CN111749766A - 热交换器 - Google Patents

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Abstract

热交换器具备：具有区划形成多个隔室的间隔壁、内周壁和外周壁的中空型的柱状蜂窝结构体，这些隔室形成从流入端面延伸至流出端面的第一流体的流路；配置成与柱状蜂窝结构体的外周壁接触的第一外筒；具有第一流体的流入口及流出口且配置成外周面的一部分与柱状蜂窝结构体的内周壁接触的第一内筒；具有第一流体的流入口及流出口的第二内筒，流出口隔开间隔地配置于柱状蜂窝结构体的内周壁的径向内侧；和配置于第一内筒的流出口侧的开闭阀。该热交换器构成为第一内筒的流入口在柱状蜂窝结构体的轴向上比流出端面靠流入端面侧，第二内筒的流出口在柱状蜂窝结构体的轴向上比流入端面靠流出端面侧，第二内筒的流出口的直径小于第一内筒的流入口的直径。

Description

热交换器
技术领域
本发明涉及热交换器。
背景技术
近年来，提出了改善汽车的油耗的要求。特别地，为了防止发动机启动时等发动机冷却时的油耗变差，期待提前将冷却水、发动机油、自动变速箱油(ATF：Automatictransmission fluid)等加热而降低摩擦(Friction)损失的系统。另外，期待为了使废气净化用催化剂提前实现活化而对催化剂进行加热的系统。
作为这样的系统，例如存在热交换器。热交换器是通过使第一流体在内部流通且使第二流体在外部流通而使得第一流体与第二流体之间进行热交换的装置。对于这样的热交换器而言，通过从高温的流体(例如，废气等)向低温的流体(例如，冷却水等)进行热交换而能够有效利用热。
专利文献1中提出了如下热交换器，该热交换器具有集热部和壳体，该集热部形成为具有能够供第一流体(例如废气)流通的多个隔室的蜂窝结构体，该壳体配置成将集热部的外周面覆盖，第二流体(例如冷却水)能够在该壳体与集热部之间流通。
不过，专利文献1的热交换器是始终对从第一流体向第二流体释放的热进行回收的结构，因此，即便在无需对释放的热进行回收的情况下(无需进行热交换的情况下)，有时也对释放的热进行回收。因此，需要增大用于将无需对释放的热进行回收时回收的热释放的散热器的容量。
另一方面，专利文献2中提出了如下热交换器(废气热回收器)，其具备：内管，该内管用于使来自发动机的废气向车辆后方流通；外管，该外管在所述内管的外周沿着所述内管的轴向配置，且比所述内管的后端部向车辆后方伸出；阀，该阀对所述内管的后端部进行开闭；第一节流部，该第一节流部具有相对于所述内管的内部朝向车辆后方开口的流入口，使从所述内管的内部通过所述流入口而流入的废气向车辆前方流通，并通过形成于所述内管的孔而将该废气向所述内管的径向外侧引导；流路，该流路形成于所述内管与所述外管之间，使通过所述孔而向所述内管的径向外侧引导的废气在所述内管的径向外侧向车辆后方流通；热交换部，该热交换部配置于所述内管的径向外侧，使得所述流路中流通的废气与制冷剂之间进行热交换；以及第二节流部，该第二节流部设置于所述流路的比所述热交换部靠流通方向下游侧的位置。
专利文献2的热交换器能够通过阀的开闭而进行热回收(热交换)的促进和抑制的切换。特别地，该热交换器设置有第一节流部及第二节流部，因此，在抑制热回收时，通过使内管的后端部敞开(打开阀)而使得废气难以从内管向热交换部流入，其结果，能够提高隔热性能。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012－037165号公报
专利文献2：日本特开2018－119418号公报
发明内容
不过，本发明的发明人进行了研究，结果发现专利文献2的热交换器存在如下问题：由于设置有第一节流部及第二节流部，因此，在促进热回收时将内管的后端部封闭，在该情况下(关闭阀的情况下)，废气也难以从内管向热交换部流入，从而热回收性能降低，并且，压力损失容易增大。
本发明是为了解决如上所述的问题而完成的，其目的在于，提供一种热交换器，该热交换器在促进热回收时不会对压力损失造成影响而能够提高热回收性能、且在抑制热回收时能够提高隔热性能。
本发明的发明人对热交换器的结构进行了潜心研究，结果发现：通过设为具有特定结构的热交换器能够解决上述问题，从而完成了本发明。
即，本发明是一种热交换器，其中，具备：
中空型的柱状蜂窝结构体，该柱状蜂窝结构体具有区划形成多个隔室的间隔壁、内周壁以及外周壁，这些隔室形成从流入端面延伸至流出端面的第一流体的流路；
第一外筒，该第一外筒配置成与所述柱状蜂窝结构体的外周壁接触；
第一内筒，该第一内筒具有所述第一流体的流入口及流出口，且配置成外周面的一部分与所述柱状蜂窝结构体的所述内周壁接触；
第二内筒，该第二内筒具有所述第一流体的流入口及流出口，所述流出口隔开间隔地配置于所述柱状蜂窝结构体的所述内周壁的径向内侧；以及
开闭阀，该开闭阀配置于所述第一内筒的所述流出口侧，
所述第一内筒的所述流入口在所述柱状蜂窝结构体的轴向上位于比所述流出端面靠所述流入端面侧的位置，
所述第二内筒的所述流出口在所述柱状蜂窝结构体的轴向上位于比所述流入端面靠所述流出端面侧的位置，
所述第二内筒的所述流出口的直径小于所述第一内筒的所述流入口的直径。
发明效果
根据本发明，能够提供一种在促进热回收时不会对压力损失造成影响而能够提高热回收性能、且在抑制热回收时能够提高隔热性能的热交换器。
附图说明
图1是本发明的实施方式所涉及的热交换器的与第一流体的流通方向平行的截面图。
图2是图1的热交换器的a－a’线的截面图。
图3是本发明的实施方式所涉及的另一热交换器的与第一流体的流通方向平行的截面图。
图4是本发明的实施方式所涉及的另一热交换器的与第一流体的流通方向平行的截面图。
图5是本发明的实施方式所涉及的另一热交换器的与第一流体的流通方向平行的截面图。
图6是本发明的实施方式所涉及的另一热交换器的与第一流体的流通方向平行的截面图。
附图标记说明
10…柱状蜂窝结构体、10a…流入端面、10b…流出端面、11…隔室、12…间隔壁、13…内周壁、14…外周壁、20…第一外筒、30…第一内筒、31a…流入口、31b…流出口、40…第二内筒、41a…流入口、41b…流出口、50…开闭阀、60…第二外筒、61…供给管、62…排出管、70…前盖、80…后盖、100…热交换器。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的实施方式进行具体说明。本发明并不限定于以下实施方式，应当理解：在不脱离本发明的主旨的范围内，基于本领域技术人员的常识而能够适当地对以下实施方式加以变更、改良等，由此获得的实施方式也落入本发明范围内。
图1是本发明的实施方式所涉及的热交换器的与第一流体的流通方向平行的截面图。另外，图2是图1的热交换器的a－a’线的截面图。
如图1所示，本发明的实施方式所涉及的热交换器100具备：中空型的柱状蜂窝结构体10(以下有时简称为“柱状蜂窝结构体”)；第一外筒20，其配置成与柱状蜂窝结构体10的外周壁14接触；第一内筒30，其配置成外周面的一部分与柱状蜂窝结构体10的内周壁13接触；第二内筒40，其流出口41b隔开间隔地配置于柱状蜂窝结构体10的内周壁13的径向内侧；以及开闭阀50，其配置于第一内筒30的流出口31b侧。
中空型的柱状蜂窝结构体10具有区划形成多个隔室11的间隔壁12、内周壁13以及外周壁14，该多个隔室11从流入端面10a延伸至流出端面10b而形成第一流体的流路。
此处，本说明书中的“中空型的柱状蜂窝结构体10”是指：与第一流体的流路方向垂直的中空型的柱状蜂窝结构体的截面中的、在中心部具有中空区域的柱状蜂窝结构体。
作为中空型的柱状蜂窝结构体10的形状(外形)，并未特别限定，例如可以设为圆柱、椭圆柱、四棱柱或其他多棱柱等。
另外，中空型的柱状蜂窝结构体10的中空区域的形状也未特别限定，例如可以设为圆柱、椭圆柱、四棱柱或其他多棱柱等。
此外，中空型的柱状蜂窝结构体10的形状和中空区域的形状可以相同，也可以不同，不过，从针对来自外部的冲击、热应力等的耐受性的观点考虑，优选设为相同形状。
作为隔室11的形状，并未特别限定，在与第一流体的流路方向垂直的方向的截面中，可以设为圆形、椭圆形、三角形、四边形、六边形或其他多边形等。另外，优选隔室11在与第一流体的流路方向垂直的方向的截面中设置成辐射状。通过设为上述结构，能够高效地将隔室11中流通的第一流体的热向中空型的柱状蜂窝结构体10的外部传导。
间隔壁12的厚度并未特别限定，优选为0.1mm～1mm，更优选为0.2mm～0.6mm。通过将间隔壁12的厚度设为0.1mm以上，能够使中空型的柱状蜂窝结构体10的机械强度变得充分。另外，通过将间隔壁12的厚度设为1mm以下，能够抑制压力损失因开口面积减小而增大、以及热回收效率因与第一流体之间的接触面积减小而降低等问题。
内周壁13及外周壁14的厚度并未特别限定，优选大于间隔壁12的厚度。通过设为上述结构，能够提高容易因来自外部的冲击、基于第一流体与第二流体之间的温差的热应力等而引起破坏(例如，裂纹、开裂等)的内周壁13及外周壁14的强度。
此外，内周壁13及外周壁14的厚度并未特别限定，只要根据用途等而适当地调整即可。例如，在将热交换器100用于通常的热交换用途的情况下，优选内周壁13及外周壁14的厚度为0.3mm以上10mm以下，更优选为0.5mm～5mm，进一步优选为1mm～3mm。另外，在将热交换器100用于蓄热用途的情况下，可以将外周壁14的厚度设为10mm以上，由此使得外周壁14的热容量增大。
间隔壁12、内周壁13以及外周壁14以陶瓷为主成分。“以陶瓷为主成分”是指：陶瓷的质量在全部成分的质量中所占据的比率为50质量％以上。
间隔壁12、内周壁13以及外周壁14的气孔率并未特别限定，优选为10％以下，更优选为5％以下，进一步优选为3％以下。另外，间隔壁12、内周壁13以及外周壁14的气孔率可以为0％。通过将间隔壁12、内周壁13以及外周壁14的气孔率设为10％以下而能够提高导热率。
优选间隔壁12、内周壁13以及外周壁14含有导热性高的SiC(碳化硅)作为主成分。作为这种材料，可以举出：Si含浸SiC、(Si+Al)含浸SiC、金属复合SiC、再结晶SiC、Si3N4以及SiC等。其中，由于能够廉价地制造且导热性较高，因此，优选采用Si含浸SiC、(Si+Al)含浸SiC。
与第一流体的流路方向垂直的中空型的柱状蜂窝结构体10的截面中的隔室密度(即，每单位面积的隔室11的数量)并未特别限定，优选为4隔室/cm2～320隔室/cm2。通过将隔室密度设为4隔室/cm2以上，能够充分确保间隔壁12的强度、甚至中空型的柱状蜂窝结构体10本身的强度以及有效GSA(几何学表面积)。另外，通过将隔室密度设为320隔室/cm2以下，能够抑制第一流体流动时的压力损失增大。
中空型的柱状蜂窝结构体10的等静压强度并未特别限定，优选为100MPa以上，更优选为150MPa以上，进一步优选为200MPa以上。通过将中空型的柱状蜂窝结构体10的等静压强度设为100MPa以上，能够提高中空型的柱状蜂窝结构体10的耐久性。可以基于社团法人汽车技术会发行的汽车标准、即JASO标准M505－87中规定的等静压破坏强度的测定方法而测定中空型的柱状蜂窝结构体10的等静压强度。
与第一流体的流路方向垂直的方向上的截面中的外周壁14的直径(外径)并未特别限定，优选为20mm～200mm，更优选为30mm～100mm。通过设为上述直径而能够提高热回收效率。在外周壁14并非圆形的情况下，将与外周壁14的截面形状内切的最大内切圆的直径设为外周壁14的直径。
另外，与第一流体的流路方向垂直的方向上的截面中的内周壁13的直径并未特别限定，优选为1mm～50mm，更优选为2mm～30mm。在内周壁13的截面形状并非圆形的情况下，将与内周壁13的截面形状内切的最大内切圆的直径设为内周壁13的直径。
中空型的柱状蜂窝结构体10的导热率并未特别限定，在25℃的温度下，优选为50W/(m·K)以上，更优选为100W/(m·K)～300W/(m·K)，进一步优选为120W/(m·K)～300W/(m·K)。通过将中空型的柱状蜂窝结构体10的导热率设为上述范围，能够使导热性变得良好，从而能够高效地将中空型的柱状蜂窝结构体10内的热向外部效率传导。此外，导热率的值是指：利用激光闪光法(JIS R1611－1997)进行测定所得的值。
当废气作为第一流体而在中空型的柱状蜂窝结构体10的隔室11流通时，可以使催化剂担载于中空型的柱状蜂窝结构体10的间隔壁12。如果使催化剂担载于间隔壁12，则能够通过催化反应而使得废气中的CO、NOx、HC等变为无害的物质，并且，还能够将催化反应时产生的反应热用于热交换。作为催化剂，优选含有选自贵金属(铂、铑、钯、钌、铟、银以及金)、铝、镍、锆、钛、铈、钴、猛、锌、铜、锡、铁、铌、镁、镧、钐、铋以及钡构成的组中的至少一种元素。可以以金属单质、金属氧化物、或除此以外的金属化合物的形式含有上述元素。
作为催化剂(催化剂金属+担载体)的担载量，并未特别限定，优选为10g/L～400g/L。另外，在采用含有贵金属的催化剂的情况下，其担载量并未特别限定，优选为0.1g/L～5g/L。通过将催化剂(催化剂金属+担载体)的担载量设为10g/L以上，容易体现出催化作用。另外，通过将催化剂(催化剂金属+担载体)的担载量设为400g/L以下，能够抑制压力损失及制造成本的提升。担载体是供催化剂金属担载的载体。作为担载体，可以采用含有选自氧化铝、二氧化铈、以及氧化锆构成的组中的至少一种的担载体。
第一外筒20为筒状部件，且配置成与柱状蜂窝结构体10的外周壁14接触。
优选第一外筒20的轴向与柱状蜂窝结构体10的轴向一致、且第一外筒20的中心轴与柱状蜂窝结构体10的中心轴一致。另外，第一外筒20的直径(外径及内径)可以在整个轴向上都相同，不过，也可以至少一部分(例如轴向两端部等)缩径或扩径。
作为第一外筒20，只要与柱状蜂窝结构体10的外周壁14接触即可，并未特别限定。例如，作为第一外筒20，可以采用与柱状蜂窝结构体10的外周壁14嵌合并将柱状蜂窝结构体10的外周壁14环绕覆盖的筒状部件。
此处，本说明书中的“嵌合”是指：柱状蜂窝结构体10和第一外筒20以相互嵌合的状态而固定。因此，对于柱状蜂窝结构体10与第一外筒20的嵌合而言，除了基于间隙配合、过盈配合、热压配合等嵌合方式的固定方法以外，还包括通过钎焊、焊接、扩散接合等方式而将柱状蜂窝结构体10和第一外筒20彼此固定的情形等。
优选第一外筒20具有与柱状蜂窝结构体10的外周壁14对应的内周面形状。第一外筒20的内周面与柱状蜂窝结构体10的外周壁14直接接触而能够使导热性变得良好，从而能够高效地将柱状蜂窝结构体10内的热向第一外筒20传导。
从提高热回收效率的观点考虑，优选由第一外筒20环绕覆盖的柱状蜂窝结构体10的外周壁14的部分的面积相对于柱状蜂窝结构体10的外周壁14的总面积的比例较高。具体而言，优选该面积比例为80％以上，更优选为90％以上，进一步优选为100％(即，柱状蜂窝结构体10的外周壁14全部都由第一外筒20环绕覆盖。)。
此外，此处所说的“外周壁14”是指：柱状蜂窝结构体10的与第一流体的流路方向平行的面，不包括柱状蜂窝结构体10的与第一流体的流路方向垂直的面(流入端面10a及流出端面10b)。
第一外筒20的材料并未特别限定，从制造性的观点考虑，优选为金属。另外，如果第一外筒20由金属制成，则能够容易地进行与后述的第二外筒60的焊接，就这一点而言构成优选方式。作为第一外筒20的材料，例如可以采用不锈钢、钛合金、铜合金、铝合金、黄铜等。其中，根据耐久可靠性高且便宜的理由，优选为不锈钢。
第一外筒20的厚度并未特别限定，优选为0.1mm以上，更优选为0.3mm以上，进一步优选为0.5mm以上。通过将第一外筒20的厚度设为0.1mm以上，能够确保耐久可靠性。另外，优选第一外筒20的厚度为10mm以下，更优选为5mm以下，进一步优选为3mm以下。通过将第一外筒20的厚度设为10mm以下，能够降低热阻而提高导热性。
第一内筒30为具有第一流体的流入口31a及流出口31b的筒状的部件。
优选第一内筒30的轴向与柱状蜂窝结构体10的轴向一致、且第一内筒30的中心轴与柱状蜂窝结构体10的中心轴一致。另外，第一内筒30的直径(外径及内径)可以在整个轴向上相同，不过，也可以至少一部分(例如，流出口31b周围)缩径或扩径。
只要第一内筒30能够收纳于柱状蜂窝结构体10的内周壁13即可，并未特别限定。例如，作为第一内筒30，可以采用外周面的一部分与柱状蜂窝结构体10的内周壁13接触的筒状部件。
此处，第一内筒30的外周面的一部分和柱状蜂窝结构体10的内周壁13可以直接接触，也可以借助其他部件而间接接触。
第一内筒30的外周面的一部分和柱状蜂窝结构体10的内周壁13以彼此嵌合的状态而固定。作为固定方法，并未特别限定，除了基于间隙配合、过盈配合、热压配合等嵌合方式的固定方法以外，还可以采用钎焊、焊接、扩散接合等。
第一内筒30的流入口31a在柱状蜂窝结构体10的轴向上位于比流出端面10b靠流入端面10a侧的位置。通过在上述位置设置第一内筒30的流入口31a而能够将第一内筒30固定于柱状蜂窝结构体10的内周壁13，并且，能够确保抑制热回收时的第一流体的流路。
另外，优选第一内筒30的流入口31a在柱状蜂窝结构体10的轴向上位于比流入端面10a靠流出端面10b侧的位置。即，优选第一内筒30的流入口31a在柱状蜂窝结构体10的轴向上位于流入端面10a至流出端面10b之间。通过在上述位置设置第一内筒30的流入口31a而能够抑制在促进热回收时第一流体的流路缩窄，因此，压力损失难以升高。
第一内筒30的材料并未特别限定，从制造性的观点考虑，优选为金属。作为第一内筒30的材料，例如可以采用不锈钢、钛合金、铜合金、铝合金、黄铜等。其中，根据耐久可靠性高且便宜的理由，优选为不锈钢。
第一内筒30的厚度并未特别限定，优选为0.1mm以上，更优选为0.3mm以上，进一步优选为0.5mm以上。通过将第一内筒30的厚度设为0.1mm以上，能够确保耐久可靠性。另外，优选第一内筒30的厚度为10mm以下，更优选为5mm以下，进一步优选为3mm以下。通过将第一内筒30的厚度设为10mm以下，能够使热交换器100实现轻量化。
第二内筒40为具有第一流体的流入口41a及流出口41b的筒状的部件。优选第二内筒40的轴向与柱状蜂窝结构体10的轴向一致、且第二内筒40的中心轴与柱状蜂窝结构体10的中心轴一致。
只要第二内筒40的流出口41b能够隔开间隔地配置于柱状蜂窝结构体10的内周壁13的径向内侧即可，并未特别限定。例如，作为第二内筒40，可以采用具有流出口41b的外径小于柱状蜂窝结构体10的内周壁13的内径的外径的筒状部件。
第二内筒40的流出口41b的直径小于第一内筒30的流入口31a的直径。通过设为这种结构，能够不使第一内筒30和第二内筒40接触地确保在第二内筒40与第一内筒30之间形成的第一流体的流路。
第二内筒40的流出口41b的直径(外径)与第一内筒30的流入口31a的直径(内径)之差并未特别限定，优选为1mm～20mm，更优选为8mm～10mm。通过将直径之差控制在上述范围内，能够抑制压力损失在促进热回收时增大。
第二内筒40的直径(外径及内径)可以在整个轴向上相同，不过，也可以至少一部分(例如流入口41a周围)缩径或扩径。例如，如图3所示，优选第二内筒40的流入口41a的直径大于流出口41b的直径。通过设为这种结构而能够抑制压力损失增大。
第二内筒40的流出口41b在柱状蜂窝结构体10的轴向上位于比流入端面10a靠流出端面10b侧的位置。通过在上述位置设置第二内筒40的流出口41b，使得朝向柱状蜂窝结构体10的第一流体的流路方向与第一流体在第二内筒40内流动的方向相反。因此，在抑制热回收时，从第二内筒40的流出口41b流出的第一流体容易流入至第一内筒30的流入口31a，并且，难以流入至柱状蜂窝结构体10，其结果，能够提高隔热性能。
如图4所示，优选第二内筒40的流出口41b在第一内筒30的轴向上位于比第一内筒30的流入口31a靠流出口31b侧的位置。通过在上述位置设置第二内筒40的流出口41b，使得与第一流体在第二内筒40内流动的方向相反的第一流体的流通路径加长。因此，能够更进一步提高隔热性能的提高效果。
如图4所示，第二内筒40的流出口41b可以在柱状蜂窝结构体10的轴向上以超过柱状蜂窝结构体10的流出端面10b的方式延伸。通过在上述位置设置第二内筒40的流出口41b，使得与第一流体在第二内筒40内流动的方向相反的第一流体的流通路径加长。因此，能够更进一步提高隔热性能的提高效果。
如图5所示，第二内筒40可以在流出口41b侧的外周面形成沿着第二内筒40的轴向延伸的槽42。优选槽42设置于第二内筒40的整个周向。通过设置上述槽42，能够更进一步提高隔热性能的效果。
如图6所示，第二内筒40可以在流出口41b侧形成在第二内筒40的径向上贯通的贯通孔43。优选贯通孔43设置于第二内筒40的整个周向。通过设置上述贯通孔43，能够更进一步提高隔热性能的效果。
作为第二内筒40的固定方法，并未特别限定，例如只要固定于前盖70等即可。此处，前盖70具有筒状，其轴向一端固定于后述的第二外筒60的外周面，轴向另一端固定于第二内筒40的外周面。作为固定方法，并未特别限定，除了基于间隙配合、过盈配合、热压配合等嵌合方式的固定方法以外，还可以采用钎焊、焊接、扩散接合等。
第二内筒40的材料并未特别限定，从制造性的观点考虑，优选为金属。作为第二内筒40的材料，例如可以采用不锈钢、钛合金、铜合金、铝合金、黄铜等。其中，根据耐久可靠性高且便宜的理由，优选为不锈钢。
第二内筒40的厚度并未特别限定，优选为0.1mm以上，更优选为0.3mm以上，进一步优选为0.5mm以上。通过将第二内筒40的厚度设为0.1mm以上，能够确保耐久可靠性。另外，优选第二内筒40的厚度为10mm以下，更优选为5mm以下，进一步优选为3mm以下。通过将第二内筒40的厚度设为10mm以下，能够使热交换器100实现轻量化。
开闭阀50配置于第一内筒30的流出口31b侧。开闭阀50构成为：在热交换时(促进热回收时)能够将第一内筒30的内侧的第一流体的流动阻断。另外，开闭阀50构成为：在非热交换时(抑制热回收时)能够将第一内筒30的内侧的第一流体的流动释放。即，通过在促进热回收时使开闭阀50形成为关闭状态，能够使第一流体在柱状蜂窝结构体10流通，通过在抑制热回收时使开闭阀50形成为打开状态，能够使第一流体在第一内筒30内流通。
开闭阀50的形状及结构并未特别限定，只要根据供开闭阀50设置的第一内筒30的形状等而选择适当的形状及结构即可。
本发明的实施方式所涉及的热交换器100可以还具备第二外筒60，该第二外筒60隔开间隔地配置于第一外筒20的径向外侧，第二流体能够在该第二外筒60与第一外筒20之间流通。
第二外筒60为筒状的部件。优选第二外筒60的轴向与柱状蜂窝结构体10的轴向一致、且第二外筒60的中心轴与柱状蜂窝结构体10的中心轴一致。
优选第二外筒60与用于将第二流体向第二外筒60与第一外筒20之间的区域供给的供给管61、以及用于将第二流体从第二外筒60与第一外筒20之间的区域排出的排出管62连接。优选供给管61及排出管62设置于与柱状蜂窝结构体10的轴向两端部对应的位置。
另外，供给管61及排出管62可以朝向相同的方向伸出，也可以朝向不同的方向伸出。
优选第二外筒60配置成：轴向两端部的内周面直接或间接地与第一外筒20的外周面接触。
作为将第二外筒60的轴向两端部的内周面固定于第一外筒20的外周面的方法，并未特别限定，除了基于间隙配合、过盈配合、热压配合等嵌合方式的固定方法以外，还可以采用钎焊、焊接、扩散接合等。
第二外筒60的直径(外径及内径)可以在整个轴向上相同，不过，也可以至少一部分(例如轴向中央部、轴向两端部等)缩径或扩径。例如，通过使第二外筒60的轴向中央部缩径，能够使第二流体在供给管61及排出管62侧的第二外筒60内遍及第一外筒20的整个外周方向。因此，在轴向中央部无助于热交换的第二流体减少，因此能够提高热交换效率。
第二外筒60的材料并未特别限定，从制造性的观点考虑，优选为金属。作为第二外筒60的材料，例如可以采用不锈钢、钛合金、铜合金、铝合金、黄铜等。其中，根据耐久可靠性高且便宜的理由，优选为不锈钢。
第二外筒60的厚度并未特别限定，优选为0.1mm以上，更优选为0.3mm以上，进一步优选为0.5mm以上。通过将第二外筒60的厚度设为0.1mm以上，能够确保耐久可靠性。另外，第二外筒60的厚度优选为10mm以下，更优选为5mm以下，进一步优选为3mm以下。通过将第二外筒60的厚度设为10mm以下，能够使热交换器100实现轻量化。
优选第二外筒60的轴向一端的外周面与上述的前盖70的内周面固定、且轴向另一端的外周面与后盖80的内周面固定。通过设为上述结构，能够确保第一流体相对于热交换器100的流入和流出。作为固定方法，并未特别限定，除了基于间隙配合、过盈配合、热压配合等嵌合方式的固定方法以外，还可以采用钎焊、焊接、扩散接合等。
作为用于热交换器100的第一流体及第二流体，并未特别限定，可以利用各种液体及气体。例如，在热交换器100搭载于汽车的情况下，作为第一流体，可以采用废气，作为第二流体，可以采用水或防冻液(JIS K2234：2006中规定的LLC)。另外，第一流体可以设为温度高于第二流体的温度的流体。
具有如上所述的结构的热交换器100可以基于该技术领域中公知的方法而制造。例如，热交换器100可以根据以下说明的制造方法而制造。
首先，将含有陶瓷粉末的坯料挤出为期望的形状而制作蜂窝成型体。此时，通过选择适当形态的口模及夹具而能够对隔室11的形状及密度、间隔壁12、内周壁13以及外周壁14的形状及厚度等进行控制。另外，作为蜂窝成型体的材料，可以采用前述的陶瓷。例如，在制造以Si含浸SiC复合材料为主成分的蜂窝成型体的情况下，可以在规定量的SiC粉末中加入粘合剂以及水或有机溶剂，并对获得的混合物进行混炼而制成坯料，进而进行成型，由此能够获得期望形状的蜂窝成型体。然后，对获得的蜂窝成型体实施干燥，在减压的惰性气体或真空环境中，使金属Si含浸于蜂窝成型体中并进行烧成，由此能够获得具有由间隔壁12区划形成的隔室11的中空型的柱状蜂窝结构体10。
接下来，将中空型的柱状蜂窝结构体10插入于第一外筒20内并固定于规定的位置。接下来，将第二外筒60配置于规定的位置，并将第二外筒60的轴向两端部的内周面固定于第一外筒20的轴向两端部的外周面。接下来，将第一内筒30配置于规定的位置，并将第一内筒30的流入口31a侧的外周面固定于中空型的柱状蜂窝结构体10的内周壁13。接下来，将前盖70及后盖80配置于规定的位置，并将前盖70及后盖80的内周面固定于第二外筒60的外周面。接下来，将第二内筒40配置于规定的位置，并将第二内筒40的外周面固定于前盖70的内周面。接下来，将开闭阀50安装于第一内筒30的流出口31b侧。
此外，供给管61及排出管62可以预先固定于第二外筒60，也可以在适当的阶段固定于第二外筒60。另外，各部件的配置及固定的顺序并不限定于此，可以在能够制造的范围内适当地变更。另外，固定方法只要采用上述方法即可。
本发明的实施方式所涉及的热交换器100构成为：在抑制热回收时，朝向柱状蜂窝结构体10的第一流体的流路方向与第一流体在第二内筒40内流动的方向相反，因此，第一流体难以流入至柱状蜂窝结构体10，能够提高隔热性能。另一方面，构成为第一流体的流路在促进热回收时不会缩窄，因此，第一流体容易流入至柱状蜂窝结构体10，不会对压力损失造成影响而能够提高热回收性能。
实施例
以下，利用实施例对本发明进行更具体的说明，不过，本发明并未受到这些实施例的任何限定。
＜中空型的柱状蜂窝结构体的制作＞
在对含有SiC粉末的坯料进行挤出成型而使其形成为期望的形状之后使其干燥，加工成规定的外形尺寸并进行Si含浸烧成，由此制造中空型的柱状蜂窝结构体。中空型的柱状蜂窝结构体的外径设定为75mm，中空区域的直径设定为57mm，第一流体的流路方向上的长度设定为33mm，间隔壁的厚度设定为0.3mm，内周壁的厚度设定为1.5mm，外周壁的厚度设定为1.5mm。另外，中空型的柱状蜂窝结构体的间隔壁、内周壁以及外周壁的气孔率设定为1％，隔室密度设定为300隔室/cm2，等静压强度设定为150MPa，25℃时的导热率设定为150W/(m·K)。
＜热交换器的制作＞
(实施例1)
利用上述制作的中空型的柱状蜂窝结构体并通过上述方法制作具有图1及图2所示的结构的热交换器。热交换器的各部件由不锈钢制成，它们的厚度设为1mm～1.5mm。第二内筒的流出口的直径(外径)与第一内筒的流入口的直径(内径)之差设为10mm。
(比较例1)
利用上述制作的中空型的柱状蜂窝结构体而制作具有国际公开第2017/069265号记载的结构的热交换器。
针对上述实施例及比较例中获得的热交换器，对促进热回收时及抑制热回收时的热回收效率及压力损失进行了评价。以如下方式对压力损失及热回收效率进行了评价。
(热回收效率)
作为第一流体而采用空气，作为第二流体而采用水。以20g/sec(Mg)的流量向第二内筒供给400℃(Tg1)的空气，以166g/sec(Mw)的流量从供给管向第一外筒与第二外筒之间供给水，从排出管回收热交换后的水。在以上述各条件开始对热交换器进行空气及水的供给之后刚经过5分钟之后，立刻对热交换器的供给管中的水的温度(Tw1)及排出管中的水的温度(Tw2)进行测定并求出热回收效率。此处，由水回收的热量Q由下式表示。
Q(kW)＝ΔTw×Cpw×Mw
式中，ΔTw＝Tw2－Tw1，Cpw(水的比热)＝4182J/(kg·K)。
另外，热交换器的热回收效率η由下式表示。
η(％)＝Q/{(Tg1－Tw1)×Cpg×Mg}×100
式中，Cpg(空气的比热)＝1050J/(kg·K)。
(压力损失)
在上述热回收效率的热交换试验中，在位于热交换器前后的空气流路内分别配置压力表而对压力进行了测定。将上述测定出的压力之差设为在热交换器内流动的空气的压力损失。此外，压力是开始对热交换器进行空气及水的供给之后刚经过了5分钟之后的测定值。
表1中示出了上述评价结果。
表1
实施例1 比较例1
促进热回收时的热回收效率(％) 54 52
促进热回收时的压力损失(kPa) 3 5
抑制热回收时的热回收效率(％) 5 8
抑制热回收时的压力损失(kPa) 0.11 0.08
如表1所示，实施例1的热交换器与比较例1的热交换器相比，在促进热回收时，压力损失减小，并且，热回收效率提高，另外，在抑制热回收时，热回收效率降低。
根据以上结果可知，根据本发明，能够提供在促进热回收时不会对压力损失造成影响而能够提高热回收性能、且在抑制热回收时能够提高隔热性能的热交换器。

Claims (8)

1.一种热交换器，其中，具备：
中空型的柱状蜂窝结构体，该柱状蜂窝结构体具有区划形成多个隔室的间隔壁、内周壁以及外周壁，这些隔室形成从流入端面延伸至流出端面的第一流体的流路；
第一外筒，该第一外筒配置成与所述柱状蜂窝结构体的外周壁接触；
第一内筒，该第一内筒具有所述第一流体的流入口及流出口，且配置成外周面的一部分与所述柱状蜂窝结构体的所述内周壁接触；
第二内筒，该第二内筒具有所述第一流体的流入口及流出口，所述流出口隔开间隔地配置于所述柱状蜂窝结构体的所述内周壁的径向内侧；以及
开闭阀，该开闭阀配置于所述第一内筒的所述流出口侧，
所述第一内筒的所述流入口在所述柱状蜂窝结构体的轴向上位于比所述流出端面靠所述流入端面侧的位置，
所述第二内筒的所述流出口在所述柱状蜂窝结构体的轴向上位于比所述流入端面靠所述流出端面侧的位置，
所述第二内筒的所述流出口的直径小于所述第一内筒的所述流入口的直径。
2.根据权利要求1所述的热交换器，其中，
所述热交换器还具备第二外筒，该第二外筒隔开间隔地配置于所述第一外筒的径向外侧，第二流体能够在该第二外筒与所述第一外筒之间流通。
3.根据权利要求1或2所述的热交换器，其中，
所述开闭阀构成为：在热交换时，能够将所述第一内筒的内侧的所述第一流体的流动阻断。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的热交换器，其中，
在所述第二内筒的所述流出口侧的外周面形成有沿着所述第二内筒的轴向延伸的槽。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的热交换器，其中，
在所述第二内筒的所述流出口侧形成有在所述第二内筒的径向上贯通的贯通孔。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的热交换器，其中，
所述第二内筒的所述流入口的直径大于所述流出口的直径。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的热交换器，其中，
所述第二内筒的所述流出口在所述第一内筒的轴向上位于比所述第一内筒的所述流入口靠所述流出口侧的位置。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的热交换器，其中，
所述第二内筒的所述流出口在所述柱状蜂窝结构体的轴向上以超过所述柱状蜂窝结构体的所述流出端面的方式延伸。
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