特許 6854112 熱交換器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6854112

(24)【登録日】2021年3月17日

(45)【発行日】2021年4月7日

(54)【発明の名称】熱交換器

(51)【国際特許分類】

   F28D 7/10 20060101AFI20210329BHJP

   F28F 21/04 20060101ALI20210329BHJP

   F28F 13/02 20060101ALI20210329BHJP

【ＦＩ】

   F28D7/10 A

   F28F21/04

   F28F13/02 D

【請求項の数】13

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2016-225423(P2016-225423)

(22)【出願日】2016年11月18日

(65)【公開番号】特開2018-80900(P2018-80900A)

(43)【公開日】2018年5月24日

【審査請求日】2019年7月19日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004064

【氏名又は名称】日本碍子株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000523

【氏名又は名称】アクシス国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】川口 竜生

(72)【発明者】

【氏名】木村 大輔

【審査官】 礒部 賢

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１２／１３３４０５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１５−０４２９３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−１４５５９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０６２７２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−３１５３７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１４／１２８８２６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２００５／０５０１１７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１４／１４８５８４（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２８Ｄ １／００ − １３／００

Ｆ２８Ｆ １／００ − ９９／００

Ｆ０１Ｐ １／００ − １１／２０

Ｆ０２Ｇ １／００ − ５／０４

Ｆ０１Ｎ １／００ − ９９／００

Ｆ０２Ｍ ２６／００ − ２６／７４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

セラミックスを主成分とする隔壁により区画形成され、第一の端面から第二の端面に貫通して第一の流体の流路を形成するセルを複数有する柱状のハニカム構造体と、
該ハニカム構造体の外周側面に嵌合して該ハニカム構造体の外周側面を周回被覆する内側筒状部材と、
内側筒状部材の外周側面を直接的に周回被覆すると共に該ハニカム構造体の外周側面を間接的に周回被覆するスペーサと、
該スペーサを直接的に周回被覆する外側筒状部材と、
を備えた熱交換器であり、
該スペーサは、第二の流体が流通可能な、且つ、第二の流体の気泡の移動を抑制可能な三次元構造を有し、
該内側筒状部材と該外側筒状部材の間の開口部が第二の流体のための該スペーサの出入口を形成する、
熱交換器。

【請求項2】

前記スペーサがメッシュ構造を有する請求項１に記載の熱交換器。

【請求項3】

前記ハニカム構造体の外周側面の全面積に対する、前記スペーサによって間接的に周回被覆される前記ハニカム構造体の外周側面の部分の面積の割合が８０％以上である請求項１又は２に記載の熱交換器。

【請求項4】

前記スペーサが金属製である請求項１〜３の何れか一項に記載の熱交換器。

【請求項5】

前記スペーサの外周側面の全面積に対する、前記外側筒状部材によって直接的に周回被覆される前記スペーサの外周側面の部分の面積の割合が８０％以上である請求項１〜４の何れか一項に記載の熱交換器。

【請求項6】

前記ハニカム構造体の外周側面全部が前記内側筒状部材によって周回被覆される請求項１〜５の何れか一項に記載の熱交換器。

【請求項7】

前記スペーサと前記内側筒状部材は一つの部品として提供される請求項１〜６の何れか一項に記載の熱交換器。

【請求項8】

前記スペーサと前記内側筒状部材はそれぞれ別の部品として提供される請求項１〜６の何れか一項に記載の熱交換器。

【請求項9】

前記スペーサの厚みは０．００１〜１０ｍｍである請求項１〜８の何れか一項に記載の熱交換器。

【請求項10】

前記内側筒状部材と前記外側筒状部材は異種の金属で構成されている請求項１〜９の何れか一項に記載の熱交換器。

【請求項11】

前記内側筒状部材の外周側面には前記スペーサ及び前記外側筒状部材が前記内側筒状部材の軸方向へ移動するのを妨げる段差又は突起が少なくとも一箇所に設けられている請求項１〜１０の何れか一項に記載の熱交換器。

【請求項12】

前記外側筒状部材を周回被覆するケーシングを更に備え、
該ケーシングは第二の流体の入口及び出口を有し、
該ケーシングと前記外側筒状部材の間には、前記スペーサと連通する第二の流体の流路が形成されている、
請求項１〜１１の何れか一項に記載の熱交換器。

【請求項13】

前記内側筒状部材と前記外側筒状部材の間の前記開口部は前記外側筒状部材の軸方向両端部に環状に設けられている請求項１〜１２の何れか一項に記載の熱交換器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は熱交換器に関する。更に詳しくは、本発明は、外部から制御することなく、２種類の流体間における熱交換の促進と抑制の切り替えが可能である熱交換器に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、自動車の燃費改善が求められている。特に、エンジン始動時などのエンジンが冷えている時の燃費悪化を防ぐため、冷却水やエンジンオイル、ＡＴＦ（オートマチックトランスミッションフルード；Ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｆｌｕｉｄ）等を早期に暖めて、フリクション（摩擦）損失を低減するシステムが期待されている。また、排ガス浄化用触媒を早期に活性化するために触媒を加熱するシステムが期待されている。

【0003】

このようなシステムとして、例えば、熱交換器がある。熱交換器は、内部に第一の流体を流通させ、外部に第二の流体を流通させることにより熱交換を行う部品（熱交換部品）を含む装置である。このような熱交換器では、高温の流体（例えば、排ガス）から低温の流体（例えば、冷却水）へ熱交換することにより熱を有効利用することができる。

【0004】

特許文献１には、自動車分野で排ガスから排熱を回収し、エンジンを温める用途で使用する場合に、自動車を燃費向上させることができる熱交換部材が開示されている。しかしながら、特許文献１の熱交換部材は、常時、第一の流体（例えば、排ガス）から第二の流体（例えば、冷却水）に排熱を回収する構造となっているため、排熱を回収する必要がない場合にも排熱を回収してしまうことがあった。このため、排熱を回収する必要がない場合に回収された排熱を放出するためのラジエーター（ｒａｄｉａｔｏｒ）の容量を大きくする必要があった。また、第一の流体から第二の流体に熱交換する熱量が大きくなると、第二の流体（例えば、冷却水）が沸騰してしまうことがあった。

【0005】

特許文献２には、エンジンの排気ガスの熱を回収する熱交換器が記載されている。そして、当該熱交換器は、エンジンの排気ガスの熱を冷却水に回収する場合に、エンジンの冷却水が沸騰気化することを抑制する熱交換器である。特許文献２に記載された熱交換器は、排気ガス通路と第１媒体通路が、その間に第２媒体通路を挟んで隣接しており、排気ガスと第１媒体の熱交換を促進するときは第２媒体通路内を液相の第２媒体で満たすように構成されている。このため、特許文献２に記載された熱交換器によれば、液相の第２媒体の対流を利用した熱交換によって、第２媒体を介さず直接熱交換させる場合に比べて、第１媒体の沸騰気化を抑制しつつ穏やかに熱交換を促進することができる。また、当該熱交換器は、排気ガスと第１媒体の熱交換を抑制するときは第２媒体通路内を気体で満たすように構成されている。このため、当該熱交換器によれば、上述した液相の第２媒体を介した熱交換に比して、第１媒体の沸騰気化を更に抑制することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１２−０３７１６５号公報

【特許文献2】特開２０１３−１８５８０６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、特許文献２に記載の熱交換器においては、第２循環通路、冷媒タンク等が必要であるため、熱交換器の構造が複雑になり、且つ、熱交換器の大きさが大きくなるという問題があった。また、第１媒体と第２媒体とを必要とし、両者が混合しないように構成されているため、２種類の媒体の流れをそれぞれ独立に制御する必要があった。また、冷媒タンクに追い出された第２媒体を、再び第２媒体通路に戻すためには、冷媒タンクのコックを開け、ポンプを作動させる必要があり、この操作を行うために、余分なエネルギーが消費されるという問題があった。例えば、上記の特許文献２に開示された熱交換器においては、第２媒体が気化し、第２媒体通路が第２媒体の気体によって満たされると、残余の液体の第２媒体は第２循環通路、及び冷媒タンクへと追い出されるように構成されている。また、第２循環通路へ追い出された第２媒体が、第２媒体通路へと戻ることがないように逆止弁が設けられている。したがって、特許文献２に記載の熱交換器は、その構成が非常に煩雑であるとともに、装置の制御も複雑なものであるため、簡素な構成であるとともに、制御が容易な熱交換器の開発が要望されていた。

【0008】

本発明は、このような問題を鑑みてなされたものであり、簡素な構成で製造性に優れ、外部から制御することなく、２種類の流体間における、熱交換の促進と抑制の切り替えが可能なパッシブ型の熱交換器を提供することを課題の一つとする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上述の課題を解決するため、本発明は、以下の熱交換器を提供する。

【0010】

本発明は一側面において、
セラミックスを主成分とする隔壁により区画形成され、第一の端面から第二の端面に貫通して第一の流体の流路を形成するセルを複数有する柱状のハニカム構造体と、
該ハニカム構造体の外周側面に嵌合して該ハニカム構造体の外周側面を周回被覆する内側筒状部材と、
内側筒状部材の外周側面を直接的に周回被覆すると共に該ハニカム構造体の外周側面を間接的に周回被覆するスペーサと、
該スペーサを直接的に周回被覆する外側筒状部材と、
を備えた熱交換器であり、
該スペーサは、第二の流体が流通可能な、且つ、第二の流体の気泡の移動を抑制可能な三次元構造を有し、
該内側筒状部材と該外側筒状部材の間の開口部が第二の流体のための該スペーサの出入口を形成する、
熱交換器である。

【0011】

本発明に係る熱交換器は一実施形態において、前記スペーサがメッシュ構造を有する。

【0012】

本発明に係る熱交換器は別の一実施形態において、前記ハニカム構造体の外周側面の全面積に対する、前記スペーサによって間接的に周回被覆される前記ハニカム構造体の外周側面の部分の面積の割合が８０％以上である。

【0013】

本発明に係る熱交換器は更に別の一実施形態において、前記スペーサが金属製である。

【0014】

本発明に係る熱交換器は更に別の一実施形態において、前記スペーサの外周側面の全面積に対する、前記外側筒状部材によって直接的に周回被覆される前記スペーサの外周側面の部分の面積の割合が８０％以上である。

【0015】

本発明に係る熱交換器は更に別の一実施形態において、前記ハニカム構造体の外周側面全部が前記内側筒状部材によって周回被覆される。

【0016】

本発明に係る熱交換器は更に別の一実施形態において、前記スペーサと前記内側筒状部材は一つの部品として提供される。

【0017】

本発明に係る熱交換器は更に別の一実施形態において、前記スペーサと前記内側筒状部材はそれぞれ別の部品として提供される。

【0018】

本発明に係る熱交換器は更に別の一実施形態において、前記スペーサの厚みは０．００１〜１０ｍｍである。

【0019】

本発明に係る熱交換器は更に別の一実施形態において、前記内側筒状部材と前記外側筒状部材は異種の金属で構成されている。

【0020】

本発明に係る熱交換器は更に別の一実施形態において、前記内側筒状部材の外周側面には前記スペーサ及び前記外側筒状部材が前記内側筒状部材の軸方向へ移動するのを妨げる段差又は突起が少なくとも一箇所に設けられている。

【0021】

本発明に係る熱交換器は更に別の一実施形態において、前記外側筒状部材を周回被覆するケーシングを更に備え、
該ケーシングは第二の流体の入口及び出口を有し、
該ケーシングと前記外側筒状部材の間には、前記スペーサと連通する第二の流体の流路が形成されている。

【0022】

本発明に係る熱交換器は更に別の一実施形態において、前記内側筒状部材と前記外側筒状部材の間の前記開口部は前記外側筒状部材の軸方向両端部に環状に設けられている。

【発明の効果】

【0023】

本発明によれば、外部から制御することなく、２種類の流体間における、熱交換の促進と抑制の切り替えを行うことができるパッシブ型の熱交換器を提供することが可能となる。例えば、本発明に係る熱交換器を使用することにより、エンジンの排ガスから排熱を回収する熱交換器の一部として使用する際に、外部から制御することなく、第一の流体と第二の流体の熱交換の促進と抑制の切り替えを行うことが可能となる。

【0024】

また、本発明に係る熱交換器は簡素な構成で構築することができ、小型化しやすい。また、製造工程も複雑ではないため、低コストでの製造が可能となる。このように、本発明によれば、例えば自動車の燃費改善を低コストで図ることができるようになるため、環境対応が喫緊の課題となっている自動車業界に大きく貢献することが期待される。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】本発明の一実施形態に係る熱交換器について、柱状ハニカム構造体の軸方向（セルの延びる方向）に直交する断面の構造を説明するための図である。

【図2】本発明の一実施形態に係る熱交換器について、柱状ハニカム構造体の軸方向（セルの延びる方向）に平行な断面の構造を説明するための図である。

【図3】本発明の一実施形態に係る熱交換器について、柱状ハニカム構造体の軸方向（セルの延びる方向）に平行な断面の構造を説明するための部分拡大図である。

【発明を実施するための形態】

【0026】

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、以下の実施の形態に対し適宜変更、改良等が加えられたものも本発明の範囲に入ることが理解されるべきである。

【0027】

＜１ 熱交換器＞
図１には、本発明の一実施形態に係る熱交換器１００について、柱状ハニカム構造体の軸方向（セルの延びる方向）に直交する断面の構造が示されている。また、図２には、本発明の一実施形態に係る熱交換器１００について、柱状ハニカム構造体の軸方向（セルの延びる方向）に平行な断面の構造が示されている。図２において、熱交換器１００の上下中央付近を左右に横断する二点鎖線よりも下側は熱交換器１００の外部構造を表し、当該二点鎖線よりも上側は熱交換器１００の内部構造を表す。また、図２におけるその他の二点鎖線及び点線で表されている箇所は後方に隠れている構成要素の輪郭を示す。図３には、本発明の一実施形態に係る熱交換器について、柱状ハニカム構造体の軸方向（セルの延びる方向）に平行な断面の構造を説明するための部分拡大図が示されている。図１〜３は本発明に係る熱交換器の構造を説明するための模式図にすぎず、寸法や縮尺は互いに異なる。

【0028】

（１−１ コア部品）
本発明に係る熱交換器１００は一実施形態において、セラミックスを主成分とする隔壁により区画形成され、第一の端面１１４から第二の端面１１６に貫通して第一の流体の流路を形成するセルを複数有する柱状のハニカム構造体１０１と、
該ハニカム構造体１０１の外周側面に嵌合して該ハニカム構造体１０１の外周側面を周回被覆する内側筒状部材１０２と、
内側筒状部材１０２の外周側面を直接的に周回被覆すると共に該ハニカム構造体１０１の外周側面を間接的に周回被覆するスペーサ１０３と、
該スペーサ１０３を直接的に周回被覆する外側筒状部材１０４と、
を備える。
ハニカム構造体１０１、内側筒状部材１０２、スペーサ１０３及び外側筒状部材１０４を組み立てることにより本発明に係る熱交換器１００のコア部品を形成することができる。

【0029】

（１−１−１ ハニカム構造体）
ハニカム構造体１０１は、セラミックスを主成分とする隔壁により区画形成され、第一の端面１１４から第二の端面１１６に貫通して第一の流体の流路を形成するセルを複数有する。このように構成されていることにより、ハニカム構造体１０１のセルを流通する第一の流体の熱を効率よく集熱し、外部に伝達することができる。第一の流体は、図１では紙面の表裏方向に、図２では紙面の左右方向に流れることができる。第一の流体には、特に制限はなく、種々の液体及び気体が利用できるが、例えば、熱交換器が自動車に搭載される熱交換器の一部として用いられる場合には、第一の流体は排ガスであることが好ましい。

【0030】

ハニカム構造体１０１の形状は柱状であり、第一の流体が第一の端面１１４から第二の端面１１６までセル内を流れることができる限り、特に制限はない。例えば、円柱、楕円柱、四角柱、又はその他の多角柱等とすることができる。従って、ハニカム構造体１０１の軸方向（セルの延びる方向）に直交する断面におけるハニカム構造体１０１の外形は、円形、楕円形、四角形、又はその他の多角形とすることができる。図１に示す実施形態においては、ハニカム構造体１０１は円柱状であり、その断面形状は円形である。

【0031】

また、ハニカム構造体１０１の軸方向（セルの延びる方向）に直交する断面におけるセル形状も、特に制限はない。円形、楕円形、三角形、四角形、六角形、又はその他の多角形等の中から所望の形状を適宜選択すればよい。図１に示す実施形態においては、セルの断面形状は四角形である。

【0032】

ハニカム構造体１０１の隔壁は、セラミックスを主成分とするものである。「セラミックスを主成分とする」とは、隔壁の全質量に占めるセラミックスの質量比率が５０質量％以上であることをいう。

【0033】

隔壁の気孔率は、１０％以下であることが好ましく、５％以下であることが更に好ましく、３％以下であることが特に好ましい。隔壁の気孔率は０％とすることもできる。隔壁の気孔率を１０％以下とすることにより、熱伝導率を向上させることができる。

【0034】

隔壁は、熱伝導性が高いＳｉＣ（炭化珪素）を主成分として含むことが好ましい。「ＳｉＣ（炭化珪素）を主成分として含む」とは、隔壁の全質量に占めるＳｉＣ（炭化珪素）の質量比率が５０質量％以上であることを意味する。

【0035】

さらに具体的には、ハニカム構造体１０１の材料としては、Ｓｉ含浸ＳｉＣ、（Ｓｉ＋Ａｌ）含浸ＳｉＣ、金属複合ＳｉＣ、再結晶ＳｉＣ、Ｓｉ₃Ｎ₄、及びＳｉＣ等を採用することができる。

【0036】

ハニカム構造体１０１の軸方向（セルの延びる方向）に直交する断面におけるセル密度（即ち、単位面積当たりのセルの数）については特に制限はない。セル密度は、適宜設計すればよいが、４〜３２０セル／ｃｍ²の範囲であることが好ましい。セル密度を４セル／ｃｍ²以上とすることにより、隔壁の強度、ひいてはハニカム構造体１０１自体の強度及び有効ＧＳＡ（幾何学的表面積）を十分なものとすることができる。また、セル密度を３２０セル／ｃｍ²以下とすることにより、第一の流体が流れる際の圧力損失が大きくなることを防止することができる。

【0037】

ハニカム構造体１０１のアイソスタティック強度は、１ＭＰａ以上が好ましく、５ＭＰａ以上が更に好ましい。ハニカム構造体１０１のアイソスタティック強度が、１ＭＰａ以上であると、ハニカム構造体１０１の耐久性を十分なものとすることができる。なお、ハニカム構造体１０１のアイソスタティック強度の上限値は、１００ＭＰａ程度である。ハニカム構造体１０１のアイソスタティック強度は、社団法人自動車技術会発行の自動車規格であるＪＡＳＯ規格Ｍ５０５−８７に規定されているアイソスタティック破壊強度の測定方法に準じて測定することができる。

【0038】

セルの延びる方向に直交する断面におけるハニカム構造体１０１の直径は、２０〜２００ｍｍであることが好ましく、３０〜１００ｍｍであることが更に好ましい。このような直径とすることにより、熱回収効率を向上させることができる。セルの延びる方向に直交する断面におけるハニカム構造体１０１の形状が円形でない場合には、ハニカム構造体１０１の断面の形状に内接する最大内接円の直径を、セルの延びる方向に直交する断面におけるハニカム構造体１０１の直径とする。

【0039】

ハニカム構造体１０１のセルの隔壁の厚さについても、目的に応じて適宜設計すればよく、特に制限はない。隔壁の厚さは、０．１〜１ｍｍとすることが好ましく、０．２〜０．６ｍｍとすることが更に好ましい。隔壁の厚さを０．１ｍｍ以上とすることにより、機械的強度を十分なものとし、衝撃や熱応力によって破損することを防止することができる。また、隔壁の厚さを１ｍｍ以下とすることにより、第一の流体の圧力損失が大きくなったり、熱媒体が透過する熱回収効率が低下したりするといった不具合を防止することができる。

【0040】

隔壁の密度は、０．５〜５ｇ／ｃｍ³であることが好ましい。隔壁の密度を０．５ｇ／ｃｍ³以上とすることにより、隔壁を十分な強度とし、第一の流体が流路内（セル内）を通り抜ける際の抵抗により隔壁が破損することを防止することができる。また、隔壁の密度を５ｇ／ｃｍ³以下とすることにより、ハニカム構造体１０１を軽量化することができる。上記の範囲の密度とすることにより、ハニカム構造体を強固なものとすることができ、熱伝導率を向上させる効果も得られる。なお、隔壁の密度は、アルキメデス法により測定した値である。

【0041】

ハニカム構造体１０１の熱伝導率は、２５℃において、５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることが好ましく、１００〜３００Ｗ／（ｍ・Ｋ）であることが更に好ましく、１２０〜３００Ｗ／（ｍ・Ｋ）であることが特に好ましい。ハニカム構造体１０１の熱伝導率を、このような範囲とすることにより、熱伝導性が良好となり、効率よくハニカム構造体内の熱を、内側筒状部材１０２に伝達することができる。なお、熱伝導率の値は、レーザーフラッシュ法（ＪＩＳ Ｒ１６１１−１９９７）により測定した値である。

【0042】

ハニカム構造体１０１のセルに、第一の流体として排ガスを流す場合、ハニカム構造体の隔壁に触媒を担持させることが好ましい。隔壁に触媒を担持させると、排ガス中のＣＯやＮＯｘやＨＣなどを触媒反応によって無害な物質にすることが可能になり、これに加えて、触媒反応の際に生じる反応熱を熱交換に用いることが可能になる。触媒としては、貴金属（白金、ロジウム、パラジウム、ルテニウム、インジウム、銀、及び金）、アルミニウム、ニッケル、ジルコニウム、チタン、セリウム、コバルト、マンガン、亜鉛、銅、スズ、鉄、ニオブ、マグネシウム、ランタン、サマリウム、ビスマス、及びバリウムからなる群から選択された元素を少なくとも一種を含有するものであることが好ましい。上記元素は、金属単体、金属酸化物、およびそれ以外の金属化合物として含有されていてもよい。

【0043】

触媒（触媒金属＋担持体）の担持量としては、１０〜４００ｇ／Ｌであることが好ましい。また、貴金属を含む触媒であれば、担持量が０．１〜５ｇ／Ｌであることが好ましい。触媒（触媒金属＋担持体）の担持量を１０ｇ／Ｌ以上とすると、触媒作用が発現しやすい。一方、４００ｇ／Ｌ以下とすると、圧力損失を抑え、製造コストの上昇を抑えることができる。担持体とは、触媒金属が担持される担体のことである。担持体としては、アルミナ、セリア、及びジルコニアからなる群より選択される少なくとも一種を含有するものであることが好ましい。

【0044】

（１−１−２ 内側筒状部材）
内側筒状部材１０２は、ハニカム構造体１０１の外周側面に嵌合してハニカム構造体１０１の外周側面を周回被覆する。本明細書において、「嵌合」とは、ハニカム構造体１０１と内側筒状部材１０２とが、相互に嵌まり合った状態で固定されていることをいう。このため、ハニカム構造体１０１と内側筒状部材１０２との嵌合においては、すきま嵌め、締まり嵌め、焼き嵌め等の嵌め合いによる固定方法の他、ろう付け、溶接、拡散接合等により、ハニカム構造体１０１と内側筒状部材１０２とが相互に固定されている場合なども含まれる。

【0045】

内側筒状部材１０２はハニカム構造体１０１の外周側面に対応した内側面形状を有することができる。内側筒状部材１０２の内周側面がハニカム構造体１０１の外周側面に直接することで、熱伝導性が良好となり、ハニカム構造体１０１内の熱を、内側筒状部材１０２に効率よく伝達することができる。

【0046】

そして、熱回収効率を高めるという観点からは、ハニカム構造体１０１の外周側面の全面積に対する、内側筒状部材１０２によって周回被覆されるハニカム構造体１０１の外周側面の部分の面積の割合は高いほうが好ましい。具体的には当該面積割合は８０％以上であることが好ましく、９０％以上であることがより好ましく、１００％（すなわち、ハニカム構造体１０１の外周側面の全部が内側筒状部材１０２によって周回被覆される。）であることが更により好ましい。なお、ここでいう「側面」というのはハニカム構造体の軸方向（セルの延びる方向）に平行な面を指し、ハニカム構造体の軸方向（セルの延びる方向）に直交する面は含まれない。

【0047】

内側筒状部材１０２の材質としては特に制限はないが、熱伝導性に優れた材質であることが望ましく、例えば、金属、セラミックス等が挙げられ、製造性（組み立てやすさ）の理由により金属が好ましい。金属としては、例えば、ステンレス、チタン合金、銅合金、アルミ合金、真鍮等を用いることができ、耐久信頼性が高いという理由により、ステンレスが好ましい。

【0048】

内側筒状部材１０２の厚みは、耐久信頼性の理由により０．１ｍｍ以上が好ましく、０．３ｍｍ以上がより好ましく、０．５ｍｍ以上が更により好ましい。内側筒状部材１０２の厚みは、熱抵抗低減の理由により１０ｍｍ以下が好ましく、５ｍｍ以下がより好ましく、３ｍｍ以下が更により好ましい。

【0049】

内側筒状部材１０２の外周側面にはスペーサ１０３及び外側筒状部材１０４が内側筒状部材１０２の軸方向へ移動するのを妨げる段差又は突起１０８が少なくとも一箇所に設けられていることが好ましい。これにより、スペーサ１０３及び外側筒状部材１０４が内側筒状部材１０２から軸方向に抜け出してしまうのを防止できる。段差又は突起１０８は、内側筒状部材１０２の外周側面を周回するように設けることが移動防止効果を高める上でより好ましい。図２に示す実施形態においては、スペーサ１０３及び外側筒状部材１０４が設置されている軸方向領域の両外側に上り段差が内側筒状部材１０２の外周側面に周回状に設けられている。

【0050】

（１−１−３ スペーサ）
スペーサ１０３は、内側筒状部材１０２の外周側面を直接的に周回被覆すると共にハニカム構造体１０１の外周側面を間接的に周回被覆する。また、スペーサ１０３は外側筒状部材１０４によって直接的に周回被覆される。よって、スペーサ１０３は内側筒状部材１０２の外周側面と外側筒状部材１０４の内周側面の間の空間に配置されることになるが、当該空間の広さはスペーサ１０３の厚みを変化させることで容易に調整可能である。内側筒状部材１０２と外側筒状部材１０４の間には開口部１０９が形成されており、ここが第二の流体のための該スペーサの出入口となる。開口部１０９は外側筒状部材１０４の軸方向両端部に環状に設けられていることが第二の流体がスペーサ１０３から流出したりスペーサ１０３へ流入したりするときの均一性を高める上で好ましい。

【0051】

スペーサ１０３は第二の流体を流通可能であり、且つ、第二の流体の気泡の移動を抑制可能な三次元構造を有する。スペーサ１０３内を第二の流体が流通することでハニカム構造体１０１を流れる第一の流体と熱交換することが可能である。また、当該構成は、外部から制御することなく、２種類の流体間における、熱交換の促進と抑制の切り替えを行うことができるパッシブ型の熱交換機能を得るのに有効である。第二の流体には特に制限はないが、熱交換器が、自動車に搭載される熱交換器として用いられる場合には、第二の流体は、水又は不凍液（ＪＩＳ Ｋ２２３４：２００６で規定されるＬＬＣ）であることが好ましい。

【0052】

例えば、第一の流体として「排ガス」、第二の流体として「冷媒」を使用した場合、以下のような現象が生じると考えられる。内側筒状部材１０２の外周側面の温度が冷媒の沸点未満である場合に、スペーサ１０３に液体状態の冷媒が流入すると、スペーサ１０３の三次元構造内はそのまま液体状態の冷媒で満たされるため、排ガスと冷媒の熱交換が促進される。一方、内側筒状部材１０２の外周側面の温度が、冷媒の沸点以上である場合に、スペーサ１０３に液体状態の冷媒が流入すると、スペーサ１０３の三次元構造内の冷媒の少なくとも一部が沸騰気化し、三次元構造内に、気体状態の冷媒が存在するようになるため、排ガスと冷媒の熱交換が抑制される。スペーサ１０３内の気体状態の冷媒は、単位体積当たりの熱容量が液体状態の冷媒よりも小さく、断熱材として機能する。このため、液体状態の冷媒が、内側筒状部材１０２の外周側面の接触していない状態を維持し易くなり、第一の流体（排ガス）と第二の流体（冷媒）の熱交換が抑制される。

【0053】

このように、熱交換を抑制させたい温度以下で、且つ、熱交換を促進させたい温度よりも高い沸点を持つ第二の流体を選択すると、内側筒状部材１０２の外周側面が熱交換を抑制させたい温度領域にある場合、スペーサ１０３の三次元構造内に沸騰気化により生じた気体状態の第二の流体が存在するため、第一の流体と第二の流体の熱交換が抑制される。これに対して、内側筒状部材の外周側面が熱交換を促進させたい温度領域にある場合、スペーサ１０３の三次元構造内が液体状態の第二の流体で満たされるため、熱交換が促進される。

【0054】

また、第二の流体はスペーサ１０３の三次元構造内で沸騰気化すると気泡が発生するが、本発明では気泡の移動をスペーサ１０３の三次元構造によって抑制することにより、スペーサ１０３内部に気体状態の第二の流体が保持されやすくなっており、これにより第一の流体と第二の流体の熱交換の抑制効果を高めている。第二の流体の気泡の移動を抑制可能な三次元構造には特段の制約はない。内側筒状部材１０２の外周側面と外側筒状部材１０４の内周側面の間の空間の一部に三次元構造が存在すれば、当該三次元構造を形成する物体に第二の流体の気泡が付着したり、又は、当該三次元構造を形成する物体（物理的構成要素）が第二の流体の気泡の移動の邪魔になったりして、気泡が当該三次元構造から流出することを抑制可能である。換言すれば、スペーサ１０３内が第二の流体の気体で満たされ易くなり、スペーサ１０３による熱遮断性を向上させることができる。

【0055】

また、第二の流体が一気に沸騰気化すると、急激な体積膨張によって熱交換器内に振動が発生したり、大きな沸騰音が発生したりすることがある。スペーサ１０３が三次元構造を有することで第二の流体の移動抵抗が大きくなるため、液体状態の第二の流体は緩やかにスペーサ１０３に流れ込むようになる。これにより、振動や沸騰音の発生を有効に抑制するという効果も得られる。

【0056】

三次元構造の具体例としては、メッシュ構造（三次元網目構造）、スポンジ状構造が挙げられる。これらの中でも、熱遮断性能と第二の流体の流通性を両立しやすいという理由により、メッシュ構造が好ましい。

【0057】

スペーサ１０３は、熱遮断性の理由により、空隙率が２０％以上であることが好ましく、４０％以上であることがより好ましく、６０％以上であることが更により好ましい。また、スペーサ１０３は、気泡の保持力を高めるという理由により、空隙率が９８％以下であることが好ましく、９５％以下であることがより好ましく、９０％以下であることが更により好ましい。本発明において、スペーサ１０３の空隙率は以下の手順により測定する。
（１）スペーサを構成する材料の真密度をアルキメデス法により求める。
（２）スペーサの外形寸法（厚み及び縦横の長さ）から計算したみかけの体積と、スペーサの重量から嵩密度を求める。
（３）空隙率＝（１−嵩密度／真密度）×１００％

【0058】

熱交換を促進させたい場合に熱回収効率を高め、熱交換を抑制させたい場合に熱回収効率を低くするという観点からは、ハニカム構造体１０１の外周側面の全面積に対する、スペーサ１０３によって間接的に周回被覆されるハニカム構造体１０１の外周側面の部分の面積の割合は高いほうが好ましい。具体的には、当該面積割合は８０％以上であることが好ましく、９０％以上であることがより好ましく、１００％（すなわち、ハニカム構造体１０１の外周側面の全部がスペーサ１０３によって間接的に周回被覆される。）であることが更により好ましい。なお、ここでいう「側面」というのはハニカム構造体の軸方向（セルの延びる方向）に平行な面を指し、ハニカム構造体の軸方向（セルの延びる方向）に直交する面は含まれない。

【0059】

ここで、スペーサ１０３は第二の流体を流通可能な三次元構造を有しているため、スペーサ１０３の内部には第二の流体が流通するための空間が設けられている。そのような空間部分はハニカム構造体１０１を被覆する要素として考慮しないとすることも可能であるが、本明細書においては、そのような空間部分もハニカム構造体１０１を被覆する要素として捉えて、上記面積割合を計算することとする。従って、スペーサ１０３は内部が中実なものとしてハニカム構造体１０１が被覆される面積を計算すればよい。

【0060】

スペーサ１０３の材質としては特に制限はないが、熱伝導性に優れた材質であることが望ましく、例えば、金属、セラミックス等が挙げられ、製造性（組み立てやすさ）の理由により金属が好ましい。金属としては、例えば、ステンレス、チタン合金、銅合金、アルミ合金、真鍮等を用いることができ、耐久信頼性が高いという理由により、ステンレスが好ましい。

【0061】

スペーサ１０３の厚みは、熱交換を抑制させたい場合に熱遮断効果を高めるという観点から０．００１ｍｍ以上が好ましく、０．０１ｍｍ以上がより好ましく、０．１ｍｍ以上が更により好ましい。スペーサ１０３の厚みは、気泡を保持しやすくするという観点から１０ｍｍ以下が好ましく、１ｍｍ以下がより好ましく、０．５ｍｍ以下が更により好ましい。スペーサ１０３の厚みは、内側筒状部材１０２の外周側面と外側筒状部材１０４の内周側面の間の距離として定義される。

【0062】

スペーサ１０３は、内側筒状部材１０２と一体化した一つの部品として提供してもよく、内側筒状部材１０２とは別の部品として提供してもよい。一つの部品として提供する方法としては、内側筒状部材１０２の外周側面に切削、めっき、型押し、レーザー加工、化学エッチング、ブラスト加工等により表面加工を施すことでスペーサ１０３として機能する三次元構造を形成する方法が挙げられる。別の部品として提供する方法としては、スペーサ１０３をメッシュやスポンジ等の柔軟性のある構造物で形成し、内側筒状部材１０２の外側面に巻き締める方法が挙げられる。

【0063】

（１−１−４ 外側筒状部材）
外側筒状部材１０４はスペーサ１０３を直接的に周回被覆する。外側筒状部材１０４はスペーサ１０３の外周側面に対応した内側面形状を有することができる。外側筒状部材１０４の内周側面がスペーサ１０３の外周側面に直接することで、熱伝導性が良好となり、熱交換を促進させたい場合には効率よくスペーサ１０３内の熱を、外側筒状部材１０４に伝達することができる。

【0064】

熱交換を促進させたい場合に熱回収効率を高め、熱交換を抑制させたい場合に熱回収効率を低くするという観点からは、スペーサ１０３の外周側面の全面積に対する、外側筒状部材１０４によって直接的に周回被覆されるスペーサ１０３の外周側面の部分の面積の割合は高い方が好ましい。具体的には当該面積割合は８０％以上であることが好ましく、９０％以上であることがより好ましく、１００％（すなわち、スペーサ１０３の外周側面の全部が外側筒状部材１０４によって周回被覆される。）であることが更により好ましい。なお、ここでいう「側面」というのはハニカム構造体の軸方向（セルの延びる方向）に平行な面を指し、ハニカム構造体の軸方向（セルの延びる方向）に直交する面は含まれない。

【0065】

「スペーサ１０３の外周側面の全面積」とは、スペーサ１０３を平面上に展開したときにスペーサ１０３の外周側面の輪郭が形成する図形の投影面積を指す。「外側筒状部材１０４によって直接的に周回被覆されるスペーサ１０３の外周側面の部分の面積」は、外側筒状部材１０４によって被覆されるスペーサ１０３の外周側面の部分を平面上に展開したときに当該部分の輪郭が形成する図形の投影面積を指す。

【0066】

外側筒状部材１０４の材質としては特に制限はないが、熱伝導性に優れた材質であることが望ましく、例えば、金属、セラミックス等が挙げられ、製造性（組み立てやすさ）の理由により金属が好ましい。金属としては、例えば、ステンレス、チタン合金、銅合金、アルミ合金、真鍮等を用いることができ、熱伝導性の理由により、銅合金が好ましい。外側筒状部材１０４の材質は内側筒状部材１０２の材質と同種でもよく、異種でもよい。外側筒状部材１０４はスペーサ１０３の外周側面に巻き締めるだけで実用的な強度で固定可能であり、固定のためにケーシング１０５と溶接する必要がない。よって、本発明に係る熱交換器１００は材料選択の自由度が高いといえる。このため、内側筒状部材１０２と外側筒状部材１０４を異種の金属で構成することも容易である。例えば、内側筒状部材１０２をステンレスとし、外側筒状部材１０４を銅又は銅合金とすることができる。当該構成によれば、排ガスによる腐食を防止しつつ、第二の流体への熱回収効率を高められるという利点が得られる。

【0067】

外側筒状部材１０４の熱伝導率は、熱回収効率を高めるという観点から、２５℃において、１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることが好ましく、１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることがより好ましく、２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であることが更により好ましい。熱伝導率の値は、レーザーフラッシュ法（ＪＩＳ Ｒ１６１１：１９９７）により測定した値である。

【0068】

外側筒状部材１０４の厚みは、耐久信頼性の理由により０．０１ｍｍ以上が好ましく、０．０５ｍｍ以上がより好ましく、０．１ｍｍ以上が更により好ましい。外側筒状部材１０４の厚みは、熱回収性能の理由により１０ｍｍ以下が好ましく、５ｍｍ以下がより好ましく、１ｍｍ以下が更により好ましい。

【0069】

（１−２ ケーシング）
本発明に係る熱交換器１００は一実施形態において、コア部品に加えて、外側筒状部材１０４を周回被覆するケーシング１０５を備える。ケーシング１０５はコア部品全体を周回被覆する筒状部１２１を有することが好ましい。ケーシング１０５は第二の流体の入口１０６、入口１０６と筒状部１２１を連結する入口導管１２２、第二の流体の出口１０７、及び、出口１０７と筒状部１２１を連結する出口導管１２３を有する。ケーシング１０５と外側筒状部材１０４の間には、スペーサ１０３と連通する第二の流体の流路１１０が形成されている。第二の流体は、入口１０６から液体状態でケーシング１０５内に流入する。次いで、第二の流体は流路１１０を通って少なくとも一部がスペーサ１０３内を流通する。第二の流体はスペーサ１０３内で促進された熱交換又は抑制された熱交換を受けた後、流路１１０を通って出口１０７から流出する。

【0070】

第二の流体が入口導管１２２を通って外側筒状部材１０４の外周側面に到達するときの第二の流体の流れ方向が外側筒状部材１０４の外周側面に対して垂直方向である場合、圧損を上昇させる原因となる。そこで、入口導管１２２の中心軸から入口導管１２２の長手方向に延ばした直線が、外側筒状部材１０４の外周側面と垂直に交わらないように、入口導管１２２を配置することが好ましい。具体的には、図１を参照すると、入口導管１２２の中心軸から入口導管１２２の長手方向に延ばした直線Ａと、外側筒状部材１０４の外周側面との交点における、直線Ａと外周側面の法線Ｂの角度をθ（０°≦θ≦９０°）としたとき、１０°≦θ≦９０°であることがより好ましく、３０°≦θ≦９０°であることが更により好ましい。

【0071】

第二の流体が外部に漏れないように、内側筒状部材１０２の軸方向（セルの延びる方向）の両端部１１８における外周側面がケーシング１０５の内側面と周回状に密接した構造を有することが好ましい。内側筒状部材１０２の外周側面とケーシング１０５の内側面を密接させる方法には特に制限はないが、溶接、拡散接合、ろう付け等が挙げられる。これらの中でも耐久信頼性が高いという理由により溶接が好ましい。

【0072】

ケーシング１０５の材質としては特に制限はないが、熱伝導性に優れた材質であることが望ましく、例えば、金属、セラミックス等が挙げられ、製造性（組み立てやすさ）の理由により金属が好ましい。金属としては、例えば、ステンレス、チタン合金、銅合金、アルミ合金、真鍮等を用いることができ、耐久信頼性が高いという理由により、ステンレスが好ましい。

【0073】

ケーシング１０５の厚みは、耐久信頼性の理由により０．１ｍｍ以上が好ましく、０．５ｍｍ以上がより好ましく、１ｍｍ以上が更により好ましい。ケーシング１０５の厚みは、コスト、体積、重量などの観点から、１０ｍｍ以下が好ましく、５ｍｍ以下がより好ましく、３ｍｍ以下が更により好ましい。

【0074】

熱交換器１００を、エンジンの排ガスから排熱を回収する用途に使用する場合等には、ケーシング１０５はハニカム構造体１０１の軸方向（セルの延びる方向）に平行な方向の両端部分１１２が、エンジンの排ガスが通過する配管に対して接続可能に構成されていてもよい。排ガスが通過する配管の内径とケーシング１０５の両端部分の内径とが異なる場合には、配管とケーシング１０５との間に、配管の内径が漸増又は漸減するガス導入管を有していてもよいし、配管とケーシング１０５とが直接接続されていてもよい。

【0075】

（２ 製造方法）
次に、本発明に係る熱交換器１００の製造方法を例示的に説明する。

【0076】

（２−１ ハニカム構造体の作製）
まず、セラミックス粉末を含む坏土を所望の形状に押し出し、ハニカム成形体を作製する。ハニカム成形体の材料としては、前述のセラミックスを用いることができる。例えば、Ｓｉ含浸ＳｉＣ複合材料を主成分とするハニカム成形体を製造する場合、所定量のＳｉＣ粉末に、バインダーと、水又は有機溶媒とを加え、得られた混合物を混練し坏土とし、成形して所望形状のハニカム成形体を得ることができる。そして、得られたハニカム成形体を乾燥し、減圧の不活性ガス又は真空中で、ハニカム成形体中に金属Ｓｉを含浸焼成することによって、隔壁により区画形成された複数のセルを有するハニカム構造体１０１を得ることができる。

【0077】

（２−２ ハニカム構造体と内側筒状部材の嵌合）
次に、ハニカム構造体１０１を内側筒状部材１０２に挿入することにより、該ハニカム構造体１０１の外周側面を周回被覆する。この状態で、焼き嵌めすることで、内側筒状部材１０２の内周側面がハニカム構造体１０１の外周側面に嵌合する。なお、ハニカム構造体１０１と内側筒状部材１０２との嵌合は、先述したように、焼き嵌め以外に、すきま嵌め、締まり嵌めといった嵌め合いによる固定方法、更にはろう付け、溶接、拡散接合等により行うことができる。

【0078】

（２−３−１ スペーサの巻き付け）
スペーサ１０３と内側筒状部材１０２を別部品として供給する場合は、内側筒状部材１０２の外周側面を直接的に周回被覆すると共に該ハニカム構造体１０１の外周側面を間接的に周回被覆するように、スペーサ１０３を巻き付ける。スペーサ１０３の巻き付けは、内側筒状部材をハニカム構造体と嵌合する前後の何れに実施してもよい。

【0079】

（２−３−２ スペーサの形成）
スペーサ１０３と内側筒状部材１０２を一つの部品として供給する場合は、内側筒状部材１０２の外周側面に切削、めっき、型押し、レーザー加工、化学エッチング、ブラスト加工等により表面加工を施すことでスペーサ１０３として機能する三次元構造を形成する。スペーサ１０３の形成は、内側筒状部材１０２をハニカム構造体１０１と嵌合する前後の何れに実施してもよい。

【0080】

（２−４ 外側筒状部材の巻き付け）
スペーサ１０３を巻き付けた後、スペーサ１０３を周回被覆するように外側筒状部材１０４を巻き付ける。外側筒状部材１０４はスペーサ１０３に巻き付ける前は平板状であってよく、巻き付けた後に筒状に変化させればよい。巻き付けた後は、外側筒状部材１０４がスペーサ１０３を巻き締めた状態を維持できるように、外側筒状部材１０４の巻き付け端部を溶接等によって自身に接合することが好ましい。外側筒状部材１０４の巻き付けは、内側筒状部材１０２をハニカム構造体１０１と嵌合する前後の何れに実施してもよい。
また、外側筒状部材１０４は当初から筒状であってもよく、その場合は外周側面にスペーサが形成された内側筒状部材１０２を外側筒状部材１０４に挿入し、締まり嵌め等により固定することができる。

【0081】

以上のようにして、ハニカム構造体１０１、内側筒状部材１０２、スペーサ１０３及び外側筒状部材１０４を組み立てることでコア部品が完成する。コア部品を外部から力を加えない限り分解しない組立品として構成することで、熱交換器のハンドリングが容易となる。

【0082】

（２−５ ケーシングの取付け）
上述した構成要素を有するケーシング１０５を金型成形、曲げ加工、切削加工等の方法により成形し、コア部品の外側筒状部材１０４を周回被覆するようにケーシング１０５をコア部品と接合する。典型的にはケーシング１０５の筒状部１２１にコア部品を挿入し、溶接、ろう付け等の方法により両者を接合することができる。この際、第二の流体が外部に漏れないように、内側筒状部材１０２の軸方向（セルの延びる方向）の両端部１１８における外周側面をケーシングの内側面と周回状に密接させることが好ましい。

【0083】

このような手順で、コア部品とケーシングが組み合わせられた熱交換器を製造することができる。但し、本発明の熱交換器を製造する方法は、これまでに説明した製造方法に限定されることはない。

【実施例】

【0084】

以下、本発明を実施例によって更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。

【0085】

（実施例１）
（ハニカム構造体の製造）
ＳｉＣ粉末を含む坏土を所望の形状に押し出した後、乾燥させ、所定の外形寸法に加工後、Ｓｉ含浸焼成することによって、円柱状のハニカム構造体１０１を製造した。ハニカム構造体１０１は、端面の直径（外形）が５５．４ｍｍ、セルの延びる方向の長さが４０ｍｍのものであった。ハニカム構造体１０１の軸方向（セルの延びる方向）に直交する断面におけるセル形状は四角形とした。ハニカム構造体１０１のセル密度は２３セル／ｃｍ²、隔壁の厚さ（壁厚）は０．３ｍｍであった。ハニカム構造体１０１の２５℃における熱伝導率は１５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）であった。ハニカム構造体１０１のアイソスタティック強度は３０ＭＰaであった。

【0086】

（熱交換器の組み立て）
次に、ステンレス製の内側筒状部材１０２を作製した。内側筒状部材１０２は、内径が５５．２ｍｍで、軸方向の長さが４４ｍｍの第一の円筒状部を有する。また、内側筒状部材１０２は、第一の円筒状部の両端部に、図２に示すような上り段差１０８を介して、内径が５６．５ｍｍで、軸方向の長さが５ｍｍの第二の円筒状部をそれぞれ有する。内側筒状部材１０２は肉厚が１．０ｍｍであった。

【0087】

次に、作製した内側筒状部材１０２の内部中央までハニカム構造体１０１を挿入し、ハニカム構造体１０１の外周側面全部を内側筒状部材１０２によって周回被覆した（図２参照）。次いで、焼き嵌めにより、内側筒状部材１０２の内周側面をハニカム構造体１０１の外周側面に嵌合させた。

【0088】

次に、内側筒状部材１０２の外周側面を直接的に周回被覆すると共に該ハニカム構造体１０１の外周側面を間接的に周回被覆するように、メッシュ構造（空隙率６０％）を有するステンレス製のスペーサ１０３（外形寸法：４２ｍｍ（軸方向長さ）×１８０ｍｍ（周方向長さ）×０．１ｍｍ（巻き付け前の厚み））を巻き付けた（図２参照）。このとき、ハニカム構造体１０１の外周側面の全面積に対する、スペーサ１０３によって間接的に周回被覆されるハニカム構造体１０１の外周側面の部分の面積の割合は１００％であった。

【0089】

次に、平板状（外形寸法：４０ｍｍ（軸方向長さ）×１８０．５ｍｍ（周方向長さ）×０．５ｍｍ（厚み））の銅合金（２５℃における熱伝導率３８０Ｗ／（ｍ・Ｋ））製の外側筒状部材１０４を用意し、スペーサ１０３を周回被覆するように巻き付けた（図２参照）。この結果、内側筒状部材１０２と外側筒状部材１０４の間の開口部１０９は外側筒状部材１０４の軸方向両端部に環状に形成された。スペーサ１０３の外周側面の全面積に対する、外側筒状部材１０４によって直接的に周回被覆されるスペーサ１０３の外周側面の部分の面積の割合は１００％であった。外側筒状部材１０４をスペーサ１０３に巻き付けた後、外側筒状部材１０４の巻き付け端部を溶接によって自身（外側筒状部材１０４）に接合した。ここで、内側筒状部材１０２の外周側面と外側筒状部材１０４の内周側面の間の距離（スペーサの厚み）は巻き付け前と同じ０．１ｍｍであった。

【0090】

以上の手順により、ハニカム構造体１０１、内側筒状部材１０２、スペーサ１０３及び外側筒状部材１０４を組み立てることでコア部品を作製した。

【0091】

次に、図１及び図２に示すような、筒状部１２１、入口１０６、入口１０６と筒状部１２１を連結する入口導管１２２、出口１０７、及び、出口１０７と筒状部１２１を連結する出口導管１２３を有するステンレス製の筒状のケーシング１０５を金型成形により成形し、ケーシング１０５内部にコア部品を挿入し、外側筒状部材１０４を含めてコア部品全体を周回被覆した。内側筒状部材１０２の軸方向（セルの延びる方向）の両端部における外周側面を溶接によりケーシング１０５の内側面と周回状に密接させた（図２参照）。また、ケーシング１０５と外側筒状部材１０４の間には、スペーサ１０３と連通する第二の流体の流路が十分に形成されるように、ケーシング１０５の軸方向中央部は軸方向両端部よりも内径を大きく（軸方向に直交する断面積を大きく）した。ケーシング１０５は肉厚が１．５ｍｍであった。入口導管１２２の中心軸から入口導管１２２の長手方向に延ばした直線Ａと、外側筒状部材１０４の外周側面との交点における、直線Ａと外周側面の法線Ｂの角度θは３８°とした。

【0092】

以上の手順により、コア部品とケーシングが組み合わせられた発明例に係る熱交換器を製造した。

【0093】

（比較例１）
実施例１の熱交換器からスペーサ１０３及び外側筒状部材１０４を取り除いた他は、実施例１と同様の熱交換器を製造した。

【0094】

（熱交換試験）
作製した実施例１及び比較例１の熱交換器について、以下の方法で、熱交換試験を行った。ハニカム構造体１０１に、４００℃（＝Ｔｇ１）の空気（第一の流体）を表１及び表２に示す流量（Ｍｇ）で流した。一方、入口１０６から表１及び表２に記載の各温度の冷却水（第二の流体）を１６６．３ｇ／ｓの流量（Ｍｗ）で供給し、出口１０７から熱交換後の冷却水（第二の流体）を回収した。
上記の各条件にて、熱交換器に対して空気及び冷却水の供給を開始してから５分間通過させた直後に、熱交換器の入口１０６における冷却水の温度（Ｔｗ１）及び出口１０７における冷却水の温度（Ｔｗ２）を測定し、熱回収効率を求めた。
ここで、冷却水によって回収される熱量Ｑは次式で表される。
Ｑ（ｋＷ）＝ΔＴｗ×Ｃｐｗ×Ｍｗ
式中、ΔＴｗ＝Ｔｗ２−Ｔｗ１、Ｃｐｗ（水の比熱）＝４１８２Ｊ／（ｋｇ・Ｋ）とした。
また、熱交換器による熱回収効率ηは次式で表される。
η（％）＝Ｑ／｛（Ｔｇ１−Ｔｗ１）×Ｃｐｇ×Ｍｇ｝×１００
式中、Ｃｐｇ（空気の比熱）＝１０５０Ｊ／（ｋｇ・Ｋ）とした。
結果を表１〜２に示す。

【0095】

【表1】

【0096】

【表2】

【0097】

表１〜２より、比較例１では水温の上昇に関わらず熱回収効率に変化が見られないため、冷却水の温度が上昇しても熱を回収し続けてしまう。一方、実施例１では水温が低く熱回収が必要なときは熱回収効率が高いが、水温が高く熱回収が不要のときは、熱回収効率が低下する。これは流入する冷却水の温度が高い場合、内側筒状部材の外周側面の温度も高くなってスペーサ内部で水が沸騰しやすくなり、スペーサ内部に水蒸気の気泡による断熱層が形成されたことによると推察される。なお、実施例１及び比較例１の何れも、空気流量の増大に伴い熱回収効率は低下した。
このように、本発明に係る熱交換器は簡素な構成で容易に組み立てることができ、外部から制御することなく、２種類の流体間における、熱交換の促進と抑制の切り替えを行うことができる。

【符号の説明】

【0098】

１００ 熱交換器
１０１ ハニカム構造体
１０２ 内側筒状部材
１０３ スペーサ
１０４ 外側筒状部材
１０５ ケーシング
１０６ 第二の流体の入口
１０７ 第二の流体の出口
１０８ 段差又は突起
１０９ 開口部
１１０ 第二の流体の流路
１１２ ケーシングの端部
１１４ ハニカム構造体の第一の端面
１１６ ハニカム構造体の第二の端面
１１８ 内側筒状部材の端部
１２１ 筒状部
１２２ 入口導管
１２３ 出口導管

【図1】

【図2】

【図3】