DE112018000203T5

DE112018000203T5 - Wärmeaustauschelement, Wärmetauscher und Wärmetauscher mit Reinigungseinrichtung

Info

Publication number: DE112018000203T5
Application number: DE112018000203.9T
Authority: DE
Inventors: Tatsuo Kawaguchi; Takeshi Sakuma; Daisuke Kimura; Yutaro Fumoto
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2018-01-05
Filing date: 2018-11-02
Publication date: 2019-09-05
Also published as: WO2019135312A1; JP7166246B2; US20190277570A1; JPWO2019135312A1; US11591950B2; CN111512111A

Abstract

Es wird ein Wärmeaustauschelement geschaffen, das eine verbesserte Widerstandsfähigkeit gegen einen Schlag von außen, thermische Belastung und dergleichen aufweist.
Ein Wärmeaustauschelement 1 enthält Folgendes:
eine hohle, säulenförmige Wabenstruktur 8, die Folgendes aufweist:
Trennwände 5, die Zellen 4 definieren, wobei die Zellen 4 von einer ersten Endfläche 2 zu einer zweiten Endfläche 3 durchdringen, um Strömungswege für ein erstes Fluid zu bilden,
eine Innenumfangswand 6, und
eine Außenumfangswand 7; und
ein Abdeckelement 9, das konfiguriert ist, die Außenumfangswand 7 der säulenförmigen Wabenstruktur 8 abzudecken. Das Wärmeaustauschelement ist konfiguriert, einen Wärmeaustausch zwischen dem ersten Fluid und einem zweiten Fluid, das durch eine Außenseite des Abdeckelements 9 strömt, durchzuführen. In dem Wärmeaustauschelement 1 sind die Zellen 4 in einem Querschnitt der säulenförmigen Wabenstruktur 8, der zu einer Strömungswegrichtung des ersten Fluids senkrecht ist, radial bereitgestellt, und die Innenumfangswand 6 und die Außenumfangswand 7 weisen jeweils eine Dicke auf, die größer als jene von jeder der Trennwände 5 ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Wärmeaustauschelement, einen Wärmetauscher und einen Wärmetauscher mit Reinigungseinrichtung. Genauer bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Wärmeaustauschelement zum Übertragen von Wärme von einem ersten Fluid (auf einer Hochtemperaturseite) zu einem zweiten Fluid (einer Niedertemperaturseite) sowie auf einen Wärmetauscher, der das Wärmeaustauschelement enthält, und einen Wärmetauscher mit Reinigungseinrichtung.
Hintergrundgebiet
In letzter Zeit besteht ein Bedarf an der Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs von Motorfahrzeugen. Insbesondere wird ein System erwartet, das ein Kühlmittel, ein Kraftmaschinenöl und ein ATF (Automatikgetriebefluid) in einem frühen Zustand aufwärmt, um Reibungsverluste zu verringern, um eine Verschlechterung des Kraftstoffverbrauchs während der Zeit, in der eine Kraftmaschine kalt ist wie etwa dann, wenn die Kraftmaschine gestartet wird, zu verhindern. Ferner wird ein System erwartet, das einen Abgasreinigungskatalysator erwärmt, um den Katalysator in einem frühen Zustand zu aktivieren.
In derartigen Systemen wird z. B. die Verwendung eines Wärmetauschers in Betracht gezogen. Der Wärmetauscher ist eine Vorrichtung, die ein Wärmeaustauschelement zum Leiten eines Wärmeaustauschs zwischen einem ersten Fluid und einem zweiten Fluid, indem ermöglicht wird, dass das erste Fluid innen strömt und das zweite Fluid außen strömt, enthält. In einem derartigen Wärmetauscher kann die Wärme z. B. wirksam genutzt werden, indem die Wärme vom ersten Fluid, das eine hohe Temperatur aufweist (z. B. ein Abgas), zu einem zweiten Fluid, das eine niedrige Temperatur aufweist (z. B. Kühlwasser), ausgetauscht wird.
Als ein Wärmetauscher zum Rückgewinnen von Wärme aus einem Gas mit erhöhter Temperatur wie ein Abgas eines Motorfahrzeugs war ein Wärmetauscher bekannt, der ein Wärmeaustauschelement aufweist, das aus einem hochtemperaturbeständigen Metall hergestellt ist. Jedoch hat es Probleme gegeben, derart, dass das hochtemperaturbeständige Metall teuer und ferner schwierig zu verarbeiten ist, eine hohe Dichte und ein schweres Gewicht aufweist und eine niedrigere Wärmeleitfähigkeit aufweist und dergleichen. Im Hinblick auf die Probleme ist in letzter Zeit ein Wärmetauscher entwickelt worden, der ein Wärmeaustauschelement aufnimmt, das eine säulenförmige Wabenstruktur in einem Rahmen (einem Gehäuse) aufweist und ermöglicht, dass ein erstes Fluid durch Zellen der Wabenstruktur strömt und ein zweites Fluid auf einer Außenumfangsfläche des Wärmeaustauschelements in dem Gehäuse strömt.
Als Wärmeaustauschelement mit einer Wabenstruktur wird im Stand der Technik ein Wärmetauscher vorgeschlagen, der eine säulenförmige Wabenstruktur aufweist, die Folgendes enthält: erste Trennwände, die sich jeweils in einer radialen Richtung von einem Mittenabschnitt in Richtung eines Außenumfangsabschnitts erstrecken; und zweite Trennwände, die sich jeweils in einer Umfangsrichtung in einem Querschnitt erstrecken, der zu einer Strömungswegrichtung eines ersten Fluids (einer Zellenerstreckungsrichtung) senkrecht ist (Patentdokument 1).
Ferner wird im Stand der Technik ein Wärmeaustauschelement vorgeschlagen, das eine hohle (ringartige), säulenförmige Wabenstruktur aufweist, die mit einem hohlen Bereich versehen ist, der als ein Umgehungsweg für ein Abgas wirkt (Patentdokument 2).
Entgegenhaltungsliste
Patentliteratur

Patentdokument 1: das Japanische Patent Nr. 6075381 B2
Patentdokument 2: WO 2017/069265 A1

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Eine Außenumfangswand einer säulenförmigen Wabenstruktur, die für ein Wärmeaustauschelement verwendet wird, ist einem Schlag von außen, einer thermischen Belastung aufgrund eines Temperaturunterschieds zwischen einem ersten Fluid und einem zweiten Fluid oder dergleichen ausgesetzt. Daher besteht ein Problem, derart, dass die Außenumfangswand durch die äußere Kraft leicht gebrochen wird. Ferner bewirkt die hohle, säulenförmige Wabenstruktur ein Problem, derart, dass zusätzlich zur Außenumfangswand eine Innenumfangswand durch Kompression oder Ausdehnung aufgrund der äußeren Kraft leicht gebrochen wird.
Jedoch untersuchen die Patentdokumente 1 und 2 die Probleme, die durch die äußere Kraft bewirkt werden, für das Wärmeaustauschelement mit der säulenförmigen Wabenstruktur nicht auf ausreichende Weise.
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die obigen Probleme zu lösen. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Wärmeaustauschelement, einen Wärmetauscher und einen Wärmetauscher mit Reinigungseinrichtung zu schaffen, die eine verbesserte Widerstandsfähigkeit gegen den Schlag von außen, die thermische Belastung und dergleichen aufweisen.
Lösung der Problemstellung
Als ein Ergebnis intensiver Untersuchungen, um die obigen Probleme zu lösen, fanden die Erfinder der vorliegenden Erfindung heraus, dass in einer hohlen, säulenförmigen Wabenstruktur, die Trennwände, die Zellen definieren, eine Innenumfangswand und eine Außenumfangswand enthält, jeweils eine Dicke der Innenumfangswand und der Außenumfangswand verglichen mit einer Dicke von jeder Trennwand vergrößert ist, wodurch die Widerstandsfähigkeit gegen die äußere Kraft verbessert wird, und haben die vorliegende Erfindung abgeschlossen.
Somit bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Wärmeaustauschelement, das Folgendes umfasst:

eine hohle, säulenförmige Wabenstruktur, die Folgendes aufweist:
- Trennwände, die Zellen definieren, wobei die Zellen von einer ersten Endfläche zu einer zweiten Endfläche durchdringen, um Strömungswege für ein erstes Fluid zu bilden,
- eine Innenumfangswand, und
- eine Außenumfangswand; und
ein Abdeckelement, das konfiguriert ist, die Außenumfangswand der säulenförmigen Wabenstruktur abzudecken,
wobei das Wärmeaustauschelement konfiguriert ist, einen Wärmeaustausch zwischen dem ersten Fluid und einem zweiten Fluid, das durch eine Außenseite des Abdeckelements strömt, durchzuführen,
wobei in einem Querschnitt der säulenförmigen Wabenstruktur, der zu einer Strömungswegrichtung des ersten Fluids senkrecht ist, die Zellen radial bereitgestellt sind, und
wobei die Innenumfangswand und die Außenumfangswand jeweils eine Dicke aufweisen, die größer als jene von jeder der Trennwände ist.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich außerdem auf einen Wärmetauscher, der das Wärmeaustauschelement umfasst.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich außerdem auf einen Wärmetauscher, der Folgendes umfasst:

das Wärmeaustauschelement;
einen Innenzylinder, der in einem hohlen Bereich der hohlen, säulenförmigen Wabenstruktur bereitgestellt ist, wobei der Innenzylinder Durchgangslöcher zum Einbringen des ersten Fluids in die Zellen der hohlen Wabenstruktur aufweist;
einen Rahmen, der konfiguriert ist, einen Strömungsweg für das zweite Fluid zu bilden, wobei der Strömungsweg zwischen dem Rahmen und dem Abdeckelement definiert ist; und
ein Ein-Aus-Ventil, das konfiguriert ist, einen Strom des ersten Fluids auf einer Innenseite des Innenzylinders während des Wärmeaustauschs zwischen dem ersten Fluid und dem zweiten Fluid zu unterbrechen.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich außerdem auf einen Wärmetauscher mit mindestens einer Reinigungseinrichtung, der Folgendes umfasst:

den Wärmetauscher; und
mindestens eine Reinigungseinrichtung, die im Strömungsweg für das erste Fluid auf einer Stromaufwärtsseite und/oder einer Stromabwärtsseite des Wärmetauschers bereitgestellt ist,
wobei die mindestens eine Reinigungseinrichtung und der Wärmetauscher durch den Rahmen des Wärmetauschers integriert sind.

zwei oder mehr Wärmetauscher; und
mindestens eine Reinigungseinrichtung, die im Strömungsweg für das erste Fluid zwischen den Wärmetauschern bereitgestellt ist,
wobei die mindestens eine Reinigungseinrichtung und die Wärmetauscher durch den Rahmen des Wärmetauschers integriert sind und mindestens einer der zwei oder mehr Wärmetauscher der Wärmetauscher wie oben beschrieben ist.

Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, ein Wärmeaustauschelement, einen Wärmetauscher und einen Wärmetauscher mit Reinigungseinrichtung zu schaffen, die eine verbesserte Widerstandsfähigkeit gegen einen Schlag von außen, thermische Belastung und dergleichen aufweisen.
Figurenliste

1 ist eine Querschnittsansicht einer hohlen, säulenförmigen Wabenstruktur in einer Richtung parallel zu einer Strömungswegrichtung eines ersten Fluids in einem Wärmeaustauschelement gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Querschnittsansicht einer hohlen, säulenförmigen Wabenstruktur in einer Richtung senkrecht zu einer Strömungswegrichtung eines ersten Fluids (eine Querschnittsansicht, die entlang der Linie a-a' in 1 aufgenommen ist) in einem Wärmeaustauschelement gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
3 ist eine teilweise vergrößerte Ansicht zum Erklären der Formen von Zellen in einem Querschnitt einer hohlen, säulenförmigen Wabenstruktur in einer Richtung senkrecht zu einer Strömungswegrichtung eines ersten Fluids.
4 ist eine perspektivische Ansicht eines Wärmetauschers gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung.
5 ist eine Querschnittsansicht einer hohlen, säulenförmigen Wabenstruktur in einer Richtung parallel zu einer Strömungswegrichtung eines ersten Fluids in einem Wärmetauscher gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung.
6 ist eine vergrößerte, perspektivische Ansicht eines Abschnitts von jedem der Wärmeaustauschelemente und der Innenzylinder der Rahmen.
7 ist eine Querschnittsansicht einer hohlen, säulenförmigen Wabenstruktur in einer Richtung parallel zu einer Strömungswegrichtung eines ersten Fluids in einem Wärmetauscher gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung, während kein Wärmeaustausch stattfindet; und eine Ansicht einer Oberfläche einer hohlen, säulenförmigen Wabenstruktur in einer Richtung senkrecht zu einer Strömungswegrichtung eines ersten Fluids von einer Seite eines Ein-Aus-Ventils betrachtet.
8 ist eine Querschnittsansicht einer hohlen, säulenförmigen Wabenstruktur in einer Richtung parallel zu einer Strömungswegrichtung eines ersten Fluids in einem Wärmetauscher gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung während des Wärmeaustauschs und eine Ansicht einer Oberfläche einer hohlen, säulenförmigen Wabenstruktur in einer Richtung senkrecht zu einer Strömungswegrichtung eines ersten Fluids von einer Seite eines Ein-Aus-Ventils betrachtet.
9 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Strömungswegs für ein zweites Fluid in einer Richtung parallel zu einer Strömungswegrichtung eines ersten Fluids einer hohlen, säulenförmigen Wabenstruktur in einem Wärmetauscher gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung.
10 ist eine Ansicht zum Erklären eines Abschnitts zum Erzeugen einer verwirbelten Strömung, der in einem Strömungsweg für ein zweites Fluid gebildet ist.
11 ist eine Querschnittsansicht zum Erklären eines Verfahrens zum Produzieren eines Wärmetauschers gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung.
12 ist eine Querschnittsansicht einer hohlen, säulenförmigen Wabenstruktur in einer Richtung parallel zu einer Strömungswegrichtung eines ersten Fluids in einem Wärmetauscher mit Reinigungseinrichtung gemäß Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung.
13 ist eine Querschnittsansicht einer hohlen, säulenförmigen Wabenstruktur mit Reinigungseinrichtung in einer Richtung parallel zu einer Strömungswegrichtung eines ersten Fluids in einem Wärmetauscher gemäß Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung.
14 ist eine Querschnittsansicht einer hohlen, säulenförmigen Wabenstruktur in einer Richtung parallel zu einer Strömungswegrichtung eines ersten Fluids in einem Wärmetauscher mit Reinigungseinrichtung gemäß Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung.
15 ist eine Querschnittsansicht einer hohlen, säulenförmigen Wabenstruktur in einer Richtung parallel zu einer Strömungswegrichtung eines ersten Fluids in dem Wärmetauscher mit Reinigungseinrichtung gemäß Ausführungsform 7 der vorliegenden Erfindung.
16 ist eine Querschnittsansicht einer hohlen, säulenförmigen Wabenstruktur in einer Richtung parallel zu einer Strömungswegrichtung eines ersten Fluids in einem Wärmetauscher mit Reinigungseinrichtung gemäß Ausführungsform 8 der vorliegenden Erfindung.
17 ist eine Querschnittsansicht einer hohlen, säulenförmigen Wabenstruktur in einer Richtung parallel zu einer Strömungswegrichtung eines ersten Fluids in einem Wärmetauscher mit Reinigungseinrichtung gemäß Ausführungsform 9 der vorliegenden Erfindung.
18 ist eine Querschnittsansicht von hohlen und vollen, säulenförmigen Wabenstrukturen in einer Richtung parallel zu einer Strömungswegrichtung eines ersten Fluids in einem anderen Wärmetauscher mit Reinigungseinrichtung gemäß Ausführungsform 9 der vorliegenden Erfindung.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen insbesondere beschrieben. Es sei verstanden, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die folgenden Ausführungsformen eingeschränkt ist und dass jene, die auf der Grundlage des Wissens eines Fachmanns auf dem Gebiet auf geeignete Weise Änderungen, Verbesserungen und dergleichen zu den folgenden Ausführungsformen hinzufügten, ohne vom Erfindungsgeist der vorliegenden Erfindung abzuweichen, in den Umfang der vorliegenden Erfindung fallen.
Ausführungsform 1
<Wärmeaustauschelement>
1 zeigt eine Querschnittsansicht einer hohlen, säulenförmigen Wabenstruktur in einer Richtung parallel zu einer Strömungswegrichtung eines ersten Fluids (einer Erstreckungsrichtung der Zellen) für ein Wärmeaustauschelement gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung. 2 zeigt eine Querschnittsansicht, die entlang der Linie a-a' in 1 aufgenommen ist, die eine Querschnittsansicht der hohlen, säulenförmigen Wabenstruktur in einer Richtung senkrecht zur Strömungswegrichtung des ersten Fluids für das Wärmeaustauschelement gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
Ein Wärmeaustauschelement 1 enthält Folgendes: eine hohle, säulenförmige Wabenstruktur 8, die Trennwände 5, eine Innenumfangswand 6 und eine Außenumfangswand 7 aufweist, wobei die Trennwände Zellen 4 definieren, die von einer ersten Endfläche 2 zu einer zweiten Endfläche 3 durchdringen, um Strömungswege für ein erstes Fluid zu bilden; und ein Abdeckelement 9, das konfiguriert ist, die Außenumfangswand 7 der hohlen, säulenförmigen Wabenstruktur 8 abzudecken. Im Wärmeaustauschelement 1 wird ein Wärmeaustausch zwischen dem ersten Fluid und einem zweiten Fluid, das durch eine Außenseite des Abdeckelements 9 strömt, über die Außenumfangswand 7 der säulenförmigen Wabenstruktur 8 und das Abdeckelement 9 durchgeführt. Es sei erwähnt, dass in 1 das erste Fluid auf einer Seitenfläche von 1 sowohl in die rechte als auch in die linke Richtung strömen kann. Das erste Fluid ist nicht insbesondere eingeschränkt, und diverse Flüssigkeiten oder Gase können verwendet werden. Wenn das Wärmeaustauschelement 1 z. B. für einen Wärmetauscher verwendet wird, der auf einem Motorfahrzeug angebracht ist, ist das erste Fluid vorzugsweise ein Abgas.
Wie hier verwendet, bezieht sich die „hohle, säulenförmige Wabenstruktur 8“ auf eine hohle, säulenförmige Wabenstruktur, die an einem Mittenabschnitt in einem Querschnitt (dem Querschnitt in 2), der zu einer Strömungswegrichtung des ersten Fluids senkrecht ist, einen hohlen Bereich 10 aufweist.
Eine Form (eine äußere Form) der hohlen, säulenförmigen Wabenstruktur 8 kann z. B. eine kreisförmige Säulenform, eine elliptische Säulenform, eine quadratische Säulenform oder eine andere polygonale Säulenform sein, ist jedoch nicht darauf eingeschränkt. Somit kann die äußere Form der hohlen, säulenförmigen Wabenstruktur 8 in dem Querschnitt in 2 kreisförmig, elliptisch, quadratisch oder auf andere Weise polygonal sein.
Außerdem kann eine Form des hohlen Bereichs 10 der hohlen, säulenförmigen Wabenstruktur 8 z. B. eine kreisförmige Säulenform, eine elliptische Säulenform, eine quadratische Säulenform oder eine andere polygonale Säulenform sein, ist jedoch nicht darauf eingeschränkt. Somit kann die Form des hohlen Bereichs 10 in dem Querschnitt in 2 kreisförmig, elliptisch, quadratisch oder auf andere Weise polygonal sein.
Obwohl die Formen der hohlen, säulenförmigen Wabenstruktur 8 und des hohlen Bereichs 10 dieselben oder voneinander verschieden sein können, ist zu bevorzugen, dass sie hinsichtlich der Widerstandsfähigkeit gegen einen Schlag von außen, thermische Belastung und dergleichen einander gleich sind.
Die Zellen 4 sind in einem Querschnitt (dem Querschnitt in 2) in einer Richtung senkrecht zur Strömungswegrichtung des ersten Fluids radial bereitgestellt. Eine derartige Struktur kann ermöglichen, dass die Wärme des ersten Fluids, das durch die Zellen 4 strömt, wirksam zur Außenseite der hohlen, säulenförmigen Wabenstruktur 8 übertragen wird.
Jede Zelle 4 kann in einem Querschnitt in einer Richtung senkrecht zur Strömungswegrichtung des ersten Fluids eine beliebige Form aufweisen, die kreisförmig, elliptisch, dreieckig, quadratisch, hexagonal oder andere polygonale Formen enthält, ist jedoch nicht insbesondere darauf eingeschränkt. Genauer können die Zellen 4 zusätzlich zu der Form, die in 2 gezeigt ist, diverse Formen aufweisen, wie in 3 gezeigt ist.
Die Innenumfangswand 6 und die Außenumfangswand 7 weisen jeweils eine Dicke auf, die größer als jene der Trennwand 5 ist. Eine derartige Struktur kann zu einer erhöhten Festigkeit der Innenumfangswand 6 und der Außenumfangswand 7 führen, die andernfalls dazu neigen würden, durch einen Schlag von außen, eine thermische Belastung aufgrund eines Temperaturunterschieds zwischen dem ersten Fluid und dem zweiten Fluid und dergleichen einen Bruch (z. B. Rissbildung, Spaltbildung und dergleichen) zu erzeugen.
Die Dicken der Innenumfangswand 6 und der Außenumfangswand 7 sind nicht insbesondere eingeschränkt und können gemäß Anwendungen und dergleichen geeignet eingestellt sein. Zum Beispiel beträgt die Dicke der Innenumfangswand 6 und der Außenumfangswand 7 jeweils vorzugsweise mehr als 0,3 mm und 10 mm oder weniger, wenn das Wärmeaustauschelement 1 für allgemeine Wärmeaustauschanwendungen verwendet wird, und liegt stärker bevorzugt im Bereich von 0,5 mm bis 5 mm und nochmals stärker bevorzugt im Bereich von 1 mm bis 3 mm. Außerdem beträgt die Dicke der Außenumfangswand 7 vorzugsweise 10 mm oder mehr, wenn das Wärmeaustauschelement 1 für eine Wärmespeicheranwendung verwendet wird, um eine Wärmekapazität der Außenumfangswand 7 zu erhöhen.
Die Trennwände 5 enthalten vorzugsweise zweite Trennwände 5b, die sich in der Umfangsrichtung erstrecken, und erste Trennwände 5a, die sich in einem Kreuzungsabschnitt, der zur Strömungswegrichtung des ersten Fluids senkrecht ist, mit den zweiten Trennwänden 5b kreuzen. Mit einer derartigen Anordnung kann die Wärme des ersten Fluids, das durch die Zellen 4 strömt, wirksam zur Außenseite der hohlen, säulenförmigen Wabenstruktur 8 übertragen werden, während die Festigkeit der hohle, säulenförmige Wabenstruktur 8 sichergestellt wird.
Ferner erstrecken sich die ersten Trennwände 5a vorzugsweise in einer radialen Richtung. Eine derartige Struktur kann eine Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit in der radialen Richtung ermöglichen, derart, dass die Wärme des ersten Fluids, das durch die Zellen 4 strömt, wirksam zur Außenseite der hohlen, säulenförmigen Wabenstruktur 8 übertragen werden kann.
In dem Querschnitt, der zur Strömungswegrichtung des ersten Fluids senkrecht ist, ist eine Länge der ersten Trennwände 5a, die eine Zelle 4 definieren, vorzugsweise länger als jene der zweiten Trennwände 5b, die eine Zelle 4 definieren. Die ersten Trennwände 5a tragen zur Wärmeleitfähigkeit in der radialen Richtung bei. Daher kann mit einer derartigen Anordnung die Wärme des ersten Fluids, das durch die Zellen 4 strömt, wirksam zur Außenseite der hohlen, säulenförmigen Wabenstruktur 8 übertragen werden.
Jede erste Trennwand 5a weist vorzugsweise eine Dicke auf, die größer als jene von jeder zweiten Trennwand 5b ist. Die Dicke von jeder Trennwand 5 korreliert mit der Wärmeleitfähigkeit. Daher kann eine derartige Konfiguration zu einer größeren Wärmeleitfähigkeit der ersten Trennwand 5a als die Wärmeleitfähigkeit der zweiten Trennwand 5b führen. Als ein Ergebnis kann die Wärme des ersten Fluids, das durch die Zellen 4 strömt, wirksam zur Außenseite der hohlen, säulenförmigen Wabenstruktur 8 übertragen werden.
Außerdem ist die Dicke der Trennwand 5 (der ersten Trennwand 5a und der zweiten Trennwand 5b) nicht insbesondere eingeschränkt, und sie kann abhängig von Anwendungen und dergleichen nach Bedarf eingestellt sein. Die Dicke der Trennwand 5 kann vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 1 mm und stärker bevorzugt im Bereich von 0,2 bis 0,6 mm liegen. Die Dicke der Trennwand 5 von 0,1 mm oder mehr kann die hohle, säulenförmige Wabenstruktur 8 mit einer ausreichenden mechanischen Festigkeit versehen. Ferner kann die Dicke der Trennwand 5 von 1 mm oder weniger Probleme vermeiden, derart, dass der Druckverlust aufgrund einer Abnahme einer Öffnungsfläche erhöht wird und der Wärmerückgewinnungswirkungsgrad aufgrund einer Abnahme einer Kontaktfläche mit dem ersten Fluid abgesenkt wird.
Wenn sich die ersten Trennwände 5a in der radialen Richtung erstrecken, wird ein Raum zwischen den benachbarten ersten Trennwänden 5a in Richtung der Seite der Innenumfangswand 6 enger, was zu einer schwierigen Bildung der Zellen 4 führen kann. Wenn die Zellen 4 ferner auf der Seite der Innenumfangswand 6 nicht gebildet sind oder wenn die Querschnittsflächen der Zellen 4, die auf der Seite der Innenumfangswand 6 gebildet sind, zu gering sind, wird der Druckverlust des Wärmeaustauschelements 1 erhöht. Aus der Perspektive der Verhinderung derartiger Probleme ist in dem Querschnitt der hohlen, säulenförmigen Wabenstruktur 8, der zur Strömungswegrichtung des ersten Fluids senkrecht ist, eine Anzahl der Trennwände 5a auf der Seite der Innenumfangswand 6 der hohlen, säulenförmigen Wabenstruktur 8 kleiner als eine Anzahl der ersten Trennwände 5a auf der Seite der Außenumfangswand 7 der hohlen, säulenförmigen Wabenstruktur 8. Mit einer derartigen Konfiguration können die Zellen 4 selbst auf der Seite der Innenumfangswand 6 auf stabile Weise gebildet werden. Es ist daher möglich, einen Anstieg eines Druckverlusts des Wärmeaustauschelements 1 zu unterdrücken, der durch die Schwierigkeit des Bildens der Zellen 4 auf der Seite der Innenumfangswand 6 bewirkt wird.
Hier bedeutet die Anzahl der ersten Trennwände 5a auf der Seite der Innenumfangswand 6 der hohlen, säulenförmigen Wabenstruktur 8 die Gesamtanzahl der ersten Trennwände 5a, die mehrere Zellen 4 in einem Bereich bilden, in dem mehrere Zellen 4 in der Umfangsrichtung ausgerichtet sind (im Folgenden als ein „Umfangsbereich“ bezeichnet), wobei sich dieser Bereich in dem Querschnitt, der in 2 gezeigt ist, am nächsten am hohlen Bereich 10 der hohlen, säulenförmigen Wabenstruktur 8 (das heißt, am weitesten von der Außenumfangswand 7 entfernt) befindet. Ferner bedeutet die Anzahl der ersten Trennwände 5a auf der Seite der Außenumfangswand 7 der hohlen, säulenförmigen Wabenstruktur 8 die Gesamtanzahl der ersten Trennwände 5a in dem Querschnitt, der in 2 gezeigt ist, die in dem Umfangsbereich, der am weitesten vom hohlen Bereich 10 der hohlen, säulenförmigen Wabenstruktur 7 entfernt ist (das heißt, der Außenumfangswand am nächsten ist), mehrere Zellen 4 bilden.
In dem Querschnitt der hohlen, säulenförmigen Wabenstruktur 8, der zur Strömungswegrichtung des ersten Fluids senkrecht ist, wird die Anzahl der ersten Trennwände 5a auf der Seite der Innenumfangswand 6 vorzugsweise von der Seite der Außenumfangswand 7 in Richtung der Seite der Innenumfangswand 6 vermindert. Ein Raum zwischen den benachbarten ersten Trennwänden 5a wird in Richtung der Seite der Innenumfangswand 6 enger, wobei es andernfalls schwierig sein kann, die Zellen 4 zu bilden. Jedoch kann mit dieser Konfiguration der Raum zwischen den benachbarten ersten Trennwänden 5a aufrechterhalten werden, derart, dass die Zellen 4 auf stabile Weise gebildet werden können. Somit kann ein Anstieg eines Druckverlusts des Wärmeübertragungselements 1 unterdrückt werden.
Es sei erwähnt, dass eine Häufigkeit einer Verminderung der Anzahl der ersten Trennwände 5a nicht insbesondere eingeschränkt ist und dass sie ununterbrochen oder unterbrochen sein kann.
Die Trennwand 5 kann vorzugsweise eine Dichte im Bereich von 0,5 bis 5 g/cm³ aufweisen. Die Dichte der Trennwand 5 von 0,5 g/cm³ oder mehr kann die Trennwand 5 mit einer ausreichenden Festigkeit versehen. Ferner kann die Dichte der Trennwand 5 von 5 g/cm³ oder weniger eine Gewichtsverringerung der hohlen, säulenförmigen Wabenstruktur 8 ermöglichen. Die Dichte innerhalb des obigen Bereichs kann ermöglichen, dass die hohle, säulenförmige Wabenstruktur 8 verstärkt wird, und kann außerdem eine Wirkung des Verbesserns der thermischen Leitfähigkeit bereitstellen. Es sei erwähnt, dass die Dichte der Trennwand 5 ein Wert ist, der durch das Archimedes-Verfahren gemessen wird.
Die Trennwände 5 und die Außenumfangswand 7 der säulenförmigen Wabenstruktur 8 basieren hauptsächlich auf Keramikwerkstoffen. Der Satz „basieren hauptsächlich auf Keramikwerkstoffen“ bedeutet, dass ein Verhältnis einer Masse von Keramikwerkstoffen zur Gesamtmasse der Trennwände 5, der Innenumfangswand 6 und der Außenumfangswand 7 50 Gew.-% oder mehr beträgt.
Die Trennwände 5, die Innenumfangswand 6 und die Außenumfangswand 7 weisen jeweils vorzugsweise eine Porosität von 10 % oder weniger und stärker bevorzugt von 5 % oder weniger und nochmals stärker bevorzugt von 3 % oder weniger auf. Ferner kann die Porosität der Trennwände 5, der Innenumfangswand 6 und der Außenumfangswand 7 0 % betragen. Die Porosität der Trennwände 5, der Innenumfangswand 6 und der Außenumfangswand 7 von 10 % oder weniger kann zu einer Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit führen.
Die Trennwände 5, die Innenumfangswand 6 und die Außenumfangswand 7 enthalten vorzugsweise SiC (Siliziumkarbid), das eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist, als einen Hauptbestandteil. Der Satz „enthalten SiC (Siliziumkarbid) als einen Hauptbestandteil“ bedeutet, dass ein Verhältnis einer Masse von SiC (Siliziumkarbid) zur Gesamtmasse der Trennwände 5, der Innenumfangswand 6 und der Außenumfangswand 7 50 Gew.-% oder mehr beträgt.
Genauer enthält das Material der hohlen, säulenförmigen Wabenstruktur 8, das verwendet werden kann, mit Si imprägniertes SiC, mit (Si + AI) imprägniertes SiC, ein Metallverbund-SiC, rekristallisiertes SiC, Si₃N₄, SiC und dergleichen. Von diesem werden ein mit Si imprägniertes SiC und ein mit (Si + AI) imprägniertes SiC vorzugsweise verwendet, weil sie eine Produktion mit niedrigeren Kosten ermöglichen können und eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen.
Ein Zellendichte (das heißt, die Anzahl der Zellen 4 pro Einheitsfläche) in dem Querschnitt der hohlen, säulenförmigen Wabenstruktur 8, der zur Strömungswegrichtung des ersten Fluids senkrecht ist, ist nicht insbesondere eingeschränkt, und sie kann abhängig von Anwendungen oder dergleichen nach Bedarf und vorzugsweise im Bereich von 4 bis 320 Zellen/cm² eingestellt sein. Die Zellendichte von 4 Zellen/cm² oder mehr kann die Festigkeit der Trennwände 5, folglich die Festigkeit der hohlen, säulenförmigen Wabenstruktur 8 selbst, und eine wirksame GSA (Fläche der geometrischen Oberfläche) auf ausreichende Weise sicherstellen. Ferner kann die Zellendichte von 320 Zellen/cm² oder weniger das Verhindern eines Anstiegs eines Druckverlusts, wenn das erste Fluid strömt, ermöglichen.
Die hohle, säulenförmige Wabenstruktur 8 weist vorzugsweise eine isostatische Festigkeit von mehr als 100 MPa und stärker bevorzugt von 150 MPa oder mehr und nochmals stärker bevorzugt von 200 MPa oder mehr auf. Die isostatische Festigkeit der hohlen, säulenförmigen Wabenstruktur 8 von mehr als 100 MPa kann dazu führen, dass die hohle, säulenförmige Wabenstruktur 8 eine verbesserte Haltbarkeit aufweist. Die isostatische Festigkeit der hohlen, säulenförmigen Wabenstruktur 8 kann gemäß dem Verfahren zum Messen der isostatischen Bruchstärke, wie in der JASO-Norm M505-87 definiert, gemessen werden, die eine Motorfahrzeugnorm ist, die durch die Society of Automotive Engineers of Japan, Inc. herausgegeben worden ist.
Ein Durchmesser (ein Außendurchmesser) der Außenumfangswand 7 in dem Querschnitt in der Richtung senkrecht zur Strömungswegrichtung des ersten Fluids kann vorzugsweise im Bereich von 20 bis 200 mm und stärker bevorzugt von 30 bis 100 mm liegen. Ein derartiger Durchmesser kann eine Verbesserung des Wärmerückgewinnungswirkungsgrads ermöglichen. Wenn die Form der Außenumfangswand 7 nicht kreisförmig ist, ist der Durchmesser des größten, eingeschriebenen Kreises, der in die Querschnittsform der Außenumfangswand 7 eingeschrieben ist, als der Durchmesser der Außenumfangswand 7 definiert.
Ferner liegt ein Durchmesser der Innenumfangswand 6 in dem Querschnitt in der Richtung senkrecht zur Strömungswegrichtung des ersten Fluids vorzugsweise im Bereich von 1 bis 50 mm und stärker bevorzugt von 2 bis 30 mm. Wenn die Querschnittsform der Innenumfangswand 6 nicht kreisförmig ist, ist der Durchmesser des größten, eingeschriebenen Kreises, der in die Querschnittsform der Außenumfangswand 7 eingeschrieben ist, als der Durchmesser der Innenumfangswand 6 definiert.
Die hohle, säulenförmige Wabenstruktur 8 weist vorzugweise eine Wärmeleitfähigkeit von 50 W/(m · K) oder mehr bei 25 °C und stärker bevorzugt im Bereich von 100 bis 300 W/(m · K) und nochmals stärker bevorzugt im Bereich von 120 bis 300 W/(m · K) auf. Die Wärmeleitfähigkeit der hohlen, säulenförmigen Wabenstruktur 8 in einem derartigen Bereich kann zu einer verbesserten Wärmeleitfähigkeit führen und kann ermöglichen, dass die Wärme im Inneren der hohlen, säulenförmigen Wabenstruktur 8 wirksam auf die Außenseite übertragen wird. Es sei erwähnt, dass der Wert der Wärmeleitfähigkeit ein Wert ist, der gemäß dem Laserblitzverfahren (JIS R 1611-1997) gemessen wird.
Wenn ein Abgas als das erste Fluid durch die Zellen 4 in der hohlen, säulenförmigen Wabenstruktur 8 strömt, wird vorzugsweise ein Katalysator auf den Trennwänden 5 der säulenförmigen Wabenstruktur 8 getragen. Das Tragen des Katalysators auf den Trennwänden 5 kann ermöglichen, dass CO, NOx, HC und dergleichen im Abgas durch eine katalytische Reaktion in harmlose Substanzen umgesetzt werden, und kann außerdem ermöglichen, dass eine Reaktionswärme, die während der katalytischen Reaktion erzeugt wird, zum Wärmeaustausch genutzt wird. Bevorzugte Katalysatoren enthalten jene, 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, Cerium, Kobalt, Mangan, Zink, Kupfer, Zinn, Eisen, Niob, Magnesium, Lanthan, Samarium, Wismut und Barium besteht. Jedes der oben aufgelisteten Elemente kann als eine einfache Metallsubstanz, ein Metalloxid oder eine andere Metallverbindung enthalten sein.
Eine getragene Menge des Katalysators (Katalysatormetall + Träger) kann vorzugsweise im Bereich von 10 bis 400 g/l liegen. Ferner kann die getragene Menge in dem Fall, dass ein Katalysator ein Edelmetall bzw. Edelmetalle enthält, im Bereich von 0,1 bis 5 g/l liegen. Die getragene Menge des Katalysators (Katalysator + Träger) von 10 g/l oder mehr kann leicht eine Katalyse erzielen. Andererseits kann die getragene Menge von 400 g/l oder weniger die Unterdrückung sowohl eines Anstiegs eines Druckverlusts als auch eines Anstiegs von Herstellungskosten ermöglichen. Der Träger bezieht sich auf eine Trägersubstanz, auf der ein Katalysatormetall getragen wird. Bevorzugte Träger enthalten jene, die mindestens eines enthalten, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Aluminiumoxid, Ceriumoxid und Zirkoniumoxid besteht.
Das Abdeckelement 9 ist nicht insbesondere eingeschränkt, solange es die Außenumfangswand 7 der hohlen, säulenförmigen Wabenstruktur 8 abdecken kann. Zum Beispiel ist es möglich, ein zylindrisches Element zu verwenden, das derart in die Außenumfangswand 7 der hohlen, säulenförmigen Wabenstruktur 8 eingepasst ist, dass die Außenumfangswand 7 der hohlen, säulenförmigen Wabenstruktur 8 umlaufend abgedeckt ist.
Wie hier verwendet, bedeutet das „eingepasst“, dass die hohle, säulenförmige Wabenstruktur 8 und das Abdeckelement 9 in einem Zustand, in dem sie aneinander eingepasst sind, befestigt werden. Daher beinhaltet das Einpassen der hohlen, säulenförmigen Wabenstruktur 8 und des Abdeckelements 9 Fälle, in welchen die hohle, säulenförmige Wabenstruktur 8 und das Abdeckelement 9 durch ein Befestigungsverfahren auf der Grundlage einer Passung wie etwa einer Spielpassung, einer Presspassung und einer Schrumpfpassung sowie durch Hartlöten, Schweißen, Diffusionsverbinden oder dergleichen aneinander befestigt werden.
Das Abdeckelement 9 kann eine Innenflächenform aufweisen, die der Außenumfangswand 7 der hohlen, säulenförmigen Wabenstruktur 8 entspricht. Da sich die Innenfläche des Abdeckelements 9 mit der Außenumfangswand 7 der hohlen, säulenförmigen Wabenstruktur 8 in direktem Kontakt befindet, wird die Wärmeleitfähigkeit verbessert, und die Wärme in der hohlen, säulenförmigen Wabenstruktur 8 kann wirksam auf das Abdeckelement 9 übertragen werden.
Hinsichtlich einer Verbesserung des Wärmerückgewinnungswirkungsgrads wird ein höheres Verhältnis einer Fläche eines Abschnitts, der in der Außenumfangswand 7 der hohlen, säulenförmigen Wabenstruktur 8 mit dem Abdeckelement 9 umlaufend abgedeckt ist, zur Gesamtfläche der Außenumfangswand 7 der hohlen, säulenförmigen Wabenstruktur 8 bevorzugt. Insbesondere beträgt das Flächenverhältnis vorzugsweise 80 % oder mehr und stärker bevorzugt 90 % oder mehr und nochmals stärker bevorzugt 100 % (das heißt, die gesamte Außenumfangswand 7 der hohlen, säulenförmigen Wabenstruktur 8 ist mit dem Abdeckelement 9 umlaufend abgedeckt).
Es sei erwähnt, dass sich der Ausdruck „Außenumfangswand 7“, wie hier verwendet, auf eine Fläche der säulenförmigen Wabenstruktur 8 bezieht, die zur Strömungswegrichtung des ersten Fluids parallel ist, und keine Flächen (die erste Endfläche 2 und die zweite Endfläche 3) der säulenförmigen Wabenstruktur 8 enthält, die zur Strömungswegrichtung des ersten Fluids senkrecht sind.
Das Abdeckelement 9 ist im Hinblick auf die Herstellungsfreundlichkeit vorzugsweise aus einem Metall hergestellt. Ferner wird ein metallisches Abdeckelement 9 außerdem dahingehend bevorzugt, dass es leicht an einen metallischen Rahmen (ein Gehäuse) 32 geschweißt werden kann, der unten beschrieben wird. Beispiele für das Material des Abdeckelements 9, das verwendet werden kann, enthalten rostfreien Stahl, Titanlegierungen, Kupferlegierungen, Aluminiumlegierungen, Messing und dergleichen. Von diesen wird der rostfreie Stahl bevorzugt, weil er eine hohe Haltbarkeit und Zuverlässigkeit aufweist und kostengünstig ist.
Das Abdeckelement 9 weist aus Gründen der Haltbarkeit und Zuverlässigkeit vorzugsweise eine Dicke von 0,1 mm oder mehr und stärker bevorzugt von 0,3 mm oder mehr und nochmals stärker bevorzugt von 0,5 mm oder mehr auf. Die Dicke des Abdeckelements 9 beträgt aus Gründen des Verringerns des Wärmewiderstands und des Verbesserns der Wärmeleitfähigkeit vorzugsweise 10 mm oder weniger und stärker bevorzugt 5 mm oder weniger und nochmals stärker bevorzugt 3 mm oder weniger.
<Wärmetauscher>
Der Wärmetauscher gemäß der vorliegenden Erfindung enthält das Wärmeaustauschelement 1 wie oben beschrieben. Andere Elemente als das Wärmeaustauschelement 1 sind nicht insbesondere eingeschränkt, und bekannte Elemente können verwendet werden.
<Verfahren zum Produzieren von Wärmeaustauschelement und Wärmetauscher>
Verfahren zum Produzieren des Wärmeaustauschelements und des Wärmetauschers gemäß Ausführungsform 1 sind nicht insbesondere eingeschränkt und können in Übereinstimmung mit bekannten Verfahren ausgeführt werden. Zum Beispiel können diese Verfahren in Übereinstimmung mit Produktionsverfahren wie unten beschrieben ausgeführt werden.
Zuerst wird ein Grünkörper, der ein Keramikpulver enthält, in eine gewünschte Form extrudiert, um einen wabenförmig gebildeten Körper aufzubereiten. Zu diesem Zeitpunkt können die Form und die Dichte der Zellen 4, die Anzahl, Längen und Dicken der Trennwände 5, die Formen und die Dicken der Innenumfangswand 6 und der Außenumfangswand 7 und dergleichen gesteuert werden, indem Werkzeuge und Lehren in geeigneten Formen ausgewählt werden. Das Material des wabenförmig gebildeten Körpers, das verwendet werden kann, enthält die keramischen Werkstoffe wie oben beschrieben. Wenn z. B. ein wabenförmig gebildeter Körper hauptsächlich auf der Grundlage eines mit Si imprägnierten SiC-Verbundwerkstoffs produziert wird, werden ein Bindemittel und Wasser oder ein organisches Lösungsmittel zu einer vorgegebenen Menge eines SiC-Pulvers hinzugefügt, und die resultierende Mischung wird geknetet, um einen Grünkörper zu bilden, der daraufhin in einen wabenförmig gebildeten Körper ausgebildet werden kann, der eine gewünschte Form aufweist. Der resultierende, wabenförmig gebildete Körper kann anschließend getrocknet werden, und der wabenförmig gebildete Körper kann mit metallischem Si imprägniert und unter verringertem Druck in einem inerten Gas oder einem Vakuum gebrannt werden, um eine hohle, säulenförmige Wabenstruktur 8 zu erhalten, die Zellen 4 aufweist, die durch Trennwände 5 definiert sind.
Die hohle, säulenförmige Wabenstruktur 8 wird anschließend in das Abdeckelement 9 eingesetzt, wobei die Außenumfangsfläche der hohlen, säulenförmigen Wabenstruktur 8 mit dem Abdeckelement 9 umlaufend abgedeckt wird. Indem sie in diesem Zustand einer Schrumpfpassung unterzogen werden, wird die Innenumfangsfläche des Abdeckelements 9 in die Außenumfangsfläche der hohlen, säulenförmigen Wabenstruktur 8 eingepasst. Wie oben beschrieben ist, kann das Einpassen der hohlen, säulenförmigen Wabenstruktur 8 und des Abdeckelements 9 zusätzlich zur Schrumpfpassung durch ein Befestigungsverfahren auf der Grundlage einer Passung wie etwa einer Spielpassung und einer Presspassung oder durch Hartlöten, Schweißen, Diffusionsverbinden oder dergleichen durchgeführt werden. Somit ist das Wärmeaustauschelement 1 fertiggestellt.
Das Wärmeaustauschelement 1 kann mit anderen Elementen kombiniert und einer Verarbeitung wie etwa einem Verbinden unterzogen werden, um einen Wärmetauscher 20 zu erhalten.
Ausführungsform 2
4 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Wärmetauschers gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung. Ferner zeigt 5 eine Querschnittsansicht der hohlen, säulenförmigen Wabenstruktur in einer Richtung parallel zur Strömungswegrichtung des ersten Fluids.
Wie in 5 gezeigt ist, enthält der Wärmetauscher 20 Folgendes: das Wärmeaustauschelement 1 wie oben beschrieben; einen Innenzylinder 27, der im hohlen Bereich 10 der hohlen, säulenförmigen Wabenstruktur 8 bereitgestellt ist; einen Rahmen 23, der konfiguriert ist, zwischen dem Rahmen 23 und dem Abdeckelement 9 einen Strömungsweg 24 für das zweite Fluid zu bilden; und ein Ein-Aus-Ventil 26, das am Innenzylinder 27 bereitgestellt ist.
Der Innenzylinder 27 weist Durchgangslöcher 25 auf, die konfiguriert sind, das erste Fluid in die Zellen 4 der hohlen Wabenstruktur 8 einzubringen. Die Durchgangslöcher 25 ermöglichen, dass der Strom des ersten Fluids in zwei Ströme (die Zellen 4 und den hohlen Bereich 10 der hohlen, säulenförmigen Wabenstruktur 8) verzweigt wird.
Der Rahmen 23 enthält ferner einen Einlass 21 für das zweite Fluid und einen Auslass 22 für das zweite Fluid und deckt das Abdeckelement 9 umlaufend ab. Vorzugsweise deckt der Rahmen 23 im Hinblick auf das Verbessern des Wärmeaustauschwirkungsgrads das gesamte Wärmeaustauschelement 1 umlaufend ab.
Das Ein-Aus-Ventil 26 kann durch den Öffnungs- und Schließmechanismus eine Menge des ersten Fluids steuern, die durch den hohlen Bereich 10 der hohlen, säulenförmigen Wabenstruktur 8 strömt. Insbesondere sperrt das Ein-Aus-Ventil 26 den Strom des ersten Fluids auf der Innenseite des Innenzylinders 27 während des Wärmeaustauschs zwischen dem ersten Fluid und dem zweiten Fluid, wodurch ermöglicht wird, dass das erste Fluid wahlweise über die Durchgangslöcher 25 in die Zellen 4 der hohlen Wabenstruktur 8 eingebracht wird. Daher kann der Wärmeaustausch zwischen dem ersten Fluid und dem zweiten Fluid wirksam durchgeführt werden.
Hier sind in 6 Beispiele für die Durchgangslöcher 25 gezeigt, die am Innenzylinder 27 bereitgestellt sind. 6 ist eine teilweise vergrößerte, perspektivische Ansicht, die einen Abschnitt des Wärmeaustauschelements 1 (jedoch ist das Abdeckelement 9 weggelassen) und des Innenzylinders 27 zeigt. Wie in 6 (a) bis (f) gezeigt ist, können die Durchgangslöcher 25 auf dem gesamten Umfang des Innenzylinders 27 oder auf einer Teilposition des Innenzylinders 27 (z. B. lediglich auf einem oberen Abschnitt, einem Mittenabschnitt oder einem unteren Abschnitt) gebildet sein. Jedes Durchgangsloch 25 kann außerdem diverse Formen wie etwa einen Kreis, eine Ellipse und ein Viereck aufweisen.
Im Wärmetauscher 20 strömt das zweite Fluid aus dem Einlass 21 für das zweite Fluid in den Rahmen 23. Das zweite Fluid wird daraufhin über das Abdeckelement 9 des Wärmeaustauschelements 1 einem Wärmeaustausch zum ersten Fluid unterzogen, das durch die Zellen 4 der hohlen, säulenförmigen Wabenstruktur 8 strömt, während es durch den Strömungsweg 24 für das zweite Fluid hindurchtritt, und anschließend strömt das zweite Fluid aus dem Auslass 22 für das zweite Fluid aus. Es sei erwähnt, dass die Außenumfangsfläche des Abdeckelements 9 des Wärmeaustauschelements 1 mit einem Element abgedeckt sein kann, das konfiguriert ist, einen Wärmeübertragungswirkungsgrad einzustellen.
Einerseits strömt das erste Fluid in das Innere des Innenzylinders 27. Zu diesem Zeitpunkt wird dann, wenn das Ein-Aus-Ventil 26 geschlossen ist, der Luftzirkulationswiderstand des Innenzylinders 27 im hohlen Bereich 10 erhöht, derart, dass das erste Fluid wahlweise durch die Durchgangslöcher 25 in die Zellen 4 strömt. Wenn andererseits das Ein-Aus-Ventil 26 geöffnet ist, wird der Luftzirkulationswiderstand des Innenzylinders 27 im hohlen Bereich 10 abgesenkt, derart, dass das erste Fluid wahlweise in den Innenzylinder 27 im hohlen Bereich 10 strömt. Daher kann durch Steuern des Öffnens und Schließens des Ein-Aus-Ventils 26 eine Menge des ersten Fluids, die in die Zellen 4 strömt, eingestellt werden. Da außerdem das erste Fluid, das durch den Innenzylinder 27 im hohlen Bereich 10 strömt, einen kleinen Beitrag zum Wärmeaustausch an das zweite Fluid leistet, dient der Weg für das erste Fluid als ein Umgehungsweg, wenn beabsichtigt ist, die Wärmerückgewinnung des ersten Fluids zu unterdrücken, und dergleichen. Das heißt, wenn gewünscht ist, die Wärmerückgewinnung des ersten Fluids zu unterdrücken, kann das Ein-Aus-Ventil 26 geöffnet werden.
Das Material des Rahmens 23 ist nicht insbesondere eingeschränkt, und es kann im Hinblick auf Wärmeleitfähigkeit und Herstellungsfreundlichkeit vorzugsweise ein Metall sein. Beispiele für das Metall, das verwendet werden kann, enthalten rostfreien Stahl, Titanlegierungen, Kupferlegierungen, Aluminiumlegierungen, Messing und dergleichen. Von diesen wird der rostfreie Stahl bevorzugt, weil er kostengünstig ist und eine hohe Haltbarkeit und Zuverlässigkeit aufweist.
Die Dicke des Rahmens 23 ist nicht insbesondere eingeschränkt, und sie kann aus Gründen der Haltbarkeit und Zuverlässigkeit vorzugsweise 0,1 mm oder mehr und stärker bevorzugt 0,5 mm oder mehr und nochmals stärker bevorzugt 1 mm oder mehr betragen. Die Dicke des Rahmens 23 beträgt im Hinblick auf Kosten, Volumen, Gewicht und dergleichen vorzugsweise 10 mm oder weniger und stärker bevorzugt 5 mm oder weniger und nochmals stärker bevorzugt 3 mm oder weniger.
Der Rahmen 23 kann ein einteilig ausgebildetes Erzeugnis sein, jedoch kann er vorzugsweise ein verbundenes Element sein, das aus zwei oder mehr Elementen gebildet ist. Wenn der Rahmen 23 das verbundene Element ist, das aus zwei oder mehr Elementen gebildet ist, kann die Freiheit beim Entwurf des Rahmens 23 verbessert werden.
Die Form und die Struktur des Ein-Aus-Ventils 26 sind nicht insbesondere eingeschränkt, und eine geeignete Form und Struktur können abhängig vom hohlen Bereich 10 der hohlen, säulenförmigen Wabenstruktur 8 ausgewählt werden, in der das Ein-Aus-Ventil 26 bereitgestellt ist.
Das zweite Fluid ist nicht insbesondere eingeschränkt, jedoch ist das zweite Fluid vorzugsweise Wasser oder eine Frostschutzlösung (LLC, definiert in JIS K 2234: 2006), wenn der Wärmetauscher 20 auf einem Motorfahrzeug angebracht ist. Bezüglich der Temperaturen des ersten Fluids und des zweiten Fluids ist die Temperatur des ersten Fluids vorzugsweise höher als die Temperatur des zweiten Fluids, weil sich unter der Temperaturbedingung das Abdeckelement 9 des Wärmeaustauschelements 1 bei der niedrigeren Temperatur nicht ausdehnt und die hohle, säulenförmige Wabenstruktur 8 sich bei der höheren Temperatur ausdehnt, derart, dass die eingepassten zwei Elemente schwer gelöst werden. Insbesondere wenn die Passung der hohlen, säulenförmigen Wabenstruktur 8 und des Abdeckelements 9 eine Schrumpfpassung ist, kann die obige Temperaturbedingung ein Risiko, dass die eingepassten Elemente gelöst werden und die säulenförmige Wabenstruktur 8 herausfällt, minimieren.
Im Wärmetauscher 20 ist der Einlass 21 des zweiten Fluids auf derselben Seite wie der Auslass 22 für das zweite Fluid bereitgestellt. Jedoch gibt es keine Einschränkung für die Positionen des Einlasses 21 für das zweite Fluid und des Auslasses 22 für das zweite Fluid, und die Positionen können im Hinblick auf die Einbauposition des Wärmetauschers 20, die Rohrleitungsposition und den Wärmeaustauschwirkungsgrad nach Bedarf geändert werden.
Ferner zeigt 5 den Fall, bei dem das erste Fluid und das zweite Fluid parallel in derselben Richtung in der axialen Richtung (der Erstreckungsrichtung der Zellen 4) der hohlen, säulenförmigen Wabenstruktur 8 strömen. Jedoch können der Einlass 21 und der Auslass 22 für das zweite Fluid umgekehrt werden, derart, dass das erste Fluid und das zweite Fluid in der Richtung strömen können, die der axialen Richtung der hohlen, säulenförmigen Wabenstruktur 8 entgegengesetzt ist. Mit einer derartigen Konfiguration kann der Wärmeaustauschwirkungsgrad verbessert werden, weil der Wärmeaustausch zum ersten Fluid durchgeführt werden kann, das eine höhere Temperatur aufweist, während sich das zweite Fluid stromabwärts bewegt.
Das Wärmeaustauschelement 1, das die obigen Merkmale aufweist, kann mit dem Rahmen 23 und dem Innenzylinder 27 kombiniert und einer Verarbeitung wie etwa einem Verbinden unterzogen werden, um den Wärmetauscher 20 zu produzieren.
Ausführungsform 3
Ein Wärmetauscher gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich von dem Wärmetauscher gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung dahingehend, dass im Voranstehenden das Ein-Aus-Ventil 26 konfiguriert ist, den Strom des ersten Fluids auf der Seite der Zelle 4 der hohlen Wabenstruktur 8 zu unterbrechen, während kein Wärmeaustausch stattfindet. Im Folgenden werden Beschreibungen derselben Abschnitte wie jene des Wärmetauschers gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung weggelassen, und es werden lediglich unterschiedliche Punkte beschrieben.
In dem Wärmetauscher gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung wird das Ein-Aus-Ventil 26 geöffnet, wenn gewünscht wird, den Wärmeaustausch zu unterdrücken, um ein leichteres Strömen des ersten Fluids zur Seite des Innenzylinders 7 als zur Seite der Zelle 4 der hohlen Wabenstruktur 8 zu ermöglichen. Jedoch strömt das erste Fluid selbst dann, wenn das Ein-Aus-Ventil 26 geöffnet ist, geringfügig zur Seite der Zelle 4 der hohlen Wabenstruktur 8, derart, dass der Wärmeaustausch nicht ausreichend unterdrückt werden kann. Daher ist in dem Wärmetauscher gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung das Ein-Aus-Ventil konfiguriert, den Strom des ersten Fluids zur Seite der Zelle 4 der hohlen Wabenstruktur 8 zu unterbrechen, wenn kein Wärmeaustausch stattfindet.
7 (a) und 8 (a) zeigen jeweils eine Querschnittsansicht der hohlen, säulenförmigen Wabenstruktur in der Richtung parallel zur Strömungswegrichtung des ersten Fluids in dem Wärmetauscher gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung. 7 (b) und 8 (b) zeigen jeweils eine Ansicht der Oberfläche der hohlen, säulenförmigen Wabenstruktur in der Richtung senkrecht zur Strömungswegrichtung des ersten Fluids von der Seite des Ein-Aus-Ventils betrachtet. 7 (a) und 7 (b) zeigen einen Zustand, während kein Wärmeaustausch stattfindet, und 8 (a) und 8 (b) zeigen einen Zustand während des Wärmeaustauschs.
Es sei erwähnt, dass in 7 und 8 der Rahmen 23 im Hinblick darauf, zu bewirken, dass die Zeichnungen leicht zu sehen sind, weggelassen ist. Ferner bedeutet die Formulierung „während des Wärmeaustauschs“, wie hier verwendet, einen Fall, bei dem ein Wärmeaustausch zwischen dem ersten Fluid und dem zweiten Fluid durchgeführt wird (das heißt, ein Fall des Durchführens einer Wärmerückgewinnung), und die Formulierung „während kein Wärmeaustausch stattfindet“ bedeutet einen Fall, bei dem zwischen dem ersten Fluid und dem zweiten Fluid kein Wärmeaustausch durchgeführt wird (das heißt, ein Fall des Unterdrückens der Wärmerückgewinnung).
Wie in 7 und 8 gezeigt ist, ist der Wärmetauscher gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung mit Ein-Aus-Ventilen 26 versehen, die Folgendes enthalten: ein erstes Ein-Aus-Ventil 26a, das konfiguriert ist, den Strom des ersten Fluids auf der Seite des Innenzylinders 27 zu unterbrechen; und ein zweites Ein-Aus-Ventil 26b, das konfiguriert ist, den Strom des ersten Fluids auf der Seite der Zelle 4 der hohlen Wabenstruktur 8 zu unterbrechen. Das zweite Ein-Aus-Ventil 26b ist konfiguriert, geschlossen zu sein, wenn das erste Ein-Aus-Ventil 26a geöffnet ist, und geöffnet zu sein, wenn das erste Ein-Aus-Ventil 26a geschlossen ist. Ferner ist es mit einer Sperrwand 28 für den Strömungsweg für das erste Fluid, das auf der Seite der Zelle 4 der hohlen Wabenstruktur 8 strömt, versehen. Das zweite Ein-Aus-Ventil 26b und die Sperrwand 28 weisen jeweils die Form eines halben Torus (die Form eines halben Rings) auf, der die Hälfte des Strömungswegs für das erste Fluid zwischen dem Innenzylinder 27 und dem Abdeckelement 9 absperren kann. Wenn das zweite Ein-Aus-Ventil 26b geschlossen ist, sperren das zweite Ein-Aus-Ventil 26b und die Sperrwand 28 auf einteilige Weise den Strom des ersten Fluids.
Es sei erwähnt, dass, obwohl 7 und 8 jeweils ein Beispiel zeigen, bei dem das zweite Ein-Aus-Ventil 26b und die Sperrwand 28 jeweils die Form eines halben Torus aufweisen, ihre Formen nicht insbesondere eingeschränkt sind, solange das zweite Ein-Aus-Ventil 26b und die Sperrwand 28 konfiguriert sind, zusammen den Strom des ersten Fluids zu sperren. Zum Beispiel kann die Sperrwand 28 eine Form eines ringförmigen Fächers mit einem Mittenwinkel von 270° aufweisen, und das zweite Ein-Aus-Ventil 26b kann eine Form eines ringförmigen Fächers mit einem Mittenwinkel von 90° aufweisen.
In dem Wärmetauscher gemäß Ausführungsform 3 gemäß der vorliegenden Erfindung, der die obige Struktur aufweist, ist das erste Ein-Aus-Ventil 26a geöffnet, und das zweite Ein-Aus-Ventil 26b ist geschlossen, während kein Wärmeaustausch stattfindet, wobei der Strom des ersten Fluids auf der Seite der Zelle 4 der hohlen Wabenstruktur 8 unterbrochen ist, derart, dass das erste Fluid wahlweise in die Seite des Innenzylinders 27 im hohlen Bereich 10 der hohlen Wabenstruktur 8 strömt. Daher kann verhindert werden, dass das erste Fluid in die Seite der Zelle 4 der hohlen Wabenstruktur 8 strömt, während kein Wärmeaustausch stattfindet, derart, dass die Unterdrückung der Wärmerückgewinnung verbessert werden kann. Andererseits ist während des Wärmeaustauschs das erste Ein-Aus-Ventil 26a geschlossen, und das zweite Ein-Aus-Ventil 26b ist geöffnet, wobei der Strom des ersten Fluids auf der Seite des Innenzylinders 27 im hohlen Bereich 10 der hohlen Wabenstruktur 8 unterbrochen ist, derart, dass das erste Fluid wahlweise in die Seite der Zelle 4 der hohlen Wabenstruktur 8 strömt. Daher kann während des Wärmeaustauschs verhindert werden, dass das erste Fluid in die Seite des Innenzylinders 27 im hohlen Bereich 10 der hohlen Wabenstruktur 8 strömt, derart, dass die Wärmerückgewinnung verbessert werden kann.
Es sei erwähnt, dass die Wirkung, die durch diese Ausführungsform beschrieben ist, ebenso unter Verwendung eines im technischen Gebiet wohlbekannten Wärmeaustauschelements erhalten werden kann, da sie nicht vom Wärmeaustauschelement 1 gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung abhängt.
Ausführungsform 4
Ein Wärmetauscher gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich von den Wärmetauschern gemäß den Ausführungsformen 2 und 3 der vorliegenden Erfindung dahingehend, dass im Voranstehenden der Rahmen und/oder das Abdeckelement, die den Strömungsweg für das zweite Fluid bilden, mit mindestens einem Abschnitt zum Erzeugen einer verwirbelten Strömung versehen ist bzw. sind. Im Folgenden werden Beschreibungen derselben Abschnitte wie jene der Wärmetauscher gemäß den Ausführungsformen 1 und 2 der vorliegenden Erfindung weggelassen, und es werden lediglich unterschiedliche Punkte beschrieben.
In den Wärmetauschern gemäß den Ausführungsformen 2 und 3 der vorliegenden Erfindung wird der Wärmeaustausch zum ersten Fluid durchgeführt, während ermöglicht wird, dass das zweite Fluid durch den Strömungsweg 24 für das zweite Fluid hindurchtritt. Wenn die Strömung des zweiten Fluids im Strömungsweg 24 für das zweite Fluid jedoch glatt ist, kann der Wärmeaustauschwirkungsgrad zum ersten Fluid jedoch nicht ausreichend erhöht werden.
Daher ist bzw. sind in dem Wärmetauscher gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung der Rahmen und/oder das Abdeckelement, die den Strömungsweg für das zweite Fluid bilden, mit dem (den) Abschnitt(en) zum Erzeugen einer verwirbelten Strömung versehen.
9 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht des Strömungswegs für das zweite Fluid in der Richtung parallel zur Strömungswegrichtung des ersten Fluids der hohlen, säulenförmigen Wabenstruktur 8 in dem Wärmetauscher gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung. Es sei erwähnt, dass in 9 im Hinblick auf das Bewirken, dass die Zeichnung einfach zu sehen ist, vom Strömungsweg für das zweite Fluid abweichende Elemente weggelassen sind.
Wie in 9 gezeigt ist, enthält der Wärmetauscher gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung einen Abschnitt 29 zum Erzeugen einer verwirbelten Strömung im Strömungsweg 24 für das zweite Fluid. Wie hier verwendet, bedeutet die Formulierung „Abschnitt 29 zum Erzeugen einer verwirbelten Strömung“ einen Abschnitt, der im zweiten Fluid eine Verwirbelung erzeugen kann.
Indem der Abschnitt 29 zum Erzeugen einer verwirbelten Strömung im Rahmen 23 und/oder im Abdeckelement 9 bereitgestellt ist, die den Strömungsweg 24 für das zweite Fluid bilden, wird in dem zweiten Fluid, das durch den Strömungsweg 24 für das zweite Fluid zwischen dem Abdeckelement 9 und dem Rahmen 23 hindurchtritt, eine Verwirbelung erzeugt, und der Wärmeübertragungskoeffizient zwischen dem ersten Fluid und dem zweiten Fluid wird verbessert, derart, dass der Wärmeaustauschwirkungsgrad verbessert werden kann.
Der Abschnitt 29 zum Erzeugen einer verwirbelten Strömung ist nicht insbesondere eingeschränkt, solange er eine Verwirbelung erzeugen kann, und er kann diverse Formen aufweisen wie etwa einen Vorsprung, eine Vertiefung und einen Abschnitt mit verringertem Durchmesser. Ferner kann der Abschnitt 29 zum Erzeugen einer verwirbelten Strömung im Strömungsweg 24 für das zweite Fluid gebildet sein und kann entweder im Abdeckelement 9 oder im Rahmen 23 oder sowohl im Abdeckelement 9 als auch im Rahmen 23 gebildet sein. Ferner ist die Anzahl der Abschnitte 29 zum Erzeugen einer verwirbelten Strömung nicht insbesondere eingeschränkt, und sie kann gemäß der Form des Abschnitts 29 zum Erzeugen einer verwirbelten Strömung und dergleichen geeignet eingestellt sein.
9 zeigt ein Beispiel, bei dem ein Abschnitt mit verringertem Durchmesser als der Abschnitt 29 zum Erzeugen einer verwirbelten Strömung an einer Position des Rahmens 23 gebildet ist. Ferner kann, wie in 10 gezeigt ist, (a) ein Abschnitt mit verringertem Durchmesser als der Abschnitt 29 zum Erzeugen einer verwirbelten Strömung im Großteil des Rahmens 23 gebildet sein, (b) können Abschnitte mit verringertem Durchmesser als die Abschnitte 29 zum Erzeugen einer verwirbelten Strömung an zwei Positionen einer Komponente des Rahmens 23 gebildet sein, (c) können Vorsprünge als die Abschnitte 29 zum Erzeugen einer verwirbelten Strömung sowohl auf dem Abdeckelement 9 als auch auf dem Rahmen 23 bereitgestellt sein, oder (d) können Vertiefungen als die Abschnitte 29 zum Erzeugen einer verwirbelten Strömung sowohl auf dem Abdeckelement 9 als auch auf dem Rahmen 23 bereitgestellt sein.
Es sei erwähnt, dass die Wirkung, die durch diese Ausführungsform beschrieben ist, ebenso unter Verwendung eines im technischen Gebiet wohlbekannten Wärmeaustauschelements erhalten werden kann, da sie nicht vom Wärmeaustauschelement 1 gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung abhängt.
Ausführungsform 5
Die Wärmetauscher gemäß den Ausführungsformen 2 bis 4 der vorliegenden Erfindung können gemäß einem bekannten Verfahren produziert werden, jedoch kann das Zusammenbauen schwierig sein.
Daher wird ein Wärmetauscher gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung produziert, indem die Elemente in leicht zusammenzubauende Elemente aufgeteilt werden und sie in einer geeigneten Reihenfolge zusammengebaut werden.
11 ist eine Querschnittsansicht zum Erklären des Verfahrens zum Produzieren des Wärmetauschers gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung. Diese Querschnittsansicht ist eine Querschnittsansicht der hohlen, säulenförmigen Wabenstruktur in einer Richtung parallel zur Strömungswegrichtung des ersten Fluids.
Wie in 11 (a) gezeigt ist, wird zuerst das Wärmeaustauschelement 1 aufbereitet, das aus der hohlen, säulenförmigen Wabenstruktur 8 und dem Abdeckelement 9 gebildet ist. Das Abdeckelement 9 weist einen Abschnitt mit kleinem Durchmesser, einen Abschnitt mit großem Durchmesser und einen Stufenabschnitt 31 zum Bilden des Abschnitts mit kleinem Durchmesser und des Abschnitts mit großem Durchmesser in der axialen Richtung auf ununterbrochene Weise auf.
Anschließend wird, wie in 11B gezeigt ist, das Wärmeaustauschelement 1 in den Rahmen 23 einsetzt und durch Schweißen oder dergleichen befestigt. Der Rahmen 23 ist derart eingestellt, dass ein Innendurchmesser der Seite eines Endes des Rahmens 23 in der axialen Richtung größer als ein Innendurchmesser der Seite des anderen Endes des Rahmens 23 in der axialen Richtung ist. Der Innendurchmesser der Seite eines Endes des Rahmens 23 in der axialen Richtung entspricht einem Außendurchmesser des Abschnitts mit großem Durchmesser des Abdeckelements 9, und der Innendurchmesser der Seite des anderen Endes des Rahmens 23 in der axialen Richtung entspricht einem Außendurchmesser des Abschnitts mit kleinem Durchmesser des Abdeckelements 9. Daher kann dies ermöglichen, dass ein Fehler einer Einsetzrichtung des Wärmeaustauschelements 1 in den Rahmen 23 schwierig ist.
Wie in 11C gezeigt ist, wird daraufhin der Innenzylinder 27 in den hohlen Bereich 10 der hohlen, säulenförmigen Wabenstruktur 8 eingesetzt. Der Innendurchmesser 27 weist einen Abschnitt mit kleinem Durchmesser, einen Abschnitt mit großem Durchmesser und einen Stufenabschnitt 31 zum Bilden des Abschnitts mit kleinem Durchmesser und des Abschnitts mit großem Durchmesser in der axialen Richtung auf ununterbrochene Weise auf. Ein Außendurchmesser des Abschnitts mit kleinem Durchmesser des Innenzylinders 27 ist kleiner als ein Durchmesser des hohlen Bereichs 10 der hohlen, säulenförmigen Wabenstruktur 8, und ein Außendurchmesser des Abschnitts mit großem Durchmesser des Innenzylinders 27 ist größer als der Durchmesser des hohlen Bereichs 10 der hohlen, säulenförmigen Wabenstruktur 8. Anschließend wird der Stufenabschnitt 31 mit einer Endfläche (der ersten Endfläche 2 oder der zweiten Endfläche 3) der hohlen, säulenförmigen Wabenstruktur 8 in Eingriff gebracht, um den Innenzylinder 27 zu befestigen, derart, dass die Position des Innenzylinders 27 bestimmt ist. Daher kann eine positionsbezogene Abweichung des Innenzylinders 27 schwer auftreten. Der Stufenabschnitt 31 und eine Endfläche der säulenförmigen Wabenstruktur 8 können durch ein beliebiges Verfahren in Eingriff gebracht und befestigt werden, wie etwa, sie miteinander in Kontakt zu bringen, um sie zu befestigen, oder sie unter Verwendung eines bekannten Verbindungsmaterials aneinander zu befestigen.
Anschließend wird, wie in 11 (d) gezeigt ist, nach dem Bereitstellen einer Stirnabdeckung 32 auf der Seite des Abschnitts mit großem Durchmesser des Innenzylinders 27 die Stirnabdeckung 32 durch Schweißen oder dergleichen am Innenzylinder 27 und am Rahmen 23 befestigt. Die Stirnabdeckung 32 weist einen Innendurchmesser auf, der dem Außendurchmesser des Abschnitts mit großem Durchmesser des Innenzylinders 27 und dem Außendurchmesser von einem Ende des Rahmens 23 entspricht, derart, dass ein Fehler einer Einbauposition der Stirnabdeckung 32 schwer auftreten kann.
Daraufhin wird, wie in 11 (e) gezeigt ist, nach dem Bereitstellen einer Rückabdeckung 33 auf der Seite des anderen Endes des Rahmens 23 die Rückabdeckung 33 durch Schweißen oder dergleichen am Rahmen 23 befestigt, und das Ein-Aus-Ventil 26 wird angebracht. Die Rückabdeckung 33 weist einen Innendurchmesser auf, der dem Außendurchmesser der Seite des anderen Endes des Rahmens 23 entspricht, derart, dass ein Fehler einer Einbauposition der Rückabdeckung 33 schwer auftreten kann. Ferner wird ein Abschirmrohr 34 auf der Seite mit dem großen Durchmesser in den Innenzylinder 27 eingesetzt und anschließend durch Schweißen oder dergleichen befestigt.
Obwohl der Einlass 21 und der Auslass 22 für das zweite Fluid in 11 nicht gezeigt sind, können sie vorab durch Schweißen oder dergleichen mit dem Rahmen 23 verbunden werden oder können nach einem beliebigen der Schritte (b) bis (e) verbunden werden.
Bei dem Wärmetauscher gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung, der wie oben beschrieben produziert wird, ist es schwierig, Positionsfehler, Einsetzfehler und dergleichen von zu bildenden Elementen zu erzeugen, und er wird auf einfache Weise zusammengebaut, derart, dass es einfach ist, ihn zu produzieren.
Es sei erwähnt, dass die Wirkung, die durch diese Ausführungsform beschrieben ist, ebenso unter Verwendung eines im technischen Gebiet wohlbekannten Wärmeaustauschelements erhalten werden kann, da sie nicht vom Wärmeaustauschelement 1 gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung abhängt.
Ausführungsform 6
Ein Wärmetauscher gemäß Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung enthält den Wärmetauscher gemäß einer der Ausführungsformen 2 bis 5 der vorliegenden Erfindung und eine Reinigungseinrichtung, die im Strömungsweg für das erste Fluid auf der Stromaufwärtsseite des Wärmetauschers bereitgestellt ist, wobei die Reinigungseinrichtung und der Wärmetauscher durch den Rahmen des Wärmetauschers integriert sind. Die Konfigurationen der Wärmetauscher gemäß den Ausführungsformen 2 bis 5 der vorliegenden Erfindung sind oben beschrieben, und es werden andere Konfigurationen beschrieben.
Für den Wärmetauscher gemäß jeder der Ausführungsformen 2 bis 5 der vorliegenden Erfindung ist es schwierig, den Anordnungsraum sicherzustellen, weil es notwendig ist, den Wärmetauscher durch Rohrleitungen mit einer Reinigungseinrichtung zu verbinden, um eine Reinigungsfunktion zu erhalten.
Daher ist der Wärmetauscher mit Reinigungseinrichtung gemäß Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung am Strömungsweg für das erste Fluid auf der Stromaufwärtsseite des Wärmetauschers mit einer Reinigungseinrichtung versehen, derart, dass die Reinigungseinrichtung und der Wärmetauscher durch den Rahmen integriert sind.
12 ist eine Querschnittsansicht der hohlen, säulenförmigen Wabenstruktur in der Richtung parallel zur Strömungswegrichtung des ersten Fluids in dem Wärmetauscher mit einer Reinigungseinrichtung gemäß Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung.
Wie in 12 gezeigt ist, ist der Wärmetauscher mit Reinigungseinrichtung gemäß Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung im Strömungsweg für das erste Fluid auf der Stromaufwärtsseite des Wärmetauschers mit einer Reinigungseinrichtung 30 versehen. Ferner ist zwischen dem Wärmetauscher und der Reinigungseinrichtung 30 eine Trennwand 41 bereitgestellt, derart, dass das erste Fluid, das durch die Reinigungseinrichtung 30 hindurchgetreten ist, in den Innenzylinder 27 eingebracht wird. Ferner ist die Reinigungseinrichtung 30 durch den Rahmen 23 mit dem Wärmetauscher integriert. Daher ist es nicht notwendig, den Wärmetauscher durch Rohrleitungen mit der Reinigungseinrichtung 30 zu verbinden, derart, dass eine Raumeinsparung erreicht werden kann.
Die Trennwand 41 kann Durchgangslöcher 42 aufweisen, wie in 13 gezeigt ist. Wenn die Trennwand 41 die Durchgangslöcher 42 aufweist, kann das erste Fluid, das durch die Reinigungseinrichtung 30 hindurchgetreten ist, sowohl in die Zellen 4 als auch in den Innenzylinder 27 der hohlen Wabenstruktur 8 strömen. In dem Wärmetauscher mit der Reinigungsreinrichtung, der eine derartige Struktur aufweist, strömt das erste Fluid sowohl über die Durchgangslöcher 25 des Innenzylinders 27 als auch über die Durchgangslöcher 42 der Trennwand 41 in die Zellen 4, indem das Ein-Aus-Ventil 26 während des Wärmeaustauschs geschlossen wird. Zu diesem Zeitpunkt strömt das erste Fluid insbesondere aus den Durchgangslöchern 42 der Trennwand 41 geradlinig in die Zellen 4, wodurch ermöglicht wird, dass der Luftzirkulationswiderstand abgesenkt wird. Andererseits strömt das erste Fluid durch Öffnen des Ein-Aus-Ventils 26 in den Innenzylinder 27, während kein Wärmeaustausch stattfindet. Zu diesem Zeitpunkt steht an, dass das erste Fluid aus den Durchgangslöchern 42 der Trennwand 41 in die Zellen 4 strömt, jedoch ist der Luftzirkulationswiderstand der Zellen 4 viel höher als jener des Innenzylinders 27, derart, dass der Großteil des ersten Fluids durch den Innenzylinder 27 hindurchtritt.
Ferner kann, wie in 14 gezeigt ist, die Trennwand 41 nicht zwischen der hohlen, säulenförmigen Wabenstruktur 8, die mit dem Innenzylinder 27 im hohlen Bereich 10 versehen ist, und der Reinigungseinrichtung 30 bereitgestellt sein. Wenn die Trennwand 41 nicht bereitgestellt ist, kann das erste Fluid, das durch die Reinigungseinrichtung 30 hindurchgetreten ist, sowohl in die Zellen 4 als auch in den Innenzylinder 27 der hohlen Wabenstruktur 8 strömen. In dem Wärmetauscher mit Reinigungseinrichtung, der eine derartige Struktur aufweist, ist das Ein-Aus-Ventil 26 während des Wärmetauschs geschlossen, wobei das erste Fluid, das durch die Reinigungseinrichtung 30 hindurchgetreten ist, direkt in die Zellen 4 strömt oder es durch die Durchgangslöcher 25 des Innenzylinders 27 in die Zellen 4 strömt. Zu diesem Zeitpunkt strömt das erste Fluid, das durch die Reinigungseinrichtung 30 hindurchgetreten ist, insbesondere direkt und geradlinig in die Zellen 4, derart, dass der Luftzirkulationswiderstand verringert werden kann. Andererseits strömt das erste Fluid durch Öffnen der Ein-Aus-Ventils 26 in den Innenzylinder 27, während kein Wärmeaustausch stattfindet. Zu diesem Zeitpunkt steht an, dass das erste Fluid, das durch die Reinigungseinrichtung 30 hindurchgetreten ist, in die Zellen 4 strömt, jedoch ist der Luftzirkulationswiderstand der Zellen 4 viel höher als jener des Innenzylinders 27, derart, dass der Großteil des ersten Fluids durch das Innere des Innenzylinders 27 hindurchtritt.
Die Reinigungseinrichtung 30 ist nicht insbesondere eingeschränkt, und jedes im Gebiet bekannte Mittel kann verwendet werden. Beispiele für die Reinigungseinrichtung 30 enthalten einen Katalysatorkörper, in dem ein Katalysator getragen wird, einen Filter und dergleichen. Wenn z. B. ein Abgas als das erste Fluid verwendet wird, enthält der Katalysator, der verwendet werden kann, einen Katalysator, der eine Funktion des Oxidierens oder Reduzierens des Abgases aufweist. Der Katalysator enthält Edelmetalle (z. B. Platin, Rhodium, Palladium, Ruthenium, Indium, Silber, Gold und dergleichen), Aluminium, Nickel, Zirkonium, Titan, Cerium, Kobalt, Mangan, Zink, Kupfer, Zinn, Eisen, Niob, Magnesium, Lanthan, Samarium, Wismut, Barium und dergleichen. Diese Elemente können elementare Metalle, Metalloxide und andere Metallverbindungen sein. Außerdem können diese Katalysatoren alleine oder in Kombination von zwei oder mehr verwendet werden.
Es sei erwähnt, dass die Wirkung, die durch diese Ausführungsform beschrieben ist, ebenso unter Verwendung eines im technischen Gebiet wohlbekannten Wärmeaustauschelements erhalten werden kann, da sie nicht vom Wärmeaustauschelement 1 gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung abhängt.
Ausführungsform 7
Ein Wärmetauscher mit Reinigungseinrichtung gemäß Ausführungsform 7 der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich von dem Wärmetauscher mit Reinigungseinrichtung gemäß Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung dahingehend, dass der Voranstehende eine Reinigungseinrichtung 30 im Strömungsweg für das erste Fluid auf der Stromabwärtsseite des Wärmetauschers bereitstellt. Im Folgenden werden Beschreibungen derselben Abschnitte wie jene des Wärmetauschers mit Reinigungseinrichtung gemäß Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung weggelassen, und es werden lediglich unterschiedliche Punkte beschrieben.
In dem Wärmetauscher mit Reinigungseinrichtung gemäß Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung kann die Temperatur des ersten Fluids abgesenkt werden, wenn das erste Fluid, das eine erhöhte Temperatur aufweist, durch die Reinigungseinrichtung 30 hindurchtritt, derart, dass der Wärmerückgewinnungswirkungsgrad abgesenkt werden kann.
Daher ist in dem Wärmetauscher mit Reinigungseinrichtung gemäß Ausführungsform 7 der vorliegenden Erfindung die Reinigungseinrichtung 30 im Strömungsweg für das erste Fluid auf der Stromabwärtsseite des Wärmetauschers bereitgestellt, und die Reinigungseinrichtung 30 und der Wärmetauscher sind integriert.
15 zeigt eine Querschnittsansicht der hohlen, säulenförmigen Wabenstruktur in einer Richtung parallel zur Strömungswegrichtung des ersten Fluids in dem Wärmetauscher mit Reinigungseinrichtung gemäß Ausführungsform 7 der vorliegenden Erfindung.
Wie in 15 gezeigt ist, ist der Wärmetauscher mit Reinigungseinrichtung gemäß Ausführungsform 7 der vorliegenden Erfindung im Strömungsweg für das erste Fluid auf der Stromabwärtsseite des Wärmetauschers mit einer Reinigungseinrichtung 30 versehen. Daher kann der Wärmerückgewinnungswirkungsgrad verbessert werden, während eine Reinigungsleistung sichergestellt wird. Ferner ist die Reinigungseinrichtung 30 durch den Rahmen 23 mit dem Wärmetauscher integriert. Daher ist es nicht notwendig, den Wärmetauscher durch Rohrleitungen mit der Reinigungseinrichtung 30 zu verbinden, derart, dass eine Raumeinsparung erreicht werden kann.
Ausführungsform 8
Ein Wärmetauscher mit Reinigungseinrichtung gemäß Ausführungsform 8 der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich von dem Wärmetauscher mit Reinigungseinrichtungjeweils gemäß den Ausführungsformen 6 und 7 dahingehend, dass der Voranstehende Reinigungseinrichtungen 30 im Strömungsweg für das erste Fluid sowohl auf der Stromaufwärtsseite als auch auf der Stromabwärtsseite des Wärmetauschers bereitstellt. Im Folgenden werden die Beschreibungen derselben Abschnitte wie jene der Wärmetauscher mit Reinigungseinrichtung gemäß den Ausführungsformen 6 und 7 der vorliegenden Erfindung weggelassen, und es werden lediglich unterschiedliche Punkte beschrieben.
Wenn die Reinigungseinrichtung 30 am Strömungsweg für das erste Fluid auf der Stromaufwärtsseite des Wärmetauschers bereitgestellt ist, wird die Temperatur des ersten Fluids abgesenkt, wenn das erste Fluid, das eine erhöhte Temperatur aufweist, durch die Reinigungseinrichtung 30 hindurchtritt, derart, dass der Wärmerückgewinnungswirkungsgrad abgesenkt werden kann. Wenn die Reinigungseinrichtung 30 andererseits am Strömungsweg für das erste Fluid auf der Stromabwärtsseite des Wärmetauschers bereitgestellt ist, ist die Temperatur des ersten Fluids aufgrund der Wärmerückgewinnung durch den Wärmetauscher abgesenkt, derart, dass keine ausreichende Wärme erhalten werden kann, um die Katalyse der Reinigungseinrichtung 30 sicherzustellen, und die Reinigungsleistung verschlechtert werden kann.
Daher teilt der Wärmetauscher mit Reinigungseinrichtung gemäß Ausführungsform 8 der vorliegenden Erfindung die Reinigungseinrichtung 30 und stellt die Reinigungseinrichtungen 30 im Strömungsweg für das erste Fluid sowohl auf der Stromaufwärtsseite als auch auf der Stromabwärtsseite des Wärmetauschers bereit. Die Reinigungseinrichtungen 30 und der Wärmetauscher sind durch den Rahmen 23 integriert.
16 ist eine Querschnittsansicht der hohlen, säulenförmigen Wabenstruktur in einer Richtung parallel zur Strömungswegrichtung des ersten Fluids in dem Wärmetauscher mit Reinigungseinrichtung gemäß Ausführungsform 8 der vorliegenden Erfindung.
Wie in 16 gezeigt ist, ist der Wärmetauscher mit Reinigungseinrichtung gemäß Ausführungsform 8 der vorliegenden Erfindung im Strömungsweg für das erste Fluid auf der Stromaufwärtsseite und auf der Stromabwärtsseite des Wärmetauschers mit zwei geteilten Reinigungseinrichtungen 30 versehen. Daher können sowohl die Reinigungsleistung als auch der Wärmerückgewinnungswirkungsgrad verbessert werden. Ferner sind die Reinigungseinrichtungen 30 durch den Rahmen 23 mit dem Wärmetauscher integriert. Daher ist es nicht notwendig, den Wärmetauscher durch Rohrleitungen mit den Reinigungseinrichtungen 30 zu verbinden, derart, dass eine Raumeinsparung erreicht werden kann.
Ausführungsform 9
Ein Wärmetauscher mit Reinigungseinrichtung gemäß Ausführungsform 9 der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich von dem Wärmetauscher mit Reinigungseinrichtungjeweils gemäß den Ausführungsformen 6 und 7 dahingehend, dass der Voranstehende zwei oder mehr Wärmetauscher und eine Reinigungseinrichtung, die im Strömungsweg für das erste Fluid zwischen den Wärmetauschern bereitgestellt ist, enthält, wobei mindestens einer der Wärmetauscher der Wärmetauscher gemäß einer der Ausführungsformen 2 bis 5 der vorliegenden Erfindung ist. Im Folgenden werden die Beschreibungen derselben Abschnitte wie jene der Wärmetauscher mit Reinigungseinrichtung gemäß den Ausführungsformen 6 bis 8 der vorliegenden Erfindung weggelassen, und es werden lediglich unterschiedliche Punkte beschrieben.
17 ist eine Querschnittsansicht der hohlen, säulenförmigen Wabenstruktur in einer Richtung parallel zur Strömungswegrichtung des ersten Fluids in dem Wärmetauscher mit Reinigungseinrichtung gemäß Ausführungsform 9 der vorliegenden Erfindung.
Wie in 17 gezeigt ist, enthält der Wärmetauscher mit Reinigungseinrichtung gemäß Ausführungsform 9 der vorliegenden Erfindung zwei Wärmetauscher gemäß den Ausführungsformen 2 bis 5 der vorliegenden Erfindung und eine Reinigungseinrichtung 30, die im Strömungsweg für das erste Fluid zwischen den zwei Wärmetauschern bereitgestellt ist. Mit einer derartigen Konfiguration kann die Anzahl der Wärmetauscher erhöht werden, derart, dass eine Wärmerückgewinnungsmenge erhöht werden kann. Obwohl 17 ein Beispiel zeigt, bei dem die Stromaufwärtsseite und die Stromabwärtsseite des Strömungswegs für das erste Fluid jeweils mit einem Wärmetauscher versehen sind, können die Stromaufwärtsseite und die Stromabwärtsseite des Strömungswegs für das erste Fluid jeweils mit zwei oder mehr Wärmetauschern versehen sein.
Ferner können die Wärmetauscher gemäß den Ausführungsformen 2 bis 5 der vorliegenden Erfindung, wie in 18 gezeigt ist, in Kombination mit Wärmetauschern verwendet werden, die andere Mechanismen als jene Wärmetauscher aufweisen. 18 zeigt ein Beispiel der Verwendung eines Wärmetauschers als den Wärmetauscher, der andere Mechanismen als die Wärmetauscher gemäß den Ausführungsformen 2 bis 5 der vorliegenden Erfindung aufweist, der Folgendes enthält: eine volle, säulenförmige Wabenstruktur, die Trennwände, die Zellen definieren, wobei die Zellen von einer ersten Endfläche zu einer zweiten Endfläche durchdringen, um Strömungswege für ein erstes Fluid zu bilden, und eine Außenumfangswand aufweist; und ein Abdeckelement, das konfiguriert ist, die Außenumfangswand der vollen, säulenförmigen Wabenstruktur abzudecken, wobei der Wärmetauscher ein Wärmeaustauschelement enthält, das konfiguriert ist, einen Wärmeaustausch zwischen dem ersten Fluid und einem zweiten Fluid, das durch die Außenseite des Abdeckelements strömt, durchzuführen. Dieser Wärmetauscher weist dieselbe Konfiguration wie die Wärmetauscher gemäß den Ausführungsformen 2 bis 5 der vorliegenden Erfindung auf, mit der Ausnahme, dass die volle, säulenförmige Wabenstruktur anstelle der hohlen, säulenförmigen Wabenstruktur verwendet wird. Der Wärmetauscher, der andere Mechanismen als jene der Wärmetauscher gemäß den Ausführungsformen 2 bis 5 aufweist, ist nicht auf das obige Beispiel eingeschränkt, und andere Wärmetauscher mit Mechanismen, die im Gebiet bekannt sind, können verwendet werden. Ferner zeigt 18 ein Beispiel, bei dem der Wärmetauscher gemäß den Ausführungsformen 2 bis 5 der vorliegenden Erfindung auf der Stromaufwärtsseite des Strömungswegs für das erste Fluid bereitgestellt ist, jedoch kann der Wärmetauscher gemäß den Ausführungsformen 2 bis 5 der vorliegenden Erfindung auf der Stromabwärtsseite des Strömungswegs für das erste Fluid bereitgestellt sein. Ferner zeigt 18 ein Beispiel, bei dem die Stromaufwärtsseite und die Stromabwärtsseite des Strömungswegs für das erste Fluid jeweils mit einem Wärmetauscher versehen sind, jedoch können die Stromaufwärtsseite und die Stromabwärtsseite des Strömungswegs für das erste Fluid jeweils mit zwei oder mehr Wärmetauschern versehen sein. Mit einer derartigen Konfiguration kann eine Wärmerückgewinnungsmenge erhöht werden, und ein Risiko eines gleichzeitigen Ausfalls von zwei oder mehr Wärmetauschern kann verringert werden, was zu einer verbesserten Zuverlässigkeit führt.
Beispiele
Im Folgenden wir die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf Beispiele genauer beschrieben, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Beispiele eingeschränkt.
<Produktion der Wabenstruktur>
(Beispiel 1)
Ein Grünkörper, der ein SiC-Pulver enthielt, wurde in eine gewünschte Form stranggepresst, getrocknet, derart bearbeitet, dass er vorgegebene, äußere Abmessungen aufwies und mit Si imprägniert und gebrannt, um eine hohle, säulenförmige Wabenstruktur zu produzieren. Die hohle, säulenförmige Wabenstruktur wies eine kreisförmige, säulenartige, äußere Form, wie in 1 und 2 gezeigt ist, einen Außendurchmesser von 70 mm, einen Durchmesser des hohlen Bereichs von 52 mm und eine Länge in der Strömungswegrichtung des ersten Fluids von 25 mm auf. Ferner wiesen die ersten Trennwände, die zweiten Trennwände, die Innenumfangswand und die Außenumfangswand jeweils die Dicke wie in Tabelle 1 gezeigt auf.
(Vergleichsbeispiele 1 und 2)
Jede hohle, säulenförmige Wabenstruktur wurde mit demselben Verfahren wie jenem aus Beispiel 1 produziert, mit der Ausnahme, dass die Dicken der Innenumfangswand und der Außenumfangswand wie in Tabelle 1 gezeigt geändert wurden.
<Prüfung der isostatischen Festigkeit>
Eine Urethan-Gummifolie mit einer Dicke von 0,5 mm wurde um die Außenumfangsfläche von jeder hohlen, säulenförmigen Wabenstruktur gewickelt, und Aluminiumscheiben, die jeweils eine Dicke von 20 mm aufwiesen, wurden ferner auf beiden Endabschnitten von jeder hohlen, säulenförmigen Wabenstruktur angeordnet, während kreisförmige Urethan-Gummifolien zwischen beiden Endabschnitten und den Aluminiumscheiben eingeschoben wurden. Die verwendeten Aluminiumscheiben und Urethan-Gummifolien wiesen dieselbe Form und dieselbe Größe wie jene der Endabschnitte von jeder hohlen, säulenförmigen Wabenstruktur auf. Ferner wurde ein Vinyl-Band entlang des Außenumfangs von jeder Aluminiumscheibe gewickelt, wobei ein Raum zwischen dem Außenumfang von jeder Aluminiumscheibe und jeder Urethan-Gummifolie abgedichtet wurde, um eine Prüfprobe zu erhalten. Die Prüfprobe wurde daraufhin in einem mit Wasser gefüllten Druckbehälter angeordnet. Ein Wasserdruck in dem Druckbehälter wurde anschließend mit einer Rate von 0,3 bis 3,0 MPa/min auf 200 MPa erhöht, und der Wasserdruck zu dem Zeitpunkt, wenn jede hohle, säulenförmige Wabenstruktur gebrochen wurde, wurde gemessen. In den Auswertungsergebnissen ist ein Fall, bei dem selbst bei einem Wasserdruck von 200 MPa kein Bruch auftrat, als „≥ 200 (MPa)“ ausgedrückt. Die Prüfergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.

[Tabelle 1]

	Dicke (mm)				Isostatische Festigkeit (MPa)
	Innen-umfangswand	Außen-umfangswand	Erste Trennwand	Zweite Trennwand	Isostatische Festigkeit (MPa)
Beispiel 1	1,5	1,5	0,3	0,3	≥ 200
Vergleichsbeispiel 1	0,3	0,3	0,3	0,3	90
Vergleichsbeispiel 2	0,1	0,1	0,3	0,3	60

Wie in Tabelle 1 gezeigt ist, wies die hohle, säulenförmige Wabenstruktur aus Beispiel 1, bei der die Dicken der Innenumfangswand und der Außenumfangswand größer als die Dicke der Trennwände (der ersten Trennwand und der zweiten Trennwand) waren, verglichen mit der hohlen, säulenförmigen Wabenstruktur aus Vergleichsbeispiel 1, bei der die Dicken der Innenumfangswand und der Außenumfangswand dieselben wie jene der Trennwände waren, und der hohlen, säulenförmigen Wabenstruktur aus Vergleichsbeispiel 2, bei der die Dicken der Innenumfangswand und der Außenumfangswand kleiner als jene der Trennwände waren, die höhere isostatische Festigkeit auf.
Wie aus den obigen Ergebnissen zu sehen ist, kann die vorliegende Erfindung ein Wärmeaustauschelement, einen Wärmetauscher und einen Wärmetauscher mit Reinigungseinrichtung schaffen, die eine verbesserte Widerstandsfähigkeit gegen einen Schlag von außen, thermische Belastung und dergleichen aufweisen.
Bezugszeichenliste

1: Wärmeaustauschelement
2: erste Endfläche
3: zweite Endfläche
4: Zelle
5: Trennwand
5a: erste Trennwand
5b: zweite Trennwand
6: Innenumfangswand
7: Außenumfangswand
8: hohle, säulenförmige Wabenstruktur
9: Abdeckelement
10: hohler Bereich
20: Wärmetauscher
21: Einlass für das zweite Fluid
22: Auslass für das zweite Fluid
23: Rahmen
24: Strömungsweg für das zweite Fluid
25: Durchgangsloch
26: Ein-Aus-Ventil
26a: erstes Ein-Aus-Ventil
26b: zweites Ein-Aus-Ventil
27: Innenzylinder
28: Sperrwand
29: Abschnitt zum Erzeugen einer verwirbelten Strömung
30: Reinigungseinrichtung
31: Stufenabschnitt
32: Stirnabdeckung
33: Rückabdeckung
34: Abschirmrohr
41: Trennwand
42: Durchgangsloch

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

JP 6075381 B2 [0006]
WO 2017/069265 A1 [0006]

Claims

Wärmeaustauschelement, das Folgendes umfasst: eine hohle, säulenförmige Wabenstruktur, die Folgendes aufweist: Trennwände, die Zellen definieren, wobei die Zellen von einer ersten Endfläche zu einer zweiten Endfläche durchdringen, um Strömungswege für ein erstes Fluid zu bilden, eine Innenumfangswand, und eine Außenumfangswand; und ein Abdeckelement, das konfiguriert ist, die Außenumfangswand der säulenförmigen Wabenstruktur abzudecken, wobei das Wärmeaustauschelement konfiguriert ist, einen Wärmeaustausch zwischen dem ersten Fluid und einem zweiten Fluid, das durch eine Außenseite des Abdeckelements strömt, durchzuführen, wobei in einem Querschnitt der säulenförmigen Wabenstruktur, der zu einer Strömungswegrichtung des ersten Fluids senkrecht ist, die Zellen radial bereitgestellt sind, und wobei die Innenumfangswand und die Außenumfangswand jeweils eine Dicke aufweisen, die größer als jene von jeder der Trennwände ist.
Wärmeaustauschelement nach Anspruch 1, wobei in dem Querschnitt der säulenförmigen Wabenstruktur, der zur Strömungswegrichtung des ersten Fluids senkrecht ist, die Trennwände Folgendes umfassen: zweite Trennwände, die sich in einer Umfangsrichtung erstrecken; und erste Trennwände, die sich mit den zweiten Trennwänden kreuzen.
Wärmeaustauschelement nach Anspruch 2, wobei sich die ersten Trennwände in der radialen Richtung erstrecken.
Wärmeaustauschelement nach Anspruch 2 oder 3, wobei in dem Querschnitt der säulenförmigen Wabenstruktur, der zur Strömungswegrichtung des ersten Fluids senkrecht ist, eine Länge der ersten Trennwände, die eine Zelle definieren, länger als jene der zweiten Trennwände, die die eine Zelle definieren, ist.
Wärmeaustauschelement nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei jede der ersten Trennwände eine Dicke aufweist, die größer als jene von jeder der zweiten Trennwände ist.
Wärmeaustauschelement nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei in dem Querschnitt der säulenförmigen Wabenstruktur, der zur Strömungswegrichtung des ersten Fluids senkrecht ist, eine Anzahl der ersten Trennwände auf der Seite der Innenumfangswand kleiner als jene der ersten Trennwände auf der Seite der Außenumfangswand ist.
Wärmetauscher, der das Wärmeaustauschelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6 umfasst.
Wärmetauscher, der Folgendes umfasst: das Wärmeaustauschelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6; einen Innenzylinder, der in einem hohlen Bereich der hohlen, säulenförmigen Wabenstruktur bereitgestellt ist, wobei der Innenzylinder Durchgangslöcher zum Einbringen des ersten Fluids in die Zellen der hohlen Wabenstruktur aufweist; einen Rahmen, der konfiguriert ist, einen Strömungsweg für das zweite Fluid zu bilden, wobei der Strömungsweg zwischen dem Rahmen und dem Abdeckelement definiert ist; und ein Ein-Aus-Ventil, das konfiguriert ist, während des Wärmeaustauschs zwischen dem ersten Fluid und dem zweiten Fluid einen Strom des ersten Fluids auf einer Innenseite des Innenzylinders zu unterbrechen.
Wärmetauscher nach Anspruch 8, wobei das Ein-Aus-Ventil konfiguriert ist, den Strom des ersten Fluids auf der Seite der Zellen der hohlen Wabenstruktur zu unterbrechen, während kein Wärmeaustausch stattfindet.
Wärmetauscher nach Anspruch 8 oder 9, wobei das Ein-Aus-Ventil Folgendes umfasst: ein erstes Ein-Aus-Ventil, das konfiguriert ist, den Strom des ersten Fluids auf der Seite des Innenzylinders während des Wärmeaustauschs zu unterbrechen; und ein zweites Ein-Aus-Ventil, das konfiguriert ist, den Strom des ersten Fluids auf der Seite der Zellen der hohlen Wabenstruktur zu unterbrechen, während kein Wärmeaustausch stattfindet.
Wärmetauscher nach Anspruch 10, wobei der Wärmetauscher ferner eine Sperrwand umfasst, die einen Anteil des Stroms des ersten Fluids auf der Seite der Zellen der hohlen Wabenstruktur sperrt, und wobei der Wärmetauscher derart konfiguriert ist, dass die Sperrwand und das zweite Ein-Aus-Ventil den Strom des ersten Fluids einteilig unterbrechen, während kein Wärmeaustausch stattfindet.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei der Rahmen und/oder das Abdeckelement, die den Strömungsweg für das zweite Fluid bilden, mindestens einen Abschnitt zum Erzeugen einer verwirbelten Strömung umfassen.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei der Innenzylinder Folgendes umfasst: einen Abschnitt mit kleinem Durchmesser; einen Abschnitt mit großem Durchmesser; und einen Stufenabschnitt zum ununterbrochenen Bilden des Abschnitts mit kleinem Durchmesser und des Abschnitts mit großem Durchmesser in einer axialen Richtung, wobei der Abschnitt mit kleinem Durchmesser einen Außendurchmesser aufweist, der kleiner als ein Durchmesser des hohlen Bereichs der hohlen, säulenförmigen Wabenstruktur ist, wobei der Abschnitt mit großem Durchmesser einen Außendurchmesser aufweist, der größer als der Durchmesser des hohlen Bereichs der hohlen, säulenförmigen Wabenstruktur ist, und wobei sich der Stufenabschnitt mit einer Endfläche der hohlen, säulenförmigen Wabenstruktur in Eingriff befindet, um den Innenzylinder zu befestigen.
Wärmetauscher mit mindestens einer Reinigungseinrichtung, der Folgendes umfasst: den Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 8 bis 13; und mindestens eine Reinigungseinrichtung, die im Strömungsweg für das erste Fluid auf einer Stromaufwärtsseite und/oder einer Stromabwärtsseite des Wärmetauschers bereitgestellt ist, wobei die mindestens eine Reinigungseinrichtung und der Wärmetauscher durch den Rahmen des Wärmetauschers integriert sind.
Wärmetauscher mit mindestens einer Reinigungseinrichtung, der Folgendes umfasst: zwei oder mehr Wärmetauscher; und mindestens eine Reinigungseinrichtung, die im Strömungsweg für das erste Fluid zwischen den Wärmetauschern bereitgestellt ist, wobei die mindestens eine Reinigungseinrichtung und die Wärmetauscher durch den Rahmen des Wärmetauschers integriert sind und mindestens einer der zwei oder mehr Wärmetauscher der Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 8 bis 13 ist.