DE102023201169A1 - Wärmetauscher - Google Patents

Wärmetauscher Download PDF

Info

Publication number
DE102023201169A1
DE102023201169A1 DE102023201169.7A DE102023201169A DE102023201169A1 DE 102023201169 A1 DE102023201169 A1 DE 102023201169A1 DE 102023201169 A DE102023201169 A DE 102023201169A DE 102023201169 A1 DE102023201169 A1 DE 102023201169A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
fluid
flow path
heat exchanger
end portion
inner cylinder
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102023201169.7A
Other languages
English (en)
Inventor
Ryushiro Akaishi
Tatsuo Kawaguchi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NGK Insulators Ltd
Original Assignee
NGK Insulators Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NGK Insulators Ltd filed Critical NGK Insulators Ltd
Publication of DE102023201169A1 publication Critical patent/DE102023201169A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/10—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged one within the other, e.g. concentrically
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D21/0001—Recuperative heat exchangers
    • F28D21/0003—Recuperative heat exchangers the heat being recuperated from exhaust gases
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D21/0001—Recuperative heat exchangers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/0205—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust using heat exchangers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/10—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged one within the other, e.g. concentrically
    • F28D7/103—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged one within the other, e.g. concentrically consisting of more than two coaxial conduits or modules of more than two coaxial conduits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/10—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged one within the other, e.g. concentrically
    • F28D7/106—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged one within the other, e.g. concentrically consisting of two coaxial conduits or modules of two coaxial conduits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/16—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F7/00—Elements not covered by group F28F1/00, F28F3/00 or F28F5/00
    • F28F7/02—Blocks traversed by passages for heat-exchange media
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/22—Arrangements for directing heat-exchange media into successive compartments, e.g. arrangements of guide plates
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2240/00—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being
    • F01N2240/02—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being a heat exchanger
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2330/00—Structure of catalyst support or particle filter
    • F01N2330/06—Ceramic, e.g. monoliths
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
    • F28D2021/0026—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for combustion engines, e.g. for gas turbines or for Stirling engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
    • F28D2021/008—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for vehicles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2265/00—Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2270/00—Thermal insulation; Thermal decoupling

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
  • Exhaust Silencers (AREA)

Abstract

Ein Wärmetauscher 100 umfasst: ein Wärmerückgewinnungselement 1, durch das ein erstes Fluid strömen kann; einen inneren Zylinder 10, der dazu ausgelegt ist, das Wärmerückgewinnungselement 1 aufzunehmen; einen äußeren Zylinder 20 mit einem Zufuhranschluss 21, der ein zweites Fluid zuführen kann, und einem Abgabeanschluss 22, der das zweite Fluid abgeben kann, wobei der äußere Zylinder 20 an einer radial äußeren Seite des inneren Zylinders 10 in einem Abstand angeordnet ist, derart, dass ein Strömungsweg 60 für das zweite Fluid zwischen dem äußeren Zylinder 20 und dem inneren Zylinder 10 ausgebildet ist; ein Zufuhrrohr 30, das mit dem Zufuhranschluss 21 verbunden ist; und ein Abgaberohr 40, das mit dem Abgabeanschluss 22 verbunden ist. Basierend auf einer Strömungswegrichtung des ersten Fluids als Referenz ist das Wärmerückgewinnungselement 1 so angeordnet, dass ein axialer Mittelabschnitt C1 des Wärmerückgewinnungselements 1 auf einer stromabwärtigen Seite eines axialen Mittelabschnitts C2 des inneren Zylinders 10 angeordnet ist und ein stromabwärtiger Endabschnitt 2 des Wärmerückgewinnungselements 1 auf einer stromaufwärtigen Seite eines stromabwärtigen Endabschnitts 61b des Strömungswegs 60 für das zweite Fluid angeordnet ist.

Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Wärmetauscher.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • In jüngerer Zeit besteht ein Bedarf an der Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs von Kraftfahrzeugen. Insbesondere wird ein System erwartet, das ein Kühlmittel, Kraftmaschinenöl und Automatikgetriebeöl (ATF: Automatic Transmission Fluid) frühzeitig erwärmt, um Reibungsverluste zu vermeiden und damit eine Erhöhung des Kraftstoffverbrauchs zu verhindern, wenn die Kraftmaschine kalt ist, also z. B. wenn die Kraftmaschine angelassen wird. Ferner wird ein System erwartet, das einen Abgasreinigungskatalysator erwärmt, um den Katalysator frühzeitig zu aktivieren.
  • Ein solches System ist beispielsweise ein Wärmetauscher. Der Wärmetauscher ist eine Vorrichtung, die Wärme zwischen einem ersten Fluid und einem zweiten Fluid austauscht, indem sie es ermöglicht, dass das erste Fluid innen strömt und das zweiten Fluid außen strömt. In einem solchen Wärmetauscher kann beispielsweise die Wärme effektiv genutzt werden, indem die Wärme von dem ersten Fluid mit einer höheren Temperatur (beispielsweise Abgas) an das zweite Fluid mit einer niedrigeren Temperatur (beispielsweise Kühlwasser) abgegeben wird.
  • Als Wärmetauscher zum Rückgewinnen von Wärme aus einem Hochtemperaturgas, etwa einem Abgas von einem Kraftfahrzeug, ist ein Wärmetauscher bekannt, der umfasst: eine hohle säulenförmige Wabenstruktur mit einer Innenumfangswand, einer Außenumfangswand und Trennwänden, die zwischen der Innenumfangswand und der Außenumfangswand angeordnet sind, wobei die Trennwände mehrere Zellen definieren, wobei sich jede der Zellen von einer ersten Endfläche zu einer zweiten Endfläche erstreckt, um einen Strömungsweg für ein erstes Fluid zu bilden; ein erstes äußeres zylindrisches Element, das an einer Oberfläche der Außenumfangswand der säulenförmigen Wabenstruktur angebracht ist; ein inneres zylindrisches Element, das an einer Oberfläche der Innenumfangswand der säulenförmigen Wabenstruktur angebracht ist; ein stromaufwärtiges zylindrisches Element mit einem Abschnitt, der auf einer radial inneren Seite des inneren zylindrischen Elements in einem Abstand angeordnet ist, um den Strömungsweg für das erste Fluid zu bilden; ein zylindrisches Verbindungselement zum Verbinden eines stromaufwärtigen Endabschnitts des ersten äußeren zylindrischen Elements mit einer stromaufwärtigen Seite des stromaufwärtigen zylindrischen Elements, um den Strömungsweg für das erste Fluid zu bilden; ein stromabwärtiges zylindrisches Element, das mit einem stromabwärtigen Endabschnitt des ersten äußeren zylindrischen Elements verbunden ist, wobei das stromabwärtige zylindrische Element einen Abschnitt aufweist, der auf einer radial äußeren Seite des inneren zylindrischen Elements in einem Abstand angeordnet ist, um den Strömungsweg für das erste Fluid zu bilden; ein zweites äußeres zylindrisches Element, das auf einer radial äußeren Seite des ersten äußeren zylindrischen Elements in einem Abstand angeordnet ist, um einen Strömungsweg für ein zweites Fluid zu bilden; und ein Ein-Aus-Ventil, das auf einer Seite des stromabwärtigen Endabschnitts des inneren zylindrischen Elements angeordnet ist (Patentdokument 1). Der Wärmetauscher mit einem solchen Aufbau kann zwischen Förderung der Wärmerückgewinnung von dem ersten Fluid zu dem zweiten Fluid und Unterdrückung der Wärmerückgewinnung durch Öffnen und Schließen des Ein-Aus-Ventils umschalten. Ferner hat in diesem Wärmetauscher das zylindrische Element einen sich verjüngenden Abschnitt, dessen Durchmesser von der Position der zweiten Endfläche zu der Seite des stromabwärtigen Endabschnitts der säulenförmigen Wabenstruktur abnimmt, und steuert ein Verhältnis einer Differenz zwischen dem Innendurchmesser des stromabwärtigen Endabschnitts des inneren zylindrischen Elements und des Innendurchmessers des stromabwärtigen Endabschnitts des stromaufwärtigen zylindrischen Elements innerhalb von ±20 % oder ermöglicht, dass sich der stromabwärtige Endabschnitt des stromaufwärtigen zylindrischen Elements zu einer stromabwärtigen Seite der Position der zweiten Endfläche der säulenförmigen Wabenstruktur erstreckt, wodurch das Rückströmungsphänomen des ersten Fluids während der Unterdrückung der Wärmerückgewinnung unterdrückt werden kann, so dass das Wärmeabschirmvermögen verbessert werden kann.
  • STAND DER TECHNIK
  • Patentdokument(e)
  • [Patentdokument 1] WO 2021/171668 A1
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Durch die Erfindung zu lösendes Problem
  • Bei dem oben beschriebenen Wärmetauscher von Patentdokument 1 wird nicht besonders auf den Strömungsweg für das zweite Fluid, der zwischen dem ersten äußeren zylindrischen Element und dem zweiten äußeren zylindrischen Element ausgebildet ist, geachtet.
  • Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben die Forschung fortgesetzt, um das Wärmerückgewinnungsvermögen von Wärmetauschern zu verbessern, und herausgefunden, dass es einen Bereich gibt, in dem das zweite Fluid in dem Strömungsweg für das zweite Fluid stockt, wobei das Sieden des stockenden zweiten Fluids in dem Bereich das Wärmerückgewinnungsvermögen verschlechtert. Außerdem haben sie herausgefunden, dass dann, wenn das stockende zweite Fluid siedet, die Elemente, die den Strömungsweg für das zweite Fluid darum bilden, tendenziell erodiert werden.
  • Die vorliegende Erfindung wurde ersonnen, um die obigen Probleme zu lösen. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Wärmetauscher zu schaffen, der das Wärmerückgewinnungsvermögen verbessern kann und die Erosion der Elemente, die den Strömungsweg für das zweite Fluid bilden, zu unterdrücken, indem das Sieden des zweiten Fluids unterdrückt wird.
  • MITTEL ZUR LÖSUNG DES PROBLEMS
  • Als Ergebnis intensiver Studien für Wärmetauscher mit verschiedenen Strukturen haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung herausgefunden, dass die vorstehenden Probleme gelöst werden können, indem die Position des Wärmerückgewinnungselements gesteuert wird, und haben die vorliegende Erfindung vervollständigt.
  • Somit bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen Wärmetauscher, der umfasst:
    • ein Wärmerückgewinnungselement, durch das ein erstes Fluid strömen kann;
    • einen inneren Zylinder, der dazu ausgelegt ist, das Wärmerückgewinnungselement aufzunehmen;
    • einen äußeren Zylinder mit einem Zufuhranschluss, der ein zweites Fluid zuführen kann, und einem Abgabeanschluss, der das zweite Fluid abgeben kann, wobei der äußere Zylinder an einer radial äußeren Seite des inneren Zylinders mit einem Abstand angeordnet ist, derart, dass ein Strömungsweg für das zweite Fluid zwischen dem äußeren Zylinder und dem inneren Zylinder ausgebildet ist;
    • ein Zufuhrrohr, das mit dem Zufuhranschluss verbunden ist; und
    • ein Abgaberohr, das mit dem Abgabeanschluss verbunden ist,
    • wobei das Wärmerückgewinnungselement basierend auf einer Strömungswegrichtung des ersten Fluids als Referenz so angeordnet ist, dass ein axialer Mittelabschnitt des Wärmerückgewinnungselements auf einer stromabwärtigen Seite eines axialen Mittelabschnitts des inneren Zylinders angeordnet ist und ein stromabwärtiger Endabschnitt des Wärmerückgewinnungselements auf einer stromaufwärtigen Seite eines stromabwärtigen Endabschnitts des Strömungswegs für das zweite Fluid angeordnet ist.
  • Wirkungen der Erfindung
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, einen Wärmetauscher zu schaffen, der das Wärmerückgewinnungsvermögen verbessern kann und die Erosion der Elemente, die den Strömungsweg für das zweite Fluid bilden, unterdrücken kann.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
    • 1 ist eine Querschnittsansicht eines Wärmetauschers gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung, parallel zu einer Strömungsrichtung eines ersten Fluids;
    • 2 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie a-a' in dem Wärmetauscher von 1;
    • 3 ist eine Querschnittsansicht einer Wabenstruktur, die als ein Wärmerückgewinnungselement verwendet werden kann, senkrecht zu einer axialen Richtung;
    • 4 ist eine Querschnittsansicht einer Wabenstruktur, die als ein Wärmerückgewinnungselement verwendet werden kann, senkrecht zu einer axialen Richtung;
    • 5 ist eine Querschnittsansicht eines Wärmetauschers gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung parallel zu einer Strömungsrichtung eines ersten Fluids;
    • 6 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie b-b' in dem Wärmetauscher von 5;
    • 7 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht um einen Endabschnitt eines Strömungswegs für ein zweites Fluid herum;
    • 8 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht um einen Endabschnitt eines Strömungswegs für ein zweites Fluid herum;
    • 9 ist eine Querschnittsansicht eines Wärmetauschers gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung parallel zu einer Strömungsrichtung eines ersten Fluids;
    • 10 ist eine Querschnittsansicht eines weiteren Wärmetauschers gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung parallel zu einer Strömungsrichtung eines ersten Fluids;
    • 11 ist eine Querschnittsansicht eines Wärmetauschers gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung parallel zu einer Strömungsrichtung des ersten Fluids;
    • 12 ist eine Querschnittsansicht eines Wärmetauschers gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung parallel zu einer Strömungsrichtung eines ersten Fluids; und
    • 13 ist eine Querschnittsansicht eines Wärmetauschers gemäß Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung parallel zu einer Strömungsrichtung eines ersten Fluids.
  • GENAUE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Wärmetauscher, der umfasst: ein Wärmerückgewinnungselement, durch das ein erstes Fluid strömen kann; einen inneren Zylinder, der dazu ausgelegt ist, das Wärmerückgewinnungselement aufzunehmen; einen äußeren Zylinder mit einem Zufuhranschluss, der ein zweites Fluid zuführen kann, und einem Abgabeanschluss, der das zweite Fluid abgeben kann, wobei der äußere Zylinder an einer radial äußeren Seite des inneren Zylinders in einem Abstand angeordnet ist, derart, dass ein Strömungsweg für das zweite Fluid zwischen dem äußeren Zylinder und dem inneren Zylinder ausgebildet ist; ein Zufuhrrohr, das mit dem Zufuhranschluss verbunden ist; und ein Abgaberohr, das mit dem Abgabeanschluss verbunden ist, wobei basierend auf einer Strömungswegrichtung des ersten Fluids als Referenz das Wärmerückgewinnungselement so angeordnet ist, dass ein axialer Mittelabschnitt des Wärmerückgewinnungselements auf einer stromabwärtigen Seite eines axialen Mittelabschnitts des inneren Zylinders angeordnet ist und ein stromabwärtiger Endabschnitt des Wärmerückgewinnungselements auf einer stromaufwärtigen Seite eines stromabwärtigen Endabschnitts des Strömungswegs für das zweite Fluid angeordnet ist. Dieser Wärmetauscher kann mit einem Siedeunterdrückungsabschnitt zum Unterdrücken des Siedens des zweiten Fluids in dem Strömungsweg für das zweite Fluid versehen sein.
  • Im Folgenden werden Ausführungsformen der Wärmetauscher gemäß der vorliegenden Erfindung speziell unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es versteht sich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die folgenden Ausführungsformen beschränkt ist und solche, bei denen Änderungen, Verbesserungen und dergleichen in geeigneter Weise zu den folgenden Ausführungsformen basierend auf dem Wissen von Fachleuten hinzugefügt sind, ohne vom Gedanken der vorliegenden Erfindung abzuweichen, sollen unter den Umfang der vorliegenden Erfindung fallen.
  • (Ausführungsform 1)
  • 1 ist eine Querschnittsansicht eines Wärmetauschers gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung parallel zu einer Strömungsrichtung eines ersten Fluids. Zudem ist 2 eine Querschnittsansicht entlang der Linie a-a' in dem Wärmetauscher von 1.
  • Wie es in 1 und 2 gezeigt ist, umfasst ein Wärmetauscher 100 gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung: ein Wärmerückgewinnungselement 1; einen inneren Zylinder 10; einen äußeren Zylinder 20; ein Zufuhrrohr 30; und ein Abgaberohr 40.
  • <Wärmerückgewinnungselement 1>
  • Das Wärmerückgewinnungselement 1 ist ein Element, durch das das erste Fluid strömen kann. Das Wärmerückgewinnungselement 1 hat die Funktion, die Wärme des ersten Fluids zurückzugewinnen, wenn das erste Fluid strömt. Das Wärmerückgewinnungselement 1 ist innerhalb des inneren Zylinders 10 aufgenommen.
  • Die Strömung des zweiten Fluids kann um einen axialen Endabschnitt eines Strömungswegs 60 für ein zweites Fluid herum (um einen stromaufwärtigen Endabschnitt 61a des Strömungswegs 60 für das zweite Fluid herum, insbesondere wenn die Strömungswegrichtung des ersten Fluid als Referenz verwendet wird) verlangsamt werden, obwohl dies von der Form des Strömungswegs 60 für das zweite Fluid abhängt. In diesem Fall stockt das zweite Fluid tendenziell um den axialen Endabschnitt des Strömungswegs 60 für das zweite Fluid herum und die Temperatur des zweiten Fluids kann kontinuierlich ansteigen, wodurch das zweite Fluid zum Sieden gebracht wird. In einem solchen Zustand wird das Wärmerückgewinnungsvermögen verschlechtert und die Elemente darum (der innere Zylinder 10 und der äußere Zylinder 20) werden tendenziell erodiert.
  • Daher ist das Wärmerückgewinnungselement 1 so angeordnet, dass basierend auf der Strömungswegrichtung des ersten Fluids als Referenz ein axialer Mittelabschnitt C1 des Wärmerückgewinnungselements 1 auf einer stromabwärtigen Seite eines axialen Mittelabschnitts C2 des inneren Zylinders 10 angeordnet ist und der stromabwärtige Endabschnitt 2 des Wärmerückgewinnungselements 1 auf einer stromaufwärtigen Seite eines stromabwärtigen Endabschnitts 61b des Strömungswegs 60 für das zweite Fluid angeordnet ist. Durch Anordnen des Wärmerückgewinnungselements 1 an einer solchen Position wird der Strömungsweg für das erste Fluid vor dem Eintreten in das Wärmerückgewinnungselement 1 erweitert. Im Ergebnis nimmt die Durchflussmenge des ersten Fluids ab und der Wärmeübertragungskoeffizient nimmt an diesem Abschnitt ab, so dass es möglich ist, zu unterdrücken, dass die Wärme des ersten Fluids über den inneren Zylinder 10 auf den zweiten Strömungsweg übertragen wird. Da ein Abstand zwischen dem stromaufwärtigen Endabschnitt 61a des Strömungswegs 60 für das zweite Fluid und dem Wärmerückgewinnungselement 1 ebenfalls vergrößert wird, kann eine Wärmezufuhr aufgrund des Wärmerückgewinnungselements 1 um den stromaufwärtigen Endabschnitt 61a des Strömungswegs 60 für das zweite Fluid herum unterdrückt werden, so dass die Temperatur des zweiten Fluids verringert werden kann. Im Ergebnis kann das Sieden des zweiten Fluids um den stromaufwärtigen Endabschnitt 61a des Strömungswegs 60 für das zweite Fluid herum unterdrückt werden.
  • Der stromabwärtige Endabschnitt 2 des Wärmerückgewinnungselements 1 ist basierend auf der Strömungswegrichtung des ersten Fluids als eine Referenz vorzugsweise auf der stromaufwärtigen Seite 10 mm oder mehr entfernt von dem stromabwärtigen Endabschnitt 61b des Strömungswegs 60 für das zweite Fluid angeordnet. Durch Anordnen des stromabwärtigen Endabschnitts 2 des Wärmerückgewinnungselements 1 an einer solchen Position können die vorstehenden Wirkungen stabil verbessert werden.
  • Der stromabwärtige Endabschnitt 2 des Wärmerückgewinnungselements 1 ist basierend auf der Strömungswegrichtung des ersten Fluids als Referenz vorzugsweise auf einer stromaufwärtigen Seite um 10% oder mehr der Länge des Strömungswegs 60 für das zweite Fluid entfernt von dem stromabwärtigen Endabschnitt 61b des Strömungswegs 60 für das zweite Fluid angeordnet. Durch Anordnen des stromabwärtigen Endabschnitts 2 des Wärmerückgewinnungselements 1 an einer solchen Position können die vorstehenden Wirkungen stabil verbessert werden.
  • Die Länge (axiale Länge) des Wärmerückgewinnungselements 1 beträgt basierend auf der Strömungswegrichtung des ersten Fluids als Referenz vorzugsweise 20 bis 90 % der Länge des Strömungswegs 60 für das zweite Fluid. Indem auf diese Weise die Länge des Wärmerückgewinnungselements 1 gesteuert wird, können die obigen Wirkungen stabil verbessert werden.
  • Obwohl das Wärmerückgewinnungselement 1 nicht besonders eingeschränkt ist, ist es vorzugsweise eine Wabenstruktur.
  • Hier zeigen 3 und 4 jeweils eine Querschnittsansicht einer Wabenstruktur, die als das Wärmerückgewinnungselement 1 verwendet werden kann, senkrecht zu einer axialen Richtung (Strömungswegrichtung des ersten Fluids).
  • Eine Wabenstruktur 1000, die in 3 gezeigt ist, umfasst: eine Außenumfangswand 1100; und mehrere Trennwände 1300, die an einer Innenseite der Außenumfangswand 1100 angeordnet sind, wobei die Trennwände 1300 mehrere Zellen 1200 definieren, die sich von einer ersten Endfläche zu einer zweiten Endfläche erstrecken, um Strömungswege für das erste Fluid zu bilden. Darüber hinaus umfasst eine Wabenstruktur 2000, die in 4 gezeigt ist: eine Außenumfangswand 1100; eine Innenumfangswand 1400; und eine Trennwand 1300, die zwischen der Außenumfangswand 1100 und der Innenumfangswand 1400 angeordnet ist, wobei die Trennwand 1300 mehrere Zellen 1200 definiert, die sich von einer ersten Endfläche zu einer zweiten Endfläche erstrecken, um Strömungswege für das erste Fluid zu bilden.
  • Eine Form (eine äußere Form) der Wabenstruktur 1000, 2000 kann je nach Form des inneren Zylinders festgelegt sein und ist nicht besonders beschränkt. Beispiele für die Form (äußere Form) der Wabenstruktur 1000 , 2000 umfassen eine zylindrische Form, eine elliptische Säulenform, eine viereckige Säulenform oder eine andere polygonale Säulenform. Obwohl eine Form eines hohlen Abschnitts (eines inneren Bereichs der Innenumfangswand1400 ) in der Wabenstruktur 2000 gleich oder verschieden von der äußeren Form der Wabenstruktur 200 sein kann, aber nicht darauf beschränkt ist, ist es im Hinblick auf die Beständigkeit gegen äußere Einwirkungen, thermische Beanspruchung und dergleichen bevorzugt, dass sie einander gleich sind,.
  • Die Außenumfangswand 1100 und die Innenumfangswand 1400 haben jeweils eine größere Dicke als die Trennwand 1300. Eine solche Struktur kann zu erhöhten Festigkeiten der Außenumfangswand 1100 und der Innenumfangswand 1400 führen, die andernfalls dazu neigen würden, aufgrund eines äußeren Aufpralls, einer thermischen Belastung, die durch einen Temperaturunterschied zwischen dem ersten Fluid und dem zweiten Fluid verursacht wird, und dergleichen Brüche (z. B. Rissbildung, Spaltbildung und dergleichen) zu erzeugen.
  • Die Dicken der Außenumfangswand 1100, der Trennwände 1300 und der Innenumfangswand 1400 können je nach Anwendung und dergleichen geeignet angepasst werden. Beispielsweise beträgt die Dicke der Außenumfangswand 1100 und der Innenumfangswand1400 jeweils bevorzugt mehr als 0,3 mm und kleiner oder gleich 10 mm, wenn der Wärmetauscher 100 für allgemeine Wärmetauschanwendungen verwendet wird, und stärker bevorzugt 0,5 mm bis 5 mm und noch stärker bevorzugt 1 mm bis 3 mm. Wenn der Wärmetauscher 100 für eine Wärmespeicheranwendung verwendet wird, beträgt die Dicke der Außenumfangswand 1100 außerdem bevorzugt 10 mm oder mehr, um eine Wärmekapazität der Außenumfangswand 1100 zu erhöhen.
  • Die Dicke der Trennwand 1300 kann bevorzugt 0,1 bis 1 mm und stärker bevorzugt 0,2 bis 0,6 mm betragen. Eine Dicke der Trennwand 1300 von 0,1 mm oder mehr kann der Wabenstruktur 1000, 2000 eine ausreichende mechanische Festigkeit verleihen. Ferner kann eine Dicke der Trennwand 1300 von 1 mm oder weniger Probleme dahingehend, dass der Druckverlust aufgrund einer Verringerung einer Öffnungsfläche erhöht wird und die Wärmerückgewinnungseffizienz aufgrund einer Verringerung einer Kontaktfläche mit dem ersten Fluid verringert wird, verhindern.
  • Die Außenumfangswand 1100, die Trennwände 1300 und die Innenumfangswand 1400 basieren auf Keramik. Der Ausdruck „basieren auf Keramik“ bedeutet, dass das Verhältnis einer Keramikmasse zu der Gesamtmasse 50 Masse-% oder mehr beträgt.
  • Die Außenumfangswand 1100, die die Trennwände 1300 und die Innenumfangswand 1400 haben jeweils bevorzugt eine Porosität von 10 % oder weniger und stärker bevorzugt 5 % oder weniger und noch stärker bevorzugt 3 % oder weniger. Ferner kann die Porosität davon 0 % betragen. Eine Porosität davon von 10 % oder weniger kann zu einer Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit führen.
  • Die Außenumfangswand 1100, die Trennwand 1300 und die Innenumfangswand 1400 basieren vorzugsweise auf SiC (Siliciumcarbid) mit hoher Wärmeleitfähigkeit. Der Ausdruck „basieren auf SiC (Siliciumcarbid)“ bedeutet, dass ein Verhältnis einer Masse von SiC (Siliciumcarbid) zu der Gesamtmasse 50 Masse-% oder mehr beträgt.
  • Insbesondere umfasst das Material jeweils der Außenumfangswand 1100, der Trennwand 1300 und der Innenumfangswand 1400, das hier verwendet werden kann, Si-imprägniertes SiC, (Si+AI)-imprägniertes SiC, Metallverbund-SiC, rekristallisiertes SiC, Si3N4, SiC und dergleichen. Darunter sind Si-imprägniertes SiC und (Si+AI)-imprägniertes SiC bevorzugt, da sie kostengünstiger hergestellt werden können und eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen.
  • Eine Zellendichte (d. h. die Anzahl von Zellen 1200 pro Flächeneinheit) im Querschnitt der Wabenstruktur 1000, 2000 senkrecht zu der Strömungswegrichtung des ersten Fluids ist nicht besonders beschränkt und kann je nach Anwendungen angepasst werden. Die Zellendichte kann bevorzugt in einem Bereich von 4 bis 320 Zellen/cm2 liegen. Eine Zellendichte von 4 Zellen/cm2 oder mehr kann die Festigkeit der Trennwände 1300 ausreichend und somit die Festigkeit der Wabenstruktur 1000, 2000 selbst und die effektive GSA (geometrische Oberfläche) sicherstellen. Ferner kann eine Zellendichte von 320 Zellen/cm2 oder weniger ermöglichen, dass eine Zunahme eines Druckverlusts verhindert wird, wenn das erste Fluid strömt.
  • Die Wabenstruktur 1000, 2000 hat bevorzugt eine isostatische Festigkeit von mehr als 100 MPa oder mehr und stärker bevorzugt 200 MPa oder mehr. Eine isostatische Festigkeit der Wabenstruktur 1000, 2000 von mehr als 100 MPa kann zu einer verbesserten Haltbarkeit der Wabenstruktur 1000, 2000 führen. Die isostatische Festigkeit der Wabenstruktur 1000, 2000 kann gemäß dem Verfahren zum Messen der isostatischen Bruchfestigkeit gemessen werden, wie es in der JASO-Norm M 505-87 definiert ist, die eine Kraftfahrzeugnorm ist, die von der Gesellschaft der Kraftfahrzeugingenieure Japans herausgegeben wird.
  • Ein Durchmesser (Außendurchmesser) der Außenumfangswand 1100 im Querschnitt orthogonal zu der Strömungswegrichtung des ersten Fluids kann bevorzugt 20 bis 200 mm und stärker bevorzugt 30 bis 100 mm betragen. Ein derartiger Durchmesser kann eine Verbesserung der Wärmerückgewinnungseffizienz ermöglichen. Wenn die Außenumfangswand 1100 nicht kreisförmig ist, ist der Durchmesser des größten einbeschriebenen Kreises, der in die Querschnittsform der Außenumfangswand 1100 einbeschrieben ist, als der Durchmesser der Außenumfangswand 1100 definiert. Ferner beträgt im Fall der Wabenstruktur 2000 ein Durchmesser der Innenumfangswand 1400 im Querschnitt orthogonal zu der Strömungswegrichtung des ersten Fluids bevorzugt 1 bis 60 mm und stärker bevorzugt 2 bis 30 mm. Wenn die Querschnittsform der Innenumfangswand 1400 nicht kreisförmig ist, ist der Durchmesser des größten einbeschriebenen Kreises, der in die Querschnittsform der Innenumfangswand 1400 einbeschrieben ist, als der Durchmesser der Innenumfangswand 1400 definiert.
  • Die Wabenstruktur 1000, 2000 hat bevorzugt eine Wärmeleitfähigkeit von 50 W/(m·K) oder mehr bei 25 °C, und stärker bevorzugt 100 bis 300 W/(m·K) und noch stärker bevorzugt 120 bis 300 W/(m·K). Eine Wärmeleitfähigkeit der Wabenstruktur 1000, 2000 in einem solchen Bereich kann zu einer verbesserten Wärmeleitfähigkeit führen und kann es ermöglichen, dass die Wärme innerhalb der Wabenstruktur 1000, 2000 effizient nach außen übertragen wird. Es ist zu beachten, dass der Wert der Wärmeleitfähigkeit ein Wert ist, der gemäß dem Laserblitzverfahren (JIS R 1611-1997) gemessen wird.
  • In dem Fall, in dem ein Abgas als erstes Fluid durch die Zellen 1200 in der Wabenstruktur 1000 , 2000 strömt, kann ein Katalysator vorzugsweise auf der Trennwand 1300 der Wabenstruktur 10 getragen werden. Das Tragen des Katalysators auf der Trennwand 13 kann es ermöglichen, dass CO, NOx, HC und dergleichen im Abgas durch katalytische Reaktion in harmlose Substanzen umgewandelt werden, und kann es auch ermöglichen, dass während der katalytischen Reaktion erzeugte Reaktionswärme für den Wärmeaustausch genutzt wird. Bevorzugte Katalysatoren umfassen solche, die mindestens ein Element enthalten, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Edelmetallen (Platin, Rhodium, Palladium, Ruthenium, Indium, Silber und Gold), Aluminium, Nickel, Zirkonium, Titan, Cer, Kobalt, Mangan, Zink, Kupfer, Zinn, Eisen, Niob, Magnesium, Lanthan, Samarium, Wismut und Barium besteht. Jedes der oben aufgeführten Elemente kann als einfache Metallsubstanz, als Metalloxid oder als andere Metallverbindung enthalten sein.
  • <Innerer Zylinder 10>
  • Der Innere Zylinder 10 ist ein Element, das dazu ausgelegt ist, das Wärmerückgewinnungselement 1 aufzunehmen. Der Innenzylinder 10 ist an einer Außenumfangsfläche des Wärmerückgewinnungselements 1 parallel zu der Strömungsrichtung des ersten Fluids angebracht.
  • Wie es hierin verwendet wird, bedeutet „angebracht“, dass das Wärmerückgewinnungselement 1 und der innere Zylinder 10 in einem Zustand fixiert sind, in dem sie aneinander angepasst sind. Daher umfasst das Einpassen des Wärmerückgewinnungselements 1 und des inneren Zylinders 10 Fälle, in denen das Wärmerückgewinnungselement 1 und der innere Zylinder 10 durch ein Fixierungsverfahren, das auf einer Passung wie z. B. Spielpassung, Presspassung und Schrumpfpassung basiert, sowie durch Hartlöten, Schweißen, Diffusionsbonden oder dergleichen aneinander fixiert sind.
  • Die Form des inneren Zylinders 10 ist nicht besonders beschränkt und kann verschiedene zylindrische Formen wie beispielsweise eine zylindrische Form und eine rechteckige zylindrische Form umfassen.
  • Es ist bevorzugt, dass eine axiale Richtung des inneren Zylinders 10 mit der des Wärmerückgewinnungselements 1 zusammenfällt und eine Mittelachse des inneren Zylinders 10 mit der des Wärmerückgewinnungselements 1 zusammenfällt. Ferner können die Durchmesser (Außendurchmesser und Innendurchmesser) des inneren Zylinders 10 in axialer Richtung gleichförmig sein, aber der Durchmesser zumindest eines Teils (beispielsweise beider Endabschnitte in axialer Richtung oder dergleichen) des inneren Zylinders kann verringert oder vergrößert sein.
  • Es ist zu beachten, dass dann, wenn der innere Zylinder 10 nicht zylindrisch ist, der Außendurchmesser und der Innendurchmesser des inneren Zylinders 10 die Durchmesser der maximalen Kreise bezeichnen, die die Querschnittsform des inneren Zylinders 10 senkrecht zur Strömungsrichtung des ersten Fluids umschreiben und einschreiben.
  • Der innere Zylinder 10 kann bevorzugt eine Innenumfangsflächenform aufweisen, die der Außenumfangsfläche des Wärmerückgewinnungselements 1 parallel zu der Strömungsrichtung des ersten Fluids entspricht. Da die Innenumfangsfläche des inneren Zylinders 10 in direktem Kontakt mit der Oberfläche der Außenumfangsfläche des Wärmerückgewinnungselements 1 steht, wird die Wärmeleitfähigkeit verbessert und die Wärme in dem Wärmerückgewinnungselement 1 kann effizient auf den inneren Zylinder 10 übertragen werden.
  • Hinsichtlich der Verbesserung der Wärmerückgewinnungseffizienz ist ein höheres Verhältnis einer Fläche eines Abschnitts, der in Umfangsrichtung von dem inneren Zylinder 10 bedeckt ist, in der Außenumfangsfläche des Wärmerückgewinnungselements 1 zu der Gesamtfläche der Außenumfangsfläche des Wärmerückgewinnungselements 1 bevorzugt. Insbesondere beträgt das Flächenverhältnis vorzugsweise 80 % oder mehr und stärker bevorzugt 90 % oder mehr und noch stärker bevorzugt 100 % (das heißt, die gesamte Außenumfangsfläche des Wärmerückgewinnungselements 1 ist in Umfangsrichtung von dem inneren Zylinder 10 bedeckt).
  • Der innere Zylinder 10 ist im Hinblick auf die Herstellbarkeit bevorzugt aus einem Metall hergestellt, obwohl er nicht besonders darauf beschränkt ist. Ferner ist der metallische Innenzylinder 10 auch insofern bevorzugt, als er leicht an einen äußeren Zylinder 20 oder dergleichen geschweißt werden kann. Beispiele für das Material des inneren Zylinders 10, das hier verwendet werden kann, umfassen Edelstahl, Titanlegierungen, Kupferlegierungen, Aluminiumlegierungen, Messing und dergleichen. Darunter ist Edelstahl bevorzugt, da er eine hohe Haltbarkeit und Zuverlässigkeit aufweist und kostengünstig ist.
  • Der innere Zylinder 10 hat bevorzugt eine Dicke von 0,1 mm oder mehr und stärker bevorzugt 0,3 mm oder mehr und noch stärker bevorzugt 0,5 mm oder mehr, obwohl er nicht besonders darauf beschränkt ist. Eine Dicke des inneren Zylinders 10 von 0,1 mm oder mehr kann Haltbarkeit und Zuverlässigkeit gewährleisten. Die Dicke des inneren Zylinders 10 beträgt bevorzugt 10 mm oder weniger und stärker bevorzugt 5 mm oder weniger und noch stärker bevorzugt 3 mm oder weniger. Eine Dicke des inneren Zylinders 10 von 10 mm oder weniger kann den Wärmewiderstand verringern und die Wärmeleitfähigkeit verbessern.
  • <Äußerer Zylinder>
  • Der äußere Zylinder 20 hat einen Zufuhranschluss 21, der das zweite Fluid zuführen kann, und einen Abgabeanschluss 22, der das zweite Fluid abgeben kann. Außerdem ist der äußere Zylinder 20 auf einer radial äußeren Seite des inneren Zylinders 10 in einem Abstand angeordnet, derart, dass ein Strömungsweg 60 für ein zweites Fluid zwischen dem äußeren Zylinder 20 und dem inneren Zylinder 10 ausgebildet ist.
  • Vorzugsweise fällt eine Axialrichtung des äußeren Zylinders 20 mit der des inneren Zylinders10 zusammen und eine Mittelachse des äußeren Zylinders 20 fällt mit der des inneren Zylinders10 zusammen.
  • Der äußere Zylinder 20 ist bevorzugt so angeordnet, dass Innenumfangsflächen auf einer Seite des stromaufwärtigen Endabschnitts und einer Seite des stromabwärtigen Endabschnitts in direktem oder indirektem Kontakt mit der Außenumfangsfläche des inneren Zylinders 10 stehen.
  • Ein Verfahren zum Fixieren der Innenumfangsflächen auf der Seite des stromaufwärtigen Endabschnitts und der Seite des stromabwärtigen Endabschnitts an der Außenumfangsoberfläche des inneren Zylinders 10, das verwendet werden kann, umfasst ohne Einschränkung darauf Passung wie z. B. Spielpassung, Presspassung und Schrumpfpassung sowie Löten, Schweißen, Diffusionsverbinden und dergleichen.
  • Die Form des äußeren Zylinders 20 ist nicht besonders beschränkt und kann verschiedene zylindrische Formen wie beispielsweise eine zylindrische Form und eine rechteckige zylindrische Form umfassen.
  • Durchmesser (Außendurchmesser und Innendurchmesser) des äußeren Zylinders 20 können in axialer Richtung gleichförmig sein, aber der Durchmesser zumindest eines Teils (beispielsweise eines axialen Mittelabschnitts, beider axialer Endabschnitte oder dergleichen) des äußeren Zylinders 20 kann verringert oder erhöht sein. Beispielsweise kann sich das zweite Fluid durch Verringern des Durchmessers des axialen Mittelabschnitts des äußeren Zylinders 20 über die Außenumfangsrichtung des inneren Zylinders 10 in dem äußeren Zylinder 20 auf den Seiten des Zufuhranschlusses 21 und des Abgabeanschlusses 22 verteilen. Daher sinkt eine Menge des zweiten Fluids, die nicht zu dem Wärmeaustausch an dem axialen Mittelabschnitt beiträgt, so dass die Wärmeaustauscheffizienz verbessert werden kann.
  • Es ist zu beachten, dass dann, wenn der äußere Zylinder 20 nicht zylindrisch ist, der Außendurchmesser und der Innendurchmesser des äußeren Zylinders 20 die Durchmesser der maximalen Kreise bezeichnen, die die Querschnittsform des Außenzylinders 20 senkrecht zu der Strömungsrichtung des ersten Fluids umschreiben und einschreiben.
  • Ein Material des äußeren Zylinders 20 ist nicht besonders beschränkt und es kann das gleiche wie das des inneren Zylinders 10 sein, wie es oben beschrieben ist.
  • Eine Dicke des äußeren Zylinders 20 ist nicht besonders beschränkt und kann die gleiche wie die des inneren Zylinders 10 sein, wie sie oben beschrieben ist.
  • <Zufuhrrohr 30 und Abgaberohr 40>
  • Das Zufuhrrohr 30 ist mit dem Zufuhranschluss 21 des äußeren Zylinders 20 verbunden und das Abgaberohr 40 ist mit dem Abgabeanschluss 22 des äußeren Zylinders 20 verbunden. Durch das Verbinden des Zufuhrrohrs 30 mit dem Abgaberohr 40 auf diese Weise kann das zweite Fluid kann zwischen dem inneren Zylinder 10 und dem äußeren Zylinder 20 zugeführt und abgegeben werden.
  • Das Zufuhrrohr 30 und das Abgaberohr 40 können sich in die gleiche Richtung erstrecken oder können sich in unterschiedliche Richtungen erstrecken.
  • Bei dem Wärmetauscher 100 gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung ist das Wärmerückgewinnungselement 1 so angeordnet, dass basierend auf der Strömungswegrichtung des ersten Fluids als Referenz der axiale Mittelabschnitt C1 des Wärmerückgewinnungselements 1 auf der stromabwärtigen Seite des axialen Mittelabschnitts C2 des inneren Zylinders angeordnet ist und der stromabwärtige Endabschnitt 2 des Wärmerückgewinnungselements 1 auf der stromaufwärtigen Seite des stromabwärtigen Endabschnitts 61b des Strömungswegs 60 für das zweite Fluid angeordnet ist. Daher kann das Wärmerückgewinnungsvermögen verbessert werden und die Schmelzbeschädigung (Erosion) der Elemente, die den Strömungsweg 60 für das zweite Fluid bilden, unterdrückt werden.
  • (Ausführungsform 2)
  • Ein Wärmetauscher gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich von dem Wärmetauscher 100 gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung darin, dass ersterer ein Strömungsweg-Sperrelement 50 als Siedeunterdrückungsabschnitt in dem Strömungsweg für das zweite Fluid aufweist.
  • 5 ist eine Querschnittsansicht eines Wärmetauschers gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung parallel zu einer Strömungsrichtung eines ersten Fluids. Zudem ist 6 eine Querschnittsansicht entlang der Linie b-b' in dem Wärmetauscher von 5. Es ist zu beachten, dass 5 einen Fall zeigt, in dem die hohle Wabenstruktur 2000 beispielhaften als Wärmerückgewinnungselement 1 verwendet wird.
  • Wie es in 5 und 6 gezeigt ist, umfasst ein Wärmetauscher 200 gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung: einen inneren Zylinder 10; einen äußeren Zylinder 20; ein Zufuhrrohr 30; ein Abgaberohr 40; und ein Strömungsweg-Sperrelement 50 als Siedeunterdrückungsabschnitt. Ferner umfasst der Wärmetauscher 200 gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung ferner: ein erstes zylindrisches Element 210; ein zweites zylindrisches Element 220; ein erstes zylindrisches Verbindungselement 230; ein zweites zylindrisches Verbindungselement 240; ein drittes zylindrisches Element 250; und ein Ein-Aus-Ventil 260.
  • Es ist zu beachten, dass die Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen wie diejenigen, die in der Beschreibung des Wärmetauschers 100 gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung auftauchen, die gleichen sind wie die des Wärmetauschers 200 gemäß der Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung. Daher werden deren Beschreibungen weggelassen.
  • <Strömungsweg-Sperrelement 50>
  • Das Strömungsweg-Sperrelement 50 ist ein Siedeunterdrückungsabschnitt, der das Sieden des zweiten Fluids unterdrückt. Das Strömungsweg-Sperrelement 50 ist so angeordnet, dass es zumindest einen Teil des Strömungswegs 60 für das zweite Fluid blockiert.
  • Wie es in Ausführungsform 1 beschrieben, ist kann sich die Strömung des zweiten Fluids um die axialen Endabschnitte des Strömungswegs 60 für das zweite Fluid verlangsamen, obwohl dies von der Form des Strömungswegs 60 für das zweite Fluid abhängt. In diesem Fall stockt das zweite Fluid tendenziell um die axialen Endabschnitte des Strömungswegs 60 für das zweite Fluid herum und die Temperatur des zweiten Fluids kann kontinuierlich ansteigen, wodurch das zweite Fluid zum Sieden gebracht wird. In einem solchen Zustand verschlechtert sich das Wärmerückgewinnungsvermögen und die Elemente darum herum (der innere Zylinder 10 und der äußere Zylinder 20) werden tendenziell erodiert.
  • Das Strömungsweg-Sperrelement 50 ist an einem Abschnitt angeordnet, in dem das zweite Fluid dazu neigt, zu stocken und zu sieden. Daher ist das Strömungsweg-Sperrelement 50 vorzugsweise so angeordnet, dass es mindestens einen Endabschnitt des Strömungswegs 60 für das zweite Fluid blockiert, und ist stärker bevorzugt so angeordnet, dass es beide Endabschnitte des Strömungswegs 60 für das zweite Fluid blockiert.
  • Hier zeigt 7 eine vergrößerte Querschnittsansicht um einen Endabschnitt des Strömungswegs 60 für das zweite Fluid herum. Wenn das Strömungsweg-Sperrelement 50 an dem Endabschnitt des Strömungswegs 60 für das zweite Fluid angeordnet ist, ist es bevorzugt, einen Bereich von einem Strömungsweg-Endabschnitt E für das zweite Fluid bis zu einem Längenbereich L von 50 % oder weniger als die maximale Strömungsweghöhe H des Strömungswegs 60 für das zweite Fluid zu sperren. Durch Sperren eines solchen Bereichs mit dem Strömungsweg-Sperrelement 50 kann das zweite Fluid kaum stocken, so dass das Sieden des zweiten Fluids stabil unterdrückt werden kann. Wenn ein Längenbereich von mehr als 50 % der maximalen Strömungsweghöhe H des Strömungswegs 60 für das zweite Fluid von dem Strömungsweg-Endabschnitt E für das zweite Fluid ab gesperrt ist, wird der Strömungsweg 60 für das zweite Fluid übermäßig verkürzt, so dass sich das Wärmerückgewinnungsvermögen verschlechtern kann.
  • Das Strömungsweg-Sperrelement 50 ist bevorzugt ein ringförmiges Element. Durch Verwenden des Strömungsweg-Sperrelements 50 als ringförmiges Element kann das Strömungsweg-Sperrelement 50 einfach an einer vorbestimmten Position in dem Strömungsweg 60 für das zweite Fluid angeordnet werden. Das ringförmige Element kann beispielsweise durch Schweißen oder Kleben befestigt werden, nachdem zwei halbierte Teile an vorbestimmten Positionen in dem Strömungsweg 60 für das zweite Fluid angeordnet wurden, um ein ringförmiges Element zu bilden.
  • Die Form des Strömungsweg-Sperrelements 50 ist nicht besonders beschränkt, solange es eine Form ist, die einen vorbestimmten Bereich sperren kann. Zum Beispiel ist in dem Querschnitt parallel zu der Strömungsrichtung des ersten Fluids die Form des Strömungsweg-Sperrelements 50 eine Fächerform (Ansicht oben links), ein Trapez (Ansicht oben rechts), eine abgeschrägte Form (Ansicht unten links) und eine unregelmäßige Form (Ansicht unten rechts), wie es in 8 gezeigt ist. Es ist zu beachten, dass 8 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht um einen Endabschnitt des Strömungswegs 60 für das zweite Fluid herum, wie es in 7 gezeigt ist.
  • Das Material des Strömungsweg-Sperrelements 50 ist nicht besonders beschränkt, solange es sich nicht in dem zweiten Fluid löst und einen Schmelzpunkt hat, der höher ist als der Siedepunkt des zweiten Fluids. Wenn beispielsweise das zweite Fluid Wasser ist, kann das Material des Strömungsweg-Sperrelements 50 ein Material sein, das wasserunlöslich ist und einen Schmelzpunkt von mehr als 100 °C hat. Beispiele des hier verwendbaren Materials für das Strömungsweg-Sperrelement 50 umfassen Metalle und duroplastische Harze, insbesondere Edelstahl, Titanlegierungen, Kupferlegierungen, Aluminiumlegierungen, Messing, Phenolharze, Harnstoffharze, Melaminharze, Epoxidharze, ungesättigte Polyesterharze, Alkydharze, Polyimidharze, Polyurethanharze, Allylharze, Diallylphthalatharze, Silikonharze und dergleichen.
  • <Erstes zylindrisches Element 210>
  • Das erste zylindrische Element 210 ist an der Innenumfangswand 1400 der Wabenstruktur 2000 angebracht. Das Anbringungsverfahren ist nicht besonders beschränkt und das gleiche Anbringungsverfahren wie oben beschrieben kann verwendet werden.
  • Das erste zylindrische Element 210 ist ein zylindrisches Element mit einem stromaufwärtigen Endabschnitt und einem stromabwärtigen Endabschnitt, bei dem ein Teil der Außenumfangsfläche an der Innenumfangswand 1400 der Wabenstruktur 2000 angebracht ist. Der Teil der Außenumfangsfläche des ersten zylindrischen Elements 210 und die Innenumfangswand 1400 der Wabenstruktur 2000 können in indirektem Kontakt miteinander stehen oder können über ein Dichtungsmaterial 270 (z. B. ein Mattenmaterial, ein Maschenmaterial, ein Ringelement usw.) in indirektem Kontakt stehen.
  • Vorzugsweise fällt eine axiale Richtung des ersten zylindrischen Elements 210 mit der der Wabenstruktur 2000 zusammen und eine Mittelachse des ersten zylindrischen Elements 210 fällt mit der der Wabenstruktur 2000 zusammen.
  • Das Material des ersten zylindrischen Elements 210 ist nicht besonders beschränkt und das gleiche Material wie das des inneren Zylinders 10 kann verwendet werden.
  • Die Dicke des ersten zylindrischen Elements 210 ist nicht besonders beschränkt und er kann die gleiche Dicke wie die des Innenzylinders 10 haben, wie sie oben beschrieben ist.
  • Das erste zylindrische Element 210 weist vorzugsweise einen sich verjüngenden Abschnitt auf, dessen Durchmesser von der Position, die der zweiten Endfläche der Wabenstruktur 2000 entspricht, zu der Seite des stromabwärtigen Endabschnitts abnimmt. Das Bereitstellen eines solchen sich verjüngenden Abschnitts kann eine Differenz zwischen dem Innendurchmesser des stromabwärtigen Endabschnitts des ersten zylindrischen Elements 210 und dem Innendurchmesser des stromabwärtigen Endabschnitts des zweiten zylindrischen Elements 220 verringern. Wenn in diesem Fall die Wärmerückgewinnung unterdrückt ist (wenn das Ein-Aus-Ventil 260 geöffnet ist), kann in der Nähe des stromabwärtigen Endabschnitts des zweiten zylindrischen Elements 220 die äquivalente Durchflussmenge des ersten Fluids zu der des ersten Fluids in der Nähe des stromabwärtigen Endabschnitt des ersten zylindrischen Elements 210 erreicht werden, wodurch eine Differenz zwischen Drücken in der Nähe des stromabwärtigen Endabschnitts des zweiten zylindrischen Elements 220 und in der Nähe des stromabwärtigen Endabschnitts des ersten zylindrischen Elements 210 verringert wird. Im Ergebnis kann ein Rückströmungsphänomen des ersten Fluids, das durch den Raum zwischen dem ersten zylindrischen Element 210 und dem zweiten zylindrischen Element 220 zu der Wabenstruktur 2000 fließt, unterdrückt werden, so dass das Wärmeisolationsvermögen verbessert werden kann.
  • <Zweites zylindrisches Element 220>
  • Das zweite zylindrische Element 220 hat einen Abschnitt, der auf einer radial inneren Seite des ersten zylindrischen Elements 210 in einem Abstand angeordnet ist, um den Strömungsweg für das erste Fluid zu bilden.
  • Das zweite zylindrische Element 220 ist ein zylindrisches Element mit einem stromaufwärtigen Endabschnitt und einem stromabwärtigen Endabschnitt.
  • Vorzugsweise fällt eine axiale Richtung des zweiten zylindrischen Elements 220 mit der der Wabenstruktur 2000 zusammen und eine Mittelachse des zweiten zylindrischen Elements 220 mit der der Wabenstruktur 2000 zusammen.
  • Die Struktur des zweiten zylindrischen Elements 220 auf der Seite des stromaufwärtigen Endabschnitts ist nicht besonders beschränkt und kann je nach Bedarf in Abhängigkeit von den Formen anderer Komponenten (z. B. Rohrleitungen), mit denen der stromaufwärtige Endabschnitt des zweiten zylindrischen Elements 220 verbunden ist, angepasst werden. Wenn beispielsweise der Durchmesser der anderen Komponente größer als der des stromaufwärtigen Endabschnitts ist, kann der Durchmesser auf der Seite des stromaufwärtigen Endabschnitts vergrößert werden.
  • Ein Verfahren zum Fixieren des zweiten zylindrischen Elements 220 ist nicht besonders beschränkt, aber es kann beispielsweise an dem inneren Zylinder 10 oder dergleichen über ein erstes zylindrisches Verbindungselement 230 fixiert werden, wie es unten beschrieben ist. Das Fixierungsverfahren umfasst das gleiche Verfahren wie das oben beschriebene Fixierungsverfahren des inneren Zylinders 10, ist aber nicht darauf beschränkt.
  • Das Material des zweiten zylindrischen Elements 220 ist nicht besonders beschränkt und das gleiche Material wie das des inneren Zylinders 10 kann verwendet werden.
  • Die Dicke des zweiten zylindrischen Elements 220 ist nicht besonders beschränkt und kann die gleiche Dicke wie die des Innenzylinders 10 sein, wie sie oben beschrieben ist.
  • <Erstes zylindrisches Verbindungselement 230>
  • Das erste zylindrische Verbindungselement 230 ist ein zylindrisches Element, das den stromaufwärtigen Endabschnitt des inneren Zylinders 10 mit der stromaufwärtigen Seite des zweiten zylindrischen Elements 220 verbindet, um den Strömungsweg für das erste Fluid zu bilden. Die Verbindung kann direkt oder indirekt sein. Im Fall einer indirekten Verbindung kann beispielsweise ein stromaufwärtiger Endabschnitt des äußeren Zylinders 20 oder dergleichen zwischen dem stromaufwärtigen Endabschnitt des inneren Zylinders 10 und der stromaufwärtigen Seite des zweiten zylindrischen Elements 220 angeordnet sein.
  • Vorzugsweise fällt eine axiale Richtung des ersten zylindrischen Verbindungselements 230 mit der der Wabenstruktur 2000 zusammen und eine Mittelachse des ersten zylindrischen Verbindungselements 230 fällt mit der der Wabenstruktur 2000 zusammen.
  • Das Material des ersten zylindrischen Verbindungselements 230 ist nicht besonders beschränkt, und das gleiche Material wie das des inneren Zylinders 10 kann verwendet werden.
  • Die Dicke des ersten zylindrischen Verbindungselements 230 ist nicht besonders beschränkt und kann die gleiche Dicke wie diejenige des inneren Zylinders 10 sein, wie sie oben beschrieben ist.
  • <Zweites zylindrisches Verbindungselement 240>
  • Das zweite zylindrische Verbindungselement 240 ist ein zylindrisches Element, das den stromabwärtigen Endabschnitt des inneren Zylinders 10 mit der stromaufwärtigen Seite des dritten zylindrischen Elements 250 verbindet. Die Verbindung kann direkt oder indirekt sein. Im Fall einer indirekten Verbindung kann beispielsweise ein stromabwärtiger Endabschnitt des äußeren Zylinders 20 oder dergleichen zwischen dem stromabwärtigen Endabschnitt des inneren Zylinders 10 und der stromaufwärtigen Seite des dritten zylindrischen Elements 250 angeordnet sein.
  • Vorzugsweise fällt eine axiale Richtung des zweiten zylindrischen Verbindungselements 240 mit der der Wabenstruktur 2000 zusammen und eine Mittelachse des zweiten zylindrischen Verbindungselements 240 fällt mit der der Wabenstruktur 2000 zusammen.
  • Das Material des zweiten zylindrischen Verbindungselements 240 ist nicht besonders beschränkt und das gleiche Material wie das des inneren Zylinders 10 kann verwendet werden.
  • Die Dicke des zweiten zylindrischen Verbindungselements 240 ist nicht besonders beschränkt und kann die gleiche Dicke wie diejenige des inneren Zylinders 10 sein, wie sie oben beschrieben ist.
  • <Drittes zylindrisches Element 250>
  • Das dritte zylindrische Element 250 ist ein Element, das mit der stromabwärtigen Seite des zweiten zylindrischen Verbindungselements 240 verbunden ist.
  • Vorzugsweise fällt eine axiale Richtung des dritten zylindrischen Elements 250 mit der der Wabenstruktur 2000 zusammen und eine Mittelachse des dritten zylindrischen Elements 250 fällt mit der der Wabenstruktur 2000 zusammen.
  • Die Struktur des dritten zylindrischen Elements 250 an dem stromabwärtigen Endabschnitt ist nicht besonders beschränkt und kann je nach Bedarf in Abhängigkeit von den Formen anderer Komponenten (beispielsweise Rohrleitungen), mit denen der stromabwärtige Endabschnitt des dritten zylindrischen Elements 250 verbunden ist, angepasst werden. Wenn beispielsweise der Durchmesser der anderen Komponente kleiner ist als der des stromabwärtigen Endabschnitts, kann der Durchmesser an dem stromabwärtigen Endabschnitt verringert werden.
  • Das Material des dritten zylindrischen Elements 250 ist nicht besonders beschränkt und das gleiche Material wie das des inneren Zylinders 10 kann verwendet werden.
  • Die Dicke des dritten zylindrischen Elements 250 ist nicht besonders beschränkt und kann die gleiche Dicke wie die des inneren Zylinders 10 sein, wie sie oben beschrieben ist.
  • <Ein-Aus-Ventil 260>
  • Das Ein-Aus-Ventil 560 ist auf der Seite des stromabwärtigen Endabschnitts des ersten inneren zylindrischen Elements 210 angeordnet. Obwohl ein Anordnungsverfahren des Ein-Aus-Ventils 260 nicht besonders beschränkt ist, kann das Ein-Aus-Ventil 260 an einer Welle fixiert werden (jetzt gezeigt), die durch ein Lager drehbar gelagert ist, das an einer radial äußeren Seite des dritten zylindrischen Verbindungselements 250 angeordnet ist, und so angeordnet ist, dass sie das dritte zylindrische Element 250 und das erste innere zylindrische Element 210 durchdringt.
  • Die Form des Ein-Aus-Ventils 260 ist nicht besonders beschränkt und eine geeignete Form kann je nach Form des ersten zylindrischen Elements 210 ausgewählt werden, in dem das Ein-Aus-Ventil 260 angeordnet ist.
  • Das Ein-Aus-Ventil 260 kann durch Antreiben (Drehen) der Welle durch einen Aktor (nicht gezeigt) geöffnet und geschlossen werden. Das heißt, das Ein-Aus-Ventil 260 kann geöffnet und geschlossen werden, indem das Ein-Aus-Ventil 260 zusammen mit der Welle gedreht wird.
  • Das Ein-Aus-Ventil 260 ist so ausgelegt, dass die Strömung des ersten Fluids innerhalb des ersten inneren zylindrischen Elements 210 gesteuert werden kann. Insbesondere kann durch Schließen des Ein-Aus-Ventils 260 während der Förderung der Wärmerückgewinnung das erste Fluid durch den Raum zwischen dem ersten zylindrischen Element 210 und dem zweiten zylindrischen Element 220 zu der Wabenstruktur 2000 strömen. Ferner kann durch Öffnen des Ein-Aus-Ventils 260 während der Unterdrückung der Wärmerückgewinnung das erste Fluid von der Seite des stromabwärtigen Endabschnitts des ersten inneren zylindrischen Elements 210 zu dem dritten zylindrischen Element 250 umgewälzt werden, um das erste Fluid aus dem Wärmetauscher 200 nach außen abzugeben.
  • Da der Wärmetauscher 200 gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung das Strömungsweg-Sperrelement 50 als Siedeunterdrückungsabschnitt in dem Strömungsweg 60 für das zweite Fluid aufweist, können Wirkungen der Verbesserung des Wärmerückgewinnungsvermögens und der Unterdrückung der Erosion der Elemente, die den Strömungsweg 60 bilden, verbessert werden.
  • (Ausführungsform 3)
  • Ein Wärmetauscher gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich von dem Wärmetauscher 100 gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung darin, dass ersterer einen Strömungswegsperrungs-Bearbeitungsabschnitt als einen Siedeunterdrückungsabschnitt in zumindest einem Teil des äußeren Zylinders 20 aufweist.
  • 9 ist eine Querschnittsansicht eines Wärmetauschers gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung parallel zu der Strömungsrichtung des ersten Fluids.
  • Wie es in 9 gezeigt ist, umfasst ein Wärmetauscher 300 gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung: einen inneren Zylinder 10; einen äußeren Zylinder 20; ein Zufuhrrohr 30; und ein Abgaberohr 40. Darüber hinaus weist der Wärmetauscher 300 eine gefaltete Struktur 23 auf, die auf mindestens einer Endabschnittsseite des äußeren Zylinders 20 als ein Strömungswegsperrungs-Bearbeitungsabschnitt ausgebildet ist.
  • Es ist zu beachten, dass die Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen wie diejenigen, die in der Beschreibung des Wärmetauschers 100 gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung auftauchen, die gleichen sind wie die des Wärmetauschers 300 gemäß der Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung. Daher werden deren Beschreibungen weggelassen.
  • Wie es in Ausführungsform 1 beschrieben ist, kann sich die Strömung des zweiten Fluids um die axialen Endabschnitte des Strömungswegs 60 für das zweite Fluid verlangsamen, auch wenn dies von der Form des Strömungswegs 60 für das zweite Fluid abhängt. In diesem Fall stockt das zweite Fluid tendenziell um die axialen Endabschnitte des Strömungswegs 60 für das zweite Fluid herum und die Temperatur des zweiten Fluids kann kontinuierlich ansteigen, wodurch das zweite Fluid zum Sieden gebracht wird. In einem solchen Zustand verschlechtert sich das Wärmerückgewinnungsvermögen und die Elemente darum herum (der innere Zylinder 10 und der äußere Zylinder 20) werden tendenziell erodiert.
  • Daher ist bei dem Wärmetauscher 300 gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung die gefaltete Struktur 23 so ausgebildet, dass sie den axialen Endabschnitt des Strömungswegs 60 für das zweite Fluid blockiert, der tendenziell das obige Stocken des zweiten Fluids erzeugt, um das Sieden des zweiten Fluids zu bewirken. Obwohl 9 ein Beispiel zeigt, in dem die gefalteten Strukturen 23 an beiden Endabschnittsseiten des äußeren Zylinders 20 ausgebildet sind, kann die gefaltete Struktur 23 an einer Endabschnittsseite des äußeren Zylinders 20 ausgebildet sein.
  • Die gefaltete Struktur 23 kann durch Biegen des äußeren Zylinders 20 hergestellt werden. Die Art des Biegens ist nicht besonders beschränkt und verschiedene bekannte Verfahren können verwendet werden.
  • 10 ist eine Querschnittsansicht eines weiteren Wärmetauschers gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung parallel zur Strömungsrichtung des ersten Fluids.
  • Wie es in 10 gezeigt ist, umfasst ein Wärmetauscher 400 gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung: einen inneren Zylinder 10; einen äußeren Zylinder 20; ein Zufuhrrohr 30; und ein Abgaberohr 40. Darüber hinaus weist der Wärmetauscher 400 einen geschweißten Wulstabschnitt 24 auf mindestens einer Endabschnittsseite des äußeren Zylinders 20 als einen Strömungswegsperrungs-Bearbeitungsabschnitt auf.
  • Es ist zu beachten, dass die Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen wie diejenigen, die in der Beschreibung des Wärmetauschers 100 gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung auftauchen, die gleichen sind wie die des weiteren Wärmetauschers 400 gemäß der Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung. Daher werden deren Beschreibungen weggelassen.
  • Bei dem Wärmetauscher 400 gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung ist der geschweißte Wulstabschnitt 24 ausgebildet, um den axialen Endabschnitt des Strömungswegs 60 für das zweite Fluid zu sperren, der tendenziell das obige Stocken des zweiten Fluids erzeugt, um das Sieden des zweiten Fluids zu verursachen. Obwohl 10 ein Beispiel zeigt, in dem die geschweißten Wulstabschnitte 24 an beiden Endabschnittsseiten des äußeren Zylinders 20 ausgebildet sind, kann der geschweißte Wulstabschnitt 24 an einer Endabschnittsseite des äußeren Zylinders 20 ausgebildet sein.
  • Der geschweißte Wulstabschnitt 24 ist ein Abschnitt, in dem der äußere Zylinder 20 geschmolzen wird und fest wird, wenn der äußere Zylinder 20 an den inneren Zylinder 10 geschweißt wird. Das Schweißverfahren ist nicht besonders beschränkt und Lichtbogenschweißen (z. B. WIG-Schweißen, MIG-Schweißen) oder dergleichen kann verwendet werden.
  • Obwohl dies nicht gezeigt ist, kann der Wärmetauscher 300 gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung sowohl die gefaltete Struktur 23 als auch den geschweißten Wulstabschnitt 24 auf mindestens einer Endabschnittsseite des äußeren Zylinders 20 als Strömungswegsperrungs-Bearbeitungsabschnitte aufweisen. Eine solche Struktur kann zu einer stabilen Unterdrückung des Siedens des zweiten Fluids aufgrund des Stockens des zweiten Fluids führen.
  • Bei den Wärmetauschern 300 und 400 gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung ist der Strömungswegsperrungs-Bearbeitungsabschnitt (die gefaltete Struktur 23 und/oder der geschweißte Wulstabschnitt 24 ) als der Siedeunterdrückungsabschnitt in dem äußeren Zylinder 20 in dem Strömungsweg 60 für das zweite Fluid ausgebildet, so dass Wirkungen des Verbesserns des Wärmerückgewinnungsvermögens und des Unterdrückens der Erosion der Elemente, die den Strömungsweg 60 für das zweite Fluid bilden, verbessert werden können.
  • (Ausführungsform 4)
  • Ein Wärmetauscher gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich von dem Wärmetauscher 100 gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung darin, dass ersterer einen Strukturabschnitt mit verringertem Durchmesser des Zufuhranschlusses 21 als Siedeunterdrückungsabschnitt aufweist.
  • 11 ist eine Querschnittsansicht des Wärmetauschers gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung parallel zur Strömungsrichtung des ersten Fluids.
  • Wie es in 11 gezeigt ist, umfasst ein Wärmetauscher 500 gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung: einen inneren Zylinder 10; einen äußeren Zylinder 20; ein Zufuhrrohr 30; und ein Abgaberohr 40. Ferner weist der Wärmetauscher 500 einen Strukturabschnitt mit verringertem Durchmesser 25 des Zufuhranschlusses 21 als Strömungswegsperrungs-Bearbeitungsabschnitt auf.
  • Bei Verwendung hierin bezeichnet der „Strukturabschnitt mit verringertem Durchmesser 25 des Zufuhranschlusses 21“ den Zufuhranschluss 21 oder einen strukturellen Abschnitt um diesen herum, der dazu ausgelegt ist, den Durchmesser des Zufuhranschlusses 21 zu verringern.
  • Es ist zu beachten, dass die Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen wie diejenigen, die in der Beschreibung des Wärmetauschers 100 gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung auftauchen, die gleichen sind wie die des Wärmetauschers 500 gemäß der Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung. Daher werden deren Beschreibungen weggelassen.
  • Die Strömung des zweiten Fluids kann sich auch um den Zufuhranschluss 21 (einen mit dem Zufuhrrohr 30 verbundenen Abschnitt des äußeren Zylinders 20) herum verlangsamen, obwohl dies von der Form des Strömungswegs 60 für das zweite Fluid abhängt. Infolgedessen stockt auch das zweite Fluid tendenziell um den Zufuhranschluss 21 herum und die Temperatur des zweiten Fluids kann kontinuierlich ansteigen, wodurch das zweite Fluid zum Sieden gebracht wird. In einem solchen Zustand verschlechtert sich das Wärmerückgewinnungsvermögen und die Elemente darum herum (der äußere Zylinder 20 und das Zufuhrrohr 30) werden tendenziell erodiert.
  • Daher ist bei dem Wärmetauscher 500 gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung der Strukturabschnitt mit verringertem Durchmesser 25 an dem Zufuhranschluss 21 der dazu neigt, das obige Stocken des zweiten Fluids zu erzeugen, um das Sieden des zweiten Fluids zu bewirken, bereitgestellt, so dass die Durchflussmenge des zweiten Fluids, das in den Strömungsweg 60 für das zweite Fluid strömt, erhöht werden kann und das Stocken des zweiten Fluids auch um den Zufuhranschluss 21 herum unterdrückt werden kann.
  • 11 zeigt einen Fall, in dem der Durchmesser des Zufuhranschlusses 21 kleiner ist als der des Abgabeanschlusses 22 als Strukturabschnitt mit verringertem Durchmesser 25, aber der Durchmesser des Zufuhranschlusses 21 kann gleich dem des Abgabeanschlusses 22 sein und ein ringförmiges Element (wie etwa eine Unterlegscheibe) kann an dem Zufuhranschluss 21 installiert sein, um den Durchmesser zu verringern. Alternativ kann der Zufuhranschluss 21 von außen durch maschinelle Bearbeitung oder dergleichen so bearbeitet werden, dass der Durchmesser des Zufuhranschlusses 21 verringert wird.
  • Der Strukturabschnitt mit verringertem Durchmesser 25 des Zufuhranschlusses 21 hat vorzugsweise einen Durchmesser von 65 bis 95 % des Durchmessers des Abgabeanschlusses 22. Durch Einstellen des Durchmessers des Zufuhranschlusses 21 auf 95 % oder weniger des Durchmessers des Abgabeanschlusses 22 können die obigen Wirkungen stabil erzielt werden. Ferner kann durch Einstellen des Durchmessers des Zufuhranschlusses 21 auf 65 % oder mehr des Durchmessers des Abgabeanschlusses 22 eine Verringerung des Druckverlusts in dem Strömungsweg 60 für das zweite Fluid unterdrückt werden. Insbesondere stockt dann, wenn der Durchmesser des Zufuhranschlusses 21 weniger als 65 % des Durchmessers des Abgabeanschlusses 22 beträgt, das zweite Fluid tendenziell um den Strukturabschnitt mit verringertem Durchmesser 25 (der Rückseite des verbundenen Abschnitts) herum.
  • Vorzugsweise sind in dem Wärmetauscher 500 gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung der Zufuhranschluss 21 und der Abgabeanschluss 22 an dem axialen Mittelabschnitt des äußeren Zylinders 20 bereitgestellt und das Zufuhrrohr 30 und das Abgaberohr 40 sind mit den Zufuhranschluss 21 bzw. dem Abgabeanschluss 22 verbunden. Es ist auch bevorzugt, dass sich das Zufuhrrohr 30 und das Abgaberohr 40 in unterschiedliche Richtungen erstrecken. Mit einer solchen Struktur kann die Wirkung des Strukturabschnitts mit verringertem Durchmesser 25 des Zufuhranschlusses 21 stabil erzielt werden.
  • Da der Wärmetauscher 500 gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung den Strukturabschnitt mit verringertem Durchmesser 25 des Zufuhranschlusses 21 als Siedeunterdrückungsabschnitt aufweist, können die Wirkungen des Verbesserns des Wärmerückgewinnungsvermögens und des Unterdrückens der Erosion der Elemente, die den Strömungsweg 60 für das zweite Fluid bilden, erhöht werden.
  • (Ausführungsform 5)
  • Ein Wärmetauscher gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich von dem Wärmetauscher 100 gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung darin, dass ersterer einen hochwärmebeständigen Bearbeitungsabschnitt als Siedeunterdrückungsabschnitt in zumindest einem Teil des inneren Zylinders 10 aufweist.
  • 12 ist eine Querschnittsansicht des Wärmetauschers gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung parallel zur Zirkulationsrichtung des ersten Fluids.
  • Wie es in 12 gezeigt ist, umfasst ein Wärmetauscher 600 gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung: einen inneren Zylinder 10; einen äußeren Zylinder 20; ein Zufuhrrohr 30; und ein Abgaberohr 40. Außerdem weist der Wärmetauscher 600 einen hochwärmebeständigen Bearbeitungsabschnitt 11 in mindestens einem Abschnitt des inneren Zylinders 10 auf.
  • Es ist zu beachten, dass die Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen wie diejenigen, die in der Beschreibung des Wärmetauschers 100 gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung auftauchen, die gleichen sind wie die des Wärmetauschers 600 gemäß der Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung. Daher werden deren Beschreibungen weggelassen.
  • Wie es in Ausführungsform 1 beschrieben ist, kann sich die Strömung des zweiten Fluids um die axialen Endabschnitte des Strömungswegs 60 für das zweite Fluid verlangsamen, auch wenn dies von der Form des Strömungswegs 60 für das zweite Fluid abhängt. In diesem Fall stockt das zweite Fluid tendenziell um die axialen Endabschnitte des Strömungswegs 60 für das zweite Fluid herum und die Temperatur des zweiten Fluids kann kontinuierlich ansteigen, wodurch das zweite Fluid zum Sieden gebracht wird. In einem solchen Zustand verschlechtert sich das Wärmerückgewinnungsvermögen und die Elemente darum herum (der innere Zylinder 10 und der äußere Zylinder 20) werden tendenziell erodiert.
  • Daher ist in dem Wärmetauscher 600 der Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung der hochwärmebeständigen Bearbeitungsabschnitt 11 in dem inneren Zylinder 10 bereitgestellt, wobei er dem Strömungsweg 60 für das zweite Fluid zugewandt ist, der tendenziell die obige Stagnation erzeugt, um zum Sieden des zweiten Fluids zu führen. Durch Bereitstellen des hochwärmebeständigen Bearbeitungsabschnitts 11 wird die Wärme des ersten Fluids kaum auf die Oberfläche des hochwärmebeständigen Bearbeitungsabschnitts 11 auf der Seite des Strömungswegs 60 für das zweite Fluid übertragen, so dass es für das zweite Fluid schwierig ist, zu sieden. Basierend auf der Strömungswegrichtung des ersten Fluids als Referenz ist es ferner möglich zu verhindern, dass die Wärme des ersten Fluids zu dem Bereich des inneren Zylinders 10 übertragen wird, der sich auf einer stromaufwärtigen Seite des Wärmerückgewinnungselements 1 befindet, und dass die Wärme des ersten Fluids verringert wird, bevor sie von dem Wärmerückgewinnungselement 1 gesammelt wird. Im Ergebnis wird das Wärmerückgewinnungsvermögen verbessert, indem der hochwärmebeständige Bearbeitungsabschnitt 11 bereitgestellt wird.
  • Es ist zu beachten, dass 12 ein Beispiel zeigt, in dem die hochwärmebeständigen Bearbeitungsabschnitte 11 auf beiden Endabschnittseiten des inneren Zylinders 10 ausgebildet sind, aber der hochwärmebeständige Bearbeitungsabschnitt 11 kann auf einer Endabschnittseite des inneren Zylinders 10 ausgebildet sein.
  • Wie es hierin verwendet wird, bezeichnet der hochwärmebeständige Bearbeitungsabschnitt 11 einen Abschnitt des inneren Zylinders 10, der so bearbeitet wurde, dass er einen höheren Wärmewiderstand als andere Abschnitte als der hochwärmebeständige Bearbeitungsabschnitt 11 aufweist. Insbesondere beträgt der Wärmewiderstand des hochwärmebeständigen Bearbeitungsabschnitts 11 bevorzugt 0,01 K/W oder mehr und stärker bevorzugt 0,02 K/W oder mehr.
  • Der mit hochwärmebeständige Bearbeitungsabschnitt 11 ist bevorzugt an einem Abschnitt bereitgestellt, der einem Längenbereich von 50 % oder weniger der maximalen Strömungsweghöhe des Strömungswegs 60 für das zweite Fluid von dem Endbereich des Strömungswegs für das zweite Fluid ab zugewandt ist. Da das zweite Fluid tendenziell in dem Strömungsweg 60 für das zweite Fluid, der einem solchen Bereich zugewandt ist, stockt, kann dieser Abschnitt mit dem hochwärmebeständigen Bearbeitungsabschnitt 11 versehen werden, wodurch das Sieden des zweiten Fluids stabil unterdrückt wird.
  • Obwohl der hochwärmebeständige Bearbeitungsabschnitt 11 nicht besonders beschränkt ist, kann beispielsweise die Dicke des Abschnitts, der den hochwärmebeständigen Bearbeitungsabschnitt 11 des inneren Zylinders 10 bildet, größer als die Dicke der anderen Abschnitte gemacht werden. Alternativ kann der Abschnitt, der den hochwärmebeständigen Bearbeitungsabschnitt 11 bildet, aus einem Material mit einem höheren Wärmewiderstand als die anderen Abschnitte ausgebildet sein. Insbesondere können Verunreinigungen in den Abschnitt des inneren Zylinders 10 eingebracht werden, der den hochwärmebeständigen Bearbeitungsabschnitt 11 bilden wird, oder der Abschnitt kann aus einem anderen Material ausgebildet sein. Ferner kann der Abschnitt des inneren Zylinders 10 , der den hochwärmebeständigen Bearbeitungsabschnitt 11 bilden wird, geglüht werden, so dass er eine große Anzahl von Kristallkorngrenzen aufweist, die sich von den anderen Abschnitten unterscheidet. Ferner kann eine wärmebeständige Folie an der Oberfläche des Abschnitts des inneren Zylinders 10, der den hochwärmebeständigen Bearbeitungsabschnitt 11 bilden wird, angebracht werden oder es kann eine wärmebeständige Farbe aufgetragen werden. Darüber hinaus kann der Abschnitt des inneren Zylinders 10 , der den hochwärmebeständigen Bearbeitungsabschnitt 11 bilden wird, so bearbeitet werden, dass er eine mehrschichtige Struktur aufweist.
  • Da der Wärmetauscher 600 gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung den hochwärmebeständigen Bearbeitungsabschnitt 11 als Siedeunterdrückungsabschnitt in mindestens einem Teil des inneren Zylinders 10 aufweist, können Wirkungen des Verbesserns des Wärmerückgewinnungsvermögens und des Unterdrückens der Erosion der Elemente, die den Strömungsweg 60 für das zweite Fluid bilden, verbessert werden.
  • (Ausführungsform 6)
  • Ein Wärmetauscher gemäß Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich von dem Wärmetauscher 100 gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung darin, dass ersterer einen geglätteten Oberflächenabschnitt als Siedeunterdrückungsabschnitt in mindestens einem Abschnitt des inneren Zylinders 10 aufweist.
  • 13 ist eine Querschnittsansicht des Wärmetauschers gemäß Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung parallel zur Strömungsrichtung des ersten Fluids.
  • Wie es in 13 gezeigt ist, umfasst ein Wärmetauscher 700 gemäß Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung: einen inneren Zylinder 10; einen äußeren Zylinder 20; ein Zufuhrrohr 30; und ein Abgaberohr 40. Darüber hinaus weist der Wärmetauscher 700 einen geglätteten Oberflächenabschnitt 12 in zumindest einem Abschnitt des inneren Zylinders 10 auf.
  • Es ist zu beachten, dass die Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen wie diejenigen, die in der Beschreibung des Wärmetauschers 100 gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung auftauchen, die gleichen sind wie die des Wärmetauschers 700 gemäß der Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung. Daher werden deren Beschreibungen weggelassen.
  • Wie es in Ausführungsform 1 beschrieben ist, kann sich die Strömung des zweiten Fluids um die axialen Endabschnitte des Strömungswegs 60 für das zweite Fluid verlangsamen, auch wenn dies von der Form des Strömungswegs 60 für das zweite Fluid abhängt. In diesem Fall stockt das zweite Fluid tendenziell um die axialen Endabschnitte des Strömungswegs 60 für das zweite Fluid herum und die Temperatur des zweiten Fluids kann kontinuierlich ansteigen, wodurch das zweite Fluid zum Sieden gebracht wird. In einem solchen Zustand verschlechtert sich das Wärmerückgewinnungsvermögen und die Elemente darum herum (der innere Zylinder 10 und der äußere Zylinder 20) werden tendenziell erodiert.
  • Daher ist bei dem Wärmetauscher 700 der Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung der geglättete Oberflächenabschnitt 12 in dem inneren Zylinder 10 bereitgestellt, wobei er dem Strömungsweg 60 für das zweite Fluid zugewandt ist, der tendenziell das obige Stocken des zweiten Fluids erzeugt, um zum Sieden des zweiten Fluids zu führen. Da die Wärmeübertragung des inneren Zylinders 10 abnimmt, wenn der Oberflächenbereich des inneren Zylinders 10 abnimmt, führt das Bereitstellen des geglätteten Oberflächenabschnitts 12 in diesem Abschnitt zu Schwierigkeiten dabei, die Wärme des ersten Fluids auf die Oberfläche des geglätteten Oberflächenabschnitts 12 auf der Seite des Strömungswegs 60 für das zweite Fluid zu übertragen, so dass selbst dann, wenn das zweite Fluid stockt, es für das zweite Fluid schwierig ist, zu sieden. Ferner ist es basierend auf der Strömungswegrichtung des ersten Fluids als Referenz auch möglich zu verhindern, dass die Wärme des ersten Fluids zu dem Bereich des inneren Zylinders 10 übertragen wird, der sich auf der stromaufwärtigen Seite des Wärmerückgewinnungselements 1 befindet, und dass die Wärme des ersten Fluids wird verringert wird, bevor sie von dem Wärmerückgewinnungselement 1 gesammelt wird. Im Ergebnis wird das Wärmerückgewinnungsvermögen durch Bereitstellen des geglätteten Oberflächenabschnitts 12 verbessert.
  • Es ist zu beachten, dass 13 ein Beispiel zeigt, in dem die geglätteten Oberflächenabschnitte 12 auf beiden Endabschnittsseiten des inneren Zylinders 10 ausgebildet sind, aber der geglättete Oberflächenabschnitt 12 kann auf einer Endabschnittsseite des inneren Zylinders 10 ausgebildet sein.
  • Der geglättete Abschnitt 12 kann vorzugsweise eine Oberflächenrauhigkeit Ra von 10 µm oder weniger aufweisen, obwohl er nicht besonders darauf beschränkt ist. Durch Steuern der Oberflächenrauhigkeit Ra in einen solchen Bereich kann das Sieden des zweiten Fluids stabil unterdrückt werden.
  • Wie sie hierin verwendet wird, bezeichnet die Oberflächenrauhigkeit Ra ein arithmetisches Mittle der Rauhigkeit gemessen gemäß JIS B 0601:2013.
  • Der geglättete Oberflächenabschnitt 12 kann entweder auf der Innenoberfläche oder der Außenoberfläche des inneren Zylinders 10 ausgebildet sein, aber die geglätteten Oberflächenabschnitte 12 können vorzugsweise auf beiden Oberflächen ausgebildet sein. Das Ausbilden der geglätteten Oberflächenabschnitte 12 auf beiden Oberflächen des inneren Zylinders 10 verstärkt die Wirkung des Unterdrückens des Siedens des zweiten Fluids.
  • Vorzugsweise ist der geglättete Oberflächenabschnitt 12 an einem Abschnitt bereitgestellt, der einem Längenbereich von 50 % oder weniger der maximalen Strömungsweghöhe des Strömungswegs 60 für das zweite Fluid von dem Endbereich des Strömungswegs für das zweite Fluid zugewandt ist. Da das zweite Fluid tendenziell in dem Strömungsweg 60 für das zweite Fluid stockt, der einem solchen Bereich zugewandt ist, kann der geglättete Oberflächenabschnitt 12 in diesem Abschnitt bereitgestellt sein, um das Sieden des zweiten Fluids stabil zu unterdrücken.
  • Der geglättete Oberflächenabschnitt 12 kann durch Polieren des Abschnitts des inneren Zylinders 10, der den geglätteten Oberflächenabschnitt 12 bilden wird, ausgebildet werden. Polierbedingungen und dergleichen können in geeigneter Weise je nach Art des inneren Zylinders 10 angepasst werden und sie sind nicht besonders beschränkt.
  • Da der Wärmetauscher 700 gemäß Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung den geglätteten Oberflächenabschnitt 12 in mindestens einem Teil des inneren Zylinders 10 als Siedeunterdrückungsabschnitt aufweist, können Wirkungen des Verbesserns des Wärmerückgewinnungsvermögens und des Unterdrückens der Erosion der Elemente, die den Strömungsweg 60 für das zweite Fluid bilden, verbessert werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Wärmerückgewinnungselement
    2
    stromabwärtiger Endabschnitt
    10
    innerer Zylinder
    11
    hochwärmebeständiger Bearbeitungsabschnitt
    12
    geglätteter Oberflächenabschnitt
    20
    äußerer Zylinder
    21
    Zufuhranschluss
    22
    Abgabeanschluss
    23
    gefaltete Struktur
    24
    geschweißter Wulstabschnitt
    25
    Strukturabschnitt mit verringertem Durchmesser
    30
    Zufuhrrohr
    40
    Abgaberohr
    60
    Strömungswegs-Sperrelement
    60
    Strömungsweg für zweites Fluid
    61a
    stromaufwärtiger Endabschnitt
    61b
    stromabwärtiger Endabschnitt
    100, 200, 300, 400, 500, 600, 700
    Wärmetauscher
    210
    erstes zylindrisches Element
    220
    zweites zylindrisches Element
    230
    erstes zylindrisches Verbindungselement
    240
    zweites zylindrisches Verbindungselement
    250
    drittes zylindrisches Element
    260
    Ein-Aus-Ventil
    270
    Dichtungsmaterial
    1000, 2000
    Wabenstruktur
    1100
    Außenumfangswand
    1200
    Zelle
    1300
    Trennwand
    1400
    Innenumfangswand
    C1, C2
    axialer Mittelabschnitt
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 2021171668 A1 [0005]

Claims (14)

  1. Wärmetauscher, der umfasst: ein Wärmerückgewinnungselement, durch das ein erstes Fluid strömen kann; einen inneren Zylinder, der dazu ausgelegt ist, das Wärmerückgewinnungselement aufzunehmen; einen äußeren Zylinder mit einem Zufuhranschluss, der ein zweites Fluid zuführen kann, und einem Abgabeanschluss, der das zweite Fluid abgeben kann, wobei der äußere Zylinder an einer radial äußeren Seite des inneren Zylinders in einem Abstand angeordnet ist, derart, dass ein Strömungsweg für das zweite Fluid zwischen dem äußeren Zylinder und dem inneren Zylinder ausgebildet ist; ein Zufuhrrohr, das mit dem Zufuhranschluss verbunden ist; und ein Abgaberohr, das mit dem Abgabeanschluss verbunden ist, wobei das Wärmerückgewinnungselement basierend auf einer Strömungswegrichtung des ersten Fluids als Referenz so angeordnet ist, dass ein axialer Mittelabschnitt des Wärmerückgewinnungselements auf einer stromabwärtigen Seite eines axialen Mittelabschnitts des inneren Zylinders angeordnet ist und ein stromabwärtiger Endabschnitt des Wärmerückgewinnungselements auf einer stromaufwärtigen Seite eines stromabwärtigen Endabschnitts des Strömungswegs für das zweite Fluid angeordnet ist.
  2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, wobei der stromabwärtige Endabschnitt des Wärmerückgewinnungselements basierend auf der Strömungswegrichtung des ersten Fluids als Referenz auf einer stromaufwärtigen Seite 10 mm oder mehr entfernt von dem stromabwärtigen Endabschnitt des Strömungswegs für das zweite Fluid angeordnet ist.
  3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, wobei der stromabwärtige Endabschnitt des Wärmerückgewinnungselements basierend auf der Strömungswegrichtung des ersten Fluids als Referenz auf einer stromaufwärtigen Seite um 10 % oder mehr einer Länge des Strömungswegs für das zweite Fluid entfernt von dem stromabwärtigen Endabschnitt des Strömungswegs für das zweite Fluid angeordnet ist.
  4. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein Siedeunterdrückungsabschnitt zum Unterdrücken des Siedens des zweiten Fluids in dem Strömungsweg für das zweite Fluid bereitgestellt ist.
  5. Wärmetauscher nach Anspruch 4, wobei der Siedeunterdrückungsabschnitt eines oder mehrere der Elemente ist, die aus folgenden ausgewählt sind: einem Strömungsweg-Sperrelement, das so angeordnet ist, dass es zumindest einen Teil des Strömungswegs für das zweite Fluid sperrt; einem Strömungswegsperrungs-Bearbeitungsabschnitt von mindestens einem Teil des äußeren Zylinders; einem Strukturabschnitt mit verringertem Durchmesser des Zufuhranschlusses; einem hochwärmebeständigen Bearbeitungsabschnitt von mindestens einem Teil des inneren Zylinders; und einem geglätteten Oberflächenabschnitt von mindestens einem Teil des inneren Zylinders.
  6. Wärmetauscher nach Anspruch 5, wobei das Strömungsweg-Sperrelement so angeordnet ist, dass es mindestens einen Endabschnitt des Strömungswegs für das zweite Fluid sperrt, und das Strömungsweg-Sperrelement einen Bereich von dem Endabschnitt des Strömungswegs für das zweite Fluid zu einem Längenbereich von 50 % oder weniger der maximalen Strömungsweghöhe des Strömungswegs für das zweite Fluid sperrt.
  7. Wärmetauscher nach Anspruch 6, wobei das Strömungsweg-Sperrelement ein ringförmiges Element ist.
  8. Wärmetauscher nach Anspruch 5, wobei der Strömungswegsperrungs-Bearbeitungsabschnitt eine gefaltete Struktur und/oder ein geschweißter Wulstabschnitt ist, die/der an mindestens einer Endabschnittsseite des äußeren Zylinders ausgebildet ist.
  9. Wärmetauscher nach Anspruch 5, wobei der Strukturabschnitt mit verringertem Durchmesser des Zufuhranschlusses einen Durchmesser des Zufuhranschlusses aufweist, der 65 bis 95 % des Durchmessers des Abgabeanschlusses beträgt.
  10. Wärmetauscher nach Anspruch 5, wobei der hochwärmebeständige Bearbeitungsabschnitt an einem Abschnitt bereitgestellt ist, der einem Längenbereich von 50 % oder weniger der maximalen Strömungsweghöhe des Strömungswegs für das zweite Fluid von dem Endeabschnitt des Strömungswegs für das zweite Fluid zugewandt ist.
  11. Wärmetauscher nach Anspruch 10, wobei der hochwärmebeständige Bearbeitungsabschnitt einen Wärmewiderstand von 0,01 K/W oder mehr aufweist.
  12. Wärmetauscher nach Anspruch 5, wobei der geglättete Oberflächenabschnitt eine Oberflächenrauhigkeit Ra von 10 µm oder weniger aufweist.
  13. Wärmetauscher nach Anspruch 12, wobei der geglättete Oberflächenabschnitt an einem Abschnitt bereitgestellt ist, der einem Längenbereich von 50 % oder weniger der maximalen Strömungsweghöhe des Strömungswegs für das zweite Fluid von dem Endabschnitt des Strömungswegs für das zweite Fluid zugewandt ist.
  14. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das Wärmerückgewinnungselement eine Wabenstruktur ist, die umfasst: eine Außenumfangswand; und mehrere Trennwände, die auf einer Innenseite der Außenumfangswand angeordnet sind, wobei die Trennwände mehrere Zellen definieren, die sich von einer ersten Endfläche zu einer zweiten Endfläche erstrecken, um Strömungswege für ein erstes Fluid zu bilden, oder eine Wabenstruktur, die umfasst: eine Außenumfangswand; eine Innenumfangswand; und eine Trennwand, die zwischen der Außenumfangswand und der Innenumfangswand angeordnet ist, wobei die Trennwand mehrere Zellen definiert, die sich von einer ersten Endfläche zu einer zweiten Endfläche erstrecken, um Strömungswege für ein erstes Fluid zu bilden.
DE102023201169.7A 2022-03-10 2023-02-13 Wärmetauscher Pending DE102023201169A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022037474A JP2023132253A (ja) 2022-03-10 2022-03-10 熱交換器
JP2022-037474 2022-03-10

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102023201169A1 true DE102023201169A1 (de) 2023-09-14

Family

ID=87759791

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102023201169.7A Pending DE102023201169A1 (de) 2022-03-10 2023-02-13 Wärmetauscher

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20230288144A1 (de)
JP (1) JP2023132253A (de)
CN (1) CN116734645A (de)
DE (1) DE102023201169A1 (de)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021171668A1 (ja) 2020-02-25 2021-09-02 日本碍子株式会社 熱交換器

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021171668A1 (ja) 2020-02-25 2021-09-02 日本碍子株式会社 熱交換器

Also Published As

Publication number Publication date
CN116734645A (zh) 2023-09-12
JP2023132253A (ja) 2023-09-22
US20230288144A1 (en) 2023-09-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112018000203T5 (de) Wärmeaustauschelement, Wärmetauscher und Wärmetauscher mit Reinigungseinrichtung
EP0290812B1 (de) Wärmetauscher, insbesondere zum Kühlen von Spaltgas
DE112016004829B4 (de) Abgaswärmerückgewinnungsvorrichtung
DE112020006577T5 (de) Wärmetauscher
DE8908738U1 (de) Wabenkörper mit internen Strömungsleitflächen, insbesondere Katalysatorkörper für Kraftfahrzeuge
DE60217054T2 (de) Abgasreinigungsanlage
DE112016002290T5 (de) Wärmeaustauschkomponente
DE102017220297A1 (de) Wärmetauscher
DE112013007041B4 (de) Wärmetauscher
DE102019203971A1 (de) Wärmetauscher
DE102006007757A1 (de) Wärmespeichertank
DE102020208061A1 (de) Wärmetauscher
DE102020203570A1 (de) Wärmetauscher
DE112018003950T5 (de) Wärmerückgewinnungsvorrichtung und wärmerückgewinnungssystem
DE112015006582T5 (de) Auspuffrohrstruktur für Verbrennungsmotor
DE102020201715A1 (de) Wärmetauscher
DE102020208294A1 (de) Wärmetauscher
EP2668382B1 (de) Katalysatoranordnung für eine abgasreinigungsvorrichtung einer brennkraftmaschine
DE112021000675T5 (de) Wärmetauschelement, wärmetauscher, der das wärmetauschelement verwendet, und verfahren zum herstellen des wärmetauschelements
DE102023201169A1 (de) Wärmetauscher
DE102005014264A1 (de) Abgasanlage mit einer Abgasbehandlungseinheit und einem Wärmetauscher in einer Abgasrückführleitung
DE102020208062A1 (de) Wärmetauscher und verfahren zu seiner herstellung
DE112020006335T5 (de) Wärmetauscher
DE102021213025A1 (de) Wärmetauschelement, wärmetauscher und wärmeleitendes element
EP1419356B1 (de) Vorrichtung für den eintritt von heissgas in ein heizflächenrohr eines abhitzekessels

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed