[发明专利]多管换热器装置及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及多管换热器装置及其制造方法。该换热器装置包括主体单元和设置在该主体单元中的多个导热管。在所述导热管中形成有用于第一流体的第一通路，并且在所述导热管之间形成有用于第二流体的第二通路。

背景技术

典型地讲，固体氧化物燃料电池(SOFC)采用由诸如稳定氧化锆的离子导电固体氧化物制成的电解质。该电解质插设在阳极与阴极之间，以形成电解质电极组件(单元电池)。该电解质电极组件插设在隔板(双极板)之间。在使用中，将预定数量的单元电池和隔板堆叠在一起，以形成燃料电池组。

在该燃料电池中，向阴极提供含氧气体或空气。含氧气体中的氧在阴极与电解质之间的界面处电离，并且氧离子(O^2-)通过电解质朝向阳极运动。向阳极提供诸如含氢气体或CO的燃料气体。氧离子与含氢气体中的氢起反应以生成水，或者与CO起反应以生成CO₂。反应中释放出的电子通过外部电路流向阴极，以产生DC电能。

在该燃料电池中，使用换热器，用于通过与排气(消耗之后的反应气体)等进行换热来加热向阴极供应的空气。例如，作为一种类型的换热器，已知一种如日本特开平8-261679号公报中公开的多管换热器。

如图14所示，多管换热器包括多个并行设置的导热管1。所述导热管1的相对两端接合至管状板2a、2b。导热管1由管状板2a、2b支撑。每个导热管1都具有大致椭圆形截面。至少一个肋(未示出)与纵向平行地在导热管1中延伸。

在传统技术中，为了提高在导热管1内部流动的流体与在导热管1外部流动的流体之间的换热效率，或者为了增加导热表面积，必须增加导热管1的数量。然而，为了增加导热管1的数量就必须减小导热管1的直径。因此，在热导管1内部流动的流体的压力损失变大。由此，不能增加供应到导热管1中的流体的量，从而不能提高换热器装置的效率。

而且，由于空间约束，在导热管1的可以增加的数量上存在限制。在导热管1内部流动的流体与在导热管1外部流动的流体之间的体积比不恒定。因此，难以提高换热效率。

而且，随着导热管1的数量增加，导热管1的厚部的表面积增加。由此，由于导热管1的厚度过大，造成热容量增加，从而显著降低了热效率。

发明内容

本发明的主要目的在于，提供一种可以提高换热效率的、具有简单且紧凑的结构的多管换热器装置和该多管换热器装置的制造方法。

本发明涉及一种多管换热器装置和该换热器装置的制造方法。该换热器装置包括主体单元和设置在所述主体单元中的多个导热管。在所述导热管中形成有用于第一流体的第一通路。在所述导热管之间形成有用于第二流体的第二通路。在所述主体单元的相对两端处设置有法兰，所述导热管按预定角间隔设置在所述法兰处。每个所述导热管都具有限制所述第一通路的通路宽度的相对的壁，并且所述壁沿渐开曲线形成，并且，每个所述第二通路都通过沿所述渐开曲线设置的相邻的导热管而形成。

优选的是，所述导热管具有无缝连续形状。例如，利用拉制工序或挤制工序将所述导热管形成单件，以使其具有无缝连续形状。

而且，优选的是，在所述主体单元的一端处设置有第一流体入口和第二流体出口，以使所述第一流体通过所述第一流体入口流入所述第一通路，并且使所述第二流体通过所述第二流体出口从所述第二通路排出；并且在所述主体单元的另一端处设置有第一流体出口和第二流体入口，以使所述第一流体通过所述第一流体出口从所述第一通路排出，并且使所述第二流体通过所述第二流体入口流入所述第二通路。而且，优选的是，所述第二流体为排气。

根据本发明，所述导热管的相对的壁沿所述渐开曲线形成。由此，在整个所述第一通路中，通路宽度恒定。从流动通过所述第二通路的所述第二流体有效地向流动通过所述第一通路的所述第一流体传递热。由此，有效地提高了换热效率。而且，在所述第一通路中的所述第一流体不会出现不均匀流动。所述第一流体平滑地流动，从而实现了热效率的提高。

从下面结合附图的说明将更清楚本发明的上述和其它目的、特征以及优点，其中附图以例示性示例的方式示出了本发明的优选实施例。

附图说明

图1是示出包括根据本发明第一实施例的多管换热器的燃料电池系统的局部剖视图；

图2是示意性地示出燃料电池系统的燃料电池组的立体图；

图3是示出燃料电池组的燃料电池的分解立体图；

图4是示出燃料电池中的气流的局部分解立体图；

图5是示出隔板的正视图；