on the other end side.
In this way, the parts are assembled, and the brazing material is applied or coated on at least one side in contact with each other and integrally brazed and fixed in the furnace to complete the heat exchanger.
The medium 8 to be cooled is discharged from the outlet 16. On the other hand, a part of the water is condensed and condensed water accumulates at the bottom of the tank 7 on the outlet 16 side. In order to discharge the condensed water, a drain pipe (not shown) is provided at the bottom of the tank 7 on the outlet 16 side.

（作用）
この例では、燃料電池からの排ガスである被冷却流体８が、図１において、左側のタンク７の入口15から、各偏平チューブ２の内部を流通して、右側のタンク７の出口16を介して外部に導かれる。また、冷却水９は冷却水入口5aから流入し、各偏平チューブ２の外面側を流通して冷却水出口5bに導かれる。
この冷却水９は突条10の先端側に導かれて、突条10と拡開部１との間の峡水路11を通り、冷却水出口5bに導かれる。峡水路11は、その横断面が比較的狭く形成されているため、そこで流速を増す。
なお、冷却水９は偏平チューブ２の拡開部１には流通しない。拡開部１で偏平チューブ２どうしが積層されているからである。 (Function)
In this example, the fluid 8 to be cooled, which is the exhaust gas from the fuel cell, flows through the inside of each flat tube 2 from the inlet 15 of the left tank 7 and passes through the outlet 16 of the right tank 7 in FIG. To the outside. Moreover, the cooling water 9 flows in from the cooling water inlet 5a, distribute | circulates the outer surface side of each flat tube 2, and is guide | induced to the cooling water outlet 5b.
This cooling water 9 is guided to the tip end side of the ridge 10, passes through the gorge water channel 11 between the ridge 10 and the expanding portion 1, and is guided to the cooling water outlet 5 b. Since the cross section of the canal channel 11 is relatively narrow, the flow velocity is increased there.
Note that the cooling water 9 does not flow through the expanded portion 1 of the flat tube 2. This is because the flat tubes 2 are laminated at the expanded portion 1.

そこで、偏平チューブ２の拡開部１の長手方向中間部は、入熱抑制手段20として、切欠き1aが設けられており、被冷却媒体８の入熱を小さくする。それにより、冷却水９の沸騰をより効果的に抑制することができる構造となっている。
なお、各偏平チューブ２内には拡開部１を除き、インナーフィン13が配置される。そして、各峡水路11を流通した冷却水９は、それぞれ冷却水マニホールド用溝部18内に導かれ、冷却水出口5bから外部に排出される。
この例では、冷却水出口5b、冷却水入口5aがケーシング６の同一側に配置されたが、それらが対角位置に存在してもよい。 Therefore, a notch 1a is provided as a heat input suppression means 20 in the longitudinal intermediate portion of the expanding portion 1 of the flat tube 2 to reduce the heat input of the medium 8 to be cooled. Thereby, it has the structure which can suppress the boiling of the cooling water 9 more effectively.
An inner fin 13 is arranged in each flat tube 2 except for the expanded portion 1. And the cooling water 9 which distribute | circulated each strait waterway 11 is each guide | induced in the groove part 18 for cooling water manifolds, and is discharged | emitted outside from the cooling water exit 5b.
In this example, the cooling water outlet 5b and the cooling water inlet 5a are arranged on the same side of the casing 6, but they may exist at diagonal positions.

図３は偏平チューブ２の拡開部１の切欠き1aにおける、高温の被冷却流体８の流速分布図である。同図から明らかなように、その流速は拡開部１の切欠き1aの中間が速く、周辺（端部）では遅い。そこで、流速の速い中間部で、欠切き1aの幅を狭く形成し、入熱を可及的に小さくし、冷却水の沸騰および、それに伴うスケール（炭酸カルシウムなど）の堆積を防止する。
図４は図３のIV−IV矢視図である。図４で拡開部１には冷却水は流通せず、峡水路11を流通する。 FIG. 3 is a flow velocity distribution diagram of the high-temperature cooled fluid 8 in the notch 1a of the expanding portion 1 of the flat tube 2. As is clear from the figure, the flow velocity is fast in the middle of the notch 1a of the expanding portion 1 and slow in the periphery (end). Therefore, the width of the notch 1a is narrowed in the middle portion where the flow velocity is high, the heat input is made as small as possible, and the boiling of the cooling water and the accompanying accumulation of scale (calcium carbonate, etc.) are prevented.
4 is a view taken in the direction of arrows IV-IV in FIG. In FIG. 4, the cooling water does not circulate in the expanded portion 1, but circulates in the waterway 11.

図７は、第２の実施例を示す要部縦断面図である。
この例が第１の実施例と異なる点は、偏平チューブ２に設けられた切欠き1aの設けられる位置が、拡開部１の幅方向の冷却水出口5bの近傍から中間位置にかけて設けられている点である。このように冷却水出口5bに近い部分のみを切欠いても、第１の実施例とほぼ同程度の効果が得られる。 FIG. 7 is a longitudinal sectional view of an essential part showing a second embodiment.
This example differs from the first embodiment in that the position where the notch 1a provided in the flat tube 2 is provided extends from the vicinity of the cooling water outlet 5b in the width direction of the expanding portion 1 to the intermediate position. It is a point. Thus, even if only a portion close to the cooling water outlet 5b is cut out, an effect substantially the same as that of the first embodiment can be obtained.

図８は、第３の実施例を示す要部縦断面図である。
この例が第１の実施例、第２の実施例と異なる点は、切欠き1aに替えて、拡開部１の幅方向に入熱抑制手段20として細長い孔1bを穿設している点である。この例では、拡開部１の幅方向の冷却水出口5bの近傍から中間位置にかけて設けられている。このような孔1bであっても、第１の実施例とほぼ同程度の効果が得られる。
拡開部１に設ける入熱抑制手段20として、切欠き1a若しくは孔1bを例に挙げたが、入熱を小さくする手段であれば、拡開部１に設けることを条件に他の方法を用いることもできる。 FIG. 8 is a longitudinal sectional view of an essential part showing a third embodiment.
This example differs from the first and second embodiments in that an elongated hole 1b is formed as a heat input suppression means 20 in the width direction of the expanded portion 1 instead of the notch 1a. It is. In this example, the expansion portion 1 is provided from the vicinity of the cooling water outlet 5b in the width direction to the intermediate position. Even with such a hole 1b, substantially the same effect as in the first embodiment can be obtained.
The notch 1a or the hole 1b is given as an example of the heat input suppression means 20 provided in the expanded portion 1, but other methods can be used on condition that the expanded portion 1 is provided as long as the heat input is reduced. It can also be used.

図９は、本発明の第４の実施例を示す要部縦断面図である。
この例が、第１の実施例と異なる点は、被冷却流体８の入口15の設置位置と、冷却水９の冷却水出口5bの設置角度にある。
この例では、被冷却流体８の入口15が、冷却水出口5bから離間している。これは、冷却水出口5bの近傍で、冷却水９が沸騰して、そこにスケールが体積することを避けるものである。さらに、冷却水出口5bは被冷却流体８の上流側のタンク７の側壁7bに沿って傾斜されて取り付けられている。そして、冷却水出口5bを重力方向の上向きに取付けると、出口近傍の沸騰により発生する気体をスムーズに排出し、出口近傍でのスケール析出を抑制する効果が大きくなる。 FIG. 9 is a longitudinal sectional view of an essential part showing a fourth embodiment of the present invention.
This example differs from the first embodiment in the installation position of the inlet 15 of the fluid 8 to be cooled and the installation angle of the cooling water outlet 5b of the cooling water 9.
In this example, the inlet 15 of the fluid 8 to be cooled is separated from the cooling water outlet 5b. This is to avoid the boiling of the cooling water 9 in the vicinity of the cooling water outlet 5b and the volume of the scale there. Further, the cooling water outlet 5b is inclined and attached along the side wall 7b of the tank 7 on the upstream side of the fluid 8 to be cooled. When the cooling water outlet 5b is mounted upward in the gravity direction, the gas generated by the boiling in the vicinity of the outlet is smoothly discharged, and the effect of suppressing scale deposition in the vicinity of the outlet is increased.

１拡開部
1a 切欠き
1b 孔
２偏平チューブ
2a 上プレート
2b 下プレート
３コア
４側壁
5a 冷却水入口
5b 冷却水出口 1 Expanding part
1a Notch
1b hole 2 flat tube
2a Upper plate
2b Lower plate 3 Core 4 Side wall
5a Cooling water inlet
5b Cooling water outlet

６ケーシング
７タンク
7a 底部
7b 側壁
８被冷却流体
９冷却水
10 突条
10a 第１突条
10b 第２突条
10c 第３突条 6 Casing 7 Tank
7a bottom
7b Side wall 8 Cooled fluid 9 Cooling water
10 ridges
10a First protrusion
10b Second ridge
10c Third ridge

11 峡水路
12 凸部
13 インナーフィン
14 ディンプル
15 入口
16 出口
17 滞留域
18 冷却水マニホールド用溝部
20 入熱抑制手段 11 Gorges waterway
12 Convex
13 Inner fin
14 dimples
15 entrance
16 Exit
17 Residence area
18 Cooling water manifold groove
20 Heat input suppression means

Claims

A plurality of flat tubes (2) having expanded portions (1) expanded in the thickness direction at both ends, a core (3) laminated on each other at the expanded portions (1),
The outer periphery of the core (3) is fitted and a casing (6) provided with a pair of cooling water inlets (5a) and cooling water outlets (5b) spaced apart from each other on the side wall (4),
A pair of tanks (7) disposed at both ends of the core (3),
A fluid to be cooled (8) circulates in each flat tube (2) through a pair of tanks (7), and cooling water (5a) and cooling water (5b) through the pair of cooling water inlet (5a) 9) In the header plateless heat exchanger that flows to the outer surface side of the flat tube (2),
On the cooling water outlet (5b) side, a tank (7) on the inlet side of the fluid to be cooled (8) is disposed,
The widened portion (1) on the upstream side of the fluid to be cooled (8) of each of the flat tubes (2) is provided with a heat input suppression means (20) in the middle portion in the longitudinal direction, and both the widened portions (1 ), The position of the heat input suppression means (20) provided in each flat tube (2) is aligned to form the core (3), thereby forming a header plateless heat exchanger.

The header plateless heat exchanger according to claim 1,
As the heat input suppression means (20), the flattened tube (2) is an elongated portion (1) on the upstream side of the fluid (8) to be cooled, and is elongated along the widened portion (1) in the middle in the longitudinal direction. Header plateless heat exchanger with notch (1a).

The header plateless heat exchanger according to claim 1,
As the heat input suppression means (20), the flattened tube (2) is an elongated portion (1) on the upstream side of the fluid (8) to be cooled, and is elongated along the widened portion (1) in the middle in the longitudinal direction. Header plateless heat exchanger with holes (1b).

In the header plateless heat exchanger according to claim 1 to claim 3,
Near the cooling water outlet (5b), from one end on the outlet side, excluding the other end, along the widened portion (1) of each flat tube (2), at the height of the widened portion (1). A ridge (10) of equal height is formed on the outer surface of the flat tube (2), and a narrow channel of the cooling water (9) is formed between the ridge (10) and the expanded portion (1). (11) is formed,
A header plateless heat exchanger configured such that the cooling water (9) bypasses the ridge (10) and is led to the inlet of the waterway (11) near the outlet.

In the header plateless heat exchanger according to claim 1 to claim 4,
The tank (7) on the inlet side of the fluid to be cooled (8) is formed in a box shape having a bottom (7a) and a side wall (7b) on the periphery thereof,
An inlet (15) of the fluid to be cooled (8) is provided at the bottom (7a) of the tank, and an inlet (15) of the fluid to be cooled (8) is provided at a position away from the cooling water outlet (5b). This is a header plateless heat exchanger.

In the header plateless heat exchanger according to claim 1,
In the casing (6) at the position of the cooling water outlet (5b), a groove portion for cooling water manifold (18) is formed in the stacking direction of the flat tubes (2) on the outer surface side thereof,
The outlet of each canal waterway (11) is disposed so as to face the cooling water manifold groove (18), and the cooling water outlet (5b) is a tank on the upstream side of the fluid to be cooled (8) ( A header plateless heat exchanger provided along the side wall (7b) of 7).

In the header plateless heat exchanger according to any one of claims 4 to 6,
The temperature when the fluid to be cooled (8) flows in is 150 ° C. or higher,
The cooling water (9) is in an environment where the temperature when the cooling water outlet (5b) reaches 70 ° C. or more,
The flat tubes (2) and the casing (6) are made of a stainless material containing at least Cr of 19% by weight or more, Ni of 17.5% by weight or more, and Mo of 5.0% by weight or more. Header plateless heat exchanger.

The header plateless heat exchanger according to claim 7,
A header plateless heat exchanger, wherein the flow rate of the cooling water (9) is 0.15 L / min or less.