JPH07218159A - 熱交換器 - Google Patents
熱交換器Info
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- JPH07218159A JPH07218159A JP991194A JP991194A JPH07218159A JP H07218159 A JPH07218159 A JP H07218159A JP 991194 A JP991194 A JP 991194A JP 991194 A JP991194 A JP 991194A JP H07218159 A JPH07218159 A JP H07218159A
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- JP
- Japan
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- coil
- fluid
- outer cylinder
- fuel
- heat exchanger
- Prior art date
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-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
- F28D7/02—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being helically coiled
- F28D7/024—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being helically coiled the conduits of only one medium being helically coiled tubes, the coils having a cylindrical configuration
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- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、簡易かつ生産コストを殆ど上昇さ
せることのない熱交換効率改善手段を案出し、もって熱
交換効率に優れた熱交換器を安価に提供することを目的
とする。 【構成】 第一の流体と第二の流体との間で熱交換を行
う熱交換器において、前記第一の流体が流れる外筒と、
前記外筒の内部に配置され、前記第二の流体が流れるコ
イル状の管路と、前記外筒の内壁と前記コイル状管路の
外壁との間に形成された外空間を塞ぐよう前記外筒の主
軸方向に対して略垂直方向に沿って設けられた第1の邪
魔板と、前記コイル状管路の内壁側に形成された内空間
を塞ぐよう前記外筒の主軸方向に対して略垂直方向に沿
って設けられた第2の邪魔板とを有し、且つ、前記第1
の邪魔板と第2の邪魔板とが互いに交互に合計3枚以上
配置されたこと、または前記第1の邪魔板と第2の邪魔
板とが、第2の邪魔板を上流側に位置させて交互に合計
2枚以上配置された熱交換器であることを特徴とする。
せることのない熱交換効率改善手段を案出し、もって熱
交換効率に優れた熱交換器を安価に提供することを目的
とする。 【構成】 第一の流体と第二の流体との間で熱交換を行
う熱交換器において、前記第一の流体が流れる外筒と、
前記外筒の内部に配置され、前記第二の流体が流れるコ
イル状の管路と、前記外筒の内壁と前記コイル状管路の
外壁との間に形成された外空間を塞ぐよう前記外筒の主
軸方向に対して略垂直方向に沿って設けられた第1の邪
魔板と、前記コイル状管路の内壁側に形成された内空間
を塞ぐよう前記外筒の主軸方向に対して略垂直方向に沿
って設けられた第2の邪魔板とを有し、且つ、前記第1
の邪魔板と第2の邪魔板とが互いに交互に合計3枚以上
配置されたこと、または前記第1の邪魔板と第2の邪魔
板とが、第2の邪魔板を上流側に位置させて交互に合計
2枚以上配置された熱交換器であることを特徴とする。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、2種類の流体間で隔壁
を介して熱交換を行う熱交換器に関する。
を介して熱交換を行う熱交換器に関する。
【0002】
【従来の技術】熱交換器とは、温度の異なる2流体を伝
熱壁を隔てて接触させ、両流体の温度差に基づいて連続
的に熱交換を行うおうとする伝熱装置をいうが、このよ
うな熱交換器の代表的なものの1つに、流体管路をコイ
ル状構造としたコイル式熱交換器がある。この熱交換器
において、従来より、例えば伝熱壁を熱伝導性に優れた
材質のものとしたり、コイル巻回数を多くすることによ
り熱交換可能面積を増大させるなどの熱交換効率を高め
る工夫が種々行われて来た。
熱壁を隔てて接触させ、両流体の温度差に基づいて連続
的に熱交換を行うおうとする伝熱装置をいうが、このよ
うな熱交換器の代表的なものの1つに、流体管路をコイ
ル状構造としたコイル式熱交換器がある。この熱交換器
において、従来より、例えば伝熱壁を熱伝導性に優れた
材質のものとしたり、コイル巻回数を多くすることによ
り熱交換可能面積を増大させるなどの熱交換効率を高め
る工夫が種々行われて来た。
【0003】コイル式の熱交換器は、図4にその概略を
示すように、流体aの流路(外筒)の中に流体bの流れ
るコイル状の流路(管路a)を配置し、両流体間で熱交
換を行わせるものであるが、この方式では、流体Aの中
に流体bが長く留まることになるため、そのぶん熱エネ
ルギーの授受時間が長くなる。したがって、熱交換効率
が高まる。
示すように、流体aの流路(外筒)の中に流体bの流れ
るコイル状の流路(管路a)を配置し、両流体間で熱交
換を行わせるものであるが、この方式では、流体Aの中
に流体bが長く留まることになるため、そのぶん熱エネ
ルギーの授受時間が長くなる。したがって、熱交換効率
が高まる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
コイル式熱交換器では、図4に示すように、前記外筒の
内壁とコイル状管路との隙間(以下、外空間という。)
及びコイル状管路の内側に形成される円筒状の空間(以
下、内空間という。)においては、流体aが殆ど管路に
接触することなく川下方向に直線的に流れ去ってしま
う。したがって、管路近傍を流れる流体aのみが流体b
との熱交換に利用されるのみで、管路から離れたところ
を流れる流体aは、殆ど熱交換に利用されないという問
題があった。
コイル式熱交換器では、図4に示すように、前記外筒の
内壁とコイル状管路との隙間(以下、外空間という。)
及びコイル状管路の内側に形成される円筒状の空間(以
下、内空間という。)においては、流体aが殆ど管路に
接触することなく川下方向に直線的に流れ去ってしま
う。したがって、管路近傍を流れる流体aのみが流体b
との熱交換に利用されるのみで、管路から離れたところ
を流れる流体aは、殆ど熱交換に利用されないという問
題があった。
【0005】このような問題は、例えば、管路の径を一
層細くし巻回回数を増やして流体aに対する接触面積を
増やす方法や管厚を薄くして管の熱伝導性を高める方法
では、十分に解決できない。そればかりか、上記方法で
は単位時間当たりの熱交換量が減少し、また管路強度の
低下といった新たな問題が発生する。一方、コイル巻回
半径を段階的に変化させた複雑な形状のコイル状管路を
使用することにより、流体aが必ず管路に接触するよう
にして、熱交換効率を高める方法も考えられるが、この
ような複雑な形状のコイルは技術的に作製が困難となる
ととともに、製造コストの大幅な上昇といった問題が残
る。
層細くし巻回回数を増やして流体aに対する接触面積を
増やす方法や管厚を薄くして管の熱伝導性を高める方法
では、十分に解決できない。そればかりか、上記方法で
は単位時間当たりの熱交換量が減少し、また管路強度の
低下といった新たな問題が発生する。一方、コイル巻回
半径を段階的に変化させた複雑な形状のコイル状管路を
使用することにより、流体aが必ず管路に接触するよう
にして、熱交換効率を高める方法も考えられるが、この
ような複雑な形状のコイルは技術的に作製が困難となる
ととともに、製造コストの大幅な上昇といった問題が残
る。
【0006】更に外筒内に攪拌機を取付け流体aを攪拌
することにより熱交換効率を改善する方法も考えられる
が、この方法は取付けスペース上の問題や装置の複雑化
を招き製造コストの上昇といった問題が生じることにな
る。本発明はかかる現状に鑑みなされたものであり、簡
易かつ生産コストを殆ど上昇させることのない熱交換効
率改善手段を案出し、もって熱交換効率に優れた熱交換
器を安価に提供することを目的とする。
することにより熱交換効率を改善する方法も考えられる
が、この方法は取付けスペース上の問題や装置の複雑化
を招き製造コストの上昇といった問題が生じることにな
る。本発明はかかる現状に鑑みなされたものであり、簡
易かつ生産コストを殆ど上昇させることのない熱交換効
率改善手段を案出し、もって熱交換効率に優れた熱交換
器を安価に提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1記載の発明は、第一の流体と第二の流体と
の間で熱交換を行う熱交換器において、前記第一の流体
が流れる外筒と、前記外筒の内部に配置され、前記第二
の流体が流れるコイル状の管路と、前記外筒の内壁と前
記コイル状管路の外壁との間に形成された外空間を塞ぐ
よう前記外筒の主軸方向に対して略垂直方向に沿って設
けられた第1の邪魔板と、前記コイル状管路の内壁側に
形成された内空間を塞ぐよう前記外筒の主軸方向に対し
て略垂直方向に沿って設けられた第2の邪魔板とを有
し、且つ、前記第1の邪魔板と第2の邪魔板とが互いに
交互に合計3枚以上配置された熱交換器であることを特
徴とする また、請求項2記載の発明は、第一の流体と第二の流体
との間で熱交換を行う熱交換器において、前記第一の流
体が流れる外筒と、前記外筒の内部に配置され、前記第
二の流体が流れるコイル状の管路と、前記外筒の内壁と
前記コイル状管路の外壁との間に形成された外空間を塞
ぐよう前記外筒の主軸方向に対して略垂直方向に沿って
設けられた第1の邪魔板と、前記コイル状管路の内壁側
に形成された内空間を塞ぐよう前記外筒の主軸方向に対
して略垂直方向に沿って設けられた第2の邪魔板とを有
し、且つ、前記第1の邪魔板と第2の邪魔板とが、第2
の邪魔板を上流側に位置させて交互に合計2枚以上配置
された熱交換器であることを特徴とする。
め、請求項1記載の発明は、第一の流体と第二の流体と
の間で熱交換を行う熱交換器において、前記第一の流体
が流れる外筒と、前記外筒の内部に配置され、前記第二
の流体が流れるコイル状の管路と、前記外筒の内壁と前
記コイル状管路の外壁との間に形成された外空間を塞ぐ
よう前記外筒の主軸方向に対して略垂直方向に沿って設
けられた第1の邪魔板と、前記コイル状管路の内壁側に
形成された内空間を塞ぐよう前記外筒の主軸方向に対し
て略垂直方向に沿って設けられた第2の邪魔板とを有
し、且つ、前記第1の邪魔板と第2の邪魔板とが互いに
交互に合計3枚以上配置された熱交換器であることを特
徴とする また、請求項2記載の発明は、第一の流体と第二の流体
との間で熱交換を行う熱交換器において、前記第一の流
体が流れる外筒と、前記外筒の内部に配置され、前記第
二の流体が流れるコイル状の管路と、前記外筒の内壁と
前記コイル状管路の外壁との間に形成された外空間を塞
ぐよう前記外筒の主軸方向に対して略垂直方向に沿って
設けられた第1の邪魔板と、前記コイル状管路の内壁側
に形成された内空間を塞ぐよう前記外筒の主軸方向に対
して略垂直方向に沿って設けられた第2の邪魔板とを有
し、且つ、前記第1の邪魔板と第2の邪魔板とが、第2
の邪魔板を上流側に位置させて交互に合計2枚以上配置
された熱交換器であることを特徴とする。
【0008】更に請求項3記載の発明は、請求項1乃至
2記載の熱交換器において、前記コイル状管路が突起を
有することを特徴とするものである。また請求項4記載
の発明は、請求項1乃至請求項3記載の熱交換器におい
て、前記熱交換器が、第一の流体を過熱空気とし第二の
流体を液体燃料とした燃料改質装置用気化器であること
を特徴とする。
2記載の熱交換器において、前記コイル状管路が突起を
有することを特徴とするものである。また請求項4記載
の発明は、請求項1乃至請求項3記載の熱交換器におい
て、前記熱交換器が、第一の流体を過熱空気とし第二の
流体を液体燃料とした燃料改質装置用気化器であること
を特徴とする。
【0009】
【作用】上記構成の請求項1の発明によれば、第1の邪
魔板が、外筒の内壁とコイル状管路との間の空間(外空
間)を外筒の主軸方向(以下、垂直方向という。)に沿
って下流方向に流れる第一の流体の流れをじゃまして、
前記主軸方向に直交する方向(以下、水平方向とい
う。)に変える。このため、第1の邪魔板によって流向
を水平方向に変えられた第一の流体は、片側の流路が筒
壁で閉鎖されているため、反対のコイル状管路の間隙を
通過して内空間(周囲をコイル状管路に囲まれた空間)
へ流れることになる。一方、第2の邪魔板は、内空間を
垂直方向に流れる第一の流体の流れをじゃまして水平方
向の流れに変える。このため、第2の邪魔板によって流
向を変えられた第一の流体は、内空間の周囲にあるコイ
ル状管路の間隙から外空間に拡散流出する。このように
第1の邪魔板は、外空間を流れる第一の流体の流向を水
平方向に変え、内空間に導くよう作用し、第2の邪魔板
は内空間を流れる第一の流体の流向を水平方向に変え、
外空間に導くように作用する。
魔板が、外筒の内壁とコイル状管路との間の空間(外空
間)を外筒の主軸方向(以下、垂直方向という。)に沿
って下流方向に流れる第一の流体の流れをじゃまして、
前記主軸方向に直交する方向(以下、水平方向とい
う。)に変える。このため、第1の邪魔板によって流向
を水平方向に変えられた第一の流体は、片側の流路が筒
壁で閉鎖されているため、反対のコイル状管路の間隙を
通過して内空間(周囲をコイル状管路に囲まれた空間)
へ流れることになる。一方、第2の邪魔板は、内空間を
垂直方向に流れる第一の流体の流れをじゃまして水平方
向の流れに変える。このため、第2の邪魔板によって流
向を変えられた第一の流体は、内空間の周囲にあるコイ
ル状管路の間隙から外空間に拡散流出する。このように
第1の邪魔板は、外空間を流れる第一の流体の流向を水
平方向に変え、内空間に導くよう作用し、第2の邪魔板
は内空間を流れる第一の流体の流向を水平方向に変え、
外空間に導くように作用する。
【0010】更に、上記構成では、第1の邪魔板と第2
の邪魔板とが、所定の間隔で交互に配置してある。した
がって、第一の流体は、第1の邪魔板またはと第2の邪
魔板により流れをじゃまされ、コイル状管路の間隙を介
して外空間から内空間、または内空間から外空間へと交
互に行き来しながら下流方向に流れる。つまり、第1の
邪魔板及び第2の邪魔板は、第一の流体がコイル状管路
の間隙を通って行き来するようにし、これによって第一
の流体を確実にコイル状管路に接触せしめ熱交換効率を
高めるという作用効果を奏する。
の邪魔板とが、所定の間隔で交互に配置してある。した
がって、第一の流体は、第1の邪魔板またはと第2の邪
魔板により流れをじゃまされ、コイル状管路の間隙を介
して外空間から内空間、または内空間から外空間へと交
互に行き来しながら下流方向に流れる。つまり、第1の
邪魔板及び第2の邪魔板は、第一の流体がコイル状管路
の間隙を通って行き来するようにし、これによって第一
の流体を確実にコイル状管路に接触せしめ熱交換効率を
高めるという作用効果を奏する。
【0011】加えて、上記のように両邪魔板により第一
の流体の流向は交互に変換されるが、この流向の変換や
狭いコイル間隙を通過する際に乱流が発生する。よっ
て、交互に配置された邪魔板は、結果的に第一の流体を
攪拌するように作用する。したがって、上記の作用効果
が一層効果的に発揮され、熱交換効率が高まることにな
る。
の流体の流向は交互に変換されるが、この流向の変換や
狭いコイル間隙を通過する際に乱流が発生する。よっ
て、交互に配置された邪魔板は、結果的に第一の流体を
攪拌するように作用する。したがって、上記の作用効果
が一層効果的に発揮され、熱交換効率が高まることにな
る。
【0012】なお、交互に配置する邪魔板は、通常、数
が多いほどよいが、3枚以上配置すれば、十分に上記作
用効果を奏する。請求項2の発明では、先ず第2の邪魔
板を第一の流体の流路の下流側(入口側)に配置し、次
いで第1の邪魔板を配設する順序で、第1の邪魔板と第
2の邪魔板とが交互に合計2枚以上配設されているが、
このように邪魔板が配置された場合においても、上記と
同様な作用効果を奏する。
が多いほどよいが、3枚以上配置すれば、十分に上記作
用効果を奏する。請求項2の発明では、先ず第2の邪魔
板を第一の流体の流路の下流側(入口側)に配置し、次
いで第1の邪魔板を配設する順序で、第1の邪魔板と第
2の邪魔板とが交互に合計2枚以上配設されているが、
このように邪魔板が配置された場合においても、上記と
同様な作用効果を奏する。
【0013】請求項3の発明では、コイル状管路の表面
に、熱交換表面積を増加させるための突起を有するが、
この突起は熱交換効率を一層高めるよう作用する。した
がって、上記請求項1又は請求項2の如く、邪魔板が互
いに交互に設けられていれば、前記第一の流体及び第二
の流体は少なくとも1度は流れが水平方向に強制的に変
えられる結果、コイル間の隙間においてコイル状管路を
流れる第2の場合と前記隙間を通過する第一の流体との
接触が良好になり、熱交換効率も向上する。
に、熱交換表面積を増加させるための突起を有するが、
この突起は熱交換効率を一層高めるよう作用する。した
がって、上記請求項1又は請求項2の如く、邪魔板が互
いに交互に設けられていれば、前記第一の流体及び第二
の流体は少なくとも1度は流れが水平方向に強制的に変
えられる結果、コイル間の隙間においてコイル状管路を
流れる第2の場合と前記隙間を通過する第一の流体との
接触が良好になり、熱交換効率も向上する。
【0014】また、本請求項4の発明によれば、第一の
流体を過熱空気とし、第二の流体を液体とし燃料改質装
置用の気化器としたが、第一の流体が気体であると両邪
魔板の作用効果が顕著に発揮されるので、熱交換効率を
顕著に高めることができる。よって、第二の流体である
液体燃料の気化が効率的に進むので、この気化器を燃料
改質装置用気化器に用いれば、液体燃料が節減できると
ともに燃料改質装置の改質効率が向上する。
流体を過熱空気とし、第二の流体を液体とし燃料改質装
置用の気化器としたが、第一の流体が気体であると両邪
魔板の作用効果が顕著に発揮されるので、熱交換効率を
顕著に高めることができる。よって、第二の流体である
液体燃料の気化が効率的に進むので、この気化器を燃料
改質装置用気化器に用いれば、液体燃料が節減できると
ともに燃料改質装置の改質効率が向上する。
【0015】
【実施例】以下、本発明適用の熱交換器(気化器)を組
み込んだ燃料改質装置に基づいて、本発明を具体的に説
明する。なお、燃料改質装置用気化器は、加熱空気(第
一の流体)と液体燃料(第二の流体)との間の熱交換を
通じて、液体燃料を気化温度にまで加熱することを目的
とした熱交換器の一種であり、この気化器を組み込んだ
燃料改質装置自体は外部の燃料電池(不図示)に改質燃
料を供給することを目的とするものである。 〔実施例〕図1は本発明に係る気化器の概略断面図であ
り、図2は前記気化器を組み込んだ燃料改質装置の全体
を示す概略斜視図である。
み込んだ燃料改質装置に基づいて、本発明を具体的に説
明する。なお、燃料改質装置用気化器は、加熱空気(第
一の流体)と液体燃料(第二の流体)との間の熱交換を
通じて、液体燃料を気化温度にまで加熱することを目的
とした熱交換器の一種であり、この気化器を組み込んだ
燃料改質装置自体は外部の燃料電池(不図示)に改質燃
料を供給することを目的とするものである。 〔実施例〕図1は本発明に係る気化器の概略断面図であ
り、図2は前記気化器を組み込んだ燃料改質装置の全体
を示す概略斜視図である。
【0016】ここで、先ず図2に基づいて、燃料改質装
置の概要を説明しておく。この燃料改質装置1は、断熱
材からなる円筒型状の外容器2の中に、装置本体が収納
されており、大きさは、例えば高さ600mm、直径3
00mmである。装置本体は、空気を加熱する円筒形の
バーナー4が外容器2の底面3上の中央部に設置され、
加熱空気によって液体燃料を気化させる円筒形の気化器
10がバーナー4の上に設置され、気化燃料を改質する
4本の円筒状の改質器30が気化器10の周囲に設置さ
れ、気化器10から出た気化燃料を改質器30に分岐す
る分岐管40が気化器10の上方に設置された構造をし
ている。
置の概要を説明しておく。この燃料改質装置1は、断熱
材からなる円筒型状の外容器2の中に、装置本体が収納
されており、大きさは、例えば高さ600mm、直径3
00mmである。装置本体は、空気を加熱する円筒形の
バーナー4が外容器2の底面3上の中央部に設置され、
加熱空気によって液体燃料を気化させる円筒形の気化器
10がバーナー4の上に設置され、気化燃料を改質する
4本の円筒状の改質器30が気化器10の周囲に設置さ
れ、気化器10から出た気化燃料を改質器30に分岐す
る分岐管40が気化器10の上方に設置された構造をし
ている。
【0017】バーナー4は、底面3を下から上へ貫通し
たバーナー4に連通する燃焼空気用配管5からバーナー
4内に吹き込まれる空気を加熱するものであり、バーナ
ー4で加熱された加熱空気は、円筒形の気化器10に吹
き入れられる。気化器10は、バーナー4から送られた
加熱空気の上方への通路を形成する円筒状の断熱円筒1
1が、バーナー4の上に設置されており、その断熱円筒
11の中に、液体燃料が流れる燃料管路が設置されてい
る。この燃料管路は、断熱円筒11の内壁に沿って配置
された、円筒管をコイル状に成型した第1コイル管路2
1と第2コイル管路22と、前記コイル状管路21、2
2の内側をそれぞれ上下方向に通る直管23a、23b
(図1参照)とで構成されている。そして、前記第1コ
イル管路21の下流側終端に直管23bが接続され、こ
の直管23bの他端にコイル状管路22が接続され、更
に前記第2コイル管路22の下流側端に直管23aが接
続され、この直管23aの他端は前記分岐管40に接続
されている。
たバーナー4に連通する燃焼空気用配管5からバーナー
4内に吹き込まれる空気を加熱するものであり、バーナ
ー4で加熱された加熱空気は、円筒形の気化器10に吹
き入れられる。気化器10は、バーナー4から送られた
加熱空気の上方への通路を形成する円筒状の断熱円筒1
1が、バーナー4の上に設置されており、その断熱円筒
11の中に、液体燃料が流れる燃料管路が設置されてい
る。この燃料管路は、断熱円筒11の内壁に沿って配置
された、円筒管をコイル状に成型した第1コイル管路2
1と第2コイル管路22と、前記コイル状管路21、2
2の内側をそれぞれ上下方向に通る直管23a、23b
(図1参照)とで構成されている。そして、前記第1コ
イル管路21の下流側終端に直管23bが接続され、こ
の直管23bの他端にコイル状管路22が接続され、更
に前記第2コイル管路22の下流側端に直管23aが接
続され、この直管23aの他端は前記分岐管40に接続
されている。
【0018】気化器10の上方(上流)から燃料管路に
入った液体燃料は、第1コイル管路21を下りながら加
熱空気から供給される熱を吸収して気化温度付近の温度
まで加温される。次いで、ほぼ気化温度にまで加温され
た前記燃料は、直管22bを介して第2コイル管路22
に入り、今度は第2コイル管路22内を下から上に移動
しながら更に加熱されて気化し、高温の気化燃料となっ
て気化器10の上部に設けた分岐管40より複数の改質
器30にそれぞれ導かれる。ここで、前記燃料が第2コ
イル管路を下から上に流れるようにしたのは、前記燃料
の気化を促進するためである。
入った液体燃料は、第1コイル管路21を下りながら加
熱空気から供給される熱を吸収して気化温度付近の温度
まで加温される。次いで、ほぼ気化温度にまで加温され
た前記燃料は、直管22bを介して第2コイル管路22
に入り、今度は第2コイル管路22内を下から上に移動
しながら更に加熱されて気化し、高温の気化燃料となっ
て気化器10の上部に設けた分岐管40より複数の改質
器30にそれぞれ導かれる。ここで、前記燃料が第2コ
イル管路を下から上に流れるようにしたのは、前記燃料
の気化を促進するためである。
【0019】なお、改質器30は、断熱円筒11と外容
器2の側面に挟まれた空間に、断熱円筒11を取り囲む
ように配置されており、この改質器30は、金属の円筒
容器の中に、改質用触媒(例えば、市販の銅/亜鉛系メ
タノール改質用触媒)が詰められて触媒層31が形成さ
れているものである。改質器30…の下部は、底面3を
貫通して合流管32と連通し、合流管32は外部の燃料
電池と連通している。従って、分岐管40から改質器3
0…の上部に入った気化燃料は、触媒層31…を下降し
ながら改質反応を起こして改質燃料となり、合流管32
で集められて、外部の燃料電池に送られる。
器2の側面に挟まれた空間に、断熱円筒11を取り囲む
ように配置されており、この改質器30は、金属の円筒
容器の中に、改質用触媒(例えば、市販の銅/亜鉛系メ
タノール改質用触媒)が詰められて触媒層31が形成さ
れているものである。改質器30…の下部は、底面3を
貫通して合流管32と連通し、合流管32は外部の燃料
電池と連通している。従って、分岐管40から改質器3
0…の上部に入った気化燃料は、触媒層31…を下降し
ながら改質反応を起こして改質燃料となり、合流管32
で集められて、外部の燃料電池に送られる。
【0020】次に、上記燃料改質装置の主要部である気
化器について、図1に基づいて更に詳細に説明する。気
化器10は内径91mmの円筒体であり、この円筒体内
に第1コイル管路21、第2コイル管路22、直管23
a及び直管23bからなる一本の燃料管路(外径9.5
mmステンレス管)が、円筒体内壁に接触しないように
して配置されている。前記第1コイル管路21は、コイ
ル外径110mm、コイル間隙約1mm、コイル巻数1
5巻、コイル高さ157mmのコイル形状をしており、
その流路全長は約5mである。また、前記第2コイル管
路22は、コイル外径100mm、コイル間隙約1m
m、コイル巻数10巻、コイル高さ104mmのコイル
形状をしており、その流路全長は約3mである。そし
て、上記したように第1コイル管路の下流端は直管23
bを介して第2コイル管路の上流端に接続され、第2コ
イル管路の下流端は直管23aに接続されている。
化器について、図1に基づいて更に詳細に説明する。気
化器10は内径91mmの円筒体であり、この円筒体内
に第1コイル管路21、第2コイル管路22、直管23
a及び直管23bからなる一本の燃料管路(外径9.5
mmステンレス管)が、円筒体内壁に接触しないように
して配置されている。前記第1コイル管路21は、コイ
ル外径110mm、コイル間隙約1mm、コイル巻数1
5巻、コイル高さ157mmのコイル形状をしており、
その流路全長は約5mである。また、前記第2コイル管
路22は、コイル外径100mm、コイル間隙約1m
m、コイル巻数10巻、コイル高さ104mmのコイル
形状をしており、その流路全長は約3mである。そし
て、上記したように第1コイル管路の下流端は直管23
bを介して第2コイル管路の上流端に接続され、第2コ
イル管路の下流端は直管23aに接続されている。
【0021】また、図1に示すように、第1コイル管路
21の上部(分岐管40側)には、第1コイル管路の内
空間と略同様な径の空洞を有するドーナツ状の第1の邪
魔板101(A)が、外空間を塞ぐように前記円筒体内
壁に接して配置され、また第2コイル管路の下部(バー
ナー4側)には、第2コイル管路の内空間径と略同様な
空洞を有するドーナツ状の第1の邪魔板101(C)が
上記と同様に配置されている。更に、第1コイル管路の
下流端部と第2コイル管路の上流端部の間には、第2コ
イル管路の外周径とほぼ等しい第2の邪魔板102
(B)が、第2コイル管路の内空間を塞ぐように配置さ
れている。この邪魔板(A)〜(C)は、耐熱鋼又はス
テンレス鋼を用いて作製した厚み1〜2mmの薄板であ
る。
21の上部(分岐管40側)には、第1コイル管路の内
空間と略同様な径の空洞を有するドーナツ状の第1の邪
魔板101(A)が、外空間を塞ぐように前記円筒体内
壁に接して配置され、また第2コイル管路の下部(バー
ナー4側)には、第2コイル管路の内空間径と略同様な
空洞を有するドーナツ状の第1の邪魔板101(C)が
上記と同様に配置されている。更に、第1コイル管路の
下流端部と第2コイル管路の上流端部の間には、第2コ
イル管路の外周径とほぼ等しい第2の邪魔板102
(B)が、第2コイル管路の内空間を塞ぐように配置さ
れている。この邪魔板(A)〜(C)は、耐熱鋼又はス
テンレス鋼を用いて作製した厚み1〜2mmの薄板であ
る。
【0022】ここで、このような構造の気化器における
加熱空気の動きを説明すると、円筒体下部から供給され
た加熱空気は、先ず前記邪魔板(C)にじゃまされ第2
コイル管路の内空間に導かれるが、この内空間の上部は
前記邪魔板(B)で塞がれているので、そのまま上方に
進めない。よって、第2コイル管路のコイル間隙を通っ
て外空間に流出する。このようにして流出した加熱空気
は、第1コイル管路の外側面に接触しながら上昇するこ
とになるが、ここでも前記と同様、外空間の上部は邪魔
板(A)で塞がれているため、今度は第1コイル管路の
コイル間隙を通って再び内空間に入る。第1コイル管路
の内空間に入った加熱空気は第1コイル管路のコイル内
側面に接触しながら上昇するとになる。このようにし
て、円筒体下部から供給された加熱空気は、蛇行しなが
ら上流から下流に進み、その間に燃料管路との接触を繰
り返すとともに、蛇行の際やコイル間隙を通る際に攪拌
される。つまり、加熱空気と液体燃料との効率的な熱交
換が実現する。
加熱空気の動きを説明すると、円筒体下部から供給され
た加熱空気は、先ず前記邪魔板(C)にじゃまされ第2
コイル管路の内空間に導かれるが、この内空間の上部は
前記邪魔板(B)で塞がれているので、そのまま上方に
進めない。よって、第2コイル管路のコイル間隙を通っ
て外空間に流出する。このようにして流出した加熱空気
は、第1コイル管路の外側面に接触しながら上昇するこ
とになるが、ここでも前記と同様、外空間の上部は邪魔
板(A)で塞がれているため、今度は第1コイル管路の
コイル間隙を通って再び内空間に入る。第1コイル管路
の内空間に入った加熱空気は第1コイル管路のコイル内
側面に接触しながら上昇するとになる。このようにし
て、円筒体下部から供給された加熱空気は、蛇行しなが
ら上流から下流に進み、その間に燃料管路との接触を繰
り返すとともに、蛇行の際やコイル間隙を通る際に攪拌
される。つまり、加熱空気と液体燃料との効率的な熱交
換が実現する。
【0023】なお、図1及び図2中において、矢印Xは
加熱空気の流れを示し、矢印Yは、液体燃料または気化
燃料または改質燃料の流れを示している。 〔比較例1〕前記外筒内に邪魔板を設けない他は上記実
施例1と同様の構造の気化器(図4参照)を組み込んだ
燃料改質装置を作製し、これを比較例1とした。 〔比較例2〕第1の邪魔板(A)及び(C)をそのまま
とし、第2の邪魔板(B)を設けなかったことの他は、
前記実施例1と同様の構造の気化器を組込んだ燃料改質
装置を作製し、これを比較例2とした。 〔比較例3〕第1の邪魔板(A)及び(C)を第2の邪
魔板に交換し、他は前記比較例2と同様の構造の気化器
を組込んだ燃料改質装置を作製し、これを比較例3とし
た。 〔実験〕上記実施例の燃料改質装置、及び比較例1、2
の燃料改質装置を用いて、所定の条件でメタノール水溶
液の改質を行い、実施例気化器と比較例気化器との受熱
効率を比較するテストを行った。その結果を表1に示
す。
加熱空気の流れを示し、矢印Yは、液体燃料または気化
燃料または改質燃料の流れを示している。 〔比較例1〕前記外筒内に邪魔板を設けない他は上記実
施例1と同様の構造の気化器(図4参照)を組み込んだ
燃料改質装置を作製し、これを比較例1とした。 〔比較例2〕第1の邪魔板(A)及び(C)をそのまま
とし、第2の邪魔板(B)を設けなかったことの他は、
前記実施例1と同様の構造の気化器を組込んだ燃料改質
装置を作製し、これを比較例2とした。 〔比較例3〕第1の邪魔板(A)及び(C)を第2の邪
魔板に交換し、他は前記比較例2と同様の構造の気化器
を組込んだ燃料改質装置を作製し、これを比較例3とし
た。 〔実験〕上記実施例の燃料改質装置、及び比較例1、2
の燃料改質装置を用いて、所定の条件でメタノール水溶
液の改質を行い、実施例気化器と比較例気化器との受熱
効率を比較するテストを行った。その結果を表1に示
す。
【0024】尚、燃料改質装置の運転条件は、気化器に
供給されるメタノールの供給速度を80ml/min とし、
また、バーナの燃焼熱量を44.3kcal/min とした。
供給されるメタノールの供給速度を80ml/min とし、
また、バーナの燃焼熱量を44.3kcal/min とした。
【0025】
【表1】
【0026】上記表1から明らかなように、実施例の燃
料改質装置は、比較例1及び2の燃料改質装置に比べ
て、液体燃料の受熱効率、即ちバーナの燃焼熱量に対す
る液体燃料の受熱量が格段に向上した。このことは、実
施例の気化器では比較例1及び2の気化器と比べて、熱
交換効率が向上したことを意味する。このように、本発
明において、熱交換効率が向上するのは、実施例の気化
器では、上記したように加熱空気が蛇行しながら上流か
ら下流に進み、その間に燃料管路との接触を繰り返すと
ともに、蛇行の際やコイル間隙を通る際に攪拌される結
果、加熱空気の熱エネルギーが効率的に燃料管路に授受
されるためと考えられる。これに対し、比較例1では、
燃料管路から離れたところを通る加熱空気は、殆ど熱交
換に寄与することなく上方に直進し排出されてしまうた
めに熱交換効率が悪くなったと考えられる。他方、外空
間または内空間に邪魔板を配置した比較例1、2では、
外空間または内空間を通過する加熱空気が直進し燃料管
路に接触しないで流れ去ってしまうのを防止するので、
熱交換効率がある程度改善されるものと考えられる。比
較例2ではコイル管路の内空間を、また比較例3ではコ
イル管路の外空間をそれぞれ直進してしまうため邪魔板
の効果が十分に発揮され得ないものと考えられる。更
に、表2で、比較例2の方が比較例3より受熱効率が高
かったのは、内空間には直管a、bが配置されているの
で、全体として見た場合、加熱空気がより多く燃料管路
に接触したためと考えられる。
料改質装置は、比較例1及び2の燃料改質装置に比べ
て、液体燃料の受熱効率、即ちバーナの燃焼熱量に対す
る液体燃料の受熱量が格段に向上した。このことは、実
施例の気化器では比較例1及び2の気化器と比べて、熱
交換効率が向上したことを意味する。このように、本発
明において、熱交換効率が向上するのは、実施例の気化
器では、上記したように加熱空気が蛇行しながら上流か
ら下流に進み、その間に燃料管路との接触を繰り返すと
ともに、蛇行の際やコイル間隙を通る際に攪拌される結
果、加熱空気の熱エネルギーが効率的に燃料管路に授受
されるためと考えられる。これに対し、比較例1では、
燃料管路から離れたところを通る加熱空気は、殆ど熱交
換に寄与することなく上方に直進し排出されてしまうた
めに熱交換効率が悪くなったと考えられる。他方、外空
間または内空間に邪魔板を配置した比較例1、2では、
外空間または内空間を通過する加熱空気が直進し燃料管
路に接触しないで流れ去ってしまうのを防止するので、
熱交換効率がある程度改善されるものと考えられる。比
較例2ではコイル管路の内空間を、また比較例3ではコ
イル管路の外空間をそれぞれ直進してしまうため邪魔板
の効果が十分に発揮され得ないものと考えられる。更
に、表2で、比較例2の方が比較例3より受熱効率が高
かったのは、内空間には直管a、bが配置されているの
で、全体として見た場合、加熱空気がより多く燃料管路
に接触したためと考えられる。
【0027】以上の結果から、加熱空気の流路に邪魔板
を設けると熱交換効率が改善されること、邪魔板として
は外空間を通る加熱空気の流れをじゃまする第1の邪魔
板と、内空間を通る加熱空気の流れをじゃまする第2の
邪魔板とを設け、且つ第1の邪魔板と第2の邪魔板とが
交互に配置されてあると、熱交換効率が顕著に改善され
ること、が明らかとなった。 〔その他の事項〕 上記実施例においては、熱交換器として燃料改質装置
用気化器を用いて説明したが、本発明はこれに限られる
ものではなく、いわゆるコイル式の熱交換器であればよ
い。また、上記実施例では、3枚の邪魔板を用いたが、
本発明では第1の邪魔板と第2の邪魔板とが交互に配置
されていればよく、3枚に限定されるものではないこと
は勿論である。なお、これらの邪魔板の設置位置は何ら
限定されるものではない。図3に、邪魔板を5枚用いた
例を示す。一般に邪魔板の数を多くすると熱交換効率が
より向上するが、その数は管路の長さに応じて適当に配
設すれば良い。
を設けると熱交換効率が改善されること、邪魔板として
は外空間を通る加熱空気の流れをじゃまする第1の邪魔
板と、内空間を通る加熱空気の流れをじゃまする第2の
邪魔板とを設け、且つ第1の邪魔板と第2の邪魔板とが
交互に配置されてあると、熱交換効率が顕著に改善され
ること、が明らかとなった。 〔その他の事項〕 上記実施例においては、熱交換器として燃料改質装置
用気化器を用いて説明したが、本発明はこれに限られる
ものではなく、いわゆるコイル式の熱交換器であればよ
い。また、上記実施例では、3枚の邪魔板を用いたが、
本発明では第1の邪魔板と第2の邪魔板とが交互に配置
されていればよく、3枚に限定されるものではないこと
は勿論である。なお、これらの邪魔板の設置位置は何ら
限定されるものではない。図3に、邪魔板を5枚用いた
例を示す。一般に邪魔板の数を多くすると熱交換効率が
より向上するが、その数は管路の長さに応じて適当に配
設すれば良い。
【0028】上記実施例では、第一の流体を気体(加
熱空気)とし、第二の流体を液体(液体燃料)とした
が、本発明では第一の流体および第二の流体は液体又は
気体の何れであってもよく、また第一の流体及び第二の
流体の何れを被熱交換媒体としてもよい。但し、一般に
は第一の流体を熱交換媒体とし、第二の流体を被熱交換
媒体とするのが、熱交換効率を高める上で好ましい。ま
た、前記第二の流体の流れるコイル状の管路には、熱交
換表面積を増加させ、或いは熱交換媒体の攪拌のための
突起を設けることも好ましく、この場合、突起として
は、フィンや凸状の突起等が挙げられ、またフィン形状
を例えば板状のものや放射状に拡散する形状とすること
もできる。更に、フィンの向きを内空間或いは外空間の
何れの位置に設けることもでき、流路管の周囲に螺旋上
にフィンを設けることもできる。螺旋上にフィンを設け
た場合には螺旋に沿って第一の流体が流れるという効果
が得られる。
熱空気)とし、第二の流体を液体(液体燃料)とした
が、本発明では第一の流体および第二の流体は液体又は
気体の何れであってもよく、また第一の流体及び第二の
流体の何れを被熱交換媒体としてもよい。但し、一般に
は第一の流体を熱交換媒体とし、第二の流体を被熱交換
媒体とするのが、熱交換効率を高める上で好ましい。ま
た、前記第二の流体の流れるコイル状の管路には、熱交
換表面積を増加させ、或いは熱交換媒体の攪拌のための
突起を設けることも好ましく、この場合、突起として
は、フィンや凸状の突起等が挙げられ、またフィン形状
を例えば板状のものや放射状に拡散する形状とすること
もできる。更に、フィンの向きを内空間或いは外空間の
何れの位置に設けることもでき、流路管の周囲に螺旋上
にフィンを設けることもできる。螺旋上にフィンを設け
た場合には螺旋に沿って第一の流体が流れるという効果
が得られる。
【0029】上記実施例では、コイル管路の間隙を約
1mmとしたが、コイル管路のコイル間隙は何ら限定さ
れるものではない。一般には、この間隙は、熱交換効率
の面から、第一の流体が通過できる範囲で狭い方が好ま
しい。また上記実施例では、外筒として円筒形状を用い
たが、外筒は円筒形状に限定されるものでなく、角形や
四角形であってもよい。
1mmとしたが、コイル管路のコイル間隙は何ら限定さ
れるものではない。一般には、この間隙は、熱交換効率
の面から、第一の流体が通過できる範囲で狭い方が好ま
しい。また上記実施例では、外筒として円筒形状を用い
たが、外筒は円筒形状に限定されるものでなく、角形や
四角形であってもよい。
【0030】本発明では、邪魔板の材質は特に限定さ
れるものではなく、第一の流体の性質に応じて、熱的安
定性や熱伝導性に優れた材質のものを適当に選択し使用
できる。
れるものではなく、第一の流体の性質に応じて、熱的安
定性や熱伝導性に優れた材質のものを適当に選択し使用
できる。
【0031】
【発明の効果】本発明によれば、第1の邪魔板と第2の
邪魔板を交互に設けるという簡易な手段により、生産コ
ストを殆ど上昇させることなく、熱交換効率に優れた熱
交換器を提供できる。また、このような熱交換器を燃料
改質装置用気化器に適用した場合には、燃料改質装置の
改質効率を顕著に向上させることが可能となる。
邪魔板を交互に設けるという簡易な手段により、生産コ
ストを殆ど上昇させることなく、熱交換効率に優れた熱
交換器を提供できる。また、このような熱交換器を燃料
改質装置用気化器に適用した場合には、燃料改質装置の
改質効率を顕著に向上させることが可能となる。
【図1】本発明の一実施例に係る熱交換器(燃料改質装
置用気化器)の概略断面図である。
置用気化器)の概略断面図である。
【図2】図1に示した気化器を組み込んだ燃料改質装置
の概略斜視図(一部破断面)である。
の概略斜視図(一部破断面)である。
【図3】本発明に係る熱交換器の他の実施例(邪魔板を
5枚配置したもの)を示した概略断面図である。
5枚配置したもの)を示した概略断面図である。
【図4】従来の燃料改質装置の概略斜視図(一部破断
面)である。
面)である。
10 熱交換器 11 断熱円筒 21 第1コイル管路 22 第2コイル管路 23 直管 24 外空間 101 第1の邪魔板 102 第2の邪魔板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上田 雅敏 守口市京阪本通2丁目5番5号 三洋電機 株式会社内
Claims (4)
- 【請求項1】 第一の流体と第二の流体との間で熱交換
を行う熱交換器において、 前記第一の流体が流れる外筒と、 前記外筒の内部に配置され、前記第二の流体が流れるコ
イル状の管路と、 前記外筒の内壁と前記コイル状管路の外壁との間に形成
された外空間を塞ぐよう前記外筒の主軸方向に対して略
垂直方向に沿って設けられた第1の邪魔板と、 前記コイル状管路の内壁側に形成された内空間を塞ぐよ
う前記外筒の主軸方向に対して略垂直方向に沿って設け
られた第2の邪魔板とを有し、且つ、 前記第1の邪魔板と第2の邪魔板とが互いに交互に合計
3枚以上配置されたことを特徴とする熱交換器。 - 【請求項2】 第一の流体と第二の流体との間で熱交換
を行う熱交換器において、 前記第一の流体が流れる外筒と、 前記外筒の内部に配置され、前記第二の流体が流れるコ
イル状の管路と、 前記外筒の内壁と前記コイル状管路の外壁との間に形成
された外空間を塞ぐよう前記外筒の主軸方向に対して略
垂直方向に沿って設けられた第1の邪魔板と、 前記コイル状管路の内壁側に形成された内空間を塞ぐよ
う前記外筒の主軸方向に対して略垂直方向に沿って設け
られた第2の邪魔板とを有し、 且つ、前記第1の邪魔板と第2の邪魔板とが、第2の邪
魔板を上流側に位置させて交互に合計2枚以上配置され
たことを特徴とする熱交換器。 - 【請求項3】 前記コイル状管路が、突起を有すること
を特徴とする請求項1乃至2記載の熱交換器。 - 【請求項4】 前記熱交換器が、第一の流体を過熱空気
とし、第二の流体を液体燃料とした燃料改質装置用気化
器であることを特徴とする請求項1乃至請求項3記載の
熱交換器。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP991194A JPH07218159A (ja) | 1994-01-31 | 1994-01-31 | 熱交換器 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP991194A JPH07218159A (ja) | 1994-01-31 | 1994-01-31 | 熱交換器 |
Related Child Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP11002990A Division JPH11322302A (ja) | 1999-01-08 | 1999-01-08 | 燃料電池用改質装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07218159A true JPH07218159A (ja) | 1995-08-18 |
Family
ID=11733296
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP991194A Pending JPH07218159A (ja) | 1994-01-31 | 1994-01-31 | 熱交換器 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH07218159A (ja) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009180439A (ja) * | 2008-01-31 | 2009-08-13 | Orion Mach Co Ltd | 冷却液供給装置 |
KR100943688B1 (ko) * | 2008-03-05 | 2010-02-22 | 주식회사 한국피이엠 | 지열 회수용 코일형 합성수지관 및 그 제조방법 |
WO2013150818A1 (ja) * | 2012-04-05 | 2013-10-10 | シーアイ化成株式会社 | 伝熱管とそれを用いた熱交換器 |
CN103868376A (zh) * | 2014-03-27 | 2014-06-18 | 海安天润机械科技有限公司 | 螺旋缠绕管式换热器及变流量螺旋管冷却装置 |
CN105771864A (zh) * | 2016-05-13 | 2016-07-20 | 十堰双齐科技有限公司 | 一种pag水基淬火介质自动化生产反应釜 |
JP2019143120A (ja) * | 2017-12-22 | 2019-08-29 | アクセンス | 水素化処理または水素化転化のためのコイル巻回式熱交換器 |
CN113739601A (zh) * | 2021-08-06 | 2021-12-03 | 澳柯玛股份有限公司 | 一种新型换热器结构及其制冷*** |
-
1994
- 1994-01-31 JP JP991194A patent/JPH07218159A/ja active Pending
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2009180439A (ja) * | 2008-01-31 | 2009-08-13 | Orion Mach Co Ltd | 冷却液供給装置 |
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WO2013150818A1 (ja) * | 2012-04-05 | 2013-10-10 | シーアイ化成株式会社 | 伝熱管とそれを用いた熱交換器 |
JPWO2013150818A1 (ja) * | 2012-04-05 | 2015-12-17 | シーアイ化成株式会社 | 伝熱管とそれを用いた熱交換器 |
CN103868376A (zh) * | 2014-03-27 | 2014-06-18 | 海安天润机械科技有限公司 | 螺旋缠绕管式换热器及变流量螺旋管冷却装置 |
CN105771864A (zh) * | 2016-05-13 | 2016-07-20 | 十堰双齐科技有限公司 | 一种pag水基淬火介质自动化生产反应釜 |
JP2019143120A (ja) * | 2017-12-22 | 2019-08-29 | アクセンス | 水素化処理または水素化転化のためのコイル巻回式熱交換器 |
CN113739601A (zh) * | 2021-08-06 | 2021-12-03 | 澳柯玛股份有限公司 | 一种新型换热器结构及其制冷*** |
CN113739601B (zh) * | 2021-08-06 | 2023-03-14 | 澳柯玛股份有限公司 | 一种换热器结构及其制冷*** |
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