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(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】P2024088460
(43)【公開日】2024-07-02
(54)【発明の名称】熱交換器
(51)【国際特許分類】
F28D 7/10 20060101AFI20240625BHJP
F28F 9/22 20060101ALI20240625BHJP
【ＦＩ】
F28D7/10 A
F28F9/22
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022203648
(22)【出願日】2022-12-20
(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】赤石 龍士郎
(72)【発明者】
【氏名】川口 竜生
(72)【発明者】
【氏名】岩崎 慎之介
【テーマコード（参考）】
3L065
3L103
【Ｆターム（参考）】
3L065DA08
3L103AA17
3L103BB39
3L103CC02
3L103CC27
3L103DD10
3L103DD38
3L103DD61
3L103DD82
3L103DD85
3L103DD98
(57)【要約】 （修正有）
【課題】熱回収モード時に圧力損失（流路抵抗）の増大を抑えつつ熱回収性能を向上させ、非熱回収モード時に熱遮断性能を向上させることが可能な熱交換器を提供する。
【解決手段】軸方向に内周面１１及び外周面１２、軸方向に垂直な方向に第１流体の流入端面１３ａ及び流出端面１３ｂを有する中空型の熱回収部材１０と、熱回収部材１０の外周面１２に嵌合される第１外筒部材２０と、熱回収部材１０の内周面１１に嵌合される第１内筒部材３０とを備える熱交換器１００である。第１流体の流れ方向Ｄ１を基準とした場合に、熱回収部材１０の流入端面１３ａの上流側に形成される第１外筒部材２０と第２内筒部材４０との間の空間領域Ｒ１の流れ方向長さＬ１に対する、第２内筒部材４０の流出口４１ｂから空間領域Ｒ１の上流側端部に対応する位置までの流れ方向長さＬ２の比率Ｌ２／Ｌ１が０．０５～０．９５である。
【選択図】図１Ａ
【解決手段】軸方向に内周面１１及び外周面１２、軸方向に垂直な方向に第１流体の流入端面１３ａ及び流出端面１３ｂを有する中空型の熱回収部材１０と、熱回収部材１０の外周面１２に嵌合される第１外筒部材２０と、熱回収部材１０の内周面１１に嵌合される第１内筒部材３０とを備える熱交換器１００である。第１流体の流れ方向Ｄ１を基準とした場合に、熱回収部材１０の流入端面１３ａの上流側に形成される第１外筒部材２０と第２内筒部材４０との間の空間領域Ｒ１の流れ方向長さＬ１に対する、第２内筒部材４０の流出口４１ｂから空間領域Ｒ１の上流側端部に対応する位置までの流れ方向長さＬ２の比率Ｌ２／Ｌ１が０．０５～０．９５である。
【選択図】図１Ａ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
軸方向に内周面及び外周面、軸方向に垂直な方向に第１流体の流入端面及び流出端面を有する中空型の熱回収部材と、
前記第１流体の流入口及び流出口を有し、前記熱回収部材の前記外周面に嵌合される第１外筒部材と、
前記第１流体の流入口及び流出口を有し、前記熱回収部材の前記内周面に嵌合される第１内筒部材であって、前記第１流体の流れ方向を基準とした場合に、前記熱回収部材の前記流入端面と前記流出端面との間に前記流入口が位置する第１内筒部材と、
前記第１流体の流入口及び流出口を有し、前記第１流体の流れ方向を基準とした場合に、前記熱回収部材の前記流入端面よりも上流側に前記流出口が位置する第２内筒部材であって、前記第１外筒部材の径方向内側に前記第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第２内筒部材と
を備え、
前記第２内筒部材の前記流出口の内径が、前記第１内筒部材の前記流入口の内径よりも小さく、
前記第１流体の流れ方向を基準とした場合に、前記熱回収部材の前記流入端面の上流側に形成される前記第１外筒部材と前記第２内筒部材との間の空間領域の流れ方向長さＬ１に対する、前記第２内筒部材の前記流出口から前記空間領域の上流側端部に対応する位置までの流れ方向長さＬ２の比率Ｌ２／Ｌ１が０．０５～０．９５である熱交換器。
前記第１流体の流入口及び流出口を有し、前記熱回収部材の前記外周面に嵌合される第１外筒部材と、
前記第１流体の流入口及び流出口を有し、前記熱回収部材の前記内周面に嵌合される第１内筒部材であって、前記第１流体の流れ方向を基準とした場合に、前記熱回収部材の前記流入端面と前記流出端面との間に前記流入口が位置する第１内筒部材と、
前記第１流体の流入口及び流出口を有し、前記第１流体の流れ方向を基準とした場合に、前記熱回収部材の前記流入端面よりも上流側に前記流出口が位置する第２内筒部材であって、前記第１外筒部材の径方向内側に前記第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第２内筒部材と
を備え、
前記第２内筒部材の前記流出口の内径が、前記第１内筒部材の前記流入口の内径よりも小さく、
前記第１流体の流れ方向を基準とした場合に、前記熱回収部材の前記流入端面の上流側に形成される前記第１外筒部材と前記第２内筒部材との間の空間領域の流れ方向長さＬ１に対する、前記第２内筒部材の前記流出口から前記空間領域の上流側端部に対応する位置までの流れ方向長さＬ２の比率Ｌ２／Ｌ１が０．０５～０．９５である熱交換器。
【請求項2】
前記第１流体の流路を構成するように前記第１外筒部材の前記流入口側と前記第２内筒部材との間を接続するリング状部材を更に備える、請求項１に記載の熱交換器。
【請求項3】
軸方向に内周面及び外周面、軸方向に垂直な方向に第１流体の流入端面及び流出端面を有する中空型の熱回収部材と、
前記第１流体の流入口及び流出口を有し、前記熱回収部材の前記外周面に嵌合される第１外筒部材と、
前記第１流体の流入口及び流出口を有し、前記熱回収部材の前記内周面に嵌合される第１内筒部材であって、前記第１流体の流れ方向を基準とした場合に、前記熱回収部材の前記流入端面よりも上流側に、前記熱回収部材の前記流入端面に前記第１流体を導入するための貫通孔が設けられた第１内筒部材と、
前記第１流体の流入口及び流出口を有し、前記流出口が、前記第１内筒部材の径方向内側であり、且つ前記第１流体の流れ方向を基準とした場合に前記第１内筒部材の前記貫通孔の下流側端部よりも上流側に位置する第２内筒部材と
を備え、
前記第１内筒部材の前記流入口側の端部が、前記第１外筒部材及び／又は前記第２内筒部材に接合されており、
前記第１流体の流れ方向を基準とした場合に、前記熱回収部材の前記流入端面の上流側に形成される前記第１外筒部材と前記第１内筒部材との間の空間領域の流れ方向長さＬ３に対する、前記第２内筒部材の前記流出口から前記空間領域の上流側端部に対応する位置までの流れ方向長さＬ４の比率Ｌ４／Ｌ３が０．０５～０．９５である熱交換器。
前記第１流体の流入口及び流出口を有し、前記熱回収部材の前記外周面に嵌合される第１外筒部材と、
前記第１流体の流入口及び流出口を有し、前記熱回収部材の前記内周面に嵌合される第１内筒部材であって、前記第１流体の流れ方向を基準とした場合に、前記熱回収部材の前記流入端面よりも上流側に、前記熱回収部材の前記流入端面に前記第１流体を導入するための貫通孔が設けられた第１内筒部材と、
前記第１流体の流入口及び流出口を有し、前記流出口が、前記第１内筒部材の径方向内側であり、且つ前記第１流体の流れ方向を基準とした場合に前記第１内筒部材の前記貫通孔の下流側端部よりも上流側に位置する第２内筒部材と
を備え、
前記第１内筒部材の前記流入口側の端部が、前記第１外筒部材及び／又は前記第２内筒部材に接合されており、
前記第１流体の流れ方向を基準とした場合に、前記熱回収部材の前記流入端面の上流側に形成される前記第１外筒部材と前記第１内筒部材との間の空間領域の流れ方向長さＬ３に対する、前記第２内筒部材の前記流出口から前記空間領域の上流側端部に対応する位置までの流れ方向長さＬ４の比率Ｌ４／Ｌ３が０．０５～０．９５である熱交換器。
【請求項4】
前記第１流体の流路を構成するように前記第１外筒部材の前記流入口側と前記第１内筒部材の前記流入口側及び／又は前記第２内筒部材との間を接続するリング状部材を更に備える、請求項３に記載の熱交換器。
【請求項5】
前記第１外筒部材の前記流出口側に接続され、前記第１内筒部材の径方向外側に前記第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筒状部材を更に備える、請求項１～４のいずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項6】
前記第２内筒部材は、前記流出口に向かって徐々に縮径するような流線形構造を有する、請求項１～４のいずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項7】
前記第２内筒部材の前記流出口が多角形状又は楕円状である、請求項１～４のいずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項8】
前記熱回収部材が、内周壁、外周壁、及び前記内周壁と前記外周壁との間に配設され、前記流入端面から前記流出端面まで延びる第１流体の流路となる複数のセルを区画形成する隔壁を有する中空型の柱状ハニカム構造体である、請求項１～４のいずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項9】
前記第１外筒部材の径方向外側に間隔をおいて配置され、前記第１外筒部材との間を第２流体が流通可能な第２外筒部材を更に備える、請求項１～４のいずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項10】
前記第１内筒部材の前記流出口側に配置された開閉バルブを更に備える、請求項１～４のいず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。
【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、エンジンオイル、オートマチックトランスミッションフルード（ＡＴＦ：Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｆｌｕｉｄ）などを早期に暖めて、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】
上記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１流体を流通させるとともに外部に第２流体を流通させることにより、第１流体と第２流体との間で熱交換を行う装置である。このような熱交換器では、高温の流体（例えば、排ガスなど）から低温の流体（例えば、冷却水など）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】
熱交換器は、適切な熱マネジメントの観点から、熱を回収するモード（以下、「熱回収モード」という）と、熱を回収しないモード（以下、「非熱回収モード」という）とを切り替える機能を有していることが好ましい。なお、非熱回収モードは、一般に、暖気が終了した際に適用される。
熱回収モードと非熱回収モードとの切り替えが可能な熱交換器としては、排ガスと熱交換を行う熱交換部と、排ガスが熱交換部を迂回するバイパス経路とを備える熱交換器が知られている（例えば、特許文献１）。
また、熱交換器は、自動車の搭載スペースの観点から小さいことが望ましいため、筒状部材の外周に熱交換部を設けた構造を有する熱交換器も知られている（例えば、特許文献２及び３）。
熱回収モードと非熱回収モードとの切り替えが可能な熱交換器としては、排ガスと熱交換を行う熱交換部と、排ガスが熱交換部を迂回するバイパス経路とを備える熱交換器が知られている（例えば、特許文献１）。
また、熱交換器は、自動車の搭載スペースの観点から小さいことが望ましいため、筒状部材の外周に熱交換部を設けた構造を有する熱交換器も知られている（例えば、特許文献２及び３）。
【0005】
さらに、本出願人は、特許文献４において、熱回収モード時に圧力損失（流路抵抗）への影響を抑えつつ熱回収性能を向上させ、非熱回収モード時に熱遮断性能を向上させることが可能な熱交換器の構造を提案した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】国際公開第２０１６／１４００６８号
【特許文献2】特開２０２０－８４８６０号公報
【特許文献3】特許第６７６１４２４号公報
【特許文献4】特開２０２０－１５９２７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
特許文献４に記載の熱交換器は、中空型の柱状ハニカム構造体の軸方向において、第２内筒部材（第２内筒）の流出口が、中空型の柱状ハニカム構造体の流入端面よりも流出端面側に位置している。そのため、熱回収モード時に、第２内筒部材に流入した第１流体（排ガス）の流れが反対側に折り返されることになり、圧力損失（流路抵抗）の増大を十分に抑制できなかった。圧力損失の増大は、熱交換器内に大きな負荷をもたらし、場合によっては熱交換器の破損や破裂に繋がる恐れもある。
【0008】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、熱回収モード時に圧力損失（流路抵抗）の増大を抑えつつ熱回収性能を向上させ、非熱回収モード時に熱遮断性能を向上させることが可能な熱交換器を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明者らは、特許文献４に記載の熱交換器の構造を踏まえつつ、その構造の更なる研究を行った結果、第２内筒部材の流出口を特定の位置に配置することにより、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。すなわち、本発明は、以下のように例示される。
【0010】
（１） 軸方向に内周面及び外周面、軸方向に垂直な方向に第１流体の流入端面及び流出端面を有する中空型の熱回収部材と、
前記第１流体の流入口及び流出口を有し、前記熱回収部材の前記外周面に嵌合される第１外筒部材と、
前記第１流体の流入口及び流出口を有し、前記熱回収部材の前記内周面に嵌合される第１内筒部材であって、前記第１流体の流れ方向を基準とした場合に、前記熱回収部材の前記流入端面と前記流出端面との間に前記流入口が位置する第１内筒部材と、
前記第１流体の流入口及び流出口を有し、前記第１流体の流れ方向を基準とした場合に、前記熱回収部材の前記流入端面よりも上流側に前記流出口が位置する第２内筒部材であって、前記第１外筒部材の径方向内側に前記第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第２内筒部材と
を備え、
前記第２内筒部材の前記流出口の内径が、前記第１内筒部材の前記流入口の内径よりも小さく、
前記第１流体の流れ方向を基準とした場合に、前記熱回収部材の前記流入端面の上流側に形成される前記第１外筒部材と前記第２内筒部材との間の空間領域の流れ方向長さＬ１に対する、前記第２内筒部材の前記流出口から前記空間領域の上流側端部に対応する位置までの流れ方向長さＬ２の比率Ｌ２／Ｌ１が０．０５～０．９５である熱交換器。
前記第１流体の流入口及び流出口を有し、前記熱回収部材の前記外周面に嵌合される第１外筒部材と、
前記第１流体の流入口及び流出口を有し、前記熱回収部材の前記内周面に嵌合される第１内筒部材であって、前記第１流体の流れ方向を基準とした場合に、前記熱回収部材の前記流入端面と前記流出端面との間に前記流入口が位置する第１内筒部材と、
前記第１流体の流入口及び流出口を有し、前記第１流体の流れ方向を基準とした場合に、前記熱回収部材の前記流入端面よりも上流側に前記流出口が位置する第２内筒部材であって、前記第１外筒部材の径方向内側に前記第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第２内筒部材と
を備え、
前記第２内筒部材の前記流出口の内径が、前記第１内筒部材の前記流入口の内径よりも小さく、
前記第１流体の流れ方向を基準とした場合に、前記熱回収部材の前記流入端面の上流側に形成される前記第１外筒部材と前記第２内筒部材との間の空間領域の流れ方向長さＬ１に対する、前記第２内筒部材の前記流出口から前記空間領域の上流側端部に対応する位置までの流れ方向長さＬ２の比率Ｌ２／Ｌ１が０．０５～０．９５である熱交換器。
【0011】
（２） 前記第１流体の流路を構成するように前記第１外筒部材の前記流入口側と前記第２内筒部材との間を接続するリング状部材を更に備える、（１）に記載の熱交換器。
【0012】
（３） 軸方向に内周面及び外周面、軸方向に垂直な方向に第１流体の流入端面及び流出端面を有する中空型の熱回収部材と、
前記第１流体の流入口及び流出口を有し、前記熱回収部材の前記外周面に嵌合される第１外筒部材と、
前記第１流体の流入口及び流出口を有し、前記熱回収部材の前記内周面に嵌合される第１内筒部材であって、前記第１流体の流れ方向を基準とした場合に、前記熱回収部材の前記流入端面よりも上流側に、前記熱回収部材の前記流入端面に前記第１流体を導入するための貫通孔が設けられた第１内筒部材と、
前記第１流体の流入口及び流出口を有し、前記流出口が、前記第１内筒部材の径方向内側であり、且つ前記第１流体の流れ方向を基準とした場合に前記第１内筒部材の前記貫通孔の下流側端部よりも上流側に位置する第２内筒部材と
を備え、
前記第１内筒部材の前記流入口側の端部が、前記第１外筒部材及び／又は前記第２内筒部材に接合されており、
前記第１流体の流れ方向を基準とした場合に、前記熱回収部材の前記流入端面の上流側に形成される前記第１外筒部材と前記第１内筒部材との間の空間領域の流れ方向長さＬ３に対する、前記第２内筒部材の前記流出口から前記空間領域の上流側端部に対応する位置までの流れ方向長さＬ４の比率Ｌ４／Ｌ３が０．０５～０．９５である熱交換器。
前記第１流体の流入口及び流出口を有し、前記熱回収部材の前記外周面に嵌合される第１外筒部材と、
前記第１流体の流入口及び流出口を有し、前記熱回収部材の前記内周面に嵌合される第１内筒部材であって、前記第１流体の流れ方向を基準とした場合に、前記熱回収部材の前記流入端面よりも上流側に、前記熱回収部材の前記流入端面に前記第１流体を導入するための貫通孔が設けられた第１内筒部材と、
前記第１流体の流入口及び流出口を有し、前記流出口が、前記第１内筒部材の径方向内側であり、且つ前記第１流体の流れ方向を基準とした場合に前記第１内筒部材の前記貫通孔の下流側端部よりも上流側に位置する第２内筒部材と
を備え、
前記第１内筒部材の前記流入口側の端部が、前記第１外筒部材及び／又は前記第２内筒部材に接合されており、
前記第１流体の流れ方向を基準とした場合に、前記熱回収部材の前記流入端面の上流側に形成される前記第１外筒部材と前記第１内筒部材との間の空間領域の流れ方向長さＬ３に対する、前記第２内筒部材の前記流出口から前記空間領域の上流側端部に対応する位置までの流れ方向長さＬ４の比率Ｌ４／Ｌ３が０．０５～０．９５である熱交換器。
【0013】
（４） 前記第１流体の流路を構成するように前記第１外筒部材の前記流入口側と前記第１内筒部材の前記流入口側及び／又は前記第２内筒部材との間を接続するリング状部材を更に備える、（３）に記載の熱交換器。
【0014】
（５） 前記第１外筒部材の前記流出口側に接続され、前記第１内筒部材の径方向外側に前記第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筒状部材を更に備える、（１）～（４）のいずれか一つに記載の熱交換器。
【0015】
（６） 前記第２内筒部材は、前記流出口に向かって徐々に縮径するような流線形構造を有する、（１）～（５）のいずれか一つに記載の熱交換器。
【0016】
（７） 前記第２内筒部材の前記流出口が多角形状又は楕円状である、（１）～（６）のいずれか一つに記載の熱交換器。
【0017】
（８） 前記熱回収部材が、内周壁、外周壁、及び前記内周壁と前記外周壁との間に配設され、前記流入端面から前記流出端面まで延びる第１流体の流路となる複数のセルを区画形成する隔壁を有する中空型の柱状ハニカム構造体である、（１）～（７）のいずれか一つに記載の熱交換器。
【0018】
（９） 前記第１外筒部材の径方向外側に間隔をおいて配置され、前記第１外筒部材との間を第２流体が流通可能な第２外筒部材を更に備える、（１）～（８）のいずれか一つに記載の熱交換器。
【0019】
（１０） 前記第１内筒部材の前記流出口側に配置された開閉バルブを更に備える、（１）～（９）のいずれか一つに記載の熱交換器。
【発明の効果】
【0020】
本発明によれば、熱回収モード時に圧力損失（流路抵抗）の増大を抑えつつ熱回収性能を向上させ、非熱回収モード時に熱遮断性能を向上させることが可能な熱交換器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0021】
【図1A】本発明の実施形態１に係る熱交換器の第１流体の流通方向に平行な断面図である。
【図2】本発明の実施形態１に係る別の熱交換器の第１流体の流通方向に平行な断面図である。
【図3A】本発明の実施形態２に係る熱交換器の第１流体の流通方向に平行な断面図である。
【図4】本発明の実施形態２に係る別の熱交換器の第１流体の流通方向に平行な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0022】
本発明の熱交換器は、
軸方向に内周面及び外周面、軸方向に垂直な方向に第１流体の流入端面及び流出端面を有する中空型の熱回収部材と、
前記第１流体の流入口及び流出口を有し、前記熱回収部材の前記外周面に嵌合される第１外筒部材と、
前記第１流体の流入口及び流出口を有し、前記熱回収部材の前記内周面に嵌合される第１内筒部材であって、前記第１流体の流れ方向を基準とした場合に、前記熱回収部材の前記流入端面と前記流出端面との間に前記流入口が位置する第１内筒部材と、
前記第１流体の流入口及び流出口を有し、前記第１流体の流れ方向を基準とした場合に、前記熱回収部材の前記流入端面よりも上流側に前記流出口が位置する第２内筒部材であって、前記第１外筒部材の径方向内側に前記第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第２内筒部材と
を備え、
前記第２内筒部材の前記流出口の内径が、前記第１内筒部材の前記流入口の内径よりも小さく、
前記第１流体の流れ方向を基準とした場合に、前記熱回収部材の前記流入端面の上流側に形成される前記第１外筒部材と前記第２内筒部材との間の空間領域の流れ方向長さＬ１に対する、前記第２内筒部材の前記流出口から前記空間領域の上流側端部に対応する位置までの流れ方向長さＬ２の比率Ｌ２／Ｌ１が０．０５～０．９５である。
軸方向に内周面及び外周面、軸方向に垂直な方向に第１流体の流入端面及び流出端面を有する中空型の熱回収部材と、
前記第１流体の流入口及び流出口を有し、前記熱回収部材の前記外周面に嵌合される第１外筒部材と、
前記第１流体の流入口及び流出口を有し、前記熱回収部材の前記内周面に嵌合される第１内筒部材であって、前記第１流体の流れ方向を基準とした場合に、前記熱回収部材の前記流入端面と前記流出端面との間に前記流入口が位置する第１内筒部材と、
前記第１流体の流入口及び流出口を有し、前記第１流体の流れ方向を基準とした場合に、前記熱回収部材の前記流入端面よりも上流側に前記流出口が位置する第２内筒部材であって、前記第１外筒部材の径方向内側に前記第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第２内筒部材と
を備え、
前記第２内筒部材の前記流出口の内径が、前記第１内筒部材の前記流入口の内径よりも小さく、
前記第１流体の流れ方向を基準とした場合に、前記熱回収部材の前記流入端面の上流側に形成される前記第１外筒部材と前記第２内筒部材との間の空間領域の流れ方向長さＬ１に対する、前記第２内筒部材の前記流出口から前記空間領域の上流側端部に対応する位置までの流れ方向長さＬ２の比率Ｌ２／Ｌ１が０．０５～０．９５である。
【0023】
また、本発明の熱交換器は、
軸方向に内周面及び外周面、軸方向に垂直な方向に第１流体の流入端面及び流出端面を有する中空型の熱回収部材と、
前記第１流体の流入口及び流出口を有し、前記熱回収部材の前記外周面に嵌合される第１外筒部材と、
前記第１流体の流入口及び流出口を有し、前記熱回収部材の前記内周面に嵌合される第１内筒部材であって、前記第１流体の流れ方向を基準とした場合に、前記熱回収部材の前記流入端面よりも上流側に、前記熱回収部材の前記流入端面に前記第１流体を導入するための貫通孔が設けられた第１内筒部材と、
前記第１流体の流入口及び流出口を有し、前記流出口が、前記第１内筒部材の径方向内側であり、且つ前記第１流体の流れ方向を基準とした場合に前記第１内筒部材の前記貫通孔の下流側端部よりも上流側に位置する第２内筒部材と
を備え、
前記第１内筒部材の前記流入口側の端部が、前記第１外筒部材及び／又は前記第２内筒部材に接合されており、
前記第１流体の流れ方向を基準とした場合に、前記熱回収部材の前記流入端面の上流側に形成される前記第１外筒部材と前記第１内筒部材との間の空間領域の流れ方向長さＬ３に対する、前記第２内筒部材の前記流出口から前記空間領域の上流側端部に対応する位置までの流れ方向長さＬ４の比率Ｌ４／Ｌ３が０．０５～０．９５である。
軸方向に内周面及び外周面、軸方向に垂直な方向に第１流体の流入端面及び流出端面を有する中空型の熱回収部材と、
前記第１流体の流入口及び流出口を有し、前記熱回収部材の前記外周面に嵌合される第１外筒部材と、
前記第１流体の流入口及び流出口を有し、前記熱回収部材の前記内周面に嵌合される第１内筒部材であって、前記第１流体の流れ方向を基準とした場合に、前記熱回収部材の前記流入端面よりも上流側に、前記熱回収部材の前記流入端面に前記第１流体を導入するための貫通孔が設けられた第１内筒部材と、
前記第１流体の流入口及び流出口を有し、前記流出口が、前記第１内筒部材の径方向内側であり、且つ前記第１流体の流れ方向を基準とした場合に前記第１内筒部材の前記貫通孔の下流側端部よりも上流側に位置する第２内筒部材と
を備え、
前記第１内筒部材の前記流入口側の端部が、前記第１外筒部材及び／又は前記第２内筒部材に接合されており、
前記第１流体の流れ方向を基準とした場合に、前記熱回収部材の前記流入端面の上流側に形成される前記第１外筒部材と前記第１内筒部材との間の空間領域の流れ方向長さＬ３に対する、前記第２内筒部材の前記流出口から前記空間領域の上流側端部に対応する位置までの流れ方向長さＬ４の比率Ｌ４／Ｌ３が０．０５～０．９５である。
【0024】
本発明の熱交換器は、上記のような構成とすることにより、第２内筒部材の流出口が、中空型の熱回収部材の流入端面よりも上流側に位置することになるため、熱回収モード時に、第２内筒部材の流出口から流出した第１流体（排ガス）の流れが折り返されることを抑制できる。そのため、熱回収モード時に、圧力損失（流路抵抗）の増大を十分に抑制でき、熱交換器の破損や破裂が起こり難くなる。また、第２内筒部材の長さを短くできるため、熱交換器の軽量化や製造コストの低減を図ることもできる。さらに、第２内筒部材の流出口の内径を、第１内筒部材の流入口の内径よりも小さくしているため、非熱回収モード時に、第２内筒部材の流出口から流出した第１流体が、第１内筒部材にスムーズに流入し易い。そのため、中空型の熱回収部材に熱が伝達され難くなり、熱遮断性能を向上させることができる。
【0025】
以下、本発明の実施形態について、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。
【0026】
＜実施形態１＞
図１Ａは、本発明の実施形態１に係る熱交換器の第１流体の流通方向に平行な断面図である。また、図１Ｂは、図１Ａの熱交換器におけるａ－ａ’線の断面図である。
図１Ａ及び１Ｂに示されるように、熱交換器１００は、中空型の熱回収部材１０、第１外筒部材２０、第１内筒部材３０、及び第２内筒部材４０を備える。また、熱交換器１００は、筒状部材５０、第２外筒部材６０及び開閉バルブ７０を更に備えることができる。
図１Ａは、本発明の実施形態１に係る熱交換器の第１流体の流通方向に平行な断面図である。また、図１Ｂは、図１Ａの熱交換器におけるａ－ａ’線の断面図である。
図１Ａ及び１Ｂに示されるように、熱交換器１００は、中空型の熱回収部材１０、第１外筒部材２０、第１内筒部材３０、及び第２内筒部材４０を備える。また、熱交換器１００は、筒状部材５０、第２外筒部材６０及び開閉バルブ７０を更に備えることができる。
【0027】
（１．中空型の熱回収部材）
中空型の熱回収部材１０（以下、「熱回収部材１０」と略すことがある）は、軸方向に内周面１１及び外周面１２、軸方向に垂直な方向に第１流体の流入端面１３ａ及び流出端面１３ｂを有する。なお、本明細書において「熱回収部材１０」とは、熱を回収する機能を有する部材のことを意味する。
熱回収部材１０としては、上記のような構造を有していれば特に限定されず、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。
中空型の熱回収部材１０（以下、「熱回収部材１０」と略すことがある）は、軸方向に内周面１１及び外周面１２、軸方向に垂直な方向に第１流体の流入端面１３ａ及び流出端面１３ｂを有する。なお、本明細書において「熱回収部材１０」とは、熱を回収する機能を有する部材のことを意味する。
熱回収部材１０としては、上記のような構造を有していれば特に限定されず、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。
【0028】
熱回収部材１０は、熱回収性能の観点から、図１Ｂに示されるように、内周壁１５、外周壁１６、及び内周壁１５と外周壁１６との間に配設され、流入端面１３ａから流出端面１３ｂまで延びる第１流体の流路となる複数のセル１７を区画形成する隔壁１８を有する中空型の柱状ハニカム構造体であることが好ましい。
ここで、本明細書において「中空型の柱状ハニカム構造体」とは、第１流体の流路方向に垂直な中空型の柱状ハニカム構造体の断面において、中心部に中空領域を有する柱状ハニカム構造体を意味する。
中空型の柱状ハニカム構造体の形状（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とすることができる。
また、中空型の柱状ハニカム構造体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、中空型の柱状ハニカム構造体の形状と、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。
ここで、本明細書において「中空型の柱状ハニカム構造体」とは、第１流体の流路方向に垂直な中空型の柱状ハニカム構造体の断面において、中心部に中空領域を有する柱状ハニカム構造体を意味する。
中空型の柱状ハニカム構造体の形状（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とすることができる。
また、中空型の柱状ハニカム構造体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、中空型の柱状ハニカム構造体の形状と、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。
【0029】
セル１７の形状としては、特に限定されず、第１流体の流路方向に垂直な方向の断面において、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１７は、第１流体の流路方向に垂直な方向の断面において、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１７を流通する第１流体の熱を中空型の柱状ハニカム構造体の外部に効率良く伝達することができる。
【0030】
隔壁１８の厚みは、特に限定されないが、好ましくは０．１～１ｍｍ、より好ましくは０．２～０．６ｍｍである。隔壁１８の厚みを０．１ｍｍ以上とすることにより、中空型の柱状ハニカム構造体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１８の厚さを１ｍｍ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。
【0031】
内周壁１５及び外周壁１６の厚みは、特に限定されないが、隔壁１８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１５及び外周壁１６の強度を高めることができる。
なお、内周壁１５及び外周壁１６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１５及び外周壁１６の厚みは、熱交換器１００を一般的な熱交換用途に用いる場合は、好ましくは０．１ｍｍ～１０ｍｍ、より好ましくは０．５ｍｍ～５ｍｍ、さらに好ましくは１ｍｍ～３ｍｍである。また、熱交換器１００を蓄熱用途に用いる場合は、外周壁１６の厚みを１０ｍｍ以上として外周壁１６の熱容量を増大させてもよい。
なお、内周壁１５及び外周壁１６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１５及び外周壁１６の厚みは、熱交換器１００を一般的な熱交換用途に用いる場合は、好ましくは０．１ｍｍ～１０ｍｍ、より好ましくは０．５ｍｍ～５ｍｍ、さらに好ましくは１ｍｍ～３ｍｍである。また、熱交換器１００を蓄熱用途に用いる場合は、外周壁１６の厚みを１０ｍｍ以上として外周壁１６の熱容量を増大させてもよい。
【0032】
隔壁１８、内周壁１５及び外周壁１６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。
【0033】
隔壁１８、内周壁１５及び外周壁１６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、さらに好ましくは３％以下である。また、隔壁１８、内周壁１５及び外周壁１６の気孔率は０％であってもよい。隔壁１８、内周壁１５及び外周壁１６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１８、内周壁１５及び外周壁１６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。
【0035】
第１流体の流路方向に垂直な中空型の柱状ハニカム構造体の断面におけるセル密度（すなわち、単位面積当たりのセル１７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１８の強度、ひいては中空型の柱状ハニカム構造体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。
【0036】
中空型の柱状ハニカム構造体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５ＭＰａ以上、より好ましくは１０ＭＰａ以上、さらに好ましくは１５ＭＰａ以上である。中空型の柱状ハニカム構造体のアイソスタティック強度を５ＭＰａ以上とすることにより、中空型の柱状ハニカム構造体の耐久性を向上させることができる。中空型の柱状ハニカム構造体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破壊強度の測定方法に準じて測定することができる。
【0037】
第１流体の流路方向に垂直な方向の断面における外周壁１６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。また、熱交換器のサイズをコンパクトにすることもできる。外周壁１６が円形でない場合には、外周壁１６の断面形状に内接する最大内接円の直径を、外周壁１６の直径とする。
また、第１流体の流路方向に垂直な方向の断面における内周壁１５の直径は、特に限定されないが、好ましくは２０～９０ｍｍ、より好ましくは３０～８０ｍｍである。内周壁１５の断面形状が円形でない場合には、内周壁１５の断面形状に内接する最大内接円の直径を、内周壁１５の直径とする。
また、第１流体の流路方向に垂直な方向の断面における内周壁１５の直径は、特に限定されないが、好ましくは２０～９０ｍｍ、より好ましくは３０～８０ｍｍである。内周壁１５の断面形状が円形でない場合には、内周壁１５の断面形状に内接する最大内接円の直径を、内周壁１５の直径とする。
【0038】
中空型の柱状ハニカム構造体の熱伝導率は、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）、さらに好ましくは１２０～３００Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。中空型の柱状ハニカム構造体の熱伝導率を、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、中空型の柱状ハニカム構造体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、レーザフラッシュ法（ＪＩＳ Ｒ１６１１－１９９７）により測定した値を意味する。
【0039】
中空型の柱状ハニカム構造体のセル１７に、第１流体として排ガスを流す場合、中空型の柱状ハニカム構造体の隔壁１８に触媒を担持させてもよい。隔壁１８に触媒を担持させると、排ガス中の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共に、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。
【0040】
触媒（触媒金属＋担持体）の担持量としては、特に限定されないが、好ましくは１０～４００ｇ／Ｌである。また、貴金属を含む触媒を用いる場合、その担持量は、特に限定されないが、好ましくは０．１～５ｇ／Ｌである。触媒（触媒金属＋担持体）の担持量を１０ｇ／Ｌ以上とすることにより、触媒作用が発現し易くなる。また、触媒（触媒金属＋担持体）の担持量４００ｇ／Ｌ以下とすることにより、圧力損失と共に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を用いることができる。
【0041】
（２．第１外筒部材）
第１外筒部材２０は、第１流体の流入口２１ａ及び流出口２１ｂを有し、熱回収部材１０の外周面１２に嵌合される筒状の部材である。
ここで、本明細書において「嵌合」とは、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、熱回収部材１０と第１外筒部材２０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、熱回収部材１０と第１外筒部材２０とが相互に固定されている場合なども含まれる。
第１外筒部材２０は、第１流体の流入口２１ａ及び流出口２１ｂを有し、熱回収部材１０の外周面１２に嵌合される筒状の部材である。
ここで、本明細書において「嵌合」とは、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、熱回収部材１０と第１外筒部材２０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、熱回収部材１０と第１外筒部材２０とが相互に固定されている場合なども含まれる。
【0042】
第１外筒部材２０の軸方向は、熱回収部材１０の軸方向と一致し、第１外筒部材２０の中心軸は熱回収部材１０の中心軸と一致することが好ましい。
また、第１外筒部材２０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、軸方向の少なくとも一方の端部側など）が縮径又は拡径していてもよい。例えば、図１Ａに示されるように、第１外筒部材２０の軸方向の上流側端部を縮径して第２内筒部材４０と接続させることにより、熱回収部材１０の流入端面１３ａの上流側に第１流体の流路を形成することができる。また、図２に示されるように、第１外筒部材２０の径が軸方向にわたって一様である場合、第１外筒部材２０の流入口２１ａ側と第２内筒部材４０との間を接続するリング状部材８０を設けることにより、熱回収部材１０の流入端面１３ａの上流側に第１流体の流路を形成することができる。
また、第１外筒部材２０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、軸方向の少なくとも一方の端部側など）が縮径又は拡径していてもよい。例えば、図１Ａに示されるように、第１外筒部材２０の軸方向の上流側端部を縮径して第２内筒部材４０と接続させることにより、熱回収部材１０の流入端面１３ａの上流側に第１流体の流路を形成することができる。また、図２に示されるように、第１外筒部材２０の径が軸方向にわたって一様である場合、第１外筒部材２０の流入口２１ａ側と第２内筒部材４０との間を接続するリング状部材８０を設けることにより、熱回収部材１０の流入端面１３ａの上流側に第１流体の流路を形成することができる。
【0043】
第１外筒部材２０は、熱回収部材１０の外周面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２０の内周面が熱回収部材１０の外周面１２に直接接触することで、熱伝導性が良好となり、熱回収部材１０内の熱を第１外筒部材２０に効率良く伝達することができる。
【0044】
熱回収効率を高めるという観点からは、熱回収部材１０の外周面１２の全面積に対する、第１外筒部材２０によって周回被覆される熱回収部材１０の外周面１２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、好ましくは８０％以上、より好ましくは９０％以上、さらに好ましくは１００％（すなわち、熱回収部材１０の外周面１２の全部が第１外筒部材２０によって周回被覆される。）である。
なお、ここでいう「外周面１２」とは、熱回収部材１０の第１流体の流路方向に平行な面を指し、熱回収部材１０の第１流体の流路方向と垂直な面（流入端面１３ａ及び流出端面１３ｂ）は含まれない。
なお、ここでいう「外周面１２」とは、熱回収部材１０の第１流体の流路方向に平行な面を指し、熱回収部材１０の第１流体の流路方向と垂直な面（流入端面１３ａ及び流出端面１３ｂ）は含まれない。
【0045】
第１外筒部材２０の材料は、特に限定されないが、製造性の観点から金属であることが好ましい。また、第１外筒部材２０が金属製であると、第２内筒部材４０などの他の部材との溶接が容易に行える点でも優れている。第１外筒部材２０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。
【0046】
第１外筒部材２０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、さらに好ましくは０．５ｍｍ以上である。第１外筒部材２０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、第１外筒部材２０の厚みは、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。第１外筒部材２０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。
【0047】
（３．第１内筒部材）
第１内筒部材３０は、第１流体の流入口３１ａ及び流出口３１ｂを有し、熱回収部材１０の内周面１１に嵌合される筒状の部材である。ここで、第１内筒部材３０は、熱回収部材１０の内周面１１に直接的に嵌合されていてもよく、シール部材などの他の部材を介して間接的に嵌合されていてもよい。
第１内筒部材３０の軸方向は、熱回収部材１０の軸方向と一致し、第１内筒部材３０の中心軸は熱回収部材１０の中心軸と一致することが好ましい。また、第１内筒部材３０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（例えば図１Ａ）、少なくとも一部（例えば、流出口３１ｂ側など）が縮径又は拡径していてもよい（例えば図３Ａ）。
第１内筒部材３０は、第１流体の流入口３１ａ及び流出口３１ｂを有し、熱回収部材１０の内周面１１に嵌合される筒状の部材である。ここで、第１内筒部材３０は、熱回収部材１０の内周面１１に直接的に嵌合されていてもよく、シール部材などの他の部材を介して間接的に嵌合されていてもよい。
第１内筒部材３０の軸方向は、熱回収部材１０の軸方向と一致し、第１内筒部材３０の中心軸は熱回収部材１０の中心軸と一致することが好ましい。また、第１内筒部材３０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（例えば図１Ａ）、少なくとも一部（例えば、流出口３１ｂ側など）が縮径又は拡径していてもよい（例えば図３Ａ）。
【0048】
第１内筒部材３０の流入口３１ａは、第１流体の流れ方向Ｄ１を基準とした場合に、熱回収部材１０の流入端面１３ａと流出端面１３ｂとの間に位置する。このような位置に第１内筒部材３０の流入口３１ａを設けることにより、熱回収部材１０の内周面１１に第１内筒部材３０を固定することができると共に、非熱回収モード時の第１流体の流路を確保することができる。また、熱回収モード時に第１流体の流路が狭くなることを抑制することができるため、圧力損失が増大し難くなる。
【0049】
第１内筒部材３０の材料は、特に限定されないが、製造性の観点から金属であることが好ましい。第１内筒部材３０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。
【0050】
第１内筒部材３０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、さらに好ましくは０．５ｍｍ以上である。第１内筒部材３０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、第１内筒部材３０の厚みは、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。第１内筒部材３０の厚みを１０ｍｍ以下とすることにより、熱交換器１００を軽量化することができる。
【0051】
（４．第２内筒部材）
第２内筒部材４０は、第１流体の流入口４１ａ及び流出口４１ｂを有する筒状の部材である。
第２内筒部材４０の軸方向は、熱回収部材１０の軸方向と一致し、第２内筒部材４０の中心軸は熱回収部材１０の中心軸と一致することが好ましい。また、第２内筒部材４０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、流出口４１ｂ側など）が縮径又は拡径していてもよい。
第２内筒部材４０は、第１流体の流入口４１ａ及び流出口４１ｂを有する筒状の部材である。
第２内筒部材４０の軸方向は、熱回収部材１０の軸方向と一致し、第２内筒部材４０の中心軸は熱回収部材１０の中心軸と一致することが好ましい。また、第２内筒部材４０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、流出口４１ｂ側など）が縮径又は拡径していてもよい。
【0052】
第２内筒部材４０は、第１外筒部材２０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部分を有する。すなわち、第２内筒部材４０は、第１外筒部材２０の内径よりも小さな外径を有する部分を有する。
また、第２内筒部材４０の流出口４１ｂは、第１流体の流れ方向Ｄ１を基準とした場合に、熱回収部材１０の流入端面１３ａよりも上流側に位置する。このような位置に第２内筒部材４０の流出口４１ｂを設けることにより、熱回収モード時に、第２内筒部材４０の流出口４１ｂから流出した第１流体（排ガス）の流れが折り返されることを抑制できる。そのため、熱回収モード時に、圧力損失（流路抵抗）の増大を十分に抑制でき、熱交換器１００の破損や破裂が起こり難くなる。また、第２内筒部材４０の長さを短くできるため、熱交換器１００の軽量化や製造コストの低減を図ることもできる。
また、第２内筒部材４０の流出口４１ｂは、第１流体の流れ方向Ｄ１を基準とした場合に、熱回収部材１０の流入端面１３ａよりも上流側に位置する。このような位置に第２内筒部材４０の流出口４１ｂを設けることにより、熱回収モード時に、第２内筒部材４０の流出口４１ｂから流出した第１流体（排ガス）の流れが折り返されることを抑制できる。そのため、熱回収モード時に、圧力損失（流路抵抗）の増大を十分に抑制でき、熱交換器１００の破損や破裂が起こり難くなる。また、第２内筒部材４０の長さを短くできるため、熱交換器１００の軽量化や製造コストの低減を図ることもできる。
【0053】
第２内筒部材４０の流出口４１ｂの内径は、第１内筒部材３０の流入口３１ａの内径よりも小さい。このように第２内筒部材４０の流出口４１ｂの内径を制御することにより、非熱回収モード時に、第２内筒部材４０の流出口４１ｂから流出した第１流体が、第１内筒部材３０にスムーズに流入し易い。そのため、中空型の熱回収部材１０に熱が伝達され難くなり、熱遮断性能を向上させることができる。
第２内筒部材４０の流出口４１ｂの内径と第１内筒部材３０の流入口３１ａの内径との差は、特に限定されないが、好ましくは１～２０ｍｍ、より好ましくは１～１０ｍｍである。このような範囲に径の差を制御することにより、上記の効果を安定して確保することができる。
第２内筒部材４０の流出口４１ｂの内径と第１内筒部材３０の流入口３１ａの内径との差は、特に限定されないが、好ましくは１～２０ｍｍ、より好ましくは１～１０ｍｍである。このような範囲に径の差を制御することにより、上記の効果を安定して確保することができる。
【0054】
第１流体の流れ方向Ｄ１（第１外筒部材２０及び第２内筒部材４０の軸方向）における第２内筒部材４０の流入口４１ａと第１外筒部材２０の流入口２１ａとの距離は、好ましくは２０ｍｍ以下、より好ましくは１～１５ｍｍ、更に好ましくは５～１０ｍｍである。この距離を２０ｍｍ以下とすることにより、熱交換器１００の全長を小さくしてコンパクト化することができる。また、特に、ろう付け及び溶接によって第１外筒部材２０及び第２内筒部材４０を接続する場合、この距離を２０ｍｍ以下とすることにより、溶接部の強度を高めることもできる。
【0055】
第２内筒部材４０は、流出口４１ｂに向かって徐々に縮径するような流線形構造（例えば、下記で説明される実施形態２の熱交換器２００の第２内筒部材４０の構造）を有することが好ましい。このような構造とすることにより、非熱回収モード時に、第２内筒部材４０の流出口４１ｂから流出した第１流体が、第１内筒部材３０にスムーズに流入し易くなる効果を高めることができる。また、第２内筒部材４０を流体が通過する際の圧力損失を低減することができる。
【0056】
第２内筒部材４０の流出口４１ｂの形状は、特に限定されないが、多角形状又は楕円状であることが好ましい。このような構造とすることにより、非熱回収モード時に、第２内筒部材４０の流出口４１ｂから流出した第１流体が、第１内筒部材３０にスムーズに流入し易くなる効果を安定して高めることができる。
【0057】
第１流体の流れ方向Ｄ１を基準とした場合に、熱回収部材１０の流入端面１３ａの上流側に形成される第１外筒部材２０と第２内筒部材４０との間の空間領域Ｒ１の流れ方向長さＬ１に対する、第２内筒部材４０の流出口４１ｂから空間領域Ｒ１の上流側端部に対応する位置までの流れ方向長さＬ２の比率Ｌ２／Ｌ１が０．０５～０．９５である。このような範囲にＬ２／Ｌ１を制御することにより、熱回収モード時に、第２内筒部材４０の流出口４１ｂから流出した第１流体（排ガス）の流れが折り返されることを極力抑制し、圧力損失（流路抵抗）の増大を十分に抑制できる。この効果を安定して確保する観点からは、Ｌ２／Ｌ１は０．１～０．９が好ましく、０．３～０．７がより好ましい。
なお、空間領域Ｒ１の流れ方向長さＬ１が、第１流体の流れ方向Ｄ１に垂直な方向の各位置によって変化する場合は、空間領域Ｒ１の中で流れ方向長さＬ１が最も長くなる部分の長さのことを意味する。
なお、空間領域Ｒ１の流れ方向長さＬ１が、第１流体の流れ方向Ｄ１に垂直な方向の各位置によって変化する場合は、空間領域Ｒ１の中で流れ方向長さＬ１が最も長くなる部分の長さのことを意味する。
【0058】
第２内筒部材４０の固定方法としては、特に限定されないが、例えば、図１Ａに示されるように、第１外筒部材２０に固定すればよい。また、図２に示されるように、リング状部材８０に固定してもよい。固定方法としては、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。
【0059】
第２内筒部材４０の材料は、特に限定されないが、製造性の観点から金属であることが好ましい。第２内筒部材４０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。
【0060】
第２内筒部材４０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、さらに好ましくは０．５ｍｍ以上である。第２内筒部材４０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、第２内筒部材４０の厚みは、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。第２内筒部材４０の厚みを１０ｍｍ以下とすることにより、熱交換器１００を軽量化することができる。
【0061】
（５．筒状部材）
筒状部材５０は、第１外筒部材２０の流出口２１ｂ側に接続される部材である。また、筒状部材５０は、第１内筒部材３０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。
第１外筒部材２０に対する筒状部材５０の接続は、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２０と筒状部材５０との間に第２外筒部材６０などが配置されていてもよい。
筒状部材５０は、第１外筒部材２０の流出口２１ｂ側に接続される部材である。また、筒状部材５０は、第１内筒部材３０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。
第１外筒部材２０に対する筒状部材５０の接続は、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２０と筒状部材５０との間に第２外筒部材６０などが配置されていてもよい。
【0062】
筒状部材５０は、流入口５１ａ及び流出口５１ｂを有する。
筒状部材５０の軸方向は、熱回収部材１０の軸方向と一致し、筒状部材５０の中心軸は熱回収部材１０の中心軸と一致することが好ましい。また、筒状部材５０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。
筒状部材５０の軸方向は、熱回収部材１０の軸方向と一致し、筒状部材５０の中心軸は熱回収部材１０の中心軸と一致することが好ましい。また、筒状部材５０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。
【0063】
筒状部材５０の材料は、特に限定されないが、製造性の観点から金属であることが好ましい。筒状部材５０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。
【0064】
筒状部材５０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、さらに好ましくは０．５ｍｍ以上である。筒状部材５０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、筒状部材５０の厚みは、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。筒状部材５０の厚みを１０ｍｍ以下とすることにより、熱交換器１００を軽量化することができる。
【0065】
（６．第２外筒部材）
第２外筒部材６０は、第１外筒部材２０の径方向外側に間隔をおいて配置される筒状の部材である。第２外筒部材６０と第１外筒部材２０との間は第２流体が流通可能である。
第２外筒部材６０は、流入口６１ａ及び流出口６１ｂを有する。
第２外筒部材６０の軸方向は、熱回収部材１０の軸方向と一致し、第２外筒部材６０の中心軸は熱回収部材１０の中心軸と一致することが好ましい。
第２外筒部材６０は、第１外筒部材２０の径方向外側に間隔をおいて配置される筒状の部材である。第２外筒部材６０と第１外筒部材２０との間は第２流体が流通可能である。
第２外筒部材６０は、流入口６１ａ及び流出口６１ｂを有する。
第２外筒部材６０の軸方向は、熱回収部材１０の軸方向と一致し、第２外筒部材６０の中心軸は熱回収部材１０の中心軸と一致することが好ましい。
【0066】
第２外筒部材６０は、第２流体を第２外筒部材６０と第１外筒部材２０との間の領域に供給するための供給管６２、及び第２流体を第２外筒部材６０と第１外筒部材２０との間の領域から排出するための排出管６３に接続されていることが好ましい。供給管６２及び排出管６３は、熱回収部材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６２及び排出管６３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６２及び排出管６３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。
【0067】
第２外筒部材６０は、軸方向両端部の内周面が第１外筒部材２０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６０の軸方向両端部の内周面を第１外筒部材２０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６０の軸方向両端部の内周面を第１外筒部材２０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。
【0068】
第２外筒部材６０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６０の軸方向中央部を縮径させることにより、供給管６２及び排出管６３側の第２外筒部材６０内で第２流体を第１外筒部材２０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。
【0069】
第２外筒部材６０の材料は、特に限定されないが、製造性の観点から、金属であることが好ましい。第２外筒部材６０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。
【0070】
第２外筒部材６０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、さらに好ましくは０．５ｍｍ以上である。第２外筒部材６０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、第２外筒部材６０の厚みは、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。第２外筒部材６０の厚みを１０ｍｍ以下とすることにより、熱交換器１００を軽量化することができる。
【0071】
（７．開閉バルブ）
開閉バルブ７０は、第１内筒部材３０の流出口３１ｂ側に配置される。
開閉バルブ７０は、筒状部材５０の径方向外側に配置された軸受７１に回転自在に支持され且つ筒状部材５０及び第１内筒部材３０を貫通するように配置されるシャフト７２に固定されている。
開閉バルブ７０の形状は、特に限定されず、開閉バルブ７０が配置される第１内筒部材３０の形状に応じて適切なものを選択すればよい。
開閉バルブ７０は、第１内筒部材３０の流出口３１ｂ側に配置される。
開閉バルブ７０は、筒状部材５０の径方向外側に配置された軸受７１に回転自在に支持され且つ筒状部材５０及び第１内筒部材３０を貫通するように配置されるシャフト７２に固定されている。
開閉バルブ７０の形状は、特に限定されず、開閉バルブ７０が配置される第１内筒部材３０の形状に応じて適切なものを選択すればよい。
【0072】
開閉バルブ７０は、アクチュエータ（図示せず）によってシャフト７２を駆動（回転）させることができる。シャフト７２とともに開閉バルブ７０が回転することで、開閉バルブ７０の開閉を行うことができる。
開閉バルブ７０は、第１内筒部材３０の内側における第１流体の流れを調整可能に構成される。具体的には、開閉バルブ７０は、熱回収モード時に閉とすることにより、熱回収部材１０に第１流体を流通させることができる。また、開閉バルブ７０は、非熱回収モード時に開とすることにより、第１内筒部材３０の流出口３１ｂ側から筒状部材５０に第１流体を流通させて熱交換器１００の外部に排出することができる。
開閉バルブ７０は、第１内筒部材３０の内側における第１流体の流れを調整可能に構成される。具体的には、開閉バルブ７０は、熱回収モード時に閉とすることにより、熱回収部材１０に第１流体を流通させることができる。また、開閉バルブ７０は、非熱回収モード時に開とすることにより、第１内筒部材３０の流出口３１ｂ側から筒状部材５０に第１流体を流通させて熱交換器１００の外部に排出することができる。
【0073】
（８．リング状部材）
リング状部材８０は、図２に示されるように、第１流体の流路を構成するように第１外筒部材２０の流入口２１ａ側と第２内筒部材４０との間を接続するための筒状の部材である。なお、リング状部材８０が接続される第２内筒部材４０の接続位置は、特に限定されず、第２内筒部材４０の流入口４１ａ側、流出口４１ｂ側、中心部付近のいずれであってもよいが、第１流体の流れ方向Ｄ１における第２内筒部材４０の流入口４１ａと第１外筒部材２０の流入口２１ａとの距離が、好ましくは２０ｍｍ以下、より好ましくは１～１５ｍｍ、更に好ましくは５～１０ｍｍとなるようにすることが望ましい。その理由は上述したとおりである。
第１外筒部材２０と第２内筒部材４０との間のリング状部材８０による接続は、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２０とリング状部材８０との間に第２外筒部材６０などが配置されていてもよい。
リング状部材８０の軸方向は、熱回収部材１０の軸方向と一致し、リング状部材８０の中心軸は熱回収部材１０の中心軸と一致することが好ましい。
リング状部材８０は、図２に示されるように、第１流体の流路を構成するように第１外筒部材２０の流入口２１ａ側と第２内筒部材４０との間を接続するための筒状の部材である。なお、リング状部材８０が接続される第２内筒部材４０の接続位置は、特に限定されず、第２内筒部材４０の流入口４１ａ側、流出口４１ｂ側、中心部付近のいずれであってもよいが、第１流体の流れ方向Ｄ１における第２内筒部材４０の流入口４１ａと第１外筒部材２０の流入口２１ａとの距離が、好ましくは２０ｍｍ以下、より好ましくは１～１５ｍｍ、更に好ましくは５～１０ｍｍとなるようにすることが望ましい。その理由は上述したとおりである。
第１外筒部材２０と第２内筒部材４０との間のリング状部材８０による接続は、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２０とリング状部材８０との間に第２外筒部材６０などが配置されていてもよい。
リング状部材８０の軸方向は、熱回収部材１０の軸方向と一致し、リング状部材８０の中心軸は熱回収部材１０の中心軸と一致することが好ましい。
【0074】
リング状部材８０の形状は、特に限定されないが、曲面構造を有していてもよい。このような構造とすることにより、熱回収モード時（開閉バルブ７０を閉とした場合）に、熱回収部材１０に流れる第１流体の流れをスムーズにすることができるため、圧力損失を低減することができる。
【0075】
リング状部材８０の材料は、特に限定されないが、製造性の観点から、金属であることが好ましい。リング状部材８０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。
【0076】
リング状部材８０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、さらに好ましくは０．５ｍｍ以上である。リング状部材８０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、リング状部材８０の厚みは、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。リング状部材８０の厚みを１０ｍｍ以下とすることにより、熱交換器１００を軽量化することができる。
【0077】
（９．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。
【0078】
（１０．熱交換器の製造方法）
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、熱回収部材１０として中空型の柱状ハニカム構造体を用いる場合、以下に説明する方法に従って製造することができる。
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、熱回収部材１０として中空型の柱状ハニカム構造体を用いる場合、以下に説明する方法に従って製造することができる。
【0079】
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１７の形状及び密度、隔壁１８、内周壁１５及び外周壁１６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１８により区画形成されたセル１７を有する中空型の柱状ハニカム構造体を得ることができる。金属Ｓｉの含浸焼成方法としては、金属Ｓｉを含む塊とハニカム成形体とが接触するように配置して焼成する方法が挙げられる。ハニカム成形体における金属Ｓｉを含む塊の接触箇所は、端面であっても外周壁面であっても内周壁面であってもよい。
【0080】
次に、中空型の柱状ハニカム構造体を第１外筒部材２０内に挿入し、中空型の柱状ハニカム構造体の外周壁１６（外周面１２）に第１外筒部材２０を嵌合させる。次に、中空型の柱状ハニカム構造体の中空領域に第１内筒部材３０を挿入し、中空型の柱状ハニカム構造体の内周壁１５（内周面１１）に第１内筒部材３０を嵌合させる。次に、第１外筒部材２０の径方向外側に第２外筒部材６０を配置して固定する。なお、供給管６２及び排出管６３は、第２外筒部材６０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６０に固定してもよい。次に、第２内筒部材４０を所定の位置に配置し、第１外筒部材２０に固定する。また、リング状部材８０を設ける場合には、第２内筒部材４０と第１外筒部材２０又は第２外筒部材６０との間にリング状部材８０を配置して固定する。次に、第１外筒部材２０の流出口２１ｂ側に筒状部材５０を配置して接続する。次に、第１内筒部材３０の流出口３１ｂ側に開閉バルブ７０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。
【0081】
＜実施形態２＞
図３Ａは、本発明の実施形態２に係る熱交換器の第１流体の流通方向に平行な断面図である。また、図３Ｂは、図３Ａの熱交換器におけるｂ－ｂ’線の断面図である。
図３Ａ及び３Ｂに示されるように、熱交換器２００は、中空型の熱回収部材１０、第１外筒部材２０、第１内筒部材３０、及び第２内筒部材４０を備える。また、熱交換器１００は、筒状部材５０、第２外筒部材６０、開閉バルブ７０及びリング状部材８０を更に備えることができる。熱交換器２００の基本的な構成は、熱交換器１００と同じであるが、第１内筒部材３０の流入口３１ａ側の端部が、第２内筒部材４０に接合されており、第１内筒部材３０が貫通孔３２を有する点で異なる。また、図３Ａでは、リング状部材８０によって第１外筒部材２０と第２内筒部材４０との間を接続しているが、図４に示されるように、第１外筒部材２０の軸方向の上流側端部を縮径して第２内筒部材４０と接続させてもよい。この場合、第１内筒部材３０の流入口３１ａ側の端部が第１外筒部材２０及び第２内筒部材４０に接合され、第１内筒部材３０が貫通孔３２を有する。なお、図４では、第１内筒部材３０の流入口３１ａ側の端部は、第１外筒部材２０及び第２内筒部材４０の両方に接合されているが、第１外筒部材２０又は第２内筒部材４０の一方に接合されていてもよい。
熱交換器２００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２００は、上記の熱交換器１００の製造方法に準じて製造することができる。
以下、本発明の実施形態１に係る熱交換器１００の説明の中で登場した符号と同一の符号を有する構成要素は、本発明の実施形態２に係る熱交換器２００の構成要素と同一であるので、その詳細な説明は省略する。
図３Ａは、本発明の実施形態２に係る熱交換器の第１流体の流通方向に平行な断面図である。また、図３Ｂは、図３Ａの熱交換器におけるｂ－ｂ’線の断面図である。
図３Ａ及び３Ｂに示されるように、熱交換器２００は、中空型の熱回収部材１０、第１外筒部材２０、第１内筒部材３０、及び第２内筒部材４０を備える。また、熱交換器１００は、筒状部材５０、第２外筒部材６０、開閉バルブ７０及びリング状部材８０を更に備えることができる。熱交換器２００の基本的な構成は、熱交換器１００と同じであるが、第１内筒部材３０の流入口３１ａ側の端部が、第２内筒部材４０に接合されており、第１内筒部材３０が貫通孔３２を有する点で異なる。また、図３Ａでは、リング状部材８０によって第１外筒部材２０と第２内筒部材４０との間を接続しているが、図４に示されるように、第１外筒部材２０の軸方向の上流側端部を縮径して第２内筒部材４０と接続させてもよい。この場合、第１内筒部材３０の流入口３１ａ側の端部が第１外筒部材２０及び第２内筒部材４０に接合され、第１内筒部材３０が貫通孔３２を有する。なお、図４では、第１内筒部材３０の流入口３１ａ側の端部は、第１外筒部材２０及び第２内筒部材４０の両方に接合されているが、第１外筒部材２０又は第２内筒部材４０の一方に接合されていてもよい。
熱交換器２００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２００は、上記の熱交換器１００の製造方法に準じて製造することができる。
以下、本発明の実施形態１に係る熱交換器１００の説明の中で登場した符号と同一の符号を有する構成要素は、本発明の実施形態２に係る熱交換器２００の構成要素と同一であるので、その詳細な説明は省略する。
【0082】
熱交換器２００では、第１内筒部材３０の流入口３１ａ側の端部が、第１外筒部材２０及び／又は第２内筒部材４０に接合されるため、熱回収部材１０の流入端面１３ａよりも上流側に第１流体を導入するための貫通孔３２が設けられる。
また、第２内筒部材４０の流出口４１ｂが、第１内筒部材３０の径方向内側であり、且つ第１流体の流れ方向Ｄ１を基準とした場合に第１内筒部材３０の貫通孔３２の下流側端部３３よりも上流側に位置する。
上記のような構造とすることにより、熱回収モード時に、第２内筒部材４０の流出口４１ｂから流出した第１流体（排ガス）の流れが折り返されることを抑制できる。そのため、熱回収モード時に、圧力損失（流路抵抗）の増大を十分に抑制でき、熱交換器２００の破損や破裂が起こり難くなる。また、第２内筒部材４０の長さを短くできるため、熱交換器２００の軽量化や製造コストの低減を図ることもできる。また、第２内筒部材４０の流出口４１ｂの径が、第１内筒部材３０の径よりも小さいため、非熱回収モード時に、第２内筒部材４０の流出口４１ｂから流出した第１流体が、貫通孔３２を通り難く、第１内筒部材３０内をスムーズに流通し易い。そのため、中空型の熱回収部材１０に熱が伝達され難くなり、熱遮断性能を向上させることができる。
また、第２内筒部材４０の流出口４１ｂが、第１内筒部材３０の径方向内側であり、且つ第１流体の流れ方向Ｄ１を基準とした場合に第１内筒部材３０の貫通孔３２の下流側端部３３よりも上流側に位置する。
上記のような構造とすることにより、熱回収モード時に、第２内筒部材４０の流出口４１ｂから流出した第１流体（排ガス）の流れが折り返されることを抑制できる。そのため、熱回収モード時に、圧力損失（流路抵抗）の増大を十分に抑制でき、熱交換器２００の破損や破裂が起こり難くなる。また、第２内筒部材４０の長さを短くできるため、熱交換器２００の軽量化や製造コストの低減を図ることもできる。また、第２内筒部材４０の流出口４１ｂの径が、第１内筒部材３０の径よりも小さいため、非熱回収モード時に、第２内筒部材４０の流出口４１ｂから流出した第１流体が、貫通孔３２を通り難く、第１内筒部材３０内をスムーズに流通し易い。そのため、中空型の熱回収部材１０に熱が伝達され難くなり、熱遮断性能を向上させることができる。
【0083】
第１内筒部材３０に設けられる貫通孔３２の形状としては、特に限定されず、円形、楕円形、四角形などの各種形状とすることができる。また、貫通孔３２の数も特に限定されず、第１内筒部材３０の周方向に複数設けられていてもよいし、第１内筒部材３０の軸方向に複数設けられていてもよい。なお、貫通孔３２が複数設けられている場合、上記の「第１内筒部材３０の貫通孔３２の下流側端部３３」とは、第１内筒部材３０の最も下流側に位置する貫通孔３２の下流側端部３３のことを意味する。
【0084】
第１流体の流れ方向を基準とした場合に、熱回収部材１０の流入端面１３ａの上流側に形成される第１外筒部材２０と第１内筒部材３０との間の空間領域Ｒ２の流れ方向長さＬ３に対する、第２内筒部材４０の流出口４１ｂから空間領域Ｒ２の上流側端部に対応する位置までの流れ方向長さＬ４の比率Ｌ４／Ｌ３が０．０５～０．９５である。このような範囲にＬ４／Ｌ３を制御することにより、熱回収モード時に、第２内筒部材４０の流出口４１ｂから流出した第１流体（排ガス）の流れが折り返されることを極力抑制し、圧力損失（流路抵抗）の増大を十分に抑制できる。この効果を安定して確保する観点からは、Ｌ４／Ｌ３は０．１～０．８が好ましく、０．３～０．７がより好ましい。
【0085】
図３Ａ及び３Ｂに示す熱交換器２００では、第１流体の流れ方向を基準とした場合に、中空型の熱回収部材１０の軸方向長さの中心部が第１外筒部材２０及び第２外筒部材６０の軸方向長さの中心部よりも下流側に位置するように配置されている。また、中空型の熱回収部材１０の流入端面１３ａを、第１内筒部材３０に設けられる貫通孔３２の下流側端部３３と同じ位置、貫通孔３２の上流側端部を、リング状部材８０の下流側端部の位置と同じ位置にそれぞれ揃えている。そのため、貫通孔３２を第１内筒部材３０の軸方向に長く設けることができるため、熱回収モード時に圧力損失（流路抵抗）の増大を抑制する効果を高めることができる。また、高温の第１流体に対する第１外筒部材２０の接触面積を大きくすることができるため、第２流体への熱伝導が増えて熱交換効率が向上する。
【0086】
また、図３Ａ及び３Ｂに示す熱交換器２００では、第１流体の流れ方向を基準とした場合に、第１外筒部材２０と第２外筒部材６０との間に形成される第２流体の流路の下流側端部と、中空型の熱回収部材１０の流入端面１３ａとの位置が揃っているため、熱回収モード時の熱交換性能が十分に確保される。
さらに、図３Ａ及び３Ｂに示す熱交換器２００では、供給管６２及び排出管６３が、第２外筒部材６０の軸方向に直交する周方向に配置されている。このように供給管６２及び排出管６３を設けることにより、熱回収モード時の熱交換性能を十分に確保しつつ、供給管６２と排出管６３との間に筒状部材５０の表面上に開閉バルブ７０用のアクチュエータなどの部品を搭載し易くなるため、熱交換器２００のコンパクト化が可能となる。
さらに、図３Ａ及び３Ｂに示す熱交換器２００では、供給管６２及び排出管６３が、第２外筒部材６０の軸方向に直交する周方向に配置されている。このように供給管６２及び排出管６３を設けることにより、熱回収モード時の熱交換性能を十分に確保しつつ、供給管６２と排出管６３との間に筒状部材５０の表面上に開閉バルブ７０用のアクチュエータなどの部品を搭載し易くなるため、熱交換器２００のコンパクト化が可能となる。
【符号の説明】
【0087】
１０ 熱回収部材
１１ 内周面
１２ 外周面
１３ａ 流入端面
１３ｂ 流出端面
１５ 内周壁
１６ 外周壁
１７ セル
１８ 隔壁
２０ 第１外筒部材
２１ａ 流入口
２１ｂ 流出口
３０ 第１内筒部材
３１ａ 流入口
３１ｂ 流出口
３２ 貫通孔
３３ 下流側端部
４０ 第２内筒部材
４１ａ 流入口
４１ｂ 流出口
５０ 筒状部材
５１ａ 流入口
５１ｂ 流出口
６０ 第２外筒部材
６１ａ 流入口
６１ｂ 流出口
６２ 供給管
６３ 排出管
７０ 開閉バルブ
７１ 軸受
７２ シャフト
８０ リング状部材
１００，２００ 熱交換器
１１ 内周面
１２ 外周面
１３ａ 流入端面
１３ｂ 流出端面
１５ 内周壁
１６ 外周壁
１７ セル
１８ 隔壁
２０ 第１外筒部材
２１ａ 流入口
２１ｂ 流出口
３０ 第１内筒部材
３１ａ 流入口
３１ｂ 流出口
３２ 貫通孔
３３ 下流側端部
４０ 第２内筒部材
４１ａ 流入口
４１ｂ 流出口
５０ 筒状部材
５１ａ 流入口
５１ｂ 流出口
６０ 第２外筒部材
６１ａ 流入口
６１ｂ 流出口
６２ 供給管
６３ 排出管
７０ 開閉バルブ
７１ 軸受
７２ シャフト
８０ リング状部材
１００，２００ 熱交換器
【図1A】
【図1B】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図4】
