(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022191094
(43)【公開日】2022-12-27
(54)【発明の名称】熱交換器、熱交換システム及び熱交換器の制御方法
(51)【国際特許分類】
F01N 5/02 20060101AFI20221220BHJP
F02M 26/14 20160101ALI20221220BHJP
F02M 26/23 20160101ALI20221220BHJP
F01N 3/24 20060101ALI20221220BHJP
F01N 13/08 20100101ALI20221220BHJP
F02D 21/08 20060101ALI20221220BHJP
F28D 7/10 20060101ALI20221220BHJP
F28D 7/12 20060101ALI20221220BHJP
【ＦＩ】
F01N5/02 B
F02M26/14 ZAB
F02M26/23
F01N5/02 G
F01N3/24 C
F01N13/08 B
F01N13/08 A
F02D21/08 301Z
F28D7/10 A
F28D7/12
【審査請求】未請求
【請求項の数】15
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021099738
(22)【出願日】2021-06-15
(71)【出願人】
【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】アクシス国際弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】木村 大輔
(72)【発明者】
【氏名】近藤 隆弘
(72)【発明者】
【氏名】吉原 誠
(72)【発明者】
【氏名】赤石 龍士郎
【テーマコード（参考）】
3G004
3G062
3G091
3G092
3L103
【Ｆターム（参考）】
3G004AA01
3G004BA03
3G004DA01
3G004DA14
3G004DA24
3G004EA01
3G062ED01
3G062ED10
3G091AA02
3G091AA11
3G091BA38
3G091GA06
3G091GB01W
3G091GB03W
3G091GB04W
3G091GB05W
3G091GB06W
3G091GB07W
3G091HB03
3G091HB05
3G092AA17
3G092FB03
3L103AA32
3L103BB39
3L103CC02
3L103CC27
3L103DD03
3L103DD37
3L103DD38
3L103DD64
(57)【要約】 （修正有）
【課題】排気ガスのような第１流体の冷却性能及び第１流体からの熱回収性能が高く、第１流体の逆流及び圧力損失の増大を抑制する、熱交換（排熱回収）機能とＥＧＲクーラー機能とを兼ね備える熱交換器を提供する。
【解決手段】内周壁と、外周壁と、内周壁と外周壁との間に配設され、複数のセルを有する中空型のハニカム構造体１０と、熱遮断時に第１流体がハニカム構造体１０の内周壁内を流通可能な第１流路２０と、熱交換時に第１流体がハニカム構造体１０のセル内を流通可能な第２流路３０と、第２流路３０に隣接し、第１流体と熱交換を行う第２流体が流通可能な第３流路４０と、ハニカム構造体１０よりも下流側に配置され、第１流路２０内及び第２流路３０内の流通を制御可能な流路バルブ５０とを備える。第２流路３０は、ハニカム構造体１０の第２端面１４ｂと流路バルブ５０との間で、第１流体をエンジンの吸気系に還流するＥＧＲ管６０と接続する。
【選択図】図１
【解決手段】内周壁と、外周壁と、内周壁と外周壁との間に配設され、複数のセルを有する中空型のハニカム構造体１０と、熱遮断時に第１流体がハニカム構造体１０の内周壁内を流通可能な第１流路２０と、熱交換時に第１流体がハニカム構造体１０のセル内を流通可能な第２流路３０と、第２流路３０に隣接し、第１流体と熱交換を行う第２流体が流通可能な第３流路４０と、ハニカム構造体１０よりも下流側に配置され、第１流路２０内及び第２流路３０内の流通を制御可能な流路バルブ５０とを備える。第２流路３０は、ハニカム構造体１０の第２端面１４ｂと流路バルブ５０との間で、第１流体をエンジンの吸気系に還流するＥＧＲ管６０と接続する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
内周壁と、外周壁と、前記内周壁と前記外周壁との間に配設され、第１端面から第２端面まで延びる複数のセルを区画形成する隔壁とを有する中空型のハニカム構造体と、
熱遮断時に第１流体が前記ハニカム構造体の前記内周壁内を流通可能な第１流路と、
熱交換時に前記第１流体が前記ハニカム構造体の前記セル内を流通可能な第２流路と、
前記第２流路に隣接して配置され、前記第１流体と熱交換を行う第２流体が流通可能な第３流路と、
前記ハニカム構造体よりも下流側に配置され、前記第１流路内及び前記第２流路内の前記第１流体の流通を制御可能な１つ又は２つの流路バルブと
を備え、
前記第２流路は、前記ハニカム構造体の第２端面と前記流路バルブとの間に、前記第１流体をエンジンの吸気系に還流するＥＧＲ管と接続可能な接続口を有する熱交換器。
熱遮断時に第１流体が前記ハニカム構造体の前記内周壁内を流通可能な第１流路と、
熱交換時に前記第１流体が前記ハニカム構造体の前記セル内を流通可能な第２流路と、
前記第２流路に隣接して配置され、前記第１流体と熱交換を行う第２流体が流通可能な第３流路と、
前記ハニカム構造体よりも下流側に配置され、前記第１流路内及び前記第２流路内の前記第１流体の流通を制御可能な１つ又は２つの流路バルブと
を備え、
前記第２流路は、前記ハニカム構造体の第２端面と前記流路バルブとの間に、前記第１流体をエンジンの吸気系に還流するＥＧＲ管と接続可能な接続口を有する熱交換器。
【請求項2】
前記接続口に接続された前記ＥＧＲ管を更に備え、前記ＥＧＲ管の途中に前記第１流体の前記エンジンの吸気系への流通を制御可能なＥＧＲバルブが配置されている、請求項１に記載の熱交換器。
【請求項3】
前記第１流路は、前記ハニカム構造体の前記内周壁に設けられた内筒部材の内側領域を含む、請求項１又は２に記載の熱交換器。
【請求項4】
前記第２流路は、前記内筒部材と、前記ハニカム構造体の前記外周壁に嵌合される第１外筒部材と、前記第１外筒部材の下流側端部に接続される下流側筒状部材とによって囲まれる領域を含み、前記接続口が前記第１外筒部材及び／又は前記下流側筒状部材に設けられている、請求項３に記載の熱交換器。
【請求項5】
前記第３流路は、前記第１外筒部材と、前記第１外筒部材の径方向外側に少なくとも一部が間隔をもって配置される第２外筒部材とによって囲まれる領域を含む、請求項４に記載の熱交換器。
【請求項6】
前記流路バルブは、前記内筒部材の下流側端部に配置され、前記第１流路及び前記第２流路の一方を閉鎖することにより他方を開放する制御機構を有する１つの流路バルブである、請求項３～５のいずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項7】
エンジンからの排気管に配置される請求項１～６のいずれか一項に記載の熱交換器と、
前記熱交換器の上流側の前記排気管に配置される第１触媒ユニットと
を備える熱交換システム。
前記熱交換器の上流側の前記排気管に配置される第１触媒ユニットと
を備える熱交換システム。
【請求項8】
前記熱交換器の下流側の前記排気管に配置される第２触媒ユニットを更に備える、請求項７に記載の熱交換システム。
【請求項9】
前記熱交換器と前記第１触媒ユニットと前記第２触媒ユニットとが同軸に配置されている、請求項８に記載の熱交換システム。
【請求項10】
熱交換時に、前記第１流路を閉鎖するとともに前記第２流路を開放するように前記流路バルブを制御し、熱遮断時に、前記第１流路を開放するとともに前記第２流路を閉鎖するように前記流路バルブを制御可能な制御部を更に備える、請求項７～９のいずれか一項に記載の熱交換システム。
【請求項11】
前記制御部は、前記ＥＧＲ管を介して前記エンジンの吸気系に前記第１流体を供給するように前記ＥＧＲバルブを開放可能である、請求項１０に記載の熱交換システム。
【請求項12】
前記制御部は、下記（１）～（４）の制御モード：
（１）前記第１流路を閉鎖するとともに前記第２流路を開放するように前記流路バルブを制御し、且つ前記ＥＧＲバルブを開放して、熱回収及びＥＧＲクーラー処理の両方を実行する第１の制御モード
（２）前記第１流路を閉鎖するとともに前記第２流路を開放するように前記流路バルブを制御し、且つ前記ＥＧＲバルブを閉鎖して、熱回収のみを実行する第２の制御モード
（３）前記第１流路を開放するとともに前記第２流路を閉鎖するように前記流路バルブを制御し、且つ前記ＥＧＲバルブを開放して、ＥＧＲクーラー処理のみを実行する第３の制御モード
（４）前記第１流路を開放するとともに前記第２流路を閉鎖するように前記流路バルブを制御し、且つ前記ＥＧＲバルブを閉鎖して、熱回収及びＥＧＲクーラー処理の両方を実行しない第４の制御モード
を指示可能である、請求項１０又は１１に記載の熱交換システム。
（１）前記第１流路を閉鎖するとともに前記第２流路を開放するように前記流路バルブを制御し、且つ前記ＥＧＲバルブを開放して、熱回収及びＥＧＲクーラー処理の両方を実行する第１の制御モード
（２）前記第１流路を閉鎖するとともに前記第２流路を開放するように前記流路バルブを制御し、且つ前記ＥＧＲバルブを閉鎖して、熱回収のみを実行する第２の制御モード
（３）前記第１流路を開放するとともに前記第２流路を閉鎖するように前記流路バルブを制御し、且つ前記ＥＧＲバルブを開放して、ＥＧＲクーラー処理のみを実行する第３の制御モード
（４）前記第１流路を開放するとともに前記第２流路を閉鎖するように前記流路バルブを制御し、且つ前記ＥＧＲバルブを閉鎖して、熱回収及びＥＧＲクーラー処理の両方を実行しない第４の制御モード
を指示可能である、請求項１０又は１１に記載の熱交換システム。
【請求項13】
エンジンの排気管に配置される請求項１～６のいずれか一項に記載の熱交換器を用いる熱交換器の制御方法であって、
前記第１流路を閉鎖するとともに前記第２流路を開放するように前記流路バルブを制御して、熱交換を行う工程と、
前記第１流路を開放するとともに前記第２流路を閉鎖するように前記流路バルブを制御して、熱遮断を行う工程と
を含む、熱交換器の制御方法。
前記第１流路を閉鎖するとともに前記第２流路を開放するように前記流路バルブを制御して、熱交換を行う工程と、
前記第１流路を開放するとともに前記第２流路を閉鎖するように前記流路バルブを制御して、熱遮断を行う工程と
を含む、熱交換器の制御方法。
【請求項14】
ＥＧＲバルブを開放して、前記ＥＧＲ管を介して前記エンジンの吸気系に前記第１流体を供給する工程を更に含む、請求項１３に記載の熱交換器の制御方法。
【請求項15】
エンジンの排気管に配置される請求項２～６のいずれか一項に記載の熱交換器を用いる熱交換器の制御方法であって、下記（１）～（４）の制御工程：
（１）前記第１流路を閉鎖するとともに前記第２流路を開放するように前記流路バルブを制御し、且つ前記ＥＧＲバルブを開放して、熱回収及びＥＧＲクーラー処理の両方を実行する第１の制御工程
（２）前記第１流路を閉鎖するとともに前記第２流路を開放するように前記流路バルブを制御し、且つ前記ＥＧＲバルブを閉鎖して、熱回収のみを実行する第２の制御工程
（３）前記第１流路を開放するとともに前記第２流路を閉鎖するように前記流路バルブを制御し、且つ前記ＥＧＲバルブを開放して、ＥＧＲクーラー処理のみを実行する第３の制御工程
（４）前記第１流路を開放するとともに前記第２流路を閉鎖するように前記流路バルブを制御し、且つ前記ＥＧＲバルブを閉鎖して、熱回収及びＥＧＲクーラー処理の両方を実行しない第４の制御工程
を含む、熱交換器の制御方法。
（１）前記第１流路を閉鎖するとともに前記第２流路を開放するように前記流路バルブを制御し、且つ前記ＥＧＲバルブを開放して、熱回収及びＥＧＲクーラー処理の両方を実行する第１の制御工程
（２）前記第１流路を閉鎖するとともに前記第２流路を開放するように前記流路バルブを制御し、且つ前記ＥＧＲバルブを閉鎖して、熱回収のみを実行する第２の制御工程
（３）前記第１流路を開放するとともに前記第２流路を閉鎖するように前記流路バルブを制御し、且つ前記ＥＧＲバルブを開放して、ＥＧＲクーラー処理のみを実行する第３の制御工程
（４）前記第１流路を開放するとともに前記第２流路を閉鎖するように前記流路バルブを制御し、且つ前記ＥＧＲバルブを閉鎖して、熱回収及びＥＧＲクーラー処理の両方を実行しない第４の制御工程
を含む、熱交換器の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、熱交換器、熱交換システム及び熱交換器の制御方法に関する。
【背景技術】
【0002】
エンジンの排気から熱を回収する排熱回収機能と、排気の一部をエンジンの吸気系に再循環させる排気を冷却するＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）クーラー機能とを兼ね備える技術が知られている。
このような技術として、特許文献１には、エンジンで生じた排気ガスを排出するための主流路を有する排気マニホルド本体と、排気ガスの少なくとも一部を主流路から取り出すべく排気マニホルド本体に設けた分岐部と、分岐部に取り出された排気ガスを排気マニホルド本体から流出する流出口とを備え、排気マニホルド本体のうち流出口の設置箇所よりも排気ガスの流通方向に沿った上流側に、排気ガスの熱を回収する熱交換器を設けることで、ＥＧＲクーラーの機能を有する排気マニホルドが知られている。この排気マニホルドでは、排気ガスの一部又は全部が熱交換器に供給され、熱回収及び排気ガスの冷却が行われる。冷却された排気ガスの一部は、第１分岐路を介して吸気マニホルドに還流され、その残りが第２分岐路を介してセンターパイプに合流して系外に排出される。
このような技術として、特許文献１には、エンジンで生じた排気ガスを排出するための主流路を有する排気マニホルド本体と、排気ガスの少なくとも一部を主流路から取り出すべく排気マニホルド本体に設けた分岐部と、分岐部に取り出された排気ガスを排気マニホルド本体から流出する流出口とを備え、排気マニホルド本体のうち流出口の設置箇所よりも排気ガスの流通方向に沿った上流側に、排気ガスの熱を回収する熱交換器を設けることで、ＥＧＲクーラーの機能を有する排気マニホルドが知られている。この排気マニホルドでは、排気ガスの一部又は全部が熱交換器に供給され、熱回収及び排気ガスの冷却が行われる。冷却された排気ガスの一部は、第１分岐路を介して吸気マニホルドに還流され、その残りが第２分岐路を介してセンターパイプに合流して系外に排出される。
【0003】
しかしながら、特許文献１に記載の排気マニホルドは、第２分岐路がセンターパイプに合流する合流点において、センターパイプから第２分岐路への流れを妨げるような障害物がない。そのため、センターパイプから第２分岐路へ排気ガスが逆流してしまい、ＥＧＲクーラー機能が損なわれるという問題があった。
【0004】
そこで、この問題を解決するために、特許文献２には、内燃機関からの排気が内周側へ流入する第一排気管と、第一排気管よりも排気の流通方向下流側にある第二排気管と、第一排気管から流入する排気と加熱対象となる流体との間で熱交換を行う熱交換器と、第一排気管から熱交換器を経ることなく第二排気管へ流出する排気の流量と第一排気管から熱交換器へ流入する排気の流量との流量比を変更可能なバルブと、熱交換器において流体との熱交換が行われた排気の一部又は全部を、内燃機関の吸気系へ再循環させる排気再循環流路へと分岐させる分岐部とを備える排気熱回収装置が提案されている。熱交換器は、複数のプレートと、複数のプレートを収容するシェルを有し、シェルの内部は複数の分割領域に区画され、当該分割領域それぞれの内部には少なくとも一つのプレートが配置されている。また、シェルの内部における排気の流路は、排気流入路から流入する排気が少なくとも一つの分割領域においてプレートに接触してから分岐部に到達し、かつ、分岐部において排気再循環流路へ分岐しなかった排気が少なくとも一つの分割領域においてプレートに接触してから第二排気管へ流出するように構成されている。このような構成とすることにより、第二排気管からシェルの内部へ高温の排気が逆流したとしても、そのような排気は、少なくとも一つの分割領域においてプレートとの接触に伴って熱交換が行われて冷却された後に分岐路に到達することとなる。そのため、高温の排気の逆流によってＥＧＲクーラー機能が損なわれることを抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開２００８－１６３７７３号公報
【特許文献2】特許第６４９９３２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
特許文献２の排気熱回収装置は、逆流した排気ガスを冷却するために熱交換器を複数の分割領域に区画しているため、順流の排気ガスを熱交換器全体で冷却することができず、順流の排気ガスの冷却や、排気ガスからの熱回収が不足する恐れがある。また、特許文献２の排気熱回収装置は、熱交換器及びその下流域における順流の排気ガスの流路が狭くなっているため、圧力損失が高く、エンジンへの負荷が増大することも懸念される。
【0007】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、排気ガスのような第１流体の冷却性能及び第１流体からの熱回収性能が高く、第１流体の逆流及び圧力損失の増大を抑制することが可能な、熱交換（排熱回収）機能とＥＧＲクーラー機能とを兼ね備える熱交換器、熱交換システム及び熱交換器の制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明者らは、熱交換器の構造について鋭意研究を行った結果、特定の構造を有する熱交換器とすることにより、上記の課題を解決し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。
【0009】
すなわち、本発明は、内周壁と、外周壁と、前記内周壁と前記外周壁との間に配設され、第１端面から第２端面まで延びる複数のセルを区画形成する隔壁とを有する中空型のハニカム構造体と、
熱遮断時に第１流体が前記ハニカム構造体の前記内周壁内を流通可能な第１流路と、
熱交換時に前記第１流体が前記ハニカム構造体の前記セル内を流通可能な第２流路と、
前記第２流路に隣接して配置され、前記第１流体と熱交換を行う第２流体が流通可能な第３流路と、
前記ハニカム構造体よりも下流側に配置され、前記第１流路内及び前記第２流路内の前記第１流体の流通を制御可能な１つ又は２つの流路バルブと
を備え、
前記第２流路は、前記ハニカム構造体の第２端面と前記流路バルブとの間に、前記第１流体をエンジンの吸気系に還流するＥＧＲ管と接続可能な接続口を有する熱交換器である。
熱遮断時に第１流体が前記ハニカム構造体の前記内周壁内を流通可能な第１流路と、
熱交換時に前記第１流体が前記ハニカム構造体の前記セル内を流通可能な第２流路と、
前記第２流路に隣接して配置され、前記第１流体と熱交換を行う第２流体が流通可能な第３流路と、
前記ハニカム構造体よりも下流側に配置され、前記第１流路内及び前記第２流路内の前記第１流体の流通を制御可能な１つ又は２つの流路バルブと
を備え、
前記第２流路は、前記ハニカム構造体の第２端面と前記流路バルブとの間に、前記第１流体をエンジンの吸気系に還流するＥＧＲ管と接続可能な接続口を有する熱交換器である。
【0010】
また、本発明は、エンジンからの排気管に配置される前記熱交換器と、
前記熱交換器の上流側の前記排気管に配置される第１触媒ユニットと
を備える熱交換システムである。
前記熱交換器の上流側の前記排気管に配置される第１触媒ユニットと
を備える熱交換システムである。
【0011】
また、本発明は、エンジンの排気管に配置される前記熱交換器を用いる熱交換器の制御方法であって、
前記第１流路を閉鎖するとともに前記第２流路を開放するように前記流路バルブを制御して、熱交換を行う工程と、
前記第１流路を開放するとともに前記第２流路を閉鎖するように前記流路バルブを制御して、熱遮断を行う工程と
を含む、熱交換器の制御方法である。
前記第１流路を閉鎖するとともに前記第２流路を開放するように前記流路バルブを制御して、熱交換を行う工程と、
前記第１流路を開放するとともに前記第２流路を閉鎖するように前記流路バルブを制御して、熱遮断を行う工程と
を含む、熱交換器の制御方法である。
【0012】
さらに、本発明は、エンジンの排気管に配置される前記熱交換器を用いる熱交換器の制御方法であって、下記（１）～（４）の制御工程：
（１）前記第１流路を閉鎖するとともに前記第２流路を開放するように前記流路バルブを制御し、且つ前記ＥＧＲバルブを開放して、熱回収及びＥＧＲクーラー処理の両方を実行する第１の制御工程
（２）前記第１流路を閉鎖するとともに前記第２流路を開放するように前記流路バルブを制御し、且つ前記ＥＧＲバルブを閉鎖して、熱回収のみを実行する第２の制御工程
（３）前記第１流路を開放するとともに前記第２流路を閉鎖するように前記流路バルブを制御し、且つ前記ＥＧＲバルブを開放して、ＥＧＲクーラー処理のみを実行する第３の制御工程
（４）前記第１流路を開放するとともに前記第２流路を閉鎖するように前記流路バルブを制御し、且つ前記ＥＧＲバルブを閉鎖して、熱回収及びＥＧＲクーラー処理の両方を実行しない第４の制御工程
を含む、熱交換器の制御方法である。
（１）前記第１流路を閉鎖するとともに前記第２流路を開放するように前記流路バルブを制御し、且つ前記ＥＧＲバルブを開放して、熱回収及びＥＧＲクーラー処理の両方を実行する第１の制御工程
（２）前記第１流路を閉鎖するとともに前記第２流路を開放するように前記流路バルブを制御し、且つ前記ＥＧＲバルブを閉鎖して、熱回収のみを実行する第２の制御工程
（３）前記第１流路を開放するとともに前記第２流路を閉鎖するように前記流路バルブを制御し、且つ前記ＥＧＲバルブを開放して、ＥＧＲクーラー処理のみを実行する第３の制御工程
（４）前記第１流路を開放するとともに前記第２流路を閉鎖するように前記流路バルブを制御し、且つ前記ＥＧＲバルブを閉鎖して、熱回収及びＥＧＲクーラー処理の両方を実行しない第４の制御工程
を含む、熱交換器の制御方法である。
【発明の効果】
【0013】
本発明によれば、排気ガスのような第１流体の冷却性能及び第１流体からの熱回収性能が高く、第１流体の逆流及び圧力損失の増大を抑制することが可能な、熱交換（排熱回収）機能とＥＧＲクーラー機能とを兼ね備える熱交換器、熱交換システム及び熱交換器の制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】本発明の実施形態に係る熱交換器の模式的な断面図である。
【図3】本発明の実施形態に係る別の熱交換器の模式的な断面図である。
【図4】ハニカム構造体及び内筒部材の部分を拡大して示した斜視図である。
【図7】本発明の実施形態に係る熱交換システムの模式図である。
【図8】本発明の実施形態に係る熱交換システムにおける制御モード、及び本発明の実施形態に係る熱交換器の制御方法における制御工程を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、本発明の具体的な実施形態について、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、以下の実施形態に対し変更、改良などが適宜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。
【0016】
（１．熱交換器）
本発明の実施形態に係る熱交換器は、内周壁と、外周壁と、内周壁と外周壁との間に配設され、第１端面から第２端面まで延びる複数のセルを区画形成する隔壁とを有する中空型のハニカム構造体（以下、「ハニカム構造体」と略すことがある）と；熱遮断時に第１流体がハニカム構造体の内周壁内を流通可能な第１流路と；熱交換時に第１流体がハニカム構造体のセル内を流通可能な第２流路と；第２流路に隣接して配置され、第１流体と熱交換を行う第２流体が流通可能な第３流路と；ハニカム構造体よりも下流側に配置され、第１流路内及び第２流路内の第１流体の流通を制御可能な１つ又は２つの流路バルブを備える。また、この熱交換器は、第２流路が、ハニカム構造体の第２端面と流路バルブとの間に、第１流体をエンジンの吸気系に還流するＥＧＲ管と接続可能な接続口を有する。このような構成とすることにより、熱交換時に熱交換部（ハニカム構造体）全体で第１流体（排気ガス）を冷却することができるため、第１流体の冷却効果を高めることができる。同様に、熱交換時に熱交換部全体で第１流体から熱回収することができるため、熱回収性能を高めることができる。また、１つ又は２つの流路バルブによって第１流路内及び第２流路内の第１流体の流通を制御しているため、第１流体の逆流が生じ難い。また、第１流体の逆流を抑制するために流路を狭くする必要もないため、圧力損失の増大を抑制することもできる。
なお、本明細書において、「熱交換時」とは、「熱回収時」及び「ＥＧＲクーラー処理時」の両方を含む概念であり、「熱回収時」、「ＥＧＲクーラー処理時」、又はこれらの両方を意味する。また、「熱遮断時」とは、熱交換を行わない場合（熱回収を抑制する場合）のことを意味する。
本発明の実施形態に係る熱交換器は、内周壁と、外周壁と、内周壁と外周壁との間に配設され、第１端面から第２端面まで延びる複数のセルを区画形成する隔壁とを有する中空型のハニカム構造体（以下、「ハニカム構造体」と略すことがある）と；熱遮断時に第１流体がハニカム構造体の内周壁内を流通可能な第１流路と；熱交換時に第１流体がハニカム構造体のセル内を流通可能な第２流路と；第２流路に隣接して配置され、第１流体と熱交換を行う第２流体が流通可能な第３流路と；ハニカム構造体よりも下流側に配置され、第１流路内及び第２流路内の第１流体の流通を制御可能な１つ又は２つの流路バルブを備える。また、この熱交換器は、第２流路が、ハニカム構造体の第２端面と流路バルブとの間に、第１流体をエンジンの吸気系に還流するＥＧＲ管と接続可能な接続口を有する。このような構成とすることにより、熱交換時に熱交換部（ハニカム構造体）全体で第１流体（排気ガス）を冷却することができるため、第１流体の冷却効果を高めることができる。同様に、熱交換時に熱交換部全体で第１流体から熱回収することができるため、熱回収性能を高めることができる。また、１つ又は２つの流路バルブによって第１流路内及び第２流路内の第１流体の流通を制御しているため、第１流体の逆流が生じ難い。また、第１流体の逆流を抑制するために流路を狭くする必要もないため、圧力損失の増大を抑制することもできる。
なお、本明細書において、「熱交換時」とは、「熱回収時」及び「ＥＧＲクーラー処理時」の両方を含む概念であり、「熱回収時」、「ＥＧＲクーラー処理時」、又はこれらの両方を意味する。また、「熱遮断時」とは、熱交換を行わない場合（熱回収を抑制する場合）のことを意味する。
【0017】
図１は、本発明の実施形態に係る熱交換器の模式的な断面図（中型のハニカム構造体のセルが延びる方向に平行な断面図）を示す。また、図２は、図１の熱交換器におけるａ－ａ’線の断面図を示す。さらに、図３は、本発明の実施形態に係る別の熱交換器の模式的な断面図（中型のハニカム構造体のセルが延びる方向に平行な断面図）を示す。
図１～３に示されるように、本発明の実施形態に係る熱交換器１００は、中空型のハニカム構造体１０と、第１流体が流通可能な第１流路２０及び第２流路３０と、第２流体が流通可能な第３流路４０と、第１流路２０内及び第２流路３０内の第１流体の流通を制御可能な流路バルブ５０とを備える。第２流路３０は、第１流体をエンジンの吸気系に還流するＥＧＲ管６０と接続可能な接続口３１を有する。
また、熱交換器１００は、接続口３１に接続されたＥＧＲ管６０を更に有することができ、ＥＧＲ管６０の途中に第１流体のエンジンの吸気系への流通を制御可能なＥＧＲバルブ６１を設けることができる。ＥＧＲ管６０を設けることにより、熱交換器１００をＥＧＲクーラーとして使用することが可能となる。したがって、熱交換器１００を車両に用いることでＥＧＲクーラーを別途設けることが不要となるため、車両の軽量化などを図ることができる。また、ＥＧＲ管６０は、ハニカム構造体１０によって熱交換されて冷却された第１流体が流れることで、高温にならないため、周りの部品へ熱害を及ぼすことを抑制することができる。
図１～３に示されるように、本発明の実施形態に係る熱交換器１００は、中空型のハニカム構造体１０と、第１流体が流通可能な第１流路２０及び第２流路３０と、第２流体が流通可能な第３流路４０と、第１流路２０内及び第２流路３０内の第１流体の流通を制御可能な流路バルブ５０とを備える。第２流路３０は、第１流体をエンジンの吸気系に還流するＥＧＲ管６０と接続可能な接続口３１を有する。
また、熱交換器１００は、接続口３１に接続されたＥＧＲ管６０を更に有することができ、ＥＧＲ管６０の途中に第１流体のエンジンの吸気系への流通を制御可能なＥＧＲバルブ６１を設けることができる。ＥＧＲ管６０を設けることにより、熱交換器１００をＥＧＲクーラーとして使用することが可能となる。したがって、熱交換器１００を車両に用いることでＥＧＲクーラーを別途設けることが不要となるため、車両の軽量化などを図ることができる。また、ＥＧＲ管６０は、ハニカム構造体１０によって熱交換されて冷却された第１流体が流れることで、高温にならないため、周りの部品へ熱害を及ぼすことを抑制することができる。
【0018】
＜中空型のハニカム構造体１０＞
中空型のハニカム構造体１０は、内周壁１１と、外周壁１２と、内周壁１１と外周壁１２との間に配設され、第１端面１４ａから第２端面１４ｂまで延びる複数のセル１５を区画形成する隔壁１３とを有する。
ここで、本明細書において「中空型のハニカム構造体１０」とは、セル１５が延びる方向に直交する中空型のハニカム構造体１０の断面において、中心部に中空領域を有するハニカム構造体１０を意味する。
中空型のハニカム構造体１０の外形としては、特に限定されず、例えば、円柱、楕円柱、四角柱又はその他の多角柱などの柱状とすることができる。
また、中空型のハニカム構造体１０における中空領域の形状についても、特に限定されず、例えば、円柱、楕円柱、四角柱又はその他の多角柱などとすることができる。
なお、中空型のハニカム構造体１０の形状と、中空領域の形状とは同一であっても異なっていてもよいが、外部からの衝撃、熱応力などに対する耐性の観点から、同一であることが好ましい。
中空型のハニカム構造体１０は、内周壁１１と、外周壁１２と、内周壁１１と外周壁１２との間に配設され、第１端面１４ａから第２端面１４ｂまで延びる複数のセル１５を区画形成する隔壁１３とを有する。
ここで、本明細書において「中空型のハニカム構造体１０」とは、セル１５が延びる方向に直交する中空型のハニカム構造体１０の断面において、中心部に中空領域を有するハニカム構造体１０を意味する。
中空型のハニカム構造体１０の外形としては、特に限定されず、例えば、円柱、楕円柱、四角柱又はその他の多角柱などの柱状とすることができる。
また、中空型のハニカム構造体１０における中空領域の形状についても、特に限定されず、例えば、円柱、楕円柱、四角柱又はその他の多角柱などとすることができる。
なお、中空型のハニカム構造体１０の形状と、中空領域の形状とは同一であっても異なっていてもよいが、外部からの衝撃、熱応力などに対する耐性の観点から、同一であることが好ましい。
【0019】
セル１５の形状としては、特に限定されず、セル１５が延びる方向に直交する断面において、円形、楕円形、三角形、四角形、六角形、又はその他の多角形などとすることができる。また、セル１５は、セル１５が延びる方向に直交する断面において、放射状に設けられていることが好ましい。このような構成とすることにより、セル１５を流通する第１流体の熱をハニカム構造体１０の外部に効率良く伝達することができる。
【0020】
隔壁１３の厚みは、特に限定されないが、好ましくは０．０５～１．０ｍｍ、より好ましくは０．２～０．６ｍｍである。隔壁１３の厚みを０．０５ｍｍ以上とすることにより、ハニカム構造体１０の機械的強度を十分なものとすることができる。また、隔壁１３の厚さを１．０ｍｍ以下とすることにより、開口面積の低下によって圧力損失が大きくなったり、第１流体との接触面積の低下によって熱回収効率が低下したりするなどの問題を抑制することができる。
【0021】
内周壁１１及び外周壁１２の厚みは、特に限定されないが、隔壁１３の厚みよりも大きいことが好ましい。このような構成とすることにより、外部からの衝撃、第１流体と第２流体との間の温度差による熱応力などによって破壊（例えば、ひび、割れなど）が起こり易い内周壁１１及び外周壁１２の強度を高めることができる。
なお、内周壁１１及び外周壁１２の厚みは、特に限定されず、用途などに応じて適宜調整すればよい。例えば、内周壁１１及び外周壁１２の厚みは、好ましくは０．３ｍｍ～１０ｍｍ、より好ましくは０．５ｍｍ～５ｍｍ、更に好ましくは１ｍｍ～３ｍｍである。
なお、内周壁１１及び外周壁１２の厚みは、特に限定されず、用途などに応じて適宜調整すればよい。例えば、内周壁１１及び外周壁１２の厚みは、好ましくは０．３ｍｍ～１０ｍｍ、より好ましくは０．５ｍｍ～５ｍｍ、更に好ましくは１ｍｍ～３ｍｍである。
【0022】
内周壁１１、外周壁１２及び隔壁１３は、セラミックスを主成分とする。「セラミックスを主成分とする」とは、全成分の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。セラミックスを用いることにより、錆びや変形を抑制しつつ、軽量化を図ることができる。
【0023】
内周壁１１、外周壁１２及び隔壁１３の気孔率は、特に限定されないが、好ましくは１０％以下、より好ましくは５％以下、更に好ましくは３％以下である。また、内周壁１１、外周壁１２及び隔壁１３の気孔率は０％であってもよい。内周壁１１、外周壁１２及び隔壁１３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。
【0024】
内周壁１１、外周壁１２及び隔壁１３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。このような材料としては、Ｓｉ含浸ＳｉＣ、（Ｓｉ＋Ａｌ）含浸ＳｉＣ、金属複合ＳｉＣ、再結晶ＳｉＣ、Ｓｉ3Ｎ4、及びＳｉＣなどが挙げられる。これらの中でも、安価に製造でき、高熱伝導であることからＳｉ含浸ＳｉＣ、（Ｓｉ＋Ａｌ）含浸ＳｉＣを用いることが好ましい。
【0025】
セル１５が延びる方向に直交する断面における中空型のハニカム構造体１０のセル密度（すなわち、単位面積当たりのセル１５の数）は、特に限定されないが、好ましくは４～３２０セル／ｃｍ2である。セル密度を４セル／ｃｍ2以上とすることにより、隔壁１３の強度、ひいてはハニカム構造体１０自体の強度及び有効ＧＳＡ（幾何学的表面積）を十分に確保することができる。また、セル密度を３２０セル／ｃｍ2以下とすることにより、第１流体が流れる際の圧力損失の増大を抑制することができる。
【0026】
中空型のハニカム構造体１０のアイソスタティック強度は、特に限定されないが、好ましくは１００ＭＰａ以上、より好ましくは１５０ＭＰａ以上、更に好ましくは２００ＭＰａ以上である。ハニカム構造体１０のアイソスタティック強度を１００ＭＰａ以上とすることにより、ハニカム構造体１０の耐久性を向上させることができる。ハニカム構造体１０のアイソスタティック強度は、公益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強度の測定方法に準じて測定することができる。
【0027】
セル１５が延びる方向に直交する断面における中空型のハニカム構造体１０の外周壁１２の直径（外径）は、特に限定されないが、好ましくは２０～２００ｍｍ、より好ましくは３０～１００ｍｍである。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。外周壁１２が円形でない場合には、外周壁１２の断面形状に内接する最大内接円の直径を、外周壁１２の直径とする。
また、セル１５が延びる方向に直交する断面における中空型のハニカム構造体１０の内周壁１１の直径は、特に限定されないが、好ましくは１～６０ｍｍ、より好ましくは１～５０ｍｍ、更に好ましくは２～３０ｍｍである。内周壁１１の断面形状が円形でない場合には、内周壁１１の断面形状に内接する最大内接円の直径を、内周壁１１の直径とする。
また、セル１５が延びる方向に直交する断面における中空型のハニカム構造体１０の内周壁１１の直径は、特に限定されないが、好ましくは１～６０ｍｍ、より好ましくは１～５０ｍｍ、更に好ましくは２～３０ｍｍである。内周壁１１の断面形状が円形でない場合には、内周壁１１の断面形状に内接する最大内接円の直径を、内周壁１１の直径とする。
【0028】
中空型のハニカム構造体１０の熱伝導率は、特に限定されないが、２５℃において、好ましくは５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上、より好ましくは１００～３００Ｗ／（ｍ・Ｋ）、更に好ましくは１２０～３００Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。ハニカム構造体１０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、ハニカム構造体１０内の熱を外部に効率良く伝達させることができる。なお、熱伝導率の値は、レーザーフラッシュ法（ＪＩＳ Ｒ１６１１：１９９７）により測定した値を意味する。
【0029】
中空型のハニカム構造体１０は、隔壁１３に触媒を担持していてもよい。隔壁１３に触媒を担持させると、排気ガス中のＣＯ、ＮＯｘ、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るとともに、触媒反応の際に生じる反応熱を熱交換に用いることも可能になる。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、又はそれ以外の金属化合物として含有されていてもよい。
【0030】
＜第１流路２０＞
第１流路２０は、熱遮断時に第１流体がハニカム構造体１０の内周壁１１内（内周壁１１の径方向内側）を流通可能な流路である。
第１流路２０としては、特に限定されないが、ハニカム構造体１０の内周壁１１に設けられた内筒部材２１の内側領域を含むことができる。
例えば、第１流路２０は、一態様において、図１及び２に示されるように、ハニカム構造体１０の内周壁１１に設けられた内筒部材２１を用いて構成することができる。この場合、第１流路２０は、内筒部材２１の内側領域を含む。また、内筒部材２１は、第１流体をハニカム構造体１０のセル１５に導入するための貫通孔２２を有しており、貫通孔２２によって第１流体の流れを２つ（内筒部材２１の内側領域内を流通する流れと、貫通孔２２を介してハニカム構造体１０のセル１５及び内筒部材２１の外側領域を流通する流れと）に分岐させることができる。
ここで、内筒部材２１に設けられる貫通孔２２の例を図４に示す。図４は、ハニカム構造体１０及び内筒部材２１の部分を拡大して示した斜視図である。図４（ａ）～（ｆ）に示すように、貫通孔２２は、内筒部材２１の全周に形成されていてもよいし、内筒部材２１の部分的な位置（例えば、上部、中央部又は下部のみ）に形成されていてもよい。また、貫通孔２２の形状も、円形、楕円形、四角形などの各種形状とすることができる。
第１流路２０は、熱遮断時に第１流体がハニカム構造体１０の内周壁１１内（内周壁１１の径方向内側）を流通可能な流路である。
第１流路２０としては、特に限定されないが、ハニカム構造体１０の内周壁１１に設けられた内筒部材２１の内側領域を含むことができる。
例えば、第１流路２０は、一態様において、図１及び２に示されるように、ハニカム構造体１０の内周壁１１に設けられた内筒部材２１を用いて構成することができる。この場合、第１流路２０は、内筒部材２１の内側領域を含む。また、内筒部材２１は、第１流体をハニカム構造体１０のセル１５に導入するための貫通孔２２を有しており、貫通孔２２によって第１流体の流れを２つ（内筒部材２１の内側領域内を流通する流れと、貫通孔２２を介してハニカム構造体１０のセル１５及び内筒部材２１の外側領域を流通する流れと）に分岐させることができる。
ここで、内筒部材２１に設けられる貫通孔２２の例を図４に示す。図４は、ハニカム構造体１０及び内筒部材２１の部分を拡大して示した斜視図である。図４（ａ）～（ｆ）に示すように、貫通孔２２は、内筒部材２１の全周に形成されていてもよいし、内筒部材２１の部分的な位置（例えば、上部、中央部又は下部のみ）に形成されていてもよい。また、貫通孔２２の形状も、円形、楕円形、四角形などの各種形状とすることができる。
【0031】
内筒部材２１は、外周面の一部がハニカム構造体１０の内周壁１１に嵌合する筒状部材である。内筒部材２１の外周面の一部とハニカム構造体１０の内周壁１１とは直接的に接していてもよく、他の部材（例えば、マット材又はメッシュ材、ハニカム構造体１０の位置ずれを抑制するリング部材など）を介して間接的に接していてもよい。
なお、本明細書において、「嵌合」とは、ハニカム構造体１０の内周壁１１面と内筒部材２１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。したがって、ハニカム構造体１０の内周壁１１面と内筒部材２１との嵌合においては、すきま嵌め、締まり嵌め、焼き嵌めなどの嵌め合いによる固定方法の他、ろう付け、溶接、拡散接合などにより、ハニカム構造体１０の内周壁１１と内筒部材２１とが相互に固定されている場合なども含まれる。
また、内筒部材２１の径（外径及び内径）は、軸方向にわたって一様であってよいが、少なくとも一部（例えば、軸方向両端部など）が縮径又は拡径していてもよい。
なお、本明細書において、「嵌合」とは、ハニカム構造体１０の内周壁１１面と内筒部材２１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。したがって、ハニカム構造体１０の内周壁１１面と内筒部材２１との嵌合においては、すきま嵌め、締まり嵌め、焼き嵌めなどの嵌め合いによる固定方法の他、ろう付け、溶接、拡散接合などにより、ハニカム構造体１０の内周壁１１と内筒部材２１とが相互に固定されている場合なども含まれる。
また、内筒部材２１の径（外径及び内径）は、軸方向にわたって一様であってよいが、少なくとも一部（例えば、軸方向両端部など）が縮径又は拡径していてもよい。
【0032】
内筒部材２１の材料としては、特に限定されず、製造性の観点から金属であることが好ましい。内筒部材２１の材料としては、例えば、ステンレス、チタン合金、銅合金、アルミ合金、真鍮などを用いることができる。その中でも、耐久信頼性が高く、安価という理由により、ステンレスが好ましい。
【0033】
内筒部材２１の厚みは、特に限定されないが、好ましくは０．１ｍｍ以上、より好ましくは０．３ｍｍ以上、更に好ましくは０．５ｍｍ以上である。内筒部材２１の厚みを０．１ｍｍ以上とすることにより、耐久信頼性を確保することができる。また、内筒部材２１の厚みは、好ましくは１０ｍｍ以下、より好ましくは５ｍｍ以下、更に好ましくは３ｍｍ以下である。内筒部材２１の厚みを１０ｍｍ以下とすることにより、熱抵抗を低減して熱伝導性を高めることができる。
【0034】
また、第１流路２０は、別の態様において、図３に示されるように、ハニカム構造体１０の内周壁１１に設けられた内筒部材２１と、内筒部材２１の径方向内側に第１流体の流路を構成するように間隔をもって配置される上流側筒状部材２３とを用いて構成してもよい。この場合、第１流路２０は、内筒部材２１及び上流側筒状部材２３の内側領域を含む。このような構造とすることにより、内筒部材２１に貫通孔２２を設けなくても、第１流体の流れを２つ（上流側筒状部材２３及び内筒部材２１の内側領域を流通する流れと、上流側筒状部材２３の外側領域と内筒部材２１の内側領域との間を介してハニカム構造体１０のセル１５及び内筒部材２１の外側領域を流通する流れ）に分岐させることができる。
【0035】
上流側筒状部材２３は、接続される他の部品（例えば、配管など）の形状に応じて上流側端部の形状を適宜調整することができる。例えば、他の部品の径が上流側筒状部材２３の上流側端部の径に比べて大きい場合、上流側端部を拡径することができる。
上流側筒状部材２３の固定方法としては、特に限定されないが、例えば、後述する筒状接続部材３３を介して第１外筒部材３２又は第２外筒部材４１などに嵌合すればよい。嵌合方法としては、特に限定されず、上記の方法を用いることができる。
上流側筒状部材２３の固定方法としては、特に限定されないが、例えば、後述する筒状接続部材３３を介して第１外筒部材３２又は第２外筒部材４１などに嵌合すればよい。嵌合方法としては、特に限定されず、上記の方法を用いることができる。
【0036】
上流側筒状部材２３の材料としては、特に限定されず、上記の内筒部材２１と同様の材料とすることができる。
上流側筒状部材２３の厚みとしては、特に限定されず、上記の内筒部材２１と同様の厚みとすることができる。
上流側筒状部材２３の厚みとしては、特に限定されず、上記の内筒部材２１と同様の厚みとすることができる。
【0037】
＜第２流路３０＞
第２流路３０は、熱交換時に第１流体がハニカム構造体１０のセル１５内を流通可能な流路である。
また、第２流路は、ハニカム構造体１０の第２端面１４ｂと流路バルブ５０との間に、第１流体をエンジンの吸気系に還流するＥＧＲ管６０と接続可能な接続口３１を有する。このような位置にＥＧＲ管６０と接続可能な接続口３１を設けることにより、熱交換時にハニカム構造体１０全体で第１流体を冷却することができるため、第１流体の冷却効果を高めることができる。同様に、熱交換時にハニカム構造体１０全体で第１流体から熱回収することができるため、熱回収性能を高めることができる。また、流路バルブ５０の上流側に接続口３１を設けているため、下流側から第１流体が逆流することも抑制することができる。
第２流路３０は、熱交換時に第１流体がハニカム構造体１０のセル１５内を流通可能な流路である。
また、第２流路は、ハニカム構造体１０の第２端面１４ｂと流路バルブ５０との間に、第１流体をエンジンの吸気系に還流するＥＧＲ管６０と接続可能な接続口３１を有する。このような位置にＥＧＲ管６０と接続可能な接続口３１を設けることにより、熱交換時にハニカム構造体１０全体で第１流体を冷却することができるため、第１流体の冷却効果を高めることができる。同様に、熱交換時にハニカム構造体１０全体で第１流体から熱回収することができるため、熱回収性能を高めることができる。また、流路バルブ５０の上流側に接続口３１を設けているため、下流側から第１流体が逆流することも抑制することができる。
【0038】
第２流路３０としては、特に限定されないが、内筒部材２１と、ハニカム構造体１０の外周壁１２に嵌合される第１外筒部材３２と、第１外筒部材３２の下流側端部に接続される下流側筒状部材３４とによって囲まれる領域を含み、接続口３１を第１外筒部材３２及び／又は下流側筒状部材３４に設けることができる。
例えば、第２流路３０は、一態様において、図１及び２に示されるように、内筒部材２１と、第１外筒部材３２と、筒状接続部材３３と、下流側筒状部材３４とを用いて構成することができる。この場合、第２流路３０は、これらの部材によって囲まれる領域を含む。なお、図１では、接続口３１を下流側筒状部材３４に設けた例を示しているが、第１外筒部材３２を延伸させて下流側筒状部材３４と接続し、第１外筒部材３２、又は第１外筒部材３２及び下流側筒状部材３４の両方に接続口３１を設けてもよい。
例えば、第２流路３０は、一態様において、図１及び２に示されるように、内筒部材２１と、第１外筒部材３２と、筒状接続部材３３と、下流側筒状部材３４とを用いて構成することができる。この場合、第２流路３０は、これらの部材によって囲まれる領域を含む。なお、図１では、接続口３１を下流側筒状部材３４に設けた例を示しているが、第１外筒部材３２を延伸させて下流側筒状部材３４と接続し、第１外筒部材３２、又は第１外筒部材３２及び下流側筒状部材３４の両方に接続口３１を設けてもよい。
【0039】
第１外筒部材３２は、内周面の一部がハニカム構造体１０の外周壁１２に嵌合する筒状部材である。第１外筒部材３２の内周面の一部とハニカム構造体１０の外周壁１２とは直接的又は間接的に接していてもよいが、熱交換効率（熱回収効率）の観点から直接的であることが好ましい。したがって、第１外筒部材３２は、ハニカム構造体１０の外周壁１２に対応した内周面形状を有することが好ましい。第１外筒部材３２の内周面がハニカム構造体１０の外周壁１２に直接接触することで、熱伝導性が良好となり、ハニカム構造体１０内の熱を第１外筒部材３２に効率良く伝達することができる。
【0040】
熱回収効率を高めるという観点からは、ハニカム構造体１０の外周壁１２の全周面積に対する、第１外筒部材３２によって周回被覆されるハニカム構造体１０の外周壁１２の部分の周面積の割合は高い方が好ましい。具体的には、当該周面積の割合は、好ましくは８０％以上、より好ましくは９０％以上、更に好ましくは１００％（すなわち、ハニカム構造体１０の外周壁１２の全部が第１外筒部材３２によって周回被覆される。）である。
なお、ここでいう「外周壁１２」とは、ハニカム構造体１０のセル１５が延びる方向に平行な面を指し、ハニカム構造体１０のセル１５が延びる方向に直交する面（第１端面１４ａ及び第２端面１４ｂ）を示すものではない。
なお、ここでいう「外周壁１２」とは、ハニカム構造体１０のセル１５が延びる方向に平行な面を指し、ハニカム構造体１０のセル１５が延びる方向に直交する面（第１端面１４ａ及び第２端面１４ｂ）を示すものではない。
【0041】
第１外筒部材３２の径（外径及び内径）は、軸方向にわたって一様であってよいが、少なくとも一部（例えば、軸方向両端部など）が縮径又は拡径していてもよい。
第１外筒部材３２の材料としては、特に限定されず、上記の内筒部材２１と同様の材料とすることができる。
第１外筒部材３２の厚みとしては、特に限定されず、上記の内筒部材２１と同様の厚みとすることができる。
第１外筒部材３２の材料としては、特に限定されず、上記の内筒部材２１と同様の材料とすることができる。
第１外筒部材３２の厚みとしては、特に限定されず、上記の内筒部材２１と同様の厚みとすることができる。
【0042】
筒状接続部材３３は、第１流体の流路を構成するように、第１外筒部材３２の上流端部側と内筒部材２１の上流端部側との間を接続する筒状部材である。接続は、直接的又は間接的のいずれであってもよい。間接的な接続の場合、例えば、第１外筒部材３２の上流端部側と内筒部材２１の上流端部側との間に、後述する第２外筒部材４１の上流端部側が配置されていてもよい。
また、筒状接続部材３３の形状及び設置方法は、コスト、外観、車両搭載時の搭載スペース、部品の加工性、耐熱性、耐腐食性、第１流体の整流性、及び内筒部材２１と第１外筒部材３２及び／又は第２外筒部材４１との間を接続する際の機械的強度などの観点を考慮し、これらの１つ又は複数の観点によって導かれる性能を満足するものであれば、特に限定されない。
また、筒状接続部材３３の形状及び設置方法は、コスト、外観、車両搭載時の搭載スペース、部品の加工性、耐熱性、耐腐食性、第１流体の整流性、及び内筒部材２１と第１外筒部材３２及び／又は第２外筒部材４１との間を接続する際の機械的強度などの観点を考慮し、これらの１つ又は複数の観点によって導かれる性能を満足するものであれば、特に限定されない。
【0043】
筒状接続部材３３の材料としては、特に限定されず、上記の内筒部材２１と同様の材料とすることができる。
筒状接続部材３３の厚みとしては、特に限定されず、上記の内筒部材２１と同様の厚みとすることができる。
筒状接続部材３３の厚みとしては、特に限定されず、上記の内筒部材２１と同様の厚みとすることができる。
【0044】
下流側筒状部材３４は、第１外筒部材３２の下流端部側に接続され、内筒部材２１の径方向外側に第１流体の流路を構成するように間隔をもって配置される部分を有する。接続は、直接的又は間接的のいずれであってもよい。間接的な接続の場合、例えば、下流側筒状部材３４の上流端部側と第１外筒部材３２の下流端部側との間に、後述する第２外筒部材４１の下流端部側が配置されていてもよい。
下流側筒状部材３４の径（外径及び内径）は、軸方向にわたって一様であってよいが、少なくとも一部が縮径又は拡径していてもよい。
下流側筒状部材３４の径（外径及び内径）は、軸方向にわたって一様であってよいが、少なくとも一部が縮径又は拡径していてもよい。
【0045】
また、下流側筒状部材３４の形状及び設置方法は、コスト、外観、車両搭載時の搭載スペース、部品の加工性、耐熱性、耐腐食性、第１流体の整流性、及び第１外筒部材３２及び／又は第２外筒部材４１と接続する際の機械的強度などの観点を考慮し、これら１つ又は複数の観点によって導かれる性能を満足するものであれば、特に限定されない。
【0046】
下流側筒状部材３４の材料としては、特に限定されず、上記の内筒部材２１と同様の材料とすることができる。
下流側筒状部材３４の厚みとしては、特に限定されず、上記の内筒部材２１と同様の厚みとすることができる。
下流側筒状部材３４の厚みとしては、特に限定されず、上記の内筒部材２１と同様の厚みとすることができる。
【0047】
また、第２流路３０は、別の態様において、図３に示されるように、内筒部材２１と、第１外筒部材３２と、上流側筒状部材２３と、筒状接続部材３３と、下流側筒状部材３４とを用いて構成してもよい。この場合、第２流路３０は、これらの部材によって囲まれる領域を含む。なお、図３では、接続口３１を下流側筒状部材３４に設けた例を示しているが、第１外筒部材３２を延伸させて下流側筒状部材３４と接続し、第１外筒部材３２、又は第１外筒部材３２及び下流側筒状部材３４の両方に接続口３１を設けてもよい。
【0048】
＜第３流路４０＞
第３流路４０は、第２流路３０に隣接して配置され、第１流体と熱交換を行う第２流体が流通可能な流路である。また、特に限定されないが、第３流路４０は、ハニカム構造体１０の外周壁１２の径方向外側に配置することができる。
第３流路４０としては、特に限定されないが、第１外筒部材３２と、第１外筒部材３２の径方向外側に少なくとも一部が間隔をもって配置される第２外筒部材４１とによって囲まれる領域を含むことができる。
例えば、第３流路４０は、図１～３に示されるように、第１外筒部材３２及び第２外筒部材４１を用いて構成することができる。
第３流路４０は、第２流路３０に隣接して配置され、第１流体と熱交換を行う第２流体が流通可能な流路である。また、特に限定されないが、第３流路４０は、ハニカム構造体１０の外周壁１２の径方向外側に配置することができる。
第３流路４０としては、特に限定されないが、第１外筒部材３２と、第１外筒部材３２の径方向外側に少なくとも一部が間隔をもって配置される第２外筒部材４１とによって囲まれる領域を含むことができる。
例えば、第３流路４０は、図１～３に示されるように、第１外筒部材３２及び第２外筒部材４１を用いて構成することができる。
【0049】
第２外筒部材４１は、上流側端部が、ハニカム構造体１０の第１端面１４ａを超えて上流側に延在していることが好ましい。このような構成とすることにより、熱交換効率（熱回収効率）を高めることができる。
【0050】
第２外筒部材４１は、第２流体を第２外筒部材４１と第１外筒部材３２との間の領域に供給するための供給管４２、及び第２流体を第２外筒部材４１と第１外筒部材３２との間の領域から排出するための排出管４３に接続されていることが好ましい。供給管４２及び排出管４３は、ハニカム構造体１０の軸方向両端部に対応する位置に設けられていることが好ましい。
また、供給管４２及び排出管４３は、同じ方向に向けて延出されていても、異なる方向に向けて延出されていてもよい。
また、供給管４２及び排出管４３は、同じ方向に向けて延出されていても、異なる方向に向けて延出されていてもよい。
【0051】
第２外筒部材４１は、上流端部側及び下流端部側の内周面が第１外筒部材３２の外周面と直接的又は間接的に接するように配置されていることが好ましい。
第２外筒部材４１の上流端部側及び下流端部側の内周面を第１外筒部材３２の外周面に固定する方法としては、特に限定されないが、すきま嵌め、締まり嵌め、焼き嵌めなどの嵌め合いによる固定方法の他、ろう付け、溶接、拡散接合などを用いることができる。
第２外筒部材４１の上流端部側及び下流端部側の内周面を第１外筒部材３２の外周面に固定する方法としては、特に限定されないが、すきま嵌め、締まり嵌め、焼き嵌めなどの嵌め合いによる固定方法の他、ろう付け、溶接、拡散接合などを用いることができる。
【0052】
第２外筒部材４１の径（外径及び内径）は、軸方向にわたって一様であってよいが、少なくとも一部（例えば、軸方向中央部、軸方向両端部など）が縮径又は拡径していてもよい。例えば、第２外筒部材４１の軸方向中央部を縮径させることにより、供給管４２及び排出管４３側の第２外筒部材４１内で第２流体を第１外筒部材３２の外周方向全体に行き渡らせることができる。そのため、軸方向中央部で熱交換に寄与しない第２流体が低減するため、熱交換効率を向上させることができる。
【0053】
第２外筒部材４１の材料としては、特に限定されず、上記の内筒部材２１と同様の材料とすることができる。
第２外筒部材４１の厚みとしては、特に限定されず、上記の内筒部材２１と同様の厚みとすることができる。
第２外筒部材４１の厚みとしては、特に限定されず、上記の内筒部材２１と同様の厚みとすることができる。
【0054】
＜流路バルブ５０＞
流路バルブ５０は、ハニカム構造体１０よりも下流側に配置される。
流路バルブ５０としては、第１流路２０内及び第２流路３０内の第１流体の流通を制御可能な機構を有していれば特に限定されない。流路バルブ５０は、例えば、第１流路２０内及び第２流路３０内にそれぞれ配置された２つの流路バルブ５０とすることができる。２つの流路バルブの制御機構は、特に限定されず、公知の制御機構を用いることができる。
また、流路バルブ５０は、図１及び３に示されるように、内筒部材２１の下流側端部に配置し、第１流路２０及び第２流路３０の一方を閉鎖することにより他方を開放する制御機構を有する１つの流路バルブ５０とすることもできる。流路バルブ５０を１つとすることにより、流路バルブ５０を設置するための構造を簡素化することができる。
流路バルブ５０は、ハニカム構造体１０よりも下流側に配置される。
流路バルブ５０としては、第１流路２０内及び第２流路３０内の第１流体の流通を制御可能な機構を有していれば特に限定されない。流路バルブ５０は、例えば、第１流路２０内及び第２流路３０内にそれぞれ配置された２つの流路バルブ５０とすることができる。２つの流路バルブの制御機構は、特に限定されず、公知の制御機構を用いることができる。
また、流路バルブ５０は、図１及び３に示されるように、内筒部材２１の下流側端部に配置し、第１流路２０及び第２流路３０の一方を閉鎖することにより他方を開放する制御機構を有する１つの流路バルブ５０とすることもできる。流路バルブ５０を１つとすることにより、流路バルブ５０を設置するための構造を簡素化することができる。
【0055】
ここで、図１に示される流路バルブ５０を下流側から見た図を図５及び６に示す。図５は熱遮断時、図６は熱交換時の流路バルブ５０の開閉状態をそれぞれ表す。
流路バルブ５０は、第１流路２０（内筒部材２１内の流路）における第１流体の流れを遮断する第１流路バルブ５０ａと、第２流路３０（ハニカム構造体１０のセル１５側の流路）における第１流体の流れを遮断する第２流路バルブ５０ｂとを有する。第２流路バルブ５０ｂは、第１流路バルブ５０ａが開となった場合に閉となり、第１流路バルブ５０ａが閉となった場合に開となるように構成されている。ただし、第１流路バルブ５０ａ及び第２流路バルブ５０ｂは、このような制御機構に限られず、それらの開閉が独立に制御可能に構成される形態であってもよい。また、第１流路バルブ５０ａ及び第２流路バルブ５０ｂの開度を調節して、第１流路２０内及び第２流路３０内の第１流体の流通を制御することにより、熱交換と熱遮断とを行ってもよい。また、ハニカム構造体１０の第２流路３０には、第１流体の流れを遮断する遮断壁５１が設けられている。第２流路バルブ５０ｂ及び遮断壁５１は、セル１５が延びる方向に直交する断面において、内筒部材２１と下流側筒状部材３４との間の第２流路３０の半分の領域を遮断することができるような半ドーナツ状（半リング状）となっており、第２流路バルブ５０ｂが閉となった場合に、第２流路バルブ５０ｂと遮断壁５１とが一体となって第１流体の流れを遮断する。
なお、図５及び６では、第２流路バルブ５０ｂ及び遮断壁５１を半ドーナツ状にした例を示したが、第２流路バルブ５０ｂ及び遮断壁５１が一体となって第１流体の流れを遮断するよう構成されていれば、それらの形状は特に限定されない。例えば、遮断壁５１を中心角が２７０°の環状扇形、第２流路バルブ５０ｂを中心角が９０°の環状扇形としてもよい。また、第１流路バルブ５０ａ及び第２流路バルブ５０ｂは、シャフト（回転軸）に接続されており、シャフトを駆動（回転）させることによって制御することができる。
流路バルブ５０は、第１流路２０（内筒部材２１内の流路）における第１流体の流れを遮断する第１流路バルブ５０ａと、第２流路３０（ハニカム構造体１０のセル１５側の流路）における第１流体の流れを遮断する第２流路バルブ５０ｂとを有する。第２流路バルブ５０ｂは、第１流路バルブ５０ａが開となった場合に閉となり、第１流路バルブ５０ａが閉となった場合に開となるように構成されている。ただし、第１流路バルブ５０ａ及び第２流路バルブ５０ｂは、このような制御機構に限られず、それらの開閉が独立に制御可能に構成される形態であってもよい。また、第１流路バルブ５０ａ及び第２流路バルブ５０ｂの開度を調節して、第１流路２０内及び第２流路３０内の第１流体の流通を制御することにより、熱交換と熱遮断とを行ってもよい。また、ハニカム構造体１０の第２流路３０には、第１流体の流れを遮断する遮断壁５１が設けられている。第２流路バルブ５０ｂ及び遮断壁５１は、セル１５が延びる方向に直交する断面において、内筒部材２１と下流側筒状部材３４との間の第２流路３０の半分の領域を遮断することができるような半ドーナツ状（半リング状）となっており、第２流路バルブ５０ｂが閉となった場合に、第２流路バルブ５０ｂと遮断壁５１とが一体となって第１流体の流れを遮断する。
なお、図５及び６では、第２流路バルブ５０ｂ及び遮断壁５１を半ドーナツ状にした例を示したが、第２流路バルブ５０ｂ及び遮断壁５１が一体となって第１流体の流れを遮断するよう構成されていれば、それらの形状は特に限定されない。例えば、遮断壁５１を中心角が２７０°の環状扇形、第２流路バルブ５０ｂを中心角が９０°の環状扇形としてもよい。また、第１流路バルブ５０ａ及び第２流路バルブ５０ｂは、シャフト（回転軸）に接続されており、シャフトを駆動（回転）させることによって制御することができる。
【0056】
第１流路バルブ５０ａ及び第２流路バルブ５０ｂを有する流路バルブ５０は、熱遮断時に、第１流路バルブ５０ａを開及び第２流路バルブ５０ｂを閉とすることにより、第２流路３０の流れが遮断されるため、第１流路２０に第１流体を選択的に流入させることができる。一方、熱交換時には、第１流路バルブ５０ａを閉及び第２流路バルブ５０ｂを開とすることにより、第１流路２０における第１流体の流れが遮断されるため、第２流路３０に第１流体を選択的に流入させることができる。
【0057】
また、流路バルブ５０は、図３に示されるように第１流路２０及び第２流路３０を構成する部材を拡径又は縮径などすることにより、その構造を簡素化してもよい。具体的には、内筒部材２１及び下流側筒状部材３４の下流側端部を縮径し、第１流路２０及び第２流路３０の流路断面の形状が同一となるような構造とすることにより、当該流路断面に対応する形状の流路バルブ５０を配置することが可能となる。流路バルブ５０は、上記と同様にシャフト（回転軸）に接続されており、シャフトを駆動（回転）させることによって制御すればよい。
上記のような構造を有する流路バルブ５０は、熱遮断時に、第２流路３０を遮断するようにシャフトを回転させることにより、第１流路２０に第１流体を選択的に流入させることができる。一方、熱交換時には、第１流路２０を遮断するようにシャフトを回転させることにより、第２流路３０に第１流体を選択的に流入させることができる。
上記のような構造を有する流路バルブ５０は、熱遮断時に、第２流路３０を遮断するようにシャフトを回転させることにより、第１流路２０に第１流体を選択的に流入させることができる。一方、熱交換時には、第１流路２０を遮断するようにシャフトを回転させることにより、第２流路３０に第１流体を選択的に流入させることができる。
【0058】
＜ＥＧＲ管６０＞
ＥＧＲ管６０は、一端が接続口３１に接続され、他端がエンジンの吸気系に接続される。ＥＧＲ管６０は、第２流路３０の上流側（ハニカム構造体１０）で冷却された第１流体をエンジンの吸気系に還流する。
ＥＧＲ管６０の形状は、特に限定されず、接続される部材（接続口３１やエンジンの吸気系の接続部）に応じて適宜調整することができる。
ＥＧＲ管６０は、一端が接続口３１に接続され、他端がエンジンの吸気系に接続される。ＥＧＲ管６０は、第２流路３０の上流側（ハニカム構造体１０）で冷却された第１流体をエンジンの吸気系に還流する。
ＥＧＲ管６０の形状は、特に限定されず、接続される部材（接続口３１やエンジンの吸気系の接続部）に応じて適宜調整することができる。
【0059】
ＥＧＲ管６０の材料としては、特に限定されず、上記の内筒部材２１と同様の材料とすることができる。
ＥＧＲ管６０の厚みとしては、特に限定されず、上記の内筒部材２１と同様の材料とすることができる。
ＥＧＲ管６０の途中にはＥＧＲバルブ６１が設けられている。ＥＧＲバルブ６１は、第１流体のエンジンの吸気系への流通を制御することができる。ＥＧＲバルブ６１としては、特に限定されず、公知のものを用いることができる。
ＥＧＲ管６０の厚みとしては、特に限定されず、上記の内筒部材２１と同様の材料とすることができる。
ＥＧＲ管６０の途中にはＥＧＲバルブ６１が設けられている。ＥＧＲバルブ６１は、第１流体のエンジンの吸気系への流通を制御することができる。ＥＧＲバルブ６１としては、特に限定されず、公知のものを用いることができる。
【0060】
＜第１流体及び第２流体＞
熱交換器１００に用いられる第１流体及び第２流体としては、特に限定されず、種々の液体及び気体を利用することができる。例えば、熱交換器１００が自動車に搭載される場合、第１流体として排気ガスを用いることができ、第２流体として水又は不凍液（ＪＩＳ Ｋ２２３４：２００６で規定されるＬＬＣ）を用いることができる。また、第１流体は、第２流体よりも高温の流体とすることができる。
熱交換器１００に用いられる第１流体及び第２流体としては、特に限定されず、種々の液体及び気体を利用することができる。例えば、熱交換器１００が自動車に搭載される場合、第１流体として排気ガスを用いることができ、第２流体として水又は不凍液（ＪＩＳ Ｋ２２３４：２００６で規定されるＬＬＣ）を用いることができる。また、第１流体は、第２流体よりも高温の流体とすることができる。
【0061】
＜熱交換器１００の製造方法＞
本発明の実施形態に係る熱交換器１００は、当該技術分野において公知の方法に準じて製造することができる。例えば、熱交換器１００は、以下に説明する方法に従って製造することができる。
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。このとき、適切な形態の口金及び治具を選択することにより、セル１５の形状及び密度、内周壁１１、外周壁１２及び隔壁１３の形状及び厚さなどを制御することができる。また、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、水及び／又は有機溶媒とを加え、得られた混合物を混練して坏土とし、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１３により区画形成されたセル１５を有する中空型のハニカム構造体１０を得ることができる。
本発明の実施形態に係る熱交換器１００は、当該技術分野において公知の方法に準じて製造することができる。例えば、熱交換器１００は、以下に説明する方法に従って製造することができる。
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。このとき、適切な形態の口金及び治具を選択することにより、セル１５の形状及び密度、内周壁１１、外周壁１２及び隔壁１３の形状及び厚さなどを制御することができる。また、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、水及び／又は有機溶媒とを加え、得られた混合物を混練して坏土とし、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１３により区画形成されたセル１５を有する中空型のハニカム構造体１０を得ることができる。
【0062】
次に、中空型のハニカム構造体１０を第１外筒部材３２内に挿入し、中空型のハニカム構造体１０の外周壁１２に第１外筒部材３２を嵌合させる。次に、中空型のハニカム構造体１０の中空領域に内筒部材２１を挿入し、中空型のハニカム構造体１０の内周壁１１に内筒部材２１を嵌合させる。次に、第１外筒部材３２の径方向外側に第２外筒部材４１を配置して固定する。なお、供給管４２及び排出管４３は、第２外筒部材４１に予め固定しておいてもよいが、適切な段階で第２外筒部材４１に固定してもよい。次に、図１及び２の構造の場合、内筒部材２１の上流端部側と第２外筒部材４１の上流端部側との間を筒状接続部材３３で接続するとともに、第２外筒部材４１の下流端部側に下流側筒状部材３４の上流端部側を接続する。一方、図３の構造の場合、内筒部材２１の径方向内側に上流側筒状部材２３を配置し、筒状接続部材３３によって第２外筒部材４１の上流端部側と上流側筒状部材２３の上流端部側との間を接続する。また、第２外筒部材４１の下流端部側に下流側筒状部材３４の上流端部側を接続するとともに、下流側筒状部材３４の下流端部側の一部を内筒部材の下流端部側に接続する。次に、下流側筒状部材３４に形成された接続口３１に、ＥＧＲバルブ６１を有するＥＧＲ管６０を接続する。その後、所定の位置に流路バルブ５０を取り付ける。
なお、各部材の配置及び固定（嵌合）の順番は上記に限定されず、製造可能な範囲で適宜変更してもよい。また、固定（嵌合）方法は、上述した方法を用いればよい。
なお、各部材の配置及び固定（嵌合）の順番は上記に限定されず、製造可能な範囲で適宜変更してもよい。また、固定（嵌合）方法は、上述した方法を用いればよい。
【0063】
（２．熱交換システム）
本発明の実施形態に係る熱交換システムは、エンジンからの排気管に配置される上記の熱交換器と、熱交換器の上流側の排気管に配置される第１触媒ユニットとを備える。この熱交換システムでは、上記の熱交換器１００が用いられる。熱交換器１００は、上記したように、熱交換時に熱交換部（ハニカム構造体１０）全体で第１流体（排気ガス）を冷却することができるため、第１流体の冷却効果を高めることができる。同様に、熱交換時に熱交換部全体で第１流体から熱回収することができるため、熱回収性能を高めることができる。また、１つ又は２つの流路バルブ５０によって第１流路２０内及び第２流路３０内の第１流体の流通を制御しているため、第１流体の逆流が生じないとともに、第１流体の逆流を抑制するために流路を狭くする必要もないため、圧力損失の増大を抑制することもできる。したがって、この熱交換器１００を備える熱交換システムは、排気ガスのような第１流体の冷却性能及び第１流体からの熱回収性能が高く、第１流体の逆流及び圧力損失の増大を抑制することができる。
なお、本明細書において、エンジンからの排気管とは、エンジンの排気系に直接的又は間接的に接続された管のことを意味する。
本発明の実施形態に係る熱交換システムは、エンジンからの排気管に配置される上記の熱交換器と、熱交換器の上流側の排気管に配置される第１触媒ユニットとを備える。この熱交換システムでは、上記の熱交換器１００が用いられる。熱交換器１００は、上記したように、熱交換時に熱交換部（ハニカム構造体１０）全体で第１流体（排気ガス）を冷却することができるため、第１流体の冷却効果を高めることができる。同様に、熱交換時に熱交換部全体で第１流体から熱回収することができるため、熱回収性能を高めることができる。また、１つ又は２つの流路バルブ５０によって第１流路２０内及び第２流路３０内の第１流体の流通を制御しているため、第１流体の逆流が生じないとともに、第１流体の逆流を抑制するために流路を狭くする必要もないため、圧力損失の増大を抑制することもできる。したがって、この熱交換器１００を備える熱交換システムは、排気ガスのような第１流体の冷却性能及び第１流体からの熱回収性能が高く、第１流体の逆流及び圧力損失の増大を抑制することができる。
なお、本明細書において、エンジンからの排気管とは、エンジンの排気系に直接的又は間接的に接続された管のことを意味する。
【0064】
図７は、本発明の実施形態に係る熱交換システムの模式図である。なお、図７において、理解し易くする観点から、熱交換器１００の構造を簡略化するとともに第３流路４０を省略している点に留意すべきである。
図７に示されるように、本発明の実施形態に係る熱交換システム１０００は、エンジン３００からの排気管３５０に配置される熱交換器１００と、熱交換器１００の上流側の排気管３５０に配置される第１触媒ユニット４００とを備える。
また、熱交換システム１０００は、熱交換器１００の下流側の排気管３５０に配置される第２触媒ユニット５００を更に備えることができる。熱交換器１００を第１触媒ユニット４００と第２触媒ユニット５００との間に設けることにより、熱交換器１００を第２触媒ユニット５００の下流側に設ける形態に比べて、熱回収量やＥＧＲさせるガス量を増加させることができる。また、第１触媒ユニット４００と第２触媒ユニット５００とを組み合わせて用いることにより、排気ガスの処理効果を高めることができる。
さらに、熱交換システム１０００は、流路バルブ５０、ＥＧＲバルブ６１を制御可能な制御部６００を更に備えることができる。制御部６００を設けることにより、熱交換システム１０００の制御が容易になる。
図７に示されるように、本発明の実施形態に係る熱交換システム１０００は、エンジン３００からの排気管３５０に配置される熱交換器１００と、熱交換器１００の上流側の排気管３５０に配置される第１触媒ユニット４００とを備える。
また、熱交換システム１０００は、熱交換器１００の下流側の排気管３５０に配置される第２触媒ユニット５００を更に備えることができる。熱交換器１００を第１触媒ユニット４００と第２触媒ユニット５００との間に設けることにより、熱交換器１００を第２触媒ユニット５００の下流側に設ける形態に比べて、熱回収量やＥＧＲさせるガス量を増加させることができる。また、第１触媒ユニット４００と第２触媒ユニット５００とを組み合わせて用いることにより、排気ガスの処理効果を高めることができる。
さらに、熱交換システム１０００は、流路バルブ５０、ＥＧＲバルブ６１を制御可能な制御部６００を更に備えることができる。制御部６００を設けることにより、熱交換システム１０００の制御が容易になる。
【0065】
第１触媒ユニット４００としては、特に限定されないが、ＣＣ（Close-Coupled）触媒を含むユニットであることが好ましい。ＣＣ触媒としては、特に限定されず、当該技術分野において公知のものを用いることができる。
第２触媒ユニット５００としては、特に限定されないが、ＵＦ（UnderFloor）触媒を含むユニットであることが好ましい。ＵＦ触媒としては、特に限定されず、当該技術分野において公知のものを用いることができる。
第２触媒ユニット５００としては、特に限定されないが、ＵＦ（UnderFloor）触媒を含むユニットであることが好ましい。ＵＦ触媒としては、特に限定されず、当該技術分野において公知のものを用いることができる。
【0066】
熱交換システム１０００において、熱交換器１００と第１触媒ユニット４００と第２触媒ユニット５００とは同軸に配置されていることが好ましい。これらの部材を同軸に配置することにより、重心を排気管３５０の中心に位置させ易くすることができるため、熱交換システム１０００を備える車両を安定化させることができる。
【0067】
制御部６００は、熱交換時に、第１流路２０を閉鎖するとともに第２流路３０を開放するように流路バルブ５０を制御し、熱遮断時に、第１流路２０を開放するとともに第２流路３０を閉鎖するように流路バルブ５０を制御することが好ましい。このような構成とすることにより、熱交換システム１０００において熱回収及び熱遮断の制御が容易になる。
【0068】
制御部６００は、ＥＧＲ管６０を介してエンジン３００の吸気系に第１流体を供給するためにＥＧＲバルブ６１を開放するように制御することが好ましい。このような構成とすることにより、熱交換システム１０００においてＥＧＲクーラー処理の制御が容易になる。
【0069】
制御部６００は、図８に示されるような、下記（１）～（４）の制御モードを指示可能であることが好ましい。なお、図８において、点線矢印が第１流体の流れを表す。また、図８において、理解し易くする観点から、熱交換器１００の構造を簡略化するとともに第３流路４０を省略している点に留意すべきである。
（１）第１流路２０を閉鎖するとともに第２流路３０を開放するように流路バルブ５０を制御し、且つＥＧＲバルブ６１を開放して、熱回収及びＥＧＲクーラー処理の両方を実行する第１の制御モード。すなわち、この制御モードでは、熱遮断を実行しない。
（２）第１流路２０を閉鎖するとともに第２流路３０を開放するように流路バルブ５０を制御し、且つＥＧＲバルブ６１を閉鎖して、熱回収のみを実行する第２の制御モード。すなわち、この制御モードでは、ＥＧＲクーラー処理及び熱遮断を実行しない。
（３）第１流路２０を開放するとともに第２流路３０を閉鎖するように流路バルブ５０を制御し、且つＥＧＲバルブ６１を開放して、ＥＧＲクーラー処理のみを実行する第３の制御モード。すなわち、この制御モードでは、熱回収を実行しない（熱遮断を実行する）。
（４）第１流路２０を開放するとともに第２流路３０を閉鎖するように流路バルブ５０を制御し、且つＥＧＲバルブ６１を閉鎖して、熱回収及びＥＧＲクーラー処理の両方を実行しない第４の制御モード。すなわち、この制御モードでは、熱遮断のみを実行する。
上記のような構成とすることにより、熱交換システム１０００において、熱回収、熱遮断及びＥＧＲクーラー処理のいずれか一つの処理を状況に応じて選択するように制御できる。
（１）第１流路２０を閉鎖するとともに第２流路３０を開放するように流路バルブ５０を制御し、且つＥＧＲバルブ６１を開放して、熱回収及びＥＧＲクーラー処理の両方を実行する第１の制御モード。すなわち、この制御モードでは、熱遮断を実行しない。
（２）第１流路２０を閉鎖するとともに第２流路３０を開放するように流路バルブ５０を制御し、且つＥＧＲバルブ６１を閉鎖して、熱回収のみを実行する第２の制御モード。すなわち、この制御モードでは、ＥＧＲクーラー処理及び熱遮断を実行しない。
（３）第１流路２０を開放するとともに第２流路３０を閉鎖するように流路バルブ５０を制御し、且つＥＧＲバルブ６１を開放して、ＥＧＲクーラー処理のみを実行する第３の制御モード。すなわち、この制御モードでは、熱回収を実行しない（熱遮断を実行する）。
（４）第１流路２０を開放するとともに第２流路３０を閉鎖するように流路バルブ５０を制御し、且つＥＧＲバルブ６１を閉鎖して、熱回収及びＥＧＲクーラー処理の両方を実行しない第４の制御モード。すなわち、この制御モードでは、熱遮断のみを実行する。
上記のような構成とすることにより、熱交換システム１０００において、熱回収、熱遮断及びＥＧＲクーラー処理のいずれか一つの処理を状況に応じて選択するように制御できる。
【0070】
（３．熱交換器の制御方法）
本発明の実施形態に係る熱交換器の制御方法は、エンジン３００の排気管３５０に配置される上記の熱交換器１００を用いて行われる。
本発明の実施形態に係る熱交換器の制御方法は、一態様において、第１流路２０を閉鎖するとともに第２流路３０を開放するように流路バルブ５０を制御して、熱交換を行う工程と、第１流路２０を開放するとともに第２流路３０を閉鎖するように流路バルブ５０を制御して、熱遮断を行う工程とを含む。このような構成とすることにより、熱交換器１００において熱回収及び熱遮断の制御が容易になる。
本発明の実施形態に係る熱交換器の制御方法は、エンジン３００の排気管３５０に配置される上記の熱交換器１００を用いて行われる。
本発明の実施形態に係る熱交換器の制御方法は、一態様において、第１流路２０を閉鎖するとともに第２流路３０を開放するように流路バルブ５０を制御して、熱交換を行う工程と、第１流路２０を開放するとともに第２流路３０を閉鎖するように流路バルブ５０を制御して、熱遮断を行う工程とを含む。このような構成とすることにより、熱交換器１００において熱回収及び熱遮断の制御が容易になる。
【0071】
また、上記の制御方法は、ＥＧＲバルブ６１を開放して、ＥＧＲ管６０を介してエンジン３００の吸気系に第１流体を供給する工程を更に含むことができる。このような構成とすることにより、熱交換器１００においてＥＧＲクーラー処理の制御が容易になる。
【0072】
本発明の実施形態に係る熱交換器の制御方法は、別の態様において、図８に示されるような、下記（１）～（４）の制御工程を含む。
（１）第１流路２０を閉鎖するとともに第２流路３０を開放するように流路バルブ５０を制御し、且つＥＧＲバルブ６１を開放して、熱回収及びＥＧＲクーラー処理の両方を実行する第１の制御工程。すなわち、この制御工程では、熱遮断を実行しない。第１の制御工程における流路バルブ５０の制御としては、例えば、第１流路バルブ５０ａを閉として第１流路２０を閉鎖し、第２流路バルブ５０ｂを開として第２流路３０を開放する形態が挙げられる。
（２）第１流路２０を閉鎖するとともに第２流路３０を開放するように流路バルブ５０を制御し、且つＥＧＲバルブ６１を閉鎖して、熱回収のみを実行する第２の制御工程。すなわち、この制御工程では、ＥＧＲクーラー処理及び熱遮断を実行しない。第２の制御工程における流路バルブ５０の制御としては、例えば、第１流路バルブ５０ａを閉として第１流路２０を閉鎖し、第２流路バルブ５０ｂを開として第２流路３０を開放する形態が挙げられる。
（３）第１流路２０を開放するとともに第２流路３０を閉鎖するように流路バルブ５０を制御し、且つＥＧＲバルブ６１を開放して、ＥＧＲクーラー処理のみを実行する第３の制御工程。すなわち、この制御工程では、熱回収を実行しない（熱遮断を実行する）。第３の制御工程における流路バルブ５０の制御としては、例えば、第１流路バルブ５０ａを開として第１流路２０を開放し、第２流路バルブ５０ｂを閉として第２流路３０を閉鎖する形態が挙げられる。
（４）第１流路２０を開放するとともに第２流路３０を閉鎖するように流路バルブ５０を制御し、且つＥＧＲバルブ６１を閉鎖して、熱回収及びＥＧＲクーラー処理の両方を実行しない第４の制御工程。すなわち、この制御工程では、熱遮断のみを実行する。第４の制御工程における流路バルブ５０の制御としては、例えば、第１流路バルブ５０ａを開として第１流路２０を開放し、第２流路バルブ５０ｂを閉として第２流路３０を閉鎖する形態が挙げられる。
上記のような構成とすることにより、熱交換器１００において、熱回収、熱遮断及びＥＧＲクーラー処理のいずれか一つの処理を状況に応じて選択するように制御できる。
（１）第１流路２０を閉鎖するとともに第２流路３０を開放するように流路バルブ５０を制御し、且つＥＧＲバルブ６１を開放して、熱回収及びＥＧＲクーラー処理の両方を実行する第１の制御工程。すなわち、この制御工程では、熱遮断を実行しない。第１の制御工程における流路バルブ５０の制御としては、例えば、第１流路バルブ５０ａを閉として第１流路２０を閉鎖し、第２流路バルブ５０ｂを開として第２流路３０を開放する形態が挙げられる。
（２）第１流路２０を閉鎖するとともに第２流路３０を開放するように流路バルブ５０を制御し、且つＥＧＲバルブ６１を閉鎖して、熱回収のみを実行する第２の制御工程。すなわち、この制御工程では、ＥＧＲクーラー処理及び熱遮断を実行しない。第２の制御工程における流路バルブ５０の制御としては、例えば、第１流路バルブ５０ａを閉として第１流路２０を閉鎖し、第２流路バルブ５０ｂを開として第２流路３０を開放する形態が挙げられる。
（３）第１流路２０を開放するとともに第２流路３０を閉鎖するように流路バルブ５０を制御し、且つＥＧＲバルブ６１を開放して、ＥＧＲクーラー処理のみを実行する第３の制御工程。すなわち、この制御工程では、熱回収を実行しない（熱遮断を実行する）。第３の制御工程における流路バルブ５０の制御としては、例えば、第１流路バルブ５０ａを開として第１流路２０を開放し、第２流路バルブ５０ｂを閉として第２流路３０を閉鎖する形態が挙げられる。
（４）第１流路２０を開放するとともに第２流路３０を閉鎖するように流路バルブ５０を制御し、且つＥＧＲバルブ６１を閉鎖して、熱回収及びＥＧＲクーラー処理の両方を実行しない第４の制御工程。すなわち、この制御工程では、熱遮断のみを実行する。第４の制御工程における流路バルブ５０の制御としては、例えば、第１流路バルブ５０ａを開として第１流路２０を開放し、第２流路バルブ５０ｂを閉として第２流路３０を閉鎖する形態が挙げられる。
上記のような構成とすることにより、熱交換器１００において、熱回収、熱遮断及びＥＧＲクーラー処理のいずれか一つの処理を状況に応じて選択するように制御できる。
【符号の説明】
【0073】
１０ ハニカム構造体
１１ 内周壁
１２ 外周壁
１３ 隔壁
１４ａ 第１端面
１４ｂ 第２端面
１５ セル
２０ 第１流路
２１ 内筒部材
２２ 貫通孔
２３ 上流側筒状部材
３０ 第２流路
３１ 接続口
３２ 第１外筒部材
３３ 筒状接続部材
４０ 第３流路
４１ 第２外筒部材
４２ 供給管
４３ 排出管
５０ 流路バルブ
５０ａ 第１流路バルブ
５０ｂ 第２流路バルブ
６０ ＥＧＲ管
６１ ＥＧＲバルブ
１００ 熱交換器
３００ エンジン
３５０ 排気管
４００ 第１触媒ユニット
５００ 第２触媒ユニット
６００ 制御部
１０００ 熱交換システム
１１ 内周壁
１２ 外周壁
１３ 隔壁
１４ａ 第１端面
１４ｂ 第２端面
１５ セル
２０ 第１流路
２１ 内筒部材
２２ 貫通孔
２３ 上流側筒状部材
３０ 第２流路
３１ 接続口
３２ 第１外筒部材
３３ 筒状接続部材
４０ 第３流路
４１ 第２外筒部材
４２ 供給管
４３ 排出管
５０ 流路バルブ
５０ａ 第１流路バルブ
５０ｂ 第２流路バルブ
６０ ＥＧＲ管
６１ ＥＧＲバルブ
１００ 熱交換器
３００ エンジン
３５０ 排気管
４００ 第１触媒ユニット
５００ 第２触媒ユニット
６００ 制御部
１０００ 熱交換システム
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
