CN116734645A - 热交换器 - Google Patents

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CN116734645A CN202310115346.5A CN202310115346A CN116734645A CN 116734645 A CN116734645 A CN 116734645A CN 202310115346 A CN202310115346 A CN 202310115346A CN 116734645 A CN116734645 A CN 116734645A
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heat recovery
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赤石龙士郎
川口竜生
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NGK Insulators Ltd
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Abstract

本发明提供一种热交换器，其能够提高热回收性能，且能够抑制构成第二流体的流路的部件熔损。热交换器(100)具备：热回收部件(1)，其能够供第一流体流通；内筒(10)，其对热回收部件(1)进行收纳；外筒(20)，其具有能够供给第二流体的供给口(21)及能够排出第二流体的排出口(22)，且空开间隔地配置于内筒(10)的径向外侧以在与内筒(10)之间构成第二流体的流路(60)；供给管(30)，其与供给口(21)连接；以及排出管(40)，其与排出口(22)连接。热回收部件(1)配置成：以第一流体的流路方向为基准的情况下，热回收部件(1)的轴向中心部(C1)比内筒(10)的轴向中心部(C2)更靠下游侧且热回收部件(1)的下游侧端部(2)比第二流体的流路(60)的下游侧端部(61b)更靠上游侧。

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，要求改善汽车的燃油经济性。特别是，为了防止发动机启动时等发动机变冷时的燃油经济性恶化，期待有使冷却水、机油、自动变速箱油(ATF：AutomaticTransmission Fluid)等提前变暖而减少摩擦(Friction)损失的系统。另外，期待有对催化剂进行加热以使尾气净化用催化剂提前活化的系统。
作为上述系统，例如有热交换器。热交换器是：通过使第一流体流通于内部且使第二流体流通于外部而在第一流体与第二流体之间进行热交换的装置。该热交换器中，从高温流体(例如尾气等)向低温流体(例如冷却水等)进行热交换，由此能够将热有效利用。
作为从像汽车尾气这样的高温气体中回收热的热交换器，已知有如下热交换器，该热交换器具备：中空型的柱状蜂窝结构体，其具有内周壁、外周壁及隔壁，该隔壁配设于内周壁与外周壁之间，且区划形成多个隔室，该多个隔室从第一端面延伸至第二端面而形成第一流体的流路；第一外筒部件，其嵌合于柱状蜂窝结构体的外周壁的表面；内筒部件，其嵌合于柱状蜂窝结构体的内周壁的表面；上游侧筒状部件，其具有以构成第一流体的流路的方式空开间隔地配置于内筒部件的半径方向内侧的部分；筒状连接部件，其以构成第一流体的流路的方式将第一外筒部件的上游侧端部与上游侧筒状部件的上游侧之间连接；下游侧筒状部件，其与第一外筒部件的下游侧端部连接，且具有以构成第一流体的流路的方式空开间隔地配置于内筒部件的径向外侧的部分；第二外筒部件，其以构成第二流体的流路的方式空开间隔地配置于第一外筒部件的径向外侧；以及开闭阀，其配置于内筒部件的下游侧端部侧(专利文献1)。具有该结构的热交换器能够通过开闭阀的开闭而进行从第一流体向第二流体的热回收的促进与该热回收的抑制之间的切换。另外，该热交换器中，筒状部件具有从柱状蜂窝结构体的第二端面的位置趋向下游侧端部侧而缩径的圆锥部，通过将内筒部件的下游侧端部的内径相对于上游侧筒状部件的下游侧端部的内径的差值的比例控制为±20％以内、或者使上游侧筒状部件的下游侧端部延伸到比柱状蜂窝结构体的第二端面的位置更靠下游侧，在热回收抑制时能够抑制第一流体的回流现象，因此，热屏蔽性能良好。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2021/171668号
发明内容
上述专利文献1的热交换器没有特别着眼于在第一外筒部件与第二外筒部件之间所形成的第二流体的流路。
本发明的发明人在为了使热交换器的热回收性能提高而继续研究中查明了：在第二流体的流路内存在第二流体滞留的区域，因该区域中滞留的第二流体的沸腾而导致热回收性能降低。另外，还得知：若滞留的第二流体发生沸腾，则其周边的构成第二流体的流路的部件容易熔损。
本发明是为了解决如上所述的课题而实施的，其目的在于，提供一种通过抑制第二流体的沸腾而能够提高热回收性能、且能够抑制构成第二流体的流路的部件熔损的热交换器。
本发明的发明人对各种结构的热交换器进行了潜心研究，结果发现，通过控制热回收部件的位置，能够解决上述问题，以至完成本发明。
即，本发明是一种热交换器，其中，具备：
热回收部件，该热回收部件能够供第一流体流通；
内筒，该内筒对所述热回收部件进行收纳；
外筒，该外筒具有能够供给第二流体的供给口及能够排出所述第二流体的排出口，且空开间隔地配置于所述内筒的径向外侧以在与所述内筒之间构成所述第二流体的流路；
供给管，该供给管与所述供给口连接；以及
排出管，该排出管与所述排出口连接，
所述热回收部件配置成：以所述第一流体的流路方向为基准的情况下，所述热回收部件的轴向中心部比所述内筒的轴向中心部更靠下游侧且所述热回收部件的下游侧端部比所述第二流体的流路的下游侧端部更靠上游侧。
发明效果
根据本发明，可以提供能够提高热回收性能、且能够抑制构成第二流体的流路的部件熔损的热交换器。
附图说明
图1是本发明的实施方式1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的热交换器中的a－a’线的截面图。
图3是可用作热回收部件的蜂窝结构体的与轴向垂直的截面图。
图4是可用作热回收部件的蜂窝结构体的与轴向垂直的截面图。
图5是本发明的实施方式2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6是图5的热交换器中的b－b’线的截面图。
图7是第二流体的流路的一个端部周边的放大截面图。
图8是第二流体的流路的一个端部周边的放大截面图。
图9是本发明的实施方式3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10是本发明的实施方式3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11是本发明的实施方式4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12是本发明的实施方式5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13是本发明的实施方式6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。
符号说明
1…热回收部件，2…下游侧端部，10…内筒，11…高热阻化处理部，12…平滑面化部，20…外筒，21…供给口，22…排出口，23…折返结构，24…焊珠部，25…缩径化结构部，30…供给管，40…排出管，50…流路封堵部件，60…第二流体的流路，61a…上游侧端部，61b…下游侧端部，100、200、300、400、500、600、700…热交换器，210…第一筒状部件，220…第二筒状部件，230…第一筒状连接部件，240…第二筒状连接部件，250…第三筒状部件，260…开闭阀，270…密封材料，1000、2000…蜂窝结构体，1100…外周壁，1200…隔室，1300…隔壁，1400…内周壁，C1、C2…轴向中心部。
具体实施方式
本发明涉及热交换器，其具备：热回收部件，该热回收部件能够供第一流体流通；内筒，该内筒对热回收部件进行收纳；外筒，该外筒具有能够供给第二流体的供给口及能够排出第二流体的排出口，且空开间隔地配置于内筒的径向外侧以在与内筒之间构成第二流体的流路；供给管，该供给管与供给口连接；以及排出管，该排出管与排出口连接，热回收部件配置成：以第一流体的流路方向为基准的情况下，热回收部件的轴向中心部比内筒的轴向中心部更靠下游侧且热回收部件的下游侧端部比第二流体的流路的下游侧端部更靠上游侧。该热交换器可以在第二流体的流路内设置有抑制第二流体沸腾的沸腾抑制部。
以下，参照附图，对本发明的热交换器的实施方式具体地进行说明。本发明并不限定于以下的实施方式，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通常知识，对以下的实施方式适当加以变更、改良等得到的方案也落在本发明的范围内。
(实施方式1)
图1是本发明的实施方式1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的热交换器中的a－a’线的截面图。
如图1及图2所示，本发明的实施方式1所涉及的热交换器100具备：热回收部件1、内筒10、外筒20、供给管30及排出管40。
＜热回收部件1＞
热回收部件1为能够供第一流体流通的部件。热回收部件1具有在第一流体流通时对第一流体的热进行回收的功能。热回收部件1收纳于内筒10的内侧。
虽然还取决于第二流体的流路60的形状，不过，第二流体的流动有时在第二流体的流路60的轴向端部(特别是，以第一流体的流路方向为基准的情况下，第二流体的流路60的上游侧端部61a)周边变慢。这种情况下，在第二流体的流路60的轴向端部周边，容易发生第二流体的滞留(停滞)，有时第二流体的温度持续上升而导致第二流体沸腾。若成为该状态，则热回收性能降低，并且，周边的部件(内筒10及外筒20)容易熔损。
因此，热回收部件1配置成：以第一流体的流路方向为基准的情况下，热回收部件1的轴向中心部C1比内筒10的轴向中心部C2更靠下游侧，且热回收部件1的下游侧端部2比第二流体的流路60的下游侧端部61b更靠上游侧。通过将热回收部件1配置于该位置，使得进入于热回收部件1之前的第一流体的流路变宽。结果，在该部分，第一流体的流速降低而使得热传递率降低，因此，能够抑制第一流体的热经由内筒10而传递至第二流路。另外，第二流体的流路60的上游侧端部61a与热回收部件1之间的距离也变长，因此，在第二流体的流路60的上游侧端部61a周边，能够抑制由热回收部件1带来的热输入，使第二流体的温度降低。结果，能够抑制第二流体在第二流体的流路60的上游侧端部61a周边沸腾。
以第一流体的流路方向为基准的情况下，热回收部件1的下游侧端部2优选配置于自第二流体的流路60的下游侧端部61b离开10mm以上的上游侧。通过将热回收部件1的下游侧端部2配置于该位置，能够稳定地提高上述效果。
以第一流体的流路方向为基准的情况下，热回收部件1的下游侧端部2优选配置于自第二流体的流路60的下游侧端部61b离开第二流体的流路60的长度的10％以上的上游侧。通过将热回收部件1的下游侧端部2配置于该位置，能够稳定地提高上述效果。
以第一流体的流路方向为基准的情况下，热回收部件1的长度(轴向长度)优选为第二流体的流路60的长度的20％～90％。通过控制为这样的热回收部件1的长度，能够稳定地提高上述效果。
作为热回收部件1，没有特别限定，优选为蜂窝结构体。
此处，将可用作热回收部件1的蜂窝结构体的与轴向(第一流体的流路方向)垂直的截面图示于图3及图4。
图3所示的蜂窝结构体1000具有外周壁1100和多个隔壁1300，该多个隔壁1300配设于外周壁1100的内侧，且区划形成多个隔室1200，该多个隔室1200从第一端面延伸至第二端面而形成第一流体的流路。另外，图4所示的蜂窝结构体2000具有外周壁1100、内周壁1400、以及隔壁1300，该隔壁1300配设于外周壁1100与内周壁1400之间，且区划形成多个隔室1200，该多个隔室1200从第一端面延伸至第二端面而形成第一流体的流路。
作为蜂窝结构体1000、2000的形状(外形)，根据内筒10的形状而适当设定即可，没有特别限定。作为蜂窝结构体1000、2000的形状(外形)的例子，可以举出：圆柱、椭圆柱、四棱柱或其他的多棱柱等。蜂窝结构体2000的中空部(内周壁1400的内侧区域)的形状没有特别限定，可以与蜂窝结构体2000的外形相同或不同，不过，从针对来自外部的冲击、热应力等的耐受性的观点出发，优选相同。
外周壁1100及内周壁1400的厚度优选大于隔壁1300的厚度。通过采用这样的构成，能够提高容易因来自外部的冲击、由第一流体与第二流体之间的温度差所带来的热应力等而发生破损(例如裂纹、开裂等)的外周壁1100及内周壁1400的强度。
外周壁1100、隔壁1300及内周壁1400的厚度可以根据用途等而适当调整。例如，将热交换器100用于一般的热交换用途的情况下，外周壁1100及内周壁1400的厚度优选超过0.3mm且为10mm以下，更优选为0.5mm～5mm，进一步优选为1mm～3mm。另外，将热交换器100用于蓄热用途的情况下，也优选使外周壁1100的厚度为10mm以上，从而使外周壁1100的热容量增大。
隔壁1300的厚度优选为0.1～1mm，更优选为0.2～0.6mm。通过使隔壁1300的厚度为0.1mm以上，能够使蜂窝结构体1000、2000的机械强度变得充分。另外，通过使隔壁1300的厚度为1mm以下，能够抑制因开口面积的降低而导致压力损失增大、或者因与第一流体之间的接触面积的降低而导致热回收效率降低的问题。
外周壁1100、隔壁1300及内周壁1400以陶瓷为主成分。“以陶瓷为主成分”是指：陶瓷在全部质量中所占据的质量比率为50质量％以上。
外周壁1100、隔壁1300及内周壁1400的气孔率优选为10％以下，更优选为5％以下，特别优选为3％以下。另外，它们的气孔率也可以为0％。通过使它们的气孔率为10％以下，能够使热传导率提高。
外周壁1100、隔壁1300及内周壁1400优选包含热传导性高的SiC(碳化硅)作为主成分。“包含SiC(碳化硅)作为主成分”是指：SiC(碳化硅)在全部质量中所占据的质量比率为50质量％以上。
更具体而言，作为外周壁1100、隔壁1300及内周壁1400的材料，可以采用Si含浸SiC、(Si+Al)含浸SiC、金属复合SiC、重结晶SiC、Si3N4及SiC等。其中，从能够便宜地制造、高热传导考虑，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蜂窝结构体1000、2000的截面中的隔室密度(即、每单位面积的隔室1200的数量)没有特别限定，根据用途等而适当调整即可，优选为4～320隔室/cm2的范围。通过使隔室密度为4隔室/cm2以上，能够充分确保隔壁1300的强度、蜂窝结构体1000、2000本身的强度及有效GSA(几何学表面积)。另外，通过使隔室密度为320隔室/cm2以下，能够防止第一流体流动时的压力损失增大。
蜂窝结构体1000、2000的等静压强度优选超过100MPa，更优选为150MPa以上，进一步优选为200MPa以上。如果蜂窝结构体1000、2000的等静压强度超过100MPa，则蜂窝结构体1000、2000的耐久性优异。可以依据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，来测定蜂窝结构体1000、2000的等静压强度。
与第一流体的流路方向正交的截面中的外周壁1100的直径(外径)优选为20～200mm，更优选为30～100mm。通过设为这样的直径，能够使热回收效率提高。外周壁1100并非圆形的情况下，将与外周壁1100的截面形状内切的最大圆的直径设为外周壁1100的直径。
另外，蜂窝结构体2000的情况下，与第一流体的流路方向正交的截面中的内周壁1400的直径优选为1～60mm，更优选为2～30mm。内周壁1400的截面形状并非圆形的情况下，将与内周壁1400的截面形状内切的最大圆的直径设为内周壁1400的直径。
对于蜂窝结构体1000、2000的热传导率，于25℃，优选为50W/(m·K)以上，更优选为100～300W/(m·K)，进一步优选为120～300W/(m·K)。通过使蜂窝结构体1000、2000的热传导率为这样的范围，使得热传导性良好，能够使蜂窝结构体1000、2000内的热效率良好地向外部传递。应予说明，热传导率的值是：利用激光闪光法(JIS R1611－1997)测定得到的值。
使尾气作为第一流体流通于蜂窝结构体1000、2000的隔室1200的情况下，可以使催化剂担载于蜂窝结构体1000、2000的隔壁1300。如果使催化剂担载于隔壁1300，则能够使尾气中的CO、NOx、HC等通过催化反应而变为无害物质，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，优选为含有选自由贵金属(铂、铑、钯、钌、铟、银及金)、铝、镍、锆、钛、铈、钴、锰、锌、铜、锡、铁、铌、镁、镧、钐、铋及钡构成的组中的元素中的至少一种的催化剂。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。
＜内筒10＞
内筒10是对热回收部件1进行收纳的部件。内筒10嵌合于与第一流体的流通方向平行的热回收部件1的外周面。
此处，本说明书中，“嵌合”是指：热回收部件1和内筒10以相互配合的状态固定。因此，热回收部件1与内筒10的嵌合中，除了利用间隙配合、过盈配合、热压配合等配合的固定方法以外，还包括利用钎焊、焊接、扩散接合等而将热回收部件1和内筒10相互固定的情形等。
内筒10的形状没有特别限定，可以为圆筒状、方筒状等各种筒状。
内筒10的轴向优选与热回收部件1的轴向一致，内筒10的中心轴优选与热回收部件1的中心轴一致。另外，内筒10的直径(外径及内径)可以在整个轴向上一样，不过，也可以在至少一部分(例如轴向两个端部等)进行缩径或扩径。
应予说明，内筒10并非圆筒状的情况下，内筒10的外径及内径是指：与垂直于第一流体的流通方向的内筒10的截面形状外接及内切的最大圆的直径。
内筒10优选具有与平行于第一流体的流通方向的热回收部件1的外周面对应的内周面形状。通过内筒10的内周面与平行于第一流体的流通方向的热回收部件1的外周面直接接触，使得热传导性良好，能够将热回收部件1内的热效率良好地向内筒10传递。
从提高热回收效率的观点出发，由内筒10环绕被覆的与第一流体的流通方向平行的热回收部件1的外周面的部分的面积相对于与第一流体的流通方向平行的热回收部件1的外周面的整个面积的比例优选较高。具体而言，该面积比例优选为80％以上，更优选为90％以上，进一步优选为100％(即、与第一流体的流通方向平行的热回收部件1的外周面全部由内筒10环绕被覆。)。
内筒10的材料没有特别限定，从制造性的观点出发，优选为金属。另外，如果内筒10由金属制成，则就能够容易地进行与外筒20等的焊接这一点而言也是优异的。作为内筒10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、便宜的理由，优选为不锈钢。
内筒10的厚度没有特别限定，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。通过使内筒10的厚度为0.1mm以上，能够确保耐久可靠性。另外，内筒10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。通过使内筒10的厚度为10mm以下，能够降低热阻而提高热传导性。
＜外筒20＞
外筒20具有能够供给第二流体的供给口21及能够排出第二流体的排出口22。另外，外筒20空开间隔地配置于内筒10的径向外侧，以在与内筒10之间构成第二流体的流路60。
外筒20的轴向优选与内筒10的轴向一致，外筒20的中心轴优选与内筒10的中心轴一致。
外筒20优选配置成：以第一流体的流通方向为基准，上游侧端部侧及下游侧端部侧的内周面与内筒10的外周面直接或间接地接触。
作为将外筒20的上游侧端部侧及下游侧端部侧的内周面固定于内筒10的外周面的方法，没有特别限定，除了利用间隙配合、过盈配合、热压配合等配合的固定方法以外，也可以采用钎焊、焊接、扩散接合等。
外筒20的形状没有特别限定，可以为圆筒状、方筒状等各种筒状。
外筒20的直径(外径及内径)可以在整个轴向上一样，不过，也可以在至少一部分(例如轴向中央部、轴向两个端部等)进行缩径或扩径。例如，通过使外筒20的轴向中央部缩径，能够使第二流体在供给口21及排出口22侧的外筒20内遍及内筒10的整个外周方向。因此，在轴向中央部对热交换没有帮助的第二流体减少，因此，能够使热交换效率提高。
应予说明，外筒20并非圆筒状的情况下，外筒20的外径及内径是指：与垂直于第一流体的流通方向的外筒20的截面形状外接及内切的最大圆的直径。
外筒20的材料没有特别限定，可以采用与上述的内筒10同样的材料。
外筒20的厚度没有特别限定，可以设为与上述的内筒10同样的厚度。
＜供给管30及排出管40＞
供给管30与外筒20的供给口21连接，排出管40与外筒20的排出口22连接。通过这样连接供给管30及排出管40，能够针对内筒10与外筒20之间进行第二流体的供给及排出。
供给管30及排出管40可以朝向相同方向延伸出来，也可以朝向不同方向延伸出来。
本发明的实施方式1所涉及的热交换器100中，以第一流体的流路方向为基准的情况下，按热回收部件1的轴向中心部C1比内筒10的轴向中心部C2更靠下游侧且热回收部件1的下游侧端部2比第二流体的流路60的下游侧端部61b更靠上游侧的方式配置热回收部件1，因此，能够提高热回收性能，并且，能够抑制构成第二流体的流路60的部件熔损。
(实施方式2)
本发明的实施方式2所涉及的热交换器与本发明的实施方式1所涉及的热交换器100的不同点在于：在第二流体的流路内，作为沸腾抑制部，具备流路封堵部件50。
图5是本发明的实施方式2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6是图5的热交换器中的b－b’线的截面图。应予说明，图5中示出作为热回收部件1采用了中空型的蜂窝结构体2000的情形作为一例。
如图5及图6所示，本发明的实施方式2所涉及的热交换器200具备：内筒10、外筒20、供给管30、排出管40、以及作为沸腾抑制部的流路封堵部件50。另外，本发明的实施方式2所涉及的热交换器200还具备：第一筒状部件210、第二筒状部件220、第一筒状连接部件230、第二筒状连接部件240、第三筒状部件250、以及开闭阀260。
应予说明，具有与本发明的实施方式1所涉及的热交换器100的说明中出现的符号相同的符号的构成要素与本发明的实施方式2所涉及的热交换器200的构成要素相同，因此，省略其说明。
＜流路封堵部件50＞
流路封堵部件50是对第二流体的沸腾进行抑制的沸腾抑制部。流路封堵部件50配置成：将第二流体的流路60的至少一部分封堵。
如实施方式1所说明的那样，虽然还取决于第二流体的流路60的形状，不过，第二流体的流动有时在第二流体的流路60的轴向端部周边变慢。这种情况下，在第二流体的流路60的轴向端部周边，容易发生第二流体的滞留(停滞)，有时第二流体的温度持续上升而导致第二流体沸腾。若成为该状态，则热回收性能降低，并且，周边的部件(内筒10及外筒20)容易熔损。
流路封堵部件50配置于如上所述的容易发生第二流体的滞留(停滞)而导致第二流体沸腾的部分。因此，流路封堵部件50优选配置成将第二流体的流路60的至少一个端部封堵，更优选配置成将第二流体的流路60的两个端部封堵。
此处，将第二流体的流路60的一个端部周边的放大截面图示于图7。将流路封堵部件50配置于第二流体的流路60的端部的情况下，优选将自第二流体的流路端部E起算为第二流体的流路60的最大流路高度H的50％以下的长度区域L封堵。通过将这样的区域以流路封堵部件50封堵，使得第二流体难以滞留，因此，能够稳定地抑制第二流体的沸腾。将自第二流体的流路端部E起算超过第二流体的流路60的最大流路高度H的50％的长度区域封堵的情况下，第二流体的流路60过于减少，因此，热回收性能有时降低。
流路封堵部件50优选为环状部件。通过使流路封堵部件50为环状部件，能够在第二流体的流路60内的规定的位置容易地配置流路封堵部件50。对于环状部件，例如将半开状的2个部件配置于第二流体的流路60内的规定的位置，使其成为1个环状后，通过焊接或粘接剂进行固定即可。
流路封堵部件50的形状为能够将规定的区域封堵的形状即可，没有特别限定。例如，对于流路封堵部件50的形状，在与第一流体的流通方向平行的截面中，除了图5及图7所示的三角形以外，可例示图8所示的扇形(左上图)、梯形(右上图)、已倒角的形状(左下图)、不规则形状(右下图)等。应予说明，图8与图7同样地是第二流体的流路60的一个端部周边的放大截面图。
作为流路封堵部件50的材料，只要是不溶解于第二流体且熔点高于第二流体的沸点的材料即可，没有特别限定。例如，如果第二流体为水，则流路封堵部件50的材料为非水溶性且熔点高于100℃的材料即可。作为流路封堵部件50的材料，例如可以采用金属、热固性树脂，具体而言，可以采用不锈钢、钛合金、铜合金、铝合金、黄铜、酚醛树脂、脲醛树脂、三聚氰胺树脂、环氧树脂、不饱和聚酯树脂、醇酸树脂、聚酰亚胺树脂、聚氨酯树脂、烯丙基树脂、邻苯二甲酸二烯丙酯树脂、有机硅树脂等。
＜第一筒状部件210＞
第一筒状部件210嵌合于蜂窝结构体2000的内周壁1400。作为嵌合方法，没有特别限定，可以采用与上述嵌合方法同样的嵌合方法。
第一筒状部件210是：具有上游侧端部及下游侧端部，且外周面的一部分嵌合于蜂窝结构体2000的内周壁1400的筒状部件。第一筒状部件210的外周面的一部分和蜂窝结构体2000的内周壁1400可以直接接触，也可以隔着密封材料270(例如、衬垫材料或网眼材料、环状部件等)而间接接触。
第一筒状部件210的轴向优选与蜂窝结构体2000的轴向一致，第一筒状部件210的中心轴优选与蜂窝结构体2000的中心轴一致。
第一筒状部件210的材料没有特别限定，可以采用与上述的内筒10同样的材料。
第一筒状部件210的厚度没有特别限定，可以设为与上述的内筒10同样的厚度。
第一筒状部件210可以具有从与蜂窝结构体2000的第二端面对应的位置朝向下游侧端部侧而缩径的圆锥部。通过设置这样的圆锥部，能够使第一筒状部件210的下游侧端部的内径与第二筒状部件220的下游侧端部的内径之差变小。这种情况下，在热回收抑制时(将开闭阀260打开的情况下)，能够使第二筒状部件220的下游侧端部附近的第一流体的流动速度和第一筒状部件210的下游侧端部附近的第一流体的流动速度为相同程度，因此，第二筒状部件220的下游侧端部附近与第一筒状部件210的下游侧端部附近之间的压力差变小。结果，在热回收抑制时，能够抑制第一流体从第一筒状部件210与第二筒状部件220之间通过而向蜂窝结构体2000流动的第一流体的回流现象，因此，热屏蔽性能提高。
＜第二筒状部件220＞
第二筒状部件220具有以构成第一流体的流路的方式空开间隔地配置于第一筒状部件210的径向内侧的部分。
第二筒状部件220为具有上游侧端部及下游侧端部的筒状部件。
第二筒状部件220的轴向优选与蜂窝结构体2000的轴向一致，第二筒状部件220的中心轴优选与蜂窝结构体2000的中心轴一致。
第二筒状部件220的上游侧端部侧的结构没有特别限定，可以根据供第二筒状部件220的上游侧端部连接的其他部件(例如配管等)的形状而适当调整。例如，其他部件的直径大于上游侧端部的直径的情况下，可以将上游侧端部侧进行扩径。
作为第二筒状部件220的固定方法，没有特别限定，例如借助后述的第一筒状连接部件230而固定于内筒10等即可。作为固定方法，没有特别限定，可以举出与针对上述的内筒10的固定方法说明的内容同样的方法。
作为第二筒状部件220的材料，没有特别限定，可以采用与上述的内筒10同样的材料。
作为第二筒状部件220的厚度，没有特别限定，可以设为与上述的内筒10同样的厚度。
＜第一筒状连接部件230＞
第一筒状连接部件230为以构成第一流体的流路的方式将内筒10的上游侧端部与第二筒状部件220的上游侧之间连接的筒状部件。连接可以为直接或间接中的任一者。间接连接的情况下，例如可以在内筒10的上游侧端部与第二筒状部件220的上游侧之间配置有外筒20的上游侧端部等。
第一筒状连接部件230的轴向优选与蜂窝结构体2000的轴向一致，第一筒状连接部件230的中心轴优选与蜂窝结构体2000的中心轴一致。
作为第一筒状连接部件230的材料，没有特别限定，可以采用与上述的内筒10同样的材料。
作为第一筒状连接部件230的厚度，没有特别限定，可以设为与上述的内筒10同样的厚度。
＜第二筒状连接部件240＞
第二筒状连接部件240为将内筒10的下游侧端部与第三筒状部件250的上游侧之间连接的筒状部件。连接可以为直接或间接中的任一者。间接连接的情况下，例如可以在内筒10的下游侧端部与第三筒状部件250的上游侧之间配置有外筒20的下游侧端部等。
第二筒状连接部件240的轴向优选与蜂窝结构体2000的轴向一致，第二筒状连接部件240的中心轴优选与蜂窝结构体2000的中心轴一致。
作为第二筒状连接部件240的材料，没有特别限定，可以采用与上述的内筒10同样的材料。
作为第二筒状连接部件240的厚度，没有特别限定，可以设为与上述的内筒10同样的厚度。
＜第三筒状部件250＞
第三筒状部件250为与第二筒状连接部件240的下游侧连接的部件。
第三筒状部件250的轴向优选与蜂窝结构体2000的轴向一致，第三筒状部件250的中心轴优选与蜂窝结构体2000的中心轴一致。
第三筒状部件250的下游侧端部侧的结构没有特别限定，可以根据供第三筒状部件250的下游侧端部连接的其他部件(例如配管等)的形状而适当调整。例如，其他部件的直径小于下游侧端部的直径的情况下，可以对下游侧端部侧进行缩径。
作为第三筒状部件250的材料，没有特别限定，可以采用与上述的内筒10同样的材料。
作为第三筒状部件250的厚度，没有特别限定，可以设为与上述的内筒10同样的厚度。
＜开闭阀260＞
开闭阀260配置于第一筒状部件210的下游侧端部侧。开闭阀260的设置方法没有特别限定，例如可以将开闭阀260固定于转轴(未图示)，该转轴配置成：旋转自如地支撑于在第三筒状部件250的径向外侧所配置的轴承且贯穿第三筒状部件250及第一筒状部件210。
开闭阀260的形状没有特别限定，根据供开闭阀260配置的第一筒状部件210的形状而选择适当的形状即可。
开闭阀260可以通过利用例如致动器(未图示)使转轴驱动(旋转)而进行开闭。即，通过开闭阀260与转轴一同旋转，能够进行开闭阀260的开闭。
开闭阀260构成为：能够对第一筒状部件210内侧的第一流体的流动进行调整。具体而言，开闭阀260在热回收促进时关闭，由此能够使第一流体从第一筒状部件210与第二筒状部件220之间通过而流通于蜂窝结构体2000。另外，开闭阀260在热回收抑制时打开，由此能够使第一流体从第一筒状部件210的下游侧端部侧向第三筒状部件250流通，从而向热交换器200的外部排出。
本发明的实施方式2所涉及的热交换器200在第二流体的流路60内具备作为沸腾抑制部的流路封堵部件50，因此，能够使提高热回收性能且抑制构成第二流体的流路60的部件熔损的效果提高。
(实施方式3)
本发明的实施方式3所涉及的热交换器与本发明的实施方式1所涉及的热交换器100的不同点在于：作为沸腾抑制部，在外筒20的至少一部分具备流路封堵处理部。
图9是本发明的实施方式3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。
如图9所示，本发明的实施方式3所涉及的热交换器300具备：内筒10、外筒20、供给管30及排出管40。另外，该热交换器300中，作为流路封堵处理部，具有在外筒20的至少一个端部侧所形成的折返结构23。
应予说明，具有与本发明的实施方式1所涉及的热交换器100的说明中出现的符号相同的符号的构成要素与本发明的实施方式3所涉及的热交换器300的构成要素相同，因此，省略其说明。
如实施方式1所说明的那样，虽然还取决于第二流体的流路60的形状，不过，第二流体的流动有时在第二流体的流路60的轴向端部周边变慢。这种情况下，在第二流体的流路60的轴向端部周边，容易发生第二流体的滞留(停滞)，有时第二流体的温度持续上升而导致第二流体沸腾。若成为该状态，则热回收性能降低，并且，周边的部件(内筒10及外筒20)容易熔损。
因此，本发明的实施方式3的热交换器300中，形成有折返结构23，以便将如上所述容易发生第二流体的滞留(停滞)而导致第二流体沸腾的第二流体的流路60的轴向端部封堵。应予说明，图9中示出了在外筒20的两个端部侧形成有折返结构23的例子，不过，可以在外筒20的一个端部侧形成有折返结构23。
折返结构23可以通过对外筒20进行弯曲加工来制造。弯曲加工的种类没有特别限定，可以采用公知的各种方法。
图10是本发明的实施方式3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。
如图10所示，本发明的实施方式3所涉及的热交换器400具备：内筒10、外筒20、供给管30及排出管40。另外，该热交换器400中，作为流路封堵处理部，在外筒20的至少一个端部侧具有焊珠部24。
应予说明，具有与本发明的实施方式1所涉及的热交换器100的说明中出现的符号相同的符号的构成要素与本发明的实施方式3所涉及的另一热交换器400的构成要素相同，因此，省略其说明。
本发明的实施方式3的热交换器400中，形成有焊珠部24，以便将如上所述容易发生第二流体的滞留(停滞)而导致第二流体沸腾的第二流体的流路60的轴向端部封堵。应予说明，图10中示出了在外筒20的两个端部侧形成有焊珠部24的例子，不过，可以在外筒20的一个端部侧形成有焊珠部24。
焊珠部24是将外筒20焊接于内筒10时产生的外筒20熔融凝固得到的部分。作为焊接方法，没有特别限定，可以采用电弧焊(例如TIG焊接、MIG焊接)等。
应予说明，虽未图示，不过，对于本发明的实施方式3所涉及的热交换器300，作为流路封堵处理部，可以在外筒20的至少一个端部侧同时形成有折返结构23及焊珠部24。通过采用这样的构成，能够稳定地抑制发生第二流体的滞留(停滞)而导致第二流体沸腾。
对于本发明的实施方式3所涉及的热交换器300、400，在第二流体的流路60内，将作为沸腾抑制部的流路封堵处理部(折返结构23和/或焊珠部24)形成于外筒20，因此，能够使提高热回收性能且抑制构成第二流体的流路60的部件熔损的效果提高。
(实施方式4)
本发明的实施方式4所涉及的热交换器与本发明的实施方式1所涉及的热交换器100的不同点在于：作为沸腾抑制部，具备供给口21的缩径化结构部。
图11是本发明的实施方式4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。
如图11所示，本发明的实施方式4所涉及的热交换器500具备：内筒10、外筒20、供给管30及排出管40。另外，该热交换器500中，作为流路封堵处理部，具有供给口21的缩径化结构部25。
此处，本说明书中“供给口21的缩径化结构部25”是指：以使供给口21的直径变小的方式设计的供给口21或其周边的结构部。
应予说明，具有与本发明的实施方式1所涉及的热交换器100的说明中出现的符号相同的符号的构成要素与本发明的实施方式4所涉及的热交换器500的构成要素相同，因此，省略其说明。
虽然还取决于第二流体的流路60的形状，不过，第二流体的流动有时在供给口21(外筒20与供给管30的连接部)周边也容易变慢。结果，即便在供给口21周边，也容易发生第二流体的滞留(停滞)，有时第二流体的温度持续上升而导致第二流体沸腾。若成为该状态，则热回收性能降低，并且，周边的部件(外筒20及供给管30)容易熔损。
因此，本发明的实施方式4的热交换器500中，在如上所述容易发生第二流体的滞留(停滞)而导致第二流体沸腾的供给口21设置缩径化结构部25，由此提高向第二流体的流路60流入的第二流体的流速，即便在供给口21周边，也可抑制第二流体的滞留(停滞)。
应予说明，图11中，作为缩径化结构部25，例示了使供给口21的直径小于排出口22的直径的情形，不过，可以使供给口21的直径与排出口22的直径相同，在供给口21设置用于使直径变小的环状部件(垫圈等)。另外，可以通过机械加工等从外部进行加工，使得供给口21的直径变小。
供给口21的缩径化结构部25优选构成为：供给口21的直径为排出口22的直径的65～95％。通过使供给口21的直径为排出口22的直径的95％以下，能够稳定地得到上述效果。另外，通过使供给口21的直径为排出口22的直径的65％以上，能够抑制第二流体的流路60内的压力损失降低。特别是，使供给口21的直径小于排出口22的直径的65％的情况下，第二流体容易在缩径化结构部25的周边(连接部的背侧)滞留。
本发明的实施方式4所涉及的热交换器500优选构成为：供给口21及排出口22设置于外筒20的轴向中央部，供给管30及排出管40与供给口21及排出口22分别连接。另外，供给管30及排出管40优选朝向不同方向延伸出来。通过采用这样的构成，能够稳定地得到由供给口21的缩径化结构部25所带来的效果。
本发明的实施方式4所涉及的热交换器500中，作为沸腾抑制部，具备供给口21的缩径化结构部25，因此，能够使提高热回收性能且抑制构成第二流体的流路60的部件熔损的效果提高。
(实施方式5)
本发明的实施方式5所涉及的热交换器与本发明的实施方式1所涉及的热交换器100的不同点在于：作为沸腾抑制部，在内筒10的至少一部分具备高热阻化处理部。
图12是本发明的实施方式5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。
如图12所示，本发明的实施方式5所涉及的热交换器600具备：内筒10、外筒20、供给管30及排出管40。另外，该热交换器600在内筒10的至少一部分具有高热阻化处理部11。
应予说明，具有与本发明的实施方式1所涉及的热交换器100的说明中出现的符号相同的符号的构成要素与本发明的实施方式5所涉及的热交换器600的构成要素相同，因此，省略其说明。
如实施方式1所说明的那样，虽然还取决于第二流体的流路60的形状，不过，第二流体的流动有时在第二流体的流路60的轴向端部周边变慢。这种情况下，在第二流体的流路60的轴向端部周边，容易发生第二流体的滞留(停滞)，有时第二流体的温度持续上升而导致第二流体沸腾。若成为该状态，则热回收性能降低，并且，周边的部件(内筒10及外筒20)容易熔损。
因此，本发明的实施方式5的热交换器600中，在面对如上所述容易发生第二流体的滞留(停滞)而导致第二流体沸腾的第二流体的流路60的内筒10设置有高热阻化处理部11。通过设置高热阻化处理部11，使得第一流体的热难以传递至高热阻化处理部11的第二流体的流路60侧的面，因此，即便第二流体发生滞留，第二流体也难以沸腾。另外，还能够抑制：以第一流体的流路方向为基准的情况下，第一流体的热传递至位于比热回收部件1更靠上游侧的位置的内筒10的区域，第一流体的热在由热回收部件1回收之前降低。结果，通过设置高热阻化处理部11，使得热回收性能提高。
应予说明，图12中示出了在内筒10的两个端部侧形成有高热阻化处理部11的例子，不过，可以在内筒10的一个端部侧形成有高热阻化处理部11。
此处，本说明书中，高热阻化处理部11是指：经处理使得热阻比内筒10的除高热阻化处理部11以外的部分高的部分。具体而言，高热阻化处理部11的热阻优选为0.01K/W以上，更优选为0.02K/W以上。
高热阻化处理部11优选设置于面对自第二流体的流路端部起算为第二流体的流路60的最大流路高度的50％以下的长度区域的部分。由于第二流体容易滞留于面对这样的区域的第二流体的流路60，因此，通过在该部分设置高热阻化处理部11，能够稳定地抑制第二流体沸腾。
作为高热阻化处理部11，没有特别限定，例如使内筒10的成为高热阻化处理部11的部分的厚度大于其他部分的厚度即可。或者，将成为高热阻化处理部11的部分以热阻高于其他部分的热阻的材料形成即可。具体而言，在内筒10的成为高热阻化处理部11的部分引入杂质、或者将该部分以异种材料形成即可。另外，可以将内筒10的成为高热阻化处理部11的部分进行淬火处理，以使其具有与其他部分不同的大量晶界。另外，可以在内筒10的成为高热阻化处理部11的部分的表面粘贴耐热片材、或者涂布耐热涂料。此外，可以对内筒10的成为高热阻化处理部11的部分进行加工处理，使其成为多层结构。
对于本发明的实施方式5所涉及的热交换器600，作为沸腾抑制部，在内筒10的至少一部分具备高热阻化处理部11，因此，能够使提高热回收性能且抑制构成第二流体的流路60的部件熔损的效果提高。
(实施方式6)
本发明的实施方式6所涉及的热交换器与本发明的实施方式1所涉及的热交换器100的不同点在于：作为沸腾抑制部，在内筒10的至少一部分具备平滑面化部。
图13是本发明的实施方式6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。
如图13所示，本发明的实施方式6所涉及的热交换器700具备：内筒10、外筒20、供给管30及排出管40。另外，该热交换器700在内筒10的至少一部分具有平滑面化部12。
应予说明，具有与本发明的实施方式1所涉及的热交换器100的说明中出现的符号相同的符号的构成要素与本发明的实施方式6所涉及的热交换器700的构成要素相同，因此，省略其说明。
如实施方式1所说明的那样，虽然还取决于第二流体的流路60的形状，不过，第二流体的流动有时在第二流体的流路60的轴向端部周边变慢。这种情况下，在第二流体的流路60的轴向端部周边，容易发生第二流体的滞留(停滞)，有时第二流体的温度持续上升而导致第二流体沸腾。若成为该状态，则热回收性能降低，并且，周边的部件(内筒10及外筒20)容易熔损。
因此，本发明的实施方式6的热交换器700中，在面对如上所述容易发生第二流体的滞留(停滞)而导致第二流体沸腾的第二流体的流路60的内筒10设置有平滑面化部12。内筒10的表面积越小，内筒10的热传递越低，因此，通过在该部分设置平滑面化部12，使得第一流体的热难以传递至平滑面化部12的第二流体的流路60侧的面，所以，即便第二流体发生滞留，第二流体也难以沸腾。另外，还能够抑制：以第一流体的流路方向为基准的情况下，第一流体的热传递至位于比热回收部件1更靠上游侧的位置的内筒10的区域，第一流体的热在由热回收部件1回收之前降低。结果，通过设置平滑面化部12，使得热回收性能提高。
应予说明，图13中示出了在内筒10的两个端部侧形成有平滑面化部12的例子，不过，可以在内筒10的一个端部侧形成有平滑面化部12。
平滑面化部12的表面粗糙度Ra没有特别限定，优选为10μm以下。通过将表面粗糙度Ra控制为这样的范围，能够稳定地抑制第二流体的沸腾。
此处，本说明书中，表面粗糙度Ra是指：依据JIS B0601：2013测定的算术平均粗糙度。
平滑面化部12形成于内筒10的内表面或外表面中的任一者即可，优选形成于两面。通过在内筒10的两面形成平滑面化部12，使得抑制第二流体沸腾的效果提高。
平滑面化部12优选设置于面对自第二流体的流路端部起算为第二流体的流路60的最大流路高度的50％以下的长度区域的部分。由于第二流体容易滞留于面对这样的区域的第二流体的流路60，因此，通过在该部分设置平滑面化部12，能够稳定地抑制第二流体沸腾。
通过对内筒10的成为平滑面化部12的部分进行研磨处理，能够形成平滑面化部12。研磨条件等根据内筒10的种类而适当调整即可，没有特别限定。
对于本发明的实施方式6所涉及的热交换器700，作为沸腾抑制部，在内筒10的至少一部分具备平滑面化部12，因此，能够使提高热回收性能且抑制构成第二流体的流路60的部件熔损的效果提高。

Claims (14)

1.一种热交换器，其中，具备：
热回收部件，该热回收部件能够供第一流体流通；
内筒，该内筒对所述热回收部件进行收纳；
外筒，该外筒具有能够供给第二流体的供给口及能够排出所述第二流体的排出口，且空开间隔地配置于所述内筒的径向外侧以在与所述内筒之间构成所述第二流体的流路；
供给管，该供给管与所述供给口连接；以及
排出管，该排出管与所述排出口连接，
所述热回收部件配置成：以所述第一流体的流路方向为基准的情况下，所述热回收部件的轴向中心部比所述内筒的轴向中心部更靠下游侧且所述热回收部件的下游侧端部比所述第二流体的流路的下游侧端部更靠上游侧。
2.根据权利要求1所述的热交换器，其中，
以所述第一流体的流路方向为基准的情况下，所述热回收部件的下游侧端部配置于自所述第二流体的流路的下游侧端部离开10mm以上的上游侧。
3.根据权利要求1或2所述的热交换器，其中，
以所述第一流体的流路方向为基准的情况下，所述热回收部件的下游侧端部配置于自所述第二流体的流路的下游侧端部离开所述第二流体的流路的长度的10％以上的上游侧。
4.根据权利要求1～3中的任一项所述的热交换器，其中，
在所述第二流体的流路内设置有抑制所述第二流体沸腾的沸腾抑制部。
5.根据权利要求4所述的热交换器，其中，
所述沸腾抑制部为选自配置成将所述第二流体的流路的至少一部分封堵的流路封堵部件、所述外筒的至少一部分的流路封堵处理部、所述供给口的缩径化结构部、所述内筒的至少一部分的高热阻化处理部及所述内筒的至少一部分的平滑面化部中的1种以上。
6.根据权利要求5所述的热交换器，其中，
所述流路封堵部件配置成：将所述第二流体的流路的至少一个端部封堵，
将自所述第二流体的流路端部起算为所述第二流体的流路的最大流路高度的50％以下的长度区域封堵。
7.根据权利要求6所述的热交换器，其中，
所述流路封堵部件为环状部件。
8.根据权利要求5所述的热交换器，其中，
所述流路封堵处理部为在所述外筒的至少一个端部侧所形成的折返结构和/或焊珠部。
9.根据权利要求5所述的热交换器，其中，
所述供给口的缩径化结构部构成为：所述供给口的直径为所述排出口的直径的65％～95％。
10.根据权利要求5所述的热交换器，其中，
所述高热阻化处理部设置于面对自所述第二流体的流路端部起算为所述第二流体的流路的最大流路高度的50％以下的长度区域的部分。
11.根据权利要求10所述的热交换器，其中，
所述高热阻化处理部的热阻为0.01K/W以上。
12.根据权利要求5所述的热交换器，其中，
所述平滑面化部的表面粗糙度Ra为10μm以下。
13.根据权利要求12所述的热交换器，其中，
所述平滑面化部设置于面对自所述第二流体的流路端部起算为所述第二流体的流路的最大流路高度的50％以下的长度区域的部分。
14.根据权利要求1～12中的任一项所述的热交换器，其中，
所述热回收部件为蜂窝结构体，
该蜂窝结构体具有：外周壁；以及多个隔壁，该多个隔壁配设于所述外周壁的内侧，并区划形成多个隔室，该多个隔室从第一端面延伸至第二端面而形成第一流体的流路；
或者，该蜂窝结构体具有：外周壁；内周壁；以及隔壁，该隔壁配设于所述外周壁与所述内周壁之间，并区划形成多个隔室，该多个隔室从第一端面延伸至第二端面而形成第一流体的流路。
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