JP2013164241A - 熱交換装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】高温流体と低温流体とが互いに隣り合い層状に燃料電池本体2等からなる構造体1の周りを周回して熱交換する熱交換流路21、22を構成する高温用熱交換流路21と低温用熱交換流路22とを熱交換器75に有する。高温用熱交換流路21は、構造体1から導出された高温流体を周回させて排気する。低温用熱交換流路22は、低温流体を外周側から内周側に周回させて構造体1に導入する。熱交換流路の最外周には、高温用熱交換流路21と低温用熱交換流路22のうち、低温用熱交換流路22が周回している。熱交換流路21、22の周回によって、構造体1が熱交換流路21、22に取り巻かれるように設けられている。
【選択図】図5
Description
請求項2に記載の発明では、構造体(1)は、燃料電池本体(2)を含み、該燃料電池本体(2)から排出される高温流体をなすガスが高温用熱交換流路(21)を流れ、燃料電池本体(2)に供給される低温流体をなす空気が低温用熱交換流路(22)を流れることを特徴としている。
以下、本発明の第1実施形態について図1ないし図6を用いて詳細に説明する。図1は、本発明の第1実施形態における熱交換装置となる燃料電池装置100の概要図である。SOFC(固体酸化物形燃料電池)は、イオン導電性酸化物をなすセラミックスを電解質とする燃料電池である。この燃料電池の燃料電池本体2は、内部に電極として、正極(アノードまたは燃料極)と負極(カソードまたは空気極)を有している。これらの電極は、導電性セラミックスで形成されている。また、アノードとカソードに挟まれて固体電解質が設けられている。カソードには空気が供給される。アノードには、水素もしくは一酸化炭素COが供給される。これらの水素やCOは、炭化水素系の材料(都市ガスのメタン等)から作られる。
次に、本発明の第2実施形態について説明する。なお、以降の各実施形態においては、上述した第1実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略し、異なる構成および特徴について説明する。図7は、第2実施形態における燃焼ガス流路となる高温用熱交換流路21と空気流路となる低温用熱交換流路22とからなる周回流路(熱交換流路)21、22の一部断面斜視図である。
次に、本発明の第3実施形態について説明する。上述した実施形態と異なる特徴部分を説明する。図8は、本発明の第3実施形態における燃焼ガス流路をなす高温用熱交換流路21と空気流路を成す低温用熱交換流路22とからなる周回流路(熱交換流路)21、22を平面方向から見た模式図である。
次に、本発明の第4実施形態について説明する。上述した実施形態と異なる特徴部分を説明する。図9は、第4実施形態における燃焼ガス流路をなす高温用熱交換流路21と空気流路をなす低温用熱交換流路22とからなる周回流路(熱交換流路)21、22の一部断面斜視図である。
次に、本発明の第5実施形態について説明する。上述した実施形態と異なる特徴部分を説明する。図10は、第5実施形態を示す燃焼ガス流路をなす高温用熱交換流路21と空気流路をなす低温用熱交換流路22とからなる周回流路(熱交換流路)21、22の一部断面斜視図である。
本発明は上述した実施形態にのみ限定されるものではなく、次のように変形または拡張することができる。例えば、上述の第1実施形態では、燃料電池装置に本発明を適用したが、暖房用燃焼器に適用しても良い。また、扁平チューブでなく、丸型断面あるいは矩形断面のチューブを使用しても良い。更に、チューブを巻回するターン数は任意でよい。次に、天地方向に連続した2つの帯状の流体通路を巻回しても良い。加えて、巻回の軸方向を天地方向としたが、水平方向等任意の方向としても良い。
2 燃料電池本体
3 改質器
4 燃焼器
5 第2空気予熱器
6 燃料予熱器
7 第1空気予熱器
21 高温用熱交換流路
21、22 熱交換流路
22 低温用熱交換流路
75 熱交換器
75x 排気口
100 燃料電池装置(熱交換装置)
710 断熱材または輻射防止板
H91 最外周に近接する高温用熱交換流路の軸方向の幅
H92 最外周の低温用熱交換流路の軸方向の幅
W102 高温用熱交換流路の流路幅
W103 低温用熱交換流路の流路幅
Claims (10)
- 高温の構造体(1)、および該構造体(1)から吐出される高温流体と、低温流体とを熱交換させる熱交換器(75)を備えた熱交換装置(100)において、
前記熱交換器(75)は、前記高温流体と前記低温流体とが互いに隣り合い層状に前記構造体(1)の周りを周回して熱交換する熱交換流路(21、22)を構成する高温用熱交換流路(21)と低温用熱交換流路(22)とを有し、
前記高温用熱交換流路(21)は、前記構造体(1)から導出された前記高温流体を周回させて外周側の排気口(75x)から排気し、
前記低温用熱交換流路(22)は、前記低温流体を外周側から内周側に周回させて前記構造体(1)に導入し、
前記熱交換流路(21、22)の最外周には前記高温用熱交換流路(21)と前記低温用熱交換流路(22)のうち、前記低温用熱交換流路(22)が周回しており、
前記熱交換流路(21、22)の周回によって、前記熱交換流路(21、22)に取り巻かれるように、前記構造体(1)が設けられていることを特徴とする熱交換装置。 - 前記構造体(1)は、燃料電池本体(2)を含み、該燃料電池本体(2)から排出され前記高温流体をなすガスが前記高温用熱交換流路(21)を流れ、前記燃料電池本体(2)に供給され前記低温流体をなす空気が前記低温用熱交換流路(22)を流れることを特徴とする請求項1に記載の熱交換装置。
- 第1空気予熱器(7)で予熱された空気を更に予熱して前記燃料電池本体(2)に供給する第2空気予熱器(5)を前記構造体(1)内に有し、前記熱交換器(75)は前記第1空気予熱器(7)から構成されることを特徴とする請求項2に記載の熱交換装置。
- 前記構造体(1)は、高温で作動する前記燃料電池本体(2)と、該燃料電池本体(2)からの前記ガスの温度を高める燃焼器(4)とを有することを特徴とする請求項2または3に記載の熱交換装置。
- 前記構造体(1)は、前記燃料電池本体(2)へ供給する燃料を改質する改質器(3)を有することを特徴とする請求項2ないし4のいずれか一項に記載の熱交換装置。
- 前記熱交換流路(21、22)と前記構造体(1)との間には、断熱材または輻射防止板(710)を有することを特徴とする請求項2ないし5のいずれか一項に記載の熱交換装置。
- 前記高温流体と前記低温流体とが、互いに隣り合い周回の軸の周りに帯状に重なり合って前記構造体(1)の周りを周回しており、最外周の低温用熱交換流路(22)の前記軸方向の幅(H92)は、近接する前記高温用熱交換流路(21)の軸方向の幅(H91)よりも大きくされていることを特徴とする請求項1ないし6のいずれか一項に記載の熱交換装置。
- 前記高温用熱交換流路(21)の前記内周側から前記外周側に向かう方向に沿う流路幅(W102)が、前記低温用熱交換流路(22)の流路幅(W103)より大きくされて、前記高温用熱交換流路(21)の流路断面積が前記低温用熱交換流路(22)の流路断面積よりも大きくされていることを特徴とする請求項1ないし7のいずれか一項に記載の熱交換装置。
- 前記排気口(75x)は、前記高温用熱交換流路(21)の終端において地方向を向いて設けられていることを特徴とする請求項1ないし8のいずれか一項に記載の熱交換装置。
- 前記排気口(75x)に至る前記高温用熱交換流路(21)の一部は、凝縮水の排水性確保のため水平面に対して傾いて設けられていることを特徴とする請求項1ないし9のいずれか一項に記載の熱交換装置。
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