本发明涉及热交换器。
背景技术：
近年来，要求改善汽车的油耗。特别地，为了防止发动机启动时等发动机冷却时的油耗变差，期待提前将冷却水、发动机油、自动变速箱油(atf：automatictransmissionfluid)等加热而降低摩擦(friction)损失的系统。另外，期待为了使废气净化用催化剂提前实现活化而对催化剂进行加热的系统。
作为这样的系统，例如存在热交换器。热交换器是通过使第一流体在内部流通且使第二流体在外部流通而使得第一流体与第二流体之间进行热交换的装置。对于这样的热交换器而言，通过从高温的流体(例如，废气等)向低温的流体(例如，冷却水等)进行热交换而能够有效地利用热。
专利文献1中提出了如下热交换器，该热交换器具有集热部和壳体，该集热部形成为具有能够供第一流体(例如废气)流通的多个隔室的蜂窝结构体，该壳体配置成将集热部的外周面覆盖，第二流体(例如冷却水)能够在该壳体与集热部之间流通。
不过，专利文献1的热交换器是始终对从第一流体向第二流体释放的热进行回收的结构，因此，即便在无需对释放的热进行回收的情况下(无需进行热交换的情况下)，有时也对释放的热进行回收。因此，需要增大用于将无需对释放的热进行回收时回收的热释放的散热器的容量。
另一方面，专利文献2中提出了如下热交换器(废气热回收器)，其具备：内管，该内管用于使来自发动机的废气向车辆后方流通；外管，该外管在所述内管的外周沿着所述内管的轴向配置，且比所述内管的后端部向车辆后方伸出；阀，该阀对所述内管的后端部进行开闭；第一节流部，该第一节流部具有相对于所述内管的内部朝向车辆后方开口的流入口，使从所述内管的内部通过所述流入口而流入的废气向车辆前方流通，并通过形成于所述内管的孔而将该废气向所述内管的径向外侧引导；流路，该流路形成于所述内管与所述外管之间，使通过所述孔而向所述内管的径向外侧引导的废气在所述内管的径向外侧朝车辆后方流通；热交换部，该热交换部配置于所述内管的径向外侧，使得所述流路中流通的废气与制冷剂之间进行热交换；以及第二节流部，该第二节流部设置于所述流路的比所述热交换部靠流通方向下游侧的位置。
专利文献2的热交换器能够通过阀的开闭而进行热回收(热交换)的促进和抑制的切换。特别地，该热交换器设置有第一节流部及第二节流部，因此，在抑制热回收时，通过使内管的后端部敞开(打开阀)而使得废气难以从内管向热交换部流入，其结果，能够提高隔热性能。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012－037165号公报
专利文献2：日本特开2018－119418号公报
技术实现要素：
然而，专利文献2的热交换器在抑制热回收时(打开阀的情况下)在第一节流部周围发生废气的气流剥离(日语：流れの剥離)，因此，导致压力降低。另一方面，内管的后端部的流路截面积较大，因此，气体的流速在其周围降低而使得压力增加。其结果，第一节流部周围的压力低于内管的后端部周围的压力，废气容易因该压力差而从内管的后端部向热交换部倒流。应予说明，废气的气流剥离是指：废气的气流相对于物体而剥离的现象。
本发明是为了解决如上所述的课题而完成的，其目的在于，提供能够在抑制热回收时抑制第一流体(废气)的倒流而提高隔热性能的热交换器。
本发明的发明人对热交换器的结构进行了潜心研究，结果发现，通过制成具有特定结构的热交换器而能够解决上述问题，从而完成了本发明。
即，本发明是一种热交换器，其中，具备：
中空型的柱状蜂窝结构体，该柱状蜂窝结构体具有内周壁、外周壁以及间隔壁，该间隔壁配设于所述内周壁与所述外周壁之间、且区划形成多个隔室，这些隔室形成从流入端面延伸至流出端面的第一流体的流路；
第一筒状部件，该第一筒状部件与所述柱状蜂窝结构体的外周壁面嵌合；
第二筒状部件，该第二筒状部件与所述柱状蜂窝结构体的内周壁面嵌合；
筒状的导向部件，该导向部件具有以构成所述第一流体的流路的方式隔开间隔地配置于所述第二筒状部件的径向内侧的部分；
上游侧筒状部件，该上游侧筒状部件将所述第一筒状部件的上游侧端部和所述导向部件的上游侧之间连接；以及
下游侧筒状部件，该下游侧筒状部件与所述第一筒状部件的下游侧端部连接，
所述导向部件具有朝向下游侧倾斜的倾斜部，
用于将在所述导向部件的内周面侧流通的所述第一流体向所述第二筒状部件的内周面侧与所述导向部件的外周面侧之间引导的连通口，设置于所述导向部件的倾斜部末端与所述第二筒状部件之间、或所述导向部件的所述倾斜部。
发明效果
根据本发明，能够提供可在抑制热回收时抑制第一流体(废气)的倒流而提高隔热性能的热交换器。
附图说明
图1是本发明的实施方式所涉及的热交换器的与第一流体的流通方向平行的截面图。
图2是图1的热交换器的a－a’线的截面图。
图3是本发明的实施方式所涉及的另一热交换器的与第一流体的流通方向平行的截面图。
图4是图3的热交换器的b－b’线的截面图。
图5是比较例1中制作的热交换器的与第一流体的流通方向平行的截面图。
附图标记说明
10…柱状蜂窝结构体，11…内周壁，12…外周壁，13a…流入端面，13b…流出端面，14…隔室，15…间隔壁，20…第一筒状部件，21a…上游侧端部，21b…下游侧端部，30…第二筒状部件，31a…上游侧端部，31b…下游侧端部，40…导向部件，41a…上游侧端部，41b…下游侧端部，42…倾斜部，43…连通口，44…贯通孔，50…上游侧筒状部件，51…上游侧端部，52…凸缘部，60…下游侧筒状部件，61a…上游侧端部，61b…下游侧端部，70…外筒部件，71a…上游侧端部，71b…下游侧端部，72…供给管，73…排出管，80…开闭阀，100、200、300…热交换器。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的实施方式进行具体说明。本发明并不限定于以下实施方式，应当理解：在不脱离本发明的主旨的范围内，基于本领域技术人员的常识而能够适当地对以下实施方式加以变更、改良等，由此获得的实施方式也落入本发明范围内。
本发明的实施方式所涉及的热交换器具备中空型的柱状蜂窝结构体(以下有时简称为“柱状蜂窝结构体”)、第一筒状部件、第二筒状部件、导向部件、上游侧筒状部件以及下游侧筒状部件。该热交换器还可以具备外筒部件及开闭阀中的至少1个。
图1是本发明的实施方式所涉及的热交换器的与第一流体的流通方向平行的截面图。另外，图2是图1的热交换器的a－a’线的截面图。
如图1及图2所示，本发明的实施方式所涉及的热交换器100具备中空型的柱状蜂窝结构体10(以下有时简称为“柱状蜂窝结构体”)、第一筒状部件20、第二筒状部件30、导向部件40、上游侧筒状部件50、下游侧筒状部件60、外筒部件70以及开闭阀80。
＜中空型的柱状蜂窝结构体10＞
中空型的柱状蜂窝结构体10具有内周壁11、外周壁12以及间隔壁15，该间隔壁15配设于内周壁11与外周壁12之间、且区划形成多个隔室14，这些隔室14形成从流入端面13a延伸至流出端面13b的第一流体的流路。
此处，本说明书中的“中空型的柱状蜂窝结构体10”是指：在与第一流体的流路方向垂直的中空型的柱状蜂窝结构体10的截面且在中心部具有中空区域的柱状蜂窝结构体10。
作为中空型的柱状蜂窝结构体10的形状(外形)，并未特别限定，例如可以设为圆柱、椭圆柱、四棱柱或其他多棱柱等。
另外，中空型的柱状蜂窝结构体10的中空区域的形状也未特别限定，例如可以设为圆柱、椭圆柱、四棱柱或其他多棱柱等。
此外，中空型的柱状蜂窝结构体10的形状和中空区域的形状可以相同，也可以不同，不过，从针对来自外部的冲击、热应力等的耐受性的观点考虑，优选设为相同形状。
作为隔室14的形状，并未特别限定，在与第一流体的流路方向垂直的方向的截面中，可以设为圆形、椭圆形、三角形、四边形、六边形或其他多边形等。另外，优选隔室14在与第一流体的流路方向垂直的方向的截面中设置成辐射状。通过设为上述结构，能够高效地使隔室14中流通的第一流体的热向中空型的柱状蜂窝结构体10的外部传导。
间隔壁15的厚度并未特别限定，优选为0.1mm～1.0mm，更优选为0.2mm～0.6mm。通过将间隔壁15的厚度设为0.1mm以上，能够使中空型的柱状蜂窝结构体10的机械强度变得充分。另外，通过将间隔壁15的厚度设为1.0mm以下，能够抑制压力损失因开口面积减小而增大、以及热回收效率因与第一流体之间的接触面积减小而降低等问题。
内周壁11及外周壁12的厚度并未特别限定，优选大于间隔壁15的厚度。通过设为上述结构，能够提高容易因来自外部的冲击、基于第一流体与第二流体之间的温差的热应力等而引起破坏(例如，裂纹、开裂等)的内周壁11及外周壁12的强度。
此外，内周壁11及外周壁12的厚度并未特别限定，只要根据用途等而适当地调整即可。例如，在将热交换器100用于通常的热交换用途的情况下，优选内周壁11及外周壁12的厚度为0.3mm～10mm，更优选为0.5mm～5mm，进一步优选为1mm～3mm。另外，在将热交换器100用于蓄热用途的情况下，可以将外周壁12的厚度设为10mm以上，由此使得外周壁12的热容量增大。
间隔壁15、内周壁11及外周壁12以陶瓷为主成分。“以陶瓷为主成分”是指：陶瓷的质量在全部成分的质量中占据的比率为50质量％以上。
间隔壁15、内周壁11及外周壁12的气孔率并未特别限定，优选为10％以下，更优选为5％以下，进一步优选为3％以下。另外，间隔壁15、内周壁11及外周壁12的气孔率可以为0％。通过将间隔壁15、内周壁11及外周壁12的气孔率设为10％以下而能够提高导热率。
优选间隔壁15、内周壁11及外周壁12含有导热性高的sic(碳化硅)作为主成分。作为这种材料，可以举出：si含浸sic、(si al)含浸sic、金属复合sic、重结晶sic、si3n4以及sic等。其中，由于能够廉价地制造且导热性较高，因此，优选采用si含浸sic、(si al)含浸sic。
与第一流体的流路方向垂直的中空型的柱状蜂窝结构体10的截面中的隔室密度(即，每单位面积的隔室14的数量)并未特别限定，优选为4隔室/cm2～320隔室/cm2。通过将隔室密度设为4隔室/cm2以上，能够充分确保间隔壁15的强度、甚至中空型的柱状蜂窝结构体10本身的强度以及有效gsa(几何学表面积)。另外，通过将隔室密度设为320隔室/cm2以下，能够抑制第一流体流动时的压力损失增大。
中空型的柱状蜂窝结构体10的等静压强度并未特别限定，优选为100mpa以上，更优选为150mpa以上，进一步优选为200mpa以上。通过将中空型的柱状蜂窝结构体10的等静压强度设为100mpa以上，能够提高中空型的柱状蜂窝结构体10的耐久性。可以基于社团法人汽车技术会发行的汽车标准、即jaso标准m505－87中规定的等静压破坏强度的测定方法而测定中空型的柱状蜂窝结构体10的等静压强度。
与第一流体的流路方向垂直的方向上的截面中的外周壁12的直径(外径)并未特别限定，优选为20mm～200mm，更优选为30mm～100mm。通过设为上述直径而能够提高热回收效率。在外周壁12并非圆形的情况下，将与外周壁12的截面形状内切的最大内切圆的直径设为外周壁12的直径。
另外，与第一流体的流路方向垂直的方向上的截面中的内周壁11的直径并未特别限定，优选为1mm～50mm，更优选为2mm～30mm。在内周壁11的截面形状并非圆形的情况下，将与内周壁11的截面形状内切的最大内切圆的直径设为内周壁11的直径。
中空型的柱状蜂窝结构体10的导热率并未特别限定，在25℃的温度下，优选为50w/(m·k)以上，更优选为100w/(m·k)～300w/(m·k)，进一步优选为120w/(m·k)～300w/(m·k)。通过将中空型的柱状蜂窝结构体10的导热率设为上述范围，能够使导热性变得良好，从而能够高效地使得中空型的柱状蜂窝结构体10内的热向外部传导。此外，导热率的值是指：利用激光闪光法(jisr1611－1997)进行测定所得的值。
当废气作为第一流体而在中空型的柱状蜂窝结构体10的隔室14流通时，可以使催化剂担载于中空型的柱状蜂窝结构体10的间隔壁15。如果使得催化剂担载于间隔壁15，则能够通过催化反应而使得废气中的co、nox、hc等变为无害的物质，并且，还能够将催化反应时产生的反应热用于热交换。作为催化剂，优选含有选自贵金属(铂、铑、钯、钌、铟、银以及金)、铝、镍、锆、钛、铈、钴、锰、锌、铜、锡、铁、铌、镁、镧、钐、铋以及钡构成的组中的至少一种元素。可以以金属单质、金属氧化物、或除此以外的金属化合物的形式含有上述元素。
作为催化剂(催化剂金属 担载体)的担载量，并未特别限定，优选为10g/l～400g/l。另外，在采用含有贵金属的催化剂的情况下，其担载量并未特别限定，优选为0.1g/l～5g/l。通过将催化剂(催化剂金属 担载体)的担载量设为10g/l以上，容易体现出催化作用。另外，通过将催化剂(催化剂金属 担载体)的担载量设为400g/l以下，能够抑制压力损失及制造成本的提升。担载体是供催化剂金属担载的载体。作为担载体，可以采用含有选自氧化铝、二氧化铈、以及氧化锆构成的组中的至少一种的担载体。
＜第一筒状部件20＞
第一筒状部件20与柱状蜂窝结构体10的外周壁12的壁面嵌合。
第一筒状部件20为具有上游侧端部21a及下游侧端部21b的筒状部件。
优选第一筒状部件20的轴向与柱状蜂窝结构体10的轴向一致、且第一筒状部件20的中心轴与柱状蜂窝结构体10的中心轴一致。另外，优选第一筒状部件20的轴向上的中央位置与柱状蜂窝结构体10的轴向上的中央位置一致。此外，第一筒状部件20的直径(外径及内径)可以在整个轴向上都相同，不过，也可以至少一部分(例如轴向两端部等)缩径或扩径。
作为第一筒状部件20，并未特别限定，例如，可以采用与柱状蜂窝结构体10的外周壁12的壁面嵌合并将柱状蜂窝结构体10的外周壁12环绕覆盖的筒状部件。
此处，本说明书中的“嵌合”是指：柱状蜂窝结构体10和第一筒状部件20以相互嵌合的状态而固定。因此，对于柱状蜂窝结构体10与第一筒状部件20的嵌合而言，除了基于间隙配合、过盈配合、热压配合等嵌合方式的固定方法以外，还包括通过钎焊、焊接、扩散接合等方式而将柱状蜂窝结构体10和第一筒状部件20彼此固定的情形等。
优选第一筒状部件20具有与柱状蜂窝结构体10的外周壁12的壁面对应的内周面形状。第一筒状部件20的内周面与柱状蜂窝结构体10的外周壁12直接接触而能够使导热性变得良好，从而能够高效地使得柱状蜂窝结构体10内的热向第一筒状部件20传导。
从提高热回收效率的观点考虑，优选由第一筒状部件20环绕覆盖的柱状蜂窝结构体10的外周壁12的部分的面积相对于柱状蜂窝结构体10的外周壁12的总面积的比例较高。具体而言，优选该面积比例为80％以上，更优选为90％以上，进一步优选为100％(即，柱状蜂窝结构体10的外周壁12全部都由第一筒状部件20环绕覆盖。)。
此外，此处所说的“外周壁12”是指：柱状蜂窝结构体10的与第一流体的流路方向平行的面，不包括柱状蜂窝结构体10的与第一流体的流路方向垂直的面(流入端面13a及流出端面13b)。
第一筒状部件20的材料并未特别限定，从制造性的观点考虑，优选为金属。另外，如果第一筒状部件20由金属制成，则能够容易地进行与后述的外筒部件70等的焊接，就这一点而言构成优选方式。作为第一筒状部件20的材料，例如可以采用不锈钢、钛合金、铜合金、铝合金、黄铜等。其中，根据耐久可靠性高且便宜的理由，优选为不锈钢。
第一筒状部件20的厚度并未特别限定，优选为0.1mm以上，更优选为0.3mm以上，进一步优选为0.5mm以上。通过将第一筒状部件20的厚度设为0.1mm以上，能够确保耐久可靠性。另外，优选第一筒状部件20的厚度为10mm以下，更优选为5mm以下，进一步优选为3mm以下。通过将第一筒状部件20的厚度设为10mm以下，能够降低热阻而提高导热性。
＜第二筒状部件30＞
第二筒状部件30与柱状蜂窝结构体10的内周壁11的壁面嵌合。
第二筒状部件30为具有上游侧端部31a及下游侧端部31b的筒状部件。
优选第二筒状部件30的轴向与柱状蜂窝结构体10的轴向一致、且第二筒状部件30的中心轴与柱状蜂窝结构体10的中心轴一致。另外，优选第二筒状部件30的轴向上的中央位置与柱状蜂窝结构体10的轴向上的中央位置一致。
作为第二筒状部件30，并未特别限定，可以采用外周面的一部分与柱状蜂窝结构体10的内周壁11的壁面接触的筒状部件。
此处，第二筒状部件30的外周面的一部分和柱状蜂窝结构体10的内周壁11的壁面可以直接接触，也可以隔着其他部件而间接接触。
第二筒状部件30的外周面的一部分和柱状蜂窝结构体10的内周壁11的壁面以彼此嵌合的状态而固定。作为固定方法，并未特别限定，与上述关于第一筒状部件20的固定方法而叙述的内容相同。
第二筒状部件30的材料并未特别限定，与上述关于第一筒状部件20的材料而叙述的内容相同。
第二筒状部件30的厚度并未特别限定，与上述关于第一筒状部件20的厚度而叙述的内容相同。
＜导向部件40＞
导向部件40具有以构成第一流体的流路的方式隔开间隔地配置于第二筒状部件30的径向内侧的部分。
导向部件40为具有上游侧端部41a及下游侧端部41b的筒状部件。
优选导向部件40的轴向与柱状蜂窝结构体10的轴向一致、且导向部件40的中心轴与柱状蜂窝结构体10的中心轴一致。
作为导向部件40，例如，可以采用在导向部件40及第二筒状部件30的与轴向垂直的截面中具有小于第二筒状部件30的内径的外径的筒状部件。通过设为这种结构，能够不使第二筒状部件30和导向部件40接触地确保在第二筒状部件30与导向部件40之间形成的第一流体的流路。
导向部件40及第二筒状部件30的与轴向垂直的方向(与第一流体的流路的轴向垂直的方向)上的第二筒状部件30与导向部件40之间的截面积并未特别限定，第二筒状部件30与导向部件40之间的截面积相对于下述说明的上游侧筒状部件50的与轴向垂直的方向上的上游侧端部51a的截面积的比值优选为0.1～3，更优选为0.5～2。通过将截面积的比值控制在上述范围内，能够抑制压力损失在热回收时增大。
导向部件40具有朝向下游侧倾斜的倾斜部42。该倾斜部42相当于导向部件40的直径(外径及内径)朝向下游侧扩径的部分。
用于将在导向部件40的内周面侧流通的第一流体向第二筒状部件30的内周面侧与导向部件40的外周面侧之间引导的连通口43设置于导向部件40的倾斜部42末端与第二筒状部件30之间即可。可以通过使导向部件40的倾斜部42的末端的外径小于第二筒状部件30的内径而设置上述连通口43。
在具有如上所述的连通口43的情况下，在导向部件40及第二筒状部件30的轴向上，导向部件40的下游侧端部41b位于比第二筒状部件30的下游侧端部31b更靠上游侧端部31a侧的位置。
或者，该连通口43可以如图3及图4所示那样设置于导向部件40的倾斜部42。此处，图3是本发明的实施方式所涉及的另一热交换器的与第一流体的流通方向平行的截面图。另外，图4是图3的热交换器的b－b’线的截面图。
可以通过在导向部件40的倾斜部42形成在导向部件40的径向上贯通的贯通孔44而设置如上所述的连通口43。优选贯通孔44设置于导向部件40的整个周向。另外，可以在导向部件40的轴向上设置多个贯通孔44。
在具有如上所述的连通口43的情况下，在导向部件40及第二筒状部件30的轴向上，导向部件40的下游侧端部41b可以位于比第二筒状部件30的下游侧端部31b更靠上游侧端部31a侧的位置，也可以向比下游侧端部31b更靠下游侧的位置延伸。另外，第二筒状部件30的下游侧端部31b可以与导向部件40连接。
通过在如上所述的位置设置连通口43，能够抑制在连通口43的周围发生第一流体的气流剥离，因此，连通口43周围的压力与通过开闭阀80之后的区域的压力之间的压力差减小。因此，能够在抑制热回收时抑制已通过开闭阀80的第一流体从下游侧向柱状蜂窝结构体10倒流，从而能够提高隔热性能。
另外，连通口43在第二筒状部件30的轴向上位于比上游侧端部31a更靠下游侧端部31b侧的位置。通过在上述位置设置连通口43而使得朝向柱状蜂窝结构体10的第一流体的流路方向与第一流体在导向部件40的内周面侧流动的方向相反。因此，在抑制热回收时，第一流体难以向第二筒状部件30与导向部件40之间流入，从而能够提高隔热性能。
连通口43可以在柱状蜂窝结构体10的轴向上延伸而超过柱状蜂窝结构体10的流出端面13b。通过在上述位置设置连通口43而使得与第一流体在导向部件40的内周面侧流动的方向相反的第一流体的流通路径变长。因此，在抑制热回收时，第一流体更加难以向第二筒状部件30与导向部件40之间流入，从而能够提高隔热性能。
作为导向部件40的固定方法，并未特别限定，与上述关于第一筒状部件20的固定方法而叙述的内容相同。
导向部件40的材料并未特别限定，与上述关于第一筒状部件20的材料而叙述的内容相同。
导向部件40的厚度并未特别限定，与上述关于第一筒状部件20的厚度而叙述的内容相同。
＜上游侧筒状部件50＞
上游侧筒状部件50为将第一筒状部件20的上游侧端部21a与导向部件40的上游侧之间连接的筒状部件。
优选上游侧筒状部件50的轴向与柱状蜂窝结构体10的轴向一致、且上游侧筒状部件50的中心轴与柱状蜂窝结构体10的中心轴一致。
优选上游侧筒状部件50具有凸缘部52。如果具有凸缘部52，则容易将第一筒状部件20的上游侧端部21a与导向部件40的上游侧之间连接。
上游侧筒状部件50的材料并未特别限定，与上述关于第一筒状部件20的材料而叙述的内容相同。
上游侧筒状部件50的厚度并未特别限定，与上述关于第一筒状部件20的厚度而叙述的内容相同。
＜下游侧筒状部件60＞
下游侧筒状部件60与第一筒状部件20的下游侧端部21b连接。连接可以为直接连接或间接连接中的任一种。在间接连接的情况下，例如后述的外筒部件70的下游侧端部71b等可以配置于下游侧筒状部件60与第一筒状部件20的下游侧端部21b之间。
下游侧筒状部件60为具有上游侧端部61a及下游侧端部61b的筒状部件。
优选下游侧筒状部件60的轴向与柱状蜂窝结构体10的轴向一致、且下游侧筒状部件60的中心轴与柱状蜂窝结构体10的中心轴一致。
下游侧筒状部件60的直径(外径及内径)可以在整个轴向上都相同，不过，也可以至少一部分缩径或扩径。
下游侧筒状部件60的材料并未特别限定，与上述关于第一筒状部件20的材料而叙述的内容相同。
下游侧筒状部件60的厚度并未特别限定，与上述关于第一筒状部件20的厚度而叙述的内容相同。
＜外筒部件70＞
外筒部件70以构成第二流体的流路的方式隔开间隔地配置于第一筒状部件20的径向外侧。
外筒部件70为具有上游侧端部71a及下游侧端部71b的筒状部件。
优选外筒部件70的轴向与柱状蜂窝结构体10的轴向一致，且外筒部件70的中心轴与柱状蜂窝结构体10的中心轴一致。
优选外筒部件70与用于将第二流体向外筒部件70与第一筒状部件20之间的区域供给的供给管72、以及用于将第二流体从外筒部件70与第一筒状部件20之间的区域排出的排出管73连接。优选供给管72及排出管73设置于与柱状蜂窝结构体10的轴向两端部对应的位置。
另外，供给管72及排出管73可以朝向相同的方向伸出，也可以朝向不同的方向伸出。
优选地，外筒部件70配置成：上游侧端部71a及下游侧端部71b的内周面与第一筒状部件20的外周面直接或间接接触。
作为将外筒部件70的上游侧端部71a及下游侧端部71b的内周面固定于第一筒状部件20的外周面的方法，并未特别限定，除了基于间隙配合、过盈配合、热压配合等嵌合方式的固定方法以外，还可以采用钎焊、焊接、扩散接合等。
外筒部件70的直径(外径及内径)可以在整个轴向上相同，不过，也可以至少一部分(例如轴向中央部、轴向两端部等)缩径或扩径。例如，通过使外筒部件70的轴向中央部缩径，能够使第二流体在供给管72及排出管73侧的外筒部件70内遍及第一筒状部件20的整个外周方向。因此，在轴向中央部无助于热交换的第二流体减少，因此能够提高热交换效率。
外筒部件70的材料并未特别限定，与上述关于第一筒状部件20而叙述的内容相同。
外筒部件70的厚度并未特别限定，与上述关于第一筒状部件20的厚度而叙述的内容相同。
＜开闭阀80＞
开闭阀80配置于第二筒状部件30的下游侧端部31b或导向部件40的下游侧端部41b。
开闭阀80构成为：在热交换时(热回收时)能够对第二筒状部件30和/或导向部件40的内侧的第一流体的流动进行调整。另外，开闭阀80构成为：在非热交换时(抑制热回收时)能够将第二筒状部件30或导向部件40的内周面侧的流动的第一流体释放。即，通过在热回收时使开闭阀80形成为关闭状态而能够使第一流体在柱状蜂窝结构体10流通，通过在抑制热回收时使开闭阀80形成为打开状态而能够抑制朝向柱状蜂窝结构体10的流动，并使得第一流体经由第二筒状部件30或导向部件40而向下游侧筒状部件60流通。
开闭阀80的形状及结构并未特别限定，只要根据供开闭阀80设置的第二筒状部件30或导向部件40的形状等而选择适当的形状及结构即可。
＜连通口43的形成区域中的导向部件40的与轴向垂直的方向的截面积、和下游侧筒状部件60的下游侧端部61b的与轴向垂直的方向的截面积之间的关系＞
优选连通口43的形成区域中的导向部件40的与轴向垂直的方向(图1及图3所示的a的位置)的截面积、和下游侧筒状部件60的下游侧端部61b的与轴向垂直的方向(图1及图3所示的b的位置)的截面积大致相同。通过设为上述结构，使得连通口43的形成区域的压力和下游侧筒状部件60的下游侧端部61b的压力大致相同。因此，能够在抑制热回收时抑制已通过开闭阀80的第一流体从下游侧向柱状蜂窝结构体10倒流，从而能够提高隔热性能。
此处，本说明书中的“连通口43的形成区域”是指：形成有连通口43的区域。例如，在连通口43设置于导向部件40的倾斜部42末端与第二筒状部件30之间的情况下，是指导向部件40的倾斜部42末端与第二筒状部件30之间的区域。另外，在连通口43设置于导向部件40的倾斜部42的情况下，是指形成有连通口43(贯通孔44)的倾斜部42的区域。
另外，对于本说明书中的“连通口43的形成区域”中的导向部件40的与轴向垂直的方向的截面积而言，在连通口43设置于导向部件40的倾斜部42末端与第二筒状部件30之间的情况下，是指导向部件40的倾斜部42末端的与轴向垂直的方向的截面积。另外，在连通口43设置于导向部件40的倾斜部42的情况下，是指形成有连通口43(贯通孔44)的倾斜部42的区域的中央部的与轴向垂直的方向的截面积。
连通口43的形成区域中的导向部件40的与轴向垂直的方向的截面积、和下游侧筒状部件60的下游侧端部61b的与轴向垂直的方向的截面积之间的关系(比例ra)可以由下式(1)表示。
ra＝|a1－a2|/a2×100…(1)
式(1)中，a1为下游侧筒状部件60的下游侧端部61b的与轴向垂直的方向的截面积，a2为连通口43的形成区域中的导向部件40的与轴向垂直的方向的截面积。
由式(1)表示的ra优选为75％以下，更优选为50％以下。通过将ra控制在上述范围内，能够在抑制热回收时抑制已通过开闭阀80的第一流体从下游侧向柱状蜂窝结构体10倒流，从而能够提高隔热性能。
＜连通口43的大小和比柱状蜂窝结构体10的流出端面13b更靠下游侧的第一流体的流路的大小之间的关系＞
优选第一筒状部件20与第二筒状部件30之间的流路端部的与轴向垂直的方向(图1及图3所示的c的位置)的截面积、和连通口43(图1及图3所示的d的位置)的开口面积大致相同。通过设为上述结构，使得连通口43的开口部的压力和第一筒状部件20与第二筒状部件30之间的流路端部的压力大致相同。因此，能够在抑制热回收时抑制已通过开闭阀80的第一流体从下游侧向柱状蜂窝结构体10倒流，从而能够提高隔热性能。
此处，对于本说明书中的“连通口43的开口面积”而言，在连通口43设置于导向部件40的倾斜部42末端与第二筒状部件30之间的情况下，是指形成于导向部件40的倾斜部42末端(外周面的末端)与第二筒状部件30之间的部分的与轴向垂直的方向的截面积。另外，在连通口43设置于导向部件40的倾斜部42的情况下，是指倾斜部42的外周面中的连通口43(贯通孔44)的开口面积。
另外，连通口43的大小和比柱状蜂窝结构体10的流出端面13b更靠下游侧的第一流体的流路的大小之间的关系(比例rb)可以由下式(2)表示。
rb＝|a3－a4|/a4×100…(2)
式(2)中，a3为第一筒状部件20与第二筒状部件30之间的流路端部的与轴向垂直的方向的截面积或通过π×e×f计算出的值中的较小值，a4为连通口43的开口面积，在连通口43设置于导向部件40的倾斜部42末端与第二筒状部件30之间的情况下，e为第二筒状部件30的下游侧端部31b与下游侧筒状部件60之间的与轴向平行的方向上的距离，f为第二筒状部件30的下游侧端部31b的内径(参照图1)，在连通口43设置于导向部件40的倾斜部42的情况下，e为导向部件40的下游侧端部41b与下游侧筒状部件60之间的与轴向平行的方向上的距离，f为导向部件40的下游侧端部41b的内径(参照图3)。
由式(2)表示的rb优选为700％以下，更优选为100％以下。通过将rb控制在上述范围内，能够在抑制热回收时抑制已通过开闭阀80的第一流体从下游侧向柱状蜂窝结构体10倒流，从而能够提高隔热性能。
＜第一流体及第二流体＞
作为热交换器100中使用的第一流体及第二流体，并未特别限定，可以利用各种液体及气体。例如，在热交换器100搭载于汽车的情况下，作为第一流体，可以采用废气，作为第二流体，可以采用水或防冻液(jisk2234：2006中规定的llc)。另外，第一流体可以设为温度高于第二流体的温度的流体。
＜热交换器100的制造方法＞
热交换器100可以基于本技术领域中公知的方法而制造。例如，热交换器100可以根据以下说明的制造方法而制造。
首先，将含有陶瓷粉末的坯料挤出为期望的形状而制作蜂窝成型体。此时，通过选择适当形态的口模及夹具而能够对隔室14的形状及密度、间隔壁15、内周壁11以及外周壁12的形状及厚度等进行控制。另外，作为蜂窝成型体的材料，可以采用前述的陶瓷。例如，在制造以si含浸sic复合材料为主成分的蜂窝成型体的情况下，可以在规定量的sic粉末中加入粘合剂以及水和/或有机溶剂，并对获得的混合物进行混炼而制成坯料，进而进行成型，由此能够获得期望形状的蜂窝成型体。然后，对获得的蜂窝成型体实施干燥，在减压的惰性气体或真空环境中，使金属si含浸于蜂窝成型体中并进行烧成，由此能够获得具有由间隔壁15区划形成的隔室14的中空型的柱状蜂窝结构体10。
接下来，将中空型的柱状蜂窝结构体10插入于第一筒状部件20内并使第一筒状部件20与中空型的柱状蜂窝结构体10的外周壁12的壁面嵌合。接下来，将第二筒状部件30插入于中空型的柱状蜂窝结构体10的中空区域并使第二筒状部件30与中空型的柱状蜂窝结构体10的内周壁11的壁面嵌合。接下来，在第一筒状部件20的径向外侧配置外筒部件70并进行固定。此外，供给管72及排出管73可以预先固定于外筒部件70，不过，也可以在适当的阶段固定于外筒部件70。接下来，在第二筒状部件30的径向内侧配置导向部件40，通过上游侧筒状部件50而将第一筒状部件20的上游侧端部21a与导向部件40的上游侧之间连接。接下来，在第二筒状部件30的下游侧端部31b或导向部件40的下游侧端部41b安装开闭阀80。接下来，在第一筒状部件20的下游侧端部21b配置下游侧筒状部件60。
另外，各部件的配置及固定(嵌合)的顺序并不限定于此，可以在能够制造的范围内适当地变更。另外，固定(嵌合)方法只要采用上述方法即可。
本发明的实施方式1所涉及的热交换器100能够在抑制热回收时抑制在连通口43的周围发生第一流体的气流剥离，因此，连通口43周围的压力与通过开闭阀80之后的区域的压力之间的压力差减小。因此，能够抑制第一流体的倒流而提高隔热性能。
实施例
以下，利用实施例对本发明进行更具体的说明，不过，本发明并未受到这些实施例的任何限定。
＜中空型的柱状蜂窝结构体的制作＞
在将含有sic粉末的坯料挤出成型为期望的形状之后使其干燥，加工成规定的外形尺寸并进行si含浸烧成，由此制造中空型的柱状蜂窝结构体。中空型的柱状蜂窝结构体的外径设定为75mm，中空区域的直径设定为57mm，第一流体的流路方向上的长度设定为33mm，间隔壁的厚度设定为0.3mm，内周壁的厚度设定为1.5mm，外周壁的厚度设定为1.5mm。另外，中空型的柱状蜂窝结构体的间隔壁、内周壁以及外周壁的气孔率设定为1％，隔室密度设定为300隔室/cm2，等静压强度设定为150mpa，25℃时的导热率设定为150w/(m·k)。
＜热交换器的制作＞
(实施例1)
利用上述制作的中空型的柱状蜂窝结构体并通过上述方法制作具有图1及图2所示的结构的热交换器100。热交换器100的各部件由不锈钢制成，它们的厚度设为1mm～1.5mm。另外，第二筒状部件30与导向部件40之间的截面积相对于上游侧筒状部件50的与轴向垂直的方向的上游侧端部51a处的截面积的比值设为0.3。此外，该热交换器100中，将ra设定为50％，将rb设定为40％。
(比较例1)
利用上述制作的中空型的柱状蜂窝结构体并通过上述方法制作具有图5所示的结构的热交换器300(采用不具有朝向下游侧倾斜的倾斜部42的导向部件40，除此以外，与实施例1的热交换器100的结构相同)。此外，该热交换器中，将ra设为55％，将rb设为160％。
针对上述实施例及比较例中获得的热交换器100、300，通过模拟对抑制热回收时的回收热量及倒流气体流量进行了评价。以如下方式对回收热量及倒流气体流量进行评价。
(回收热量)
针对上述实施例及比较例中获得的热交换器100、300，在开闭阀80打开的状态下以90g/sec(mg)的流量供给800℃(tg1)的空气(第一流体)，并且，从供给管72以166g/sec(mw)的流量供给水(第二流体)，从排出管73回收水。在上述各条件下，开始向热交换器100、300供给空气及水，在达到稳态之后，测定供给管72中的水的温度(tw1)及排出管73中的水的温度(tw2)，求出由水回收的热量q。该回收热量q由下式表示。
q(kw)＝δtw×cpw×mw
式中，δtw＝tw2－tw1，cpw(水的比热)＝4182j/(kg·k)。
(倒流气体流量)
在第一筒状部件20的下游侧端部21b的、第一筒状部件20与第二筒状部件30之间的位置求出气体(第一流体)的流速及密度，并对它们的积进行积分，由此求出倒流气体流量。
表1中示出了上述评价结果。
表1
如表1所示，实施例1的热交换器100与比较例1的热交换器300相比，回收热量及倒流气体流量较少。
根据以上结果可知：根据本发明，能够提供可在抑制热回收时抑制第一流体的倒流而提高隔热性能的热交换器。
1.一种热交换器，其中，
所述热交换器具备：
中空型的柱状蜂窝结构体，该柱状蜂窝结构体具有内周壁、外周壁以及间隔壁，该间隔壁配设于所述内周壁与所述外周壁之间、且区划形成多个隔室，这些隔室形成从流入端面延伸至流出端面的第一流体的流路；
第一筒状部件，该第一筒状部件与所述柱状蜂窝结构体的外周壁面嵌合；
第二筒状部件，该第二筒状部件与所述柱状蜂窝结构体的内周壁面嵌合；
筒状的导向部件，该导向部件具有以构成所述第一流体的流路的方式隔开间隔地配置于所述第二筒状部件的径向内侧的部分；
上游侧筒状部件，该上游侧筒状部件将所述第一筒状部件的上游侧端部和所述导向部件的上游侧之间连接；以及
下游侧筒状部件，该下游侧筒状部件与所述第一筒状部件的下游侧端部连接，
所述导向部件具有朝向下游侧倾斜的倾斜部，
用于将在所述导向部件的内周面侧流通的所述第一流体向所述第二筒状部件的内周面侧与所述导向部件的外周面侧之间引导的连通口，设置于所述导向部件的倾斜部末端与所述第二筒状部件之间、或所述导向部件的所述倾斜部。
2.根据权利要求1所述的热交换器，其中，
所述连通口的形成区域中的所述导向部件的与轴向垂直的方向的截面积、和所述下游侧筒状部件的下游侧端部的与轴向垂直的方向的截面积大致相同。
3.根据权利要求1或2所述的热交换器，其中，
由下式(1)表示的比例ra为75％以下，
ra＝|a1－a2|/a2×100…(1)
式中，a1为所述下游侧筒状部件的下游侧端部的与轴向垂直的方向的截面积，a2为所述连通口的形成区域中的所述导向部件的与轴向垂直的方向的截面积。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的热交换器，其中，
由下式(2)表示的比例rb为700％以下，
rb＝|a3－a4|/a4×100…(2)
式中，a3为所述第一筒状部件与所述第二筒状部件之间的流路端部的与轴向垂直的方向的截面积、或通过π×e×f计算出的值中的较小值，a4为所述连通口的开口面积，在所述连通口设置于所述导向部件的所述倾斜部末端与所述第二筒状部件之间的情况下，e为所述第二筒状部件的所述下游侧端部与所述下游侧筒状部件之间的与轴向平行的方向上的距离，f为所述第二筒状部件的所述下游侧端部的内径，在所述连通口设置于导向部件的所述倾斜部的情况下，e为所述导向部件的所述下游侧端部与所述下游侧筒状部件之间的与轴向平行的方向上的距离，f为所述导向部件的所述下游侧端部的内径。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的热交换器，其中，
所述热交换器还具备外筒部件，该外筒部件以构成第二流体的流路的方式隔开间隔地配置于所述第一筒状部件的径向外侧。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的热交换器，其中，
所述热交换器还具备开闭阀，该开闭阀配置于所述第二筒状部件的下游侧端部或所述导向部件的下游侧端部。
7.根据权利要求6所述的热交换器，其中，
所述开闭阀构成为：在热交换时能够调整所述第二筒状部件和/或所述导向部件的内侧的所述第一流体的流动。
技术总结